Miklihvellur

Milkihvellur

Miklihvellur er kenning innan heimsfræðinnar sem segir að alheimurinn eigi sér upphaf í tíma. Alheimurinn hafi verið óendanlega þéttur og gríðarlega heitur. Þá hafi rúmið þanist gífurlega hratt út og alheimurinn kólnað nægilega mikið til þess að öreindir gætu myndast, og síðan frumeindir. Vegna þyngdaraflsins drógust frumeindirnar saman og mynduðu stjörnur og stjörnuþokur.

Kenningin um miklahvell passar vel við mælingar stjörnufræðinga og er því ríkjandi kenning um tilurð alheimsins. Með nákvæmum mælingum hefur það verið reiknað út að miklihvellur hafi átt sér stað fyrir 13,8 milljörðum ára, sem er þá aldur alheimsins.

Kenningin gefur góða útskýringu á ýmsum hlutum sem stjörnufræðingar höfðu tekið eftir:

→ Að mest sé til af vetni og helíum í heiminum (það eru léttustu frumeindir sem til eru)
→ Að stjörnuþokur sem eru langt í burtu ferðist hraðar frá okkur (Lögmáli Hubble).
→ Að daufa örbylgjugeislun megi mæla alls staðar frá í alheimnum. Þetta kallast örbylgjukliðurinn.

Því er talið að alheimurinn hafi verið í útþenslu allt sitt tilveruskeið.

Eðlisfræðingar eru í vafa um hvort að alheimurinn hafi byrjað með miklahvelli og að ekkert hafi komið á undan honum, eða þá að hreinlega séu ekki til nægilega miklar upplýsingar til að svara því hvernig alheimurinn hafi verið þegar hann var óendanlega þéttur.

Saga

Kenningin um miklahvell þróaðist út frá athugunum og kennilegum hugleiðingum. Athugendur tóku eftir því að flestar þyrilstjörnuþokur fjarlægðust jörðina, en þeir sem tóku eftir þessu gerður sér hvorki grein fyrir því að um var að ræða stjörnuþokur utan Vetrarbrautarinnar né hvað þetta þýddi fyrir heimsfræðina. Árið 1927 leiddi Georges Lemaître út Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker jöfnurnar út frá afstæðiskenningu Einsteins og lagði fram kenningu byggða á athugunum um undanhald stjörnuþoka, um að alheimurinn hefði hafist með „sprengingu frumatóms“, sem síðar var kölluð miklahvellskenningin.

Árið 1929 útvegaði Edwin Hubble fyrstu gögnin til stuðnings kenningu Lemaître. Hann komst að því að stjörnuþokur fjarlægðust jörðina úr öllum áttum á hraða sem var háður fjarlægð þeirra frá jörðinni. Þetta er þekkt sem lögmál Hubbel. Lögmál Hubble benti til þess að einsleitur og einsátta alheimur þendist út, en það passaði ekki við hugmyndir Einsteins um staðnaðan og óendanlegan alheim.

Þessi hugmynd um útþenslu alheimsins bauð upp á tvo gagnstæða möguleika. Annar var miklahvellskenning Lemaître, sem George Gamow var talsmaður fyrir. Hinn möguleikinn var sístöðukenning Fred Hoyle þar sem efni átti að myndast jafnóðum þegar stjörnuþokurnar fjarlægðust hvor aðra. Samkvæmt því módeli er alheimurinn nánast eins á hverjum tímapunkti.

Um langt skeið voru stuðningsmenn hvorar kenningar um sig jafnmargir. Athuganir bentu þó til að alheimurinn hefði þróast frá heitu og þéttu upphafi. Uppgötvun örbylgjukliðs árið 1965 varð til þess að menn fóru að álíta miklahvellskenninguna sennilegri útskýringu á upphafi alheimsins. Nánast öll kennileg verk innan heimsfræðinnar í dag gera ráð fyrir því að miklahvellskenningin sé rétt.

Mikil framþróun varð á miklahvellskenningunni síðla á 9. áratug 20. aldarinnar og snemma á 21. öldinni samhliða þróun sjónaukatækni ásamt miklum gögnum frá gervihnöttum eins og COBE, Hubble sjónaukanum og WMAP. Gögnin hafa gert vísindamönnum kleyft að reikna út nýjar breytistærðir fyrir miklahvellsmódelið gert kenninguna nákvæmari og meðal annars komist að því að þensla alheimsins er að aukast.