Morgunblaðið - 23.06.1985, Blaðsíða 47

Morgunblaðið - 23.06.1985, Blaðsíða 47
 MORGUNBLAÐIÐ, SUNNUDAGUR 23. JUNÍ 1985 47 VÍSINDI Sverrir Ólafsson Med lýsandi efni í alheiminum er átt við allt það efni sem sendir frá sér Ijós eða einhverja mælanlega geislun. Mikill hluti hins lýsandi efnis er bundinn í stjörnum, eða er í formi lofttegunda sem lýst geta upp í nálægð Ijósmik- illa stjarna. Allt annað efni nefnist dimmt. Frá upphafí vísindalegrar stjarnfræði hafa fræðimenn gert ráð fyrir því að efnisuppistaða alheimsins sé lýsandi efni, þ.e. stjörnur ásamt þunnum lofttegundum sem fylla rúmið á milli þeirra. Dimmt Samheldni vetrarbrauta verður einungis skilin með þvi að gera ráð fyrir tilvLst mikils magns ósýnilegs efnis. efni í alheiminum A fjórða áratug þessarar aldar var hinsvegar orðið ljóst að mik- ill hluti af efni alheimsins er í dimmu formi. Fyrsta vísbending um tilvist hins dimma efnis fékkst árið 1933, er Bandaríkja- maðurinn Fritz Zwicky gerði at- huganir á hreyfingu vetrar- brauta sem tilheyra vetrar- brautahópnum „Coma Berenic- es". Með mælingum fann Zwicky að massi hins lýsandi efnis dugði engan veginn til útskýringar á hreyfiferlum og hraða einstakra vetrarbrauta innan Coma Beren- ices. Hraði þeirra reyndist svo mik- ill að þyngdarkraftur hins lýs- andi efnis hefði ekki dugað til að halda vetrarbrautahópnum sam- an. Niðurstoður Zwicky voru því þær að mikill efnismassi væri „falinn" innan vetrarbrauta Coma Berenices þ.e. ekki grein- anlegur með beinum ljósfræði- legum mælingum. Einungis með því að gera ráð fyrir þessum viðbótarmassa fékkst fullnægj- andi skýring á hreyfingu og samheldni vetrarbrautanna. Fljótlega komust fleiri stjarnfræðingar að svipuðum niðurstöðum með athugunum á hreyfingu annarra vetrar- brautakerfa. Nákvæmari athuganir og út- reikningar bentu til þess að allt að því (og í sumum tilfellum meira en) 90 prósent af efnis- massa ákveðinna vetrarbrauta- kerfa, svo og einstakra vetrar- brauta af mismunandi stærð væri í formi dimms efnis. En hvar er þá efni alheimsins niður komið og hver er samsetn- ing þess? Margar hugmyndir hafa komið fram er reyna að skýra gerð hins dimma efnis þó enn hafi engin ein hlotið al- menna viðurkenningu. Eina vísbendingin um tilvist hins dimma efnis er virkni þyngdarkrafts þess, en hún ein gefur litlar upplýsingar um hugsanlega samsetningu þess. Reynt hefur verið að skýra til- vist þess með sérstökum enn ófundnum eindum sem ætlað er að búa yfir nýstárlegum, áður óþekktum eiginleikum. Einnig hefur verið stungið upp á „hvítum dvergum", „nifteinda stjörnum" eða jafnvel „svarthol- um" sem geymum hins dimma efnis. Slíkt er þó frekar ólíklegt — því væri mikill meiri hluti af efni alheimsins samankominn á slíkum stöðum hefði það leitt til hrifa í stjarnfræðilegum víddum sem að öllum líkindum hefðu mælst. Um nokkurra ára skeið hafa fræðimenn reynt að útskýra til- vist hins dimma efnis með til- gátu þess eðlis að sk. fiseindir búi yfir smávægilegum massa. Árið 1930 sagði austurríski eðl- isfræðingurinn Pauli fyrir um tilvist fiseinda, en tilrauna- fræðileg sönnun hugmyndar hann fékkst ekki fyrr en árið 1956. Fiseindir gegna mikilvægu hlutverki í ýmsum geislavirkni- ferlum, sem orsakast af völdum hins svokallaða veika kjarna- krafts, en lengst af hafa fræði- menn talið þær massalausar. Með framkomu nýrra kenn- inga innan eindafræðinnar á sið- ustu árum hafa eðlisfræðingar endurskoðað afstöðu sína gagn- vart fiseindinni. Kenningar þessar sem nefndar eru „stór- samrunakenningar" leita eftir sameiginlegum þáttum nokk- urra af grundvallarkröftum náttúrunnar í þeirri von að sam- eina megi þá í einum frumkrafti. Stórsamrunakenningar styðja þann moguleika að fiseindir búi yfir smávægilegum massa, krefjast þess þó ekki. Til athug- unar á þessum möguleika hafa verið framkvæmdar nokkrar til- raunir, sem enn hefur ekki tekist að svara spurningunni á afger- andi hátt. Þær einungis setja hugsanlegum massa fiseinda ákveðin efri mörk, sem eru u.þ.b. einn tvö þúsundasti hluti af massa rafeinda. Fjöldi fiseinda i alheiminum er mjög mikill, að meðaltali lik- lega u.þ.b. eitt hundrað í hverj- um rúmsentimetra. Hefðu þær ekki nema örlítinn massa, af áð- urnefndri stærðargráðu, væri framlag þeirra til heildarmassa alheimsins verulegt, að öllum líkindum svo mikið að megin- hluti þyngdarafls alheimsins orsakaðist af fiseindamassa. Ýmsar nýjar tilgátur alheims- fræðinnar nota hugmyndina um massa-fiseindir til útskýringar á myndun vetrarbrautakerfa. Það er þvi mikið metnaðarmál bæði einda- og stjarneðlisfræði að fá úr því skorið með tilraun- um hvort fiseindir búa yfir massa eða ekki. Endanlegt svar mun hafa um- fangsmikil áhrif á báðum svið- Rétt er að geta þess að á síð- ustu örfáu árum hafa nokkrir fræðimenn látið í ljós efasemdir um að fiseindir geti haft massa. Fiseindir með massa af áður- nefndri stærðargráðu hefðu á frumskeiði alheimsins haft þannig vixlverkan við nifteindir og róteindir er leitt hefði til myndunar stærri vetrarbrauta- kerfa en þekkjast í dag. Samkvæmt útreikningum ætti stærð vetrarbrautakerfa sem myndast hefðu i fiseindaríkjandi frumástandi alheimsins að vera u.þ.b. eitt hundrað milljón ljós- ár. í dag er meðalstærð þekktra vetrarbrautakerfa hins vegar ekki nema þriðjungur þessarar stærðar. Af þessari ástæðu telja margir eðlisfræðingar að efnis- uppbygingu alheimsins hafi ekki verið stýrt af virkni massa-fis- einda. Vitanlega er hugsanlegt að bjarga hudmyndinni um fis- eindaríkjandi frumástand með viðbótartilgátum eða -skýring- um. Ein þeirra er sú að vetrar- brautakerfi þau sem í upphafi mynduðust fyrir tilstuðlan þyngdarafls fiseinda hafi síðar klofnað niður í smærri hópa sem við sjáum í dag. Veikleiki fiseindakenningar- innar hefur leitt til þess að ýms- ir fræðimenn reyna að skýra eðli hins dimma efnis með tilvist annarra enn ófundinna einda, þekktastar þessara eru sk. ein- segulpólar. Arið 1931 sagði enski eðlisfræðingurinn Paul Dirac fyrir um tilvist þeirra, en hingað til hafa með vissu engar einpóla eindir fundist. Hugmynd Diracs var sú að einsegulpólar hefðu að geyma segulhleðslur, þ.e. einangraða norður- eða suðurpóla. Dirac hugsaði sér þetta segulfræðilega samsvörun þeirrar staðreyndar að ýmsar þekktar eindir búa yfir neikvæðri eða jákvæðri raf- hleðslu. Kenning Diracs gat hinsvegar lítið sem ekkert sagt fyrir um aðra eiginleika einsegulpólanna og því var erfitt að geta sér til um hvar þeirra væri helst að leita. ÁRið 1974 uppgötvuðu Gerard t'Hooft og A. Polyakov með út- reikningum, að tilvist einsegul- póla er óhjákvæmileg afleiðing stórsamrunakenninga. Sam- kvæmt kenningum þessum var hægt að segja fyrir um nokkra af eiginleikum einsegulpólanna þar á meðal massa þeirra sem átti að vera tíu billjón sinnum meiri en massi róteinda! Stórsamrunakenningar gera ráð fyrir því að á frumástandi alheimsins hafi fjöldi einsegul- póla verið svipaður fjölda nift- einda og róteinda. Slíkar niðurstoður eru hins- vegar ósamrýmanlegar þeirri staðreynd að alheimurinn er u.þ.b. 15—20 þúsund milljón ára gamall og enn stöðugt að þenjast út. Aður nefndur fjöldi jafn þungra einsegulpóla hefði leitt til svo sterks þyngdarsviðs að út- þensla alheimsins hefði stöðvast u.þ.b. tíu þúsund árum ef tir upp- haf frumsprengingar. Eftir það hefði efni alheimsins fallið sam- an fyrir tilstuölan eigin þyngd- arafls. Það er augljóst að slíkt hef ur ekki gerst. Margar tilraunir hafa verið gerðar til að leysa þessa mót- sögn. Þekktust er sú er byggir á hugmyndinni um sk. „bólgu- alheim", en öllum er þeim sam- eiginlegt að reyna að útskýra hvarf mikils meirihluta hins gíf- urlega magns einsegulpóla sem samkvæmt stórsamrunakenn- ingum hafa verið fyrir hendi ör- skömmu eftir upphaf frum- sprengingar. (Hugmyndin um bólgu-alheim verður rædd seinna hér á vísindasíðunni.) Þrátt fyrir margvíslega erfið- leika og óvissu sem tengd eru hugmyndinni um einsegulpóla eru margir vísindamenn vongóð- JZc-y..'... ••• .- • /oM Flaeéi efnis inn í svartholid • •• :» - sSJt*^ . ,r ií<í5iB *%&&%& engeislar| V Tilvist svarthola lektír til mclanlegra hrífa í umhverfinu. Þau gleypa nálægt efni og hröðun þess leiðir til myndunar röntgengeisla. inn í svartholið ir að sönnun fyrir tilvist þeirra fáist á næstu örfáu árum. Ýmsar tilraunir hafa þegar verið framkvæmdar eða eru í uppsetningu. Tveir starfshópar töldu sig meira að segja hafa mælt áhrif einsegulpóla, einn við háskólann í Stanford árið 1982 en hinn við Washington-háskóla á síðast- liðnu ári. Mæld tilfelli eru enn sem kom- ið er of fá til að hljóta almenna viðurkenningu. Eins ber að nefna þá staðreynd að öðrum starfshópum hefur, þrátt fyrir umfangsmiklar tilraunir, ekki tekist að staðfesta niðurstöður hópanna í Stanford og Wash- ington. Með massa-nifteindum og ein- segulpólum eru engan veginn upptaldar þær eindir sem stung- ið hefur verið upp á til útskýr- ingar á tilvist dimms efnis. Svokallaðar „súper þyngdar- aflskenningar", sem settar voru fram árið 1975 gera ráð fyrir miklum fjölda nýrra einda sem nefnast „súpereindir". Sam- kvæmt kenningum þessum á sér- hver hinna hefðbundnu einda s.s. rafeindir, fiseindir, quarkar o.s.frv. ákveðna fylgieind eða „súperfélaga". Súperfélagi raf- eindarinnar hefur verið nefndur „rafínó" en súperfélagar kvark- anna nefnast „skvarkar". Engin þessara súpereinda hefur hins- vegar fundist enn sem komið er. Þær súpereindir sem í tengsl- um við alheimsfræðina hafa hlotið mesta athygli eru sk. þungínur sem að öllum likindum búa yfir smávægilegum massa, ef þær yfirhöfuð eru til. Þungín- ur eru súperfélagar þungeinda, sem taldar eru vera virknisberar þyngdarkraftsins. Þungínur eru langtum orku- minni en fiseindirnar og því er ekki ólíklegt að þær geti skýrt myndun vetrarbrauta og jafnvel vetrarbrautahópa af svipaðri stærðargráðu og þeir þekkjast í dag. Til skýringar á dimmu efni innan sk. dvergvetrabrauta svo og til skilnings á myndun þeirra hafa nokkrir fræðimenn talið nauðsynlegt að notast við enn eina eind sem nefnd hefur verið „axión", en áætlaður massi hennar er ekki nema örlítill hluti af mögulegum hámarks- massa fiseinda. Samkvæmt stórsamrunakenn- ingum hefur fjöldi axíóna í upp- hafi sögu alheimsins verið mik- ill. Orka þeirra hefur hinsvegar verið langtum minni og sam- heldni þeirra meiri en fiseinda. Þyngdaraflsvirkni axíóna hef- ur því með frekari útþenslu al- heimsins leitt til myndunar smærri „efnisstrúktura" en fis- eindir, þ.e. vetrarbrauta frekar en vetrarbrautakerfa. Vandamálið í sambandi við axíónur er hið sama og það sem varðar súpereindirnar þ.e. fyrir tilvist þeirra er engin sönnun. Það eina sem við vitum með vissu er að mikill meirihluti af efni alheimsins er ósýnilegur. Flestir fræðimenn eru sann- færðir um að þetta dimma efni samanstendur ekki af „venjulegu efni" þ.e. róteindum, nifteindum eða rafeindum. Ýmsar nýjar kenningar eindafræðinnar segja fyrir um fjölda nýrra einda, en nokkrar þeirra geta hugsanlega skýrt samsetningu hins dimma efnis. Samkvæmt kenningum þess- um leiða mismunandi eindir til mismunandi uppbyggingar vetr- arbrautakerfa. Hér kemur til náinna og áhugaverðra tengsla á milli einda- og alheimsfræðinnar. Tilraunir komandi ára munu vafalaust skera úr um það hverj- ar hinna nýstárlegu einda eru megin uppistaða hins ósýnilega alheims.
Blaðsíða 1
Blaðsíða 2
Blaðsíða 3
Blaðsíða 4
Blaðsíða 5
Blaðsíða 6
Blaðsíða 7
Blaðsíða 8
Blaðsíða 9
Blaðsíða 10
Blaðsíða 11
Blaðsíða 12
Blaðsíða 13
Blaðsíða 14
Blaðsíða 15
Blaðsíða 16
Blaðsíða 17
Blaðsíða 18
Blaðsíða 19
Blaðsíða 20
Blaðsíða 21
Blaðsíða 22
Blaðsíða 23
Blaðsíða 24
Blaðsíða 25
Blaðsíða 26
Blaðsíða 27
Blaðsíða 28
Blaðsíða 29
Blaðsíða 30
Blaðsíða 31
Blaðsíða 32
Blaðsíða 33
Blaðsíða 34
Blaðsíða 35
Blaðsíða 36
Blaðsíða 37
Blaðsíða 38
Blaðsíða 39
Blaðsíða 40
Blaðsíða 41
Blaðsíða 42
Blaðsíða 43
Blaðsíða 44
Blaðsíða 45
Blaðsíða 46
Blaðsíða 47
Blaðsíða 48
Blaðsíða 49
Blaðsíða 50
Blaðsíða 51
Blaðsíða 52
Blaðsíða 53
Blaðsíða 54
Blaðsíða 55
Blaðsíða 56

x

Morgunblaðið

Beinir tenglar

Ef þú vilt tengja á þennan titil, vinsamlegast notaðu þessa tengla:

Tengja á þennan titil: Morgunblaðið
https://timarit.is/publication/58

Tengja á þetta tölublað:

Tengja á þessa síðu:

Tengja á þessa grein:

Vinsamlegast ekki tengja beint á myndir eða PDF skjöl á Tímarit.is þar sem slíkar slóðir geta breyst án fyrirvara. Notið slóðirnar hér fyrir ofan til að tengja á vefinn.