|
||
|
Problémák és megoldások a világ „teremtésével” kapcsolatban |
Alábbi írás inkább csak gondolatébresztő, bevezetés a világegyetem keletkezésének alapvető kérdéseibe és elméleteibe. Nem részletezi a tárgyalt fogalmakat, célja általános áttekintést nyújtani.
Mikor valakivel mélyebb vitába szállok vallás és tudomány ügyében, rend szerint a végső fegyver, amit a fizika és a kozmológia ellen felhoznak, hogy nem képes magyarázatot adni a mi világegyetemünk teremtésére, más szóval inkább létrejöttére. Nem csak arra gondolok, hogy nincs még meg a megfelelő elmélet a tér és az idő kialakulása körüli "időkre"1, hanem arra is, hogy bizonyos alapvető kérdésekre a tudomány nem képes sem most, sem pedig később választ adni. Ezek a gondok - mint mondtam - nem magukból az elméletek hiányosságaiból erednek, hanem logikai bukfencekből legfőképp. Ennek megfelelően alapvetően három kérdés köré rendezhetjük a problémákat, amik látszólag paradoxonok, azonban egyesek könnyű szerrel feloldhatóak:
1) Minden történésnek oka van. Semmi sem történhet ok nélkül, így a világegyetem teremtésének is kell legyen oka és annak az oknak is kell legyen oka. Ez a kauzalitás problémája.
2) Semmiből nem lehet valami. Ha a világegyetem semmiből valami lett2, akkor teremtésének nem lehet logikus magyarázata.
3) A világegyetem összenergiájától függetlenül egy másik rendszerből kell, hogy származzon, követve ezt a logikát pedig rájövünk, hogy az is egy másikból és a következő is és így tovább... Egy végtelen láncolathoz jutunk.
Megoldás az első problémára
A kauzalitás valóban roppant ésszerűnek tűnő és áthághatatlan, a mindennapokban is fellelhető szabály. A történelem során nem egy gondolkodó vetette már fel és közülük voltak, akik isten létére való bizonyítéknak is tekintették3. Csakhogy az ok kérdése sokkal összetettebb. Felmerül például, hogy attól, hogy Isten úgy döntött, megteremti a világot, nem jutottunk közelebb az okhoz egyrészt mert nem tudjuk, őt mi sarkallta erre, másrészt ezzel nem is értettük meg magát a döntést (jóllehet ez utóbbi nem is kritériuma a dolognak, de hiányérzetünk marad). Ezek után elgondolkodhatunk azon, érdemes-e az egész világunkra érvényesnek tekinteni.
Persze ezek nem tudományos érvek. Hogy ne maradjak adós, egy egyszerű példát hozok. A rádium-224 radioaktív izotóp felezési ideje 3,64 nap. Ez annyit tesz, hogy X tömegű rádium-224 fele 3,64 nap alatt biztosan el fog bomlani, így ennyi idő után az eredeti anyagból már csak X/2 mennyiséget találunk (ez nem tömegvesztés, az átalakuló anyagból valamilyen más, könnyebb atomokból álló lesz). Azt mondhatjuk tehát, hogy ez a folyamat mindenképp bekövetkezik. Ha azonban egyetlen atomot kezdünk vizsgálni, semmi sem biztosít bennünket, hogy 3,64 nap alatt elbomlik. Egészen pontosan 50% az esélye annak, hogy ennyi idő alatt elbomlik, de az is lehet, hogy még két év múlva is az eredeti rádiumot fogjuk vizsgálni. Ez a példa jól szemlélteti az alapvető gondot: világegyetemünk sokkal inkább kvantumos, mint hinnénk, ráadásul az "idők kezdetén" még inkább az volt, hisz minden szubatomi méretű volt, márpedig ebben a világban a kvantummechanika kérlelhetetlen úr, így doktrínái még inkább igazak. Ebben a rendszerben azt mondhatjuk, hogy ha egy bizonyos esemény bekövetkezik, valószínűleg egy másik is, nem pedig azt, hogy biztosan egy másik is. Az, hogy X mennyiségű rádium-224 megfeleződik 3,64 nap alatt és ezt biztosra tudjuk, annak az eredménye, hogy ebben az X tömegben rengeteg ilyen atom van és a valószínűségek átlagolódnak. Ezek után könnyű szerrel beláthatjuk, hogy egy adott rádium atom bomlásának nincs konkrét oka (függetlenül attól, hogy a bomlás idejét sem tudjuk előre meghatározni). X tömeg esetén a hagyományos, "relativisztikus" szabályok működnek, de csak azért, mert átlagolják a kvantumos valószínűségeket.
Mindennek megfelelően a keletkező világegyetemben éppen annyira nem volt igaz a ha-akkor képlet, mint manapság szubatomi szinteken (ugyanis akkor MINDEN szubatomi méretű volt). Ez nem holmi kitérő válasz, bár sokan annak érzik, mert nem tudják belátni, mit is jelent egy kvantumos univerzumban élni, jóllehet ez az. A kauzalitás, mint olyan, ennek megfelelően csak magasabb "szerveződési szinteken" igaz, de még akkor sem mindig, inkább csak valószínű jelenség. A valószínűségek miatt előfordulhat, bár nem valószínű, hogy 3,64 nap alatt egy kiló rádium egyetlen grammja sem alakul át valami könnyebb atommagokat tartalmazó anyaggá annak ellenére, mennyire sok atom is van ebben a tömegben. Ez is - úgymond - benne van a pakliban.
Ha ezt sikerült elfogadni és megérteni, továbbléphetünk a következő kérdésre.
Megoldás a második problémára
Ez tulajdonképpen az energia-megmaradás törvénye, csak épp nulla kezdeti energiával rendelkező rendszerekre: ha egy adott szisztéma kezdeti összenergiája nulla, annak is kell maradnia. Mindazonáltal egyáltalán nem biztos, hogy a Világegyetem összenergiája nem nulla! Mivel a gravitáció tisztán vonzóerő, így a többi ismert erővel szemben dolgozik, nem szerepelhet egy oldalon társaival az egyenletekben. Ha összegzünk ezek alapján és szembeállítjuk a világunk összes ismert anyagát és energiáját a gravitációval, az eredmény figyelemre méltó módon zérus4. Ha mindez igaz, a teremtés tulajdonképpen egy zérus energiájú rendszer másik zérus energiájú rendszerré történő változását jelenti.
Ennek oka egy alagutazásnak nevezett jelenség, ami egyetlen részecskén szemléltetve azt jelenti, hogy például egy adott atom, mely rendelkezik X energiával és egy olyan potenciálgödörben van, melyből ennyi energiával kiszabadulni nem tudna, mégis átjut gátján egy "alagúton" át, mely csak képletesen létezik természetesen, a gyakorlatban a már említett határozatlanságból ered, mely szerint az atom bizonyos - igen kicsi - valószínűséggel mégis "gödrén" kívül van. Rengeteg esetből egyszer-egyszer ez lép fel, bármennyire is valószínűtlen. Így lehetséges, hogy zérus energiájú rendszerből egy másik szintén nulla összenergiás rendszer jön létre.
Megoldás a harmadik problémára
A kérdés itt kétfelé bomlik: egyrészt van egy időbeli és egy logikai végtelenség.
Az időbeli feltételezés alapja, hogy az idő végtelenül osztható, így a kutatók végtelen sok elméletet dolgozhatnak ki az egymást megelőző világokra, de sosem jutnak el a teremtéshez. Ez azonban hibás feltevés és abból ered, hogy az időt a köznapi gondolkodásban a többi dimenziótól függetlenül kezeljük, mint valami misztikus dolgot, mellyel nehéz számolni, holott az nem sokban különbözik a térdimenzióktól, csak épp van egy meghatározott iránya. Ez a tény vezet minket tévútra. A kvantummechanika kimondja, hogy az idő nem osztható végtelenül kis részekre5, és ha a világegyetem a kezdeti időkben (a legkisebb időegység alatt) bizonyos szerkezetű volt, akkor benne az idő és a tér is töredezett volt. Ez sokkal több, mint valószínű és azt jelenti, hogy az időnek akkor nem volt konkrét iránya, így értelmetlen valami előttről vagy valami utánról beszélni.
A logikai probléma már sokkal több gondot jelent. Ha a természet állandóit vesszük szemügyre (például az elemi matematikát: 2 + 2 = 4), mindig eszünkbe jut, hogy még ezek az alapvető dolgok is következnek egy rendszerből és az a rendszer is következik egy másikból. Még akkor is problematikus a dolog, ha azt mondjuk, hogy mindezek az értékek véletlenszerűek, mert sosem lehetünk biztosak abban, hogy nincs a "rendetlenség" mögött mégis valamilyen szabály. Megint végtelenek sorába ütközünk. Mindezek a kérdések elvezetnek minket - ismét - egy kvantumos megoldás irányába.
Ahhoz, hogy ezen a vonalon tovább léphessünk, szükséges kvantumos fogalmakkal értelmezni az univerzumot. Ez annyit tesz, hogy fel kell írni annak hullámfüggvényét, mely nem más, mint egy állapot- vagy valószínűségfüggvény és egy adott rendszer állapotát írja le (pontosabban annak valószínűségeit, hogy a rendszer ilyen vagy olyan, esetleg amolyan állapotban van). Ezeket a függvényeket eredetileg Schrödinger írta le és azóta számos tudós alkalmazta az egész világegyetemre is6. Ebben bevezették a szupertér fogalmát, mely tartalmazza a világegyetem összes lehetséges geometriáját és elvileg a keresett hullámfüggvény kiválasztja a ténylegeset. A következő lépést Hawking és Hartle tette, akik felállították a kérdéses hullámfüggvényt és ezáltal létrehoztak egy határfelület-mentes geometriával rendelkező univerzumot. Ez felettébb vonzó megoldás és könnyen szemléltethető: a Föld felszíne - mely bár csak két dimenziós, most analógiával szolgál a háromdimenziós térre - nem rendelkezik határokkal, mégis véges felületű. Ugyanez igen könnyen elképzelhető három dimenzióban is: ha elindulunk egy ilyen térben és feltesszük, ha a tér maga sík (vagyis sehol sem görbült), akkor előbb-utóbb indulásunk helyszínére érkezünk vissza. Elképzelt világunk nem végtelen, határai mégsincsenek.
A Hawking-Hartle féle elképzelésben a határfelület-mentesség abból adódik, hogy
a tér és az idő egyenrangúak, az idő irányát nem kívülről erőltették rá a
világegyetemre, hanem magából a geometriából következik. Nincs tehát
szingularitás, ahol új egyenletekhez kéne folyamodni. Világunk zárt és nem
befolyásolja semmi. Nem teremtette senki, egyszerűen van.
Az elmélet újszerűségét másfelől is elmagyarázhatjuk: az általános relativitáselmélet értelmében bármely két idővonal (illetve bármi ebben a világegyetemben) időben visszafelé haladva találkozik egymással egy szingularitásban, vagyis egy olyan diagramon, amin az idő a függőleges, a tér pedig a vízszintes tengelyen van, egy V alakot kapunk. Ezzel szemben új elképzelésünkben választhatunk - és Hawking választott is - egy olyan geometriát, melyben a világvonalak nem találkoznak sem a jövőben, sem a múltban (1-es ábra).
Egyik felsorolt elképzelés sem magyarázza kielégítően a világegyetem keletkezését, mert nem rendelkeznek a kvantumgravitáció elméletével és csak zárt (gömbi) geometriákkal dolgoznak, mert nyitottakkal még nem tudunk.
Egyelőre itt álljunk meg. Bizonyos kérdésekre választ kaphatunk, másokra nem. Ennek a tudományterületnek rengeteg kiaknázatlan része van még és amíg a húrelméletet jobban ki nem dolgozzuk, maradnak fehér foltok. A fizika iránt érdeklődő laikusok számára rossz hír, hogy ez a tudomány egyre bonyolultabb és idővel hiába ad majd magyarázatot a világ keletkezésére, elképzelhető, hogy az csupán egy összetett matematikai rendszer keretein belül fog létezni és bár helyességéhez nem férhet majd kétség, hétköznapi analógiákkal elmagyarázni nem lehet. Másfelől ezt természetesnek is nevezném, mert az "idők kezdetén" a világegyetem teljesen más volt, mint manapság, így nem várhatunk el olyan magyarázatot, mely a mai fogalmi kereteink között is értelmezhető. Részemről igen nagyra értékelem már pusztán azt is, hogy rendelkezünk olyan eszközökkel, mint például a matematika, mely olyan helyekre is elvezet bennünket, ahol saját gondolataink már becsapnának minket.
Horváth Krisztián, 2008
_______________________________________
1. Az általános relativitás például az ősrobbanás pillanatára szingularitást ír elő, amivel nem tudunk tovább dolgozni, mert végteleneket eredményez.
2. Mert lett, hisz van, bár ezt még később vizsgálom.
3. Aquinoi Szent Tamás
4. Ezt az ötletét Edward Tryon fizikus még az 1970-es években ismertette, mikor a klasszikus tágulási modell értelmében azt hitték, a belátható világegyetem nagyjából megegyezik magával az egésszel. Azóta kiderült, hogy univerzumunknak mindössze töredékét látjuk, ez azonban az eredeti ötletből nem von le semmit, mivel a belátható tartományban levő energia és anyag kiegyenlíti a helyi gravitációt és mivel a Világegyetem homogén, semmi okunk sincs feltételezni, hogy az egész rendszerre ez ne lenne igaz.
5. A legkisebb időegység a Planck-idő.
6. Először John Wheeler és Bryce DeWitt.
