Mekkora a világegyetem? Hol van vége az univerzumnak, és mi van a határain túl?
Ezt senki sem tudja, és minden bizonnyal még nagyon sokáig – ha nem is örök időkig – nem fogja tudni senki. Ez a bűvös kérdéskör foglalkoztatja talán legrégebb óta az emberiséget. A kérdésre nem tudtak választ adni, pedig számtalan kutató, és kutatási irány próbált meg eredményeket felmutatni, mintha választ lobogtatnának a kérdésre, a szörnyű igazság azonban az, hogy a mai napig nincs róla még csak elképzelésünk sem, hogy mi lehet az univerzumon túl.
Sőt mi több, még több kérdéseket vetnek fel a kezdeti kérdések, ha picit jobban belegondolunk, jobban elkezdjük boncolgatni őket. Mekkora a világegyetem? Végtelen. De a végtelen űrnek is vége van valahol nem? Hogy lehet az univerzum egyszerre véges és végtelen? Paradoxonok hálójába, a kozmosz mélyébe indulunk most képzeletbeli kalandozásra. Értekezünk térről, időről, bizarr, szinte hátborzongató teóriákról, és az emberiség eredetéről. Öveket becsatolni.
Mekkora az akkora?
Arra a kérdésre a választ senki sem tudja, hogy mekkora is a világegyetem. Legalábbis anyagi szempontból. Mert az anyag egy eléggé behatárolhatatlan fogalom, s még ma is a tudomány más-más szegmensei más-más definíciókkal illetik. Jelenlegi ismereteink szerint a világegyetem kora 13,7 ±0,2 milliárd év. Az egyik legtávolabbi ténylegesen megfigyelt objektum, az UDFj-39546284 galaxis. Hogy mennyi galaxis, és csillag van ebben a hatalmas térben, melyben élünk, arról nem tudunk semmi biztosat, ugyanis még néhány évvel, évtizeddel ezelőtt sem volt közös egyetértés a kérdésben. Az 1970-es évek elején mintegy 30 milliárd galaxist gondoltak, de Fodor Lajos István 1979-ben csupán 10 milliárdot írt, Hawking ellenben 1982-ben több százmilliárdot, Sagan 1996-ban kereken 100 milliárdot. Mivel a galaxisokról számot senki nem adhat, ezért a számszerűsítések is ellentmondásosak. Több százmilliárd és tízmilliárd elképzelés versenyez egymás ellen? Ez túl nagy eltérés, ezért ez nem vall sem hitelességről, sem egyetértésről. A világegyetemben jelenlegi becslések szerint 100-800 milliárd galaxis található.
Kezdetleges világkép
Hogyan keletkezett világunk? Miből vagyunk, mikor született az univerzum, és hogyan? A világegyetem keletkezésének magyarázatára az emberiség fejlődése során több elképzelés született. Az első magyarázatokkal a különböző mítoszok és vallások szolgáltak, kezdetben, primitív formában ("őstojás", "ősvíz" stb.), majd a kidolgozott dogmatikus hitrendszerek az istenek, vagy egyetlen Isten általi teremtést (kreacionizmus) fogadták el. Az egyik első tudományos elképzelés Ptolemaiosz nevéhez fűződik, aki a Földet képzelte el a Világ középpontjaként. Ez az elképzelés a reneszánsz idejéig tartotta magát, de ez a geocentrikus világkép az a mára hamisnak bizonyult elmélet, amely szerint a Föld a világmindenség középpontja, így körülötte kering az összes többi égitest. Az elmélet az ókori Görögországból származtatható, tökéletesítője Klaudiosz Ptolemaiosz volt. Domináns kozmológiai elképzelés volt egészen a heliocentrikus világkép megjelenéséig és valóságtartamának bebizonyosodásáig.
A geocentrikus világkép szerint a Nap és a csillagok a Föld körül látszólagos pályán mozdulnak el. Ez a látszólagos elmozdulás már az ókorban ismert volt a napszakok váltakozása által.
A geocentrikus világkép megalkotója minden bizonnyal az i. e. VI. században élt Anaximandrosz volt, aki a Földet hatalmas, alacsony és széles hengernek képzelte, amely a levegőben lebeg és örök égi tűz veszi körül. Szerinte az égitestek nem léteznek fizikai valóságként, hanem ezt a tüzet látjuk egy, a Föld körül keringő tüzes kerék résein át bevilágítani. A tüzes kerék mozgásával tehát magyarázhatóvá vált az égitestek látszólagos pályája. Hasonló intuitív, ám konkrét megfigyelések híján filozófiai spekulációnak számító elméletet dolgozott ki Anaximenész is, aki szerint az égbolt egy, a Földet, mint középpontot, körülvevő forgó kristálygömb, a csillagok pedig a kristálygömbbe vert szög
Az első komolyabb fejlődést a geocentrikus világkép történetében a pithagoreus iskola tagjai valósították meg, ők ugyanis rájöttek, hogy a Föld is egy égitest, így a többi égitesthez hasonlóan gömb alakú. Maguk a pithagoreusok ugyan nem állították a Földet a kozmosz középpontjába, mégis az ókori Görögországban széles körben elfogadott gondolattá vált ezen elméletnek az anaximandroszi képpel való kombinálása, mely szerint a Föld gömbölyű és körülötte valódi égitestek keringenek. Ezen világkép hirdetői közt találunk olyan nagy, klasszikus filozófusokat, mint Platón, aki még csak hipotézis szintjén sem vetette fel a heliocentrikus világképet.[3] Platón tanítványa volt az az Eudoxosz, aki kidolgozta az első, körpályákból álló komplex bolygórendszert. Az ő modelljében is a Föld szerepel a kozmikus középpontban, ám itt már az égitestek pályájának jellege is részletezve van.
Ezen utolsó alapvetésből származtatta Ptolemaiosz a hurokszerű látszólagos bolygómozgásokat, amelyeknek magyarázatára részletesen kitért az Almagesztben. Ugyancsak az Almagesztben találjuk az első tudományos igényű bizonyítást a geocentrikus világképre vonatkozóan, mely szerint csak úgy lehetséges a csillagok egyenlő eloszlása a horizont fölött és alatt, ha "középről nézzük" őket.[4] Ez a mű annyira nagy hatással volt az akkori világképre, hogy Ptolemaioszt sokan mind a mai napig a geocentrikus világkép atyjának tartják. Annyi bizonyos, hogy az ókorban és a középkorban mindvégig fontos szerepe volt a tudományos vizsgálódásban, meghatározva a hivatalos álláspontot.
Bár a geocentrikus világképnek megvoltak azon előnyei, hogy minden égitest mozgását leírta, illetve összhangban volt a megfigyelésekkel, megmagyarázta a különös mozgásokat, rengeteg hibája volt, legfőbbképpen az, hogy a kezdetben jelentkező elhanyagolható hibák hatalmas pontatlansághoz vezettek. Arról nem is beszélve, hogy mindenki feltevése hamis volt.
A megfigyelésekre és a matematikára támaszkodó modern fizikának (Isaac Newton), majd a csillagászati megfigyeléseknek (Galileo Galilei) köszönhetően a spekulatív elméletek egyre hátrébb szorultak, ismereteink bővültek és pontosabbak lettek. Ezen időszak alatt kezdtek egyre jobban meghatározottá válni a puszta számításokon alapuló tézisek, elméletek. A 19. század végétől aztán uralkodóvá váltak az olyan tudományos elméletek, amelyek mindig az aktuálisan elért elméleti és műszaki fejlődést tükrözték.
Egy másik, szintén múltbéli elmélet szerint nem a Föld volt a világ, illetve az általunk ismert univerzum közepe, hanem a Nap. Elterjedése Nikolausz Kopernikusz nevéhez fűződik. Elméletét, amely a Naprendszert úgy modellezi, hogy annak középpontjában nem a Föld, hanem a Nap van, a tudomány történetének legfontosabb hipotézisei között tartják számon – gyakorta a csillagászat és a modern tudományok kiindulópontjának tekintik. Először a Nap hozzávetőleges méretét becsülték meg, és úgy találták, hogy az jóval nagyobb a Földnél. Ezt alapul véve elképzelhetetlennek tartották, hogy egy ekkora óriási test a piciny Föld körül keringjen, hanem inkább fordítva van a dolog. Kikövetkeztették továbbá, hogy a Föld forog a saját tengelye körül és ez okozza a csillagok látszólagos vándorlását az égbolton. A Kopernikusz által elkezdett paradigmaváltást gyakran kopernikuszi forradalom néven is említik.
Azonban nem tartott soká az elmélet, legalábbis nem örökké, ugyanis ennek is lejárt a virágkora. Már korábban előfordult az a feltételezés, hogy a Nap csak egy csillag a többi között. Nicolaus Cusanus is ezt állította, hirdette még a Világegyetem végtelenségét, csak úgy, mint Giordano Bruno, aki még azt is állította, hogy a világmindenség homogén, bármerre mennénk benne, ugyanazt látnánk és a Naprendszer nincs kitüntetett helyzetben. Sir William Herschel felfedezte, hogy a Nap nincs a csillagvárosunk közepén, az 1900-as években pedig fény derült arra, hogy a Tejútrendszer csak egy galaxis a sok közül. Ennek fényében a „Világmindenség középpontja” kifejezés matematikailag és fizikailag értelmét veszíti. Jelenleg Giordano Bruno azon intuíciója körül zajlik a leglázasabb csillagászati kutatás, hogy szerinte az exobolygókon élet is lehetséges. Ha erre bizonyítékot lehet találni, akkor a Föld biológiai értelemben sem a „Világmindenség középpontja” többé.
A Nagy Bumm?
Létezik egy olyan tudományos elmélet, mely szerint a világegyetem egy rendkívül sűrű, forró állapotból fejlődött ki nagyjából 13,7 milliárd évvel ezelőtt. Történetesen ez az elmélet, amit még a mai napig is elfogadottan tanítanak az iskolákban, egyetemeken, mindazon tények ellenére, hogy ez az elmélet – bár továbbra is az egyik legjobb magyarázat – megdőlni látszik. De még mielőtt rávetődnénk a teória gyenge pontjaira, miről is van szó?
Magát az elméletet Georges Lemaître belga pap, a Louvaini Római Katolikus Egyetem fizika és csillagászat tanára dolgozta ki először 1931-ben „ősatom” név alatt. Az ősrobbanás-elmélet azon a megfigyelésen – az úgynevezett Hubble-törvényen – alapul, mely szerint a távoli galaxisok színképvonalai vöröseltolódást szenvednek. Ezt a kozmológia elméletével összevetve azt kapjuk, hogy a tér az általános relativitáselmélet Friedmann-Lemaître modellje szerint tágul. Ha a múltba extrapoláljuk, akkor ezek a megfigyelések azt mutatják, hogy a világegyetem egy olyan állapotból kezdett tágulni, melyben az anyag és az energia rendkívüli hőmérsékletű és sűrűségű volt.
Az egész teória csírájának tekintett jelenséget Edwin Hubble amerikai csillagász figyelte meg elsőként. Észrevette, hogy a galaxisok mintha távolodnának egymástól. A felvetés szerint a világegyetem folyamatosan tágul az idő múlásával. Ha ebben az időben visszafelé haladnánk, akkor a tér méretének ebből adódóan fokozatosan csökkennie kellene, mígnem – mivel az univerzum átmérője eszerint véges – elérünk arra a pontra, ahol a tér mérete nullával lesz egyenlő. Ez tulajdonképpen nem más, mint a szingularitás. De mit is jelent az, hogy szingularitás? Fogalmazzuk meg picit hétköznapibb nyelven, hogy a kozmológiában nem jártas olvasók is megértsék. A szinguláris szó jelentése: egyedi, kivételes, különleges viselkedést vagy szabálytalanságot mutató. A szingularitás egy szinguláris hely.
Ilyen körülmények között nem csupán tér és anyag nem létezik, hanem idő sem. Ezért értelmetlen feltenni a kérdést, hogy mi volt az Ősrobbanás előtt. Hiszen nem létezett még idő, amiben hátrébb lépkedhetnénk. Ebben a tényben a tudomány és a vallás tökéletesen egyetért: Hippo püspöke, a IV. században élt Szent Ágoston is azt állította, hogy a világ az idővel és nem az időben keletkezett. Nem lepődnénk meg, ha most többen összenéztek volna az olvasók közül. Nem paradoxon ez? Az idő, és az ősrobbanás előtt is lennie kellett valaminek, nem igaz? Képtelenség, hogy ne lett volna valami azelőtt is. Az Ősrobbanás kozmológiai modellje szerint tehát a világegyetem a születése pillanatában egy gravitációs szingularitást tartalmazott. Az Ősrobbanás szingularitásában a modell szerint a világegyetem sűrűsége és a téridő görbülete paradox módon végtelen volt. Mivel azonban az Ősrobbanás-elmélet jelenleg még nem tartalmaz kvantumos hatásokat, ezért előrejelzései csak az Ősrobbanás pillanata után kis idővel válnak érvényessé.
Ugyanaz a jelenség zajlott le, mint amit már ismerünk a fizikából, mikor egy tárgy például felrobban, és a darabjai szétrepülnek a tér minden irányába, vagyis ezen darabkák elkezdenek távolodni egymástól. Az egész hasonlat mindössze annyiban sántít, hogy a felrobbanó tárgy darabjai már egy meglévő térbe szóródnak szét, míg az ősrobbanás pillanatában maga a robbanás teremtette meg maga előtt a teret.
De térjünk vissza egy picit ahhoz a bizonyos kozmikus háttérsugárzáshoz. Miről is van szó? Miért fontosak, és miért tekintjük az ősrobbanás elmélet bizonyítékai között a legnagyobb zászlóshajónak? 1965-ben Arno Penzias és Robert Wilson felfedezte a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást. Ez a sugárzás (mint a neve is jelzi) ma már csak mikrohullámú frekvencián mérhető. Ennek az az oka, hogy a Világegyetem tágulása során a sugárzás hullámhossza jelentősen megnövekedett. Azonban 15-20 milliárd éve ez a sugárzás optikai sugárzás kellett, hogy legyen. Az Ősrobbanás elmélete szerint éppen a nagy robbanás fénye volt. Érdekességként megjegyezzük, hogy egyes kutatók azt állítják, hogy ezt a sugárzást lehet tulajdonképpen hallani a rádiókban mikor nincs adás, valamint a tévé képernyőjén megjelenő zaj – ha nincs adás – is ez a rejtélyes háttérsugárzás. Ez nem meglepő, hiszen az űrben jóformán gyengítetlenül terjed bármilyen üzenet. Ezért van az, hogy a híres Berlini olimpiai játékok megnyitóját – mint ahogy azt a Kapcsolat c. filmben állítják – gyengítetlenül befoghatja egy idegen civilizáció még többszázezer év múltán is. Persze mire odaér az üzenet, mi már lehet, hogy nem is leszünk. A csillagok magfúziós folyamatok során szerzik meg azt az energiát, amit aztán kisugároznak. Napunk például másodpercenként kb. 564 millió tonna hidrogént éget el és emiatt kb. 560 millió tonna hélium keletkezik. Az elveszett 4 millió tonna anyag energiává alakul Einstein egyenletei szerint. Azonban az univerzumban fellelhető összes hélium túl nagy mennyiség ahhoz, hogy a csillagok valaha is meg tudták volna termelni. Az egyetlen magyarázat az lehet, hogy a világegyetem keletkezésekor is végbementek ilyen fúziós folyamatok. Ha ez igaz, akkor ez is bizonyítja egy nagy erejű robbanás szükségességét.
Valamiért (egyelőre fogadjuk el, hogy csak úgy) megtörtént az ősrobbanás, és elkezdett tágulni az univerzum. Később egy Alexander Fridman nevezetű úriember – aki egy orosz meteorológus volt – Einstein képleteit tanulmányozva jött rá egy érdekes dologra. Mégpedig arra, hogy nem kizárt, hogy a világegyetem oszcillált. Új világegyetem modellt vázolt fel, egy úgynevezett oszcilláló világegyetemét. Az "oszcilláció" szó rezgést, ingadozást, periodikusan ismétlődő állapotváltozást jelent. Ez az elmélet ellentétben a folyamatos, szinte állandósult tágulás elméletével azt veti fel, hogy az univerzum tágulásának üteme csökken, majd elérve a maximális méretét, teljesen megállna a tágulás. A tágulást az Univerzumban lévő összes anyag vonzereje állítaná meg, feltéve, hogy van megfelelő mennyiségű anyag a Világegyetemben. Ekkor az Univerzum elkezdene összehúzódni. Zsugorodásának üteme egyre jobban gyorsulna, majd bekövetkezne a Nagy Reccs, a Nagy Bumm fordítottja. E szakasz pontosan ellentéte lenne a táguló szakasznak. A Nagy Reccs után képződött szingularitásból, a semmiből, egy újabb óriási ősrobbanás közepette újra elkezdene tágulni az Univerzum. Ilyen táguló-szűkülő ciklusok, Nagy Bummok és Nagy Reccsek követnék egymást a végtelenségig.
>> Előre: Az univerzum legnagyobb titkának nyomában - ELEMZÉS 2.
