Hinn mikilfenglegi alheimur

Það sem miklihvellur skýrir — og skýrir ekki

SÉRHVER morgunn er kraftaverk. Við kjarnasamruna í iðrum morgunsólarinnar breytist vetni í helíum við margra milljóna gráðu hita. Óhemjuöflugir röntgen- og gammageislar byltast frá kjarnanum út í umlykjandi lög. Ef sólin væri gagnsæ myndu þessir geislar ryðjast upp á yfirborðið á fáeinum sekúndum. En í staðinn endurkastast þeir fram og aftur milli þéttpakkaðra atómanna í „einangrunarlagi“ sólarinnar og missa smám saman orku. Dagar, vikur og aldir líða. Árþúsundum síðar skín þessi áður banvæna geislun frá yfirborði sólarinnar sem milt, gult ljósaflóð — hættulaust og mátulega sterkt til að baða jörðina birtu og yl.

Hver nótt er líka kraftaverk. Aðrar sólir tindra yfir okkur í víðáttu vetrarbrautarinnar. Þar ægir saman öllum litum og stærðum, hitastigi og þéttleika. Sumar sólir eru ofurrisar, svo stórar að væri skipt á einni þeirra og sólinni okkar myndi hún ná út fyrir braut jarðar og gleypa hana. Aðrar sólir eru agnarsmáir hvítir dvergar — smærri en jörðin en jafnþungar og sólin okkar. Sumar munu halda sínu striki með friði og spekt um milljarða ára. Aðrar eru að því komnar að springa og eyða sjálfum sér í sterkum stjörnublossa sem um stutta stund verður skærari en heilar vetrarbrautir.

Fornmenn töluðu um sæskrímsli og herguði, um dreka, skjaldbökur og fíla, um lótusblóm og dreymna guði. Síðar, á hinni svokölluðu skynsemisöld, var guðunum sópað burt með töfravendi örsmæðareiknings og lögmála Newtons. Nú liggja goðsagnirnar og fornljóðin í gleymsku. Börn atómaldarinnar hafa valið sér sköpunarviðmið — ekki sæskrímsli fornaldar, ekki „líkan“ Newtons heldur tuttugustu aldar táknið sem yfirskyggir allt — sprengjuna. „Skapari“ þeirra er sprenging. Þau kalla hana miklahvell.

Það sem miklihvellur „skýrir“

Vinsælasta útgáfa núverandi kynslóðar af sköpuninni er á þá lund að fyrir um það bil 15 til 20 milljörðum ára hafi hvorki verið til alheimur né tómarúm. Þá var enginn tími, ekkert efni — ekkert nema óendanlega þéttur, óendanlega smár punktur, kallaður sérstaða, sem sprakk og myndaði núverandi alheim. Á fyrsta sekúndubroti þessarar sprengingar þandist alheimurinn út á miklu meira en ljóshraða.

Á nokkrum fyrstu mínútum miklahvells á að hafa átt sér stað kjarnasamruni á alheimskvarða þar sem til varð það vetni og helíum, sem fyrirfinnst í geimnum milli stjarnanna, og í það minnsta hluti þess litíums sem þar er. Eftir á að giska 300.000 ár hafi hitastig þessa alheimseldhnattar verið komið örlítið niður fyrir yfirborðshita sólar þannig að rafeindir gátu raðað sér á sporbauga kringum atómin og sent frá sér ljóseindir eða ljós. Þótt alheimurinn hafi kólnað ósköpin öll segja þeir að enn sé hægt að mæla þennan frumblossa sem bakgeislun á örbylgjutíðni er svarar til 2,7 gráðu hita á Kelvinkvarða.a Það var reyndar uppgötvun þessarar bakgeislunar á árunum 1964-65 sem sannfærði flesta vísindamenn um að eitthvert mark væri takandi á miklahvellskenningunni. Kenningin er líka sögð skýra hvers vegna alheimurinn virðist vera að þenjast út í allar áttir, og fjarlægar vetrarbrautir þeysast í átt frá okkur og hver annarri með ógnarhraða.

Er einhver ástæða til að efast um miklahvell fyrst kenningin virðist skýra svo margt? Já, því að það er líka býsna margt sem hún skýrir ekki. Lýsum því með dæmi: Ptólómeus, stjarnfræðingur til forna, hélt fram þeirri kenningu að sólin og reikistjörnurnar gengju um jörð á stórum, hringlaga brautum og mynduðu samtímis smærri hringi, svonefnda hjáhringi. Kenning hans virtist skýra hreyfingar reikistjarnanna. Um aldaraðir söfnuðu stjarnfræðingar meiri gögnum, og þeir sem aðhylltust heimsmynd Ptólómeusar gátu alltaf bætt nýjum hjáhringjum við þá sem fyrir voru og „skýrt“ þannig nýjustu gögn. En það þýddi ekki að kenningin væri rétt. Um síðir lágu hreinlega fyrir meiri gögn en svo að kenningin gæti skýrt þau, og aðrar kenningar, svo sem hugmynd Kóperníkusar að jörðin gengi um sólu, skýrði hlutina betur og einfaldar. Nú er sá stjarnfræðingur vandfundinn sem aðhyllist heimsmynd Ptólómeusar!

Prófessor Fred Hoyle líkir tilraunum miklahvellssinna til að halda kenningu sinni á floti, við tilraunir Ptólómeusarfræðinganna til að lappa upp á kenningu sína andspænis nýjum uppgötvunum. Hann segir í bók sinni The Intelligent Universe: „Kraftar rannsóknarmanna hafa helst beinst að því að breiða yfir mótsagnir miklahvellskenningarinnar, að móta hugmynd sem verður æ fyrirferðarmeiri og flóknari.“ Hoyle nefnir hvernig Ptólómeus reyndi árangurslaust að nota hjáhringjahugmyndina til að bjarga kenningu sinni og segir svo: „Ég hika þess vegna ekki við að segja að dimmur skuggi grúfi yfir miklahvellskenningunni. Eins og ég hef áður nefnt sýnir reynslan að það er sjaldgæft að kenning nái sér eftir að staðreyndamynstur tekur að hrannast upp gegn henni.“ — Bls. 186.

Tímaritið New Scientist 22./29. desember 1990 endurómaði svipaða afstöðu: „Aðferð Ptólómeusar hefur verið beitt ríkulega á . . . miklahvellslíkanið.“ Síðan spyr blaðið: „Hvernig getum við náð raunverulegum framförum í öreindaeðlisfræði og heimsmyndarfræði? . . . Við verðum að viðurkenna af meiri heiðarleika og hreinskilni að sumar af kærustu hugmyndum okkar eru hreinar tilgátur.“ Nýjar mælinganiðurstöður streyma nú inn.

Spurningar sem miklihvellur svarar ekki

Nýjar mælingar vísindamanna á fjarlægðunum til annarra vetrarbrauta, sem þeir hafa gert með endurbættum linsubúnaði Hubble-stjörnusjónaukans, þjarma nú óþyrmilega að miklahvelli. Kenningasmiðir eru felmtri slegnir yfir nýju gögnunum.

Stjarnfræðingurinn Wendy Freedman og fleiri notuðu Hubble-sjónaukann nýlega til að mæla fjarlægðina til vetrarbrautar í Meyjarmerkinu. Mælingarnar benda til að alheimurinn þenjist hraðar út og sé þar af leiðandi yngri en haldið var. Nýju mælingarnar „benda til að alheimurinn sé ekki nema átta milljarða ára gamall,“ sagði tímaritið Scientific American í júní 1995. Átta milljarðar ára virðist reyndar langur tími, en það er helmingi styttra en almennt viðurkenndur aldur alheimsins. Þetta veldur sérstökum vanda því að „önnur gögn benda til þess að vissar stjörnur séu að minnsta kosti 14 milljarða ára gamlar,“ eins og greinin segir. Ef mælingar Freedmans standast þýðir það að þessar aldurhnignu stjörnur eru eldri en miklihvellur.

Enn annar vandi, sem steðjar að miklahvelli, er sá að vaxandi vísbendingar eru um „loftbólur“ í alheiminum, tómarúm sem eru 100 milljónir ljósára í þvermál umlukin vetrarbrautum. Margaret Geller, John Huchra og fleiri við Harvard-Smithsonian stjarneðlisfræðimiðstöðina hafa uppgötvað það sem þau kalla mikinn vetrarbrautamúr. Hann er á norðurhimni og er um 500 milljónir ljósára að lengd. Annar hópur stjarnfræðinga, kallaður samúræarnir sjö, hefur fundið merki um annars konar sambræðing í geimnum sem þeir kalla Aðdráttinn mikla. Þetta fyrirbæri er í grennd við stjörnumerkin Vatnaskrímslið og Mannfákinn á suðurhimni. Stjarnfræðingarnir Marc Postman og Tod Lauer álíta að enn sterkara aðdráttarafl hljóti að vera handan stjörnumerkisins Óríons sem valdi því að hundruð vetrarbrauta, þeirra á meðal okkar eigin, reki í áttina þangað eins og flekar á eins konar „geimfljóti.“

Öll þessi geimfyrirbæri eru æði torskilin. Heimsmyndarfræðingar segja að miklihvellur hafi verið afskaplega jafn og samfelldur ef marka má bakgeislunina sem hann er sagður hafa skilið eftir sig. Hvernig gat svona jöfn sprenging myndað svona feiknastór og margbrotin fyrirbæri? „Því fleiri múrar og aðdrættir sem finnast, þeim mun torskildara verður hvernig svona magnað byggingarform gat myndast á 15 milljarða ára æviskeiði alheimsins,“ viðurkennir Scientific American — og gátan verður bara torráðnari þegar Freedman og fleiri stytta áætlaðan aldur alheimsins enn frekar.

‚Eitthvert undirstöðuatriði vantar hjá okkur‘

Þrívíddarkort Gellers af þúsundum „loftbólna,“ hrúgalda og vetrarbrautaþyrpinga af alls konar gerðum hafa gerbreytt hugmyndum vísindamanna um alheiminn. Geller þykist alls ekki skilja það sem hún sér. Aðdráttaraflið eitt sér virðist ekki geta skýrt tilveru múrsins mikla. „Mér finnst oft að það vanti eitthvert undirstöðuatriði í skilning okkar á þessu byggingarformi,“ viðurkennir hún.

Og Geller tekur dýpra í árinni: „Við vitum greinilega ekki hvernig miklihvellur getur skýrt tilurð stórra byggingarforma.“ Túlkun á uppbyggingu alheimsins út frá núverandi kortlagningu himinsins er langt frá því að vera endanleg — hún er kannski frekar sambærileg við það að gera sér mynd af öllum heiminum eftir könnun á Grímsey. Geller heldur áfram: „Einhvern tíma komumst við kannski að raun um að við höfum ekki raðað bútunum rétt saman, og þegar við gerum það verður það svo augljóst að við skiljum ekki hvers vegna okkur datt það ekki miklu fyrr í hug.“

Þá erum við komin að erfiðustu spurningunni: Hvað á að hafa hleypt miklahvelli af stað? Enginn annar en Andrei Linde, einn af höfundum hinnar afar vinsælu útgáfu miklahvellskenningarinnar sem gerir ráð fyrir að alheimurinn hafi orðið til úr nánast engu, viðurkennir hreinskilnislega að hin hefðbundna kenning fáist ekkert við þessa grundvallarspurningu. „Fyrsta og helsta vandamálið er sjálf tilvist miklahvells,“ segir hann. „Maður veltir kannski fyrir sér hvað hafi komið áður. Og hafi tímarúmið ekki verið til, hvernig gat þá allt orðið til úr engu? . . . Að skýra hina upphaflegu sérstöðu — hvar og hvenær allt byrjaði — er enn örðugasta gátan sem heimsmyndarfræði nútímans er að fást við.“

Í grein í tímaritinu Discover sagði nýverið að „enginn heilvita heimsmyndarfræðingur haldi því fram að miklihvellur sé hin endanlega kenning.“.

Við skulum nú fara út undir bert loft og virða fyrir okkur fegurð og dulúð hinnar stjörnumprýddu himinhvelfingar.

[Neðanmáls]

[Rammi á blaðsíðu 5]

Ljósár — mælistika geimsins

Alheimurinn er svo stór að ef við ætluðum okkur að mæla hann í kílómetrum væri það sambærilegt við að mæla vegalengdina milli Reykjavíkur og Tókíó með örkvarða. Ljósárið er hentugri mælieining, en það er sú vegalengd sem ljósið fer á einu ári eða rúmlega 9.460.000.000.000 kílómetra. Ljósárið er gríðarleg vegalengd sem sést best á því að ljóshraðinn er mesti hraði sem þekkist í alheiminum — ljósið er aðeins 1,3 sekúndur að berast frá tunglinu til jarðar og um 8 mínútur að berast frá sólinni.