Brian Greene: Egyetlen világegyetem?

A modern kozmológia központi rejtélye: Miért tűnik a mi világegyetemünk tökéletesen alkalmasnak az élet alapvető feltételeinek megteremtésére? Legújabb tudományos felfedezéseket elemezve Brian Greene megismertet minket az elképesztő multiverzum elmélettel, mely talán választ adhat erre a kérdésre.

Pár hónappal ezelőtt

Nobel-díjat nyert fizikából

két csillagász csapat

egy olyan megfigyelésért,

amelyet az eddigi legnagyobb

asztronómiai felfedezésnek tartanak.

Ma, miután röviden összefoglalom az eredményeiket,

beszélek majd egy hevesen vitatott elméletről is,

mely keretbe helyezi felfedezésüket,

és ez nem más, minthogy

messze a Földtől,

a Tejúttól és távoli galaxisoktól

rájöhetünk, hogy a mi univerzumunk

nem az egyetlen univerzum,

hanem része

egy hatalmas univerzumkomplexumnak,

amit multiverzumnak hívunk.

A multiverzum elképzelés elég furcsa.

Hiszen legtöbbünk abban nőtt fel, hogy

az "univerzum" mindent jelent.

Nem véletlen mondom, hogy "legtöbbünk",

mert 4 éves lányom már születése óta hallott ezekről az elméletekről beszélni.

Tavaly történt, hogy egyszer, amikor a karomban tartottam,

és azt mondtam neki, "Sophia,

jobban szeretlek mint bármi mást az egész univerzumban."

Ő felém fordult, és megkérdezte: "Apu,

az univerzumban vagy a multiverzumban?"

(Nevetés)

De eltekintve az ilyen rendhagyó neveltetéstől,

nehéz elképzelni más,

tőlünk független világokat,

alapvetően különböző jellemzőkkel,

melyeket önmagukban is joggal hívhatunk univerzumnak.

S bár az ötlet maga

minden bizonyára megfoghatatlan,

szeretném meggyőzni Önöket,

hogy mégis komolyan kell vennünk,

mert elképzelhető, hogy igaz.

Három részben fogom elmesélni a multiverzum történetét.

Az első részben

a Nobel-díjat érdemelt eredményekről fogok beszélni,

és rámutatok egy különös rejtélyre,

amely ezekből az eredményekből adódik.

A második részben

megpróbálok választ adni erre a rejtélyre

egy teória alapján, amelyet húrelméletnek hívunk,

és itt lesz az, ahol a multiverzum elképzelés

összekapcsolódik ezzel a történettel.

Végezetül a harmadik részben

bemutatok egy kozmológiai elméletet,

az inflációs elméletet,

amellyel összekapcsoljuk a részleteket.

Az első rész 1929-ben kezdődik,

amikor Edwin Hubble, a híres csillagász

rájött, hogy a távoli galaxisok

menekülnek előlünk,

s ezzel igazolta, hogy az űr maga nyúlik,

tágul.

Ez forradalmi felfedezés volt.

Mindeddig úgy tartottuk, hogy a legnagyobb szinten

az univerzum statikus.

Mégis, volt egy dolog

amiről még mindenki meg volt győződve:

ez a tágulás lassul.

Mint ahogy a Föld gravitációs vonzása

lelassítja a feldobott alma emelkedését,

úgy a galaxisok egymásra gyakorolt

gravitációs hatása

is lelassítja

az űr tágulását.

Most tekerjünk előre az 1990-es évekbe,

amikor is a két csillagász csapat

akiket a bevezetőben említettem,

e feltételezéstől inspirálva

megpróbálta megmérni,

hogy milyen mértékben lassul a tágulás.

Mindezt számtalan

távoli galaxis

alapos átvizsgálásával tették,

és rögzítették,

hogy a tágulás sebessége idővel hogyan változik.

És itt a meglepetés:

arra jöttek rá, hogy a tágulás nem lassul,

hanem épp ellenkezőleg: gyorsul,

egyre gyorsabban és gyorsabban.

Ez olyan, mintha a feldobott alma

egyre gyorsabban és gyorsabban emelkedne.

Ha látnának egy így viselkedő almát,

akkor kíváncsiak lennének rá, hogy mi ennek az oka.

Mi hajtja felfele?

Hasonlóképpen, a csillagászok eredményei

nyilvánvalóan méltóak a Nobel-díjra,

de felvetnek egy hasonló kérdést.

Milyen erők kényszerítik a galaxisokat

egyre növekvő sebességgel

eltávolodni egymástól?

Nos a legígéretesebb válasz

Einstein egyik régi elméletéből adódik.

Ugye megszoktuk, hogy a gravitáció

egy erőhatás, amely egyetlen dolgot csinál:

egymáshoz húzza a testeket.

De Einstein gravitációs elmélete szerint,

az általános relativitáselmélete szerint,

ez az erő szét is tolja egymástól a dolgokat.

Hogyan? Einstein matematikája szerint,

ha a tér láthatatlan energiával

egységesen van kitöltve,

mint egy egységes, láthatatlan köd,

akkor az ebben a ködben keletkező gravitáció

taszító erejű lesz,

taszító gravitáció, és ez épp kapóra jön nekünk ahhoz,

hogy megmagyarázzuk ezeket a megfigyeléseket.

Mert a térben a láthatatlan energia

taszító hatása

-- sötét energiának hívjuk, de itt

füstszínnel ábrázoltam, hogy láthassák --,

tehát a taszító gravitáció

a galaxisokat egymás ellenében nyomná,

ami a tágulás felgyorsulásához vezet,

nem a lassuláshoz.

Ez a magyarázat

hatalmas előrelépést jelent.

De ígértem Önöknek egy rejtélyt is

még itt az első részben.

Íme.

Nézzék, mit találtak a csillagászok,

amikor kiszámították, hogy mennyi

sötét energiát kellene az űrbe tölteni

hogy elérjük ezt a

kozmikus felgyorsulást!

Ez a szám kicsi.

A megfelelő mértékegységben kifejezve

különösen kicsi.

És a rejtély ez: megfejteni ezt a különös számot.

Ezt a számot

a fizika törvényeiből kéne kihozni,

de egyelőre még senki nem talált módszert erre.

Felmerül a kérdés,

miért is kéne érdekeljen ez minket?

Lehet, hogy megmagyarázni ezt a számot

csupán technikai kérdés,

amely érdekes ugyan a szakértők számára

de nem releváns másoknak.

Nos az igaz, hogy ez egy technikai részlet,

de vannak részletek, amiken sok múlik.

Némely részlet ablakot nyit

a valóság felfedezetlen területeire,

és ez a különös szám lehet, hogy épp erre szolgál,

s az egyetlen eddig eredménnyel járó megközelítés

a párhuzamos világegyetemek lehetőségén alapul --

egy ötlet, amely a húrelméletből adódik,

s ezzel el is érkeztem a második részhez: a húrelmélethez.

Tegyük félre egy kicsit

a sötét energia rejtélyét.

Most a húrelmélethez kapcsolódó

három fontos dologgal szeretném folytatni.

Először is, mi ez?

Nos ez egy megközelítése az Einstein által

megálmodott egységes fizikai elméletnek,

egy mindent felölelő keretrendszernek

amely leírna minden

erőhatást a vliágegyetemben.

A húrelmélet kiindulási alapja

elég egyszerű.

Azt mondja ki, hogy amint egyre részletesebben

vizsgálunk bármilyen anyagot,

először molekulákat találunk,

aztán atomokat, majd szubatomi részecskéket.

De az elmélet szerint ha kisebb, sokkal kisebb

részecskéket tudnánk vizsgálni, mint amire a jelenlegi technológia

lehetőséget ad, találnánk valami mást is ezekben a részecskékben:

apró, pici, vibráló energiarostokat,

miniatűr rezgő szálakat.

És a hegedű húrjaihoz hasonlóan

ezek is különböző frekvencián rezegnek,

és különböző zenei hangokat adnak ki.

Ezek az apró húr alapelemek,

ahogyan különböző mintára mozognak,

különböző részecskéket állítanak elő.

Így az elektronok, kvarkok, neutrinók, fotonok,

és minden más részecske

egy közös keretbe illeszthető,

mert mind rezgő szálacskákból épül fel.

Ez egy lenyűgőző kép,

egyfajta kozmikus szimfónia,

melyben a minket körülvevő

mindenség gazdagsága

ezen apró, pici húrok

muzsikájából áll össze.

Ám ennek az elegáns

egységesítésnek ára van:

évekig tartó kutatások kimutatták,

hogy a húrelmélet mögötti matematika nem igazán működik.

Belső ellentmondásokkal van tele,

hacsak nem számolunk

valami teljesen ismeretlen dologgal:

további térdimenziókkal.

Mindannyian ismerjük ugyebár a szokásos

három dimenziót. Magasságként, szélességként,

és mélységként szoktuk definiálni.

De a húrelmélet szerint fantasztikusan kicsi méreteknél

további dimenziók vannak,

olyan kicsire összegyűrve,

hogy nem is tudjuk érzékelni őket.

S bár ezek rejtett dimenziók, mégis

hatással lennének a látható dolgokra,

mert az új dimenziók alakja

meghatározza, hogyan rezeghetnek a szálak.

A húrelméletben

a rezgés határoz meg mindent.

Részecskék tömege, erők intenzitása,

és ami a legfontosabb, a sötét energia mennyisége

is azon múlna, hogy milyen alakúak

a plusz dimenziók.

Tehát ha ismernénk az új dimenziók alakját,

ki tudnánk számolni ezeket a jellemzőket,

ki tudnánk számolni a sötét energia mennyiségét.

A buktató az,

hogy nem tudjuk,

milyen alakúak ezek a dimenziók.

Mindössze egy listánk van

a matematika által megengedett

lehetséges alakzatokról.

Amikor ez az elképzelés először felmerült,

mindössze nagyjából öt olyan alakzat volt, amely

szóba jöhetett, így járható útnak tűnt az,

hogy egyenként elemezzük mindet,

és megvizsgáljuk, hogy rendelkezik-e bármelyik is

a várt fizikai jellemzőkkel.

De idővel a lista bővült,

és a kutatók további alakzatjelölteket találtak.

A szám ötről több százra, több ezerre növekedett:

igen nagy, de még mindig kezelhető,

elemezhető állomány, végtére is

a végzősőknek is kell valamivel foglalkozniuk.

De máig a lista még tovább gyarapodott,

millió, billió elemre.

Az esélyes alakzatok száma

10 az 500-ik hatványon méretűre robbant.

Mit tegyünk hát?

Voltak, akik feladták, mondván, hogy

a további dimenziók túl sokféle alakzatot vehetnek fel,

mindegyik alakból más fizikai jellemzők adódnának,

s így a húrelmélet sosem adna

kézzelfogható, tesztelhető eredményeket.

Mások azonban a multiverzum lehetőségének felvetésével

feje tetejére állították az egész problémakört.

Erről van szó: lehet, hogy ezek

az alazatok egymással teljesen egyenértékűek.

Mindegyik pont olyan valós,

mint a másik,

s a különböző univerzumokban

a további dimenzióknak más-más alakja van.

Ez a radikális elképzelés

alapvető hatással van a rejtélyünkre:

a Nobel-díjat érdemelt eredmények által felfedett sötét energia mennyiségre.

Értik, ha

más univerzumok is vannak

és mindegyikben más

a további dimenzió alakja,

akkor az univerzum fizikai tulajdonságai is mások lesznek,

s különösen a sötét energia

mennyisége lesz

mindegyik univerzumban más és más.

Ami annyi jelent, hogy az itt megmért

sötét energiamennyiség kérdése

teljesen más problémává alakulna át.

Ebben az értelmezésben a fizika törvényei alapján

nem lehet egy számot hozzárendelni a sötét energiához,

mert nemcsak egyetlenegy szám van,

hanem rengeteg.

Ez azt jelenti,

hogy rossz kérdést tettünk fel.

Inkább arra a kérdésre kellene keresni a választ,

hogy mi, emberek, miért pont egy olyan világegyetemben vagyunk,

amelyben épp annyi a sötét energia, amennyi,

és nem bármelyik másikban

a további számtalan lehetőség közül?

És ezzel a kérdéssel már tudunk előrelépni.

Mert azokban az univerzumokban,

melyekben sokkal több a sötét energia, mint a mienkben,

az anyag nem tud galaxisokká formálódni,

mert a sötét energiából adódó taszítás olyan erős,

hogy szétnyomja az anyagcsoportosulásokat,

és így nem alakulnak ki galaxisok.

Illetve azok az univerzumok, ahol sokkal kevesebb a sötét energia,

olyan gyorsan omlanak össze,

hogy ott szintén nem keletkeznek galaxisok.

Galaxis nélkül pedig nincsenek csillagok,

nincsenek bolygók, és nincs esély

az általunk ismert élet

kialakulására ezekben a világegyetemekben.

Tehát itt vagyunk ebben az univerzumban,

adott mennyiségű sötét energiával,

egyszerűen azért, mert a mi világegyetemünk

alkalmas környezet az általunk ismert élet számára.

És ennyi.

Rejtély megoldva,

rábukkantunk a multiverzumra.

Vannak, akik nem találják kielégítőnek ezt a magyarázatot.

Megszoktuk, hogy a fizika konkrét válaszokat ad

a megfigyelt jelenségekre.

De pont ez a lényeg,

hogy ha a vizsgált jelenség

széles skálán és a változatosabb valóságokban

vehet és vesz fel

különböző értékeket,

akkor egyetlen magyarázatot keresni

egyetlen konkrét értékre

helytelen megközelítés.

Egy korai példa erre

a nagy csillagász, Johannes Kepler,

aki megszállottan próbált megfejteni

egy másik számot: azt, hogy a Nap

miért pont 150 millió km-re van a Földtől.

Évtizedekig próbálta igazolni ezt a számot,

de sosem sikerült neki, mostmár tudjuk miért.

Kepler a rossz kérdést

tette fel.

Ma már tudjuk, hogy rengeteg bolygó létezik

különböző távolságra a napjaik körül.

Azt remélni, hogy a fizika törvényei

egy konkrét számot, 150 millió km-t megmagyaráznak,

nos, ez tévedés.

Inkább tegyük fel azt a kérdést,

hogy mi, emberek, miért egy olyan bolygón élünk,

amely épp ilyen távolságra van a napjától,

és nem egy lehetséges másikon?

És ez ismét egy olyan kérdés, amelyet meg tudunk válaszolni.

Azok a bolygók, amelyek sokkal közelebb vannak

a napjukhoz, olyan melegek,

hogy az általunk ismert élet nem alakulhat ki rajtuk.

És amelyek sokkal messzebb vannak,

azok annyira hidegek, hogy ismét csak

nem alkalmasak az életre.

Egész egyszerűen azért vagyunk

egy épp a napjától ilyen távolságban levő bolygón,

mert itt biztosítottak

az élet alapvető feltételei.

Ha bolygókról és az elhelyezkedésükről van szó,

akkor nyilvánvalóen ez a helyes gondolatmenet.

Hasonlóképpen, ha univerzumokról

és sötét energiáról beszélünk,

akkor is ez lehet a helyes gondolkodás.

Egy fontos különbséggel, természetesen,

mégpedig azzal, hogy tudunk más bolygók létezéséről,

de más világegyetemek létezése

egyelőre csak spekuláció.

Tehát összefoglalva,

keresünk egy mechanizmust,

ami más univerzumokat hozhat létre.

És ezzel el is jutottunk a harmadik részhez.

Mert az ősrobbanást kutató kozmológusok

találtak ilyen mechanizmust.

Ha az ősrobbanásra gondolunk,

gyakran egy kozmikus detonáció

képe lebeg a szemünk előtt,

amely létrehozta a világegyetemet

és elindította az űr tágulását.

De van itt egy kis talány.

Az ősrobbanás elméletből hiányzik egy kulcsfontosságú elem:

maga a robbanás.

Leírja ugyan, hogy hogyan fejlődött az univerzum az ősrobbanás után,

de nem nyújt betekintést abba,

hogy mitől is alakult ki maga a robbanás.

Ezt a hiányt végül pótolta

az ősrobbanás elmélet továbbfejlesztett változata.

Az inflációs kozmológia

beazonosít egy üzemanyagot,

mely természetes módon generálná

az űr kifelé tágulását.

Az üzemanyag a kvantummezőre alapul,

de számunkra az a részlet a legfontosabb,

hogy ez az anyag annyira hatékony,

hogy gyakorlatilag lehetetlen

mindet elhasználni,

ami annyit jelent, hogy az inflációs elmélet szerint

az univerzumunkat kialakító ősrobbanás

valószínűleg nem egy egyszeri esemény.

Ez a hajtóanyag nemcsak a mi ősrobbanásunkat hozta létre,

hanem számtalan másik ősrobbanást is,

mindegyikkel új, külön univerzumot létrehozva,

s így a mi világegyetemünk csupán egyetlen buborék

egy hatalmas kozmikus habfürdőben.

És ha mindezt összeolvasztjuk a húrelmélettel,

a következő képet kapjuk.

Mindegyik univerzumnak további dimenziói vannak,

ezek az új dimenziók változatos alakzatban fordulnak elő,

és a különböző alakzatok más-más fizikai jellemzőket eredményeznek.

Egész egyszerűen azért találjuk magunkat pont ebben az univerzumban,

mert ez az egyetlen olyan világegyetem, ahol

a fizikai tulajdonságok, mint pl. a sötét energia mennyisége,

megfelelnek az általunk ismert élet számára.

A legújabb megfigyelések és teóriák

alapján ennek a lenyűgöző,

de sok port felkavaró elméletnek

alapos figyelmet kell szentelni.

Egy alapvető kérdés marad hátra, természetesen,

mégpedig az, hogy be tudjuk-e bizonyítani valaha,

hogy léteznek más univerzumok?

Had mutassak be egy lehetséges verziót,

ahogyan ez egy nap megtörténhet!

Az inflációs elméletet

már most sok megfigyelés támasztja alá.

Ezen teória szerint az ősrobbanás

olyan intenzív volt,

hogy amint az űr rohamos sebességgel tágult,

apró kvantumrezgések a mikrovilágból

a makrovilágba emelkedtek át,

hol melegebb, hol hidegebb mintázatú

sajátos ujjlenyomatot hagyva

a térben,

amelyet a legfejlettebb teleszkópok már megfigyeltek.

Továbbá, ha vannak más világegyetemek,

az elmélet szerint ezek időről időre

összeütköznek egymással.

Ha a mi univerzumunk egy másikkal

karambolozna, az ütközés

további, finom hőmérséklet-változásokat

eredményezne az űrben,

melyet egy nap

képesek volnánk érzékelni.

Bármennyire távolinak tűnhet ez a kép,

egyszer majd megifgyelések

támaszthatják alá,

bebizonyítva ezzel más univerzumok létezését.

Hadd zárjam azzal, hogy

mindezek az elképzelések

hatalmas horderejűek

a távoli jövőre nézve!

Távoli galaxisokból

hozzánk eljutó csillagfények

alapos tanulmányozásával

rájöttünk arra, hogy a világegyetem nem statikus,

az űr tágul,

ez a tágulás folyamatosan gyorsul,

és hogy létezhetnek a mienken kívül

más univerzumok is.

S mivel a tágulás gyorsul,

a nagyon távoli jövőben

ezek a galaxisok annyira gyorsan és annyira messze

fognak kerülni tűlünk, hogy nem fogjuk látni őket,

mégpedig nem technológiai korlátok,

hanem a fizika törvényei miatt.

Az általuk kibocsátott fény még a leggyorsabb sebesség,

a fénysebesség mellett sem

lesz képes áthidalni

az egyre jobban tátongó szakadékot közöttünk.

A távoli jövő csillagászai

semmit nem fognak látni, ha az űrbe tekintenek,

csupán egy végtelen, statikus,

tintafekete állóképet.

Arra a következtetésre fognak jutni,

hogy az univerzum statikus és változatlan,

mindössze egyetlen központi oázissal

amelyen ők élnek:

s ez egy olyan kép a kozmoszról,

melyről mi már biztosan tudjuk, hogy téves.

Az is lehet, hogy a jövő csillagászai előtt

ott lesznek letűnt idők dokumentumai,

mondjuk a mieink,

melyek bizonyítékkal szolgálnak egy galaxisokkal teli

táguló kozmoszra.

De vajon távoli utódaink hinnének-e

a számukra ókorinak tűnő tudásnak?

Vagy jobban hinnének

a fekete, statikus univerzumban

melyet a saját, legmodernebb megfigyeléseikkel tudnak igazolni?

Gyanítom, hogy az utóbbi.

Ez azt jelenti, hogy egy

különösen kiváltságos korban élünk,

amikor még a kozmosz legmélyebb igazságai

még elérhetők

a kutató emberi szellem számára.

Úgy néz ki, hogy nem lesz ez mindig így.

Korunk csillagászai

hatalmas teleszkópjaikat az égre fordították,

és megörökítettek egy maroknyi, igencsak informatív fotont:

egy évmilliárdok óta közvetített

kozmikus telegramot,

és a korokon át visszhangzó üzenet kristálytiszta.

A természet néha

a fizikai törvények vasmarkával

őrizi titkait.

Máskor a valóság igazi mivolta

itt van egy karnyújtásnyira.

Köszönöm szépen.

(Taps)

Chris Anderson: Brian, köszönjük.

Hihetetlen, szédítően izgalmas

elméletekről esett szó.

Mi a véleményed arról,

kicsit talán történelmi szempontból,

ahol most a kozmológia tart?

Vajon valami történelmileg igen jelentős kor közepén állunk?

BG: Ezt nehéz megmondani.

Amikor belegondolunk, hogy a távoli jövő csillagászainak

esetleg nem fog a rendelkezésére állni elegendő információ,

természetesen felmerül a kérdés, hogy nem vagyunk-e mi is már ebben a helyzetben,

s az univerzum bizonyos mély, kritikus jellemzői

nem változtak-e meg annyira a kozmológia fejlődése során,

hogy ne tudjuk őket megérteni.

Ebből a szemszögből nézve

lehet, hogy mindig lesznek kérdéseink,

és sosem fogjuk tudni kimerítően megválaszolni őket.

Viszont most már tudjuk,

milyen idős a világegyetem.

Már tudjuk, hogyan kell értelmezni

a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás által

13,72 milliárd éve leírt adatokat,

és ki tudjuk számítani, meg tudjuk jósolni, hogyan fog kinézni --

és stimmel!

Agyam eldobom, ez egyszerűen fantasztikus!

Egyrészt hihetetlen, hogy hova eljutottunk,

másrészt ki tudja, milyen akadályokba fogunk még ütközni a jövőben.

CA: Még pár napig itt leszel.

Esetleg folytatódhatnak ezek az eszmecserék.

Köszönjük. Köszönöm, Brian. (BG: Én köszönöm.)

(Taps)