Brian Greene: Egyetlen világegyetem?

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)