Alþýðublaðið - 14.09.1990, Blaðsíða 8

8
MENNSNG
Föstudagur 14. sept. 1990
Stórasprengja
Hvað var ffyrst? Hvað er það sem gerist ,,i upp-
haffi"? Vitum við það eða vitum við það ekki? Allar
heimspekistefnur eru svar við þessari spurningu.
Þetta er þýðingarmesta spurning sem menn geta
spurt vegna þess að svarið við henni breytist i ffull-
yrðingu um grundvallareðli tilverunnar. Svar hug-
hyggjunnar, guð var ffyrst, þýðir allt annað grund-
vallareðli en svar efnishyggjunnar, effnið var ffyrst
og af þvi þróast liff og hugmyndir, þar á meðal hug-
myndin um guð. Um þetta verður rætt annars stað-
ar.
Hér er aðeins leitast við að
bregða upp hinni vísindalegu
heimsmynd sem verður til eftir
1965. Sú heimsmynd svarar ekki
þessari spurningu. Hún svarar
hins vegar spurningunni: Hvað
var fyrst í okkar „efnislega“„al-
heimi", hvernig þróast hann og
hvernig líður hann undir lok? Hún
hefur þá sérstöðu meðal heims-
mynda að byggjast eingöngu á
mælanlegum staðreyndum, túlk-
uðum með stærðfræði. Hún fjallar
ekki um heimspeki eða trú, og
hún svarar ekki spurningum um
hvað var á undan okkar alheimi,
og hvað verður eftir að hann líður
undir lok.
Ringulreiðin var
aldrei til___________________
Hvað er þá fyrst samkvæmt
þessari heimsmynd vísindanna?
Það er ekki mikið miðað við allan
hinn gífurlega og endalausa marg-
breytileika tilverunnar sem við nú
þekkjum. í upphafi, nánar tiltekið
einum hundraðasta úr sekúndu
frá byrjun alheimsins, í upphafi er
aðeins til þrennt, sem síðar verður
efnisheimurinn: Ijóseindir eða fó-
tónur (frumeiningar ljóssins), lep-
tónur (fiseindir) og antileptónur
(andfiseindir) og stratónur, öðru
nafni kvarkur og andkvarkur.
Fyrsta sekúndubrotið er ekki
þekkt en talið er af mörgum efna-
fræðingum að þá ríki eitt al-
heimslegt lögmál sem svo til strax
greinist í kraftana fjóra sem síðar
urðu orsök alls sem gerist í öllum
alheimi gegnum tíðina. Þeir virð-
ast hlýða hinu sama alheimslega
lögmáli og hafa svipaðan styrk-
leika. Sé þetta rétt eru kraftarnir
fjórir, þyngdarafl, rafsegulkraftur,
sterku og veiku kraftarnir í eðli
sínu einn kraftur. Kaos, hin gríska
ringulreið, var aldrei til.
í upphafi var ekkert af því sem
við nú köllum efni til. Atóm voru
ekki til og þess vegna ekki nein
„frumefni". Atómkjarnar voru
ekki heldur ti(og hvorki nifteindir
né róteindir. Astæðan fyrir þessu,
að því er virðist fábreytilegu upp-
hafi, er einföld. Hitinn var alltof
mikill. Allt efni brotnar niður við
ákveðið hitastig. Við aðeins nokk-
ur þúsund gráður brotnar atóm
niður í elektrónur eða rafeindir og
kjarna. Við nokkur þúsund milljón
gráður brotnar atómkjarninn nið-
ur í róteind og nifteind. Og við
hitastig sem er nokkrar milljónir
milljóna gráða brotna róteindir,
nifteindir og allar hadrónur niður
í frumhluta sína sem nefna kvark
eða stratónur.
Fyrstu sjö hundruð þúsund árin
í sögu alheims okkar var hitinn að
lækka niður í 10 í níunda veldi K,
en það hitastig er, ef svo mætti
segja, landamæri þess sem við nú
köllum efni. Svona einfalt var
þetta upphaf. Örsmáar agnir á
frjálsri hreyfingu. Annað ekki. Og
frá þessu einfalda upphafi er öll
þessi óendanlega margbreytilega
tilvera komin og lífið sjálft.
Kenningin
um stóru-sprengju____________
Það er engu líkara en efni komi
frá því sem er ekki efni og líf frá al-
gerum dauða. Enginn býst við að
líf geti þrifist í hundrað þúsund
milljón milljóna stiga hita, eða
hvað? Vantar hér óþekktar víddir
í heimsmyndina? Enn er hinum
stóru spurningum ósvarað, og
þessi ritsmíð fjallar ekki um þær,
aðeins mælanlegar staðreyndir,
heimsmynd vísindanna. Sam-
kvæmt henni er allur hinn þekkti
alheimur okkar upphaflega eld-
hnöttur, mjög heitur og geysilega
þéttur. Sumir hafa kallað þennan
eldhnött „Alheimseggið" og aðrir
„Hið eina upphaflega atóm“. Þessi
hnöttur sprakk fyrir 12—18 millj-
örðum ára og síðan hefur alheim-
urinn verið í stöðugri útþenslu. í
byrjun var þetta kenning. En eftir
1965 breytist kenningin að dómi
nær allra vísindamanna í mælan-
legar staðreyndir. Rökin fyrir þess-
ari heimsmynd eru svo sterk að
flestir líta á þau sem sönnun.
Þeir menn sem upphaflega settu
fram kenninguna um stóru-
sprengju gerðu það með stærð-,
fræðilegum útreikningum. Sam-
kvæmt þessum útreikningi töldu
þeir að um allan alheim ættu að
finnast leifar þessarar miklu
sprengju. Þeir reiknuðu út núver-
andi hitastig þessara leifa, öldu-
lengd þeirra og geislun. Það var
augljóst að mælikvarðinn á sann-
leiksgildi þessarar kenningar um
stórusprengju hlaut að vera sá að
þessar leifar fyndust og mældust
svipaðar því sem reiknað var með.
Og þær fundust. Af allt öðrum
mönnum en höfundum
kenningarinnar.
Þær hafa fundist um allan al-
heim hvar sem menn mældu. Og
mælingar sýna að þær hafa nokk-
urn veginn sama hitastig og sömu
öldulengd og reiknað hafði verið
út fyrirfram. Og rökin eru fleiri.
Það hafði líka verið reiknað út af
höfundum kenningarinnar um
stórusprengju, að helíum ætti, ef
kenningin væri rétt, að vera um
fjórðungur eða meira af efnis-
magni alheimsins. Mælingar hafa
staðfest þetta. Helíum hefur alls
staðar reynst vera fjórðungur eða
meira af efnismagninu. í Vetrar:
brautinni okkar er það t.d. 29%. í
iitla Magellan skýinu svonefnda er
það fjórði partur. I ungum sólum
mælist það 30—33%. Allt þetta
hefur staðfest að kenningin er í
góðu samræmi við mælanlegar
staðreyndir.
Fyrsffu þrjór minúffurnar
En hvað er það þá sem raun-
verulega gerðist í stórusprengju?
Um það hefur fremsti efnafræð-
ingur okkar tíma og eftirmaður
Einsteins, Stephen Weinberg,
skrifað bókina The first three min-
utes. Sú bók er helsta heimild þess
sem hér fer á eftir. Weinberg skipt-
ir því sem gerðist á fyrstu sek-
úndubrotum og mínútum niður í
sex tímabil.
Fyrsta tímabil. Fyrsta tímabil
sköpunarinnar stóð yfir aðeins
einn hundraðasta úrsekúndu. Það
er tímabil hins mesta þéttleika og
hins mesta krafts. Hitinn var mjög
mikill, hugsanlega 10 í þrítugasta
og öðru veldi á kelvínsmæli. Við
þessar aðstæður voru engin atóm
til, eins og fyrr segir. Á þessu fyrsta
tímabili voru aðeins til ljóseindir,
(fiseindir) og kvarkur. Það var að-
„Upphafið var einfalt," segir Gunnar Dal í grein sinni. „Örsmáar agnir á frjálsri hreyfingu. Annað ekki.
Og frá þessu einfalda upphafi er öll þessi óendanlega margbreytilega tilvera komin og lífið sjálft."
eins til geislun, ljós. Heimurinn
var á þessu stigi mismunandi teg-
undir af geislun. Efnið varð til úr
ljósi. Efni varð fyrst til við árekstur
ljóseinda, þó að ljóseindir hafi
hvorki haft þyngd né efnismassa.
Þetta byggist á formúlu Einsteins
E=mc í öðru veldi. Þessi formúla
þýðir að hver efnisögn getur
breyst í orku. E í þessari formúlu
er orka, m efni og c hraði ljóssins.
En hún þýðir líka að tveir skammt-
ar af geislun eða tvær ljóseindir
sem hafa nægilega mikla orku,
það er að segja orku sem er jafn-
mikil og mc í öðru veldi eða meira,
geta þegar þær rekast á horfið
sem slíkar og hætt að vera ljós-
eindir, en orka þeirra breytist í
tvær efnisagnir, sem hafa bæði
þyngd og massa. Sé orkan minni
en mc í öðru veldi geta Ijóseindir
ekki myndað efnisagnir við
árekstur. Þetta er hægt að sýna
fram á efnarannsóknarstofum, en
þetta gerðist aðeins í árdaga.
Heimurinn er löngu orðinn allt
of kaldur til að þetta geti gerst.
Lágmarkshiti til að breyta Ijós-
eindum í efnisagnir er 6x10 í ní-
unda veldi K, eða sex þúsund
milljón gráður á kelvinsmæli.
Þetta gerist aðeins þrjár fyrstu
mínúturnar í sögu alheimsins.
Hitastig alheimsins lækkar í hlut-
falli við það að heimurinn stækk-
ar. Heimurinn kólnar mjög ört við
útþensluna út í alkulið. Eftir þrjár
mínútur ætti hitinn að vera kom-
inn niður í 10 í níunda veldi K eða
þúsund milljón gráður. Þetta eru
landamæri efnisins eins og fyrr
segir.
í upphafi var Ijósið
Hver sérstök efnisögn hefur sín
sérstöku hitamörk, sem eru skil-
yrði fyrir því að efni skapist úr
geislun. Þessi takmörk eru fundin
með formúlunni E=mc í öðru
veldi og Boltzmanns fasta sem er
0.00008617 elektrónvolt. Öll efni
geta myndast við árekstur ljós-
einda. Allar hinar upphaflegu
atómómagnir sem löngu síðar
mynduðu fyrstu atómin geta
myndast úr Ijóseindum.
Það er grundvallarregla í nú-
tíma efnafræði að hver einstök
efnisögn í náttúrunni á sér það
sem kalla mætti andefni með ná-
kvæmlega sama efnismassa og
snúningi en gagnstæðri raf-
hleðslu. Þess vegna koma efnin
fram tvö og tvö saman við árekst-
ur ljóseinda. Þessar efnisagnir
sem síðar mynduðu atóm komu
fram við mismunandi hitastig.
Ef mið mælum hitann í þúsund
milljón gráðum á kelvínsmæli þá
kom nifteind t.d. fram við 10.903.
Þá myndast við árekstur Ijóseinda
bæði n og nn- samkvæmt því sem
áður er sagt um efni og andefni.
Við 10.888 myndast róteind, p og
p+. Við hitastig frá 1566.2 til
1619.7 myndast píónur 0, píónur
+ og píónur -r. Við 1226.2 koma
fram léttu efnisagnirnar múón +
og múón +. Og loks koma fram
léttustu efni sem til eru, rafeindir
+ og rafeindir +, við lágmarks-
hitastig 5.930 þúsund milljón
gráður. Við þessi skilyrði myndast
efnið úr ljósi, bæði hinu sýnilega
og hinu ósýnilega: Tvær Ijóseindir
rekast saman. Við það myndast
efnisögn + og + og þessar efnis-
agnir mynda síðar atóm. En þetta
gerist líka öfugt. Það er að segja
efnisagnir sem hafa efnismassa og
þunga rekast saman og breytast í
ljóseindir án efnismassa og þunga.
Óg við þær aðstæður sem ríktu í
upphafi heimsins gerist þetta með
geysilegum hraða. Á fyrstu sek-
úndunni myndast líka nifteindir
við árekstur rafeinda og róteinda^
Við getum ef við viljum sagt: í
upphafi var ljósið. Allt er skapað
úr Ijósi. Allt er ljós í umbreyttri
mynd.
Gunnar Dal heim-
spekingur og rit-
höfundur heldur hins
vegar fram svari
efnishyggjunnar aö
efnið hafi veriö fyrst
og af því þróast líf
og hugmyndir, þar á
meðal hugmyndin
um Guð.
Hvað gerðist í upp-
hafi alheimsins? I
upphafi var Orðið og
Orðið var hjá Guði
og Orðið var Guð,
segir í heilagri
ritningu.