A Tejút látványában eleve van valami illuzórikus. Nem valami rajtunk kívüli, tőlünk messzire eső dolog, mi magunk is benne vagyunk. Ez a mi galaxisunk: egy lapos korong, jó százmilliárd csillagból áll, közel százezer fényévnyi az átmérője, és ebben mozog a mi Naprendszerünk egy olyan helyen, amely a fél átmérő kétharmadának megfelelő távolságra van a centrumtól. Amit az égen Tejútként ismerünk fel, az sok csillag fényének összessége, ami a látóterünkbe kerül, ha a korong felszínére pillantunk, és ezeknek a csillagoknak majd mindegyike túl messze van ahhoz, hogy egyenként felismerhessük. A Tejutat szemlélve, anélkül, hogy az egyes csillagokat el lehetett volna benne különíteni, megdermedtem, amikor belegondoltam a kérdésbe, hogy vajon mekkora is lehet.
Régebbi korok csillagászai rendszerint azt gondolták, hogy a mi galaktikánk alkotja az egész világegyetemet. Ma azonban már tudjuk, hogy a miénk csak a minden irányban fényévek millióira kiterjedő sokmilliárd tejút egyike. Ráadásul tágul is az univerzum: a galaktikák távolodnak egymástól, mégpedig olyan sebességgel, amely egymástól való távolságukkal arányos. Azokon a területeken, ahol kevesebb a csillag, hidegebbé válik a világegyetem. A jelenlegi állapot megfigyelése és a fizikai törvények ismerete lehetővé teszi, hogy visszatekintsünk a korábbi állapotra.
Mi volt az ősrobbanás előtt?
A napjainkban majdnem minden kozmológus által elfogadott számítások a következőket mondják: Mintegy 10-15 milliárd évvel ezelőtt az univerzum állaga olyan suru volt, hogy semmiféle galaxisok vagy csillagok, de még atomok vagy atommagok sem tudtak létezni. Csak anyag- és ellenanyag részecskék voltak, mint a fény, amelyek egyenletesen töltötték ki az urt. Egy kiinduló hőmérsékletet nem lehet egyértelmuen megadni, de a modern számítások szerint az univerzum állagának hőmérséklete legalább 1015 (egy billiárd) Celsius fok lehetett. Ilyen hőmérséklet mellett anyag és ellenanyag szakadatlanul fénnyé alakult és viszont. Eközben a részecskék is olyan gyorsasággal távolodtak el egymástól - éppen, ahogy ma a galaxisok. Az a tágulás a részecskék gyors lehulését hozta magával - ahhoz hasonlóan, ahogy egy jégszekrény hutőhatása is azáltal jön létre, hogy tekercseiben a freongáz kiterjed. Néhány másodperc alatt körülbelül 10 milliárd fokra hult le az anyag, antianyag és a fény hőmérséklete. A fénynek többé nem volt elegendő energiája ahhoz, hogy anyaggá és ellenanyaggá alakuljon. Majdnem minden anyag és antianyag-részecske kölcsönösen megsemmisítette egymást, de (egyelőre rejtélyes okokból) volt valamelyes túlsúlya az anyagi részecskéknek - elektronoknak, protonoknak és neutronoknak -, amelyek nem találtak maguknak antianyagot, hogy kölcsönösen megsemmisítsék egymást, és ezért túlélték ezt a hatalmas egymást kioltást. A tágulás következő három percében a megmaradt anyag olyan hideg lett (körülbelül egy milliárd fok), hogy protonok és neutronok a legkönnyebb elemek (hidrogén, hélium és lítium) magjává egyesülhettek.
300 ezer éven át anyag és fény még túl forró maradt ahhoz, hogy a magok és az elektronok atomokká kapcsolódhattak volna össze. Csillagok és galaxisok még nem képződhettek, mert a fény még túl nagy nyomást gyakorolt az elektronokra. Elektronok és magok halmazai a fény nyomására elváltak egymástól, mielőtt a gravitáció hatni kezdhetett volna, hogy még több anyagot vonzzon. Amikor azonban a hőmérséklet lesüllyedt körülbelül 3000 fokra, majdnem minden elektron és mag atommá kapcsolódott - ezt a jelenséget a csillagászok rekombinációnak hívják, bár ez félreérthető kifejezés, hiszen azelőtt soha nem tartoztak össze. Ez után a rekombináció után indult be a gravitáció, hogy az anyagot galaxisokká majd csillagokká alakítsa. Akkor állt össze az anyag valamennyi nehezebb elemmé, különösen vassá és hidrogénné, amiből évmilliárdokkal később a földünk is létrejött.
Az ilyen számításokat többnyire ősrobbanás-kozmológiának nevezik (az ősrobbanás angol neve big bang ). Amikor ezt a fogalmat használják, a kozmológusok nem valami olyan robbanásra gondolnak, ami a távoli múltban valahol lejátszódott, hanem egy olyanra, amely érintette az egész látható univerzumot, és 10-15 milliárd évvel ezelőtt következett be. Pontosan eddig az ideig tudjuk visszafelé nyomon követni a világegyetem történetét, és ez az ősrobbanás kétségtelenül eltart még évmilliárdokig, vagy akár örökké.
Bár az ősrobbanás-elmélet nagy tudományos teljesítmény volt, a következő, voltaképpen legérdekesebb kérdést nem tudta megválaszolni: Hol a világmindenség valódi kezdete? Fejlődése az ősrobbanás első 300 ezer évében, vagy az első három percben, sőt az első másodpercekben persze nagyon érdekes, de hol az igazi kezdet, ha egyáltalán volt ilyen?
1992-ben fizikusok egy olyan csoportjához tartoztam, akiknek az volt a feladatuk, hogy "eladják" Gore alelnöknek egy új nagy elemi-részecske-gyorsító szükségességét - azét a gyorsítóét, amely szupravezető Super Collider néven vált ismertté. Abban a tudatban, hogy a kozmológiai kérdések azokat is izgatják, akiket a fizika egyébként egyáltalán nem érdekel, elmeséltük az alelnöknek, hogy a szóban forgó gyorsító hogyan vezethet rejtélyes részecskék felfedezéséhez, amelyekről azt gondolják, ezek népesítik be a galaxisok közötti urt, és talán ezek teszik ki az univerzum anyagának nagy részét. Az alelnök udvariasan hallgatott bennünket, és meleg támogatást ígért a Clinton-adminisztráció részéről. De aztán, már elmenőben még egyszer visszafordult, és azt kérdezte bizalmatlanul, meg tudnánk-e neki mondani, mi történt az ősrobbanás előtt.
Nem emlékszem pontosan a válaszunkra, de az biztos, hogy nem volt nagyon megvilágító ereju. Mert senki sem tudja megmondani, hogy mi történt az ősrobbanás előtt, és hogy egyáltalán van-e ennek a kérdésnek értelme. Amikor a fizikusok és csillagászok ezen előszőr elgondolkodtak, a többségük - legalábbis a legutóbbi időkig - abból a feltevésből indult ki, hogy az univerzum rendkívül magas hőmérséklet és suruség közepette vette kezdetét, az idő maga is ebben a pillanatban kezdődött. Ennélfogva az a kérdés, hogy mi történt az ősrobbanás előtt, bizonyos értelemben érdektelen - akárcsak az a kérdés, mi történik az abszolút nulla fok alatti hőmérsékleten. Némely teológusok örömmel üdvözlik ezt a felfogást - valószínuleg azért, mert hasonlít a bibliai teremtésre. Moses Maimonides például azt tanította: "Hitünk alapja az a meggyőződés, hogy Isten a semmiből teremtette a világmindenséget, azelőtt az idő sem létezett, úgy teremtették..." Augustinus is valahogy így gondolta.
A laposság problémája
A kozmológusok felfogása az univerzum keletkezéséről egy bonyolultabb és messzebbre ható kép irányában alakult. Alan Guth, az MIT fiatal fizika professzora, az univerzum keletkezésével foglalkozó kutató 1979 decemberében a Stanford lineáris gyorsító központban dolgozott, és már a következő helye foglalkoztatta. Egy Cornell egyetembeli kollegájával, Henry Tye-jal együtt bizonyos fizikai mezők kozmológiai hatásait tanulmányozták, amelyek - általában véve - magának az urnek az állapotai, a benne előforduló anyagtól függetlenül. A mezők percről percre, pontról pontra változhatnak az urben - hasonlóan ahhoz, ahogy a hőmérséklet és a szélsebesség a levegő állapota, amely változhat időben és az atmoszférán belüli helyzettel.
A mezőre a legismertebb példa minden bizonnyal a gravitációs mező, mindannyian észleljük, hogy a Föld középpontja felé vonz. A legtöbb ember érezte már a mágneses mezőt is, amikor a kezében lévő vasdarab egy mágnes rúd északi és déli pólusa közé került. Az elemi részecskék modern elméletében, amely ún. standard modellként ismeretes, és amelyet kísérletileg elsőrenduen alátámasztottak, a természet alapvető építőelemeit jó tucatnyi különböző mező alkotja.
A Guth elméletében vizsgált mezők az ún. skaláris mezők, azaz tisztán számszeru mennyiségek, mint például a levegő hőmérséklete - szemben a gravitációs és mágneses mezőkkel, amelyek a szélsebességhez hasonlóan - mindig különböző irányba mutathatnak. A skaláris mezők semmilyen hatást nem fejtenek ki, úgyhogy normális esetben nem vesszük őket észre. A fizikusok azonban azt feltételezik, hogy át meg áthatják a mai világegyetemet. Az elemi részecske-elmélet standard modelljének legegyszerubb változatában a skaláris mezők elektronokra, kvarkokra és más elemi részecskékre való hatása adja ezeknek a részecskéknek a tömegét. Minden mező lehet energiahordozó, ezért képesek a szóban forgó skála-mezők még az egyébként üres térnek is energiát kölcsönözni az Einstein-féle általános relativitás-elmélet szerint. Azonban az energia minden formája befolyásolja az univerzum tágulási sebességét. E sebesség mérési adatai azt tanúsítják, hogy az üres tér ma alig hordoz energiát. De természetesen minden egyes mező energiája függ az erejétől. Így például senki nem veszi észre egy átlagos mágnes rúd gyenge mágneses mezejében az energiát. De a modern elektromágnesek sokkal erősebb mágneses mezőiben olyan energiák vannak, amelyek tönkre is tehetik ezeket a mágneseket, ha nincsenek elég körültekintően megépítve. A Guth által vizsgált skaláris mezőknek a korai univerzumban más volt az erejük, mint ma, óriási energiát adtak az "üres térnek" (úgyhogy az nagyon különbözött attól a majdnem energiamentes tértől, amelyben ma élünk).
Guth számításai szerint a skaláris mezők energiája a korai univerzumban egy ideig állandó maradt, míg a világegyetem kitágult, azaz a tágulási sebesség szintén állandó volt -, éppen ellentétben az univerzum mai helyzetével, amelyben a tágulási sebesség a csökkenő anyagsuruséggel együtt szintén kisebbé válik. Állandó tágulási sebesség mellett az univerzum exponenciálisan nőtt volna, - ahogy egy kamatos kamatra elhelyezett bankszámla évről évre nagyobb lesz, azzal a különbséggel, hogy az univerzum tágulása egy másodperc töredéke alatt és folyton megduplázódik. Guth ezt a jelenséget "az univerzum inflációjának" nevezte. Egy exponenciális tágulás lehetőségét más kutatók is felismerték (például Andrej Linde és Gennyagyij Csibisov a moszkvai Lebegyev-intézetből. Önmagában véve ez az eredmény csak más fizikusok számára volna érdekes. De Alan Guth volt az, aki felismerte, hogy egy inflációs éra létezése megoldás lehetne egy megoldatlan kozmológiai problémára, nevezetesen az ún. laposság problémára.
A probléma abban állt, hogy megértsük, miért volt olyan kicsi a korai univerzumban a tér görbülete. Az általános relativitás-elmélet azt mondja, hogy a tér görbülhet, és a görbület befolyásolja az univerzum tágulási sebességét, ami megfelel az anyagban és a skaláris mezőkben lévő energia hatásának. Ha minden más változatlan, állandó, akkor növekvő görbület mellett nő a tágulási sebesség. Nem tudjuk pontosan, milyen erős a mai univerzum görbülete, de a tágulási sebesség és a Tejút-nyaláb energiáinak méréseiből tudjuk, hogy X anyag energiája legalább 10%-kal járul hozzá a tágulási sebességhez, vagy még sokkal többel. Ez azt jelenti: a tágulási sebességnek legfeljebb 90%-át váltja ki a görbület. De amikor az univerzum kitágult, az anyagsuruség csökkent, és ezzel állandóan nőtt a görbület kiváltotta tágulási sebesség részaránya - ha ez ma nem több 90%-nál, akkor az ősrobbanás első másodpercében kevesebb kellett legyen, mint egynek egy milliárdnyi törtrésze. Ez nem paradoxon; semmi nem szól az ellen, hogy a görbület elenyészően csekély legyen. De ezeket a jelenségeket a fizikusok szívesen megmagyaráznák, ha tudnák.
Mármost Guth felismerte, hogy a görbület részaránya a terjedési sebességben a világegyetem inflációja idején igen gyorsan csökkenne. (Ennek az az oka, hogy a görbület maga csökkent, míg a skaláris mezők energiája majdnem állandó maradt.) Hogy tehát megértsük, hogy a tér az ősrobbanás kezdetekor miért volt olyan lapos, nem kell önkényes feltevésekhez folyamodni. Amennyiben az ősrobbanást az inflációnak kellőképpen hosszú időszaka előzte meg, az ősrobbanásnak elhanyagolhatóan csekély görbület mellett kellett megkezdődnie. Guth ezt írta a naplójába: "Az infláció magyarázat lehet arra, miért volt a világegyetem olyan hihetetlenül lapos". A megfelelő fejezetnek a "Látványos beigazolódás" címet adta - és valóban erről volt szó.
A horizont-probléma - "Egy gömböc volna a magas ég"
Guth rövidesen arra is rájött, hogy az infláció további kozmológiai rejtélyeket is megold, amelyekre addig nem is gondoltak ilyenként. E problémák egyike az ún. horizont-probléma. A rekombinációs időszak alatt - amikor majdnem minden elektron és mag atommá kapcsolódott össze - az univerzum meglepően homogénnek látszik, mégpedig legalább 90 millió fényévnyi távolságot átfogva. Ezt mutatják a korabeli mikrohullámú sugárzás megfigyelései. Az a probléma, hogy az ősrobbanás kezdetétől a rekombinációhoz nem állt elegendő idő rendelkezésre a fény és minden egyéb számára, hogy ennek a távolságnak akárcsak egy töredékén is áthaladhasson. Nem lehetett tehát olyan fizikai tényező, amelynek hatására kialakulhatott az univerzum említett homogén struktúrája.
Ez éppoly kevéssé logikai ellentmondás, mint a laposság-probléma; hiszen miért ne vehette volna a világegyetem teljesen homogén állapotban a kezdetét? De persze ezt a jelenséget is szívesen megmagyaráznák a fizikusok. Guth mármost meg tudta mutatni, hogy a felfúvódás, az inflálódás erre valóban magyarázatot ad: az inflációs időszakban az általunk megfigyelhető univerzum egészen kicsi teret foglalt el, és elegendő idő volt ahhoz, hogy ebben a térben egyenletesen oszoljanak el a dolgok. Néhány hét múltán Guth előadást tartott a munkájáról, és már másnap két állásajánlatot kapott és három előadás-meghívást más intézetekbe.
Ezután olyat csinált, ami különösnek tunhet: megpróbált olyasmit keresni, amit az inflációelmélet nem tud jól megmagyarázni. De éppen ez az a módszer, amellyel a fizikában eljárni szokás. Guthnak tudnia kellett, hogy ha az inflációs kozmológiában valami nem stimmel, erre más fizikusok hamarosan rá fognak jönni, és persze ő akart lenni az első, aki feltárja a saját elméletében rejlő hibát. Amint aztán kiderült, az inflációelmélet eredeti változatában valóban nem stimmelt valami. A gyenge pont az inflációs időszak végével volt kapcsolatos. Guth eredetileg azt feltételezte, hogy a korszak lezárulása ún. fázisátmenettel járt együtt - ahhoz hasonlóan, ahogy a víz 0 fokon megfagy és 100 foknál felforr.
A fázisátmenet az inflációs időszak végén persze más volt, mint a víznél, amely jéggé vagy gőzzé válik. Az történt, hogy amikor az univerzum hőmérséklete úgy 1033 fokra süllyedt, a skaláris mezők az eredeti értékekről - azaz az erejüket jellemző számadatokról - a mai értékekre ugrottak vissza. Ennek az átmenetnek a során itt-ott energiamentes üres térből buborékok keletkeztek - a forrásban lévő víz gőzbuborékaihoz hasonlóan. Az infláció idején a skaláris mezők energiája a buborék felszínén oszlott el.
Guth először úgy gondolta, hogy ezek a buborékok létrejönnek aztán újra eloszlanak, miközben a felületi energia egyenletesen oszlik el a térben, és hogy az univerzum ezek után már leírható a megszokott ősrobbanás-elmélettel. De a számítások azt mutatták, hogy a buborékok nagyon gyorsan terjedtek ugyan, de az univerzum még gyorsabban, úgyhogy a buborékok sose keletkezhettek egyszerre. Ezek a számítások közvetlen nehézséget jelentettek: egy ilyen univerzumban nem volna hely egy olyan ősrobbanás számára, mint amelynek magunk is részei vagyunk. Mivel ma egy majdnem energiamentes térben élünk, saját ősrobbanásunk nem következhetett be e buborékok egyikén belül; ezek a buborékok az infláció vége felé annyira kiterjedtek, hogy az anyagsuruség és a fény surusége a belsejükben végtelenül kicsi kellett hogy legyen.
A moszkvai Andrej Linde és - tőle függetlenül - Albrecht és Steinhardt talált egy kiutat ebből a zsákutcából. Azzal, hogy eltérő feltételezéseket tettek a térenergia eloszlásáért felelős erőkkel kapcsolatban, megmutatták, hogy ez az energia az infláció folyamán behatolhat a rendes tér buborékainak belsejébe, lehetőség szerint anyaggá és fénnyé alakulva úgy 1033 fokos hőmérséklet mellett. Ez az anyag és fény aztán kiterjedhetne, és mint a konvencionális ősrobbanás esetén, lehulne. Az általunk megfigyelt univerzum, amely több milliárdnyi fényévre terjed ki, és galaktikák milliárdjait foglalja magában, egy parányi részecske volna csak egy ilyen buborék belsejében. Számtalan további buborék volna az urben található, de túl messze ahhoz, hogy meg lehessen figyelni, és közülük sok menne át - a miénkhez hasonló - ősrobbanáson.
Leegyszerusítve azt lehetne mondani, hogy minden urbuborék egy univerzumot alkot, erre utal Ferris és Rees, amikor könyve alcímében a mi univerzumunkról és más univerzumokról beszél. De ha ragaszkodunk az univerzum szokásos definíciójához, ez az egész Shebang a big bang ek egész sokaságával univerzumfogalmunk roppant kiszélesítését hozná magával. Egy harmadik lépés volna ez abban a történelmi fejlődésben, amely azzal kezdődött, hogy Giordano Bruno 1584-ben felállította azt a tanítást, hogy a csillagok napok, akár a saját Napunk, és folytatódott Edwin Hubble-lal, aki 1923-ban bebizonyította, hogy az égen látható gyenge fényfoltok nagy része éppolyan galaxis, mint a miénk.
A kaotikus infláció elmélete
Ennek az új "inflációs kozmológiának" megvannak a saját, belső problémái. 1980 óta más inflációs elméleteket is kidolgoztak. A legérdekesebb ezek közül - szerintem - a "kaotikus infláció" elmélete, amelyet a ma Stanfordban dolgozó Andrej Linde terjesztett elő. Arra az ésszeru feltételezésre jut, hogy a skaláris mezőkhöz az idők kezdetén nem tartozott határozott érték, ami az egész univerzumban ugyanakkora lett volna, hanem ezek az értékek erősen fluktuáltak, úgyhogy az infláció különböző helyeken különböző időpontokban kezdődött.
Ez a kaotikus infláció lehetőséget nyújt arra, hogy az ősrobbanás előtti dolgokat más szemmel nézzük. Ha a skaláris mezők nem zsilipszeru léptekkel fejlődnek az univerzumon át, akkor a mi ősrobbanásunk előtt nagy távolságokban más hasonló big bang ek is bekövetkezhettek, és talán továbbiak is várhatók. Időközben folytatódik a világegyetem expanziója, úgyhogy mindig van elegendő tér további big bang ek számára. Bár a mi saját ősrobbanásunk elég pontosan 10-15 milliárd évvel ezelőtt kezdődött, egy végtelen korú univerzumban mindig és bármeddig sor kerülhet ilyen big bang ekre.
Az utóbbi időben még egy érdekes elgondolás merült fel. Ha az, amit univerzumnak nevezünk, lehet egy nagyobb egésznek egy része csupán, úgy azok az értékek, amelyeket rendszerint "természeti állandónak" nevezünk, mint például az elemi részecskék tömege, változó lehet a világegyetem különböző részein. Az inflációs kozmológia ennek a gondolatnak egy konkrét megvalósulását nyújtja. A skaláris mezők fejlődése egy-egy táguló buborék belsejében ezeknek a mezőknek olyan végső értékeihez vezethet, amelyek buborékról buborékra eltérnek, és ily módon minden ősrobbanás a fizikai állandók különböző értékeivel járhat. (Sidney Coleman harvardi elméleti fizikus kimutatta, hogy ilyesmi infláció nélkül is kialakulhat, ha az egész univerzumra a kvantummechanikát alkalmazzuk.) Ha a természeti állandók valamilyen okból az univerzum egyik részéről a másikra áttérve változnak, ezeket az eltérő értékeket összefüggésbe lehetne hozni az értelmes élet fellépésével. Az egyik újra meg újra felbukkanó kérdés például így hangzik: Miért ilyen kicsi az elektron töltése és tömege? Ennek egyik következménye, hogy az elektronok és kvarkok közti erő túl gyenge ahhoz, hogy az elektronokat megtartsa az atommagon belül, úgyhogy az elektronok a magon kívül felhőket alkotnak az atomokban, amelyek pedig az atomokat kémiai molekulákká kapcsolják össze - köztük olyanokká is, amelyek az élethez szükségesek. Ezen az univerzumnak csak azokban a régióiban, ahol a konstansoknak ilyen az értékük, van kinek csodálkoznia.
Az ilyenfajta érvelés megmagyarázhatná, hogy a mai univerzumban miért majdnem energiamentes az üres tér, bár a kvantummechanika szerint mind a gravitációs mezőben mind az elektromágneses és más mezőkben is állandóan fluktuációk lépnek fel, amelyek óriási energiákat adnak az üres térnek. Itt-ott akadnak olyan régiók a világegyetemben, ahol a skaláris mezők az infláció végén - többé-kevésbé véletlenül - negatív energiával járó értékeket vesznek föl, amelyek a mezőfluktuáció majd minden energiáját felszívják. Sokkal több régióban, ahol az üres tér magas energiaértékekkel jár, vannak olyan erők, amelyek megakadályozzák csillagok és galaxisok kialakulását, következésképpen ezekben a régiókban nem lehet senki, aki föltenné a térenergia kérdését.
Az ilyenfajta érvelést antropikusnak hívják, a fizikusok körében nem nagyon népszeru. Bár a vákuumenergiával foglalkozó néhány írásomban magam is használtam ilyen érveket, nem vagyok barátja az antropikus látásmódnak. Jobban örülnék, ha a természeti állandók értékeit alapvető princípiumokra támaszkodva lehetne pontosan kiszámolni, anélkül, hogy közben azon kelljen gondolkodni, melyik érték volna kedvezőbb. De a természet nem sokat törődik a fizikusok preferenciáival.
Ki tudja megmondani, melyik elképzelés jobb, mint a másik
Mennyit lehet mindebből tényleg elhinni? Ferris, Guth és Rees egyaránt azt hangsúlyozza, hogy e tekintetben különbséget kell tenni a megfigyelhető univerzumban néhány milliárd fokra lecsökkent hőmérséklet mellett végbement folyamatokat leíró voltaképpeni ősrobbanás-elmélet és az inflációs kozmológiák között, amelyek azt próbálják leírni, mi történt ez előtt.
Az ősrobbanás elméletben valóban komolyan megbízhatunk. A fizika törvényeibe való betekintésünk elég fejlett ahhoz, hogy az ősrobbanás történetét felfejthessük addig a pillanatig, amikor az univerzum hőmérséklete úgy egy billiárd (1015 ) fokot tett ki. Továbbá: a galaxisok kialakulásáig az egész univerzumban többé-kevésbé egyformák voltak a feltételek, úgyhogy számításainkban nem kell a helyi feltételek közti bonyolult különbségekkel foglalkoznunk - mint akár itt a Földön, ahol az ilyen különbségek miatt nehéz előre megmondani, hogy a következő hétvégén esni fog-e az eső.
Az ősrobbanás-elméletet a korai univerzumból származó különböző maradványok is megerősítik. Ezek közül a leglátványosabb a mikrohullámú háttérsugárzás, amely a rekombináció korszakában keletkezett - ennek a sugárzásnak a hőfoka azóta - az univerzum ezerszeres tágulása következtében - az abszolút nulla fok feletti 3 (pontosabban 2,73) fokra hult le. A legmeggyőzőbb mennyiségi bizonyíték az ősrobbanás-elmélet helyességére egy másik maradványban látható, nevezetesen a legkönnyebb elem, (a hidrogén) öt izotópjában, amelyet spektroszkóppal a még csillagokká nem surusödött csillagközi anyagban fedeztek fel. Ennek az öt izotópnak a megmért többlete nagyjából megegyezik azoknak az izotópoknak a kiszámított részarányával, amelyeknek - az elmélet szerint - az univerzum első három percét követő magreakciók során kellett keletkezniük.
Az ősrobbanás-elmélet nem az elméleti fizikusok körében elterjedt múló divat, amelyet a csillagászati megfigyelések a következő körben el fognak söpörni; ellenkezőleg, nagy valószínuséggel részét fogja képezni az univerzumról szóló minden eljövendő elméletnek.
Bár a fizikusok és a csillagászok túlnyomó többsége elfogadja az ősrobbanás-elméletet, a tekintélyes tudósok között is akadnak persze olyanok, akik hosszú ideje más elméletek hívéül szegődtek, és még mindig másként gondolkodók, disszidensek ezekben a kérdésekben. Egy alternatívát képvisel például a Steady-State elmélet, az állandó állapotú világegyetem elmélete, amely szerint az univerzum mint egész nem fejlődik; ellenben állandóan új anyag keletkezik benne, amely mindig újra kitölti az egymástól távolodó galaktikák közötti lyukakat. Sir Fred Hoyle, a Steady-State elmélet egyik szerzője vezette be a big bang elnevezést, hogy gúnyt uzzön az elmélet körüli nagy egyetértésből. Az a gondolat, hogy az univerzumnak nincs kezdete, sok fizikus szerint inkább filozófiai tétel, mert elkerülhető általa a teremtés természetfeletti aktusa. És pragmatikus szempontból az az elgondolás is vonzó, hogy az univerzum nem fejlődik, mivel - ha egyáltalán igaz - ez csak akkor lehet így, ha az univerzum tartalma rendkívüli korlátozó feltételeknek van alávetve, és ezek további eszközt nyújtanának számunkra ahhoz, hogy megmagyarázzuk, miért vannak úgy a dolgok, ahogy vannak. A kaotikus infláció valamelyest felelevenítette a Steady-State elméletet, még ha egy kitágított értelemben is; lehet, hogy saját univerzumunk csak egy epizód egy sokkal nagyobb univerzumban, amely azonban - nagy átlagban - soha nem változik. De a Steady-State elméletet eredeti formájában mint az ősrobbanás-elmélet alternatíváját meggyőző módon megcáfolta a kozmosz 3 fokos mikrohullámú sugárzásának felfedezése.
Az is elgondolható volna, hogy az ősrobbanás-elmélet szkeptikus ellenfelei közül némelyeknek igazuk van, ez mégis nagyon valószínutlennek látszik. Legalább száz éve nem volt más olyan alapvető elmélet, amelyben ennyire egyetértettek volna a fizikusok és a csillagászok, mint az ősrobbanás elmélete, és amely aztán csak úgy egyszeruen hamisnak bizonyult volna. Sokszor kiderült, hogy elméleteink annál korlátozottabb kereten belül érvényesek, mint ahogy először feltételeztük, és sokszor bizonyultak helyesnek, anélkül hogy valóban értettük volna, miért. De általában nem egyszeruen hamisak voltak, mondjuk abban az értelemben, mint egy Ptolemaiosz vagy egy Dante kozmológiái. A fizikusok körében egyetértést csak a természet maga képes kikényszeríteni, nem valamiféle ortodox tudományos intézmény.
A tudományon kívüli szkeptikusok között ott vannak végül a kimondott multikulturalisták, akik nem annyira a kozmológiai standard elméleteket ellenzik, inkább az objektív igazságra való rákérdezést kerülik. Úgy tekintik a modern tudományt mint "elnyugatiasodott" civilizációnk egyik kifejeződését; számunkra muködik, de azt hinni, hogy a Tejút egy égi folyó, megfelelt a majáknak, akárcsak az Amazonas-medence korai népeinek az a feltételezés, hogy a Tejút egy hatalmas kenu, amelyben evez valaki. Ki tudja hát megmondani, melyik hiedelem jobb, mint a másik? Én azt hiszem, meg tudom mondani.
Én azt hiszem, meg tudom mondani
Először is: A modern kozmológia egyáltalán nincs a nyugati kultúrához kötve. Az európai csillagászat sokat kapott az egyiptomi, babilóniai és perzsa asztronómiától meg az araboktól, és ma az egész világon hasonlóképpen muvelik az asztronómiát. Végül is a Nyugaton sincs egyáltalán egyetértés a tudományt illetően; nincs hiány olyan emberekben, akik az asztrológiában, "az ég kertjében" vagy hasonló ostobaságokban hisznek. Eltekintve attól, hogy a modern kozmológia nyugati civilizációhoz kapcsolásának kísérlete egyszeruen helytelen, bizonyos kockázatot is rejt magában. Hogy a maják, a korai Amazonas-menti népek vagy más ősi népek hittek-e a Tejút-elméleteik objektív igazságában vagy sem - az is lehetséges volna, hogy ezeket a teóriákat csak arra használták, hogy megfelelő jeleket helyezzenek el az égen, ahogy mi is a Göncöl segítségével tájékozódunk; minden esetre nem tudták, hogy a Tejút valójában egy óriási korong, amely a saját Napunkhoz hasonló csillagok milliárdjaiból áll, más galaxisok milliárdjaihoz hasonlóan az egész univerzumban. Mindenki, aki meg van győződve arról, hogy a modern kozmológia valami tipikusan nyugati dolog, és érdekli az objektív igazság, arra a következtetésre juthat, hogy a nyugati civilizáció fölötte áll az összes többinek - legalábbis annyiban, hogy a nyugati csillagászok abbéli törekvésükben, hogy megértsék a dolgokat, amelyek egy csillagos éjszakán az égbolton láthatók, sikerrel jártak.
Az ősrobbanás-elmélettel szemben az inflálódó univerzum elmélete jó ötlet, nagyon sok mindent megmagyaráz, de hogy valóban helyes-e, azt nem tudjuk megmondani. Ebben az esetben nincs egyetértés a fizikusok között; Rees ebben az összefüggésben Roger Penrose-t idézi, aki azt mondta, hogy az inflációs elmélet csak divat, amit a csúcsenergia-fizikusok a kozmológiára alkalmaztak, és még a földimalacok is szépnek látják a porontyaikat. Nekem más a véleményem, mint Penrose-nak, de biztos, hogy nehéz felvázolni egy speciális inflációs kozmológiát, és eldönteni, hogy helyes-e vagy sem - mégpedig fizikai és asztronómiai okokból.
Az egyetlen számunkra ismeretes maradvány, amely túlélhette az inflációs időszakot, és lehetővé tenné az elmélet kvantitatív ellenőrzését, az anyag- és fényeloszlás inhomogenitása lehetne. A kvantummechanika szerint a skaláris mezők inflálódása közben kicsi kellett, hogy legyen a fluktuáció. A rekombináció során - kb. 300 ezer évvel később - ezek a fluktuációk az anyag és a fény hőmérsékletében fellépő kisebb inhomogenitásban mutatkoznának meg. Ezeket az inhomogenitásokat a minket mostanában elérő mikrohullámú sugárzásban lehetne megfigyelni.
Nem hiszem, hogy pusztán csillagászati megfigyelések alapján el lehetne dönteni, hogy az inflációs kozmológia változatai közül melyik a helyes, ha nem történnek fundamentális előrelépések a fizikai alaptudomány területén.
Még egy másik régi probléma is megoldásra vár, nevezetesen a gravitáció-elméletnek a kvantummechanika alapelveivel való összeegyeztetése. Rees ebben az összefüggésben nagyon találóan jegyzi meg, hogy ezt a problémát eddig jórészt azért tudtuk megkerülni, mert a gravitáció és a kvantummechanika majdnem soha nem fontos egyszerre egy és ugyanazon kontextusban. A gravitáció uralja a bolygók és a csillagok mozgását, de túl gyenge ahhoz, hogy az atomokban fontos szerepet játszhasson, míg a kvantummechanika lényeges az elektronok atomokon belüli mozgásának megértéséhez, de elhanyagolhatóan csekély hatással van a csillagok vagy a bolygók mozgására. Csak a nagyon korai univerzumban játszott a gravitáció és a kvantummechanika egyidejuleg fontos szerepet. Roger Penrose és Stephen Hawking híres teorémái az általános relativitáselméletet használják annak megmutatására, hogy az univerzumnak határozott kezdőpontja kellett hogy legyen. De bizonyításaik nem veszik tekintetbe a kvantummechanikát, és ezért nem igazán meggyőzőek.
Egy dologban biztos vagyok: van valami közös azokban, akik úgy vélik, hogy egy öröktől fogva létező univerzum abszurdum, ezért kellett hogy legyen kezdete, és azokban, akik szerint a kezdet abszurdum, következésképpen az univerzum mindig is létezett: bármelyik félnek legyen is igaza az univerzum eredetét illetően - mindkét oldalon hamis az érvelés. Nem tudjuk, hogy az univerzum öröktől fogva létezik-e vagy volt kezdete; de egyik szemléletmód sem abszurd. A döntést az egyik vagy a másik oldal mellett nem lehet intuitíve, filozófiai vagy teológiai alapon meghozni, csakis a szokásos tudományos módszerek segítségével.
KARÁDI ÉVA FORDÍTÁSA
Észrevételeit, megjegyzéseit kérjük küldje el a következő címre: lettre@c3.hu