Sendu inn spurningu

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!

=

Hvenær varð heimurinn til?

Því miður er svarið við þessari spurningu ekki einfalt, því að ekki hefur tekist að ákvarða aldur alheimsins með fullri vissu. Þó má segja að allt bendi til að hann sé á bilinu 10-20 milljarðar ára, það er tvisvar til fjórum sinnum meiri en aldur sólkerfis okkar. Hér á eftir er fjallað nánar um hvernig aldur alheimsins er áætlaður og hvað veldur óvissu við þá útreikinga.

Til að ákvarða aldur alheimsins notum við okkur meðal annars að hann er að þenjast út, en það er staðreynd sem er almennt viðurkennd meðal vísindamanna nú á dögum. Það var bandaríski stjörnufræðingurinn Edwin Hubble sem komst að þessari niðurstöðu fyrstur manna á þriðja áratug tuttugustu aldar. Hann veitti því athygli við athuganir á fjarlægum vetrarbrautum að ljósið frá þeim bar merki þess að þær væru að fjarlægjast jörðina. Í ljós kom að þeim mun fjarlægari sem vetrarbrautirnar eru, þeim mun hraðar fjarlægjast þær okkur. Að þessu komst Hubble meðal annars með því að athuga rauðvik ljóssins frá vetrarbrautunum; sjá nánar um rauðvik í svari Árdísar Elíasdóttur og fleiri um Doppler-hrif.

Í ljós kom að samband er milli fjarlægðar vetrarbrauta frá jörðu og hraða þeirra burt frá jörð. Fyrir vetrarbrautir sem eru ekki of langt í burtu má lýsa þessu sambandi með jöfnu, sem kölluð hefur verið lögmál Hubbles: v = H0d , þar sem v táknar hraða vetrarbrautar í átt frá jörðu, d er fjarlægð hennar frá jörðu og H0 er svokallaður Hubbles-fasti. Stjarnvísindamönnum er tamt að reikna hraða í kílómetrum á sekúndu og fjarlægðir í einingu sem kallas parsec (pc) og er 3.09 * 1013 km. Hubbles-fastinn H0 táknar hraða eða hraðabreytingu pr. vegalengd og eðlileg eining í mælingum á honum er til dæmis (km/s)/Mpc eða km/s/Mpc þar sem Mpc (megaparsek) er milljón pc.

Eins og aðrir fastar er Hubbles-fastinn ákveðin tala sem þarf að finna með mælingum. Svo sem títt er í vísindum er niðurstaðan háð því hvernig er mælt. Fengist hafa gildi á Hubbles-fastann allt frá 40 km/s/Mpc til 100 km/s/Mpc, eftir því hvaða aðferðir hafa verið notaðar. Vegna þess hve Hubbles-fastinn er mikilvæg stærð í stjörnufræði er stöðugt verið að reyna að finna nákvæmt gildi hans og hafa nýlegar mælingar Hubble-geimsjónaukans gefið þá niðurstöðu að gildið sé um 75 km/s/Mpc (Kaufmann 1998) en aðrir hallast að ívið lægra gildi (Einar H. Guðmundsson 1996). Óvissan í mælingum er talsverð þannig að enn er alllangt í land að fundið verði nákvæmt gildi á fastanum.

Við getum notað Hubbles-lögmálið til að áætla aldur alheimsins. Við ímyndum okkur að við fylgjumst með tveimur vetrarbrautum. Fjarlægðin milli þeirra er d og þær fjarlægjast hvor aðra með hraðanum v. Við vitum að efnið í þessum vetrarbrautum var upphaflega saman komið því sem næst í einum punkti en viljum vita hvenær það var, það er við viljum finna tímann T0 sem það tók vetrarbrautirnar að fjarlægjast hvor aðra. (Hér er fjallað nánar um uppruna alheims og Miklahvell).

Nú er nokkuð auðséð að tíminn T0 fæst með því að deila í fjarlægðina milli vetrarbrautanna, d, með hraðanum sem þær fjarlægjast hvor aðra, v. Þetta er hliðstætt við bíl sem hefur ekið 400 kílómetra á 100 kílómetra hraða á klukkustund. Tíminn sem það tekur er 400 km / (100 km/klst) = 4 klst. Tímann sem hreyfing vetrarbrautanna hefur tekið má tákna með eftirfarandi jöfnu:

Jafna 1: T0 = d / v.

Við notum nú lögmál Hubbles, v = H0d, og setjum inn fyrir hraðann v í jöfnu 1:

Jafna 2: T0 = d / (H0 d) =1 / H0

Við sáum að d, fjarlægðin milli vetrarbrauta, styttist út úr jöfnunni, sem þýðir að tíminn T0 er sá sami fyrir allar vetrarbrautir. Niðurstaðan er að T0 fæst með því að deila Hubbles-fastanum í töluna 1. Fyrst þarf reyndar að breyta Mpc í kílómetra og einnig þarf að athuga að T0 er tími í sekúndum. Þá fæst að lokum:

Jafna 3: T0 = 1 / H0 = 1 /(75 (km/s)/Mpc) = (1/75) (Mpc/km) (s/ár) * ár = 13 milljarðar ára

Við notuðum hér gildið H0 = 75 km/s/Mpc. Ef við hefðum til dæmis notað 70 km/s/Mpc eins og sumir vilja gera hefðum við fengið aldurinn 14 milljarðar ára. Þegar óvissan í þessum mælingum er metin má segja að athuganir á útþenslu, byggðar á lögmáli Hubbles, leiði til þess að aldurinn sé líklega á bilinu 11 – 16 milljarðar ára.

Við þessa útreikninga þarf að gefa sér að útþensla alheimsins hafi frá upphafi verið með jöfnum hraða. Þegar betur er að gáð kemur í ljós að þensluhraðinn er háður þéttleika efnis og orku í alheimi, sem og gildinu á svokölluðum heimsfasta (cosmological constant). Þrátt fyrir það bendir margt til þess að jafna 3 hér á undan sé ekki slæm nálgun fyrir aldur alheimsins.

Menn hafa nokkrar fleiri leiðir til að nálgast spurninguna um aldur alheimsins. Til dæmis má athuga hvað elstu sólstjörnur eru gamlar. Menn hafa þannig fundið stjörnur sem eru allt að 13 ármilljarða gamlar. Þegar á allt er litið er niðurstaðan sú að aldur alheimsins sé 10-20 milljarðar.

Lesefni og heimildir:

Einar H. Guðmundsson, "Heimsmynd stjarnvísindanna: Sannleikur eða skáldskapur?", hjá Andra S. Björnssyni o.fl., Er vit í vísindum? Reykjavík: Háskólaútgáfan, 1996, bls. 39-68.

Stephen Hawking, Saga tímans. Guðmundur Arnlaugsson íslenskaði. Reykjavík: Hið íslenska bókmenntafélag, 1990.

William J. Kaufmann og Roger A. Freedman, Universe. Freeman, 1998.  

Steven Weinberg, Ár var alda. Guðmundur Arnlaugsson íslenskaði. Reykjavík: Hið íslenska bókmenntafélag, 1998.

Vefsetur:

Stjarnvísindi við Háskóla Íslands og fjöldi tengla þar.

Útgáfudagur

25.3.2000

Spyrjandi

Guðfinnur Sveinsson, f. 1989

Höfundur

læknanemi við HÍ

Tilvísun

Tryggvi Þorgeirsson. „Hvenær varð heimurinn til?“ Vísindavefurinn, 25. mars 2000. Sótt 14. desember 2019. http://visindavefur.is/svar.php?id=292.

Tryggvi Þorgeirsson. (2000, 25. mars). Hvenær varð heimurinn til? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=292

Tryggvi Þorgeirsson. „Hvenær varð heimurinn til?“ Vísindavefurinn. 25. mar. 2000. Vefsíða. 14. des. 2019. <http://visindavefur.is/svar.php?id=292>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Ólöf Guðný Geirsdóttir

1968

Ólöf Guðný Geirsdóttir er dósent í næringarfræði við Matvæla- og næringarfræðideild HÍ. Meginviðfangsefni hennar eru næringarástand aldraðra ásamt rannsóknum á áhrifum næringar á farsæla öldrun.