Rétt eftir Miklahvell þandist nýfæddur alheimur út frá því að vera á stærð við rafeind yfir í að hafa rúmtak á við fótbolta. Þessi útþensla gerðist með ægilegum hraða: hraðinn var meiri en hraði ljóss og stóð í milljarðasta hluta af milljarðasta hluta af milljarðasta hluta úr sekúndu. Síðan hélt útþenslan áfram með minni hraða.
Þessi þensla alheims er einn hornsteina heimsfræðinnar. En kenningin um óðaþensluna felur í sér verulegar áskoranir hvað varðar skilning okkar á því hvernig skipan alheimsins er.
Kenningin segir nefnilega fyrir um að þenslan hafi ekki getað gerst í því litla svæði sem stækkaði og varð síðan að alheimi okkar. Ferlið var þess í stað mun kaótískara og átti sér stað í langtum stærra rými þar sem aragrúi af alheimum hoppuðu upp samtímis, eins og poppkorn í potti með sjóðandi olíu.
Samkvæmt kenningunni er nú að finna milljarða af alheimsbólum umhverfis okkar eigin alheim – við lifum í fjölheimi.
Ný skýring: Kaldur blettur myndaðist vegna áreksturs við annan alheim
1 – Alheimurinn okkar
2 – Annar alheimur
3 – Kaldur blettur
Við óreiðukennda uppröðun alheims skömmu eftir Miklahvell þöndust milljarðir annarra alheima upp samtímis og einn nágrannaalheimur rakst saman við okkar.
Áreksturinn sópaði burt massa og orku frá árekstrarstaðnum og skapaði þannig þennan kalda blett í alheimi okkar.
4 – Minni orka og massi
Ný skýring: Kaldur blettur myndaðist vegna áreksturs við annan alheim
1 – Alheimurinn okkar
2 – Annar alheimur
3 – Kaldur blettur
Við óreiðukennda uppröðun alheims skömmu eftir Miklahvell þöndust milljarðir annarra alheima upp samtímis og einn nágrannaalheimur rakst saman við okkar.
Áreksturinn sópaði burt massa og orku frá árekstrarstaðnum og skapaði þannig þennan kalda blett í alheimi okkar.
4 – Minni orka og massi
Um áratugi hafa stjarnfræðingar rökrætt að hvaða marki forsagnir kenningarinnar um fjölheim geti verið réttar – en nú hafa fræðimenn fundið fyrstu mögulegu sönnunina: Alheimur okkar er með dularfullan kaldan blett sem kann að vera gígur eftir árekstur við annan alheim.
Þrútnun útskýrir alheim
Útþenslukenningin var innleidd í líkan fræðimanna með Miklahvelli upp úr 1980 til að útskýra hvers vegna stjörnuþokur dreifast jafnt um allan alheim. Hafi útþensla alheims einvörðungu gerst á jöfnum hraða eftir Miklahvell ætti þyngdarkrafturinn að hafa fengið stjörnuþokuklasa til þess að þjappast saman og mynda þannig mismun í dreifingu massans. Þessi eldhraða útþensla dreifði massanum jafnt allt frá byrjun alheims – rétt eins og loft dreifist jafnt út í blöðru sem blásin er upp.
Útþenslan útskýrir einnig hvers vegna hitastig er jafn einsleitt í alheimi og raun ber vitni. Þegar nýfæddur alheimur var á stærð við rafeind hafði allt efni sama hitastig. Við útþensluna dreifðist hitinn og hélst samur alls staðar.
Þennan einsleita hita má greina í örbylgjuklið alheimsins. Þessi geislun í bakgrunninum sendist út í barnæsku alheims 380.000 árum eftir Miklahvell. Fyrir þann tíma var alheimur svo heitur að geislun umbreyttist stöðugt í efni og því gat ekkert ljós sloppið undan.
En þegar alheimur var orðinn nægilega stór og kaldur til að fyrstu vetnisatómin mynduðust slapp ljósið frá efninu í bliki. Þessu næst varð alheimur aftur myrkvaður þar sem nýmynduð hlutlaus vetnisatóm senda ekki frá sér sýnilegt ljós. Ljósið sneri ekki aftur fyrr en fyrstu stjörnuþokurnar urðu til mörg hundruð milljón árum síðar.
Athuganir um margra áratuga skeið á örbylgjukliðnum sýna að hitastigið sýnir frávik sem eru einungis milljónustu hlutar úr einni gráðu – fyrir utan á einum stað. Stjarnfræðingar uppgötvuðu árið 2004 undarlega kaldan blett í örbylgjukliðnum í þriggja milljóna ljósára fjarlægð frá Jörðu. Bletturinn þekur svæði á fimm gráðum himinsins og er 0,00015 gráðum kaldari en geislunin almennt er, en það er 2,74 gráðum yfir alkuli.
Fyrri skýring: Tómarúm skapar tálsýn
Hitastigið er hið sama í gjörvöllum alheimi – fyrir utan einn kaldan stað. Fræðimenn töldu að blettur þessi væri tálsýn, en samkvæmt nýrri kenningu er þetta gígur frá árekstri.
Geislun sýnir hitastig
Örbylgjukliðurinn í alheimi hefur hvarvetna sama hita – fyrir utan undarlegan kaldan blett í þriggja milljarða ljósára fjarlægð frá Jörðu.
Tómarúm skapar tálsýn
Fræðimenn töldu að gríðarstórt tómarúm milli Jarðar og kalda svæðisins fengi ljós til að glata orku þannig að ljósbylgjur teygjast út og bletturinn virðist vera kaldur.
Geimurinn fullur af stjörnuþokum
Nýjar rannsóknir hafa þó sýnt að geimurinn er ekki tómur á þessu svæði: Þarna eru alveg jafn margar stjörnuþokur eins og annars staðar í alheimi.
Þar til fyrir skömmu töldu sérfræðingar að þetta kalda svæði stafaði af gríðarstóru tómarúmi sem nær yfir 1,8 milljarða ljósára milli okkar og kalda blettsins. Þegar ljósbylgjur frá örbylgjukliðnum fara í gegnum svo stórt tómarúm glata ljósbylgjurnar orku á leiðinni inn í tómarúmið og endurvinna orku á leiðinni út úr því. Stjarnfræðingar líkja þessu fyrirbæri saman við kúlu sem glatar orku á leiðinni upp brekku, rúllar síðan hraðar og hraðar niður hinum megin.
Í kyrrstæðum alheimi myndi ljósið koma út úr tómarúminu með nákvæmlega sömu orku sem að bylgjurnar höfðu þegar þær fóru inn í það. En þar sem alheimur hefur þanist út í þessi 1,8 milljarða ára sem tekur ljósið að fara í gegnum tómarúmið, mun brekkan á leiðinni út úr því ekki vera eins brött.
Þess vegna endurvinnur ljósið ekki alla orkuna, heldur hefur aðeins meiri bylgjulengd og er því kaldara. Fræðimenn töldu þannig að þessi kaldi blettur væri tálsýn sem tómarúmið skapaði.
En nú hafa enskir stjarnfræðingar við Durham University hafnað þessari skýringu með því að sýna fram á að þetta risavaxna tómarúm er einfaldlega ekki til: Það fyrirfinnast alveg jafn margar stjörnuþokur milli Jarðar og kalda blettsins, eins og milli hnattar okkar og allra annarra staða í örbylgjukliðnum.
Þess vegna hallast stjarnfræðingar að annarri skýringu: Blettur þessi er eins konar gígur frá árekstri milli alheims okkar og annars alheims meðan á óðaþenslu stóð. Áreksturinn þeytti massa og orku burt og skapaði þannig óvenjulega kaldan stað í örbylgjukliðnum.
Fjölheimur hefur margvísleg form
Uppgötvun ensku stjarnfræðinganna hefur hleypt lífi í umræður um fjölmargar mismunandi kenningar um fjölheima. Í einfaldari útgáfu af fjölheimi myndast hann vegna þess að óðaþenslan hefur átt sér stað á fleiri stöðum heldur en á því svæði sem varðar alheim okkar og fyrir vikið sköpuðust milljarðar alheima á sama tíma.
Önnur kenning eykur við þennan einfalda fjölheim með því að leggja til að óðaþenslan hafi ekki einungis átt sér stað þegar alheimur okkar varð til heldur sé þetta í raun og veru eilíft ferli sem stöðugt bætir nýjum fjölheimum við þann stað sem alheimur okkar fyllir upp í.
Sjónarsviðið er nú 42 mia. ljósára og vex um 1 ljósár á ári hverju.Fræðimenn geta ekki séð nágrannaalheima. Kosmískt útsýni ræðst af því hversu langt í burtu ljós getur hafa náð til Jarðar frá Miklahvelli.
Í þriðju og öllu flóknari útgáfu af fjölheimi ráða lögmál skammtafræðinnar ríkjum. Þar myndast nýir alheimar eins og knappskot út frá alheimum sem þegar er að finna. Í hvert sinn sem að aðstæður hafa margar mögulegar málalyktir myndast nýr dótturalheimur fyrir hvern möguleika.
Eitt fræðilegasta líkan af fjölheimi gengur út frá strengjakenningunni sem kveður á um að það fyrirfinnist minnst 10 víddir. Í túlkun þeirrar fjölheimakenningar eru þessar aukavíddir hins vegar alveg jafn stórar og heilir alheimar og innihalda hliðstæða heima sem þó eru okkur huldir. Einungis þyngdarkrafturinn getur ferðast óhindrað milli víddanna.
Leitin að mögulegum sönnunum
Skýringar fræðimanna á fjölheimi eru einvörðungu fræðilegar, án beinna sannanna sem gætu stutt kenningar þeirra. Í raun er eiginlega ógjörlegt að sanna eða afsanna tilvist fjölheima.
Þrátt fyrir að sjónaukar stjarnfræðinga verði sífellt betri er einfaldlega ekki hægt að sjá út fyrir hinn svokallaða kosmíska sjóndeildarhring, en hann markast af því hversu langt í burtu ljós getur náð til Jarðar.
Ljós ferðast á um 300.000 km á sek og því mun útsýni okkar út í alheim – og kannski fjölheims – líklega takmarkast af því hversu langt ljósbylgjurnar geta ferðast frá Miklahvelli sem varð fyrir 13,8 milljörðum ára. Sjónarsviðið nær nú til 42 milljarða ljósára og vex um eitt ljósár á ári í allar áttir. Stjarnfræðingar munu því aldrei geta séð út fyrir kosmíska sjóndeildarhringinn og inn í nágrannaalheim.
Skortur á sönnunum um fjölheima og tilvist þeirra hefur orðið til þess að efasemdarmenn telja kenninguna varla vera vísindalega. Áhangendur kenninganna vonast þó til að geta fundið óbeinar sannanir með athugunum á okkar eigin alheimi.
Max Tegmark við Massachusetts Institute of Technology í BNA er einn af forkólfum fjörheimakenningarinnar. Hann bendir á að vísindamenn þurfi ekki nauðsynlega að geta prófað allar forsagnir kenningar til þess að treysta henni – röð sannanna nægja til að gera heilstæða kenningu trúverðuga.
Eitt slíkt dæmi er afstæðiskenning Einsteins sem var sönnuð með ótal stjarnfræðilegum athugunum á síðustu öld. Þess vegna samþykkja vísindin einnig forsagnir kenninga um aðstæður sem aldrei verður hægt að athuga með beinum, t.d. lýsingum kenningarinnar á aðstæðum inni í svartholi.
Max Tegmark telur að afgerandi sönnun fyrir því að óðaþensla hafi átt sér stað í alheimi okkar geti verkað með sama hætti: Sönnunin getur aukið vægi óðaþenslukenningarinnar og forsagna hennar um að mögulega hafi skapast fjölmargir aðrir alheimar sem geta talið marga milljarða í kringum okkar alheim.
Vísindamenn geta kannski einnig sýnt fram á sennileika þess að aðrir alheimar leynist í ósýnilegum víddum með aðstoð eðlisfræðilegra tilrauna. Ein grundvallareind eðlisfræðinga er þyngdareindin – fræðileg öreind enn sem komið er, sem ber þyngdarkraft með sama hætti og ljóseindir bera ljós.
LESTU EINNIG
Eðlisfræðingar reyna að skapa þessa fræðilegu öreind í hröðlum með því að láta róteindir rekast saman. Ef það reynist skortur á orku þegar að eðlisfræðingarnir gera upp mælingar á afleiðingum árekstursins gæti það verið til marks um að áreksturinn hafi skapað þyngdareindir sem hafa horfið inn í ósýnilegar víddir.
Árekstur skapar bylgjur
Fram til þessa er kaldi bletturinn í örbylgjukliði alheims ein haldbærasta vísbending þeirra sem aðhyllast fjölheimakenninguna að okkar alheimur sé einungis einn í óendanlegri runu alheima. Vísindamenn vita nú að fyrsta vísindalega skýring á þessum bletti – að þetta hafi verið tálsýn sköpuð af ofurtómarúmi – er röng. En bletturinn er ekki endanleg sönnun enskra fræðimanna um að annar alheimur hafi rekist á okkar í óðaþenslunni í bernsku alheimsins.
Núna er slík sönnun utan seilingar fræðimanna, en kannski geta stjarnfræðilegar athuganir einhvern tímann í framtíðinni sannað að slíkur árekstur hafi átt sér stað.
Hafi sú verið raunin geta fræðimenn t.d. fangað þyngdarbylgjur frá árekstrarstaðnum. Þyngdarbylgjur myndast þegar að miklir massar rekast saman, eða auka hraða sífellt í gegnum geiminn. Í árekstrinum gerist hvort tveggja: Fyrst varð sjálfur áreksturinn og þessu næst hraðaðist mikill massi í gegnum geiminn þar sem orkan frá árekstrinum blés efni burt frá árekstrarstaðnum og myndaði þennan kalda blett.
Óháð því hvað athuganir framtíðar á blettinum sýna, er Max Tegmark þó ekki í neinum vafa. Og núna er óðaþenslukenningin ein besta skýring heimsfræðinga á fæðingu alheims og sífellt fleiri fræðimenn aðhyllast forsagnir kenningarinnar um að við lifum í fjölheimi.
