Lesbók Morgunblaðsins - 05.05.2001, Síða 6

6 LESBÓK MORGUNBLAÐSINS ˜ MENNING/LISTIR 5. MAÍ 2001
T
UTTUGASTA öldin var tími mik-
illa breytinga, ekki síst í raunvís-
indum.
Hugmyndir vísindamanna um
efnisheiminn og þau lögmál er
hann lýtur tóku stakkaskiptum
og sér engan veginn fyrir endann
á þeirri þróun. Eitt af því sem
breyttist hvað mest á þessu tímaskeiði, sem við
köllum tuttugustu öld, var sýn vísindanna á
tímann sjálfan. Öldin hófst í algildum tíma
Newtons, sem tifaði hvarvetna eins í alltum-
lykjandi þrívíðu rúmi. Henni lauk hinsvegar í
fjórvíðu tímarúmi Einsteins þar sem gangur
tímans tvinnast saman við lögun rúmsins í
nánu samspili við skipan og hreyfingu efnisins.
Alheimur Newtons var hlutlaus vettvangur
vísindanna en alheimur Einsteins er bæði vett-
vangur og viðfangsefni þeirra. Einstein setti
fram hugmyndir sínar um tíma og rúm í tveim-
ur kenningum sem kallaðar eru takmarkaða
afstæðiskenningin og almenna afstæðiskenn-
ingin. Þær lýsa fjölmörgum fyrirbærum, sem
koma okkur spánskt fyrir sjónir, því að
reynsluheimur okkar takmarkast við tiltölu-
lega veikt þyngdarsvið og ferli, sem eru hæg-
fara í samanburði við ógnarhraða ljóssins.
Þessi fyrirbæri, eins og mismunandi gangur
klukku eftir því hvað hún er í sterku þyngd-
arsviði eða hvort hún er á hreyfingu eða ekki,
hafa hinsvegar fengist staðfest í tilraunum.
Engin eðlisfræðikenning hefur verið sann-
reynd eins rækilega með mælingum og tak-
markaða afstæðiskenningin og sú almenna
hefur einnig staðist öll próf, þó að þau séu
vissulega mun færri og erfiðari í framkvæmd.
Nú í upphafi nýrrar aldar hafa vísindin um
alheiminn, svonefnd heimsfræði, náð góðum
þroska og eru ekki lengur bundin við fræði-
legar vangaveltur um lausnir á jöfnum al-
mennu afstæðiskenningarinnar heldur byggja
þau á traustum grunni ítarlegra athugana á
fjarlægustu uppsprettum á stjörnuhimninum.
Ljós og önnur geislun sem við nemum frá fjar-
lægum stjörnum og vetrarbrautum hefur verið
lengi í för og ber vitni um sögu alheimsins ekki
síður en stærð hans.
Helsta niðurstaða heimsfræði tuttugustu
aldar er hve stórkostlegum breytingum sú
saga lýsir. Alheimurinn sem við búum í er
langt frá því að vera kyrrstætt eða stöðugt
kerfi. Fjarlægar vetrarbrautir berast hver frá
annarri með hraða sem vex í hlutfalli við fjar-
lægðina á milli þeirra. Þetta á við um vetr-
arbrautir allstaðar í alheimi þannig að hér er
ekki um að ræða að þær séu að breiðast út í
tómarúm sem umlykur þær heldur er það rúm-
ið sjálft sem er að þenjast út. Þéttleiki efnisins,
þ.e.a.s. efnismagn á rúmmálseiningu, fer
minnkandi og hefur þar af leiðandi verið meiri
áður fyrr. Nú vaknar sú spurning hvort þessi
þensla hafi átt sér upphaf og hver þéttleikinn
hafi verið þá. Svar heimsfræðinnar er ótvírætt.
Það byggist annarsvegar á almennum kenni-
legum niðurstöðum um þyngdarfræði Ein-
steins og hinsvegar á fjölda athugana stjarn-
eðlisfræðinga. Alheimurinn átti sér upphaf í
ótrúlegum hamförum þar sem allt efni, og það
sem meira er, sjálft rúmið og tíminn, spruttu
fram úr óhemjuþéttu og heitu upphafsástandi,
sem stundum er kallað miklihvellur. Alheim-
urinn, og þar með talinn tíminn sem mælir
framvindu hans, á sér því endanlega langa
sögu. Það er athyglisvert að eðlisfræði og
stjörnufræði, raunvísindi byggð á tilraunum
og athugunum, skuli eiga svör við slíkum
spurningum og má fullyrða að almenna af-
stæðiskenningin hafi haft afgerandi áhrif á þá
heimsmynd sem 21. öldin tekur í arf. Heims-
fræðin mun að öllum líkum innan tíðar einnig
færa okkur vitneskju um örlög alheimsins,
þ.e.a.s. hvort tíminn muni tifa til eilífðar í sífellt
þynnri heimi, eða hvort þenslan muni snúast
við og alheimurinn dragast saman og farast í
ragnarökum innan endanlegs tíma.
Önnur höfuðkenning í eðlisfræði 20. aldar
var skammtafræðin, sem lýtur að gerð og
hegðun hins örsmáa, frumeindanna sem
mynda efnið í okkur sjálfum og allt um kring.
Andstætt afstæðiskenningunni eru áhrif
skammtafræðinnar á umhverfi okkar augljós,
enda hefur hún umbylt daglegu lífi í hinum iðn-
vædda heimi. Efnisleg lífsgæði, hvort sem þau
felast í bættum tækjum til lækninga, minni
tölvum með meira minni eða netáskrift að
fréttum byggjast í síauknum mæli á hagnýt-
ingu skammtafræðinnar á ýmsum sviðum eins
og efnisfræði og ljósfræði. Skilningur á eðl-
isfræði hálfleiðara leiddi til smíði fyrsta smár-
ans fyrir hálfri öld en í dag inniheldur örgjörvi
í dæmigerðri heimilistölvu þúsundir smára á
örþunnri kísilflögu. Eftir því sem hálfleiðara-
tækninni fleygir fram og framleiðslukostnaður
lækkar verður notkun slíkra tækja fjölbreytt-
ari og við höfum væntanlega ekki séð nema
byrjunina á kísilvæðingu hversdagslífsins.
Eins og dæmið um smárana sýnir tekur það
alltaf nokkurn tíma fyrir nýja tækniþekkingu
að skila sér í tæknibyltingu í framleiðslu og má
geta sér til að nanótæknin, sem hefur verið of-
arlega á baugi í efnisfræði síðustu ár, muni
ekki síður en hálfleiðarar setja svip sinn á til-
veruna þegar líður á 21. öldina. Með þessari
tækni, sem er að slíta barnsskónum á tilrauna-
stofum í dag, er stefnt að því að hafa stjórn á
ferlum á stærðarþrepi sem er sambærilegt við
það sem gerist í lifandi vef og má því búast við
stöðugt aukinni samleitni milli líftækni og efn-
istækni í framtíðinni.
Þekking, sem byggist á skammtafræði, hef-
ur þegar skapað ómældan auð og mun vafa-
laust gera það í enn ríkari mæli í framtíðinni.
Það var samt ekki ágóðavonin, sem rak áfram
þær rannsóknir, sem ruddu skammtafræðinni
braut, heldur fyrst og fremst forvitni um sam-
setningu efnisins. Heimur örsmæðarinnar,
sem hún opnaði mönnum, inniheldur ekki síðri
furður en tímarúm afstæðiskenningarinnar,
eins og tvíeðli agna og bylgna og óvissulögmál
Heisenbergs, svo dæmi séu nefnd. Skammta-
fræðin hefur því mótað heimsmynd okkar ekki
síður en þyngdarfræðin og í samspili við tak-
mörkuðu afstæðiskenninguna liggur
skammtafræðin til grundvallar nútímahug-
myndum um innstu gerð efnisheimsins. Með
öflugum agnahröðlum, sem eru stórbrotnustu
en jafnframt dýrustu mælitæki sem um getur,
geta eðlisfræðingar skyggnst inn í kjarna
frumeindarinnar og reyndar inn í sjálfar
öreindirnar, sem hann er myndaður úr. Þegar
um miðbik 20. aldar höfðu slíkar tilraunir sýnt
fram á afar fjölskrúðuga flóru öreinda, sem
flestar voru ákaflega óstöðugar og virtust lít-
inn hlut eiga að máli í gerð og eiginleikum
venjulegs efnis. Það tók nokkra áratugi að
henda reiður á öreindasúpunni og komu þar
við sögu viðamiklar tilraunir, þar sem efnið var
kannað á sífellt smærri lengdarskala, og hug-
myndarík kenningasmíði. Um miðjan áttunda
áratuginn voru komin fram nokkuð heilsteypt
fræði, hið viðtekna líkan öreindafræðinnar,
sem hafa reynst í afar góðu samræmi við nið-
urstöður mælinga allar götur síðan. Sam-
kvæmt þessum fræðum er allt efni samsett úr
efnisögnum, sem eru annarsvegar létteindir,
þ.e.a.s. rafeindin og ýmsar systuragnir hennar,
og hinsvegar svonefndir kvarkar, en þeir eru
ávallt bundnir tveir eða þrír saman í þeim
öreindum, öðrum en létteindum, sem greinast í
agnanemum. Til dæmis eru róteindir og nift-
eindir, sem eru byggingareiningar frumeind-
arkjarnans, hver um sig úr þremur kvörkum.
Efnisagnirnar hafa áhrif hver á aðra fyrir
tilstilli ákveðinna burðaragna, sem þær senda
sín á milli. Talað er um að burðaragnirnar beri
víxlverkanir milli efnisagnanna. Þessar víxl-
verkanir eru af þrennum toga auk þyngd-
araflsins, sem reyndar hefur hverfandi áhrif í
heimi öreindanna. Við verðum áþreifanlega
vör við þyngdina vegna þess að þyngdaráhrif
þeirra fjölmörgu öreinda sem mynda jörðina
leggjast öll saman en aðdráttur hverrar
öreindar um sig er ekki mikill. Hinar víxlverk-
anirnar þrjár eru rafsegulverkunin, sem er
ráðandi um byggingu frumeinda og samspil
þeirra í efnaferlum, veika víxlverkunin, sem
veldur m.a. beta-geislavirkni ýmissa frum-
eindakjarna og á þátt í orkulosuninni í iðrum
sólarinnar, og loks sterka víxlverkunin, sem
límir kvarkana saman í öreindir og bindur þær
T ÍÐARANDI Í ALDARBYRJUN
Morgunblaðið/Kristinn
„Samkvæmt þessum fræðum er allt efni samsett úr efnisögnum, sem eru annarsvegar létteindir, þ.e.a.s. rafeindin og ýmsar systuragnir hennar, og hinsvegar svonefndir kvarkar, en þeir eru ávallt
bundnir tveir eða þrír saman í þeim öreindum, öðrum en létteindum, sem greinast í agnanemum.“
EFNIÐ
OG AL-
HEIMURINN
E F T I R L Á R U S T H O R L A C I U S