A csillagos égboltot kémlelve elmerenghetünk azon, hogyan és mi végre jött létre a világegyetem. A kérdésekre számos különböző magyarázatot állítottak fel a vallások az évezredek alatt, ezzel csillapítva a megismerés után áhítozók szomjúságát. Ha viszont a tudomány válaszára vagyunk kíváncsiak, könnyen cserben hagyva érezhetjük magunkat.
Úgy tűnik ugyanis, hogy az ősrobbanás egy átléphetetlen határként áll az utunkban, és minden azelőtt történt esemény az élet örök rejtélye marad. Emberi mivoltunk lényege azonban hajthatatlan kíváncsiságunk, éppen ezért nem értük be ennyivel, és megpróbáltuk megfejteni a titkokat Dr. Pásztor Gabriella részecskefizikussal, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizikai Intézetének kutatójával, az MTA-ELTE Lendület CMS Részecske- és Magfizikai Kutatócsoport vezetőjével.
Mindennek a kezdete
Az iskolában megtanulhattuk, hogy univerzumunk a „nagy bummal”, vagyis az ősrobbanással kezdődött, de mi is ez pontosan, és hogyan jött létre? Pásztor Gabriella szerint a kérdés megválaszolásához nagyjából 13,8 milliárd évet kell visszautaznunk az időben, amikor is a világegyetem egy kis térfogatú, rendkívül forró és elképzelhetetlenül sűrű állapotból indult ki. Ez a forró ősrobbanás szakasza. Az elnevezés azonban kicsit félrevezető, hiszen nem hagyományos értelemben vett robbanásról van szó, hanem a tér igen gyors kitágulásáról.
Ennek következménye az univerzum folyamatos tágulása, amely során a teret kitöltő anyag és sugárzás hőmérséklete fokozatosan csökken. De mi van, ha még ennél is korábbra szeretnénk visszamenni, és arra vagyunk kíváncsiak, mi történt a kezdetek kezdetén, a nagy bumm előtt?
A szakértő szerint fontos kiemelni, hogy biztos választ senki nem tud adni, ugyanis ahhoz előbb egyesíteni kellene a mikrorészecskék viselkedését leíró kvantumtérelméletet és a gravitációt leíró általános relativitáselméletet. Ebből születne meg a kvantumgravitáció, vagyis a „mindenség” elmélete. Ennek hiányában nem léphetünk vissza a Planck-idő (az univerzum legkorábbi időszaka, az ősrobbanás utáni 10-43 másodperc) közelébe.
A fizikusok persze nem riadnak vissza különböző teóriák felállításától, azonban ezek a laikusok számára nehezen értelmezhetők. A jelenleg legnépszerűbb elképzelés szerint a téridő egy kvantumfluktuáció következtében alakulhatott ki a kvantumgravitáció vákuumából, az ősrobbanást megelőző esemény pedig az úgynevezett kozmikus infláció (más néven felfúvódás) lehetett.
A világegyetem térfogata a másodperc töredéke (10-32 másodperc) alatt a sokszorosára – körülbelül 1078-szorosára – nőtt. Ez az inflációs szakasz hozhatta létre azt a kezdeti állapotot, amiből kiindulhatott a forró nagy bumm, amit ősrobbanásnak hívunk
– mondta a fizikus, aki az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) CMS kísérletében a BRIL detektorrendszer projektmenedzsere, és egzotikus jelenségek után kutat a Nagy Hadronütköztető miniősrobbanásaiban.
Az exponenciális inflációs tágulást egy nagy energiasűrűségű (a sötét energiához hasonlatos, de annál jóval erősebb) tér táplálhatta, aminek az energiája a folyamat végén átalakulhatott a kezdeti anyagra és sugárzásra.
Ezután kezdetét vette a nagyjából 380 ezer évig tartó „sugárzási korszak”, amikor az univerzum anyag-energia mérlegét a fotonok energiája dominálta. Ekkor jelentek meg az olyan könnyű elemek atommagjai, mint a hidrogén, a hélium, illetve a lítium. A hőmérséklet csökkenésével a forró plazmából kialakultak az első atomok, és a világegyetem átláthatóvá vált. Beköszöntött az „anyag korszaka”, amikor a nem relativisztikusan, azaz a fénysebességhez képest lassan mozgó anyag dominálta a világegyetemet. Ennek köszönhetjük a csillagok és a galaxisok létrejöttét.
Feltehetjük a kérdést: meddig tartott az infláció, mi volt előtte, de erre már nincsenek megalapozott válaszok. A rendkívül gyors, a fénysebességet is meghaladó felfúvódás ugyanis kitörli a korábbi időszak emlékét. Találkozhatunk olyan elméletekkel is, hogy a kozmosz mindig is létezett, és nem volt egy nullapont, amelyből kiindult. A fekete lyukakkal kapcsolatos eredményeiért Nobel-díjas Roger Penrose konform ciklikus kozmológiája szerint például a kihűlő univerzum egy pontjából új univerzum születhet, és ez így megy a végtelenségig.
A világvége
Penrose elmélete a világegyetem folyamatos „újjászületéséről” pusztán egy meglehetősen optimista spekuláció, a legtöbb elmélet, amely a kozmosz jövőjét kísérli meg leírni, ennél sokkal sötétebb. Az univerzum végéről alkotott teóriák közül jelenleg az úgynevezett hőhalál (avagy maximális entrópia) elmélet a leginkább elfogadott.
Eszerint az univerzumban nincs elegendő gravitáció kifejtésére képes anyag ahhoz, hogy a tágulás kozmikus összehúzódássá alakuljon, így Az idő előrehaladtával a sötét energia válik egyre dominánsabbá, hiszen a tágulás az anyag és a sugárzás sűrűségét lecsökkenti, de a tér energiasűrűsége állandó. Idővel a gyorsulva távolodó galaxishalmazok olyan távolra kerülnek egymástól, hogy más halmazok objektumait már nem is fogjuk látni.
Ezzel együtt a csillagok is kihűlnek, ezért minden élet megszűnik, a Hawking-sugárzás miatt pedig szép lassan még a fekete lyukak is elpárolognak, csupán egymástól fényévekre lévő elemi részecskék maradnak hátra. A közel abszolút nulla fokra hűlt kozmosz üres, homogén állapotba kerül majd
– fogalmaz a szakértő.
Mi van az univerzumon kívül?
Sokaknak túlságosan nyomasztónak tűnhet ez a jövőkép, azonban vigaszt nyújthat a multiverzum-elmélet, amely szerint a sajátunkon kívül számtalan másik univerzum is létezhet. Ha a mi világegyetemünk a vákuumból alakult ki egy kvantumfluktuációnak köszönhetően, akkor lehetséges, hogy ez többször, akár végtelen alkalommal megtörténik, és így végtelen számú univerzum is létrejöhet.
Bizonyítani természetesen ezt az elképzelést egyelőre nem lehet, azonban a széles körben elfogadott elméletek többsége nem zárja ki a multiverzumok potenciális létezését. Sőt, az úgynevezett örök infláció elmélete szerint – amely az infláció és a kvantumelmélet ötvözéséből született – a multiverzum léte elkerülhetetlen, bár a távoli univerzumokat sosem fedezhetjük fel.
Egy kevésbé népszerű, és sokkal inkább spekulatív teória szerint pedig szupermasszív fekete lyukak belsejében jöhetnek létre új univerzumok. Ezt semmi nem támasztja alá, úgyhogy térjünk is vissza saját világegyetemünkhöz.
Valóban végtelen?
Mindannyian hallottuk már azt a mondatot, miszerint az univerzum végtelen, és folyamatosan tágul. De mégis hogyan terjeszkedhet valami, ami végtelen?
Attól, hogy valami végtelen, még tágulhat. Képzeljük magunk elé például egy számegyenest, az is végtelen hosszú. Aztán képzeljük el, hogy ez a végtelen számegyenes lassan nyúlni (azaz tágulni) kezd. Az egyes egyre jobban távolodik a kettestől. Egy idő után már olyan messze lesznek egymástól, hogy ha az egyes mellett állunk el sem látunk a kettesig. A tágulás alatt azonban ez a számegyenes mindig ugyanúgy végtelen hosszú marad
– magyarázza Pásztor Gabriella.
A végtelent nagyon nehéz megérteni, a szakértő szerint azonban nem is feltétlenül szükséges. Elegendő elfogadni, hogy a mi szempontunkból végtelen a kozmosz, hiszen a nagyon távoli objektumok utolérhetetlenül, egyre gyorsulva távolodnak.
Csupán egy kis szegletét tudjuk vizsgálni a mindenségnek, biztosra pedig csak annyit vehetünk, hogy a világegyetem legalább 93 milliárd fényévnyi, mert ennyit látunk belőle, ez az úgynevezett megfigyelhető univerzum. Hogy mi van ezen túl, azt senki sem tudja, bár az univerzum mérete, ha nem is végtelen, a becslések szerint legalább 18 billió (18 000 milliárd) fényév.
Azonban még így is szerencsésnek mondhatjuk magunkat, mivel olyan korban élünk, amikor elég közel vannak hozzánk más galaxishalmazok, hogy tanulmányozhassuk őket. Az univerzum tágulása miatt eljön majd az idő, amikor egyetlen civilizáció sem tud a saját összeolvadt galaxishalmazán kívülre tekinteni, így azt sem fedezhetik majd fel, hogy lejátszódott az ősrobbanás, és létezik más is az ő rendszerükön túl.
Nagyon izgalmas időszak a miénk, hiszen megadatott, hogy olyasmiket láthassunk, mint a csillagködök és az egymással összeütköző galaxisok lélegzetelállító képei, és arra is van esélyünk, hogy idegen lényekkel találkozzunk, vagy kiderítsük, mi is történhetett az idők kezdetén.
