A nagy BUMM

Genezis: Kezdetben vala…

Minden – a tér, az idő és az anyag – a közel 13,7 milliárd éve lezajlott ősrobbanásban keletkezett. Akkor a világegyetem különös hely volt – olyan idegen, amennyire csak lehetséges. Nem voltak bolygók, csillagok vagy galaxisok; csupán a parányi elemi részecskék léteztek; ezek alkották az egész világegyetemet, amely még csak akkora volt mint egy gombostű hegye, és ráadásul hihetetlenül forró. Egyszer csak elkezdett tágulni – a különös és váratlan kezdetből táguló világegyetem olyanná fejlődött amilyennek ma látjuk.

A modern tudomány képtelen leírni vagy megmagyarázni bármilyen jelenséget, amely az ősrobbanás előtt 10-43 másodperccel történt. A 10-43 másodperces időszakot Plank-időnek nevezzük, a német tudós Max Plank után. Ő volt az első aki felvetette, hogy az energia nem folytonos mennyiség, hanem adott energiájú csomagokban vagy „kvantumokban” jelenik meg. A kvantumelmélet mára az egész modern fizika alapjává vált; a 20. századi elméleti fizika két kimagasló eredménye közül az egyik a kvantumelmélet, amely a világegyetem legkisebb mérettartományával foglalkozik. A másik pedig Einstein általános relativitás elmélete, amely a nagyon nagy mérettartományok fizikájával, a csillagászati méretekkel foglalkozik.

Bár a két terület saját érvényességi körein belül tökéletesen kiállta a kísérletek és az észlelések próbáját, mégis súlyos problémák merülnek fel, ha megpróbáljuk összehangolni őket. Különösen az idő megközelítése eltérő a két elméletben. Einstein elméletében az idő egy koordináta; éppen ezért folytonos mennyiség, így két időpont között az eltérés tetszőleges lehet. A kvantumelméletben azonban a Plank-idő alapvető határt jelent – az idő olyan legkisebb értelmezhető egységét amelyet elméletileg egyáltalán meg tudunk még mérni. Még ha elkészítenénk is a lehető legpontosabb órát, akkor is azt látnánk, hogy az óramutató szabályosan Plank-időegységeket lépne.

A 21. századi fizika egyik legnagyobb kihívása éppen e két ellentmondó elképzelés összeegyeztetése (a legújabb próbálkozások: a húrelmélet, illetve ennek rokona a membrán-elmélet). Tudományos vizsgálódásunkat a világegyetem 10-43 másodperce utáni másodpercekkel kezdjük, ekkor az ősrobbanás utáni kicsiny, forró és sűrű világban a kvantumfizika törvényei uralkodnak.

Az ősrobbanás-elmélet ellent mond ösztöneinknek. Józan ésszel sokkal inkább időben állandó(statikus) és térben végtelen világot képzelnénk el, ám napjainkban alapos tudományos érv szól amellett, hogy ez a rendkívüli esemény bekövetkezett. Ha elfogadjuk az ősrobbanás tényét, akkor a Plank-időtől egészen máig – Carl Sagan emlékezetes szavaival élve: „halovány kék pontig” – követhetjük az események láncolatát.

Az idő kezdete

Pillantsuk vissza abba az időbe, amikor a világegyetem keletkezett – az ősrobbanást követő pillanatokba. Csábító volna azt mondani, hogy a világegyetem csak úgy hirtelen kirobbant a mérhetetlen térben, de ez teljességgel félrevezető lenne. Valójában az ősrobbanásban keletkezett minden, a tér, az anyag és maga az idő is. A tér nem termett elő a „semmiből”; a Teremtés első pillanatai előtt nem létezett a „semmi”. Maga az idő még el sem kezdődött, ezért nincs értelme arról beszélni, hogy mi történt az ősrobbanás előtt. Még maga Einstein sem tudná ezt egyszerűen elmagyarázni.

Ebből következik, hogy ma, amikor a világegyetemet kutatjuk, értelmetlen afelől érdeklődni, hogy „hol” is történt az ősrobbanás. A tér csak akkor keletkezett amikor az ősrobbanás végbement. Ezért az első másodperc töredékeiben az egész belátható világegyetem tartománya parányibb volt mint egy atom magja. Az ősrobbanás a tér minden pontjában „mindenhol” bekövetkezett, és nem volt középpontja.

Ezt szépen illusztrálja Escher Cubic Space Division című képe. Képzeljük el, amint e rács tetszőleges csomópontján állunk, közben a csomóponthoz csatlakozó minden egyes rúd megnyúlik. Úgy éreznénk, hogy minden elszáguld tőlünk és arra a következtetésre jutnánk, hogy speciális helyen a tágulás középpontjában állunk. Most térjünk vissza a Földre és gondolkodjunk: vegyük észre, hogy a tágulás bármelyik rácspontról nézve ugyanolyannak tűnne; azaz nincs középpont. Világegyetemünkben a helyzet nagyon hasonló; minden galaxis távolodni látszik tőlünk, ugyanezt látná bármely távoli csillagról a minket figyelő észlelő, és feltételezhetően hasonló következtetésre jutna, nevezetesen arra, hogy mindannyian a tágulás középpontjában vagyunk.

Egy másik gyakori és első pillantásra ésszerűnek tűnő kérés: „Mekkora is a világegyetem?” Ez újabb problémát vet fel, ugyanis látszólag kétféle megoldás lehetséges. Az egyik szerint a világegyetem véges méretű, a másik szerint végtelen. Ha véges akkor mi van a határain túl? A kérdés valójában értelmetlen, ugyanis a tér csupán a világegyetemen belül létezik, így a szó szoros értelmében nincs „kívül”. Másrészt, ha világegyetem térben végtelen, akkor azt kell mondanunk, hogy a mérete meghatározhatatlan. Nem tudjuk tisztázni a mindennapok nyelvén, hogy mit is jelent az a szó, hogy végtelen, sőt még Albert Einstein sem tudná.

Emlékezzünk vissza arra, hogy az időt, mint koordinátát kell kezelnünk; azaz nem kérdezhetjük meg egyszerűen azt; „Milyen nagy a világegyetem?”, mivel a válasz mindig más lenne. Csak azt tudjuk megkérdezni: „Mekkora a világegyetem most?”, de a relativitás-elmélet következtében nem tudunk olyan időpontot definiálni, amely a világegyetem minden egyes pontján ugyanazt jelentené.

Ha azt mondjuk, hogy a világegyetemnek pontos mérete van, akkor óhatatlanul eszünkbe jut, hogy határa is van. Ha elég messze utaznánk akkor falba ütköznénk? A válasz természetesen nem – a világegyetem a matematikusok szóhasználatával élve véges, de határtalan. Olyan mintha egy hangya futkározna egy labdán. A hangya a labda görbült felületén mindig ugyanabba az irányba halad sohasem fog akadályba ütközni, mialatt végtelen hosszú utat tehet meg. Ez annak ellenére van így, hogy a labda véges nagyságú. Más szóval hiába indítanánk útnak egy egyenes vonal mentén haladó űrhajót, sohasem érnénk el a világegyetem szélét – de ez nem azt jelenti, hogy a világegyetem végleten.

Korlátozzuk magunkat olyan kérdések feltételére, melyek tudományos alapossággal meg is tudunk válaszolni, azaz amelyekre olyan válaszokat tudunk adni, amelyek összhangban vannak tapasztalatainkkal. Azt nyugodtan állíthatjuk, hogy a belátható világ (vagyis a világegyetem azon része, ahonnan a fény még eljut hozzánk) véges méretű, mivel jelenlegi legjobb becsléseink alapján a világegyetem 13,7 milliárd éves. Ezért a belátható világ szélének, ahonnan a fény még éppen eljut hozzánk, 13,7 milliárd fényév távolságban kell lennie, ez a határ azonban évente egy fényévvel távolodik tőlünk. Valójában ezért nem fogunk mi soha ilyen messzire ellátni. Biztosan tehát csak azt állíthatjuk, hogy a világegyetem nagyobb annál a tartománynál, amelyet mi beláthatunk.

Forrás:  https://people.inf.elte.hu/gagraai/
Brian May, Patrick Moore, Chris Lintott: BUMM! A világegyetem teljes története