Ég ákvað að senda inn ritgerð sem ég gerði í stjarneðlisfræðiáfanga í haust. Þetta er tímaritgerð svo hún er knöpp og grunnhyggin og byggð að mestu leiti upp úr námsgagni sem var skapað fyrir nokkrum árum, 2-4 held ég, svo nýjustu kenningar ekki komnar í ljós svo mögulega koma fram þarna úreltar hugmyndir. En samt sem áður held ég að þetta sé ágætis lesning.

Heimsfræðin er sú fræðigrein sem fjallar um hvernig alheimurinn lítur út og hvernig hann þróaðist frá upphafi. Miklihvellur er sú meginkenning sem flestir í dag aðhyllast sem fjallar um upphaf heimsins, en hún hefur ekki alltaf verið það. Um endalok heimsins eru allir ekki aldeilis sammála en þar eru þrjár megin hugmyndir sem ganga út á það hvort heimurinn dragist saman, stöðvist eða hægi bara á sér. En við byrjum á upphafinu.

Margar heimsmyndir hafa verið til, sumar þar sem Jörðin var miðja alheims. En með uppgötvun Newtons á þyngdarkraftinum og annarra framfara í kjölfarið birtist raunhæf mynd af sólkerfinu okkar þar sem pláneturnar ferðuðust á sporbauglaga brautum um Sólina vegna þyngdarkrafts. Í hans heimsmynd var alheimurinn stöðugt kerfi sem tók engum breytingum, en á tuttugustu öldinni breyttist þetta. Albert Einstein setti fram sértæku og almennu afstæðiskenninguna fram snemma á síðustu öld sem gerði ráð fyrir að þyngdarsvið væri ekkert annað en sveigja í tímarúmi vegna massamikilla hluta sem sveigði þá um leið braut þeirra hluta sem ferðuðust um tímarúmið og kom fram sem þyngdarkraftur. Þó svo að Einstein reyndi að forðast það með ýmsum brögðum þá bentu kenningar hans til þess að heimurinn væri á hreyfingu, þ.e.a.s. væri að þenjast út.

Þá á svipuðum tíma tókst Hubble nokkrum að mæla rauðvik með sjónauka sínum þegar hann var að mynda fjarlæg stjörnukerfi, hann mældi rauðvik hjá nánast öllum þeim stjörnukerfum sem hann rakst á og sá að stjörnukerfi upp til hópa væru að fjarlægjast öll önnur stjörnukerfi. Þetta gengur aðeins upp ef alheimurinn er að þenjast út.

Út frá þessu sjá menn að heimurinn hlýtur einhvern tíman að hafa verið minni, sumir töldu heiminn þá hafa sprungið út frá einum punkti en aðrir vildu meina að heimurinn hefði verið að dragast saman áður en hann þandist út. En nú hefur verið stærðfræðilega sannað af Roger Penrose og Stephen Hawking að ef afstæðiskenningin er rétt þá byrjaði heimurinn í einum punkti. En menn bentu á að ef heimurinn hefði einu sinni verið svo lítill hefði hann verið mun heitari(orkuþéttleiki hans hefði verið meiri) en í dag og leifar af þeirri heitu geislun ætti enn að vera greinanleg. Þessi geislun fannst fyrst með stóru loftneti á Jörðinni en árið 1989 sendi NASA upp gervitunglið COBE sem nam þessa geislun sem reyndist vera um í samræmi geislun svarthluts með hitastig 3°K og hefur verið nefnd bakgrunnsgeislunin eða örbylgjukliðurinn.

Útþensla heimsins og bakgrunnsgeislunin renna stoðum undir kenninguna um miklahvell en kenningin á sér aðrar einnig stoðir. Sú staðreynd að það er alltof mikið til að frumefninu helium og lithium til í heiminum að hafa myndast í stjörnum þegar þær “brenna” vetni en hvernig gat það verið? Til að segja frá því þarf að rekja sögu upphafs heimsins þá er menn telja vera nokkuð rétta. Með því að finna fjarlægð stjörnukerfis og burthraða þess þá er hægt að reikna sig aftur með nokkurri óvissu og finna út hversu gamall heimurinn hugsanlega er. Þetta hafa menn gert og talan á lofti er um þrettán milljarðir ára. Þegar heimurinn var svona ungur og heitur þá voru allir þeir fjórir kraftar sem við þekkjum: sterki- og veiki kjarnakrafturinn, þyngdar- og rafsegulkrafturinn verkandi á svo litlum skala að þeir voru allir jafn sterkir. Þessi tími er kallaður Planck tími sem eru fyrstu 10^-43 sekúndurnar eftir miklahvell, og við þessi tíma mörk klofnaði þyngdarkrafturinn frá hinum kröftunum og svo eftir 10^-35 sekúndur klofnaði sterki kjarnakrafturinn og þá byrjaði svokölluð ofsaþensla alheims þar sem hann margfaldaði stærð sína mjög ört. En um það bil einni sekúndu eftir miklahvell þá byrjuðu róteindir á sveimi vegna svakalega mikils hita að klessast saman og mynda þyngri frumefni en bara vetni og þannig útskýra menn þetta gífurlega magn heliums og lithiums og um leið styðja kenningu miklahvells.

En fyrst heimurinn er nú að þenjast út þá vakna spurningar um það hvort hann muni gera það að eilífu, eða mun hann einhvern tíman stöðva þenslu sína og verða stöðugur eða mun þyngdarkrafturinn verða til þess að heimurinn dregst aftur saman og enda kannski aftur í einpunkti? Þessum spurningum er vandsvarað því þetta veltur allt á því hversu mikið efni er til í heiminum. Til að segja til um hvernig heimurinn mun enda hafa menn skilgreint svo kallaðan þenslu stuðul útfrá rauðviki fjarlægra vetrabrauta og eðlismassa heimsins sem hjálpar okkur að segja til um endalok hans. Ef þessi þenslu stuðull er nákvæmlega ½ þá mun heimurinn stöðvast, en ef hann er hærri mun heimurinn dragast saman en halda áfram endalaust í útþenslu sé hann minni en ½ . Það sem það þýðir að þenslutuðullin sé einmitt ½ er alls ekki björt framtíðarsýn því þá mun heimur eflaust enda í köldum, myrkum og stöðnuðum heimi sem inniheldur nokkur svarthol. Mælingar á þenslustuðli fyrir vetrarbrautir sýna að hann er alltaf í kringum ½ sem þýðir það að við vitum í raun ekki hvað muni gerast. Það sem truflar okkur mest er líklegast það að mælingar á hegðun vetrarbrauta sýnir að það þarf að vera meira efnismagn til staðar en það sem við mælum, og skiljanlega er erfitt að segja til um eðlismassa heimsins ef við getum ekki greint mikinn hluta af efninu í honum.

Þenslustuðullinn ræður líka lögun heimsins eins og menn kalla það, hvort hann sé flatur, kúptur eða gleiðbogalaga. Ef þú ert með tvo hluti sem ferðast samhliða á yfirborði fer það eftir lögun yfirborðsins hvort þeir fjarlægð milli þeirra breytist. Ef þenslustuðullinn er hálfur þá segja menn heiminn vera flatan sem þýðir það að fjarlægð milli þessara áðurnefnda hluta mun aldrei breytast, og heimurinn mun hætta að þenjast út. En ef stuðullinn er meiri eða minni þá mun heimurinn vera kúptur eða gleiðbogalaga sem veldur því að á kúptum heimi sem dregst að lokum saman munu ferðalangarnir alltaf enda á því að rekast á hvorn annan og það gagnsæða í gleiðbogalaga heimi.

Svo staðan er semsagt þannig að heimurinn okkar virðist vera þrettán milljarða ára gamall og hann hófst í einum litlum punkti sem þandist skyndilega út(hvernig hann gerði það má liggja milli hluta.) og lítur út í dag eins og ritgerðin lýsir, eftir okkar bestu vitneskju. Við erum með þrjár meginkenningar um endalok heimsins þó svo að nú sýna nýjustu mælingar að heimurinn er að þenjast út með auknum hraða sem hristir ögn upp í áðurnefndum kenningum. En þó við vitum þau ekki þá eru eflaust endalokin þegar ráðin og verður það eflaust viðfangsefni margra eðlisfræðinga á þessari öld.

Takktakk