Janna Levin: Az univerzum hangjai

Szeretném, ha elgondolkoznának azon az egyszerű tényen, hogy mostanáig az univerzumról szerzett tudásunk javát a fénynek köszönhetjük. Nézhetjük a Földről az éjszakai égboltot, és puszta szemmel láthatjuk a csillagokat. A Nap a perifériás látásunkat perzseli, látjuk a Holdról visszaverődő fényt, és amióta Galileo a kezdetleges teleszkópját az égitestek felé fordította, az ismert világegyetem a fényen keresztül érkezett, a kozmikus történelem végtelen korszakain át. Modern teleszkópjaink segítségével össze tudtuk állítani ezt a lenyűgöző némafilmet az univerzumról -- ezeket a fotósorozatokat, melyek egészen az ősrobbanásig nyúlnak vissza.

Az univerzum mégsem lehet némafilm, ugyanis az univerzum korántsem néma. Szeretném meggyőzni önöket, hogy a világegyetemnek saját zenéje van, és ez a zene az űrben játszódik le. Az űr úgy tud rezegni, mint egy dob. Univerzumszerte felhangzik egyfajta hangfelvétel a legdrámaibb események bekövetkezésekor. Szeretnénk, ha egy hangkompozíciót is hozzáadhatnánk ahhoz a káprázatos vizuális kompozícióhoz, melyet a világegyetemről gyűjtöttünk. És habár még nem hallottuk az űr hangjait, az elkövetkező években valóban érdemes lenne meghallgatni, hogy mi történik odakint.

Éppen ezért, hogy észlelhessük az univerzum dalait, figyelmünket a fekete lyukakra fordítjuk, és a bennük rejlő lehetőségre, ugyanis a fekete lyukak úgy dobolnak a téridőn, mint ütők a dobon, és van egy nagyon jellegzetes daluk, melyet szeretnék lejátszani önöknek, hogy megtudják, milyen lehet egy ilyen feltételezett dal. A fekete lyukak sötétek a sötét égbolton. Nem láthatjuk őket szabad szemmel. Nem a fény által jutnak el hozzánk, legalábbis nem közvetlenül. Csak közvetve láthatók, a fekete lyukak ugyanis rombolják a környezetüket. Elpusztítják a csillagokat a környezetükben. Felkavarják a törmeléket maguk körül. Mégsem láthatjuk őket közvetlenül a fény által. Egy nap talán látunk egy árnyékot, amit egy fekete lyuk vet egy nagyon világos háttérre, de erre még nem került sor. Hallhatjuk viszont a fekete lyukakat, még ha nem is látjuk őket, méghozzá azért, mert úgy verik a téridőt, mint a dobot.

A gondolatot, hogy a tér képes rezegni, mint egy dob, Albert Einsteinnek köszönhetjük, mint sok minden mást is. Einstein rájött, hogy ha az űr üres lenne, ha az univerzum üres lenne, akkor olyan lenne, mint ezen a képen, kivéve, hogy nem lenne benne rács. De ha szabadon zuhannánk az űrben, még a rács nélkül is képesek lennénk mi magunk megfesteni, mert azt látnánk, hogy egyenes vonalak mentén utazunk, tökéletesen egyenes úton, keresztül a világegyetemen. Einstein arra is rájött -- és ez a lényeg --, hogy az univerzumba helyezett energia vagy tömeg meghajlítja a teret. Egy szabadon eső test elhaladna, mondjuk a Nap mellett, és elkanyarodna az űrben található természetes görbületek mentén. Ez volt Einstein nagy általános relativitáselmélete. Még a fény is elkanyarodik a görbületek mentén. Olyannyira el tud kanyarodni, hogy Nap körüli pályára állna, akárcsak a Föld, vagy a Föld körül keringő Hold. Ezek a természetes görbületek az űrben.

Amire azonban Einstein nem jött rá, az, hogy ha vesszük a Napot, és hat kilométeresre összezsugorítjuk, tehát ha vesszük a Föld tömegének a milliószorosát és hat kilométeresre összeroskasztjuk, azzal egy fekete lyukat csinálunk, egy olyan sűrű testet, hogy ha a fény túl közel kerül hozzá, sosem jut ki többé -- egy sötét árnyék lenne az univerzumban. Erre nem Einstein jött rá, hanem Karl Schwarzschild, egy német zsidó, aki átélte az első világháborút -- már elismert tudósként lépett be a német hadseregbe, és az orosz fronton dolgozott. Szeretem elképzelni Schwarzchildet a lövészárokban, ahogy az ágyúk ballisztikai röppályáit számítgatja, s közben szabad perceiben Einstein számításain dolgozik -- ahogy az szokás a lövészárkokban. Olvasta Einstein akkoriban kiadott általános relativitáselméletét, és lenyűgözte az elmélet. Hamarosan talált egy pontos matematikai megoldást, ami valami egészen rendkívülit írt le: olyan erős görbületeket, hogy az űr beléjük zuhanna, maga a tér is elgörbülne, mint a folyó a vízesésnél, és belefolyna egy lyukba. És még a fény sem tudna kiszökni egy ilyen áramlatból. Behúzná a fényt a lyukba, ahogy minden mást is, és csupán egy árnyék maradna az egészből.

Írt Einsteinnek: "Amint látja, a háború kegyes volt hozzám, a folyamatos ágyútűz ellenére. Sikerült elmenekülnöm előle, és az ön gondolatai közt kalandoztam." Einsteint lenyűgözték a pontos eredmények, és gondolom a tudós odaadása is. Ilyen a kíméletlen körülmények közt is keményen dolgozó tudós. A következő héten Schwarzchild ötletét a Porosz Tudományos Akadémia elé vitte. De Einstein úgy vélte, hogy a fekete lyukak matematikai furcsaságok. Nem gondolta, hogy a természetben is léteznek. Szerinte a természet megvédene minket a létrejöttüktől. Csak évtizedekkel később nevezték el őket fekete lyukaknak, és az emberek rájöttek, hogy a fekete lyukak létező asztrofizikai testek -- sőt, nagyon nagy tömegű csillagok halála után keletkeznek, melyek katasztrofális módon omlanak össze életciklusuk végén.

Na most, a mi Napunkból sosem lesz fekete lyuk. Ehhez nem elég nagy. De ha belegondolunk -- és Einstein nagyon szerette ezt csinálni --, el tudunk képzelni egy hat kilométeresre összezsugorított Napot és egy körülötte keringő apró Földet, talán 30 km-re a fekete lyuk-naptól. Saját magát világítaná meg, mivel most nem lenne Napunk, és nem lenne más fényforrásunk -- tehát a kis Földünk saját magát világítja meg. Rájönnénk, hogy a Földet vígan röppályára állíthatjuk akár 30 km-re is az összeroskadt fekete lyuk körül. Ez az összeroskadt fekete lyuk többé-kevésbé beleférne Manhattanbe. Talán kicsit kiszivárogna a Hudsonon, mielőtt elpusztítaná a Földet. De lényegében erről van itt szó. Hiszen ezt a testet összezsugorítottuk Manhattan felére.

Tehát egészen közel visszük a Földet -- 30 km-re --, és azt látjuk, hogy vígan köröz a fekete lyuk körül. Van egy mítosz, mely szerint a fekete lyukak mindent elnyelnek az univerzumban, valójában azonban nagyon közel kell menni, hogy beleessünk. De ami igazán érdekes, hogy a nézőpontunkból mindig látjuk a Földet. Nem tud elrejtőzni a fekete lyuk mögé. A Föld fényének egy részét elnyeli ugyan, de a többi fényt a fekete lyuk körül látjuk gyűrűzni. Azaz semmit sem rejthetünk egy fekete lyuk mögé. Ha tehát a Csillagközi rombolóban a Cylonok ellen harcolunk, sose rejtőzzünk a fekete lyuk mögé. Ott is megtalálnak.

Na most, a Napunkból nem lesz fekete lyuk; ahhoz nem elég nagy, de van több tízezer fekete lyuk a galaxisunkban. És ha az egyik eltakarná a Tejutat, így nézne ki. Látnánk a fekete lyuk árnyékát a több száz milliárd csillag és a fényes porsávok előtt. És ha a fekete lyuk felé zuhannánk, látnánk körülötte a fényt, és akár át is haladhatnánk az árnyékon, anélkül, hogy bármi drámait átélnénk. Nem lenne szerencsés begyújtani a rakétákat, úgysem tudnánk elmenekülni, ahogy a fény sem tud.

S habár a fekete lyuk kívülről sötétnek látszik, belül korántsem az, ugyanis a galaxis fénye velünk együtt belezuhanna. A relativisztikus hatásnak és az idődilatációnak köszönhetően az óráink lelassulnának a galaktikus időhöz képest, mintha a galaxis ideje felgyorsulna és kilőne minket, közvetlenül mielőtt a halálunkba zuhanunk. Olyan, mint a halálközeli élmény, amikor látjuk a fényt az alagút végén, csakhogy ez halálpontos élmény. (Nevetés) És senkinek sem tudnánk mesélni az alagút végén látott fényről.

Még soha azelőtt nem láttunk ilyen árnyékot, ám a fekete lyukakat hallani lehet, még ha nem is láthatjuk őket. Képzeljünk el egy asztrofizikailag valóságos helyzetet -- képzeljünk el két fekete lyukat, melyek régóta élnek egymás mellett. Talán csillagként kezdték és két fekete lyukká roskadtak össze -- mindkettejük tömege a Nap tízszerese. Most pedig 60 km-esre zsugorítjuk őket. Foroghatnak is másodpercenként százszor. Életük végén közel fénysebességgel köröznek egymás körül. Vagyis több ezer kilométert tesznek meg a pillanat törtrésze alatt. És eközben nem csupán elhajlítják a teret, hanem a tér gyűrűzését okozzák, egy valós téridő hullámot. A tér összehúzódik és kinyúlik ahogy kiárad ezekből a fekete lyukakból, melyek az univerzumon dobolnak. És fénysebességgel jutnak ki a kozmoszba.

Ezt a számítógépes szimulációt a NASA Goddard relativitással foglalkozó csapata készítette. Közel 30 évbe telt, mire valaki megoldotta ezt a problémát. Ez az egyik ilyen csapat. Két fekete lyukat láthatunk egymás körül keringeni, megint csak a vonalak mentén. És ha látják -- kicsit halvány --, de ha látják a piros hullámokat kiáradni, ezek a gravitációs hullámok. Ezek szó szerint a rezgő űr hangjai, és fénysebességgel szöknek ki a fekete lyukakból miközben elhalkulnak és összeolvadnak egyetlen forgó, néma fekete lyukká. Ha elég közel állnánk, a dobhártyánk berezonálna attól, ahogy az űr zsugorodik és kinyúlik. Valóban hallanánk a hangot. Persze a fejünk is össze lenne nyomva és kinyúlva, ezért nehezen fognánk fel, mi is történik. De szeretném lejátszani a hangot, amire számítunk.

Ezt az én csapatom csinálta -- egy picit kevésbé lenyűgöző számítógépes modellezés. Képzeljünk el egy könnyebb fekete lyukat, amely egy nagyon nehéz fekete lyukba zuhan. A hang, amit hallanak a kicsi fekete lyuk, ahogy dobol az űrben valahányszor közel kerül. Ha eltávolodik, halkabb. De úgy közelít, mint egy dobverő, és szó szerint nekiütődik a térnek, és megrezegteti, mint egy dobot. Meg tudjuk határozni, milyen hangja lenne. Tudjuk, hogy ahogy beleesne, felgyorsulna és egyre hangosabbá válna. És legvégül halljuk, ahogy a kicsi belezuhan a nagyba. (Dobogás) És vége. Még sosem hallottam ilyen hangosan -- így sokkal drámaibb. Otthon kifejezetten gyengülőnek hangzik. Olyan, mint egy halk bim-bam.

Ezt a hangot is a csapatom generálta. Nem mutatok önöknek képeket, a fekete lyukak ugyanis nem hagynak hátra nyomokat, és az űrbe nincsenek belefestve a vonalak. De ha csak tovalebegnénk az űrben a vakációnkon és meghallanánk, inkább továbbállnánk. (Nevetés) Inkább eltávolodnánk a hangtól. Mindkét fekete lyuk mozog. Mindkét fekete lyuk közeledik a másikhoz. Ebben az esetben mindketten sokat dobolnak. Végül összeolvadnak. (Dobogás) Vége van. Na most, ez a ciripelés nagyon jellegzetes az összeolvadáskor -- hogy ciripel a végén. Úgy véljük, ezt fogjuk látni.

Szerencsére biztonságos távolban vagyunk itt Long Beachen, Kaliforniában. Közben valahol az univerzumban két fekete lyuk összeolvadt. Az űr pedig körülöttünk zeng, miután egymillió fényévet vagy évet utazott fénysebességgel, hogy elérjen hozzánk. Ám a hang túl halk ahhoz, hogy bármelyikünk meghallja. Van azonban néhány kísérlet arra -- az egyik a LIGO --, hogy észleljük a térben az összehúzódások és tágulások okozta változásokat, még az atommag töredékénél kisebbeket is, akár négy kilométerről. Lenyűgözően nagyratörő kísérlet, és néhány éven belül elég érzékeny lesz ahhoz, hogy foghassuk az adást. Van egy űrmisszió-tervünk is, amit remélhetőleg tíz éven belül elindíthatunk, a neve LISA. LISA látja majd a szupermasszív fekete lyukakat -- ezek milliószorosai vagy milliárdszorosai a Nap tömegének.

Ezen a Hubble képen két galaxist látunk. Olyanok, mintha megdermedtek volna egy ölelés közepén. És mindkettőnek valószínűleg egy-egy szupermasszív fekete lyuk van a közepén. De nem dermedtek meg, hanem éppen összeolvadnak. Ez a két fekete lyuk összeütközik, és több, mint egy milliárd éven keresztül olvad egybe. Túlmegy az emberi érzékelésünkön, hogy észleljünk egy ilyen hosszú hangot. De LISA láthatja a végső állapotát annak, ami korábban két szupermasszív fekete lyuk volt, az utolsó 15 percet, mielőtt egymásba zuhannának. És nem csak a fekete lyukakat, hanem az univerzum bármely más nagy eseményét --, melyek közül a legnagyobb a Nagy Bumm. Amikor elnevezték, gúnyosnak szánták a nevet -- például: "Ó, te hiszel a Nagy Bummban?" Valójában azonban technikailag helyes kifejezés, hiszen valóban egy bumm lehetett; valóban hangja lehetett.

Ezt az animációt a barátaim készítették a Proton Stúdióban, azt mutatja, hogy néz ki a Nagy Bumm kívülről. Valójában nem akarnánk kívülről látni; az univerzum belsejében akarnánk lenni, hiszen lehetetlen az univerzumon kívül állni. Képzeljük el, hogy a Nagy Bumm belsejében vagyunk. Ez van mindenütt, körülvesz bennünket, az űr pedig kaotikusan rezeg. 14 milliárd év telik el, és még mindig ezt a dalt halljuk mindenfelől. Galaxisok jönnek létre, és csillagok generációi születnek meg a galaxisokban. És az egyik csillag körül, legalább az egyik körül, létrejön egy lakható bolygó. Itt élünk és megszállottan kísérletezünk, számolunk, írjuk a számítógépes kódokat.

Képzeljük el, hogy egymilliárd éve két fekete lyuk összeütközött. Azóta is ez a dal rezgeti az űrt. Akkor még itt se voltunk. Egyre közelebb és közelebb kerül hozzánk -- 40 000 éve még mindig csak a barlangokat festjük. Közben sürget, hogy építsünk már eszközöket. Egyre közelebb és közelebb kerül, és a 21. században, valamelyik évben, amikor az érzékelőink végre elég pontosak lesznek -- megépítjük és bekapcsoljuk a gépeinket, és akkor hirtelen -- vesszük az első dalt az űrből. Ha a Nagy Bummot sikerülne fognunk, valahogy így hangzana. (Statikus) Szörnyű zaj. Ez szó szerint a zaj definíciója. Kaotikusan rezeg, ez a fehér zaj. De itt van körülöttünk, feltehetően mindenfelé, hacsak nem törölte valami más folyamat az univerzumban. És ha sikerül fognunk, zene lesz füleinknek, mert ez lesz a halk visszhangja létrejöttünk pillanatának, az észlelhető univerzum létrejöttének.

Tehát néhány éven belül fel tudjuk majd hangosítani egy kicsit a zenét, és hangként észleljük az univerzumot. De ha észleljük azokat a korai pillanatokat, sokkal közelebb kerülünk az ősrobbanás megértéséhez, ami által sokkal közelebb jutunk a legnehezebb, legbizonytalanabb kérdések feltevéséhez. Ha visszafelé nézzük az univerzum filmjét, tudjuk, hogy volt egy ősrobbanás a múltban, és talán még hallhatjuk is a kakofóniát, de vajon a Nagy Bumm volt-e az egyetlen ősrobbanás? Úgy értem, fel kell tennünk a kérdést, vajon megtörtént-e már korábban is? Megtörténhet-e újra? A TED kihívásának szellemében, hogy újraélesszük a csodát, feltehetjük a kérdéseinket, melyekre talán sosem leljük meg a választ.

De fel kell tennünk a kérdést: lehetséges-e, hogy univerzumunk csupán töredéke egy sokkal hatalmasabb történetnek? Vagy csak egy multiverzum egyik ága vagyunk -- minden ág múltjában van egy ősrobbanás -- talán némelyikben dobolnak a fekete lyukak, némelyikben nem -- némelyikben lehet értelmes élet, némelyikben nem -- nem a múltunkban, nem is a jövőnkben, de valahogy mégis alapvetően kapcsolatban állunk? El kell töprengenünk, vajon létezik-e multiverzum, és ennek a multiverzumnak egy másik részén vajon van-e élet? Íme az én multiverzum-lényeim. Vannak-e mások is a multiverzumban, akik rajtunk tűnődnek, és a saját eredetüket firtatják? Ha vannak, olyannak képzelem őket, mint magunkat: számítanak, kódokat írnak, eszközöket készítenek, próbálják észlelni eredetük leghalkabb hangját, s közben azon tűnődnek, ki más lehet még odakint.

Köszönöm. Nagyon köszönöm.

(Taps)