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 alltaf jafnmikið af efni í alheiminum?

Kristján Rúnar Kristjánsson

Á fyrstu sekúndubrotunum eftir Miklahvell var ekkert efni í alheiminum en núna er heilmikið af efni í honum. Magn efnis í alheiminum hlýtur því að hafa breyst og þar með er svarið við spurningunni nei, efnið er ekki varðveitt.

Í eðlisfræði segjum við um stærð sem breytist ekki í neinum ferlum að hún sé varðveitt. Eitt af helstu lögmálum eðlisfræðinnar er til dæmis lögmálið um varðveislu orkunnar sem segir að heildarorkan í alheiminum breytist aldrei og sé því alltaf sú sama. Orkan er einnig varðveitt í mikilvægum ferlum sem eru einangruð frá umhverfinu. Hins vegar er ekki til neitt lögmál um varðveislu efnisins því að „magn efnis“ getur breyst, hvort sem átt er við fjölda efnisagna eða heildarmassa efnisins.



Á fyrstu sekúndubrotunum eftir Miklahvell var ekkert efni í alheiminum, en núna er heilmikið af efni í honum

Í flestum ferlum í daglega lífinu er efnið reyndar varðveitt. Þegar varðeldur brennur þá hverfur ekki efnið sem bálkösturinn var gerður úr, heldur breytist það í ösku og reyk. Það eru hins vegar til flóknari ferli í náttúrunni þar sem efnið varðveitist ekki.

Venjulega er talað um að efni sé samsett úr frumeindum eða atómum en þau eru svo aftur gerð úr öreindum. Í svokölluðum kjarnahvörfum getur fjöldi frumeindanna breyst, til dæmis við kjarnaklofnun í kjarnorkuverum þar sem þungur frumefniskjarni klofnar í tvo léttari, eða við kjarnasamruna inni í sólinni þar sem tveir kjarnar sameinast í einn þyngri. Heildarfjöldi öreindanna er þó varðveittur í slíkum hvörfum, en í öreindahvörfum breytast öreindir hver í aðra. Heildarfjöldi þeirra er þá ekkert endilega varðveittur þó að fjöldi ákveðinna tegunda hlíti tilteknum reglum sem takmarka hvers konar hvörf geti orðið og hve ört. Dæmi um þetta er rakið hér á eftir þar sem rætt er um efni og andefni og um þungeindir.

Samanlagður massi nýrra frumeindakjarna eða öreinda er yfirleitt minni eftir hvörf en áður svo það er ekki nóg með að fjöldi efnisagnanna hafi breyst heldur massi þeirra líka. Samkvæmt frægustu eðlisfræðijöfnu allra tíma,

E = mc2

jafngildir massi orku, en heildarorkan í þessum ferlum er hins vegar óbreytt í samræmi við lögmálið um varðveislu orkunnar. Orkan sem losnar við kjarnaklofnun eða -samruna kemur því frá massanum sem „hvarf“.

Í öreindafræði er ekki litið svo á að efnið sé sett saman úr frumeindum heldur úr enn minni eindum sem eru kallaðar þungeindir (e. baryons), en hver þungeind er aftur samsett úr þremur kvörkum. Í öllum þekktum ferlum í náttúrunni er svokölluð þungeindatala varðveitt stærð.

Þegar efni og andefni rekast saman eyðast þau upp og ekkert situr eftir nema orkan. Í slíku ferli gæti maður haldið að heildarfjöldi þungeinda hafi minnkað, en svo er þó ekki. Andefni er nefnilega talið með neikvæðu formerki í þungeindatölu, B = 1 fyrir hverja þungeind og B = -1 fyrir hverja and-þungeind, og því breytist þungeindatalan ekkert þegar efni og andefni eyða hvort öðru.

Við Miklahvell í upphafi alheims var ekkert efni til. Hvaðan kom þá efnið sem við erum öll gerð úr? Það er ekki vitað fyrir víst og ein af stóru ráðgátunum í stjarneðlisfræði er einmitt hvers vegna það er svona miklu meira af efni en andefni í alheiminum.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Mynd: www.pbs.org

Höfundur

Kristján Rúnar Kristjánsson

doktor í eðlisfræði

Útgáfudagur

13.3.2006

Spyrjandi

Nína Jónsdóttir, f. 1990

Efnisorð

Tilvísun

Kristján Rúnar Kristjánsson. „Er alltaf jafnmikið af efni í alheiminum?“ Vísindavefurinn, 13. mars 2006. Sótt 19. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=5703.

Kristján Rúnar Kristjánsson. (2006, 13. mars). Er alltaf jafnmikið af efni í alheiminum? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=5703

Kristján Rúnar Kristjánsson. „Er alltaf jafnmikið af efni í alheiminum?“ Vísindavefurinn. 13. mar. 2006. Vefsíða. 19. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=5703>.

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 alltaf jafnmikið af efni í alheiminum?
Á fyrstu sekúndubrotunum eftir Miklahvell var ekkert efni í alheiminum en núna er heilmikið af efni í honum. Magn efnis í alheiminum hlýtur því að hafa breyst og þar með er svarið við spurningunni nei, efnið er ekki varðveitt.

Í eðlisfræði segjum við um stærð sem breytist ekki í neinum ferlum að hún sé varðveitt. Eitt af helstu lögmálum eðlisfræðinnar er til dæmis lögmálið um varðveislu orkunnar sem segir að heildarorkan í alheiminum breytist aldrei og sé því alltaf sú sama. Orkan er einnig varðveitt í mikilvægum ferlum sem eru einangruð frá umhverfinu. Hins vegar er ekki til neitt lögmál um varðveislu efnisins því að „magn efnis“ getur breyst, hvort sem átt er við fjölda efnisagna eða heildarmassa efnisins.



Á fyrstu sekúndubrotunum eftir Miklahvell var ekkert efni í alheiminum, en núna er heilmikið af efni í honum

Í flestum ferlum í daglega lífinu er efnið reyndar varðveitt. Þegar varðeldur brennur þá hverfur ekki efnið sem bálkösturinn var gerður úr, heldur breytist það í ösku og reyk. Það eru hins vegar til flóknari ferli í náttúrunni þar sem efnið varðveitist ekki.

Venjulega er talað um að efni sé samsett úr frumeindum eða atómum en þau eru svo aftur gerð úr öreindum. Í svokölluðum kjarnahvörfum getur fjöldi frumeindanna breyst, til dæmis við kjarnaklofnun í kjarnorkuverum þar sem þungur frumefniskjarni klofnar í tvo léttari, eða við kjarnasamruna inni í sólinni þar sem tveir kjarnar sameinast í einn þyngri. Heildarfjöldi öreindanna er þó varðveittur í slíkum hvörfum, en í öreindahvörfum breytast öreindir hver í aðra. Heildarfjöldi þeirra er þá ekkert endilega varðveittur þó að fjöldi ákveðinna tegunda hlíti tilteknum reglum sem takmarka hvers konar hvörf geti orðið og hve ört. Dæmi um þetta er rakið hér á eftir þar sem rætt er um efni og andefni og um þungeindir.

Samanlagður massi nýrra frumeindakjarna eða öreinda er yfirleitt minni eftir hvörf en áður svo það er ekki nóg með að fjöldi efnisagnanna hafi breyst heldur massi þeirra líka. Samkvæmt frægustu eðlisfræðijöfnu allra tíma,

E = mc2

jafngildir massi orku, en heildarorkan í þessum ferlum er hins vegar óbreytt í samræmi við lögmálið um varðveislu orkunnar. Orkan sem losnar við kjarnaklofnun eða -samruna kemur því frá massanum sem „hvarf“.

Í öreindafræði er ekki litið svo á að efnið sé sett saman úr frumeindum heldur úr enn minni eindum sem eru kallaðar þungeindir (e. baryons), en hver þungeind er aftur samsett úr þremur kvörkum. Í öllum þekktum ferlum í náttúrunni er svokölluð þungeindatala varðveitt stærð.

Þegar efni og andefni rekast saman eyðast þau upp og ekkert situr eftir nema orkan. Í slíku ferli gæti maður haldið að heildarfjöldi þungeinda hafi minnkað, en svo er þó ekki. Andefni er nefnilega talið með neikvæðu formerki í þungeindatölu, B = 1 fyrir hverja þungeind og B = -1 fyrir hverja and-þungeind, og því breytist þungeindatalan ekkert þegar efni og andefni eyða hvort öðru.

Við Miklahvell í upphafi alheims var ekkert efni til. Hvaðan kom þá efnið sem við erum öll gerð úr? Það er ekki vitað fyrir víst og ein af stóru ráðgátunum í stjarneðlisfræði er einmitt hvers vegna það er svona miklu meira af efni en andefni í alheiminum.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Mynd: www.pbs.org...