Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:40 • sest 21:16 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 15:13 • Sest 05:59 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 03:57 • Síðdegis: 16:31 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 10:23 • Síðdegis: 22:34 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Er til efni sem er ósýnilegt en hefur samt þyngd?

Þorsteinn Vilhjálmsson

Svarið er já, hvaða skilningur sem lagður er í spurninguna. Sýnileiki annars vegar og þyngd, massi eða orka hins vegar eru óskyldir hlutir.

Eitthvert einfaldasta dæmið um efni sem við sjáum ekki en hefur samt þyngd eða massa er andrúmsloftið kringum okkur. Einn rúmmetri af lofti við staðalaðstæður hefur massa sem nemur um það bil 1,3 kg. Ef loftinu er þjappað saman verður það að sama skapi þéttara, en léttara í sér ef það þynnist. Þegar ofar dregur í lofthjúpnum þynnist loftið á tiltekinn hátt sem menn þekkja mætavel þótt þrýstingsbreytingar vegna hæða og lægða hafi tímabundin áhrif á hverjum stað.

Nú kann einhver að segja að loftið sé ekki alveg ósýnilegt í þeim skilningi að við verðum þess vör með ýmsum hætti þó að það sé gagnsætt. Til dæmis finnum við fyrir því þegar vindurinn blæs eða við förum um loftið með umtalsverðum hraða, við sjáum að fuglar og flugvélar fljúga og vitum að það er loftið sem heldur þeim uppi, við vitum að blöðrur stíga upp á við og svo framvegis.

Ef við hverfum nú inn í hinn smásæja heim öreindafræðinnar er fyrst þess að geta að til eru öreindir sem hafa engan kyrrstöðumassa sem kallað er. Ein af forsögnum afstæðiskenningarinnar er sú að þess konar eindir fara alltaf með ljóshraða. Fremsti fulltrúi þeirra er raunar sjálf ljóseindin, það er að segja eindin sem ber rafsegulkrafta milli hluta og einda sem valda slíkum kröftum. Hins vegar er samt varla hægt að taka svo til orða að ljóseindir séu „ósýnilegar“ því að við „sjáum“ sumar þeirra með augunum sem ljós, finnum fyrir öðrum vegna hita sem af þeim stafar og enn aðrar skynjum við og mælum með ýmiss konar tækjum og tólum svo sem loftnetum og geislunarmælum. Eðlisfræðingar taka svo til orða að ljóseindir víxlverki allnokkuð við efnið sem þær fara um.

Ein tegund öreinda hefur löngum þótt sérstaklega dularfull og líklegur frambjóðandi í hlutverk „hulduefnis“, sem væri nær ósýnilegt. Má þá hafa í huga að orka og massi eru nátengd samkvæmt jöfnu Einsteins:
E = m c2
Hér er átt við svokallaðar fiseindir (e. neutrinos) sem víxlverka mjög lítið við annað efni og hafa löngum verið taldar hafa nær engan kyrrstöðumassa. Þær geysast um óravíddir geimsins nærri ljóshraða og þeirri hreyfingu fylgir orka. Þegar saman kemur fylgir orkunni síðan massi og þyngd.

Þess vegna er talið að þessar eindir eigi drjúgan þátt í svokölluðu hulduefni sem stjarnvísindamenn nútímans hafa fundið vísbendingar um í geimnum. Til skamms tíma virtist sem þetta hulduefni kynni að vera nógu mikið og þétt til þess að það mundi að lokum snúa við útþenslu alheimsins. Nýjustu rannsóknir frá allra síðustu árum benda hins vegar til þess að svo sé ekki vegna langdrægs þankrafts eða fráhrindingarkrafts sem tengist svokölluðum heimsfasta og veldur því að þensla alheimsins mun halda áfram með auknum hraða. Er í þessu viðfangi talað um svonefnda hulduorku (dark energy). Um þetta má lesa í fróðlegri grein eftir Einar H. Guðmundsson í Morgunblaðinu 24. júní 2001. Þeir sem hafa búnað til að lesa PostScript-skrár geta nálgast greinina hér.

Fjallað er nánar um ýmiss konar massa í alheiminum í svari Kristjáns Rúnars Kristjánssonar við spurningunni Hefur ljóseind massa og þyngd?, og í svörum sem þar er vísað til.

En svarið við spurningunni er sem sagt rökstutt já: Það er til efni sem hefur þyngd eða massa og felur í sér orku en er á hinn bóginn nær ósýnilegt í þeim skilningi að það víxlverkar veikt við annað efni.

Viðbót í ágúst 2014: Seinni hluti svarsins fjallar um viðfangsefni sem hafa verið ofarlega á baugi á síðustu áratugum. Breytingar og framfarir á þessu sviði eru örar og eru menn því hvattir til að kynna sér sem nýlegastar heimildir. -- ÞV

Höfundur

Þorsteinn Vilhjálmsson

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Útgáfudagur

5.10.2001

Spyrjandi

Hlynur Þór Antonsson

Efnisorð

Tilvísun

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Er til efni sem er ósýnilegt en hefur samt þyngd? “ Vísindavefurinn, 5. október 2001. Sótt 19. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=1894.

Þorsteinn Vilhjálmsson. (2001, 5. október). Er til efni sem er ósýnilegt en hefur samt þyngd? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=1894

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Er til efni sem er ósýnilegt en hefur samt þyngd? “ Vísindavefurinn. 5. okt. 2001. Vefsíða. 19. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=1894>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Er til efni sem er ósýnilegt en hefur samt þyngd?
Svarið er já, hvaða skilningur sem lagður er í spurninguna. Sýnileiki annars vegar og þyngd, massi eða orka hins vegar eru óskyldir hlutir.

Eitthvert einfaldasta dæmið um efni sem við sjáum ekki en hefur samt þyngd eða massa er andrúmsloftið kringum okkur. Einn rúmmetri af lofti við staðalaðstæður hefur massa sem nemur um það bil 1,3 kg. Ef loftinu er þjappað saman verður það að sama skapi þéttara, en léttara í sér ef það þynnist. Þegar ofar dregur í lofthjúpnum þynnist loftið á tiltekinn hátt sem menn þekkja mætavel þótt þrýstingsbreytingar vegna hæða og lægða hafi tímabundin áhrif á hverjum stað.

Nú kann einhver að segja að loftið sé ekki alveg ósýnilegt í þeim skilningi að við verðum þess vör með ýmsum hætti þó að það sé gagnsætt. Til dæmis finnum við fyrir því þegar vindurinn blæs eða við förum um loftið með umtalsverðum hraða, við sjáum að fuglar og flugvélar fljúga og vitum að það er loftið sem heldur þeim uppi, við vitum að blöðrur stíga upp á við og svo framvegis.

Ef við hverfum nú inn í hinn smásæja heim öreindafræðinnar er fyrst þess að geta að til eru öreindir sem hafa engan kyrrstöðumassa sem kallað er. Ein af forsögnum afstæðiskenningarinnar er sú að þess konar eindir fara alltaf með ljóshraða. Fremsti fulltrúi þeirra er raunar sjálf ljóseindin, það er að segja eindin sem ber rafsegulkrafta milli hluta og einda sem valda slíkum kröftum. Hins vegar er samt varla hægt að taka svo til orða að ljóseindir séu „ósýnilegar“ því að við „sjáum“ sumar þeirra með augunum sem ljós, finnum fyrir öðrum vegna hita sem af þeim stafar og enn aðrar skynjum við og mælum með ýmiss konar tækjum og tólum svo sem loftnetum og geislunarmælum. Eðlisfræðingar taka svo til orða að ljóseindir víxlverki allnokkuð við efnið sem þær fara um.

Ein tegund öreinda hefur löngum þótt sérstaklega dularfull og líklegur frambjóðandi í hlutverk „hulduefnis“, sem væri nær ósýnilegt. Má þá hafa í huga að orka og massi eru nátengd samkvæmt jöfnu Einsteins:
E = m c2
Hér er átt við svokallaðar fiseindir (e. neutrinos) sem víxlverka mjög lítið við annað efni og hafa löngum verið taldar hafa nær engan kyrrstöðumassa. Þær geysast um óravíddir geimsins nærri ljóshraða og þeirri hreyfingu fylgir orka. Þegar saman kemur fylgir orkunni síðan massi og þyngd.

Þess vegna er talið að þessar eindir eigi drjúgan þátt í svokölluðu hulduefni sem stjarnvísindamenn nútímans hafa fundið vísbendingar um í geimnum. Til skamms tíma virtist sem þetta hulduefni kynni að vera nógu mikið og þétt til þess að það mundi að lokum snúa við útþenslu alheimsins. Nýjustu rannsóknir frá allra síðustu árum benda hins vegar til þess að svo sé ekki vegna langdrægs þankrafts eða fráhrindingarkrafts sem tengist svokölluðum heimsfasta og veldur því að þensla alheimsins mun halda áfram með auknum hraða. Er í þessu viðfangi talað um svonefnda hulduorku (dark energy). Um þetta má lesa í fróðlegri grein eftir Einar H. Guðmundsson í Morgunblaðinu 24. júní 2001. Þeir sem hafa búnað til að lesa PostScript-skrár geta nálgast greinina hér.

Fjallað er nánar um ýmiss konar massa í alheiminum í svari Kristjáns Rúnars Kristjánssonar við spurningunni Hefur ljóseind massa og þyngd?, og í svörum sem þar er vísað til.

En svarið við spurningunni er sem sagt rökstutt já: Það er til efni sem hefur þyngd eða massa og felur í sér orku en er á hinn bóginn nær ósýnilegt í þeim skilningi að það víxlverkar veikt við annað efni.

Viðbót í ágúst 2014: Seinni hluti svarsins fjallar um viðfangsefni sem hafa verið ofarlega á baugi á síðustu áratugum. Breytingar og framfarir á þessu sviði eru örar og eru menn því hvattir til að kynna sér sem nýlegastar heimildir. -- ÞV

...