NT - 01.09.1985, Page 19

NT Sunnudagur 1. september 1 9
verið Big Bang. í dag er Big Bang
kenningin um sköpun alheimsins sú
sem mestu fylgi á að fagna meðal
vísindamana en síðustu tvö árin hefur
kenningin um útþenslu alheims verið
að taka á sig raunsærri mynd. Sam-
kvæmt Big Bang-kenningunni er upp-
haf alheims rakið allt aftur að 1/1000
(10-4) hluta úr sekúndu eftir að
sköpunin átti sér stað. Það sem kemur
fram í þessari nýju heimsmynd er að
þróun alheimsins hafi stjórnast af
ákveðnu sköpunarferli sem farið hafi
fram allt niður í 10-45 úr sekúndu
eftir sjálfa sköpunina. Hér er því
verið að fást við tímaeiningar svo
örsmáar að þær ná langt út fyrir okkar
venjulega skilning á því hvað tími er.
Við verðum því að sætta okkur við að
tímahugtakið innan þessara heims-
fræða er annað en það sem við eigum
aðvenjast.
Það var ameríski eðlisfræðingurinn
Alan Gut sem árið 1979 setti fyrstur
manna fram kenninguna um útþenslu
alheimsins en í fyrstu voru þó alvar-
legir gallar á ketiftirrgtinni eíns og hún
kom fram. Árið 1981 settu þeir Linde
frá Rússlandi og Steinhardt frá USA
(o.fl.) kenninguna fram í endurbættu
formi þó hún hafi enn ekki komið
fram í endanlegri niynd en í mörgum
löndum vinna menn nú ákaft að því
að fullkomna kenninguna.
Samræmdar kenningar
Þessi nýja kenning um upphaf al-
heims er því Big Bang kenningin í
endurbættri mynd en báðar eru sam-
hljóða um þróunina frá 1/1000 úr
sekúndu eftir upphaf sköpunar og
fram á þennan dag. Alheimurinn eins
og hann var á því sekúndubroti var
harla ólíkur þeim alheimi sem við
þekkjum í dag. í fyrsta lagi var hann
mikiu minni- aðeins rúmir 250 km í
þvermál og því á stærð við smástirni.
I öðru lagi var hann í fyrstu mjög
heitur- um bilijón gráður (1012) og
þéttleiki efnis einnig afar mikill. Efnið
var raunar enn ekki búið að mynda
atóm en birtist sem óbundin frumefni
í formi prótóna, elektróna og neutr-
ona auk tilsvarandi andefnis. Atom-
eindirnar voru í sífelldri sköpun en
um leið stöðugt að eyðast vegna
árekstra við móteindir. En hér kemur
eininitt fram vandamál eldri kenning-
arinnar- hvernig stóð á því að yfirleitt
varð nokkuð efni afgangs í þessari
þróun efnisins? í tilraunum á efna-
rannsóknastofum hefur nefnilega
komið í ljós að það myndast alltaf
jafnmikið af efni og andefni þegar orka
breytist í efni en þegar efni og andefni
mætast breytist hvorttveggja í geisla.
Mönnum var því ráðgáta hvernig
nokkurt efni gat yfirleitt myndast innan
alheimsins. Áður leystu menn þetta
vandamál með því að gera ráð fyrir
að í upphafi hafi verið örlítið meira
af efni en andefni -en hvers vegna
alheimurinn hafði orðið til á þennan
hátt gat enginn útskýrt.
í nýju kenningunni hafa menn
getað reiknað út að á tilteknu augna-
bliki hafi reyndar myndast örlítið
meira af efni en andefni. Fyrir hvern
milljarð andefniseinda hafi þá mynd-
ast einn milljarður og ein eind efnis -
einni eind meira. í upphafi breyttist
nær allt efni í geisla við árekstur efnis
ogandefnis -og allt það efni sem við
nú höfum fyrir augum er aðeins
ösmáar leifar þess efnis sem eftir
varð....
í Ijósi eðlisfræðinnar
Kenningin um útþenslu alheims er
ekki til orðin vegna athugana á þeim
milljörðum vetrarbrauta sem fyrir-
finnast - það sem opnaði mönnum
leiðina tii skilnings var athugun á
fjórum lögmálum náttúrunnar sem
öll efnisleg fyrirbæri byggjast á. Þessi
náttúrulögmál eru: þyngdaraflið, raf-
segulaflið og tveir kjarnakraftar -
veikari og sterkari. í mörg ár hefur
það verið" markmið eðlisfræðinga að
sameina þessi fjögur náttúrulögmál
undir eitt sameiginlegt lögmál eða
kenningu og er það fyrst nú á síðustu
árum að það hefur tekist að nokkru
ieyti. Þetta varð að veruleika hvað
snertir rafsegulaflið og kjarnaorkuna
þegar vísindamcnn við CERN-rann-
sóknastofuna í Sviss gátu sýnt fram á
tilvist W- og Z- efnaeindanna. En
kenningasmiðirnir ganga lengra en
þessar tilraunir ná og vinna nú að
kenningu sern ber nafnið GUT
■ Fyrir 4,6 milljörðum ára varð sólin til úr hvirfilskýi gasatóma og örsmárra rykagna. Smám saman þéttist skýið og
myndaði hnött úr helium og vetni - sólina eins og hún birtist okkur í dag. Það sem eftir varð af skýjasveipnum hélt
áfram hringferð sinni um þennan nýja sólhnött en myndaði loks risapláneturnar Júpíter, Satúrnus, Úranus og Neptúnus.
Jörðin ásamt öðrum plánetum og smástirnum sólkerfisins mynduðust ekki fyrr en seinna - úr þeim rykögnuin sem
afgangs urðu. Umhverfis pláneturnar komu fram milljónir halastjarna en það eru hnattsveipir úr ís og rykögnum sem
þeytast áfram um geiminn.
(Grand unified Theory - sameinaða
sviðskenningin). í dag er GUT kenn-
ingin um þrjú af fjórum náttúruöflum
- sterka og veika kjarnakraftinn og
rafsegulkraftinn. Enn hefur ekki tek-
ist að innlima þyngdaraflið í þessa
kenningu og það merkir að hvorki
GUT né kenningin um útþenslu al-
heims hafa náð endanlegri mynd.
í upphafi var jafnvægi
tvcggja krafta
Sé GUT-kenningin notuð til út-
reikninga á afstöðum á milli efnaþátta
í upphafi sköpunar þá sést að alheim-
urinn var í jafnvægisástandi. Hér ber
þó að skilja orðið jafnvægi á þann
hátt að þá hafi aðeins verið til tvö
náttúruöfl - annars vegar þyngdarafl-
ið og hins vegar einn samciginlegur
kraftur sem samkv. GUT nær aðeins
til þriggja krafta - rafsegulaflið og
kjarnakraftarnir tveir, sá sterki og
veiki. í þessu ástandi jafnvægis var
sem sagt ekki hægt að aðgreina raf-
segulaflið frá kjarnakraftinum en
þetta jafnvægi stóð aðeins yfir í 10/45
úr sek. til 10/32 úr sek. eftir upphaf
sköpunar.
Sekúndubrotið 10/45 kallast
Planck-tíminn og er þá komið að
takmörkum þess hve langt aftur í
tímann hægt er að komast samkvæmt
GUT kenningunni eins og hún er nú.
Það er ekki fyrr en hægt verður að
innlima þyngdaraflið í GUT að hægt
verður að komast út fyrir takmörk
Planck-tímans. í dag geta eðlis-
fræðingar aðeins gert ráð fyrir því að
alheimurinn á undan Planck-tíma hafi
aðeins haft á að skipa einum náttúru-
krafti - eða með öðrum orðunt á
undan Planck- tíma finna menn engan
mismun á þyngdaraflinu og kjarna-
kraftinum sterkari. í dag sjá menn þó
mikinn mun á styrkleika og víðfeðmi
þessara tveggja náttúrukrafta.
Eins og fyrr sagði voru í alheimi
aðeins tvö náttúruöfl á tímanum 10/45
til 10/32 sek. eftir upphaf sköpunar en
þá raskaðist jafnvægið milli tveggja
krafta og þá niynduðust hin fjögur öfl
sem þekkt eru í dag. Ástæðan fyrir
þessu skyndilega ójafnvægi var lækk-
andi hitastig innan alheims. Sam-
kvæmt GUT-kenningunni er ntikill
munur á náttúrukröftunum við lægra
hitastig en við ákveðið hitastig hverfa
þeir alveg. Það sem réði úrslitum fyrir
þróun alheims var að þessi jafnvægis-
breyting skeði ekki allt í einu. Hún
hefði raunar átt að ske þegar hitastig-
ið var komið niður f. 10/27 gráður þó
að hitastigið hefði getað farið niður f.
það áður en fyrrgreint jafnvægi Ityrfi.
Þetta samsvarar því að vel cr hægt að
kæla vatn undir frostmark áður en ís
myndast. Á tímabilinu 10/35 til 10/32
sek. eftir sköpunina var jafnvægisást-
andið því svo að segja neðan við
kælimarkið. Slíkt ástand kalla eðlis-
fræðingar „falskt tómarúm“ þótt
raunar ætti ekki að leggja mikla
áherslu á orðið „rúm“ í þessu sam-
bandi. í þessu „falska tómarúmi" var
þyngdaraflið fráhrindandi kraftur og
það var þessi eiginleiki sem hafði þau
áhrif að alheimurinn fór að þenjast út.
Á því óskiljanlega stutta augnabliki
meðan „falska tómarúmið" var fyrir
hendi þandist „svæðið“ sem aðeins
var að rúmmáli milljónustu hlutar
atómkjarna út í að verða miklu stærri
en sá alheimur sem við skynjum í
dag. Slík ógnarþensla er greinilega í
mikilli mótsögn við afstæðiskenningu
Einsteins þar sent segir að ekkert
komist hraðar en Ijósið. En um leið
og útþenslan átti sér stað varð geintur-
inn til. Þá er ekki til umræðu hvort
efniseindir í bessu tómarúmi færi
hraðar en Ijósið eða ekki. F.n hér er
heldur ekki lengur um neinar skiljan-
legar skýringar að ræða á útþenslu
alheims öðruvísi en sem stærðfræði-
legar líkingar. Það er bessi fvrsta
útþensla sem kallast útþenslutímabil-
ið þegar alheimurinn varð svo óend-
anlega stór sem raun ber vitni.
Áður var sagt að hið „falska tóma-
rúm" hafi verið neðan við kælistig við
útþensluna og að hitastigið hafi raun-
verulega verið of lágt til að geta
viðhaldið jafnvægisástandi aðeins
með hjálp tveggja náttúrukrafta. En
á sarna hátt og hægt er að fá frant
ískristalla í lágkældu vatni þá ntynd-
uðust „loftbólur" í tómarúminu sem
orsökuðu misræmi þannig að fram
kontu fjórir náttúrukraftar innan al-
heims. Þessar „loftbólur" áttu síðan
sinn þátt í hinni hröðu útþenslu
„falska tómarúmsins" og þannig varð
hver „loftbóla" að einum alheimi.
Við tilheyrum einni af þessum „loft-
bólunt" og aðeins örlítill hluti hennar.
Útþenslan hætti fyrst þegargeimursá
sem síðar varð alheimur okkar var
búinn að ná tilskilinni stærð en þá var
„loftbólan" okkar þegar orðin stærri
en hinn sýnilegi alheimur í dag. Erfitt
er að segja til um hversu stór sú
„loftbóla" er sem við tilheyrum en
hlutfall eins og 10/35 Ijósár hefur
verið nefnd í þessu sambandi. Hér
við bætist að auk okkar eigin „loft-
bólu" eru milljónir annarra loftbóla
af svipaðri stærð alheimar sem við ef
til vill aldrei munum fá að sjá.
Við getum ekki séð nema óendan-
lega lítinn hluta þeirrar „loftbólu"
sem við tilheyrum og það sem við
skynjunt sem „okkar" alheini hefur
radíus sem er unt 15 milljarðar Ijós-
ára.
Ástæðan fyrir því að við sjáum
ekki lengra er hraði Ijóssins. ( þau 15
milljarða ára sem liðin eru frá upphafi
sköpunar liefur ljósið ekki komist
lengra en 15 milljarð ljósára.. það
sem liggur lengra í burtu getum við
samkvæmt hlutarins eðli hreinlega
ekki skynjað því að Ijósið úr þessari
fjarlægð hefur einfaldíega ekki náð til
okkar ennþá.
Oft hafa menn viljað líkja alheim-
inum við blöðru sem einhver er að
blása upp og þessi samlíking Itcldur
enn velli - þó að því viðbættu að
alheimurinn „okkar“ veröur sífellt
minni og minni depill á yfirborði
blöðrunnar. Þessi nýja heimsmynd
gefur einnig í skyn hvernig endalok
alheims muni verða. Standist útreikn-
ingarnir mun alheimurinn aldrei
hætta að þenjast út. En stundum Itafa
menn hugleitt möguleikana á því cf
alheimurinn hætti að þenjast út og
tæki að dragast saman á ný. Öllu
ntyndi síðan ljúka með því að allt
dræpist saman í einum punkti. Sá
punktur myndi síðan springa í einu
Big Bang og allt hæl'ist á nýjan leik.
En samkvæmt nýju kenningunni er
þessu ekki þannig háttað. Útþenslan
ntun halda áfram um tíma sem er
okkur með öllu óskiljanlega langur.
Alhcimurinn mun smárn saman deyja
út eftir því sem brennsluefni stjarn-
anna gengur til þurrðar. Þá mun
ntyrkrið skella á og loks mun efnið
breytast í geisla. Sorglegur endir sern
þó er svo fjarlægur að við þurfurn
engar áhyggjur að hafa. Kenningin
unt útþenslu alheims er ekki eins
nákvæm hvað varðar sjálfa sköpun-
ina. Enn vantar að leysa gátuna um
Planck-tímann, þetta 10/45 sekúndu-
brot eftir sköpunina. Sennilega eiga
menn eftir að uppgötva að hinurn
megin við þetta sekúndubrot hefur
farið fram jafn spennandi þróun og sú
sem á eftir fór.
E.V,