Lesbók Morgunblaðsins - 05.05.2001, Síða 6

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

x

Lesbók Morgunblaðsins

Beinleiðis leinki

Hvis du vil linke til denne avis/magasin, skal du bruge disse links:

Link til denne avis/magasin: Lesbók Morgunblaðsins
https://timarit.is/publication/288

Link til dette eksemplar:

Link til denne side:

Link til denne artikel:

Venligst ikke link direkte til billeder eller PDfs på Timarit.is, da sådanne webadresser kan ændres uden advarsel. Brug venligst de angivne webadresser for at linke til sitet.