Valamikor úgy tudtuk, hogy a Föld a Világegyetem középpontja. Aztán kiderült, hogy a Nap képezi a centrumot, a Föld pedig csak egy bolygó a többi közt. Aztán rádöbbentünk, hogy a Nap sem több egy közepes méretű csillagnál, ami több száz milliárd társával együtt alkotja a Tejutat. Később felismertük, hogy a Tejút szintén csupán egy csillagrendszer a sok milliárd galaxissal telehintett térben. Most pedig a tudósok azt feltételezik, hogy az Univerzum is csak egy apró buborék a multiverzum végtelen óceánjában.
Mindazonáltal a multiverzumról több különböző, egymástól teljesen eltérő elképzelés született már. Én itt hármat ismertetek azon művek alapján, amiket a napokban olvastam. A következőkről van szó:
- John Gribbin: A multiverzum nyomában. Akkord, 2010.
- Michio Kaku: Párhuzamos világok. Akkord, 2009.
Sokvilág-elmélet
Gribbin a részecskék kvantumos furcsaságaiból indul ki, amelyek még a kvantumos világgal foglalkozó fizikusokat is zavarba ejtik. Az ún. kétréses kísérlet megmutatta, hogy a részecske egyaránt viselkedhet hullámként és pontszerű objektumként is aszerint, hogy miként vizsgáljuk. Ráadásul nem tudjuk egyszerre megmérni a helyét és a mozgásának irányát is. Ezt a furcsa jelenséget különbözőképpen értelmezik a szakértők. Az ún. koppenhágai értelmezés szerint nincs értelme arról beszélni, hogy a tér mely pontjában tartózkodik a részecske az idő egy adott pillanatában: amíg meg nem mérjük, a részecskének nincs állandó helye a térben, a tartózkodási helynek csak valószínűségei léteznek. Ezt egy hullámfüggvény írja le: a hullám csúcspontjai jelentik a legnagyobb, a legalacsonyabbak a legkisebb valószínűségű helyeket. Amikor megfigyeljük a részecskét, csak akkor jelenik meg a tér egy konkrét pontjában, a valószínűséget leíró hullámfüggvény ekkor összeomlik. Schrödinger macskájának híres metaforája is erre utal: olyan ez, mintha a macska a megfigyelés pillanatáig nem lenne sem élő, sem holt, hanem szét lenne „kenődve” a két állapot között.
Hugh Everett ezzel szemben másfajta értelmezést kínált a furcsaságra, ezt nevezik sokvilág-hipotézisnek. Szerinte abban a pillanatban, amikor megfigyeljük a részecske állapotát, nem az történik, hogy az a két lehetőség közül „dönt” valamelyik mellett, a másikat pedig kiejti, hanem mindkét állapotban megmarad, de a megfigyelő kettéhasad, és mindkét állapothoz társul egy megfigyelő. Mindkét lehetőség igaz, de két különböző univerzumban, amelyek hasadással jönnek létre a megfigyelés pillanatában. Az univerzum minden pillanatban végtelen számú újabb párhuzamos világegyetemmé válik szét. A hasadást mi nem érzékeljük, hiszen a másik létrejövő univerzummal nem tudunk kommunikálni. Olyan ez, mint ahogy azt sem érzékeljük, hogy a Föld gömbölyű, de attól még az.
Kaotikus infláció
Georges Lamaitre 1927-ben Einstein elméletének egyenletei alapján jutott arra a következtetésre, hogy az Univerzum valamikor egy végtelenül kicsi, de végtelenül sűrű, így végtelenül forró ősatomból kezdett el tágulni. (Ezekből az egyenletekből egyértelműen következik, hogy az Univerzum nem lehet statikus, ennek ellenére a gondolattól sokáig Einstein is idegenkedett, és nem akart hinni benne.) George Gamow feltételezte, hogy ha az Ősrobbanás valóban olyan forró volt, akkor a maradék hőjének még most is itt kell lennie – erre a kozmikus háttérsugárzásra bukkant rá Arno Penzias és Robert Wilson 1965-ben. Penziasék felfedezésére az ősrobbanás elméletének igazolásaként tekintenek a tudósok. De hogy jött létre az Univerzum spontán módon a semmiből? Ez lehetetlen, gondolják sokan, főként az istenhívők. Pedig nem az, vélekednek a fizikusok.
Michio Kaku így fogalmaz: „Az Univerzumnak a csillagokban, bolygókban, galaxisokban lévő anyaga óriási mennyiségű és pozitív előjelű. De a gravitációs energia negatív előjelű. Ha az anyagban tárolt pozitív előjelű energiát összeadjuk a negatív előjelű gravitációs energiával, az összeg nullához lesz közel! Bizonyos értelemben ezek az univerzumok szabadok. Elég könnyel életre kelhetnek a vákuumból.” (100-101) Kaku azzal folytatja, hogy míg az Univerzumon belül minden anyag forog (pl. a Nap is forog a saját tengelye körül, és ezt teszik a fekete lyukak is), addig maga az Univerzum nem teszi ugyanezt. Ez annak a jele, hogy az Univerzum valóban a semmiből lett. Ugyanez a helyzet azzal, hogy a pozitív és negatív elektromos töltések az Univerzumban kiegyenlítik egymást.
Ugyanerről ír Stephen Hawking is A nagy terv végén: „Minthogy a gravitáció csakis vonzó kölcsönhatás, ezért a gravitációs energia negatív: a gravitáció által összetartott rendszer – például a Föld és a Hold – esetében annak szétszedéséhez kell energiát befektetnünk. Ez a negatív energia kiegyenlíti azt a pozitív energiát, amelyre az anyag létrehozásához szükség van (…). A különböző testek, például a csillagok vagy fekete lyukak nem tűnhetnek elő egyszerűen csak úgy, a semmiből. Az egész univerzum viszont megteheti ezt. (…) az univerzum létre tudja hozni és létre is hozza saját magát a semmiből. A spontán teremtődés az oka annak, hogy a semmi helyett valamit találunk, annak, hogy a Világegyetem létezik, és mi is létezünk benne. Nem szükséges tehát Istent segítségül hívni ahhoz, hogy meggyújtsa a gyújtózsinórt és ezzel működésbe hozza a Világegyetemet.” (Akkord, Bp., 214.)
Tehát az Univerzumon belül nem jöhet létre valami csak úgy a semmiből, maga az Univerzum viszont igen. Zárójelben megjegyzem, ez a fizikusi gondolat engem erősen emlékeztet arra, ahogyan a filozófus Kant Szent Tamás istenérveit cáfolta A tiszta ész kritikájában, bár ő egészen más terminológiát használ. Szent Tamás szerint minden változásnak / mozgásnak oka van. Az okok azonban nem mehetnek a végtelenbe. Lenni kell tehát egy végső oknak. Ez Isten. Kant erre azt mondja, hogy az okozatiság olyan törvény, amelyet a tapasztalati világon belül figyelhetünk meg, de ez nem indok arra, hogy ezt a tapasztalati világon túl is kiterjesszük. Tehát a világon belül mindennek van oka, de ebből nem következik, hogy magának a világnak is van oka. (Kant tapasztalati világról beszél, Hawkingék meg univerzumról, de a gondolat hasonló.) Erről bővebben itt.
Gribbinnél olvashatunk Edward Tyronról, aki kidolgozta az ötletet, miszerint a Világegyetem egy kvantumfluktuációból származik. Tudjuk, hogy a teljesen üres térnek is van némi energiája – nagyon kicsi méretekben az anyagtalan üresség apró fluktuációkból áll, a „kvantumfluktuációk nyüzsgő habja”. (212) Ez azt jelenti, hogy – ugyan nagyon rövid időre, a másodperc sokmilliárdod részéig, és nagyon közel egymáshoz – a semmiből spontán módon megjelenik egy pozitív és egy negatív töltésű részecske, amelyek aztán kioltják egymást. Minél nagyobb a részecske energiája, annál rövidebb ideig létezik, mielőtt visszamerülne a semmibe. De mivel a részecske méretű Univerzum energiája nulla volt (hiszen a tömeg pozitív és a gravitáció negatív energiája éppen nulla), az élettartama végtelen lehet. Tehát nem kell, hogy valaki megteremtse az Univerzumot, az létrejöhet magától is spontán módon a semmiből. (191-195)
Alan Guth az ősrobbanás elméletét gondolta tovább 1979-ben. Guth azt az ötletet vetette fel, hogy az Univerzum tágulása nem egyenletes sebességgel történt, hanem volt egy fázis, amikor hirtelen robbanásszerű növekedés ment végbe. Ekkor az Univerzum egy proton méretéből 10-35 másodperc alatt egy grapefruit nagyságúra nőtt. Ez magyarázatot ad sok kérdésre, pl. hogy miért sík nagyjából az Univerzum térideje (az infláció alatt simult ki). Ezt nevezzük inflációnak, vagy más néven felfúvódásnak. A felfúvódás oka az ún. „skalártér” lehetett, ami aztán lebomlott, átadva energiáját az Univerzumnak, ami aztán anyagként jelent meg. Ez azt jelenti, hogy az Univerzum mai anyaga nagyrészt a saját robbanásának energiájából jött létre.
Andrej Linde viszont kiszámolta, hogy ha a felfúvódás egyszer beindul, akkor nem áll le többé. A felfúvódás folyamatos: valahol a belátható Univerzumon túl most is újra és újra végbemegy, vagyis újabb és újabb buborékuniverzumok keletkeznek folyamatosan. Talán a mi Univerzumunk is egy másik Univerzumból jött létre. Könnyen lehet, hogy ezek az Univerzumok totálisan mások, mint a miénk, pl. egészen eltérőek a természettörvények. Az Ősrobbanás első pillanataiban a négy alapvető természeti erő (elektromágnesesség, gyenge-és erős magerő, valamint a gravitáció) egyetlen szupererőt képezett, aztán hasadtak szét. Ez egy olyan fázisátalakulás volt az univerzum állagában, mint amikor a víz megfagy. Az azonban véletlenszerű, hogy milyen arányokban következett be ez a hasadás: más univerzumokban egészen máshogy is végbemehet ugyanez a széttöredezés. Elképzelhető többek között, hogy azokban eltérő a térdimenziók száma (a mi világegyetemünket három kiterjedt és hét felcsavarodott, nagyon kicsi extra térdimenzió alkotja). Az is megeshet, hogy másfajta részecskék léteznek vagy más az erők nagysága (pl. jóval nagyobb a gravitáció, gyengébb az elektromágnesesség stb.). Ezeknek az univerzumoknak a nagy részében így eleve nem lehetséges az élet, pl. ahol csak két térdimenzió van, nem alakulhatnak ki élőlények – gondoljunk csak arra, hogy a tápcsatorna ott kettévágná az élőlényeket, vagy pl. az agy neuronjai nem kapcsolódhatnának össze olyan nagy számban. Több dimenzió esetén a gravitáció erősebb lenne, a csillagok ezért rögtön felemésztenék az üzemanyagukat, így nem lenne elég idő az élet megjelenéséhez.
Másfelől viszont az is megeshet, hogy a mi Univerzumunk is végtelen. Az Univerzum, mint tudjuk, tágul. A fény sebessége viszont véges – így ameddig ellátunk, az maximum kb. 13 fényév. Az első időkben az Univerzum nem volt még áttetsző, ezért a fény kb 13 milliárd éve létezik, ennyi ideje tart felénk a tér más részeiből: ha nagyon messze tekintünk, olyannak látjuk az Univerzumot, amilyen az nem sokkal az Ősrobbanás után volt. Közben viszont a tér tágult, az Univerzum tehát jóval nagyobb, mint amit belátunk belőle. Az is lehet, hogy végtelen. Ebben az esetben a galaxisok, csillagok száma is végtelen, és ebben a végtelen világban talán mi is sokszor megszületünk, létrejönnek a mi Földünknek is különböző verziói. Ott vagyunk mi is, kissé eltérő változatban, vagy akár a másolataink révén.
A főnix-modell
Az M-elmélet szerint, amely a húrelméletek öt különböző változatát egyesíti, a részecskék nagyon apró, egydimenziós objektumok (csakis hosszúságuk van). Rezgő húrok, pici hurkok, amelyeknek mintázata hozza létre a részecskék különböző fajtáit – ha így rezeg, lesz belőle pl. elektron, ha máshogy, akkor foton stb. Pont úgy, ahogy a húros hangszereken a húrok különböző magasságú hangokat produkálnak. Így megoldható az a probléma, ami azzal járt, hogy a részecskét azelőtt pontszerű valaminek képzelték el: egy pontszerű objektumnak végtelenül kicsi a mérete, ezzel viszont végtelenné válna a tömege. Az M-elmélet képes egyesíteni a relativitás-elméletet és a részecskefizikát a graviton nevű részecske felfedezése által (ami egyszerre működik a kvantumfizika apró, és a relativitás-elmélet hatalmas méreteiben. A graviton ide-oda mozog az anyagi részecskék között, és ezzel hozza létre a tömegvonzást).
A részecskék azonban nem három, hanem kilenc térbeli dimenzióban mozognak, ebből három a kiterjedt, a többi hat végtelenül kicsi, felcsavarodott dimenzió. A tizedik az idő. A tizenegyedik térdimenzió merőleges az előzőekre. Ha az Univerzumot egy lefektetett papírlapként képzeljük el, akkor a tizenegyedik dimenzió függőleges hozzá képest. Zárójelben megjegyzem, John D. Barrow arról ír az Univerzumok könyve c. munkájában, hogy a tizenegy dimenziót máshogy is lehet értelmezni: "Csak ezért tételezzük fel egyetlen időbeli dimenzió létezését, mert a dolgok nagyon furcsán néznének ki egynél több időbeli dimenzió létezése esetén (...)." Logikailag nem ellentmondásos és fizikailag nem lehetetlen, hogy több időbeli dimenzió létezzen, és könnyen lehet, hogy más univerzumokban más a tér-és idődimenziók megoszlása. (Akkord, 2012, 316.)
A húrelmélet alapján el lehet képzelni nem csak egy, hanem több dimenziós objektumokat is. Lehet, hogy a mi Univerzumunk egy három dimenziós brán. A fotonok, elektronok és más részecskék ebben az esetben nyitott végű húrokként írhatók le, amelyek ennek a bránnak a felületéhez tapadnak. A gravitonok viszont zárt hurkok, amik átmenetileg kiléphetnek, megszökhetnek a bránból a tizenegyedik dimenzióba. Ez a magyarázata annak, hogy a gravitáció annyival gyengébb a többi erőnél, pl. a Föld egész gravitációs ereje sem elég ahhoz, hogy legyőzze egy aprócska mágnes erejét, amivel fel lehet emelni a földről egy vasdarabot. A három-brán Univerzumok mikroszkopikus távolságra vannak egymástól – ahogy papírlapokat fektetünk egymásra, a közöttük lévő távolság a tizenegyedik dimenzió. A sötét anyag, amit egyelőre nem ismerünk, ennek megfelelően lehet, hogy a szomszédos univerzumokból átszivárgó gravitonokból áll. Ezek a gravitonok vonzzák egymáshoz a bránokat. A bránok így folyamatosan mozognak, és amikor összeütköznek, a mozgási energiájuk sugárzássá ás anyaggá alakul – vagyis bekövetkezik az Ősrobbanás. Ezután a bránok távolodni kezdenek, egyre hűlnek és tágulnak, míg végül teljesen kimerülnek. Évbilliárdokkal az Ősrobbanás után újra közeledni kezdenek, és bekövetkezik egy újabb Ősrobbanás. Az Univerzumok újjászületnek, mint egy főnix. A modell tehát ciklikus.
Gribbin egyébként egy ettől eltérő lehetőséget is ismertet. Létezhetnek antibránok is, amik bránokkal ütköznek, egymást annihilálják, ebben az esetben még több energia keletkezik. Ha egy magasabb dimenziószámú, pl. 7-brán ütközik egy 7-antibránnal, akkor nem tudnak közvetlenül megsemmisülni, eredményként egy 3-brán marad hátra törmelékként, vagyis éppen egy olyan Univerzum, amilyen a miénk.
Gribbin számára rokonszenvesebb a kaotikus felfúvódás, mint a főnix-modell, és arra számít, hogy azt talán igazolni is lehet. A főnix-modellben mindig ugyanazok a „cintányérok” csapódnak össze, a kaotikus felfúvódás viszont a világok végtelen változatosságát hozza létre.
Utolsó kommentek