Från universum till atom
av Stefan Tallqvist Forum 1973-03, sida 18-19, 21.02.1973
- Från universum till ato “Av dipl ing Stefan Tallqvist
D Kunskaperna om mikrokosmos och makrokosmos öka oavbrutet. Universum är och kommer att utgöra en outtömlig källa för kommande forskningar, och man kan vara beredd på att ständigt stöta på fantastiska upptäckter och fenomen. För att underlätta en gestaltning av vår fysikaliska omvärld, är den enkla bild som här skisseras upp kanske nyttig att begrunda mot bakgrunden av en del nya radioastronomiska rön. :
All materia i universum består av samma elementärpartiklar och grundämnen. Men hur dessa elementärpartiklar, som har bildat grundämnen i solarnas inre har uppstått, är en olöst gåta. Vi kan blott konstatera att det fyrdimensionella fält som kallas rum-tid en gång har börjat producera ett oräkneligt antal singulära punkter eller elementärpartiklar. Kvarken och neutrinon anses numera vara de mest fundamentala elementärpartiklarna. Dessas existens har förutsagts rent teoretiskt, men de har ännu inte helt entydigt påvisats. Neutrinon är en partikel som i vanliga fall inte alls reagerar med annan materia, den tränger tex obehindrat genom hela jordklotet, men den antas spela en stor roll vid vissa speciella processer såsom supernoveexplosioner. Vid sådana explosioner uppkommer mycket kraftiga radiokällor. Man antar bla att de pulserande radiokällorna eller ”pulsarerna” uppstår vid dylika tillfällen. Den elektromagnetiska strålningen beror dock sg s helt på elektronens rörelser. Radioastronomin registrerar och analyserar denna elektromagnetiska strålning som härrör från olika källor i universum. Av radioastronomiska data att döma har universum en gräns. Registreringen av radiobruset från de mest avlägsna galaxerna (de sk kvasarerna på 10 000 miljoner ljusårs avstånd) visar nämligen att deras täthet avtar betydligt snabbare än vad som vore att vänta i ett universum med likformig distribution, ett universum där Euklides geometri råder, Information om vad som finns utanför denna gräns når oss inte, antingen på grund av att där inte mera förekommer någon materia eller på grund av att eventuella objekt avlägsnar sig från oss med större hastighet än den elektromagnetiska strålningen dvs ljushastigheten.
Cygnum A — kolliderande galaxer
Ett av universums kraftigaste radioobjekt, Cygnus A i Svanens stjärnbild, är någonting så ovanligt som två kolliderande galaxer. På bilden är den utprickad inom den översta ellipsen som symboliserar hela det kända universum med en radie på 10 000 miljoner ljusår. Om man gör en uppförstoring på 5 000 gånger av denna bild med vår egen galax, Vintergatan, i centrum så visar följande ellips i bildserien den sk metagalaxen. I universum finns ett oerhört stort antal galaxer eller stjärnhopar. Galaxerna bildar mer eller mindre klart avgränsade grupper. Metagalaxen är en sådan grupp till vilken vå 1 PLANETSYSTEME [1ao00 MILJ. LJUSÅR
UNIVERSUM CYGNUS A KVASARER E MILJ. LJUSÅR METAGALAXE 4 . 50.000 LJUSÅR VINTERGATA $5 LJUSÅR
SOLENS GRANNSKA 4 5.000 MILJ. KM
PLUTO 500.000 KM SYSTEMET, ’ JORDEN-MÅNEN a MÅNEN |-5000 KM JORDEN [0 LIM MÄNNISKAN 4 10pM -5 CELLEN MOCM 100.000 41 Å 107!0M ATOMEN t 4— ELEKTRON
Forum 3/197 egen Vintergata hör. Vår närmaste granngalax, Andromedan, befinner sig på ca 2 miljoner ljusårs avstånd. Galaxernas kärnor är också mycket starka radiokällor. Som förklaring till kvasarernas och galaxkärnornas kraftiga energistrålning, har vissa radioastronomer infört begreppet ”vita hål”. Dessa skulle utgöras av punkter där energi och materia väller fram från ett hypotetiskt komplementäruniversum. Motsatsen till de vita hålen skulle vara svarta hål, som har uppstått så att gravitationen i en sol har blivit så stor att materien har kollapsat och trängts ihop till en enda punkt, försvunnit från vår rum-tid och i stället trängt fram genom ett ”vitt hål” i ett annat universum. På så sätt skulle en viss jämvikt råda mellan materiens skapelse och förintelse.
Vintergatan — 100 000 miljoner solar
För att återgå till ellipsserien på bilden så är den tredje ellipsen en uppförstoring på 40 gånger ur den föregående och visar Vintergatan, Denna innehåller ca 100 000 miljoner solar och omges dessutom av ett hundratal klotformiga stjärnhopar som ”bara” består av någon miljon stjärnor var. Vintergatan har spiralstruktur. Det har radioastronomin visat genom mätningar av fördelningen av den interstellära materien (vätgasen). Vår sol befinner sig i en spiralarm på ca 30 000 ljusårs avstånd från Vintergatans centrum. Avstånden mellan solarna inne i Vintergatan är ändå mycket stora i förhållande till solarnas dimensioner. De flesta solar i Vintergatan har inte planetsystem, utan de bildar vanligen dubbel- eller multipelsystem med flera solar som roterar kring en gemensam tyngdpunkt. Men också om bara 1/9 av solarna i Vintergatan skulle ha planetsystem så vore alltså ändå det totala antalet planetsystem omkring 1 000 miljoner. Tillsvidare har man inte lyckats upptäcka andra solars planeter, men de första teleskopen kommer snart att uppföras på månen, och då kan man vänta sig resultat. Månens avsaknad av atmosfär och svaga gravitation kommer nämligen att göra det möjligt att konstruera betydligt effektivare teleskop än vad som är möjligt på jordytan.
Människan och universum
Det finns många andra intressanta kosmologiska problem som väntar på en lösning inom en relativt snar framtid. Ett av dessa är frågan om rum-tidens krökning, ett begrepp som lekmannen (= icke matematikern) har svårt att förstå. Ett universum med konstant positiv krökning skulle ha en bestämd volym, men vara utan gräns ungefär som ytan på ett klot. Radioastronomiska resultat talar för detta antagande. Ett uniyersum med konstant negativ krökning skulle också vara obegränsat, men ha oändlig volym. Enligt Einsteins kosmologi skulle rymdens geometriska egenskaper vara direkt beroende av materiens fördelning, och fundamentala storheter såsom t ex gravitationskonstanten skulle vara tidsberoende. Man vet
Forum 3/1973
Det största i detta nu existerande radioteleskopet finns I Effelsberg, Västtyskland och har en dlameter på 100 m. Lastbilen till vänster om modellen ger en uppfattning om proportionerna.
att nya solar ständigt bildas och genomgår någon form av utveckling till vilken ofta hör en explosion. Också galaxerna genomgår ett förlopp som kännetecknas av födelse, utveckling och död. Den processen är emellertid inte så känd som solarnas utveckling. I universella sammanhang är människan ett obetydligt fenomen med ringa livstid och betydelse. Det är ändå slående att hon kan göra sig föreställningar om samband som är långt utanför hennes närmaste livssfär. Ifråga om de rent kvantitativa dimensionerna är hon mycket liten, så om vi vill placera in en människofigur i ellippsserien så får vi ta till seriens kraftigaste förstoring dvs 5 miljoner gånger, för att hon skall framträda på jordytan. Då vi slutligen når atomen så har den totala förstoring som har behövts för att se en atom i samma skala som universum varit 10898. Det är förhållandet mellan universum och atomen eller den totala förstoringen som den här skisserade bildserien återger.
19