Miklihvellur

Miklahvells líkanið svokallaða er almennt viðtekinn kenning um tilurð og þróun alheimsins. Hún segir til um það að fyrir um 14 milljörðum ára síðan hafi sá hluti alheimsins sem er okkur sjáanlegur í dag aðeins verið fáeinir millimetrar í þvermál og að síðan þá hafi alheimurinn þanist út og kólnað og sá raunveruleiki sem við þekkjum orðið til.
Þrátt fyrir nafnið er ekki rétt að líkja miklahvelli við sprengingu. Hann sprakk ekki frá einhverri sérstakri staðsetningu út í eldri heim. Hann þandist ekki út í rúmið heldur er það rúmið sjálft sem er að þenjast út. Það þarf ekki að vera endalega stórt til þess að geta þanist út. Óendalega stór alheimur getur stækkað óendalega og er enn jafnóendalegur. Miklihvellur hafði því skiljanlega enga miðju og engin endimörk. Það eina sem við vitum er það að efni og orka lá eitt sinn þéttar í alheiminum en það gerir í dag. Við vitum í raun ekkert um miklahvell sjálfan, heldur aðeins það sem kom í kjölfarið.
Það var árið 1929 að maður að nafni Edwin Hubble gerði sér grein fyrir því með athugunum á rauðviki að miðað við jörðina eru umlykjandi stjörnuþokur að þeytast burt frá okkur í allar áttir með hraða sem er í réttu hlutfalli við fjarlægðina til þeirra. Þetta varð þekkt sem lögmál Hubbles. Hægt er að koma með margar heimsfræðilegar tilgátur um hvað sú staðreynd þýðir. Ef við göngum út frá því hins vegar að alheimurinn sé einsleitur og stefnusnauður, að allstaðar ríki sömu lögmál eðlisfræðinnar og að engin athugunarstaður sé merkilegri en annar þá komust við að því að líklega hefur lögmál Hubble’s þá þýðingu að alheimurinn er að þenjast út.
Stærðfræðileg lýsing var þegar til á slíku líkani. Svo heppilega vildi til að til var afbrigði af almennu afstæðiskenningu Einsteins kennt við Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker sem lýsti einsleitum og stefnusnauðum alheimi í útþenslu.
Það sem skaut svo rækilega stoðum undir kenninguna var uppgötvun örbylgjukliðsins 1965. Þá var sýnt fram á að afar köld bakgrunnsgeislun er alltaf til staðar og kemur úr öllum áttum í alheiminum. Þetta smellpassaði við forspá Friedmann-Lemaitre líkansins og eru leifa þess ástands þegar alheimurinn var funheitur þrjúhundruðþúsund ára gamall.
Undanfarin ár hefur WMAP verkefni NASA safnað með gervihnöttum upplýsingum sem hafa nær staðfest kenninguna, eins langt og það nær. Meðal þess sem þeir hafa komist að er það að alheimurinn er 13,7 milljarða ára +/- 200 milljónir og hann samanstendur af 74% dularfullri hulduorku, 22% hulduefni og 4% barjónir, þ.e. það efni sem við þekkjum. Mikið samræmi er á lýsingu vísindamanna á miklahvelli og þessum gögnum þó til séu fáein atriði sem stangast á.
Þessi lýsing er í grundavallar atriðum það sem kallað er lambda CDM og segir til um nákvæmlega hvert innihald alheimsins er skv. nokkrum forsendum. Af því má svo segja til hver þróun alheimsins hefur verið.
Eins og áður var sagt þá vitum við ekkert um miklahvell sjálfan en helling um það sem kom í kjölfarið. Planktíminn er sú tímalengd sem vísindamenn geta hugsað sér minnsta. Hún er tíu í mínus fjörtíuasta og þriðja. Hér eru um að ræða svo litla stærðir að vitagagnslaus er að gera sé þær í hugarlund. Fyrir þann tíma vitum við ekki neitt, nema kannski að þyngdarkrafturinn hafði þegar sagt skilið við kjarnakraftinn en við ímyndum okkur að í upphafi hafi allt efni, orka og kraftar verið bara ein súpa og óaðskiljanleg. 10 í mínus þrítugasta og sjöttu sekúndu eftir miklahvell skildust svo frá kjarnkraftinum svokallaði sterki kjarnakraftur og strax í framhaldinu byrjaði alheimurinn að þenjast út með vísisvexti og mætti segja að innan við trilljón trilljónasta úr sekúndu hafi hann þanist frá því að vera sem baun yfir í að vera á stærð við allan hinn sýnilega alheim í dag. Þá tók við “gríðarlangt” tímabil þar sem fyrstu kvarkarnir og antikvarkarnir verða til eða þar til tíu í mínus tólfta sekúndu eftir miklahvell þegar veiki kjarnakrafturinn og rafsegulkrafturinn skiljast að. Þar verða hina ýmsu eindir og andeindir til og enn aðrar eindir við sameiningu þeirra, þar ber hæst að minnast á okkar heitt elskuðu rafeindir, róteindir, nifteindir og ljóseindir.
Skv. mínum heimildum gerist það svo nákvæmlega sekúndu eftir miklahvell að fyrsti vetniskjarninn verður til. Finnst mér það alveg hreint ótrúleg tilviljun en ef satt reynist gæti verið að hér sé kominn ný og fullkomnari skilgreining á sekúndunni. Það er ekki að spyrja að því að í framhaldinu fer kjarnasamruni að gerast og þyngri frumefni að myndast hægt og bítandi. Þremur mínútum seinna er alheimurinn orðin svo kaldur að kjarnasamruni hættir að vera sjálfvirkur og mætti segja að hann hefði lifað sitt blómaskeið, leiðin hefur bara legið niður á við síðan þá. U.þ.b. 370 þúsund árum seinna fara svo fyrstu rafeindirnar að hitta kjarnanna og mynda stöðug atóm. Fram að því hafði ljóseindirnar sífellt verið að verða til eða að verða að öðrum eindum við samverkun við barjónirnar en með tilkomu atómsins læsist sá möguleiki og örlög þessara ljóseinda var að verða að bakgrunnsgeisluninni sem er einmitt helsta vísbending okkar um þetta allt saman.
Þrátt fyrir að vera misleitur og stefnusnauður kemur það ekki í veg fyrir það að alheimurinn hefur verið frá upphafi jafnkekkjóttur hvert sem litið er. Þetta má sjá á myndum af bakgrunnsgeisluninni frá WMAP gervihnöttunum. Þessir kekkir verða svo seinna að stjörnuþokum og stjörnum sem draga til sín enn meira efni og valda því að næturhimininn er nákvæmlega eins og hann er. Í sumum þessara stjarna hafa svo myndast aðstæður sem hafa haldið áfram að auðga alheiminn af þyngri frumefnum svo ekki sé minnst á ljósið.
En eru til einhverjar vísbendingar um hvert þessi þróun er að leiða okkur? Í stuttu máli sagt er svarið nei. Kenningar eru til um það að sé massaþéttleiki alheimsins yfir ákveðnu marki þá muni hann ná ákveðinni stærð og byrja svo að dragast aftur saman þar til verður miklahrun samhverf andstæða miklahvells. Ef hins vegar þéttleikinn er jafn eða undir markinu þá muni alheimurinn hægja á útþenslunni endalaust en aldrei stoppa. Á hinn bóginn hafa á undanförnum árum athuganir okkar á hulduorkunni leitt í ljós að líklega sé hröðun á þenslu alheimsins og ríkir því óvissa um allar þessar pælingar í augnablikinu.
Miklahvellskenningin hefur komið miklu róti á heimsmynd samtímans og halda því margir fram að þar hafi vísindin loksins skarast á við heimspeki og trúarbrögð. Það er skiljanlegt því kenningin rímar skemmtilega við hina þekktu heimspekilegu hugmynd um frumhreyfilinn sem hinir ýmsu heimspekingar hafa velt fyrir sér í gegnum tíðina. Ólíkt mörgum vísindakenningum hefur Miklahvellskenningin hlotið góðan hljómgrunn hjá mörgum kreddusmiðum trúarbragðanna. Margir hafa þóst finna samhljóm með kenningunni og trúarbrögðum, allt frá kaþólikkum til múhameðstrúarmanna og búddisma til hindú. Staðreyndin er engu að síður sú að Miklihvellur er sjálfstæð og óháð vísindaleg kenning, og svo lengi sem hún verður ekki afsönnuð (en það er í eðli vísindakenninga að vera afsannanlegar) þá myndi hún standa á sínu jafnvel þótt hún væri tekin úr öllu hugmyndafræðilegu samhengi og engin heimspeki né trúarbrögð væru til. Það er mín skoðun að þarna hafi vísindin í eitt skipti fyrir öll tekið fram úr trúarbrögðum og sannað að þau eru ekki einungis gagnleg heldur öflug tæki til að útskýra það óútskýranlega.


Heimildir:

„Big Bang.“ Wikipedia-The Free Encyclopedia. 22.3.2006. Wikimedia Foundation.
<http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang>. (Skoðað 22.3.2006).

„big-bang model. “ Encyclopædia Britannica. 2006. Encyclopædia Britannica Online.
<http://search.eb.com/eb/article-9079147>. (Skoðað 22.3.2006).

Crenson, Matt. „Evidence for universe expansion found.“ Anniston Star. 17.3.2006. The Associated Press.
<http://hosted.ap.org/dynamic/stories/C/COSMIC_INFLATION?SITE=ALANN&SECTION=HOME&TEMPLATE=DEFAULT>. (Skoðað 22.3.2006).

Einar H. Guðmundsson, “Heimsmynd stjarnvísindanna: Sannleikur eða skáldskapur?”, hjá Andra S. Björnssyni o.fl., Er vit í vísindum? Reykjavík: Háskólaútgáfan, 1996, bls. 39-68.

Gunnlaugur Björnsson, “Sólir og svarthol”, hjá Þorsteini Vilhjálmssyni, Undur veraldar. Reykjavík: Mál og menning, 1998, bls. 43-62.

Hawking, Stephen, Saga tímans. Guðmundur Arnlaugsson íslenskaði. Reykjavík: Hið íslenska bókmenntafélag, 1990.

Tryggvi Þorgeirsson. „Hvernig varð alheimurinn til?“. Vísindavefurinn 22.3.2000.
<http://visindavefur.hi.is/?id=277>. (Skoðað 22.3.2006).

Weinberg, Steven. Ár var alda. Guðmundur Arnlaugsson íslenskaði. Reykjavík: Hið íslenska bókmenntafélag, 1998.

„WMAP.“ Wikipedia-The Free Encyclopedia. 22.3.2006. Wikimedia Foundation.
<http://en.wikipedia.org/wiki/WMAP>. (Skoðað 22.3.2006).