VILÁG-EGYETEMPaul Davies

AZ UTOLSÓ HÁROM PERCFeltevések a világegyetem végső sorsáról

(Tartalom) „Persze tudás híján kétely kísérti az elmét:

Nemződött-e világunk és volt kezdete tényleg.S vége, az is beköszönt egyszerre, ha majd a világfalEnnyi heves mozgás tehát nem bírja ki – vagy tánIsteni végzésből örök épség szállt-e reá ésMíg az öröklét állandó útján tovasiklik,Fittyet hány az időtlen idők roppant erejének?”

LUCRETIUS: A TERMÉSZETRŐL(Meller Péter fordítása)

ElőszóAz 1960-as évek elején, amikor egyetemista voltam,

élénken érdeklődtünk a Világegyetem keletkezésénekkérdése iránt. Az 1920-as évekből származó, de csak az1950-es évektől kezdve komolyan vett ősrobbanás elméletközismert volt, de korántsem meggyőző. Bizonyoskörökben még mindig sokkal népszerűbb volt az állandóállapotú Világegyetem elmélete, amely teljes mértékbenkikerülte a keletkezés problémáját.[1] Nemsokára azonban

gyökeresen megváltozott a helyzet, mert 1965-ben ArnoPenzias és Robert Wilson felfedezte a kozmikusmikrohullámú háttérsugárzást. Ez egyértelmű bizonyítékotszolgáltatott a Világegyetem forró, heves és hirtelenszületése mellett.A kozmológusok lázasan igyekeztek kiszámítani afelfedezés következményeit. Milyen forró lehetett aVilágegyetem az ősrobbanás után egymillió évvel? Egyévvel? Egy másodperccel? Milyen fizikai folyamatokjátszódhattak le az ősi tűzgömbben? Létezhet-e az otturalkodó szélsőséges fizikai körülményeknek valamilyenhatása, amelynek a maradványait még ma ismegfigyelhetjük?Jól emlékszem arra a kozmológiai előadássorozatra,amelynek 1968-ban hallgatója voltam. A professzor ígyfejezte be előadását, amelyben a mikrohullámúháttérsugárzás felfedezésének fényében foglalta össze azősrobbanás elméletet. „Egyes elméleti-szakemberekszámot adnak a Világegyetem kémiai összetételéről,annak alapján, hogy milyen magreakciók mehettek végbeaz ősrobbanást követő első három percben”, mondtamosolyogva. Az előadóteremben harsány nevetés tört ki.Képtelenségnek tűnt, hogy bárki is megpróbálkozzék alétezésének első perceiben lévő Világegyetem fizikaiállapotának leírásával. A XVII. században James Ussherérsek a bibliai kronológia legapróbb részleteivel foglalkozótanulmányában kijelentette, hogy a világ teremtése Kr.e.4004. október 23-án történt. Arról azonban még ő semmert nyilatkozni, hogy pontosan milyen események

játszódhattak le az első három percben.A tudományos fejlődés sebességére jellemző, hogy aligegy évtizeddel a mikrohullámú háttérsugárzás felfedezésétkövetően az első három perc története az egyetemihallgatók alapvető szellemi tápláléka lett. A témárólkézikönyveket írtak. Azután 1977-ben Steven Weinberg,amerikai fizikus és kozmológus kiadta tudományos-ismeretterjesztő bestsellerét, amely Az első három perccímet viselte. A könyv mérföldkőnek bizonyult azismeretterjesztés történetében. A téma egyik világhírűszakértője részletes és meggyőző beszámolót adott alegszélesebb nagyközönség számára az ősrobbanástkövető pillanatok eseményeiről.Mialatt a nagyközönség megismerkedett ezekkel a szédítőfejleményekkel, a tudósok tovább dolgoztak. Figyelmük aVilágegyetem korai története, azaz az első percekeseményei helyett a Világegyetem nagyon korai története,azaz az ősrobbanás utáni első másodperc szintevégtelenül kicsiny törtrészében végbement eseményekkiderítése felé fordult. Nagyjából ismét egy évtized elteltévelStephen Hawking, brit matematikus és fizikusmagabiztosan megírhatta Az idő rövid története címűkönyvében a legújabb elképzeléseket az első billiomod-billiomod-billiomod másodperc eseményeiről. Az 1968-aselőadás végén felharsant nevetés negyedszázad múltánmár alig hallatszik.Miután az ősrobbanás elméletet a tudományos és a szélesközvélemény egyaránt kedvezően fogadta, egyre többenkezdtek a Világegyetem jövőjéről spekulálni. Meglehetősen

kezdtek a Világegyetem jövőjéről spekulálni. Meglehetősenjól tudjuk már, hogyan keletkezett a világunk, de vajon milesz a vége? Mit tudunk elmondani a Világegyetem végsősorsáról? A történet vége is robbanásszerűen heves leszvagy elhaló nyöszörgésbe fullad? Sőt, lesz-e egyáltalánvége a világnak? Mi lesz velünk? Az ember vagyleszármazottai, legyenek azok robotok vagy hús és vérlények, túlélnek-e mindent, egészen az örökkévalóságig?Lehetetlen, hogy valakit ne érdekelnének ezek a kérdések,még akkor is, ha a végítéletre nem a közeljövőben kellszámítani. A Földön a túlélésért folytatott harcunk, amelyetjelenleg leginkább az ember által létrehozott válságokellenében kell megvívnunk, gyökeresen új megvilágításbakerül, ha létezésünk kozmológiai léptékű dimenzióira isfigyelemmel kell lennünk. Az utolsó három perc aVilágegyetem jövőjének története, legalábbis ahogynéhány ismert fizikus és kozmológus legújabb gondolatairaalapozva, legjobb tudásunk alapján azt előre tudjuk jelezni.A jövő nem teljesen titokzatos. Sőt, a fejlődés mindeneddiginél tágabb lehetőségének és a tapasztalatok sohanem volt gazdagságának ígéretét rejti. Nem feledhetjükazonban, hogy ami egyszer létrejöhet, annak létezése megis szűnhet. Lehet, hogy a Halál a Teremtés ára.Könyvünket az általános érdeklődésű és átlagosképzettségű olvasóknak szánjuk. Megértéséhez nincsszükség különleges természettudományos vagymatematikai előismeretekre. Időnként azonbankénytelenek vagyunk nagyon nagy vagy nagyon kisszámokkal dolgozni. Ilyenkor segítségünkre lehet, ha a

számokat a matematikában szokásos tömör formában, tízhatványaival fejezzük ki. A százmilliárdot például így kellleírni: 100 000 000 000, ami ugyebár meglehetősenkényelmetlen. Ebben a számban az egyes után tizenegynullát találunk, ezért a következőképpen is leírhatjuk: 1011,vagy szavakkal: tíz a tizenegyediken. Hasonlóképpen azegymilliót 106-nak, az egybilliót 1012-nek írjuk, és ígytovább. Ne feledkezzünk meg azonban arról, hogy aszámok ilyen írásmódja elrejti a szemünk elől igaziarányaikat, mert például a 1012 százszor, vagyis nagyonsokszorta nagyobb a 1010-nél, annak ellenére, hogy a kétszám majdnem pontosan ugyanúgy néz ki. A tíz negatívkitevőjű hatványaival a nagyon kicsiny számokat jelölhetjük.Az egymilliárdod részt, vagyis az 1/1 000 000 000 számottíz a mínusz kilencedikennek mondhatjuk és 109-nekírhatjuk, mert a tört nevezőjében az egyes után kilenc nullátkellett írni.Végezetül fel kell hívnom az olvasó szíves figyelmét, hogykönyvünk jórészt spekulációkon, hipotéziseken alapul. Bára legtöbb bemutatandó elképzelés a tudomány malegelfogadottabb eredményein alapul, a jövő kutatásánakmégsincs más tudományágakéval azonos tekintélye.Mindamellett, ellenállhatatlan a csábítás, hogy a mindenségvégső sorsáról gondolkozzunk. Ezt a könyvet igyekeztemebben a nyitott, kíváncsi szellemben megírni.Tudományosan meglehetősen jól megalapozott kiindulóhelyzetünk szerint a Világegyetem az ősrobbanásbankeletkezett, majd folyamatosan tágult és egyre hűlt. A

fejlődés vége valamilyen fizikailag degenerált állapot lehet,vagy talán egy katasztrofális összeomlás. Abban viszontsokkal kevésbé lehetünk bizonyosak, hogy melyek lehetnekaz átfoghatatlanul hosszú időtartam során uralkodó fizikaifolyamatok. A csillagászoknak meglehetősen pontoselméleteik vannak a közönséges csillagok sorsát illetően.Egyre inkább biztosak vagyunk abban is, hogy elég jólsikerült megértenünk a neutroncsillagok és a fekete lyukakalapvető tulajdonságait. Ha azonban a Világegyetemévbilliókig fennmarad, akkor szerephez juthatnak olyanfinom fizikai folyamatok, amelyekről ma a legjobb esetbenis csak sejtjük, hogy egyszer majd fontosakká válhatnak.Szembe kell néznünk azzal a ténnyel, hogy még nem értjükteljes egészében a természetet, ismereteink hiányosak,ezért nem tehetünk egyebet, mint hogy a Világegyetemvégső sorsára vonatkozóan a ma létező legjobb elméletekalapján próbálunk logikus következtetéseket levonni. Alegnagyobb problémát az jelenti, hogy a Világegyetemsorsára vonatkozóan fontos megállapításokat tartalmazóelméletek legtöbbjét nem áll módunkban kísérletilegellenőrizni. Egyes általam is tárgyalt folyamatokban, mintpéldául a gravitációs hullámok kibocsátásában, a protonokbomlásában vagy a fekete lyukak sugárzásában azelméleti fizikusok szentül hisznek, azonban ezek egyikétsem sikerült még soha senkinek megfigyelnie. Legalábbilyen komoly gond az is, hogy kétségtelenül létezhetnekolyan fizikai folyamatok, amelyekről egyelőre semmit semtudunk, mégis alapvetően módosíthatják a könyvünkbenbemutatandó képet.

Bizonytalanságunk tovább erősödik, amikor az értelmeséletnek a Világegyetemre gyakorolt esetleges hatásárólelmélkedünk. Itt már a tudományos fantasztikumbirodalmába jutunk. Mindamellett nem hagyhatjuk figyelmenkívül azt a tényt, hogy az élőlények az évmilliárdok soránmég a legnagyobb léptékű fizikai rendszerek viselkedésétis jelentős mértékben módosíthatják.[2] Úgy döntöttem,hogy a Világegyetemben jelen lévő élet kérdésével isfoglalkozom a könyvben, mert sok olvasó véleményeszerint a Világegyetem sorsa szoros kapcsolatban áll azemberi lények vagy azok távoli leszármazottainak sorsával.Tisztában kell azonban lennünk azzal, hogy a tudósok nemteljesen értik sem az emberi tudat természetét, sem pedigazt, hogy milyen fizikai feltételek teljesülése teszi lehetővé aVilágegyetem távoli jövőjében a tudatos tevékenységet.

Szeretnék köszönetet mondani John Barrow-nak, Frank

Tiplernek, Jason Twamley-nek, Roger Penrose-nak ésDuncan Steelnek a könyv témájával kapcsolatos értékeseszmecserékért, a sorozat szerkesztőjének, JerryLyonsnak azért, hogy kritikus szemmel olvasta a kéziratotés Sara Lippincottnak a kézirat végső változatán végzettragyogó munkájáért.

1. FEJEZETAz utolsó ítélet napja

Időpont: 2126. augusztus 21. Az utolsó ítélet napja.

Helyszín: a Föld. Szerte a bolygón kétségbeesett emberekpróbálnak elrejtőzni. Milliárdok számára azonban nincshová menni. Néhányan a föld alá próbálnak menekülni,kétségbeesésükben elhagyott bányák vágatait keresikvagy tengeralattjárókkal az óceánok mélyére rejtőznek.Mások felelőtlen, gyilkos őrjöngésben törnek ki. Alegtöbben azonban csak ülnek, búskomoran észavarodottan. Várják a Végzetet.Fenn az égen hatalmas fénykéve vág bele az éjszakasötétjébe. Kezdetben csak egy halvány, elmosódott fényfoltlátszott, amely napról napra nőtt a világűrben kavargó, forrógázörvénnyé. A gázcsóva végén sötét, alaktalan, vészjóslócsomó száguld. Az üstökös aprócska feje nem is sejtetiiszonyú pusztító erejét. Az égitest elképesztő; hetvenezerkilométeres óránkénti sebességgel pontosan a Föld felétart. A sok billió tonnányi jég és kőtömeg másodpercenként20 kilométerrel közelebb kerül a Földhöz, hogy végül ahangsebesség hetvenszeresével csapódjon bolygónktestébe.Az emberiség nem tehet mást, mint figyel és vár. Atudósok, akik távcsöveiket már rég elfordították azelkerülhetetlenről, most csendben kikapcsoljákszámítógépeiket is. A katasztrófa véget nem érőszimulációi túlságosan bizonytalanok, az eredményekpedig túl riasztóak ahhoz, hogy nyilvánosságra kerüljenek.Egyes tudósok túlélési stratégiákat dolgoztak ki, hogyműszaki ismereteiknek köszönhetően előnyre tegyenekszert embertársaikkal szemben. Mások igyekeznek alehető leggondosabban megfigyelni a katasztrófa

körülményeit. Az utolsó pillanatig tudósokhoz méltómagatartást tanúsítva mindent gondosan feljegyeznek, ésaz adatokat különleges kapszulákban mélyen a Föld alátemetik. Az utókor számára...A becsapódás pillanata egyre közeledik. Szerte a világonemberek milliói aggódva pillantanak a karórájukra.Elérkezett az utolsó három perc.Közvetlenül a fejük fölött az égbolt széthasad. A becsapódótest félrelök néhány ezer köbkilométer levegőt. Városnyivastagságú tűzcsóva irányul a Föld felé, hogy tizenötmásodperc múlva belédöfjön bolygónk testébe. A tízezernyiföldrengés erejétől az egész bolygó megrázkódik. Afélretaszított légtömegek lökéshulláma végigseper a Földegész felszínén, minden emberi alkotást a föld színével teszegyenlővé, minden útjába kerülő akadályt porrá zúz. Abecsapódás helye körül a megolvadt kőzetből többkilométer magas hegyek emelkednek, miközben egycsaknem kétszáz kilométer átmérőjű kráter belsejébennapvilágra kerülnek a Föld mélyen fekvő rétegei. Az olvadtsziklafal kifelé nyomul, felgyűrve a felszínt, mintha lassítottfelvételen figyelnénk egy meglibbentett, óriás takarómozgását.Magában a kráterben sok billió tonna kőzet egyszerűenelgőzölög. Ennél is több anyag fröccsen szerteszét, egyrésze olyan óriási sebességgel, hogy a világűrbe kerül. Aszétszóródó anyag legnagyobb része fél kontinensnyiterületet beborít, a becsapódás sok száz, vagy akár néhányezer kilométeres körzetében visszahull a felszínre, iszonyúpusztítást okozva odalent. Az olvadt törmelék egy része az

óceánba hull, ami óriási szökőárt kelt, tovább fokozva avilágméretű zűrzavart. A poros törmelék vastag csóvában afelsőlégkörbe jut, ahol szétterjed és az egész bolygó előleltakarja a napfényt. A világűrbe kirepített anyag egy részevisszahull a légkörbe, ezért a napsütést most meteorokmilliárdjainak fenyegető felvillanásai helyettesítik, perzselőhőt árasztva a földfelszínre.A leírtak alapja az az előrejelzés, mely szerint a Swift-Tuttle-üstökös 2126. augusztus 21-én nekiütközik a Földnek. Haez valóban bekövetkezik, az egész emberiséget elpusztító,világméretű katasztrófa elkerülhetetlen. Amikor ez azüstökös 1993-ban a Föld közelébe látogatott, az elsőszámítások arra utaltak, hogy 2126-ban mindenvalószínűség szerint bekövetkezik az összeütközés. Azótaa pontosabb elemzések azt mutatják, hogy az üstökösvalójában két héttel lekési a randevút a Földdel. Azelmaradt találkozó után valamelyest talán fellélegezhetünk.A veszély azonban nem múlik el teljesen. Előbb vagy utóbba Swift-Tuttle-üstökös, vagy egy másik, hozzá hasonlóégitest egészen bizonyosan eltalálja a Földet. A becslésekszerint 10 000, legalább fél kilométer átmérőjű égitestkering a Földét keresztező pályán. Ezek a kozmikusbetolakodók a Naprendszer külsőbb, hideg részeibőlszármaznak. Egyesek közülük olyan üstökösökmaradványai, amelyeket a bolygók gravitációs terecsapdába ejtett, míg mások a Mars és a Jupiter pályájaközött húzódó kisbolygó-övezetből erednek. Pályáikinstabilitása miatt ezek a kicsiny, de halált hozó égitestekközül egyesek kikerülnek a belső Naprendszerből,

miközben folyamatosan újabbak jutnak be oda, állandóveszélyt jelentve a Föld és testvérbolygói számára.[3]

Ezen égitestek közül sok nagyobb pusztítást képes okozni,mint a Föld valamennyi nukleáris fegyvere együttesen.Csupán idő kérdése, hogy mikor találja el valamelyik aFöldet. Ha ez bekövetkezik, semmi jót nem fog jelenteni azemberiség számára. Amire még nem volt példa: fajunktörténete hirtelen megszakad. A Föld számára azonbanmindez többé-kevésbé megszokott eseménynek számít.Hasonló méretű üstökösök vagy kisbolygók becsapódásaátlagosan néhány millió évenként előfordul. Ma már széleskörben elfogadott az a nézet, mely szerint egy vagy többhasonló esemény okozta hatvanöt millió évvel ezelőtt adinoszauruszok kipusztulását. Legközelebb ránk várugyanez a sors.Az utolsó ítéletben való hit a legtöbb vallásban éskultúrában igen mélyen gyökerezik. A Szentírásérzékletesen írja le a ránk váró halált és pusztulást:„És lőnek zendülések és mennydörgések és villámlások;és lőn nagy földindulás, a milyen nem volt, mióta azemberek a földön vannak, ilyen földindulás, ilyen nagy. ...Ésminden sziget elmúlék, és hegyek nem találtatának többé.És nagy jégeső, mint egy-egy tálentom, szálla az égből azemberekre; és káromlák az Istent az emberek a jégesőcsapásáért; mert annak csapása felette nagy.” (JánosJelenésekről 16, 18 és 20-21)Természetesen számos veszély leselkedik a Földre, a vaderők uralta Világegyetem aprócska égitestjére. Mindennekellenére bolygónk az elmúlt legalább három és fél milliárd

év alatt mindvégig lakható maradt.A Földön elért sikereink titkát a világűrben kell keresnünk.Naprendszerünk parányi, nyüzsgő sziget a végtelenüresség tengerében. A hozzánk legközelebbi csillag (aNapot nem számítva) több, mint négy fényév távolságbanvan. Ha ezt a távolságot el akarjuk képzelni, gondoljunkarra, hogy a százötven millió kilométerre lévő Nap fényemindössze nyolc és fél perc alatt éri el a Földet. Négy évalatt a fénysugár csaknem negyven billió kilométert teszmeg.A Nap egy átlagos törpecsillag, amely galaxisunk, aTejútrendszer egy semmitmondó részén helyezkedik el. ATejútrendszer mintegy száz milliárd csillagot tartalmaz,melyek közül egyesek tömege alig néhány százaléka aNapénak, míg másoké több száz naptömeg. Ez a rengetegcsillag egy csomó gáz és por kíséretében, valamintismeretlen számú üstökös, kisbolygó, bolygó és fekete lyuktársaságában lassan, méltóságteljesen kering aTejútrendszer középpontja körül. A benne találhatóégitestek elképesztően nagy száma miatt az az érzésünktámadhat, hogy a Tejútrendszer zsúfolásig tele van. Nefelejtsük azonban el, hogy a Tejútrendszer átmérőjemintegy százezer fényév Lapos korong alakú, a közepénjellegzetes kidudorodással. Magja köré az abból kinyúló,csillagokból és gázból álló néhány spirálkar tekeredik fel.Napunk az egyik ilyen spirálkar belsejében, a Tejútrendszerközéppontjától mintegy harmincezer fényév távolságbanhelyezkedik el.Legjobb tudomásunk szerint a Tejútrendszernek nincs

Legjobb tudomásunk szerint a Tejútrendszernek nincssemmilyen különleges tulajdonsága. Egy hozzá hasonlógalaxis, az Andromeda-köd mintegy két millió fényévnyiretalálható, abban a csillagképben, amelyikről a nevét iskapta. Halvány, elmosódott fényfoltként szabad szemmel iséppenhogy észrevehető. A megfigyelhető Világegyetemetsok milliárd galaxis alkotja. Egy részük spirális, másokelliptikusak, de jócskán találunk szabálytalan alakúakat is.A távolságok óriásiak. A legerősebb távcsövekkel mégnéhány milliárd fényév távolságban is megfigyelhetünkgalaxisokat. Akadnak olyanok, amelyek fénye régebbenindult el felénk, mint amikor a Föld (négy és fél milliárdévvel ezelőtt) megszületett.Ezek az óriási távolságok azt is jelentik, hogy a kozmikusösszeütközések ritkák. A Földet mindenesetre alegnagyobb veszély a közvetlen környezetéből fenyegeti. A„tisztességes” kisbolygók jobbára a Mars és a Jupiterpályája között kisbolygó-övezetben tartózkodnak. A Jupiteróriási tömege azonban megzavarja a hozzá közel kerülőkisbolygók mozgását, ezért egyesek a belső Naprendszerfelé veszik az útjukat, így veszélyeztetik a Földet.Az üstökösök esetében nem a Jupiter, hanem a közelicsillagok a bajok okozói. A Tejútrendszer nem merev ésmozdulatlan rendszer, hanem lassan forog, azáltal, hogycsillagai a magja körül keringenek. A Nap a bolygókból állókis csapatával együtt körülbelül kétszáz millió évig tartókalandos utazással tesz meg egy kört a Tejútrendszerközéppontja körül. A közeli csillagok – gravitációjuk révén –belekaphatnak a Naprendszert körülölelő üstökösfelhőbe,ahonnan néhány üstökösmagot a Nap felé taszítanak. A

ahonnan néhány üstökösmagot a Nap felé taszítanak. Abelső Naprendszerbe érkező üstökösmag illékony anyagaia Nap hőjének hatására párologni kezdenek. Afelszabaduló anyag a napszél hatására hosszan elnyúlik,kialakul az üstökös közismert csóvája. Nagyritkánelőfordulhat, hogy a belső Naprendszerben tett látogatásaközben az üstökös összeütközik a Földdel. Igaz ugyan,hogy a pusztítást ilyenkor közvetlenül az üstökös okozza, akatasztrófáért a felelősség azonban mégis a Naprendszerközelében elhaladó csillagot terheli. Szerencsére acsillagok közötti irdatlan távolságok miatt az ilyentalálkozók meglehetősen ritkák.A Tejútrendszer középpontja körüli keringésük közben máségitestek is elhaladhatnak mellettünk. Óriás gázfelhőksodródhatnak a közelünkbe, amelyek anyaga ugyanritkább, mint a laboratóriumokban előállítható vákuum, nagytömegük folytán, mégis jelentősen meg tudják változtatni anapszél áramlását és a Napból érkező hősugárzásmennyiségét. A koromfekete világűrben más, aljasszándékú égitestek is ólálkodhatnak: magányosan kóborlóbolygók, neutroncsillagok, barna törpék, fekete lyukak.Mindezek – sok más egyéb égitesttel egyetembenészrevétlenek maradhatnak, így minden előzetesfigyelmeztetés nélkül zúdíthatnak hirtelen katasztrófát aNaprendszerre.Lehet, hogy a fenyegetés még ennél is alattomosabb.Egyes csillagászok feltételezik, hogy a Nap – az égboltcsillagainak nagyobb részéhez hasonlóan – valójában egykettőscsillag-rendszer tagja. Nemezisnek, vagyHalálcsillagnak elkeresztelt kísérőcsillagunk – ha egyáltalán

Halálcsillagnak elkeresztelt kísérőcsillagunk – ha egyáltalánlétezik – túlságosan halvány és távoli ahhoz, hogyfelfedezhettük volna. A Nap körül csigalassúsággalaraszoló égitest gravitációs hatása révén azonban mégisfelhívja magára a figyelmet, mert szabályos időközönként(mintegy harminc millió évenként) megzavarja a távoliüstökösmagok mozgását, és csapatostól küldi őket aNaprendszer belseje felé, ami a Földön pusztítóbecsapódások sorozatát okozhatja. A geológusokmegfigyelték, hogy az élőlények katasztrofális, világméretűkipusztulási hullámai a földtörténet során valóban mintegyharminc millió évenként következtek be.Távolabbra tekintve a csillagászok megfigyelték, hogyegész galaxisok is összeütközhetnek egymással. Mekkoraaz esélye annak, hogy a Tejútrendszert elüti egy másikgalaxis? Egyes csillagok szokatlanul gyors mozgásaamellett szóló bizonyítékot jelent, hogy története során aTejútrendszer már átélt néhány kozmikus karambolt,kisebb, közeli galaxisokkal. Két galaxis összeütközéseazonban nem feltétlenül jelent katasztrófát a galaxisokatalkotó csillagokra nézve. A csillagok oly ritkán töltik ki agalaxist, hogy két galaxis akár teljesen egybe is olvadhatanélkül, hogy csillagaiknak össze kellene ütközniük.Sok ember számára lebilincselő a Végítélet látomása, avilág hirtelen, látványos pusztulása. A hirtelen halál azonbansokkal kevésbé fenyeget bennünket, mint a lassú elmúlás.Számos módja van annak, hogy a Föld fokozatosanlakhatatlanná váljék. A lassú ökológiai pusztulás, azéghajlat változása, a Nap hősugárzásának apró változásai– mind rontják a kényelemérzetünket, vagy akár kockára

teszik túlélésünk lehetőségét törékeny bolygónkon. Az ilyenváltozások azonban csak néhány ezer vagy néhány millióév alatt következnek be, így az emberiség a moderntechnika vívmányai segítségével esetleg eredményesenveheti fel ellenük a harcot. Egy újabb jégkorszak fokozatosbeköszöntése például nem feltétlenül jelentene teljeskatasztrófát fajunk számára, feltéve, hogy elegendő idő állrendelkezésünkre tevékenységünk újjászervezéséhez.Remélhetjük, hogy a következő évezredben a technikaifejlődés továbbra is szédítő tempójú marad. Ha ez ígytörténik, akkor bízhatunk abban, hogy az ember vagyleszármazottai egyre nagyobb és nagyobb fizikairendszereket lesznek képesek uralmuk alá vonni, míg végülabba a helyzetbe kerülhetnek, hogy még a kozmikusléptékben fenyegető katasztrófákat is képesek lesznekelhárítani. Vajon elméletileg mindent túlélhet az emberiség?Nincs kizárva. Látni fogjuk azonban, hogy ahalhatatlanságot megszerezni nem könnyű, sőt, esetleglehetetlen. Maga a Világegyetem fizikai törvényeknekengedelmeskedik, amelyek megszabják saját életciklusátis: születését, fejlődését és – talán – pusztulását. Sajátsorsunk elválaszthatatlanul a csillagokéhoz kötődik.

2. FEJEZETA haldokló Világegyetem

1856-ban Hermann von Helmholtz német fizikuselkészítette a tudomány történetének valószínűleg

legborúlátóbb jóslatát. Helmholtz szerint a Világegyetemhaldoklik. A végzetet jósló kijelentés alapja atermodinamika második főtétele volt. A főtételt eredetileg aXIX. század első felében, elsősorban gyakorlatias, műszakiszempontok alapján fogalmazták meg a hőerőgépekhatásfokának leírására. Hamarosan felismerték azonban,hogy a második főtétel jelentősége egyetemes, amit szószerint is lehet érteni, hiszen a tételnek kozmikuskövetkezményei is vannak.Legegyszerűbb formájában a második főtétel azt állítja,hogy a hő mindig a melegebb hely felől a hidegebb feléáramlik. Ez a fizikai rendszerek jól ismert és nyilvánvalótulajdonsága. Működését az élet számos területéntapasztaljuk, mondjuk amikor ebédet főzünk vagy amikorhagyunk kihűlni egy csésze kávét: a hő mindig a magasabbhőmérsékletű hely felől áramlik az alacsonyabbhőmérsékletű felé. Ebben az égvilágon semmi titokzatosnincs. A hő ugyanis az anyagot alkotó molekulákmozgásában nyilvánul meg. Gázokban, például alevegőben, a molekulák összevissza rohangálnak ésgyakorta összeütköznek egymássál. Még a szilárd testeketalkotó atomok is meglehetősen élénken ficánkolnak. Minélmelegebb a test, annál nagyobb energiájú a részecskéimozgása. Ha két különböző hőmérsékletű testetösszeérintünk, a melegebb test molekuláinak élénkebbmozgása hamarosan átterjed a hidegebb testet alkotórészecskékre is.[4] Minthogy a hőáramlás mindig egyirányú,ezért a folyamat időben aszimmetrikus. A hőnek ahidegebb testről a melegebb felé történő áramlását

bemutató film ugyanolyan mulatságos lenne, mint az aképsor, amelyiken a folyók hegynek fölfelé folynak vagy azesőcseppek a felhők felé esnek.[5] Meg tudjuk teháthatározni a hőáramlás alapvető irányát, amit gyakran amúltból a jövőbe mutató nyíllal ábrázolunk. Ez az „időnyíl” atermodinamikai folyamatok megfordíthatatlan természetétjelzi és százötven éven keresztül ámulatba ejtette afizikusokat.

2.1. ábraAz idő iránya. A jégkocka olvadása meghatározza az idő

irányát. Az eseményeket a (III), (II), (I) sorrendbenbemutató filmről azonnal felismernénk, hogy trükkfilm. Ezt

az aszimmetriát az entrópiának nevezett fizikaimennyiség jellemzi, amelynek értéke a jég megolvadása

közben növekszik.Helmholtz, Rudolf Clausius és Lord Kelvin munkássága

nyomán a fizikusok felismerték az entrópiának nevezettfizikai mennyiség fontosságát és azt, hogy ez a fizikaimennyiség jelzi a termodinamikai folyamatokmegfordíthatatlanságát. Abban a legegyszerűbb esetben,amikor egy meleg és egy hideg test érintkezik egymással,az entrópia az átáramló hőmennyiség és a hőmérséklet

az entrópia az átáramló hőmennyiség és a hőmérséklethányadosaként értelmezhető. Vegyünk szemügyre egykisebb adag hőt, amely a melegebb testről a hidegebb feléáramlik. A folyamat révén a meleg test entrópiát veszít, ahideg viszont entrópiát nyer. Mivel az átfolyó hőmennyiségállandó, a két test hőmérséklete viszont különböző, ezért ahideg test több entrópiára tesz szert, mint amennyit ameleg elveszít. Ezáltal a hidegebb és a melegebb testbőlálló rendszer összes entrópiája nő. A termodinamikamásodik főtételének egyik megfogalmazása éppen az,hogy az ilyen rendszerek entrópiája soha nem csökkenhet.Ha a rendszer entrópiája csökkenhetne, akkor ez aztjelentené, hogy spontán módon, azaz külső kényszerhatása nélkül energia áramolhatna a hidegebb testtől amelegebb felé.A sokkal alaposabb elemzés lehetővé teszi, hogy amásodik főtételt minden zárt rendszer esetére akövetkezőképp általánosítsuk: az entrópia soha nemcsökkenhet. Ha a rendszer tartalmaz egy hűtőgépet,amelyik képes a hidegebb helyről a melegebbre hőtszállítani, akkor az entrópiamérleg elkészítéséhez az egészrendszert figyelembe kell venni, beleértve a hűtőgépműködtetésére fordított energiát is. Ebben az esetbenmindig azt az eredményt kapjuk, hogy a hűtőgépműködtetése során létrehozott entrópia nagyobb, mint a hőhidegebbről melegebb helyre történő szállítása soránbekövetkező entrópiacsökkenés. A természetesrendszerekben, mint például az élőlényeket tartalmazórendszerekben vagy a kristályok kialakulásakor, ugyancsakgyakran előfordulhat, hogy a rendszer egyik részén az

gyakran előfordulhat, hogy a rendszer egyik részén azentrópia csökken, azonban ezt a csökkenést mindigkiegyenlíti az entrópia növekedése, valahol, a rendszermásik részében. Összességében az entrópia soha nemcsökkenhet.Ha a Világegyetem egészét zárt rendszernek tekintjük,azon az alapon, hogy rajta „kívül” semmi nem létezik, akkora termodinamika második főtételéből fontos előrejelzéskövetkezik: a Világegyetem összes entrópiája soha nemcsökken. Ez valójában azt jelenti, hogy az összes entrópiafeltartóztathatatlanul nő. Jó példa erre közvetlen kozmikusszomszédságunkban a Nap, amely szakadatlanul ontjahősugarait a világűr hideg mélységébe. A hő szétterjed aVilágegyetemben, és soha nem tér vissza a Napra: afolyamat tehát látványosan irreverzibilis.Önkéntelenül adódik a kérdés, hogy vajon a Világegyetementrópiája képes-e örökké növekedni. Képzeljünk el egyforró és egy hideg testet, melyeket egy hőszigetelőtartályban egymáshoz érintünk. A hőenergia a meleg testrőla hideg felé áramlik, vagyis a rendszer entrópiája nő, végülazonban a meleg test annyira lehűl, a hideg pedig annyirafölmelegszik, hogy hőmérsékletük azonos lesz. Ekkormegszűnik közöttük a hőáramlás. A tartály belsejében lévőrendszernek mindenütt azonos a hőmérséklete. Ezt amaximális entrópiájú állapotot termodinamikaiegyensúlynak nevezzük.Semmiféle további változás nem várható mindaddig, amíga rendszer a külvilágtól elszigetelt marad. Ha viszont atesteket valamilyen módon megzavarjuk, például úgy, hogya tartályba kívülről további hőt juttatunk be, akkor további

termikus változás következik be, az entrópia pedig addigemelkedik, amíg újabb maximumot ér el.Vajon mit mondanak nekünk ezek a termodinamikaialapgondolatok a csillagászati és kozmológiaiváltozásokról? A Nap és a legtöbb más csillag esetében ahő kifelé áramlása évmilliárdokon keresztül tarthat, forrásaazonban ennek ellenére nem kimeríthetetlen. Aközönséges csillagok belsejében atommagfolyamatoktermelik az energiát. Amint később látni fogjuk, egyszermajd a Nap energiatartalékai is kimerülnek és – hacsakebben más események meg nem akadályozzák –csillagunk lassan addig hűl, amíg hőmérséklete a környezővilágűrével lesz azonos.Bár Hermann von Helmholtz semmit sem tudott azatommag-reakciókról (a Nap hatalmas mennyiségűenergiájának forrása abban az időben még rejtély volt[6]),mégis megértette azt az általános alapelvet, mely szerint aVilágegyetemben minden fizikai tevékenység egy végső,termodinamikai egyensúlyi, azaz maximális entrópiájúállapot felé halad. Ennek elérése után valószínűleg egészenaz örökkévalóságig semmi említésre érdemes eseménynem fog történni. A korabeli termodinamikusok körében eza folyamatosan a termodinamikai egyensúly irányábatörténő csúszás a Világegyetem „hőhalála” néven váltismertté. Azt elismerték, hogy egyes rendszerek külsőzavaroknak köszönhetően újjászülethetnek, azonbandefiníció szerint magára a Világegyetem egészérevonatkoztatva nem létezik a „kívül” fogalma, ezért nem

létezhet olyan külső hatás, amely meg tudná akadályozni amindenen eluralkodó hőhalált.Az a felfedezés, mely szerint a Világegyetem haldoklik, atermodinamika törvényeinek kikerülhetetlenkövetkezménye. Ennek megfelelően természettudósok ésfilozófusok generációira roppant mély benyomást tett.Bertrand Russell például indíttatva érezte magát, hogy a„Miért nem vagyok keresztény?” című könyvében akövetkező borúlátó képet fesse: „Évezredek munkája, azemberi szellem minden önfeláldozása, ihletettsége ésragyogó fényessége arra ítéltetett, hogy a Naprendszerhalálakor elpusztuljon. Az emberiség eredményeinek egésztemplomát elkerülhetetlenül maguk alá temetik arombadőlő Világegyetem törmelékei. Mindez, ha nem iskétségbevonhatatlan, de mégis csaknem bizonyos, olymagától értetődően, hogy ezt tagadó filozófia nem remélhetelfogadtatást. Csakis ezen igazságok felépítményén éscsakis a makacs kétségbeesés szilárd alapján lehet alélek lakhelyét biztonságosan felépíteni.”Sok más szerző a termodinamika második főtételéből ésannak a Világegyetem halálára vonatkozókövetkezményeiből arra a következtetésre jutott, hogy aVilágegyetem cél nélküli és az ember létezése hiábavaló.Erre a kilátástalan helyzetértékelésre a későbbifejezetekben még visszatérünk és akkor azt ismegtárgyaljuk, hogy vajon a tények helyes vagy helytelenértelmezésén alapul-e.A kozmikus hőhalál képének előrevetítése nem csak aVilágegyetem jövőjéről beszél azonban, hanem a múltjára

vonatkozóan is tartalmaz egy fontos következtetést.Nyilvánvaló, hogy ha a Világegyetem leépülésemegállíthatatlanul és véges sebességgel folyik, akkor nemlétezhet öröktől fogva. Ennek az oka egyszerű: ha aVilágegyetem végtelenül öreg lenne, akkor már el kellettvolna pusztulnia. Valami, ami véges sebességgel leépül,nyilvánvalóan nem létezhet öröktől fogva. Más szavakkal: aVilágegyetem létezésének véges idővel ezelőtt kellettkezdődnie.[7]

Említésre méltó tény, hogy a XIX. század tudósai nemtudták kellőképpen magukévá tenni ezt a mélyértelműkövetkeztetést. Annak az elképzelésnek afelbukkanásához, mely szerint a Világegyetem hirtelen, azősrobbanásban született, meg kellett várni az 1920-as évekcsillagászati megfigyeléseit. Láthatjuk azonban, hogytisztán termodinamikai alapon már ennél jóval korábban iskövetkeztetni lehetett volna a Világegyetem meghatározottpillanatban történő születésére.Minthogy azonban ezt a nyilvánvaló lépést elmulasztottákmegtenni, a XIX. század csillagászait zavarba ejtette egykülönleges kozmológiai paradoxon. Az azt megfogalmazónémet csillagászról Olbers-paradoxonnak nevezett állítástulajdonképpen egyszerű, mégis alapvető kérdést tesz fel:miért sötét az éjszakai égbolt?[8]

Első pillanatban a válasz egyszerűnek tűnik. Az éjszakaiégbolt azért sötét, mert a csillagok óriási távolságra vannaktőlünk, és ezért halványnak látszanak. Tételezzük azonbanfel, hogy a tér végtelen. Ebben az esetben minden

bizonnyal a csillagok száma is végtelen. Ha a végtelenszámú, bár halvány csillag fénye összegeződik, azösszességében nem kevés fényt jelent.A végtelen térben többé-kevésbé egyenletesen eloszló,változatlan csillagok együttes fényessége könnyenkiszámítható. A csillagok látszó fényessége a távolságnégyzetével fordított arányban csökken. Ez azt jelenti, hogyugyanaz a csillag kétszer akkora távolságból négyszerhalványabbnak látszik, háromszoros távolságból kilencszerhalványabb, és így tovább. Másrészt viszont minélmesszebbre nézünk, annál több csillagot látunk. Egyszerűgeometriai okoskodással rájöhetünk, hogy mondjuk tőlünkkétszáz fényév távolságra négyszer annyi csillag található,mint száz fényév távolságra, míg a háromszáz fényévtávolságban levő csillagok száma kilencszerese azutóbbinak. A csillagok száma tehát a távolság négyzetévelegyenesen arányos, miközben fényességük ugyanezzelfordítva arányos. Ennek következtében a két hatáskiegyenlíti egymást, ami azt eredményezi, hogy az adotttávolságban lévő összes csillag együttes fényességefüggetlen attól, hogy mekkora ez a távolság. A kétszázfényév távolságban lévő csillagok együttesen ugyanannyifényt sugároznak a Földre, mint az összes száz fényévtávolságban lévő csillag együttesen.Problémát csak az okoz, amikor az összes lehetségestávolságban lévő csillag fényét akarjuk összegezni. Ha aVilágegyetemnek nincs határa, akkor úgy tűnik, hogy aFöldre is végtelen erősségű fénysugárzásnak kelleneérkeznie. Az éjszakai égbolt tehát nemhogy nem lenne

sötét, hanem épp ellenkezőleg, vakítóan fényesen kelleneragyognia!A helyzet valamicskét javul, ha figyelembe vesszük acsillagok véges méretét. Minél távolabb van egy csillag aFöldtől, annál kisebbnek látszik az átmérője. Ha tőlünkpontosan ugyanabban az irányban két csillag fekszik, akkora közelebbi eltakarja a távolabbit. A végtelenVilágegyetemben ez végtelenül sokszor előfordul, ezértnémileg megváltoztatja az előző számításunkvégkövetkeztetését. A Földet elérő sugárzásna így márnem kell végtelenül nagynak lennie, csupán nagyon erős,de véges nagyságúnak, körülbelül olyan erősnek, mintha azegész égbolt a napkorong fényességével ragyogna, és aFöld csak másfél millió kilométer távol lenne a Napfelszínétől. A helyzet roppant kellemetlen lenne, az erőshőhatás következtében a Föld rövid idő alattmaradéktalanul elpárologna.

2.2. ábraOlbers paradoxona. Képzeljünk el egy időben változatlan

Világegyetemet, amelyet mindenütt azonosátlagsűrűséggel véletlenszerűen szétszórt csillagok

népesítenek be. A rajzon feltüntettük azokat a csillagokat,amelyek egy, a Földet körülvevő, vékony gömbhéj

belsejében találhatók. (A héjon kívül fekvő csillagokatnem ábrázoltuk.) A héjban lévő csillagok fénye

hozzáadódik a Földet elérő összes csillagfényhez. Egyadott csillag fényessége a héj sugarának négyzetévelfordítva árányos. A héjban lévő összes csillag száma

ugyanakkor egyenesen arányos a héj sugaránaknégyzetével. Ezért a két hatás kiegyenlíti egymást, azaz a

héj összfényessége független a sugarától. A végtelenVilágegyetemben végtelen sok héj képezhető, így ezek

együttes hatása nyilvánvalóan végtelenül erős sugárzásteredményezne a Föld felszínén.

Az a következtetés, mely szerint a végtelenVilágegyetemnek kozmikus kemencéhez kellenehasonlatosnak lennie, tulajdonképpen a korábban tárgyalttermodinamikai probléma más megfogalmazása. Acsillagok szakadatlanul hőt és fényt ontanak a világűrbe. Eza sugárzás lassanként felhalmozódik az űrben. Ha acsillagok végtelen ideje világítanának, akkor elsőpillanatban úgy tűnik, hogy a felhalmozódott sugárzáserősségének végtelennek kell lennie. A sugárzás egy részeazonban a világűrben utazva véletlenül beleütközhet egymásik csillagba, amely elnyeli azt. (Ez egyenértékű azzal akorábbi feltételezésünkkel, hogy a közelebbi csillagokeltakarják a távoliak fényét.) Ennek következtében asugárzás erőssége csak egy egyensúlyi állapotig nő, amelyegyensúlyban a csillagok pontosan ugyanannyi sugárzást

bocsátanak ki, mint amennyit elnyelnek. Ez atermodinamikai egyensúlyi állapot akkor következik be,amikor a világűrt kitöltő sugárzás hőmérséklete körülbelülakkora lesz, mint a csillagok felszíni hőmérséklete, azaznéhány ezer fok. Eszerint tehát a Világegyetemet néhányezer fok hőmérsékletű sugárzásnak kellene kitöltenie.Ebben az esetben az éjszakai égbolt sem lenne sötét,hanem ennek a hőmérsékletnek megfelelő fényességgelragyogna.Heinrich Olbers megoldást is javasolt a paradoxonára.Tisztában volt azzal, hogy a Világegyetemben sok por vanjelen, ezért arra gondolt, hogy ez az anyag elnyeli acsillagok sugárzásának legnagyobb részét, elsötétítveezáltal az égboltot. Sajnos elképzelése látványos ugyan,mégis alapvetően hibás, az Olbers által elképzelthelyzetben ugyanis végső soron a pornak is fel kelleneforrósodnia, és így az is ugyanolyan fényesen ragyogna,mint az általa elnyelt sugárzás.A paradoxon másik lehetséges feloldása annakfeltételezése, hogy a Világegyetem nem végtelenkiterjedésű. Tételezzük fel, hogy a Világegyetemetrengeteg sok, de véges számú csillag alkotja, vagyis azegész Világegyetem nem más, mint a csillagok hatalmasgyülekezete, amelyet a sötét és végtelen üresség veszkörül. Ebben az esetben a sugárzás legnagyobb részekiáramlana a csillagmentes űrbe és elveszne. Ennek azegyszerű megoldásnak azonban van egy súlyos hibája,amelyet valójában már Isaac Newton jól ismert a XVII.században. A probléma a gravitáció természetével

kapcsolatos. Minden egyes csillag gravitációs vonzást fejtki az összes többire, ezért a társaság minden csillaga arratörekszik, hogy egymás felé közeledjen és atömegközéppontban találkozzanak. Ha a Világegyetemneklenne egy meghatározott középpontja és széle, akkor úgytűnik, hogy önmagába kellene omlania. A magára hagyott,véges és sztatikus Világegyetem instabil és gravitációsösszeomlás áldozatává válik.A gravitáció problémája történetünk egy későbbi pontjánismét fel fog bukkanni. Itt csak azt a zseniális módszertemlítjük meg, amellyel Newton megpróbálta kiküszöbölni aproblémát. Newton úgy érvelt, hogy a Világegyetem csakakkor képes a saját tömegközéppontjába összeomlani, halétezik tömegközéppontja. Ha azonban a Világegyetemvégtelen kiterjedésű és (átlagosan legalábbis)egyenletesen népesítik be a csillagok, akkor nincsközéppontja és nincs széle. Egy kiszemelt csillagot aszomszédai minden irányba ugyanakkora erővel húznak,mintha egy kozmikus kötélhúzó versenyben a kötelekminden irányt behálóznának. Átlagosan az ellentétes irányúvonzóerők kiegyenlítik egymást, így a csillag nem mozdul ela helyéről.Ha tehát elfogadjuk Newton megoldását a magábaroskadó Világegyetem paradoxonára, akkor ismétvisszajutottunk a végtelen Világegyetemhez és ebbőlkövetkezően az Olbers-paradoxonhoz. Úgy tűnik tehát,hogy a két paradoxon közül az egyikkel elkerülhetetlenülszembe kell néznünk.[9] Utólag persze már könnyű okosnaklenni, így találhatunk egy kiskaput a dilemma megoldása

felé vezető úton. Fel kell ugyan tételeznünk, hogy aVilágegyetem NEM végtelen, de nem térben, hiszen ezellentmondásra vezetett, hanem időben. A tüzesen izzóégbolt látomása azért bukkant fel, mert a csillagászokfeltételezték, hogy a Világegyetem időben változatlan, acsillagok is örökkön örökké változatlanok és az időkvégtelen kezdete óta nem csökkenő intenzitássalsugároznak. Ma már azonban tudjuk, hogy mindkét feltevéshibás. Először is – mint hamarosan röviden elmagyarázom– a Világegyetem nem sztatikus, hanem tágul. Másodszor,a csillagok nem tudnak örökké sugározni, mert előbb-utóbbkifogy az üzemanyaguk. Abból a tényből, hogy mostcsillagok ragyognak a fejünk fölött, az következik, hogy aVilágegyetemnek véges idővel ezelőtt kellett keletkeznie.Ha a Világegyetemnek véges kora van, akkor Olbersparadoxona egy csapásra megoldódik. Ha erről megakarunk győződni, vegyük szemügyre egy nagyon távolicsillag esetét. Minthogy a fény véges sebességgel terjed(másodpercenként 300 000 kilométert tesz meg), ezért acsillagot nem olyannak látjuk, amilyen ebben a pillanatban,hanem olyannak, amilyen akkor volt, amikor mostmegérkező fénye elindult felénk. A Betelgeuse nevű fényescsillag például hatszázötven fényév távolságban van tőlünk,ezért most az égboltra pillantva hatszázötven évvel ezelőttiállapotát figyelhetjük meg. Ha a Világegyetem mondjuktízmilliárd évvel ezelőtt keletkezett, akkor a Földtőltízmilliárd fényévnél nagyobb távolságban egyetlen csillagotsem láthatunk. Lehetséges, hogy a Világegyetem térbeli

kiterjedése végtelen, ha azonban a kora véges, akkorsemmiképpen nem láthatunk egy véges távolságnálmesszebbre. Így tehát a véges korú, bár végtelen sokcsillagot tartalmazó rendszer csillagainak együttesfényessége véges, sőt valószínűleg elhanyagolhatóancsekély lesz.Ugyanerre a végkövetkeztetésre juthatunk termodinamikaimegfontolások alapján is. Roppant hosszú időbe telik, mirea csillagok megtöltik az egész teret sugárzással, és asugárzás hőmérséklete eléri a csillagokét, mert rengetegüres tér van a Világegyetemben. Egyszerűen mindeddignem állt rendelkezésre elegendő idő ahhoz, hogy aVilágegyetem mostanra elérje a termodinamikai egyensúlyállapotát.Minden bizonyíték arra utal tehát, hogy a Világegyetemélettartama véges. A múlt egy meghatározott pillanatábanmegszületett, jelenleg vibrálóan aktív, de valamikor ajövőben elkerülhetetlenül bekövetkezik a hőhalál.Mindebből természetesen azonnal egy sor kérdés adódik.Mikor jön el a vég? Milyen lesz? Lassú lesz vagy hirtelen törránk? Elképzelhető-e, hogy a hőhalál elmélet – ahogy ma atudósok vélekednek róla esetleg téves?

3. FEJEZETAz első három perc

A kozmológusok, a történészekhez hasonlóan, tudják,hogy a jövő kulcsát a múltban kell keresni. Az előzőfejezetben elmagyaráztuk, hogyan sugallnak a

fejezetben elmagyaráztuk, hogyan sugallnak atermodinamika törvényei egy korlátozottan hosszúélettartamú Világegyetemet. A tudósok közt ma márcsaknem egyöntetű az az álláspont, mely szerint aVilágegyetem legalább 10, legfeljebb pedig 20 milliárdévvel ezelőtt az ősrobbanással kezdődött, amely eseményegyúttal a Világegyetem további sorsát is megszabta.Ismerve a Világegyetem kezdeti körülményeit ésmegvizsgálva a legősibb korszakában végbemenőfolyamatokat, kritikus nyomokat szedegethetünk össze atávoli jövőre vonatkozóan.A nyugati kultúrába mélyen beleivódott az az elképzelés,hogy a Világegyetem nem létezett öröktől fogva. Bár azókori görög gondolkodók felvetették a Világegyetemörökkévalóságának lehetőségét, mégis az összes jelentősnyugati vallás tanítása értelmében a világot a múlt egymeghatározott pillanatában Isten teremtette.Kényszerítő erejű bizonyítékok szólnak az ősrobbanáselmélete, azaz a Világegyetem hirtelen keletkezése mellett.A legközvetlenebb bizonyítékot a távoli galaxisok fényénekminőségi elemzése szolgáltatja. Az 1920-as évekbenEdwin Hubble amerikai csillagász kollégája, az arizonaiFlagstaff Obszervatóriumban dolgozó és elsősorban acsillagközi gázfelhőkkel foglalkozó Vesto Slipher végtelentürelemmel végzett észlelései alapján megállapította, hogya távoli galaxisok valamivel vörösebbnek látszanak, mint aközeliek.[10] Hubble a Wilson-hegyi 2,5 méteres távcsővelnagyon alaposan megfigyelte ezt a vörösödést, majderedményeit egy grafikonon ábrázolta. Észrevette, hogy a

vörösödés szisztematikus: minél távolabb van tőlünk agalaxis, annál vörösebbnek látszik.A fény színe a hullámhosszával áll kapcsolatban. A fehérfény színképében a rövid hullámhosszú végén a kék színt, ahosszú hullámhosszú szélén a vöröset látjuk. A távoligalaxisok vörösödése azt jelenti, hogy a róluk érkező fényhullámhossza valamiképpen megnő. Nagyon sok galaxisesetében pontosan meghatározva a legjellegzetesebbszínképvonalak helyét, Hubble bizonyítani tudta a jelenséglétezését.[11] Felvetette, hogy a fényhullámok megnyúlásaesetleg az egész Világegyetem tágulásának lehet akövetkezménye. Ezzel a történelmi jelentőségűmegállapításával Edwin Hubble lefektette a modernkozmológia alapjait.A táguló Világegyetem természete sokakat zavarba ejt. AFöldről nézve úgy tűnik, mintha a távoli galaxisok mindtőlünk távolodnának. Ez azonban nem jelenti azt, hogy aFöld a Világegyetem középpontja, a tágulás átlagos képeugyanis szerte a Világegyetemben mindenütt ugyanolyan.Minden egyes galaxis, vagy pontosabban mindengalaxishalmaz minden másiktól távolodik. Az egészfolyamatot leginkább úgy lehet elképzelni, mintha maga agalaxishalmazok közötti tér tágulna vagy nyúlna meg, nempedig úgy, mintha a galaxishalmazok valamilyen abszolúttérben távolodnának egymástól.Első pillanatban meglepőnek tűnhet az a tény, hogy a térmegnyúlik, a tudósok azonban már 1916 ótabarátkozhatnak ezzel a fogalommal, akkor tette ugyanisközzé Einstein az általános relativitáselméletet. Az elmélet

közzé Einstein az általános relativitáselméletet. Az elméletértelmében a gravitáció nem egyéb, mint a tér (illetveegészen pontosan fogalmazva a téridő) görbültségénekmegnyilvánulása. Bizonyos értelemben a tér rugalmasszerkezetű, amely a benne található anyag gravitációstulajdonságaitól függő módon meghajolhat vagymegnyúlhat. Ezt az elképzelést a megfigyelések soratámasztja alá.A táguló tér fogalmának alapgondolatát egy egyszerűhasonlat segítségével érthetjük meg a legkönnyebben.Képzeljünk el egy csomó, a galaxishalmazokat jelképezőgombot, amelyeket egy rugalmas szálra fűztünk fel. Ezutánképzeljük el, hogy a végeit meghúzva megnyújtjuk a szálat.A gombok mindegyike távolabbra kerül az összes többitől.Bármelyik gombot is szemeljük ki, a szomszédos gomboktávolodni fognak tőle. Mindamellett, a tágulás mindenüttugyanolyan: nincs kitüntetett középpont. Természetesentalálhatunk egy olyan gombot, amelyik pontosan a gumiszálközepén helyezkedik el, ennek azonban a tágulás egészeszempontjából nincs jelentősége. Ezt a jelentéktelenproblémát úgy küszöbölhetjük ki legegyszerűbben, hogy agombokat tartó rugalmas szálat végtelen hosszúra vagy köralakúra választjuk.

3.1. ábraA táguló Világegyetem egydimenziós modellje. A

gombok a galaxishalmazoknak, a rugalmas szál pedigmagának a térnek felel meg. Amikor a gumiszálatmegnyújtjuk, a gombok eltávolodnak egymástól. A

megnyúlás következtében nagyobb lesz a húr menténterjedő hullámok hullámhossza. Ez megfelel a Hubbleáltal felfedezett kozmikus vöröseltolódás jelenségének.

Bármely kiválasztott gombról nézve a legközelebbiszomszédok fele olyan gyorsan látszanak távolodni, mint akövetkező szomszédok, és így tovább. Minél messzebbtalálható valamely gomb a kiválasztottól, annál gyorsabbantávolodik. Az ilyen fajta tágulás roppant fontos jellemzője,hogy a távolodási sebesség arányos a távolsággal. Eszemléletes kép birtokában már könnyen el tudjuk képzelnia táguló Világegyetemben a gombok azaz agalaxishalmazok között haladó fénysugarakat. A hullámoka térrel együtt megnyúlnak. Ez magyarázatot ad akozmológiai vöröseltolódásra.[12] Hubble megállapította,hogy a vöröseltolódás mértéke arányos a távolsággal,pontosan ugyanúgy, ahogy azt az előző, egyszerű,szemléletes modellünkön bemutattuk.Ha a Világegyetem tágul, akkor a múltban kisebbnek kellettlennie. Hubble megfigyelései és az azóta elvégzett mégpontosabb mérések lehetővé tették a tágulássebességének pontos megmérését. Ha le tudnánk játszanivisszafelé a kozmikus törénetet, akkor azt látnánk, hogyvalamikor a nagyon távoli múltban az összes galaxisegyesül egymással. A tágulás jelenlegi üteménekismeretében ki tudjuk számítani, hogy ez az egyesülés sokmilliárd évvel ezelőtt állhatott fenn. Nehéz azonban a pontosidőpontot meghatározni, két okból is. Egyrészt maguk amérések számos hibával terheltek, így nehéz pontos

eredményeket kapni. Bár a legkorszerűbb távcsövekkeljelentős számú galaxist vizsgáltak meg nagyon alaposan, atágulás sebességét még mindig csak egy kétszeres szorzóbizonytalanságával ismerjük, ezért tényleges értéke élénktudományos viták tárgya.

3.2. ábraA Világegyetem tágulásának üteme megközelítőleg abemutatott módon folyamatosan csökken. Ebben az

egyszerű modellben a nullával jelölt pontban a tágulássebessége végtelenül nagy. Ez a pont felel meg az

ősrobbanásnak.Másrészt, a Világegyetem tágulásának sebessége nem

állandó az időben. Ez a galaxisok és a Világegyetemetalkotó minden anyag- és energiafajta között hatógravitációnak köszönhető. A gravitáció fékezi a galaxisokkifelé tartó száguldását. Következésképpen a tágulásüteme az idő múlásával egyre lassul. Ebből tehát azkövetkezik, hogy valaha a Világegyetemnek a mamegfigyelhetőnél nagyobb sebességgel kellett tágulnia. Haa Világegyetem egy kiválasztott tartományának a méretétaz idő függvényében ábrázoljuk, akkor a 3.2. ábrán láthatóvagy ahhoz hasonló görbét kapunk eredményül. A görbéről

leolvasható, hogy a Világegyetem tágulása egy roppantmértékben összepréselt állapotból, nagy sebességgelindult. Ezután az idő múlásával arányosan a Világegyetemtérfogata egyre nőtt, miközben benne az anyag sűrűségeegyre csökkent. Ha a görbét egészen a rajzon 0-val jelöltkiinduló pontig követjük visszafelé, akkor az az érzésünktámad, mintha a Világegyetem tágulása egy zéruskiterjedésű állapotból, végtelen nagy sebességgelkezdődött volna. Más szavakkal, a ma megfigyelhetőgalaxisokat alkotó anyag tágulása egyetlen pontból,robbanásszerű hevességgel indult. Ez az úgynevezettősrobbanás erőteljesen leegyszerűsített leírása.De vajon jogunk van-e az eseményeket a görbe menténegészen a kezdet kezdetéig extrapolálni? Sok kozmológusazon az állásponton van, hogy igen. Ha az előző fejezetbenrészletesen tárgyalt okokból kifolyólag feltételezzük, hogy aVilágegyetem történetének kellett hogy legyen valamilyenkezdőpontja, akkor természetesen ez a kezdet megfelel azősrobbanásról alkotott képünknek. Ha viszont ez így van,akkor a görbe sokkal többről árulkodik, mint egy pusztarobbanásról. Emlékezzünk vissza, hogy a diagramonmagának a térnek a tágulását ábrázoltuk, ezért a nullatérfogat nem egyszerűen csak azt jelenti, hogy az anyagvégtelenül sűrű állapotba volt összepréselve, hanem azt is,hogy maga a tér volt semmivé összenyomva. Másszavakkal kifejezve, az ősrobbanás egyaránt jelentettemagának a térnek, valamint az anyagnak és az energiánaka kezdetét is. A legfontosabb arra rámutatnunk, hogy e képértelmében nem beszélhetünk valamilyen, az ősrobbanás

előtt is létező űrről, amelyben az ősrobbanásbekövetkezett.Ugyanez az alapötlet vonatkozik az időre is. Az anyagvégtelen sűrűségű és a tér végtelenül összepréselt állapotahatárt jelent az időben is. Ennek az az oka, hogy agravitáció az időt és a teret egyaránt megnyújtja. Ezugyancsak Einstein általános relativitáselméleténekkövetkezménye, amelyet kísérletileg közvetlenül isellenőriztek. Az ősrobbanás idején uralkodó fizikaiállapotokból az idő végtelen mérvű torzulása következik,vagyis az idő (és a tér) szűkebb értelemben vett fogalmanem extrapolálható az ősrobbanás előtti időre. Mindenbizonnyal arra a végkövetkeztetésre kényszerülünk, hogy azősrobbanás minden fizikai létező, a tér, az idő, az anyag ésaz energia számára a kezdet kezdetét jelentette.Nyilvánvalóan értelmetlen dolog tehát feltenni azt a kérdést(amelyet ennek ellenére jónéhányan fel szoktak tenni), hogymi történt az ősrobbanás előtt[13], vagy hogy minek ahatására következett be az ősrobbanás. Az ősrobbanáselőtt egyszerűen semmi sem létezett. Márpedig ahol nemlétezik az idő, ott nem létezhet a szó megszokottértelmében vett okság sem.Ha az ősrobbanás-elmélet a Világegyetem eredetérevonatkozó furcsa következményeivel kizárólag aVilágegyetem tágulásának megfigyelésén alapulna, akkorvalószínűleg a legtöbb kozmológus elvetné az elméletet. Azelmélet azonban jelentős megfigyelési támogatást kapott1965-ben, amikor felfedezték, hogy az egész

Világegyetem a hőmérsékleti sugárzás tengerében úszik.Ez a sugárzás az égbolt minden irányából azonoserősséggel érkezik felénk. Különlegessége, hogy ez asugárzás a Világegyetem történetének legkorábbi, igenrövid szakaszától eltekintve, háborítatlanul halad a térben.Így megfigyelése révén valamiféle pillanatfelvételtkaphatunk az ősrobbanást követően uralkodó fizikaiviszonyokról. A hősugárzás színképe pontosan megfelelazon sugárzás intenzitás-eloszlásának, amelyet egyhőmérsékleti egyensúlyban lévő kemence belsejébenfigyelhetünk meg. Az ilyen tulajdonságokkal rendelkezősugárzást a fizikusok feketetest-sugárzásnak nevezik.Ebből tehát arra kell következtetnünk, hogy az ősiVilágegyetem a hőmérsékleti egyensúly állapotában volt,méghozzá oly módon, hogy a hőmérséklet mindenrészében azonos volt.[14]

A háttérsugárzásra vonatkozó mérésekből kiderült, hogy asugárzás hőmérséklete mintegy három fokkal magasabbaz abszolút nulla foknál (azaz -273 C-nál), de a hőmérsékletidőben lassan változik. Tágulásával együtt a Világegyetemlassan hűl, méghozzá roppant egyszerű szabályszerűségetkövetve: ha megkétszereződik a sugara[15], akkorhőmérséklete felére csökken. A háttérsugárzás hűlésefizikailag ugyanaz a folyamat, mint a galaxisok színképébenmegfigyelhető vöröseltolódás, ugyanis a hősugárzás és afény egyaránt az elektromágneses sugárzások egy-egyfajtája, ami azt jelenti, hogy a Világegyetem tágulásánakmegfelelően a hősugárzás hullámhossza is megnyúlik. A

alacsony hőmérsékletű testek sugárzása átlagosanhosszabb hullámokból áll, mint a forróbb testek sugárzása.A filmet gondolatban ismét visszafelé pergetve azttapasztaljuk, hogy a múltban a Világegyetemnek sokkalsűrűbbnek kellett lennie. Maga a sugárzás az ősrobbanásután mintegy 300 000 évvel keletkezett, amikorra aVilágegyetem hőmérséklete körülbelül 4000 C-ra hűlt.Ennél korábban a főként hidrogénből álló ősi gáz ionizáltplazma volt, és ezért átlátszatlan volt az elektromágnesessugárzás számára. A hőmérséklet csökkenésével aplazma átalakult közönséges (nem ionizált) hidrogéngázzá,amely viszont átlátszó, így abban a sugárzás mindenirányban szabadon terjedhet.A háttérsugárzást nem csak az jellemzi, hogy színképemegegyezik a feketetest-sugárzáséval, hanem az is, hogyhőmérséklete az égbolt minden irányában nagypontossággal azonos. A sugárzás hőmérséklete az égboltkülönböző irányai felé mérve kevesebb, mint egy százezredrésznyi eltérést mutat. Ez a simaság azt jelzi, hogy aVilágegyetemnek nagy léptékben figyelemre méltóanhomogénnek kell lennie, minthogy az anyag bármelyszisztematikus csomósodása a tér egy tartományábanvagy egy meghatározott irányban hőmérsékletváltozáskéntmutatkozna meg. Másrészt viszont tisztában vagyunk azzal,hogy a Világegyetem nem teljesen homogén. Az anyaggalaxisokba tömörül, a galaxisok rendszerintgalaxishalmazokat alkotnak. Ezek a halmazok viszontszuperhalmazokba rendeződnek. Sok millió fényévesléptékkel vizsgálva a Világegyetemet azt látjuk, hogy

jellegzetes, habos szerkezetet mutat: a galaxisokból állóleplek és szálak óriási üregeket fognak közre.A Világegyetem nagy léptékű csomósságának egy sokkalegyenletesebb anyageloszlású kiinduló állapotból kellettkialakulnia. Bár a csomósodásért különböző fizikaifolyamatok lehetnek felelősek, legnyilvánvalóbbmagyarázatnak a lassú gravitációs vonzás tűnik. Ha azősrobbanás-elmélet helyes, akkor a kozmikusháttérsugárzásban megőrződve meg kell találnunk ennek akezdeti csomósodási folyamatnak a nyomait. 1992-ben aNASA COBE nevű műholdja (Cosmic BackgroundExplorer, kozmikus háttérsugárzást kutató) felfedezte, hogya sugárzás nem tökéletesen egyenletes, hanemfélreismerhetetlen hullámzásokat, azazintenzitásváltozásokat tartalmaz. Úgy tűnik, hogy ezek aparányi szabálytalanságok a szuperhalmazok kialakulásifolyamatának a szelíd kezdetei. A sugárzás évmilliárdokonkeresztül hűen megőrizte az ősi csomósodás nyomait ésszemmel láthatóan igazolja, hogy a Világegyetem nemmindig szerveződött a maihoz hasonló jellegzetes módon.Az anyag galaxisokba és csillagokba történőtömörülésének mélyreható folyamata a Világegyetemcsaknem tökéletesen egyenletes állapotában kezdődöttmeg.Végül, de nem utolsósorban létezik még egy fontos, aVilágegyetem forró eredete mellett szóló bizonyíték.Ismerve a háttérsugárzás jelenlegi hőmérsékletét, könnyenkiszámíthatjuk, hogy a Világegyetem hőmérséklete egymásodperccel a tágulás kezdete után mintegy tíz milliárd

fok lehetett. Ez azonban még ahhoz is túlságosan forró,hogy összetett atommagok létezni tudjanak. Abban azidőben tehát az anyag csak legalapvetőbb elemiösszetevőire lebomolva létezhetett, azaz protonok,neutronok és elektronok keverékeként. Ahogy ez az elemirészecskékből álló sűrű leves hűlt, lehetővé váltak bizonyosatommagreakciók. A neutronok és a protonok különöselőszeretettel tapadtak egymáshoz, hogy ezen párokegymáshoz kapcsolódása később létrehozza a héliumnevű elem atommagjait. A számítások szerint ezek azatommagreakciók mintegy három percen keresztülfolyhattak – innen ered Steven Weinberg híres könyvének acíme is. Ez alatt a három perc alatt a jelen lévő anyagmintegy negyed része alakult át héliummá. A folyamatgyakorlatilag az összes rendelkezésre álló neutrontelfogyasztotta, és beépítette a hélium magokba. Amagányosan maradt protonok, amelyek nem találtak ráhárom perc alatt neutron-társukra, a hidrogénatommagokat alkották. Eszerint az elméletből levonható aza következtetés, hogy a Világegyetemnek mintegy 75százalék hidrogént és 25 százalék héliumot kelltartalmaznia. Ezek a számok nagyon pontosan egyeznek akozmikus elemgyakoriságra vonatkozó legkorszerűbbmegfigyelések, mérések eredményeivel.[16] Az ősimagreakciók valószínűleg nagyon kis mennyiségben bár,de deutériumot, hélium-3-at és lítiumot is előállítottak. Anehezebb elemek azonban, amelyek együttesen is csupána Világegyetem anyagának kevesebb, mint egy százalékátteszik ki, nem jöhettek létre az ősrobbanás során. Ezek az

elemek sokkal később, a csillagok belsejében, a 4.fejezetben részletesen tárgyalandó módon keletkeztek.Mindent összevetve megállapítható, hogy a Világegyetemtágulása, a kozmikus háttérsugárzás és a kémiai elemekmegfigyelt gyakorisága hathatós bizonyítékokat jelentenekaz ősrobbanás-elmélet mellett. Mindamellett számosmegválaszolatlan kérdés is maradt. Miért éppen amegfigyelt sebességgel tágul például a Világegyetem,azaz más szavakkal, miért olyan erejű volt az ősrobbanás,amekkora volt. Miért volt a korai Világegyetem hihetetlenülhomogén és egyforma a tér minden irányába nézve?Honnan erednek a COBE műhold által felfedezett parányisűrűségingadozások, amelyek oly nagy szerephez jutottaka galaxisok és a galaxishalmazok keletkezésénekfolyamatában?Az elmúlt években a kutatók óriási erőfeszítéseket tettek,hogy az ősrobbanás-elméletet a nagy energiájúrészecskefizika legújabb eredményeivel kombinálvamegoldják ezeket az újabb rejtélyeket. Hangsúlyozniszeretném, hogy ez az „új kozmológia” sokkal kevésbészilárd tudományos alapokon nyugszik, mint az eddigtárgyalt témák. Arról van ugyanis szó, hogy az itt szereplőrészecskefizikai folyamatok energiája sokkal nagyobbannál, amit közvetlenül meg lehet figyelni, ráadásulmindezek a folyamatok a Világegyetem születését követőelső másodperc parányi törtrésze alatt játszódtak le. Abbanaz időben a fizikai viszonyok minden bizonnyal olyanszélsőségesek voltak, hogy leírásukra az egyetlen jelenlegrendelkezésre álló segédeszközünk a tisztán elméleti

alapokon nyugvó matematikai modellezés.Az új kozmológia főszereplője a felfúvódásnak nevezettfolyamat.[17] Az elmélet alapötlete értelmében valamikor azelső másodperc parányi törtrészekor a korai Világegyetemmérete hirtelen, ugrásszerűen megnőtt, vagyis aVilágegyetem korábbi méretének sokszorosára fúvódottfel. Ha meg akarjuk érteni, mit is jelent ez, vegyükszemügyre ismét a 3.2. ábrát. Az ábrán látható görbeemelkedik ugyan, de eközben mindig lefelé hajlik, ami aztjelenti, hogy a tér adott tartományának méretefolyamatosan nő, azonban egyre csökkenő sebességgel.Ezzel szemben a felfúvódás időszakában a tágulás ütemeténylegesen felgyorsul. A helyzetet – nem méretarányosan– a 3.3. ábrán vázoltuk fel. Kezdetben a tágulás lassul,azonban a felfúvódás kezdetén hirtelen felgyorsul és agörbe rövid időre szinte az égbe tör. Ezt követően azonbanhamarosan visszaáll a korábbi lassuló tendencia, eközbenazonban a kiszemelt térbeli tartomány mérete (a rajzonábrázoltnál sokkal nagyobb mértékben) soknagyságrenddel megnő a 3.2. ábra görbéjének azonospontjához tartozó mérethez viszonyítva.

3.3. ábra

A felfúvódó modell. Ezen elképzelés szerint aVilágegyetem méretében jelentős és hirtelen, ugrásszerű

változás következik be, nagyon rövid idővel azősrobbanással történő keletkezés után. A függőleges

tengely beosztását rendkívül nagymértékbenösszezsugorítottuk. A felfúvódó szakaszt követően a

tágulás a normális, csökkenő sebességű módonfolytatódik, hasonlóan a 3.2. ábrán megfigyelhető képhez.

Miért viselkedik vajon ilyen furcsán a Világegyetem?Emlékezzünk vissza arra, hogy a görbe lefelé hajlását (azaza tágulás lassulását) a tágulást fékező gravitációs vonzásokozza. A görbe felfelé ívelését ezért valamiféleantigravitáció vagy taszító hatás fellépésénekeredményeként foghatjuk fel, ami a Világegyetemméretének egyre gyorsabb és gyorsabb üteműnövekedését eredményezi. Bár az antigravitációmeglehetősen szokatlan lehetőségnek tűnik, egyes újabbelméletek felvetik, hogy egy ilyen hatás felléphetett, amikora nagyon korai Világegyetemben roppant szélsőségeshőmérsékleti és sűrűségviszonyok uralkodtak.Mielőtt részletesen elmondanám, hogyan történt mindez,megmagyarázom, miért segít a felfúvódási szakasz azimént felsorolt kozmikus rejtélyek megoldásában.Mindenekelőtt, a rohamléptékű tágulás meggyőzőenszámot ad arról, hogy miért volt a Nagy Bumm olyan nagy.Az antigravitációs hatás instabil, azaz megszaladófolyamat, amelynek eredményeképpen a Világegyetemmérete exponenciális ütemben nő. Matematikailag ez azt

jelenti, hogy adott idő alatt a tér meghatározotttartományának a mérete mindig kétszeresére nő. Nevezzükezt az időtartamot egy szempillantásnak. Két szempillantásalatt a méret négyszeresére nő, három szempillantás alattmegnyolcszorozódik, tíz szempillantás elteltével pedig azeredeti méretéhez képest már több, mint ezerszereséretágult. A számítások szerint a felfúvódási szakasz végén atágulás sebessége összhangban van a ma megfigyelttel.(A 6. fejezetben sokkal részletesebben is meg fogommagyarázni, mit értek ezen.)A méret ugrásszerű növekedése a felfúvódáskövetkeztében azonnal egyszerű magyarázatot kínál anagyfokú kozmikus uniformitásra. A tér megnyúlásakisimítja a kezdeti egyenetlenségeket, ugyanúgy, ahogy aléggömb ráncai is eltűnnek, mihelyt felfújjuk.Hasonlóképpen, előfordulhatott, hogy kezdetben a tágulása különböző irányokban nem azonos sebességgel mentvégbe, azonban a minden irányban egyenleteshevességgel végbemenő felfúvódás hamarosan kiegyenlítiezeket a különbségeket. Végül, a COBE által felfedezettkicsiny irregularitások annak tudhatók be, hogy afelfúvódás nem fejeződhet be mindenütt pontosanugyanabban a pillanatban (ennek okait rövidesenmegismerjük), ezért egyes tartományok valamivel nagyobbmértékben fúvódnak fel, mint mások, ami enyhesűrűségingadozásokat okoz.Nézzünk meg néhány számértéket is! A felfúvódó elméletlegegyszerűbb változatában a felfúvó (antigravitációs)hatás elképesztően erősnek bizonyul, ugyanis nagyjából

száz billiomod-billiomod-billiomod (10-34 másodpercenkéntmegkétszereződik a Világegyetem mérete. Ez a csaknemvégtelenül kicsiny időtartam az, amelyet az iméntszempillantásnyinak neveztünk. Nem kell hozzá több, mintcsupán száz szempillantásnyi idő, és egy atommagnagyságú térfogat csaknem egy fényév átmérőjűre fúvódikfel. Ez bőségesen elegendő ahhoz, hogy a felsoroltkozmológiai rejtélyeket meg tudjuk oldani.A részecskefizikai elméletek segítségét igénybe véveszámos olyan lehetséges mechanizmust sikerült felfedezni,amelyek a felfúvódó viselkedést eredményezhetik.Mindezek a mechanizmusok felhasználják a kvantumfizikaivákuum fogalmát. Ha részleteiben is meg akarjuk érteni,miről is van itt szó, előbb meg kell ismerkednünk akvantummechanika néhány alapfogalmával. Akvantummechanika az elektromágneses sugárzások,például a hő és a fény tulajdonságainak felfedezésévelvette kezdetét. Bár ezek a sugárzások hullámokformájában terjednek a térben, mindamellett néha úgyviselkednek, mintha részecskékből állnának. Nevezetesen,a fény kibocsátása és elnyelése kicsiny energiacsomagok(az úgynevezett kvantumok) formájában megy végbe. Azelektromágneses sugárzások esetében ezeket azenergiacsomagokat fotonoknak nevezzük. A részecske- éshullámtulajdonságok eme különös ötvözetéről, amelyetrészecske-hullám kettősségnek (dualizmusnak) is szoktaknevezni, kiderült, hogy az atomi és a szubatomi szintenminden fizikai létezőre érvényes. Így például a közönségeskörülmények között részecskéknek tekintett dolgokról,

körülmények között részecskéknek tekintett dolgokról,például az elektronokról, a protonokról és a neutronokról,sőt, magukról az atomokról is kiderült, hogy bizonyos fizikaikörülmények közepette hullámokra jellemző tulajdonságaikvannak.Az egész kvantumelmélet kulcsfontosságú tétele WernerHeisenberg határozatlansági relációja, amely szerint akvantumfizika törvényszerűségeinek engedelmeskedőobjektumok fizikai tulajdonságai nem rendelkezhetnek jólmeghatározott értékekkel. Egy elektron esetében példáulnem határozhatjuk meg egyidejűleg tetszés szerintipontossággal a helyét és az impulzusát. Ugyanígy nemhatározható meg egy pontosan megadott időpontban azelemi részecskék energiája. Esetünkben minketmindenekelőtt az energia meghatározhatóságának abizonytalansága érdekel. Míg a mérnökök makroszkopikusvilágában az energia mindig megmarad (vagyis nemkeletkezhet és nem szűnhet meg), az elemi részecskékkvantumfizikai törvényeknek engedelmeskedő világában eza tétel csak bizonyos feltételekkel érvényes. Az energianagysága egyik pillanatról a másikra, spontán éselőrejelezhetetlen módon megváltozhat. Minél rövidebb avizsgált időtartam, annál nagyobbak lehetnek ezek avéletlenszerű, kvantumfizikai eredetű ingadozások(fluktuációk). A részecske tulajdonképpen energiát tudkölcsönkérni a semmiből, feltéve, hogy azonnal visszafizeti.Heisenberg határozatlansági relációjának pontosmatematikai megfogalmazásából kiderül, hogy a nagyenergiakölcsönöket nagyon gyorsan vissza kell adni, míg akisebb adagok visszafizetése kevésbé sürgős.

kisebb adagok visszafizetése kevésbé sürgős.Az energia kvantumfizikai bizonytalanságának számosszokatlan következménye van. Az egyik ezek közül az, hogyvalamely részecske – mondjuk egy foton – hirtelen, egyikpillanatról a másikra a semmiből is létrejöhet. Ennekegyetlen feltétele, hogy a fotonnak, amilyen gyorsankeletkezett, ugyanolyan hirtelen semmivé kell válnia. Ezek arészecskék kölcsönvett energiából születnek, ezértlétezésük időtartamát is csak kölcsönkapják. Nem látjukőket, mert feltűnésük csak egy röpke pillanatig tart, aztazonban tudnunk kell, hogy abban a térben, amitközönségesen üresnek nevezünk, tömegével nyüzsögnekaz ilyen átmenetileg létező részecskék, méghozzá nemcsak fotonok, hanem elektronok, protonok és más egyebekis. Annak érdekében, hogy megkülönböztethessük ezeketaz átmeneti részecskéket a közismert, tartósan létezőektől,az előbbieket virtuális részecskéknek, míg az utóbbiakatreálisaknak szoktuk nevezni.Átmeneti természetüktől eltekintve a virtuális részecskékminden tulajdonsága megegyezik a megfelelő reálisrészecskékével. Valójában, ha egy rendszerbe valahonnankívülről elegendő energiát viszünk be ahhoz, hogy azkiegyenlítse a Heisenberg-féle energiakölcsönt, akkor avirtuális részecske reálissá válhat. Ettől kezdvemegkülönböztethetetlen lesz a vele azonos fajtájú, többireális részecskétől. A virtuális elektron például átlagosanmindössze 10-21 másodpercig képes létezni. Rövid életealatt azonban nem marad nyugalomban, hanem 10-11

centiméter utat tehet meg, mielőtt eltűnik

(összehasonlításképp: egy atom átmérője körülbelül 10-8

centiméter[18]). Ha ezen rövid idő alatt a virtuális elektronenergiát vesz fel (mondjuk az elektromágneses térből),akkor nem kell eltűnnie, hanem közönséges elektronkéntfolytathatja létezését.Bár nem látjuk őket, mégis tudunk róluk, tudjuk, hogyvalójában ott vannak az üres térben, mert ezek arészecskék otthagyják létezésük kimutatható nyomát. Avirtuális fotonok egyik hatása például az, hogy kicsinyeltolódást okoznak az atomok energiaszintjeiben.Hasonlóan parányi változást okoznak az elektronokmágneses momentumában. Ezek a kicsiny, defigyelemreméltó változások a modern, laboratóriumiszínképelemzés eszközeivel és módszereivel nagyonpontosan kimérhetők.A kvantumfizikai vákuum fentebb vázolt egyszerű képenémileg módosul, ha figyelembe vesszük azt a tényt, hogyaz elemi részecskék általában nem képesek szabadonmozogni, hanem attól függően, hogy milyen részecskérőlvan szó, különböző erők hatásának kitéve végzikmozgásukat. Ezek ez erők a megfelelő virtuális részecskékközt is hatnak. Ezért előfordulhat, hogy a vákuumnak egynéltöbbféle állapota létezik. Számos különbözőkvantumállapot létezésének lehetősége megszokott dologa kvantumfizikában – a legismertebb példát erre az atomokkülönböző energiaszintjei szolgáltatják. Az atommag körültartózkodó elektron bizonyos, jól meghatározott állapotokvalamelyikében lehet, mely állapotok mindegyikéhez

meghatározott energia tartozik. A legalsó energiaszintetalapállapotnak nevezzük. Az alapállapot stabil, míg azösszes ennél magasabb energiájú, úgynevezett gerjesztettállapot instabil. Ha egy elektront magasabbenergiaállapotba lökünk, akkor az egy vagy több ugrássalvisszajut az alapállapotba. A gerjesztett állapot jólmeghatározott felezési idővel „elbomlik”.Hasonló alapelvek alkalmazhatók a vákuumra is, amelynekszintén lehet egy vagy több gerjesztett állapota. Ezeknek azállapotoknak nagyon különböző energiáik lehetnek, bárennek ellenére ténylegesen azonosaknak, azaz üresneklátszanak. A legkisebb energiájú, azaz alapállapotot néhavalódi vákuumnak nevezik, ez ugyanis a stabil állapot, ésfeltételezhetően az egyetlen olyan, amelyik megfelel a mamegfigyelhető Világegyetem üres tartományainak.[19] Agerjesztett vákuumot hamis vákuumnak is szokás nevezni.Hangsúlyoznunk kell, hogy a hamis vákuumok tisztánelméleti konstrukciók, melyek sajátosságai nagymértékbenfüggnek attól, hogy milyen elméletet használunk. Ezek ahamis vákuumok azonban természetes módon bukkannakfel minden olyan modern elméletben, amelyek egyesíteniakarják a természet négy alapvető kölcsönhatását: amindennapi életből is jól ismert gravitációt éselektromágnességet, valamint két rövid hatótávolságúmagerőt, az úgynevezett erős és gyenge kölcsönhatást.Valaha ez a felsorolás még hosszabb is lehetett volna,hiszen egykor még az elektromosságot és a mágnességetis egymástól független jelenségekként kezelték.Az egyesítés folyamata a XIX. század elején kezdődött, és

az utóbbi évtizedekben új lendületet vett. Ma már tudjuk,hogy az elektromágnesség és a gyenge magerők közöttnagyon szoros a kapcsolat, így ezek egyetlen, úgynevezett„elektrogyenge” kölcsönhatássá kapcsolhatók össze. Sokfizikus véleménye szerint az erős kölcsönhatásról is előbb-utóbb ki fog derülni, hogy szerves kapcsolatban áll azelektrogyenge kölcsönhatással, így a nagy egyesítést célulkitűző elméletek ilyen vagy olyan formában ezeket isegyesíteni lesznek majd képesek. Az sincs kizárva, hogy azelméleti fizika fejlődésének egy későbbi szintjén majd minda négy természeti kölcsönhatást egyetlen, egységes képbefoglalva sikerül majd leírni.A felfúvódás mechanizmusának magyarázatára alegígéretesebb előrejelzést a különböző nagy egyesítésielméletek adják. Ezen elméletek kulcsfontosságú tételeértelmében a hamis vákuumállapotok energiájaelképesztően nagy: egy köbcentiméternyi tér átlagosan1087 joule energiát tartalmaz. Egy ilyen állapot még egycsupán atomnyi térfogatban is 1062 joule energiáttartalmazna. Hasonlítsuk össze ezt azzal a soványka 10-18

joulelal, amellyel egy gerjesztett atom rendelkezik. A valódivákuum gerjesztéséhez tehát roppant mennyiségűenergiára lenne szükség, ezért jelenleg sehol aVilágegyetemben nem számíthatunk arra, hogy hamisvákuummal találkozzunk. Ugyanakkor viszont azősrobbanás környékén uralkodó szélsőséges fizikaiviszonyok közepette ezek a számok nem is tűnnek olyanijesztőnek.

A hamis vákuumállapotokhoz tartozó óriási mennyiségűenergia rendkívül erős gravitációs hatást fejt ki. Ennek azaz oka, hogy Einstein általános relativitáselméleteértelmében az energia egyenértékű a tömeggel, ezért azenergia éppúgy gravitációs hatást fejt ki, mint aközönséges tömeg. A kvantumfizikai vákuum roppantenergiája – szó szerint! – felettébb vonzó lehet aszámunkra, egyetlen köbcentiméternyi hamis vákuumenergiája ugyanis 1064 tonna tömeggel egyenértékű, amelysokkal több, mint a ma megfigyelhető egész Világegyetem1050 tonnányi tömege. Ez az irdatlan gravitáció nem segítielő a felfúvódást, hiszen ahhoz éppenséggel valamiféleantigravitációra van szükség. A hamis vákuum energiájaazonban együtt jár a hamis vákuum hasonlóan óriásinyomásával, márpedig pontosan ez a nyomás jelenti amegoldás kulcsát. Közönséges körülmények közteszünkbe sem jut, hogy a nyomás is gravitációs hatást fejtki, azonban ez így van.[20] Bár a nyomás kifelé hatómechanikai erőt jelent, ugyanakkor együtt jár egy befeléirányuló gravitációs vonzással. A jól ismert testek esetébennyomásuk gravitációs hatása elhanyagolhatóan csekély atestek tömege által kifejtett tömegvonzáshoz képest.Testünknek a Föld felszínén mért súlyának például csupánegy milliárdod része az, ami a Föld belső nyomásábólszármazik. Mindamellett, a nyomás gravitációs hatásavalós, létező jelenség. Olyan rendszerekben, ahol anyomás értéke szélsőségesen nagy lehet, a nyomásgravitációs hatása megközelítheti vagy felül is múlhatja a

tömeg hatásából származó gravitációt.A hamis vákuum esetében az óriási mennyiségű energiaés a hatalmas nyomás egyaránt jelen van, így ezek a fizikaimenynyiségek versengnek azért, hogy melyikük gravitációshatása lesz döntő. A kritikus tulajdonság azonban az, hogya nyomás értéke negatív. A hamis vákuum nyomása nemkifelé tolja a dolgokat, hanem befelé szippantja. A negatívnyomás természetesen negatív gravitációs hatást hoz létre,a m i t antigravitációnak nevezhetünk. A hamis vákuumgravitációs hatása tehát két részből tevődik össze, azenergiájából eredő óriási vonzó hatásból és a negatívnyomásából származó, ugyancsak hihetetlenül nagytaszításból. A számításokból kiderül, hogy a nyomás hatásafelülmúlja az energiáét, így eredőként olyan nagy taszítóhatás lép fel, amely a másodperc törtrésze alatt szerterepítia Világegyetem egész anyagát. Ez az iszonyatosan nagyfelfúvó lökés a felelős azért, hogy a Világegyetem mérete10-34 másodpercenként a kétszeresére nő.A hamis vákuum eredendően instabil képződmény. Mindenmás gerjesztett kvantumállapothoz hasonlóan ez is el akarbomlani, hogy visszatérhessen alapállapotába, azaz avalódi vákuum állapotba. Ezt valószínűleg néhány tucatszempillantásnyi időn belül meg is tudja tenni. Tekintettelarra, hogy ez a visszatérés is egy kvantummechanikaifolyamat, ez is elkerülhetetlenül meghatározatlan ésvéletlenszerű ingadozásokkal terhelt, amint azt korábban aHeisenberg-féle határozatlansági összefüggésselkapcsolatban már tárgyaltuk. Ez azt jelenti, hogy az

elbomlás, azaz az alapállapotba való visszatérés nem fogszerte a Világegyetemben mindenütt ugyanúgyvégbemenni: fluktuációk lépnek fel. Egyes elméletifizikusok véleménye szerint ezek a fluktuációk lehetnek aforrásai a COBE által a kozmikus háttérsugárzásban találtfodrozódásoknak.Mihelyt a hamis vákuum elbomlott, a Világegyetemvisszatér a tágulás megszokott, lassuló módjához. A hamisvákuumba bezárt energia felszabadul, és hő formájábanjelenik meg. A felfúvódás által keltett óriási mértékűkitágulás lehűtötte a Világegyetemet, melynekhőmérséklete ennek következtében megközelítette azabszolút nulla fokot. A felfúvódás leállásakor felszabadulóóriási hőmennyiség viszont pillanatok alatt ismét 1028 fokranöveli a hőmérsékletet. Ez az a hőmennyiség, amelynek amaradványát az azóta természetesen már jócskán lehűltkozmikus háttérsugárzás formájában felfedezhetjük. Ahamis vákuum energiája felszabadulásánakmelléktermékeként – ezen óriási energiamennyiség egyrészén megosztozva – számtalan virtuális részecske képesmegszerezni azt az energiamennyiséget, amely a valósrészecskévé válásához szükséges. Ezeknek az ősirészecskéknek mintegy 1050 tonnányi maradéka az, amely– további változások és átalakulások után – napjainkban azÖn testét és az én testemet, a Tejútrendszert és a láthatóVilágegyetem többi részét alkotja.[21]

Ha a felfúvódó modell helyesen írja le a Világegyetemtörténetét – amint azt a legtöbb vezető kozmológus

feltételezi –, akkor ebből az következik, hogy aVilágegyetem alapvető szerkezetét és fizikai tartalmátolyan folyamatok határozzák meg, amelyek mindössze 10-32 másodperc elteltével már be is fejeződtek. A felfúvódásutáni Világegyetemben az elemi részecskék szintjénszámos további változás következett még be, melyneksorán az ősi anyag a napjaink Világegyetemének anyagátalkotó elemi részecskékké és atomokká fejlődött. Azanyagot alapvetően átalakító folyamatok legtöbbje azonbana Világegyetem története harmadik percének végérebefejeződött.Mi köze van vajon az első három percnek az utolsóháromhoz? Ahogy a célpont felé kilőtt lövedék mozgását isalapvetően meghatározza az ágyúcső helyzete, éppúgy aVilágegyetem sorsa is rendkívül érzékenyen függ a kezdetifizikai állapottól. A továbbiakban látni fogjuk, hogyanhatározza meg a Világegyetem végső sorsát ősieredetének tágulási módja és az ősrobbanásból származóanyag. A Világegyetem kezdete és végső sorsa mélyengyökerezően szoros kapcsolatban áll egymással.

4. FEJEZETA csillagok végzete

Az 1987. február 23-áról 24-ére virradó éjszakán egykanadai csillagász, Ian Shelton a chilei Andokban lévő LasCampanas Obszervatóriumban dolgozott. Chileiasszisztense kilépett a szabadba, és felpillantott a sötét,

ragyogóan csillagos égboltra. Jól ismerte az eget, ígyazonnal észrevette, hogy valami szokatlant lát. A NagyMagellán-felhő néven ismert, nagy, ködös folt peremén egycsillagot vett észre. A csillag nem volt különösebbenfényes, olyasféle lehetett, mint az Orion övének csillagai.Csupán az volt a különleges, hogy három nappal azelőttmég nem volt ott.Az asszisztens felhívta Shelton figyelmét a csillagra. A hírnéhány órán belül a világ valamennyi jelentőscsillagvizsgálójába eljutott. Shelton és chilei asszisztenseegy szupernóvát fedeztek fel. Ez volt az első szabadszemmel látható ilyen égitest azóta, hogy 1604-benJohannes Kepler észrevett egyet. A déli félgömb különbözőországainak csillagászai távcsöveiket azonnal a NagyMagellán-felhő felé fordították. Az elkövetkező hónapokbanaz 1987A szupernóva viselkedését a lehetőlegalaposabban vizsgálták.Néhány órával azelőtt, hogy Shelton a szenzációsfelfedezést tette, a világ egy nagyon távoli pontján,Japánban, mélyen a Föld felszíne alatt, a kamiokaicinkbányában ugyancsak szokatlan eseményt jegyeztek fel.Itt ugyanis a fizikusok egy hosszútávú kísérletet folytattak,nagyratörő célokkal. A kísérlet célja az anyag egyiklegalapvetőbb alkotórésze, a proton stabilitásánakvizsgálata volt. Az 1970-es években kidolgozott nagyegyesített elméletek előrejelzései szerint a proton nagyoncsekély mértékben bár, de instabil, ami azt jelenti, hogynagyritkán a radioaktivitás egy különleges útján elbomlik.Amennyiben ez tényleg így van, akkor ennek alapvető

következményei vannak a Világegyetem sorsára nézve,amint azt könyvünk egy későbbi fejezetében látni fogjuk.A protonbomlás ellenőrzésére a japán tudósok 2000 tonnarendkívüli tisztaságú vizet töltöttek egy tartályba, a tartályköré pedig fotondetektorokat helyeztek el. A detektorokfeladata azoknak az állítólagos felvillanásoknak azészlelése volt, amelyeket az egyes bomlási eseményeknagy energiájú termékrészecskéi váltanak ki. A kísérletetazért helyezték el a föld alatt, hogy a kozmikus sugárzáshatását a lehető legcsekélyebbre csökkentsék,máskülönben ugyanis ez hamis eseményekkel terheltevolna a detektorokat.Február 22-én a Kamioka detektorok váratlanul, gyorsegymásutánban tizenegyszer jeleztek felvillanást.Időközben a Föld túlsó oldalán egy hasonló detektor azEgyesült Államok Ohio államának egyik sóbányájábannyolc felvillanást észlelt. Mivel elképzelhetetlen az, hogytizenkilenc proton csaknem egyszerre gondolja meg magátés kövessen el öngyilkosságot, valamilyen másmagyarázatra volt szükség, melyet a fizikusok hamarosanmeg is találtak. Rájöttek, hogy műszereik azt észlelték,amikor a protonok egy sokkal hétköznapibb hatásraszakadtak darabjaikra: egyszerűen azért, mertösszeütköztek egy neutrínóval.A neutrínónak nevezett elemi részecskék kulcsfontosságúszerepet játszanak történetünkben, ezért érdemes egy kiskitérőt tenni és alaposabban megismerkedni velük. Aneutrínók létezését először Wolfgang Pauli, osztrákszármazású elméleti fizikus tételezte fel, amikor meg

akarta magyarázni a béta-bomlásnak nevezett radioaktívfolyamat egy zavarbaejtő tulajdonságát. A normális béta-bomlás során a neutron egy protonra és egy elektronrabomlik. A viszonylag kis tömegű elektron jelentőssebességgel repül el a tett színhelyéről. A problémát azokozta, hogy minden egyes bomlási eseményben más ésmás volt a távozó elektron energiája, méghozzá valamivelkisebb, mint a neutron bomlásából rendelkezésre álló teljesenergiamennyiség. Minthogy az összes energia mindenesetben ugyanakkora, úgy tűnik, mintha a folyamat végénkapott energia nem egyezne a folyamat kezdetén jelenlévővel. Ez azonban nagy baj lenne, mert így a jelenségellentmondásban állna a fizika egyik legalapvetőbbtörvényével, az energia-megmaradással. A helyzetmegoldása érdekében Pauli feltételezte, hogy a hiányzóenergiát egy láthatatlan elemi részecske vitte magával. Arészecske elcsípésére tett első próbálkozások sikertelenekvoltak, ezért nyilvánvalóvá vált, hogy ha egyáltalán létezik eza részecske, akkor hihetetlenül nagy azáthatolóképessége. Mivel bármely elektromos töltésűrészecskét az anyag könnyűszerrel csapdába ejtett volna,ezért Pauli részecskéjének elektromosan semlegesnekkellett lennie: ezért kapta a „neutrínó” elnevezést.[22]

Bár akkoriban még senki sem látott egyetlen neutrínót sem,az elméleti fizikusok ki tudták számítani a részecskejónéhány tulajdonságát. Ezek egyike a neutrínó tömege.Nagyon nagy sebességgel mozgó részecskék esetében atömeg fogalma felettébb bonyolult. Ennek az az oka, hogy atestek tömege nem állandó, hanem függ az illető test

sebességétől. Egy 1 kilogramm tömegű ólomgolyó tömegepéldául 3 kilogramm lesz, ha a golyó 260 000 kilométeresmásodpercenkénti sebességgel száguld. A legfontosabbszereplő ebben az esetben a fény sebessége. Minéljobban megközelíti valamely test sebessége a fényét, annálnagyobb lesz a test tömege. A tömeg növekedéséneknincs felső határa. Minthogy a tömeg ily módon változik,amikor a fizikusok egy test tömegéről beszélnek, akkor afélreértések elkerülése érdekében általában a nyugalmitömegére gondolnak. Ha a részecske a fényét megközelítősebességgel mozog, akkor tényleges tömege sokszorosalehet a nyugalmi tömegének. A nagyrészecskegyorsítókban körpályán keringő elektronok ésprotonok tömege például sok ezerszerese a nyugalmitömegüknek.A neutrínó nyugalmi tömegének kinyomozásához némitámpontot adhat az a megfigyelés, mely szerint a bétabomlás során néha előfordul, hogy a kidobott elektroncsaknem az egész rendelkezésre álló energiát magávalviszi, szinte semmit sem hagyva a neutrínóra. Ez azt jelenti,hogy lényegében nulla energiájú neutrínók is létezhetnek.Einstein nevezetes E = mc2 összefüggése értelmében azE energia egyenértékű az m tömeggel, vagyis a nullaenergiából az következik, hogy a tömeg is nulla. Ez aztjelenti, hogy a neutrínó nyugalmi tömege nagyon kicsi, sőt,valószínűleg nulla. Ebből az is következik, hogy a neutrínókfénysebességgel száguldanak. Bármekkora is a neutrínótömege, annyi bizonyos, hogy sebességük nagyon közel

van a fényéhez.A neutrínó másik érdekes tulajdonsága az elemirészecskék forgásával, illetve az azt jellemző fizikaimennyiséggel, az úgynevezett spinnel kapcsolatos. Aneutronok, a protonok és az elektronok mindig „forognak”,azaz spinjük soha nem nulla. A spin nagysága mindig egybizonyos állandó érték, méghozzá az említett három elemirészecske mindegyikére ugyanakkora. A spin azimpulzusmomentum egyik formája, márpedig azimpulzusmomentum megmaradását egy éppoly alapvetőfizikai törvény írja elő, mint az energia megmaradását.Amikor a neutron elbomlik, spinjének meg kell maradnia abomlástermékeiben. Ha az elektron és a protonugyanabban az irányban pörög, akkor spinjeikösszeadódnak, így az eredő spin a neutronénakkétszerese lesz. Másrészt viszont, ha a két részecskespinje ellentétes irányú, akkor a spinek kiejtik egymást, azeredő spin nulla lesz. Bármelyik eset is következzék be, azelektron és a proton spinjének összege egymagában nemlehet egyenlő a neutron spinjével. Ha viszont feltételezzük aneutrínó létezését, akkor a könyvelésünk egyensúlybakerülhet, feltételezve természetesen, hogy a neutrínó spinjeugyanakkora, mint a többi elemi részecskéé. Ebben azesetben a három bomlástermék közül kettőnek azonos,míg a harmadiknak velük ellentétes irányban kell forognia.A fizikusok tehát anélkül, hogy valaha is egyetlen neutrínótmegfigyeltek volna, meg tudták határozni, hogy a titokzatosrészecske elektromos töltése nulla, spinje azonos azelektronéval, nyugalmi tömege nagyon kicsi vagy nulla, a

közönséges anyaggal mutatott kölcsönhatása pedig olygyenge, hogy csaknem nyom nélkül halad át bármin.Röviden sebesen pörgő kísértetnek nevezhetnénk. Ezekután nem meglepő, hogy körülbelül húsz évnek kelletteltelnie attól, hogy Pauli feltételezte a neutrínó létezését,addig, amíg sikerült laboratóriumi kísérlettel egyértelműenigazolni a létezését. Az atomreaktorokban olyan irdatlanmennyiségben keletkeznek ezek a részecskék, hogyroppant tünékenységük ellenére is detektálni lehet egyesképviselőiket.Kétségtelenül nem lehetett egyszerűen a véletlen műve,hogy ugyanakkor érkezett egy neutrínózápor a Kamiokadetektorba, amikor az 1987A szupernóva felvillanásátmegfigyelték. A két esemény egybeesését a tudósokfontos bizonyítékként értékelték a szupernóvák elméleténekigazolása mellett, a csillagászok ugyanis már régótafeltételezték, hogy éppen a neutrínók rohama az, aminek aszupernóvák felvillanását kísérnie kell.Bár a latin eredetű „nóva” szó újat jelent, az 1987Afelvillanásakor nem új csillag születésének lehettünkszemtanúi. Éppen ellenkezőleg, a látványos robbanás egyöreg csillag halálát jelezte. A robbanás színhelye a NagyMagellán-felhő volt, egy tőlünk százhetvenezer fényévtávolságban elhelyezkedő törpegalaxis. Elég közel vantehát ahhoz, hogy a Tejútrendszer kísérőgalaxisánaktekinthessük. A galaxis a déli félgömbről szabad szemmelis látható, igaz, hogy csak elmosódott, ködös fényfoltként.Ha egyes csillagait is látni akarjuk, nagy távcsőre vanszükségünk. Mindössze néhány órával Shelton felfedezését

követően ausztrál csillagászok azonosítani tudták a NagyMagellán-felhő néhány milliárd csillaga közül azt az egyet,amelyik felrobbant. A feladat végrehajtásához gondosanátvizsgálták az égboltnak arról a részéről korábbankészített fényképfelvételeket. A pusztulásra ítélt csillag egyB3 színképtípusú szuperóriás volt, melynek átmérőjemintegy negyvenszerese a Napénak. A csillagnak mégneve is volt: Sanduleak – 69 202.A csillagok felrobbanásának elméleti lehetőségét elsőkéntaz 1950-es években vizsgálta meg négy asztrofizikus: FredHoyle, William Fowler, valamint Geoffrey és MargaretBurbidge. Ha meg akarjuk érteni, hogyan jut el egy csillag akatasztrofális pusztulás állapotába, akkor előbb meg kellismernünk a csillagok belső működését. A legismertebbcsillag a Nap. Az éjszakai égbolton pislákoló többicsillaghoz hasonlóan a Nap is változatlannak tűnik,látszólag ellentmondásban azzal a ténnyel, hogy a csillagszakadatlan harcban áll az elpusztítására törekvő erőkkel.Minden csillag egy a tömegvonzás által egybetartottgázgömb. Ha a gravitáción kívül semmilyen más erő nemhatna, akkor a csillagok saját súlyuk hatására rövid idő alattösszeomlanának és néhány órán belül megszűnnéneklétezni. Az, hogy mégis fennmaradnak, annak köszönhető,hogy a befelé ható gravitációs erővel egyensúlyt tart acsillag belsejét alkotó, összepréselt gáz nyomásábólszármazó, kifelé irányuló erő.A gáz nyomása és hőmérséklete között egyszerűösszefüggés áll fenn. Amikor egy állandó térfogatú gáztmelegítünk, közönséges körülmények közt nyomása a

hőmérséklet emelkedésével arányosan nő. Ezzel szemben,amikor a hőmérséklet csökken, ugyanakkor csökken anyomás is. A csillag belseje rendkívül forró, sok milliófokos, ezért ott a nyomás is óriási. Az ehhez szükséges hőtatommagreakciók termelik. A csillagot életéneklegnagyobb részében a hidrogén atommagok héliummagokká történő egyesülése látja el energiával. Ehhez areakcióhoz nagyon magas hőmérsékletre van szükség,valahogyan le kell ugyanis győzni az atommagok közöttható elektrosztatikus taszítást. A fúziós energiaévmilliárdokon keresztül fenn tudja tartani a csillagműködését, előbb vagy utóbb azonban az üzemanyagkifogy és a nukleáris reaktor energiatermelése akadoznikezd. Ilyenkor veszélybe kerül a nyomás fenntartása és acsillag kezd vesztésre állni a gravitáció ellenében folytatotthosszú küzdelmében. A csillag ideje ezzel lejárt, agravitációs összeomlást már csak úgy tudja elkerülni, hogyösszekaparja végső üzemanyagtartalékait. A csillagfelszínéről a világűr mélységeibe kisugárzott mindenkilowattal rohamosan közeledik a fenyegető végzet.Kiszámították, hogy a Nap kezdő hidrogénkészlete mintegytízmilliárd évre elegendő. Mostanra, ötmilliárd éves koráracsillagunk nukleáris üzemanyagkészletének csaknem afelét használta fel. Aggodalomra tehát egyelőre mégsemmi okunk. Az a sebesség, amellyel a csillag felélihidrogénkészletét, mindenekelőtt a csillag tömegétől függ.A nagyobb tömegű csillagok sokkal gyorsabban égetik azüzemanyagot. Így kell tenniük, mert nagyobbak ésfényesebbek, ezért több energiát sugároznak ki. A

nagyobb súly jobban összepréseli a csillag magjánakanyagát, ezért a csillag belsejében nagyobb a sűrűség és ahőmérséklet, ezért gyorsabbak a magreakciók is. Egy tíznaptömegű csillag például hidrogénkészleténeklegnagyobb részét nem több, mint tíz millió év alattelfogyasztja. Kövessük végig egy ilyen nagy tömegű csillagsorsát. Kezdetben a legtöbb csillag legnagyobbrészthidrogénből áll.[23] A hidrogén „égése” során az egyetlenprotonból álló hidrogén atommagok egyesülnek éslétrehozzák a hélium atommagokat, amelyeket két protonés két neutron alkot. A részletek bonyolultak ésmondanivalónk lényege szempontjából nem is túlságosanfontosak. A hidrogén „égése” az atomenergiatermelésének leghatékonyabb, de korántsem egyetlenformája. Ha a csillag magjában elegendően magas ahőmérséklet, akkor a hélium atommagok szénnéegyesülnek, majd a további fúziós reakciók során létrejönaz oxigén, a neon és az egyéb elemek. A nagy tömegűcsillag belsejében előállhat az a roppant magas – akár azegymilliárd fokot is meghaladó – hőmérséklet, amelyezeknek az egymásra épülő reakcióknak avégbemenéséhez szükséges. A reakciók előrehaladtávalazonban, a felszabaduló energia mennyisége mindenújabb elem előállítása után egyre csökken. A csillag egyrerohamosabban használja fel a tüzelőanyagot, mígcsak acsillag kémiai összetétele már hónapról hónapra, későbbnapról napra, majd végül óráról órára változik. Belsőszerkezete leginkább a hagymáéra emlékeztet, ahol azegymásra rakódó rétegekben egyre rohamosabban újabb

elemek felépülése folyik. A csillag külseje óriási méretűrefúvódik fel, nagyobb lesz, mint az egész Naprendszer. Azígy kialakuló égitestet a csillagászok vörös szuperóriásnaknevezik.A nukleáris égés láncolatának a végállomását a vas jelzi,ennek az elemnek ugyanis viszonylag stabil amagszerkezete. A vasnál nehezebb elemek magfúzió útjánvaló felépítéséhez már energiát kellene befektetnünk,ahelyett, hogy energia szabadulna fel, ezért amikor acsillag belsejében a magreakciók eredményeképpen márkialakult a vasmag, akkor a csillag sorsamegpecsételődött, a csillag számára elérkezett a vég. Ha acsillag középponti régiói már nem képesek továbbenergiát termelni, az esélyek végérvényesen éskatasztrofális mértékben a gravitáció javára dőlnek el. Acsillag meginog a katasztrofális gravitációs instabilitásperemén, majd saját gravitációs csapdájába zuhan.Ezt követően az események felgyorsulnak. A csillagvasmagja már nem képes a magfúzió révén hőt termelni,ezért nem tudja megtartani saját külsőbb rétegeinek súlyát.Saját tömegvonzása hatására olyan pusztító erejűösszeroppanás indul meg, amely még magukat azatomokat is szétroncsolja. Végül a csillag magjánaksűrűsége eléri az atommag sűrűségét, ami azt jelenti hogyanyaga egy gyűszűnyi mennyiségének a tömegemegközelíti az egybillió tonnát. Ebben az állapotban azösszeomlott csillag magjának átmérője jellemzően mintegykétszáz kilométer. A maganyag merevsége következtébena befelé hulló anyag többi része a gyémánt keménységű

magról visszapattan. A tömegvonzás oly iszonyúan erős,hogy a leírt események alig néhány ezredmásodperc alattvégbemennek. Amint a drámai események a csillagmagjában beteljesednek, a csillag anyagának kijjebb fekvőrétegei hirtelen, végzetes megrázkódtatással ráhullanak amagra. A sok billió és billió tonnányi, másodpercenkénttöbb tízezer kilométeres sebességgel befelé száguldóanyag beleütközik a gyémánt keménységűre összetömörültmagba. Elképesztő hevességű ütközés következik be, amióriási erejű lökéshullámokat küld a csillag külsőbb rétegeinkeresztül kifelé.A lökéshullámot neutrínók heves zápora kíséri. Arészecskék a csillag legbelső rétegeiben szabadulnak fel,a legvégső nukleáris átalakulások során, amikor a csillagotalkotó protonok és elektronok egymásba préselődveneutronokká alakulnak. A csillag magja tulajdonképpen egyhatalmas, teljes egészében neutronokból álló gömbbéválik. Ezzel egyidőben a lökéshullám és a neutrínókhatalmas mennyiségű energiát szállítanak kifelé a csillagkülső rétegein keresztül. Ezek a rétegek az energiajelentős részét elnyelik, aminek következtében a csillag egyelképzelhetetlen hevességű nukleáris robbanás áldozatáváválik. Néhány napon keresztül a csillag tízmilliárd Napegyüttes fényével ragyog. Fényessége csak hetek múltánkezd fokozatosan csökkenni.Egy, a Tejútrendszerhez hasonló átlagos galaxisbanévszázadonként két-három szupernóvarobbanás történik.Ezeket a nevezetes eseményeket a csillagászok gondosanfeljegyzik. Az egyik leghíresebb szupernóvarobbanást kínai

és arab csillagászok 1054-ben jegyezték fel a Bikacsillagképben. Ma a csillag maradványait a Rák-ködként[24] ismert, rongyos, táguló, csillagközi gázfelhőformájában láthatjuk viszont az égbolton.Az 1987A szupernóva felvillanása is láthatatlan, megrázóerejű neutrínóvillanással sugározta be a Világegyetemet. AFöld nem kevesebb, mint százhetvenezer fényévtávolságban van a robbanás helyszínétől, ennek ellenérekeresztmetszete minden egyes négyzetcentiméterén százmilliárd neutrínó száguldott keresztül, miközben lakói észresem vették, hogy testükön egy másik galaxisból származóelemi részecskék billiói hatolnak át. Kamiokában ésOhioban azonban a protonbomlást kutató detektorok aneutrínók billióinak záporából tizenkilenc darabotfeltartóztattak. E berendezések nélkül a neutrínók éppolyészrevétlenül suhantak volna keresztül rajtunk, amint azt1054- ben tették.Kétségtelen, hogy a szupernóvarobbanás az illető csillagpusztulását jelenti, ugyanakkor azonban a robbanásnak vanbizonyos teremtő jellege is. A felszabaduló óriásimennyiségű energia olyan hatékonyan forrósítja fel a csillagkülső rétegeit, hogy egy rövid időre azok azatommagreakciók is lehetővé válnak, amelyek nemtermelik, hanem fogyasztják az energiát. Ebben az utolsóés minden korábbinál forróbb tüzű csillagkohóbanmegszületnek a vasnál nehezebb elemek, mint például azarany, az ólom vagy az urán. Ezek az elemek azatommagok felépülésének korábbi szakaszában létrejött

könnyebb magokkal például a szénnel és az oxigénnel –együtt kidobódnak a világűrbe, ahol azutánösszekeverednek számtalan más szupernóva hamvával.Évmilliárdok során azután ezek a nehezebb elemekcsillagok és bolygók újabb generációjává gyűlnek össze.Ha ezek az elemek nem épülnének föl és nemszóródnának szét a térben, akkor nem jöhetnének létre aFöldhöz hasonló bolygók. Az életet adó szén és oxigén, abankok aranytartalékai, atomreaktoraink uránfűtőanyagrúdjai, a háztetőket borító rézlemezek földijelenlétüket mind-mind annak köszönhetik, hogy még jóvala Nap keletkezése előtt csillagok garmada pusztult el.Beleborzongunk a gondolatba, hogy testünk anyagánakjelentős része réges rég elpusztult csillagok nukleárishamvából áll.A szupernóvarobbanás nem pusztítja el teljes egészében acsillagot. Bár a kataklizmikus események az anyaglegnagyobb részét szerteszét szórják, az eseményeketkiváltó, összepréselt mag a helyén marad. Sorsánakalakulása azonban bizonytalan. Ha a mag tömegemeglehetősen csekély – mondjuk úgy egy naptömeg körüli–, akkor egy kisebb városnyi méretű, neutronokból állógömbbé válik. Ez az úgynevezett „neutroncsillag” mindenvalószínűség szerint szédítő sebességgel fog pörögni atengelye körül. Másodpercenlcént akár ezerszer iskörbefordulhat, ami azt jelenti, hogy felszínén a kerületisebesség eléri a fény sebességének tíz százalékát. Erre azőrült tempóra azért gyorsul fel a forgása, mert azösszeomlás hihetetlen mértékben felerősíti az eredeti

csillag viszonylag lassú forgását, fizikailag ugyanazon okmiatt, amiért a piruettező műkorcsolyázó forgása isfelgyorsul, amikor kinyújtott karjait maga felé húzza. Acsillagászok sok ilyen gyorsan forgó neutroncsillagotfedeztek már fel.[25] Forgási sebességük azonbanfokozatosan lassul, ahogy energiát veszítenek. A Rák-ködmélyén rejtőző neutroncsillag például már annyira lelassult,hogy másodpercenként „csupán” 33-szor fordul meg atengelye körül.Ha a mag tömege valamivel nagyobb, mondjuk néhánynaptömeggel egyenlő, akkor a maradvány nem tudneutroncsillagként megállapodni. A gravitáció ebben azesetben olyan erős, hogy még az eddig ismertlegkeményebb anyag, a neutroncsillagot alkotó tisztaneutronanyag sem képes ellenállni a továbbiösszenyomásnak. Ilyenkor lép színre egy még aszupernóva-robbanásnál is félelmetesebb éskatasztrofálisabb esemény. A csillag magja folytatja azösszeomlást, egészen addig, amíg egyezredmásodpercnél rövidebb idő alatt létrehoz egy feketelyukat,[26] amelyben azután mindenestül eltűnik.A nagy tömegű csillagok sorsa tehát az, hogy egy rövidideig tartó felfújódás után összeomlanak és csak egy akidobott gázokból álló, összevissza kavargó felhővelkörülvett neutroncsillag vagy fekete lyuk marad belőlük.Senki nem tudja pontosan, hány csillag járta már meg aszupernóvarobbanás poklát, az azonban bizonyos, hogyegyedül a Tejútrendszerben az ilyen csillagroncsok

milliárdjait találjuk.Gyerekkoromban betegesen féltem attól, hogy a Napfelrobbanhat. Ma már tudom, nem fenyeget az a veszély,hogy csillagunk szupernóvává válik. Ehhez ugyanistúlságosan kicsi a tömege. A kis csillagok sorsa sokkalkevésbé heves, mint nagyobb tömegű testvéreiké.Mindenekelőtt azért, mert a nukleáris tüzelőanyagot felélőfolyamatok nyugodtabb tempóban mennek végbe; egy, acsillaglét alsó határára eső tömegű csillag akár egybillióévig is tengetheti életét. Másrészt, a kis tömegű csillagokbelső hőmérséklete nem lehet elég magas ahhoz hogy avasig felépüljenek az elemek, így ezek elkerülik akatasztrofális összeomlást.A Nap átlagos, meglehetősen alacsony tömegű csillag,amely folyamatosan égeti belső hidrogénkészletét,átalakítva ezzel héliummá a belsejét alkotó anyagot. Ahélium legnagyobbrészt a csillag középponti magjábanhelyezkedik el, amely a magreakciók szempontjábólsemleges hely: a magreakciók ugyanis a mag felszínénfolynak. Ennélfogva maga a mag képtelen hozzájárulni ahőtermeléshez, ami ahhoz szükséges, hogy a Napellenszegülhessen a mindent megsemmisítő gravitációnak.Az összeomlás megelőzése érdekében a Napnak az újhidrogénkészletek irányába, fokozatosan kifelé kellterjesztenie nukleáris aktivitását. Időközben a héliumbólálló mag fokozatosan összezsugorodik. Ahogy múlnak azévmilliárdok, a Nap külső képe a belsejében végbemenőváltozások hatására érzékelhetően megváltozik. Testefelpüffed, felszíne azonban valamivel hidegebb lesz, ezért

színe vöröses árnyalatúvá válik. Ez a tendencia egészenaddig tart, amíg a Nap vörös óriássá nem válik. Ekkorátmérője a mainak mintegy ötszázszorosa lesz. Acsillagászok jól ismerik a vörös óriásokat, az éjszakaiégbolt jónéhány csillaga is ebbe a csoportba tartozik,például az Aldebaran, a Betelgeuse és az Arcturus. Avörös óriás állapot a kis tömegű csillagok végénekkezdetét jelzi.Bár a vörös óriás csillagok viszonylag hidegek, nagyátmérőjüknek köszönhetően nagy a sugárzó felületük, ezértroppant fényesek. A Nap bolygói nehéz idők elé fognaknézni mintegy négymilliárd év múlva, amikor amegnövekedett hősugárzás eléri őket. A Föld már jóvalkorábban lakhatatlanná válik, az óceánok vize felforr, alégkör pedig megszökik. Ahogy a Nap egyre nagyobbradagad, tüzes burka elnyeli előbb a Merkúrt, majd aVénuszt, végül a Földet is. Bolygónk salaktömeggé válik,amely elhamvadása után is makacsul ragaszkodik Napkörüli pályájához. A Nap külső légkörét alkotó, vörösen izzógázok sűrűsége oly csekély, hogy a Föld környezetegyakorlatilag vákuumnak tekinthető, ezért alig gyakorolfékező közegellenállást bolygónk mozgására.Létezésünk a Világegyetemben a Naphoz hasonlócsillagok rendkívüli stabilitásának köszönhető. Ezek acsillagok évmilliárdokon keresztül alig változó tempóbanszolgáltatják a hőt és a fényt. Ez az időtartam márelegendően hosszú ahhoz, hogy kifejlődjék és virágozzékaz élet. A vörös óriás állapotban azonban véget ér ez astabilitás. A Naphoz hasonló csillagok pályafutásának ezt

követő szakaszai bonyolultak, akadozóak és hevesek, acsillag viselkedése és külső képe viszonylag gyorsváltozásokat mutat. Az öregedő csillagok életük több millióéves szakaszát pulzálással tölthetik vagy ledobhatják külsőgázhéjukat.[27] A csillag magjában lévő hélium begyulladhatés szénné, nitrogénné és oxigénné épülhet fel. Ezek afolyamatok megtermelik azt a létfontosságúenergiamennyiséget, amely némileg képesmeghosszabbítani a csillag életét. Ha a csillag külső burkátledobja a világűrbe, akkor élete végére csak alecsupaszított, szénből és oxigénből álló magja marad.Az összetett aktivitás ezen szakaszát követően a kis és aközepes tömegű csillagok elkerülhetetlenül áldozatul esneka gravitációnak és összehúzódnak. Az összehúzódáskönyörtelen és egészen addig tart, amíg a csillag egykisebb bolygó méretére húzódik össze – a csillagászokáltal fehér törpének nevezett objektum lesz belőle. Minthogya fehér törpék roppant kicsik,[28] rendkívül csekélymennyiségű sugárzást bocsátanak, ki, annak ellenére,hogy felszíni hőmérsékletük sokkal nagyobb lehet, mint aNapé. Távcső segítsége nélkül egyetlen fehér törpét semláthatunk a Földről.Napunk elkerülhetetlen sorsa, hogy valamikor a távolijövőben fehér törpévé váljék. Amikor a Nap ebbe azállapotba jut, még sok milliárd éven keresztül forró marad,hiszen óriási tömege olymértékben összepréselődik, hogya kompakt égitest az ismert legjobb szigetelőanyagoknál ishatékonyabban őrzi meg a csillagmaradvány belső hőjét.

Minthogy azonban a belsejében lévő atomerőműműködése addigra már jó ideje leállt, nem lesz olyanüzemanyag-tartalék, amely biztosítani tudná a világűr távolimélységeibe elszivárgó hő utánpótlását. Acsillagmaradvány, amely valaha a mi Napunk volt, nagyon-nagyon lassan kihűl és elhalványodik. Majd bekövetkezikutolsó átalakulása, amikor anyaga fokozatosanmegszilárdul, és rendkívüli szilárdságú kristállyá válik.[29]

Végül – teljesen kihunyva – beleolvad a világűr végtelensötétségébe.

5. FEJEZETLeszáll az éj

A Tejút százmilliárd csillag fényével ragyog, azonbanezek mindegyike pusztulásra ítéltetett. Tízmilliárd éven belüla legtöbb égitest, amelyet most látunk, már láthatatlannáhalványodik, üzemanyag hiányában kimúlik, atermodinamika második főtételének áldozatává válik.A Tejútrendszer azonban továbbra is csillagok fényébenragyog, mert miközben a ma létező csillagok elpusztulnak,újabbak születnek és lépnek a helyükbe. A Tejútrendszerspirálkarjaiban, például abban, ahol a Nap is található, agázfelhők összenyomódnak, a tömegvonzás hatásáraösszeomlanak, darabokra szakadnak és belsejükbenmegindul a csillagok keletkezésének hulláma. Az Orioncsillagképre pillantva szemünk elé tárul az ilyencsillagbölcsők működése. Az Orion kardja közepetáján

látható, elmosódott fényfolt nem csillag, hanem gázköd,hatalmas csillagközi gázfelhő, amelybe fiatal csillagokágyazódnak. A közelmúltban a csillagászok a látható fényhelyett az Orion irányából érkező infravörös sugárzástfigyelték meg. Így sikerült néhány, fejlődésük nagyon koraiállapotában lévő, szinte újszülött csillagot találniuk,amelyeket még körülfog a csillagokat eltakaró gáz és por.A csillagok keletkezése a Tejútrendszer spirálkarjaibanegészen addig folytatódik, ameddig elegendő gáz állrendelkezésre. A galaxisok gáztartalma részben ősieredetű, vagyis abból az anyagból áll, amely még sohanem tömörült össze csillagokká, másrészt a csillagok általszupernóvarobbanás során, csillagszél formájában, kisebb,robbanásszerű jelenségekben vagy más folyamatok soránkidobott gázból áll. Nyilvánvaló, hogy a csillagok általkidobott anyag újrahasznosítása nem mehet végtelenségig.Amikor az elpusztuló csillag fehér törpévé, neutroncsillaggávagy fekete lyukká válik, akkor anyaguknak ez a része márnem tudja ismét a csillagközi gázanyagot gyarapítani.Lassanként az ősi anyag mind nagyobb része esikcsillagok gravitációjának rabságába, míg végül teljesenelfogy. Amikor a csillagok utolsó generációi is leélikéletüket, a Tejútrendszer feltartóztathatatlanulelhalványodik.[30] A folyamat némileg késleltethető. Sokmilliárd évnek kell eltelnie addig, mire a legkisebb éslegfiatalabb csillagok is elfogyasztják nukleárisüzemanyagukat és fehér törpévé zsugorodnak. Az utolsófelvonás lassú haláltusáját követően azonbanmenthetetlenül leszáll az örök éjszaka.

Hasonló sors vár a tér egyre táguló mélységében szétszórtösszes többi galaxisra is. A Világegyetem, amely jelenlegaz atommagok átalakításából származó energiánakköszönhetően világít, végső soron kimeríti ezt az értékesenergiaforrást. A fény korszaka örökre véget ér.A kozmosz fényei kialszanak ugyan, ezzel azonban mégnem fejeződik be a Világegyetem története, mert létezikegy másik, még az atommag-reakcióknál is nagyobbteljesítményű energiaforrás. A gravitáció, a természet atomiszinten leggyengébb kölcsönhatása, csillagászatiméretekben uralkodóvá válik. Hatása viszonylag szelíd, derendkívül tartós. A csillagok évmilliárdokon keresztül azérttermelik az energiát, hogy ellenálljanak a gravitációmindent összeroppantó hatásának. A gravitáció azonbantürelmes és kivárja, amíg eljön az ő ideje.Az atommag két protonja között ható gravitációs vonzáscsupán tízbilliomod-billiomod-billiomod (10-37) része aköztük fellépő erős nukleáris kölcsönhatásnak. Agravitációs hatás azonban összegeződik. A csillagot alkotóminden további proton csekély járulékot ad a csillagössztömegéhez. Végül a tömeg akkora lesz, hogy agravitáció diadalmaskodik. Ez a mindent legyőző erő akulcs a természet további, óriási energiatartalékainakfelszabadításához.Nincs még egy objektum, amelyik oly szemléletesenigazolná a gravitáció erejét, mint a fekete lyuk. Itt agravitáció kiütéses győzelmet arat, az elpusztuló csillagnakírmagja sem marad, csak a környező téridőben marad meg

az idő végtelen torzulás formájában az eseményeklenyomata. A fekete lyukakkal kapcsolatban érdemeselvégeznünk egy izgalmas gondolatkísérletet. Képzeljük el,hogy egy kicsiny testet, mondjuk egy biliárdgolyót végtelentávolról beleejtünk egy fekete lyukba. A lyukban a szemünkelől eltűnő golyó visszahozhatatlanul elvész a számunkra.Egykori létezésének nyomát azonban otthagyja a lyukon,amely egy hajszálnyival nagyobb lesz azáltal, hogy elnyeltea golyót. A számítások szerint, ha a golyót nagyon nagytávolságból ejtettük a fekete lyukba, akkor a lyuk tömegepontosan annyival nő meg, mint amekkora a golyó tömegevolt. Sem energia, sem tömeg nem szabadul ki arendszerből.

5.1. ábraEbben az idealizált gondolatkísérletben a egy kötél

végére erősített testet egy rögzített csigán átvetett kötélen(a rögzítés itt nem látható) lassan eresztünk egy fekete

lyuk felszíne felé. Ennek eredményeképpen aleereszkedő súly munkát végez és energiát ad át a

doboznak. Ha a test megközelíti a fekete lyuk felszínét,akkor az átadott energia teljes mennyisége megközelíti a

leereszkedő test nyugalmi tömegével egyenértékű

energiát.Végezzünk most el egy másik kísérletet is, amelyben a

golyót csak lassan engedjük a fekete lyuk felé közeledni.Ezt úgy valósíthatjuk meg, hogy a golyóra egy köteletkötünk, amelynek másik végét egy csigán keresztülvetveegy dobra tekerjük, amely lassan engedi a köteletletekeredni (lásd az 5.1. ábrát. Feltételezem, hogy a kötélsúlytalan és egyáltalán nem nyúli meg, ami ugyan csupán afantáziám szülte ideális helyzet, de legalább agondolatmenetet nem bonyolítja el fölöslegesen.) Miközbena golyót a fekete lyuk felé engedjük, az energiát termelhet,például oly módon, hogy a dobhoz egy elektromosgenerátort kapcsolunk. Minél közelebb kerül a biliárdgolyóa fekete lyukhoz, annál erősebb gravitációs erőt fejt ki rá alyuk. Ennek megfelelően súlya egyre nagyobb lesz, ígyegyre több munkát képes végezni a generátoron.Egyszerűen kiszámítható, hogy mennyi energiát termelösszesen a biliárdgolyó, mire eléri a fekete lyuk felszínét.Kiderül, hogy ideális esetben pontosan annyit, mintamennyi a golyó teljes nyugalmi tömegével egyenértékűenergia. (A nyugalmi tömeg fogalmát a 47. oldalonmagyaráztuk meg.)Emlékezzünk vissza Einstein nevezetes E = mc2

összefüggésére, amely azt állítja, hogy bármely m tömegegyenértékű mc2 energiával. Egy fekete lyuk segítségétigénybe véve tehát elvben tekintélyes mennyiségűenergiához juthatunk. A 100 gramm tömegű biliárdgolyóesetében ez az energiamennyiség körülbelül egymilliárd

kilowattórát jelent. Összehasonlításképpen érdemesmegjegyezni, hogy amikor a Nap 100 gramm hidrogénthéliummá alakít, akkor ennek az energiamennyiségneknem egészen egy százalékát állítja elő. Ez tehát azt jelenti,hogy – elvben legalábbis – a gravitációs energia-felszabadítás több, mint százszor olyan hatékony lehet, minta csillagok energiatermelését biztosító termonukleárisreakciók.Természetesen a fentebb leírt két kitalált helyzet avalóságtól teljesen elrugaszkodottnak tekinthető. Akülönféle testek kétségtelenül folyamatosan esnek a feketelyukakba, de az is egészen bizonyos, hogy soha nincseneka maximális energiahasznosítás érdekében csigákrafüggesztve. A gyakorlatban a felszabadítható energiavalamilyen nulla és száz százalék közötti része az, amifelszabadul. A tényleges részarány a konkrét fizikaikörülményektől függ. Az elmúlt néhány évtizedben azasztrofizikusok a legkülönbözőbb számítógépesszimulációkat és matematikai modelleket vizsgálták megannak érdekében, hogy megpróbálják megérteni a feketelyuk felé örvénylő gáz viselkedését és megbecsüljék azeközben felszabaduló energia mennyiségét és formáját. Aszóban forgó fizikai folyamato rendkívül összetettek,mindamellett az legalább nyilvánvaló, hogy az effélerendszerekből óriási mennyiségű gravitációs energiaszabadul ki.Egyetlen megfigyelés többet ér, mint számítások ezrei,ezért a csillagászok lázasan kerestek olyan objektumokat,amelyek az „anyaggyűjtés” szakaszában lévő fekete lyukak

lehetnek. Bár tökéletesen meggyőző feketelyuk-jelölteteddig még nem sikerült felfedezni, egy nagyon sokat ígérőrendszert már találtak a Hattyú csillagképben, amely aCygnus X-1 nevet viseli. Optikai távcsővel a színe alapján akék óriások közé sorolt nagy és forró csillagot látunk. Acsillag színképének tüzetes vizsgálata elárulja, hogy a kékóriás nem magányos égitest, periodikusan ide-oda táncolómozgása ugyanis azt jelzi, hogy egy közeli égitest erősgravitációs vonzása rángatja. Nyilvánvalóan a csillag és azismeretlen égitest egymáshoz közel, egymás körülkeringenek. Optikai távcsövekkel vizsgálva a rendszertazonban nyomát sem találjuk a kísérőcsillagnak, az tehátvagy fekete lyuk, vagy pedig nagyon halvány és kompaktcsillag. A megfigyelések tehát arra utalnak, hogyfeltételezhetően fekete lyukkal van dolgunk, azonban abizonyítékok még nem sziklaszilárdak.További támpontot adhat a sötét test tömegénekmegbecslése. A tömeget Newton törvényeiből lehetlevezetni, feltéve, hogy ismerjük a kék csillag tömegét. Arraviszont a csillagok tömege és színe között fennállóösszefüggés alapján tudunk következtetni: a kék csillagokforróak, ezért nagy a tömegük. A számítások eredményeszerint a kísérő csillag tömege jónéhány naptömeg.Nyilvánvaló, hogy ebben az esetben nem lehet szó egyközönséges, de kicsi és halvány csillagról, hanem csakisegy nagy tömegű, összeomlott csillagról, azaz fehértörpéről, neutroncsillagról vagy fekete lyukról. Alapvetőfizikai okok miatt azonban az ilyen nagy tömegű kompaktégitest nem lehet sem fehér törpe, sem pedig

neutroncsillag. A problémát az a roppant erős gravitációstér okozza, amely megpróbálja összeroppantani azégitestet. A fekete lyukká való teljes mértékű összeomláscsak abban az esetben kerülhető el, ha létezik valamifélebelső nyomás, amelyik képes ellenállni a mindentösszeroppantani akaró gravitációnak. Ha azonban azösszeomlott égitest tömege a Nap tömegének sokszorosa,akkor nem létezik olyan erő, amely az anyag mindenreránehezedő súlyának ellent tudna állni. Ha az égitest magjaelég merev lenne ahhoz, hogy ne roppanjon össze, akkoranyagában a hang sebességének meg kellene haladni afénysebességet. Minthogy azonban ez ellentmondana azáltalános relativitáselméletnek, ezért a legtöbb fizikus úgyvéli, hogy ilyen körülmények közt elkerülhetetlen a feketelyuk kialakulása.A perdöntő bizonyíték arra nézve, hogy a Cygnus X-1minden bizonnyal fekete lyukat tartalmaz, egy egészen másmegfigyelésből származik. A rendszer azért kapta az X-1jelölést, mert erős röntgenforrás,[31] amint azt a műholdakfedélzetéről végzett röntgencsillagászati megfigyelésekkimutatták. Az elméleti modellek meggyőző magyarázatotszolgáltatnak a röntgensugárzás eredetére nézve, azonfeltételezés alapján, hogy a Cygnus X-1 sötét kísérőjefekete lyuk. A számítások szerint a fekete lyuk gravitációstere elegendően erős ahhoz, hogy anyagot szívjon el a kékóriáscsillagból. A fekete lyuk irányába utolsó útjukra indulóelrabolt gáztömegek a rendszer keringése következtébenörvényleni kezdenek, és gázkorongot alkotnak a fekete lyukkörül. Egy ilyen gázkorong nem lehet teljesen stabil

képződmény, mert a belső pereménél, a fekete lyukhozközelebb lévő gáz gyorsabban mozog, mint a korongszélén lévő anyag. Eközben viszont a gáz belső súrlódásaigyekszik kiegyenlíteni a differenciális rotációból (azaz azeltérő szögsebességű keringésből) adódósebességkülönbségeket. Ennek eredményeképpen a gázeléggé felforrósodik ahhoz, hogy ne fényt, hanemröntgensugárzást bocsásson ki. Az energia kisugárzásakövetkeztében csökken a rendszer pályamentimozgásának energiája, ezért a gáz spirális pályán haladvafokozatosan a fekete lyukba hull.A Cygnus X-1-ben a fekete lyuk létezése mellett szólóbizonyíték tehát az érvek hosszú láncolatán alapul, melyérvek közt megfigyelési eredmények éppúgy találhatók,mint elméleti modellek. Mindez általában is jellemzőnekmondható napjaink csillagászati kutatására. Nem lehetegyetlen ténnyel bizonyítani feltevésünket, hanem csak aCygnus X-1 és a más, hasonló rendszerek vizsgálataalapján felsorakoztatott tények összessége sugallja azt,hogy a rendszerben minden bizonnyal jelen van egy feketelyuk. Természetesen a megfigyelési eredményeket feketelyuk jelenlétének feltételezésével lehet a legegyszerűbbenés a legellentmondásmentesebben megmagyarázni.A nagyobb fekete lyukak esetében még látványosabbjelenségekre is számíthatunk. Valószínűnek látszik, hogyszámos galaxis magjában szupernagy tömegű fekete lyukrejtőzik. Erre az illető galaxisok magja közelébenelhelyezkedő csillagok vártnál gyorsabb mozgása utal. Acsillagok szokatlanul gyors mozgásából arra lehet

következtetni, hogy valamilyen nagyon kompakt objektumroppant erejű gravitációs tere készteti őket erre amozgásra. A becslések szerint az ilyen objektumok tömegea Napénak tízmilliószorosa és egymillárdszorosa közéeshet, így nem csoda, hogy kielégíthetetlen étvággyalpusztítják a környezetükben található anyagot. Csillagok,bolygók, gáz és por egyaránt áldozatául esik ezeknek aszörnyeknek. Egyes esetekben az anyag oly hevesen hull afekete lyukba, hogy ez a folyamat az egész galaxisszerkezetét megbolygatja. A csillagászok jól ismerik azaktív galaxismagok számos típusát. Egyes galaxisok szószerint úgy néznek ki, mintha felrobbannának, sok közülükerős rádió- vagy röntgensugárzást bocsát ki.Legjellegzetesebbek azok a galaxisok, amelyek óriásigáznyúlványokat lövellnek ki magukból, melyek hossza akára sok ezer vagy néhány millió fényévet is elérheti. Egyesilyen objektumok energiasugárzása elképesztő mértékű.Ilyenek például a nagyon távoli kvazárok, melyek neve acsillagszerű rádióforrás angol elnevezésének – quasistellarradio source – rövidítéséből ered. A kvazárok annyienergiát sugároznak ki, mint a közönséges galaxisok ezrei,ráadásul mindezt egy legfeljebb egy fényév átmérőjűtérfogatból, aminek köszönhetően messziről valóbancsillagszerű látványt nyújtanak.Sok csillagász úgy véli, hogy ezeknek az alaposan szétziláltobjektumoknak a központi energiaforrása egy-egy óriási,forgó fekete lyuk, amely folyamatosan elnyeli akörnyezetében található anyagot. A fekete lyukatmegközelítő csillagokat az iszonyú erejű gravitációs tér

minden bizonnyal egyszerűen széttépi, de az sincs kizárva,hogy a csillag sorsát a közelébe sodródó más csillagokkalvaló összeütközés pecsételi meg. Akárcsak a Cygnus X-1esetében, csak sokkal nagyobb léptékben, a szétoszlottanyagtörmelék forró korongot alkotva kering a feket lyukkörül, miközben folyamatosan elmerül annak mélyén. Azezzel egyidőben felszabaduló irdatlan mennyiségűgravitációs energia a lyuk forgástengelye menténösszpontosul, aminek eredményeképpen két, ellentétesirányú gázkilövellés jön létre. Az energia-felszabadulásmechanizmusa és a gáznyúlványok kialakulásavalószínűleg rendkívül összetett folyamat eredménye,amelyben a gravitáción kívül az elektromágneses erők és abelső súrlódás is szerephez jut. A folyamatok pontostisztázása a jövőben is sok munkát fog adni az elméletiasztrofizikusoknak és a megfigyelő csillagászoknakegyaránt.Mi a helyzet a Tejútrendszer esetében? Elképzelhető, hogyegyszer majd a mi galaxisunk is ugyanilyen sorsra jut? ATejútrendszer középpontja tőlünk harmincezer fényévtávolságban, a Nyilas csillagkép irányában látható.Legbelső vidékeit hatalmas gáz- és porfelhők takarják el aszemünk elől, rádiótávcsövekkel, valamint röntgen-,gamma- és infravörös detektorokkal azonban acsillagászok kimutatták a Sagittarius A*-nak nevezett,nagyon kompakt, nagy energiájú objektum létezését. ASagittarius A* átmérője legfeljebb néhány milliárdkilométer, azaz csillagászati értelemben meglehetősen kis

objektumról van szó, mégis ez a Tejútrendszer legerősebbrádióforrása. Helye pontosan egybeesik egy nagyon fényesinfravörös forrással, ezen kívül a közelében egy szokatlanröntgensugárzó objektum is található. Bár a helyzet elégbonyolult, egyre valószínűbbnek tűnik, hogy a Tejútrendszerközepén legalább egy fekete lyuk található, és ez felelős amegfigyelt jelenségekért. A lyuk tömege azonban legfeljebbtíz millió naptömeg lehet, ami azt jelenti, hogy a szupernagytömegű fekete lyukak mezőnyében meglehetősen hátulkullog. Nincs bizonyítékunk arra, hogy itt is végbemenne aza heves anyagkidobás és energia-kisugárzás, amelynéhány más galaxis magja környékén megfigyelhető.Ennek azonban esetleg az lehet az oka, hogy aTejútrendszer fekete lyuka most éppen nyugalmiállapotában pihen.[32] Ez esetben nincs kizárva, hogy majdvalamikor a jövőben fellángol, talán akkor, amikor nagyobbmennyiségű gázutánpótláshoz jut, bár működésevalószínűleg akkor sem lesz olyan pusztító hatású, mintahogy az jónéhány más galaxisban megfigyelhető. Ma mégtisztázatlan, hogy milyen hatást gyakorolna a fekete lyukműködésének ilyesfajta felelevenedése a Tejútrendszerspirálkarjaiban lévő csillagokra és bolygókra.A fekete lyuk mindaddig folytatja az áldozatául eső anyagnyugalmi tömegének energiává történő alakítását, amíg atáplálásához elegendő anyag található a környezetében. Azidő múlásával a fekete lyuk egyre több anyagot nyel el,aminek következtében egyre nagyobbra hízik, deugyanakkor egyre éhesebb is lesz. Lassanként már afekete lyuktól távol keringő csillagok életét is veszélyezteti

iszonyú ereje. Ennek egy rendkívül gyenge, de végső soronmégis döntő jelentőségűvé váló jelenség az oka, azúgynevezett gravitációs sugárzás.Nem sokkal azután, hogy 1916-ban megfogalmazta azáltalános relativitáselméletet, Einstein felfedezte agravitációs tér egy figyelemreméltó tulajdonságát. Azelmélet téregyenleteinek tanulmányozása alapján Einsteinmegállapította, hogy azok megjósolják valamiféle,hullámszerűen terjedő, gravitációs oszcillációk létezését,melyek a világűrben a fény sebességével terjednek. Ez agravitációs sugárzás bizonyos tulajdonságait tekintve azelektromágneses sugárzásra, például a fényre vagy arádióhullámokra emlékeztet. A gravitációs hullámokazonban leginkább abban különböznek azelektromágneses sugárzástól, hogy bár sok energiátszállítanak, az anyaggal való kölcsönhatásuk nagyongyenge. Míg a rádióhullámokat viszonylag egyszerűszerkezetekkel, például egy dróthálóval felfoghatjuk, addiga gravitációs hullámok kölcsönhatása oly gyenge, hogygyakorlatilag gyengülés nélkül képesek keresztülhaladni azegész földgolyón. Ha építenénk egy gravitációs lézert,akkor egybillió kilowattos nyalábra lenne szükségünkahhoz, hogy ugyanolyan eredményesen forraljunk fel egykanna vizet, mint egy egy kilowattos elektromos fűtőszállal.A gravitációs hullámok viszonylagos gyengesége azzal állkapcsolatban, hogy a gravitáció messze a leggyengébbtermészeti kölcsönhatás. Az atomok belsejében például agravitációs és az elektromos erők aránya 10-40. Az

egyetlen ok, aminek köszönhetően a gravitációt mégisérzékelni tudjuk, az, hogy hatása összegeződik, így a nagyégitestek, mondjuk a bolygók, esetében jelentős lehet.A gravitációs hullámoknak nem csak a hatása roppantgyenge, de keletkezésük is meglehetősen bágyadtfolyamat. Elméletileg gravitációs sugárzás keletkezikminden olyan esetben, amikor valami megzavarja atömegeket. A Föld Nap körüli keringése példáulfolyamatosan gravitációs hullámok kisugárzásával jár, ateljes energia-kibocsátás azonban csupán milliwattnyi. Azenergia ilyen formában történő elszivárgása következtébena Föld pályája zsugorodik, azonban nevetségesen csekélymértékben: évtizedenként egy trilliomod centiméterrel.Merőben más azonban a helyzet, amikor nagyméretűégitestek a fényét megközelítő sebességgel mozognak.Két olyan jelenséget ismerünk, amelyek minden bizonnyalszámottevő energiájú gravitációs hullámok kibocsátásávaljárnak. Az egyik egy hirtelen bekövetkező, heves esemény,a szupernóvarobbanás, vagyis az a folyamat, amikor egycsillag fekete lyukká omlik össze. A szupernóvarobbanásta gravitációs hullámok rövid ideig tartó, lökésszerűkibocsátása kíséri. A kisugárzás néhány milliomodmásodperce alatt a gravitációs hullámok 1044 jouleenergiát szállítanak el a rendszerből. (Hasonlítsuk össze ezta számot a Nap sugárzó teljesítményével, ami körülbelül 3X 1026 joule másodpercenként.) A másik folyamat a nagytömegű égitestek egymás körüli nagy sebességűkeringése. Egy szoros kettőscsillag rendszer például

állandóan erős gravitációs hullámokat bocsát ki. Ez afolyamat különösen abban az esetben hatékony, ha azegymás körül keringő égitestek egyike valamilyen kompaktobjektum, például neutroncsillag vagy fekete lyuk. A Sascsillagképben például két neutroncsillag kering egymáskörül, mindössze néhány millió kilométerre egymástól.Gravitációs terük olyan erős, hogy nyolc óránkéntkörberohanják egymást, ami azt jelenti, hogy pályamentisebességük a fénysebesség számottevő hányada. Ez aszokatlanul gyors mozgás gravitációs hullámok erőskibocsátásával jár, aminek következtében a pályazsugorodása is jelentékenyebb (a keringési idő évente[33]

mintegy 75 milliomod másodperccel változik). Agravitációs hullámok formájában történő energiaveszteségkövetkeztében a két égitest spirális pályán mozogva egyreközelebb kerül egymáshoz. Háromszáz millió év múlvaelkerülhetetlenül összeütköznek.A csillagászok becslése szerint az ehhez hasonlórendszerek tagjainak összeolvadása százezer évenként ésgalaxisonként egyszer fordul csak elő. Az égitestek olyparányira összezsugorodottak és gravitációs terük olyerős, hogy az összeütközésük előtti utolsó pillanatokbanmásodpercenként néhány ezerszer körbeszáguldjákegymást, aminek következtében a kibocsátott gravitációshullámok frekvenciája jellegzetes ciripelés formájábanhirtelen megnő. Einstein képletei alapján megállapítható,hogy ebben az utolsó szakaszban a gravitációs hullámokteljesítménye elképesztően nagy lesz, a pálya pedighirtelen összeomlik. A kölcsönös gravitációs vonzás a

felismerhetetlenségig torzítja a csillagok alakját, ezért azösszeütközés pillanatában inkább hatalmas, egymás körülörvénylő szivarokra hasonlítanak, mintsem a megszokottértelemben vett csillagokra. Végső egybeolvadásuk elégzűrös ügy, a két csillag bonyolult, őrülten háborgó tömeggéegyesül, amely bőségesen bocsát ki gravitációshullámokat, egészen addig, amíg nagyjábólgömbszimmetrikus alakot vesz fel, miközben gigantikusharangként különböző rezgési képek szerint rezeg ésimbolyog. Ezek az oszcillációk ugyancsak bizonyosmértékű gravitációs sugárzással járnak, ami továbbienergiát von el az égitesttől, mindaddig, amíg azlecsillapodik és végül teljesen megnyugszik.Bár az energiavesztés sebessége viszonylag alacsony, agravitációs hullámok kibocsátása mélyreható, hosszútávúhatással van az egész Világegyetem szerkezetére. Ezértfontos az, hogy a tudósok megpróbálják megfigyelésekkelellenőrizni a gravitációs hullámokat leíró elméleteikhelyességét. A Sas csillagképben található kettősneutroncsillag rendszer tanulmányozásából arrakövetkeztethetünk, hogy a pálya zsugorodása pontosanEinstein elmélete által megjósolt ütemben megy végbe.[34]

Így tehát ez a rendszer közvetlen bizonyítékot szolgáltat agravitációs sugárzás kibocsátása mellett. Még ennél isdöntőbb megfigyelés lenne, ha sikerülne földilaboratóriumban gravitációs hullámokat észlelni. Sokkutatócsoport tagjai építettek már az áthaladó gravitációshullámok kimutatására különféle berendezéseket, azonban

mindezidáig egyik kísérleti eszköz érzékenysége sem voltelég a hullámok felfogásához. Valószínű, hogy csak adetektorok új nemzedékének kifejlesztése után lehetreményünk a gravitációs hullámok létezésének közvetlenkísérleti igazolására.[35]

Két neutroncsillag egybeolvadásának eredményeképpenvagy egy nagyobb neutroncsillag, vagy egy fekete lyukkeletkezhet Egy neutroncsillag és egy fekete lyuk, illetve kétfekete lyuk összeolvadásából szükségszerűen egyetlenfekete lyuk lesz. Ezt a folyamatot a kettős neutroncsillageseténél bemutatotthoz hasonlóan gravitációs hullámokformájában történő energiavesztés kíséri, majd bonyolultrezgések és imbolygó mozgások kísérik, amelyeket agravitációs energiaveszteség lassacskán lecsillapít.Érdekes megvizsgálni, hogy elméletileg mi lehet a felsőhatára annak az energiamennyiségnek, amely két feketelyuk egybeolvadásának folyamatából kinyerhető. Efolyamatok elméletét Roger Penrose, Stephen Hawking,Brandon Carter, Remo Ruffini, Larry Smarr és mások az1970-es évek elején dolgozták ki. Ha a fekete lyukakegyike sem forog és tömegük ugyanakkora, akkor a teljesnyugalmi tömegüknek megfelelő energia 29 százalékafelszabadítható. Ez az energiamennyiség nem feltétlenülgravitációs hullámok energiájává alakul, ha ugyanis afekete lyukakat valamilyen ma még nem létező, fejlettműszaki eljárással befolyásoljuk, más energiafajtát iskaphatunk. A természetben azonban az egyesüléskorfelszabaduló energia legnagyobb része a gyakorlatilaghasznavehetetlen gravitációs hullámok formájában hagyja

el a rendszert. Ha a fekete lyukak a fizika törvényei általmegengedett legnagyobb sebességgel forognak (vagyiskerületi sebességük nagyjából a fénysebesség) és forgásitengelyeik mentén, ellentétes forgásiránnyal egyesülnek,akkor a tömeg energia-egyenértékének 50 százalékasugárzódhat ki.Ez a tekintélyes hányad sem jelenti azonban még azelméleti maximumot. Elképzelhető ugyanis, hogy valamelyfekete lyuk elektromos töltést hordoz. Az elektromos töltésűfekete lyuknak gravitációs terén kívül elektromos tere isvan, melyek mindegyike tárolhat energiát. Ha egy pozitívtöltésű fekete lyuk negatív töltésű társával olvad össze,akkor a folyamat során hatalmas elektromos kisülés isbekövetkezik, így nem csak gravitációs, hanemelektromágneses energia is felszabadul.Az ilyenkor bekövetkező elektromos kisülés nagyságánakaz szab határt, hogy adott tömegű fekete lyuk nem képeskorlátlan nagyságú elektromos töltést hordozni. Nem forgófekete lyuk esetében a töltés nagyságának felső határát akövetkező meggondolással állapíthatjuk meg. Képzeljük el,hogy két azonos fekete lyuknak ugyanakkora (nagyságú éselőjelű) az elektromos töltése. Gravitációs tereik vonzóerőtkeltenek közöttük, az elektromos terek viszont taszítóerőtébresztenek (mert az azonos töltések taszítják egymást).Amikor a töltés/tömeg arány elér egy kritikus értéket, akkorez a két ellentétes irányú erő pontosan egyensúlyt tartegymással, ezért a két fekete lyuk között egyáltalán nemhat erő. Ez a feltétel jelenti a fekete lyuk által hordozottelektromos töltés felső határát. Kíváncsiak lehetünk arra, mi

történhet, ha megpróbáljuk a fekete lyuk töltését ezenmaximális érték fölé növelni. Erre az egyik lehetőség az,hogy további töltéseket kényszerítünk a fekete lyukba. Ez afolyamat valóban megnöveli ugyan a lyuk elektromostöltését, azonban a lyuk által a töltésre kifejtett taszítóerőellenében munkát kell végeznünk, amely energia átadódika fekete lyuknak. Minthogy az energia egyenértékű atömeggel (emlékezzünk csak az E = mc2 összefüggésre),a fekete lyuk tömege nagyobb lesz, ezért mérete is nő.Egyszerű számítással meggyőződhetünk róla, hogy afolyamat során a tömeg nagyobb mértékben nőtt, mint atöltés, ezért a töltés/tömeg arány (amelyet eredetilegnövelni szerettünk volna) ténylegesen csökkenni fog. Nemsikerült tehát átlépnünk a bűvös korlátot.A töltött fekete lyuk elektromos tere hozzájárul a lyukössztömegéhez. Abban az esetben, ha valamely feketelyuk a megengedett maximális elektromos töltést hordozza,akkor az elektromos tér a tömeg felét teszi ki. Ha két nemforgó fekete lyuk mindegyike a lehetséges maximáliselektromos töltést hordozza, de a töltések ellentéteselőjelűek, akkor a lyukak közt a gravitációs erőn kívül azelektromágneses kölcsönhatás is vonzó jellegű. Ha ez akét fekete lyuk eggyé válik, akkor töltéseik semlegesítikegymást, az elektromos energia pedig kivonható arendszerből. Elméletileg a rendszerből kivonható energiamennyisége elérheti a rendszer teljes tömegévelegyenértékű energia 50 százalékát.Az energiakinyerés abszolút felső határát abban az

esetben kapjuk, ha mindkét fekete lyuk forog és mindkettőa lehetséges maximális nagyságú, de ellentétes előjelűtöltést hordozza. Ebben az esetben a teljes nyugalmitömeggel egyenértékű energia kétharmadafelszabadítható. Természetesen ezek a számok inkábbcsak elméleti szempontból érdekesek, mivel gyakorlatilagvalószínűtlen, hogy a fekete lyukak nagy elektromos töltésthordozzanak. Ugyancsak valószínűtlen, hogy két fekete lyuképpen az optimális módon találkozzék egymással, kivéveazt az esetet, ha valamilyen igen fejlett műszaki kultúrájútársadalom kifejezetten nem kényszeríti őket erre. Kétfekete lyuk találkozásakor azonban még a kevésséhatékony egyesülés is a találkozásban részt vevőobjektumok nyugalmi tömegével egyenértékű energiaszámottevő részének majdnem pillanatszerűfelszabadulását eredményezi. Ezt az energiamennyiségetösszehasonlíthatjuk a nyugalmi tömeg energia-egyenértékének csekély, mindössze egyetlen százalékátkitevő energiával, amelyet a csillagok évmilliárdokig tartóéletük során a fúziós reakciónak köszönhetőenkisugároznak.Ezen gravitációs folyamatok jelentősége abban áll, hogy azéletük végén járó, kiégett csillagok összeomlottsalaktömbként sokkal több energiát tudnak mégkibocsátani, mint korábban, izzó gázgömbként atermonukleáris reakciók révén. Ezt a tényt mintegy húszévvel ezelőtt John Wheeler, amerikai fizikus ismerte fel.(Eredetileg egyébként tőle származik a „fekete lyuk”elnevezés is.) Ennek alapján Wheeler elképzelt egy olyan

civilizációt, amelyik energiaszükségleteit úgy elégíti ki,hogy elhagyja saját csillagát és egy forgó fekete lyukkörnyezetében települ le. A társadalom hulladékait nap mintnap kozmikus teherautókba csomagolják, és gondosanmegtervezett pályán a lyuk felé küldik. A lyuk közelében ateherautók tartalmát kiürítik, a hulladékot a lyuk belseje feléirányítják, és ezáltal hasznosítják. A befelé hulló anyag alyuk forgásával ellentétes irányban keringve némileg fékezia lyuk forgását. Ezáltal a lyuk forgási energiájának egyrésze felszabadul, amit a civilizáció ipari szükségleteikielégítésére tud fordítani. A folyamatnak így kétszereshaszna van, mert egyrészt a civilizáció megszabadul afölösleges melléktermékektől, másrészt a folyamat révéntiszta energiát tud nyerni. Ily módon a halott csillagbólsokkal több energiát tudnak kinyerni, mint amennyitbármely csillag fénylő korszakában kibocsát.Bár a fekete lyuk energiájának hasznosítása egyelőre atudományos fantasztikus irodalom lapjaira kívánkozik, tény,hogy Világegyetem anyagának jó része természetesfolyamatok eredményeképpen is fekete lyukak mélyénvégzi. A kozmikus süllyesztőben nem csak aszupernóvarobbanásban fekete lyukká váló csillaganyagának jelentős része tűnik el, hanem a későbbivéletlen találkozások során, menetközben összegyűjtöttanyag egy része is. Amikor a fekete lyukakról tartokelőadásokat, a hallgatók gyakran megkérdezik, hogy mitörténik, ha valami belekerül a fekete lyukba. A kérdésre arövid és őszinte válasz az, hogy nem tudjuk. A feketelyukakra vonatkozó ismereteink csaknem teljes egészében

elméleti számításokon és matematikai modellekenalapulnak. Magától értetődő, és a fekete lyukmeghatározásából következik, hogy kívülről semmilyenmódon nem tudjuk a lyuk belsejét szemügyre venni. Így abelsejében lezajló folyamatokról még akkor semtudhatnánk meg semmit, ha legalább arra lennelehetőségünk, hogy kívülről megfigyeljünk egy fekete lyukat(a valóságban persze erre sincs módunk). Mindamellett afekete lyukak létezését elsőként megjósolórelativitáselméletet annak kiszámítására is felhasználhatjuk,hogy mi történne egy fekete lyukba belezuhanó űrhajóssal.A most következő leírás tehát ezeken az elméletimegfontolásokon alapul.A fekete lyuk felszíne csupán matematikai konstrukció,semmiképpen nem találunk ott valamiféle hártyát, csak azüres teret. Így tehát a lyuk felé közeledő űrhajós még akkorsem vesz észre semmi különöset, amikor átlépi annakhatárát.[36] A lyuk matematikailag definiált felszínénekmégis rendkívüli fizikai jelentősége van. A lyuk belsejébena tömegvonzás olyan erős, hogy még a fényt is csapdábaejti, mivel a kifelé haladó fotonokat szemléletesen szólvavisszarántja. Ez azt jelenti, hogy a fény nem tudja elhagyni afekete lyukat, az éppen emiatt látszik feketének a kívülállószámára. Minthogy semmiféle fizikailag létező tárgy vagyinformáció nem haladhat a fénynél sebesebben, a feketelyukat nem hagyhatja el semmi, ami egyszer már átlépte ahatárát. A lyuk határain belül lejátszódó események örökrerejtve maradnak a külső megfigyelők szeme elől. Emiatt afekete lyuk határfelületét „eseményhorizont”-nak is szokás

nevezni, minthogy éles határvonalat jelent a rajta kívültörténő és a távoli megfigyelők által is észlelhetőesemények, illetve a lyuk belsejének kívülálló számáraláthatatlan történései között. Az eseményhorizontműködése azonban egyirányú. Az eseményhorizonton belültartózkodó űrhajós továbbra is jól látja a fekete lyukon kívülivilágot, annak ellenére, hogy őt kívülről senki sem láthatja.Ahogy az űrhajós egyre mélyebbre merül a lyuk belsejébe,úgy erősödik a gravitációs tér. Ennek egyik következményetestének eltorzulása lesz. Ha az űrhajós lábával előreközeledik a lyuk belseje felé, akkor lábai közelebb leszneka lyuk középpontjához, mint a feje, így a lábaira nagyobbgravitációs erő hat. Ennek következtében a lábait nagyobberő húzza a lyuk belseje felé, mint a fejét, így testehosszanti irányban megnyúlik. Vállai ugyanakkoregymáshoz közeledő útvonalon akarják megközelíteni alyuk közepét, ezért az űrhajós teste oldaliránybanösszenyomódik. A test hosszanti megnyúlását ésoldalirányú összepréselődését tréfásan „spagettizálódás”-nak is szokták nevezni.Az elmélet szerint a fekete lyuk középpontjában agravitáció minden határon túl nő. Minthogy a gravitációs téra téridő görbületeként jelenik meg, ezért a gravitációs térerősségének határtalan növekedése együtt jár a téridőgörbületének minden határon túl való növekedésével. Amatematikusok ezt a jelenséget a téridő szingularitásánaknevezik. Ez tulajdonképpen a tér és az idő olyan határát,„szélét” jelenti, amelyen túl a téridő közönséges fogalmanem folytatható, nem tartható fenn. Sok fizikus úgy

gondolja, hogy a fekete lyuk belsejében találhatószingularitás egyértelműen a tér és az idő végét jelzi,továbbá, hogy az ezzel találkozó anyag tökéletesenmegsemmisül. Ha valóban ez a helyzet, akkor egymindössze egyetlen nanoszekundum alatt lejátszódószuper-spagettizálódás során még az űrhajós testénekatomjai is eltűnnek a szingularitásban.Ha a fekete lyuk tömege tízmillió naptömeg, vagyiskörülbelül akkora, mint amekkora fekete lyukat aTejútrendszer középpontjában sejtünk, és ez a fekete lyuknem forog, akkor az űrhajós zuhanása azeseményhorizonttól a szingularitásig mintegy három percigtart. Ebben az utolsó három percben bizonyára elégkényelmetlenül érezné magát, legalábbis abban azesetben, ha a spagettizálódás nem pusztítaná el aszerencsétlent még jóval a szingularitás elérése előtt.Bármi is történjék, az űrhajós zuhanása utolsószakaszában sem láthatná meg a szingularitást, hiszen azta fénysugárzás sem képes elhagyni. Ha a szóban forgófekete lyuk csupán egy naptömegű, akkor sugara körülbelülhárom kilométer lenne. Ebben az esetben azeseményhorizonttól a szingularitásig tartó zuhanásmindössze néhány milliomod másodpercig tartana.Bár a teljes megsemmisülésig eltelő idő az űrhajósvonatkoztatási rendszeréből nézve nagyon rövid, a feketelyuk úgy torzítja a téridő szerkezetét, hogy nagyon távolrólaz űrhajós utolsó útja olyan, mintha lassított felvételennéznénk végig. Ahogy az űrhajós egyre jobban megközelítiaz eseményhorizontot, úgy lassul le egyre jobban a távoli

megfigyelő számára az őt körülvevő események sora.Valójában úgy tűnik, mintha végtelen hosszú időre lenneszükség ahhoz, hogy az űrhajós elérje azeseményhorizontot. Ami tehát a Világegyetem távoli részénelhelyezkedő megfigyelő számára az örökkévalóságnaktűnik, az az űrhajós számára egy szempillantásnyi idő alattlejátszódik.[37] Ilyen értelemben a fekete lyuk úgy tekinthető,mint a Világegyetem valamiféle kapuja,[38] vagy a semmibenyíló kijáratot jelentő kozmikus zsákutca. A fekete lyuk a térkicsiny tartománya, amely az idő végét foglalja magában.Akik kíváncsiak a Világegyetem végső sorsára, azok egyfekete lyukba beleugorva saját bőrükön közvetlenül ismegtapasztalhatják azt. Bár a gravitáció a természet erőiközül messze a leggyengébb, lopva settenkedő ésösszegeződő hatása határozza meg a dolgok végsősorsát, nem csak az egyes égitestek, hanem a kozmoszegésze esetében is. A végállapotukba jutó csillagokatösszeroppantó könyörtelen vonzás sokkal nagyobbléptékben, a Világegyetem egészére is hatással van.Ennek az egyetemes vonzásnak a végkimenetele nagyonérzékenyen függ attól, hogy mekkora a gravitációs vonzástkifejtő anyag pontos mennyisége. mérnünk a Világegyetemtömegét.

6. FEJEZETMegmérjük a Világegyetemet

Gyakran emlegetik, hogy ami egyszer fent van, annak le

is kell esnie. A tömegvonzás lefékezi a fölfelé eldobotttestek mozgását és visszahúzza azokat a Földre. Ezazonban nem mindig van így. Ha a test elég gyorsanmozog, akkor örökre kiszabadulhat a Föld gravitációsrabságából. Kirepül a világűrbe és soha nem tér vissza. Abolygóközi űrszondákat pályára állító hordozórakétákatilyen nagy sebességre kell felgyorsítani.A kritikus „szökési sebesség” körülbelül 11 kilométermásodpercenként, azaz csaknem negyvenezer kilométeróránként, ami több, mint hússzorosa a leggyorsabbutasszállító repülőgép, a Concorde sebességének. Aszökési sebesség nagyságát a Föld tömege, azaz a bennetalálható anyag mennyisége, és sugara határozza meg.Minél kisebb az adott tömegű test, annál erősebb afelszínén a gravitációs tér. Ha ki akarunk szabadulni aNaprendszerből, akkor a Nap gravitációs vonzását kelllegyőzni. Ehhez másodpercenként 618 kilométeressebességre van szükség. A Tejútrendszerből valókiszökéshez ugyancsak néhány száz kilométeresmásodpercenkénti sebességre kell felgyorsítanunk atesteket. Szélsőséges példaként érdemes megemlíteni,hogy egy kompakt égitest, mondjuk egy neutroncsillagesetében a szökési sebesség több tízezer kilométermásodpercenként, míg a fekete lyukra vonatkozó szökésisebesség megegyezik a fény sebességével (300 000kilométer másodpercenként).De vajon mekkora a Világegyetem egészére vonatkozószökési sebesség? Amint azt a 2. fejezetben márhangsúlyoztam, úgy tűnik, hogy a Világegyetemnek nincs

széle, amelyen át ki lehetne lépni belőle. Hagondolatmenetünkben azt tekintjük a Világegyetemhatárának, ameddig megfigyeléseink elérnek (e mintegytizenöt milliárd fényév), akkor szökési sebességkéntmegközelítőleg a fénysebességet kapjuk. Ez az eredményazért roppant fontos, mert a legtávolabbi galaxisok afényéhez közeli sebességgel távolodnak tőlünk. Mindez aztjelenti, hogy ezek a galaxisok oly sebesen távolodnakegymástól, hogy kishíján „megszöknek” a Világegyetemből,vagy legalábbis örökre eltávolodnak egymástól.Kiderül tehát, hogy a táguló Világegyetem nagyonhasonlóan viselkedik a Földről földobott kőhöz,[39] annakellenére, hogy a Világegyetemnek nincs jól meghatározottszéle. Ha a tágulás sebessége elég nagy, akkor a távolodógalaxisok kiszabadulnak a Világegyetem összes többianyagának együttes gravitációs hatása alól, így aVilágegyetem tágulása mindörökké folytatódik. Másrészt,ha viszont ha a tágulás sebessége túlságosan lassú, akkorbizonyos idő elteltével a folyamat megáll és aVilágegyetem elkezd összehúzódni. A galaxisok ezután„visszahullanak”, a végső kozmikus katasztrófaelkerülhetetlenül bekövetkezik, az egész Világegyetemösszeomlik.Kérdés, hogy a két lehetőség közül melyik valósul meg. Aválaszt két szám összehasonlítása adja. Egyrészt a tágulássebessége, másrészt a Világegyetem teljes gravitációsvonzása, vagyis tulajdonképpen a Világegyetemössztömege.[40] Minél erősebb a tömegvonzás, annál

nagyobb sebességgel kell a Világegyetemnek tágulnia,hogy legyőzze a visszahúzó erőt. Elvben a csillagászok agalaxisok színképe alapján meg tudják mérni a tágulássebességét, azonban egyelőre a mérési eredményekmeglehetősen ellentmondásosak. Még ennél is sokkalnagyobb gondot jelent azonban a második mennyiségmeghatározása, azaz a Világegyetem össztömegénekmegállapítása.Hogyan mérhetjük meg a Világegyetem tömegét? A feladatreménytelenül megoldhatatlannak látszik, közvetlenmérésre ugyanis egész biztosan nincs lehetőségünk.Mindamellett a gravitáció elméletének ismeretébenmegpróbálhatjuk kiszámítani a tömeget. A tömeg alsóhatárát viszonylag egyszerűen megkaphatjuk. A bolygókragyakorolt tömegvonzásának ismeretében a Nap tömegekönnyen kiszámítható. Tudjuk, hogy a Tejútrendszermintegy száz milliárd csillagból áll, amelyek átlagostömege akkora, mint a Napé, ami alsó határt ad aTejútrendszer tömegére. Ezek után meg kell becsülnünk,hány galaxis lehet az egész Világegyetemben. Ahhoztúlságosan sok van, hogy egyenként számláljuk össze őket,de jó becslésként elfogadhatjuk a tíz milliárdot. ATejútrendszer tömegének és a galaxisok számánakszorzataként a Világegyetem tömegére 1021 naptömeg,azaz körülbelül 1048 tonna adódik.[41] A megfigyelhetőgalaxisok gyülekezetének sugarát tizenöt milliárdfényévnek tekintve kiszámíthatjuk a Világegyetem egészérevonatkozó szökési sebességet: eredményül a

fénysebesség körülbelül 10 százalékát kapjuk. Arra akövetkeztetésre jutottunk tehát, hogy amennyiben aVilágegyetem össztömegét kizárólag a csillagok tennék ki,akkor a Világegyetem legyőzné saját gravitációs vonzásátés tágulása a végtelenségig folytatódna.Sok tudós úgy gondolja, hogy valóban ez fog történni. Nemminden csillagász és kozmológus van azonbanmeggyőződve arról, hogy a tömegek összegzését helyesenvégeztük el. A látható anyag kevesebb a ténylegesenlétezőnél, hiszen nem minden égitest világít. A sötétégitestek, például a bolygók, a halvány csillagok vagy afekete lyukak bizonyára elkerülik a figyelmünket. Találhatóezen kívül a Világegyetemben egy csomó por és gáz is,amelynek jó része ugyancsak alig észrevehető. Ezen kívülminden bizonnyal a galaxisok közötti tér sem teljesen üres,hanem valószínűleg nagy mennyiségű, híg gázt tartalmaz.A csillagászokat azonban évek óta egy sokkal érdekesebblehetőség izgatja. A Világegyetemben látható összesanyag az ősrobbanásból ered, de ugyaninnen származik aláthatatlan anyag is. Ha a Világegyetem az elemirészecskék hihetetlenül forró leveseként kezdte az életét,akkor a közönséges anyagot felépítő, jól ismertelektronokon, protonokon és neutronokon kívül azközelmúltban a részecskefizikai laboratóriumokbanazonosított egyéb részecskéknek is bőségesen kellettvolna keletkezniük. Ezen egyéb részecskék legtöbbjefelettébb instabil, ezért gyorsan elbomlik, bár akadnakközöttük tartósabbak is, amelyek a mai Világegyetembenaz ősi eredetről tudnak tanúskodni.

A legfontosabb ilyen maradvány a neutrínó, ez a kísértetiesrészecske, amelyek szerepéről aszupernóvarobbanásokkal kapcsolatban a 4. fejezetbenmár esett szó. Mai tudásunk szerint a neutrínók semmirenem képesek elbomlani. (Valójában a neutrínók háromtípusa létezik, amelyek valószínűleg kölcsönösenátalakulhatnak egymásba, ettől azonban most eltekintünk.)Fel kell tehát tételeznünk, hogy a Világegyetem azősrobbanásból megmaradt neutrínók tengerében úszik.Feltételezve, hogy az ősrobbanás után rendelkezésre állóenergia egyenletesen oszlott el az összes elemi részecskeközött, ki lehet számítani, hogy hány kozmikus neutrínónakkell léteznie. A válasz körülbelül egymillió neutrínóköbcentiméterenként, vagyis a közönséges anyag mindenegyes részecskéjére körülbelül egymilliárd neutrínó jut.[42]

Ez a figyelemreméltó végkövetkeztetés mindannyiszorlenyűgözött, ahányszor csak találkoztam vele. Mindenpillanatban mintegy százmilliárd neutrínó tartózkodik atestünkben, amelyek csaknem mind az ősrobbanásmaradványai és a létezés első ezredmásodperce ótatöbbé-kevésbé zavartalanul élték túl az évmilliárdokat.Minthogy a neutrínók fénysebességgel vagy közelfénysebességgel mozognak, ezért másodpercenkéntszáztrilliónyi ilyen részecske halad át a testünkön. Ebből aszüntelen zaklatásból az égvilágon semmit nem veszünkészre, mert a neutrínók olyan gyengén lépnekkölcsönhatásba a közönséges anyaggal, hogyelhanyagolhatóan kicsiny a valószínűsége annak, hogyéletünk folyamán akár csak egyetlen egy is megáll

bennünk. Mindamellett a Világegyetem látszólag ürestérségeit kitöltő rengeteg neutrínó létezésének mélyrehatókövetkezményei lehetnek az egész Világegyetem végsősorsának alakulására.Bár csak rendkívül gyengén képesek kölcsönhatni, ennekellenére a neutrínók is kifejtenek gravitációs vonzástminden más részecskére. Nem képesek ugyan számottevőmértékben ide-oda lökdösni a környezetükben lévőanyagot, közvetett gravitációs hatásuk azonban kritikusmértékben hozzájárulhat a Világegyetem össztömegéhez.Ha azonban pontosan meg akarjuk állapítani, hogy aneutrínók milyen mértékben járulnak hozzá ehhez, akkorpontosan meg kell határoznunk a neutrínók tömegét.Amikor a testek gravitációs hatásáról beszélünk, akkormindig a test tényleges, nem pedig a nyugalmi tömegét kellfigyelembe vennünk. Minthogy a neutrínók közelfénysebességgel mozognak, tömegük számottevő lehet,annak ellenére hogy nyugalmi tömegük parányi, mint arról a4. fejezetben szó volt. Az sincs kizárva, hogy nyugalmitömegük nulla és pontosan fénysebességgel mozognak.Ha ez a helyzet, akkor tényleges tömegük az energiájukalapján határozható meg. Az ősrobbanás maradványakéntfennmaradt neutrínók esetében ezt az energiát arészecskék által az ősrobbanás energiájából megszerzettrész alapján becsülhetjük meg. Ezt a kezdeti energiátkésőbb egy olyan tényezővel kell módosítani, amelyfigyelembe veszi a Világegyetem tágulásából következőgyengülést. Ha mindezt elvégeztük, akkor kiderül, hogy anulla nyugalmi tömegű neutrínók nem adnak számottevő

járulékot a Világegyetem össztömegéhez.Másrészt viszont nem lehetünk bizonyosak sem abban,hogy a neutrínó nyugalmi tömege valóban nulla, sem pedigabban, hogy a neutrínók mindhárom fajtájánakugyanakkora a nyugalmi tömege. A neutrínókról eddigmegszerzett elméleti ismereteink alapján nem zárhatjuk kia véges nyugalmi tömegük lehetőségét, ezért a kérdéstkísérletekkel kell eldönteni. Amint a 4. fejezetben máremlítettük, tudjuk, hogy ha a neutrínónak van nyugalmitömege, akkor az nagyon kicsi, sokkal kisebb, mintbármely más elemi részecske nyugalmi tömege. Minthogyazonban a Világegyetemben temérdek neutrínó található,még a parányi nyugalmi tömeg is jelentékeny hozzájárulástadhat a Világegyetem teljes tömegéhez. A helyzetborotvaélen táncol. Ha a neutrínó tömege csupán tízezredrésze az elektronénak (az egyébként legkönnyebbrészecskéének), akkor ez elegendő ahhoz, hogy akorábban leírt kép drámaian megváltozzék: a neutrínókegyüttes tömege nagyobb lesz, mint a csillagoké.[43]

Az ilyen parányi tömeg kimutatása borzasztóankörülményes, ráadásul a kísérletek eredményei nemegyértelműek és egymásnak ellentmondóak. Különös, hogyéppen az 1987A szupernóvából származó neutrínókmegfigyelése fontos mozzanatot jelentett a kérdéseldöntésében. Amint már említettük, ha a neutrínó nyugalmitömege pontosan nulla, akkor ezek a részecskék pontosanegyforma gyorsan, méghozzá fénysebességgelszáguldanak. Másrészt viszont, ha a neutrínó nyugalmi

tömege bármilyen kicsiny, de nullától különböző, végesérték, akkor sebességük különböző lehet. Aszupernóvarobbanásból származ neutrínók mindenbizonnyal nagyon nagy energiájúak, ezért abban azesetben is a fényét megközelítő sebességgel mozognak,ha nyugalmi tömegük nullánál nagyobb. Minthogy azonbannagyon sokáig haladtak a világűrben, mialatt a robbanáshelyétől a Földig elértek, a kicsiny sebességkülönbségekkövetkeztében különböző lenne az egyes neutrínókmegérkezésének időpontja. Megvizsgálva annak azidőintervallumnak a hosszát, amelyen belül az 1987Aszupernóvából származó neutrínók a Földre érkeztek, felsőhatárt adhatunk a nyugalmi tömegükre. Eszerint a neutrínónyugalmi tömege biztosan kisebb, mint az elektrontömegének egy harmincezred része.Sajnos a helyzetet tovább bonyolítja, hogy nem csakegyfajta neutrínót ismerünk. A nyugalmi tömegmeghatározására irányuló próbálkozások legtöbbje aneutrínók Pauli által eredetileg megnevezett típusáravonatkozik. Ennek felfedezése óta azonban a neutrínókmég egy típusát sikerült megtalálni, egy harmadik típuslétezésére pedig következtetni tudtak a fizikusok.[44] Azősrobbanáskor mindhárom neutrínótípus képviselőinekbőségesen kellett volna keletkeznie. Nagyon nehézközvetlen módon valamilyen határokat felállítani a másik kétneutrínófajta tömegére vonatkozóan. A kísérletieredmények meglehetősen széles tartománybanszóródnak, ennek ellenére napjainkban a kozmológusokáltalában úgy vélik, hogy a neutrínók tömege valószínűleg

nem játszik jelentős szerepet a Világegyetemössztömegében. A neutrínó tömegének meghatározásárairányuló legkorszerűbb kísérletek eredményeitől függőenazonban ez az állítás könnyen az ellenkezőjére fordulhat.Nem a neutrínó az egyetlen olyan ősmaradvány amindenségben, amelyet figyelembe kell vennünk, ha megakarjuk becsülni a Világegyetem össztömegét. Azősrobbanás során más, gyengén kölcsönható, stabilrészecskék is keletkezhettek, esetleg nagyobb nyugalmitömegűek is. (Ha a nyugalmi tömeg túlságosan nagy, akkoraz illető részecskéből kevesebb keletkezik, mint akönnyebbekből, mert a nehezebb részecskékelőállításához több energiára van szükség.) Mindezeket arészecskéket összefoglalóan WIMP-eknek nevezik, agyengén kölcsönható, nagy tömegű részecskék angolelnevezésének (Weakly Interacting Massive Particles)rövidítéseként. Magyarul gyentnek lehetn nevezni őket. Azelméleti fizikusok már csinos kis listát állítottak össze afeltételezhető gyentekről, amelyeknek már különfélehangzatos neveket is adtak, mint például gravitínók,higgsínók és fotínók. Senki sem tudja azonban, hogy ezeka részecskék valóban léteznek-e, ha azonban léteznek,akkor semmiféleképpen sem szabad figyelmen kívül hagyniőket a Világegyetem tömegének megmérésekor.Figyelemreméltó, hogy a gyentek létezését esetlegközvetlenül is ki lehet mutatni, mégpedig a közönségesanyaggal feltételezett kölcsönhatásuk alapján. Bár azelőrejelzések szerint ez a kölcsönhatás harmatgyenge, agyentek nagy tömegüknek köszönhetően erős csapásokat

képesek mérni más részecskékre. Anglia északkeletirészén egy sóbányában, illetve San Franciscóban egy gátalatt terveznek kísérleteket az áthaladó gyentekkimutatására. Feltételezve, hogy a Világegyetemben bővenvannak gyentek, folytonosan óriási nagy számban kelltestünkön (és a Földön) áthaladniuk. A kísérletalapgondolata meghökkentően hangzik: a fizikusok azt ahangot szeretnék műszereikkel meghallani, amely egyatommag és egy gyent összeütközésekor keletkezik!A kísérleti berendezés lelke egy germánium vagy szilíciumkristály, amelyet hűtőrendszer vesz körül. Ha a gyentnekicsapódik a kristály valamelyik atommagjának, azátadott impulzus hatására az atommag kissévisszalökődik. Ez a hirtelen lökés parányi hanghullámotkelt, azaz megrezgeti a kristályrácsot. Miközben a rezgésszétterjed, lecsillapodik és hővé alakul. A kísérletet annak aparányi hőlökésnek a kimutatására tervezték, amelyet azelhaló hanghullám kelt a kristályban. Minthogy a kristályt azabszolút nulla fok közelébe hűtve használják, az alegcsekélyebb hőmennyiség megjelenésére is roppantérzékeny.Az elméleti fizikusok azon az állásponton vannak, hogy agalaxisok a lassan mozgó gyentek nagy, lebeny alakúrajaiba merülnek. A gyentek tömege egy és ezerprotontömeg között lehet, átlagsebességük pedig néhányezer kilométer másodpercenként. MiközbenNaprendszerünk kering a Tejútrendszer középpontja körül,keresztülhalad ezen a láthatatlan részecskeóceánon,aminek következtében a Föld anyagának minden egyes

aminek következtében a Föld anyagának minden egyeskilogrammján naponta legalább ezer gyent szóródik.Elfogadva ezt a gyakoriságot, a gyentek közvetlen kísérletikimutatása nem tűnik megvalósíthatatlannak.Miközben folytatódik a gyentek utáni hajtóvadászat, aVilágegyetem tömegének megmérése továbbra isizgalomban tartja a csillagászokat. Még ha egy test nem islátható (vagy hallható), tömegvonzása alapján akkor islelepleződhet a jelenléte. A Neptunusz bolygót például úgytudták felfedezni, hogy a csillagászok észrevették, hogy aSzaturnusz mozgását egy addig ismeretlen égitestgravitációs hatása megzavarja. A Szíriusz körül keringő,Szíriusz B jelű, halvány, fehér törpe csillagot hasonlóképpenfedezték fel. A látható égitestek mozgását nyomon követvea csillagászok képet tudnak alkotni a sötét anyagról.(Korábban már volt szó róla, hogyan vezetett ez a módszerannak megsejtéséhez, hogy a Cygnus X-1 belsejében egyfekete lyuk rejtőzik.)Az elmúlt egy-két évtizedben nagyon gondosanmegfigyelték a csillagászok a Tejútrendszerhez tartozócsillagok mozgását. A csillagok a Tejútrendszerközéppontja körül keringenek, átlagosan több, mint kétszázmillió éves keringési idővel. A Tejútrendszer korong alakú,a közepetáján erős, csillagokból álló kidudorodással.Bizonyos értelemben tehát hasonlít a Naprendszerre,amelyben a bolygók a Nap körül keringenek. ANaprendszer esetében azonban a belső bolygók, például aMerkúr és a Vénusz, gyorsabban mozognak pályájukmentén, mint a külsőbbek, mondjuk az Uránusz vagy aNeptunusz. Ennek az az oka, hogy a belsőbb bolygókra

erősebben hat a Nap tömegvonzása. Várható, hogy ez aszabályszerűség a Tejútrendszerre is érvényes, vagyiseszerint a Tejútrendszer peremvidékén lévő csillagoknaksokkal lassabban kellene mozogniuk, mint azoknak,amelyek „közelebb vannak a tűzhöz”.A megfigyelések azonban ellentmondanak ennek avárakozásunknak. A csillagok nagyjából egyformasebességgel köröznek a korongban. A jelenségmagyarázata az lehet, hogy a Tejútrendszer tömege nemkoncentrálódik galaxisunk legbelsejére, hanem nagyjábólegyenletes eloszlást mutat. Az a tény, hogy a Tejútrendszero lya nna k látszik, mintha anyaga a közepetájárakoncentrálódna, arra enged következtetni, hogy a láthatóanyag csak egy része az összesnek. Nyilvánvalóan sokláthatatla anyag van jelen, ennek jó része a korong külsőnyúlványaiban, gyorsítva ezáltal az ott elhelyezkedőcsillagok mozgását. Jelentős mennyiségű sötét anyagnakkell lennie a Galaxis látható peremén túl és a fénylő anyagáltal kirajzolt fősíkján kívül is, beburkolva ezáltal az egészTejútrendszert egy nagy tömegű, láthatatlan halóba, amelymessze benyúlik a galaxisok közötti térbe. Hasonlósebességeloszlást figyeltek meg több más galaxisban is. Amérések eredményei szerint a galaxisok látható részeátlagosan több, mint tízszer akkora tömegsűrűségű, mintamekkora értékre a fényességük és a Nap tömegével valóösszehasonlítás alapján számítottunk. A galaxisok legkülsőtartományaiban ez az arány akár az ötezerszeres értéket iselérheti.Hasonló következtetést vonhatunk le a galaxisok

Hasonló következtetést vonhatunk le a galaxisokgalaxishalmazokon belüli mozgásának tanulmányozásaalapján. Nyilvánvaló, hogy amennyiben egy galaxis eléggyorsan mozog, akkor kitépheti magát a halmazgravitációs rabságából. Ha a halmaz minden galaxisa ilyengyorsan mozog, akkor a halmaz hamarosan szétesik. Egyjellegzetes, néhány száz tagot számláló galaxishalmazttalálunk például a Bereniké haja (Coma) csillagképben. Ezta halmazt alaposan megvizsgálták a csillagászok. A Comahalmaz galaxisainak átlagsebessége messze sokkalnagyobb annál, hogy a halmaz együtt maradhasson, kivéve,ha legalább háromszázszor akkora a tömege, mintamekkorának azt a fénylő anyag mennyisége alapjánbecsültük. Mivel csak nagyjából egymilliárd évig tart, amígegy átlagos galaxis keresztülhalad a halmazon, bőségesenelég idő állt már a halmaz rendelkezésére ahhoz, hogyfelbomoljék. Ez azonban nem történt meg, sőt, a halmazmegfigyelhető szerkezete kifejezetten azt a benyomástkelti, hogy gravitációsan kötött rendszerrel van dolgunk. Asötét anyag valamilyen, a galaxisok mozgását befolyásolóformájának tehát feltétlenül jelen kell lennie a halmazban,mégpedig számottevő mennyiségben.A láthatatlan anyag létezése mellett szóló további érvetszolgáltat a Világegyetem nagy léptékű szerkezetének,vagyis a galaxisok halmazokba és szuperhalmazokba valótömörülésének megfigyelése is. Amint azt a 3. fejezetbenmár elmagyaráztuk, a galaxisok eloszlása hatalmas,kozmikus méretű habra emlékeztet, a galaxisok szálakbatömörülnek vagy a hatalmas üregeket körülölelő, kiterjedtlepleket alkotnak. Ez a csomós, habszerű szerkezet az

lepleket alkotnak. Ez a csomós, habszerű szerkezet azősrobbanás óta rendelkezésre álló idő alatt csakis a sötétanyag többlet tömegvonzásának segítségével alakulhatottki. A számítógépes szimulációk azonban mind a mai napiga sötét anyag semmilyen egyszerű formája esetén semvoltak képesek ezt a habszerű szerkezetet reprodukálni, ígyvalószínűleg a láthatatlan anyagfajták valamilyen bonyolultkeverékének feltételezésére lesz szükség.Legújabban a sötét tömeg jelöltjeit kereső kutatókérdeklődése az egzotikus elemi részecskék felé fordult,ugyanakkor kétségtelen, hogy a sötét anyag sokkalhagyományosabb formában is létezhet, például bolygónagyságú tömegeket vagy halvány csillagokat alkothat. Azefféle sötét égitestek akár csapatostul is vándorolhatnakszerte a világban, mégis képtelenek lennénk tudomástszerezni róluk. A csillagászok azonban újabban kidolgoztakegy olyan módszert, amelynek segítségével azoknak asötét égitesteknek a jelenlétét is ki lehet mutatni, amelyeknem kötődnek gravitációsan egyetlen látható égitesthezsem. Ez a módszer Einstein általánosrelativitáselméletének egyik eredményét kihasználva agravitációs lencsék alkalmazásán alapul.Az alapötlet azon a tényen alapul, hogy a gravitációs térelgörbíti a fénysugarakat. Einstein megjósolta, hogy ha egyfénysugár nagyon közel halad el a napkorong pereméhez,akkor kissé elgörbül, látszólag megváltoztatva ezáltal azillető csillag helyét az égbolton. Összehasonlítva a csillaghelyzetét akkor, amikor ott van a Nap a közelében, azzal,amikor a Nap az égbolt távoli részén tartózkodik, azelőrejelzés ellenőrizhető. Ezt a mérést elsőízben Sir Arthur

előrejelzés ellenőrizhető. Ezt a mérést elsőízben Sir ArthurEddington brit csillagász végezte el 1919- ben, és ezzelragyogóan igazolta Einstein elméletét.Az optikai lencsék ugyancsak megtörik a fénysugarakat,aminek eredményeképp azok fókuszálódnak és képetalkotnak. Ha egy nagy tömegű test eléggé szimmetrikus,akkor az optikai gyűjtőlencséhez hasonlóan viselkedhet,azaz összegyűjtheti a távoli fényforrások fényét. Aképalkotás módját a 6.1. ábra mutatja. Az S fényforrásbóljövő fény egy gömb alakú test mellett halad el. A testtömegvonzása elhajlítja és a test túlsó oldalán lévőfókuszpont felé irányítja a fénysugarakat. A fényelhajlásmértéke a legtöbb égitest esetében parányi, de az irdatlancsillagászati távolságoknak köszönhetően még a nagyoncsekély mértékben elhajlított sugarak is eljutnak a fókuszig,ahol egyesülnek.[45] Ha a fény útját eltérítő test a Föld és anagyon távoli S fényforrás között helyezkedik el, akkor úgylátjuk, mintha S a valóságosnál sokkal fényesebb lenne,vagy ha a két égitest iránya nagyon pontosan megegyezik,akkor a távoli égitest képe fényes gyűrűvé torzul. Eztnevezzük Einstein-gyűrűnek. A nem gömbszimmetrikus,hanem szabálytalan alakú eltérítő testek esetében agravitációslencse-hatás eredményeképpen nem egyetlen,fókuszált kép keletkezik, hanem nagy valószínűséggel többrészből álló, szabálytalan alakú kép. Kozmológiaiméretekben a csillagászok már jónéhány gravitációslencsét felfedeztek. A legtöbb esetben egy nem túl távoligalaxis egy sokkal messzebbi kvazár képén hozza létre agravitációslencse-hatást, így általában a kvazár

megtöbbszöröződött képét látjuk. Néhány esetben a kvazárfényéből kialakuló teljes Einstein-gyűrű megfigyelhető.

6.1. ábraGravitációs lencse. A nagy tömegű test gravitációs tere

elhajlítja a távoli S fényforrásból jövő fénysugarakat.Kedvező esetben ez a hatás fókuszálja a fénysugarakat.

A fókuszpont környékén tartózkodó megfigyelő a testkörül fénylő gyűrűt látna.

Miközben a csillagászok sötét bolygókat vagy halványtörpecsillagokat keresnek az égen, arra is figyelnek, hogynem találják-e meg a gravitációslencse-hatás jeleit. Ezabban az esetben fordulhatna elő, ha a halvány vagy sötétégitest pontosan a Föld és egy távolabbi csillag közötthelyezkedne el. A csillag képe ilyenkor meghatározottfényváltozást mutatna, hirtelen kifényesedne, majdelhalványodna, ahogy a sötét égitest elhaladna alátóirányán keresztül és átmenetileg a Földre fókuszálná acsillag fényét. Bár maga a sötét égitest láthatatlanmaradna, létezését mégis elárulná az általa keltettfókuszáló hatás. Egyes csillagászok ezzel a módszerrelpróbálnak a Tejútrendszer halójában sötét égitesteketfelfedezni. Bár a két égitest iránya pontos egyezésénekhihetetlenül kicsiny a valószínűsége, ha elegendően soksötét égitest található a Tejútrendszer peremvidékén, akkorelvileg nincs akadálya, hogy néhány esetben meg lehessenfigyelni a gravitációslencse-hatást. 1993 végén egy közösausztrál-amerikai kutatócsoport a Nagy Magellán-felhőt

ausztrál-amerikai kutatócsoport a Nagy Magellán-felhőtvizsgálta az Új Dél-Wales tartományban lévő MountStromlo Obszervatóriumból. A csillagászok beszámoltakegy megfigyelésükről, amelynek eredménye egyértelműenarra utal, hogy a Tejútrendszer halójának egy törpecsillagagravitációs lencseként fókuszálta egy távoli objektumfényét.[46]

A fekete lyukak ugyancsak gravitációs lencseként képesekműködni, ezért széles körben folynak kutatásokextragalaktikus rádióforrások fókuszált képe után. (Agravitációs lencse természetesen nem csak afényhullámokat gyűjti össze, hanem minden fajtaelektromágneses sugárzást, így a rádióhullámokat is.)Nagyon kevés gyanús objektumot találtak, ami azt abenyomást keltette a csillagászokban, hogy a csillagméretűés a galaktikus fekete lyukak valószínűleg a hiányzó sötétanyagnak csupán jelentéktelen hányadára képesekmagyarázatot adni. Nem minden fekete lyuk ad azonbanhírt magáról a fénysugarak gravitációs fókuszálása révén.Lehetséges, hogy az ősrobbanást követően uralkodóroppant szélsőséges fizikai viszonyok a mikroszkopikusméretű fekete lyukak keletkezésének kedveztek, amelyeknem nagyobbak egy atommagnál. Az ilyen objektumoktömege nagyjából akkora, mint egy kisbolygóé. Ilyenmódon nagyon hatékonyan rengeteg tömeg bújtatható el aVilágegyetemben szétszórva. Meglepő módon még ezekrea bizarr képződményekre is tudunk megfigyelési korlátokatadni. Ennek az úgynevezett Hawking-hatás az oka, amelyeta 7. fejezetben magyarázunk meg részletesen. Röviden

arról van szó, hogy a mikroszkopikus fekete lyukakelektromosan töltött részecskék záporát keltvefelrobbanhatnak. A robbanás meghatározott, a fekete lyuktömegétől függő idő elteltével következik be: a kisebblyukak hamarabb robbannak fel. A kisbolygónyi tömegűfekete lyukak mintegy tízmilliárd év elteltével robbannak fel,vagyis körülbelül mostanában. Az ilyen robbanás egyikmellékhatásaként hirtelen, lökésszerű rohambanrádióhullámok keletkeznek, így itt a rádiócsillagászokjuthatnak fontos szerephez. Eddig nem sikerült gyanúsrádióimpulzusokat kimutatniuk, amiből meg lehetettbecsülni, hogy köbfényévenként és hárommillió évenkéntlegfeljebb egy ilyen robbanás következik be. Ez viszont aztjelenti, hogy a Világegyetem össztömegének legfeljebbnagyon kicsiny hányada rejtőzhet mikroszkopikus feketelyukak mélyén.Összefoglalva, az egyes csillagászok különbözőnagyságúnak becsülik a Világegyetemben található sötétanyag mennyiségét. Valószínű, hogy a sötét anyagössztömege legalább tízszerese a fénylő anyagmennyiségének, de vannak, akik százszoros arányt isemlegetnek. Megdöbbentő, hogy még maguk acsillagászok sem tudják, miből áll legnagyobbrészt aVilágegyetem. Korábban azt gondolták, hogy aVilágegyetem döntő többségében csillagokból áll.Legújabban azonban kiderült, hogy a csillagok aVilágegyetem egész anyagának csupán jelentéktelenhányadát képviselik.A kozmológia számára az a legfontosabb kérdés, hogy

elegendő sötét anyagot tartalmaz-e a Világegyetem ahhoz,hogy az lefékezze a tágulását. Azt a minimálisátlagsűrűséget, amely ahhoz szükséges, hogy a táguláséppen megálljon, „kritikus sűrűség”-nek nevezik.Kiszámítható, hogy a kritikus sűrűség mintegy százszorosaa látható anyag mennyisége alapján számítottátlagsűrűségnek. A becslések alapján tehát elképzelhető,hogy a Világegyetem átlagsűrűsége eléri a kritikus értéket,de legfeljebb csak éppenhogy. A kutatók remélik, hogy asötét anyag kutatása hamarosan egyértelmű választ fogadni, mert ezen nem kevesebb múlik, mint a Világegyetemvégső sorsa.Mai ismereteink alapján nem tudjuk megmondani, hogy aVilágegyetem mindörökké tágulni fog-e, vagy egyszer majdmegáll ez a folyamat. Ha azt az eredményt kapjuk, hogyvalamikor meg kell kezdődnie az összehúzódásnak, akkorfelmerül a kérdés, hogy mikor fog ez bekövetkezni. Aválasz attól függ, hogy pontosan mennyivel haladja meg aVilágegyetem átlagsűrűsége a kritikus értéket. Ha atényleges sűrűség csak egy százalékkal múlja felül akritikust, akkor az összehúzódás csak egybillió év múlvaveszi kezdetét. Ha a sűrűség 10 százalékka nagyobb akritikusnál, akkor százmilliárd év múlva kezdődik azösszehúzódás.Időközben egyes elméleti fizikusok arra gondoltak, hogycsupán számítások segítségével is meg lehet határozni aVilágegyetem össztömegét, vagyis anélkül, hogy közvetlenmegfigyeléseket kellene végeznünk. Az ókori görögfilozófusoktól származik az az elképzelés, mely szerint az

emberek csupán a szellem erejével, következtetések ésérvelések útján mély kozmológiai ismertekre képesek szerttenni. A természettudományos gondolkodás korábanszámos kozmológus próbált meg olyan matematikaiösszefüggéseket felállítani, amelyek valamilyen, mélyengyökerező alapelvekre támaszkodva megadják aVilágegyetem tömegét. Különösen csábítóak azok agondolati rendszerek, amelyekben a Világegyetembentalálható elemi részecskék teljes számát adja megvalamilyen formula.[47] Ezek az íróasztal mellettitöprengések ugyan izgalmasak lehetnek, a tudósoktöbbségének érdeklődését mégsem keltették fel. Az utóbbiévekben azonban nagyon népszerűvé vált egy sokkalmeggyőzőbb elmélet, amely határozott előrejelzéseket tesza Világegyetem tömegére vonatkozóan. Ez a felfúvódóVilágegyetem 3. fejezetben bemutatott elmélete.A felfúvódó Világegyetem elméletének egyik jóslata éppena Világegyetemben található anyag mennyiségérevonatkozik, abból a feltevésből kiindulva, hogy kezdetben aVilágegyetem átlagsűrűsége jóval nagyobb volt a kritikusértéknél, vagyis annál a sűrűségnél, amely esetén mégéppen elkerülhető az összeomlás. Amikor a Világegyetemtérfogata a felfúvódás következtében hirtelen megnőtt,akkor a sűrűség lecsökkent, méghozzá az elmélet szerintpontosan oly mértékben, hogy gyorsan megközelítette akritikus sűrűséget. Minél hosszabb ideig tartott afelfúvódás, annál jobban megközelítette a sűrűség a kritikusnagyságot. Az elmélet alapváltozata szerint a felfúvódáscsak hihetetlenül rövid ideig tartott, ezért – hacsak

valamilyen csoda következtében a Világegyetemátlagsűrűsége hajszálpontosan meg nem egyezett akritikus sűrűséggel – a felfúvódó szakasz végén azátlagsűrűség kissé nagyobb vagy kisebb a kritikusértéknél.A felfúvódó szakaszban a sűrűség exponenciális ütembenközelíti meg a kritikus értéket, ezért nagyon valószínű, hogyfelfúvódás befejeztével a sűrűség rendkívül közel lesz akritikushoz, még abban az esetben is, ha a felfúvódás csaka másodperc parányi törtrészéig tartott. Az „exponenciális”kifejezés ez esetben azt jelenti, hogy a felfúvódás mindentovábbi szempillantása nagyjából megkétszerezi azősrobbanástól az összehúzódás kezdetéig eltelőidőtartamot. Ha például száz szempillantásnyi infláció olyanVilágegyetemet eredményez, amelyik száz milliárd évtágulás után kezd el összehúzódni, akkor a százegyszempillantásig tartó felfúvódást követően kétszázmilliárdév múlva kezdődik el az összehúzódás, és a száztízszempillantásnyi felfúvódással olyan Világegyetem jönlétre, amelyik valamivel több, mint száz billió évi tágulásután kezd összehúzódni, és így tovább.Milyen hosszú ideig tartott a felfúvódás? Senki sem tudja,de ha azt akarjuk, hogy a felfúvódó Világegyetem elméletesikeresen magyarázzon meg egy sor kozmológiai rejtélyt,akkor léteznie kell a felfúvódás időtartama alsó határának.Ez körülbelül száz szempillantásnyi idő, bár az érték akörülményektől függően változhat. Felső határ viszont nincs.Ha a véletlenek valamiféle rendkívüli egybeesése esetén aVilágegyetem felfúvódása éppen csak a jelenlegi

kozmológiai megfigyelések értelmezéséhez szükségeslegrövidebb ideig tartott, akkor viszont a felfúvódó szakaszvégén az átlagsűrűség jelentős mértékben felülmúlhatja akritikus értéket (vagy jelentősen elmaradhat attól). Ebbenaz esetben további, pontosabb megfigyelések alapján meglehetne határozni, hogy mikor kezdődik az összehúzódás,illetve hogy egyáltalán sor kerül-e erre. Ennél sokkalvalószínűbb, hogy a felfúvódás hossza jónéhányszempillantásnyi idővel felülmúlta az előírt legkisebbidőtartamot. Ez olyan Világegyetemet eredményezett,amelynek átlagsűrűsége valóban nagyon közel esik akritikushoz, ami azt jelenti, hogy ha a Világegyetemtágulása valaha egyáltalán átcsap összehúzódásba, akkorez csak rendkívül sokára következik be. Az addig hátralévőidő még nagyon sokszorosa a Világegyetem mostaniéletkorának. Ha valóban ez a helyzet, akkor az emberiségsoha nem fogja megismerni annak a Világegyetemnek avégső sorsát, amelynek lakói vagyunk.[48]

7. FEJEZETAz örökkévalóság soká tart

A végtelennel kapcsolatban a legfontosabb, aminektudatosulnia kell bennünk, hogy az nem egyszerűen csakegy nagyon nagy szám. A végtelen minőségileg különbözikbármely végestől, függetlenül attól, hogy milyen óriási,esetleg elképzelhetetlenül nagy számmal kell kifejeznünk avéges mennyiséget. Tételezzük fel, hogy a

Világegyetemnek nincs vége. A Világegyetemszempontjából az örökké létezés azt jelenti, hogyélettartama végtelenül hosszú. Ha ez így lenne, akkorminden fizikai folyamatnak be kellene következnie egyszer,legyen az a folyamat bármily lassú vagy valószínűtlen. Hapéldául egy majom az örökkévalóságig, azaz végtelenülhosszú ideig ülne egy írógép előtt és véletlenszerűennyomkodná a billentyűket, akkor a végtelen hosszú idő alattmég annak is elő kellene fordulnia, hogy egyszer éppenWilliam Shakespeare valamelyik drámája kerül a papírra.Példaként felhozhatjuk a gravitációs hullámok kibocsátásátis, amelyről az 5. fejezetben már volt szó. A gravitációssugárzás formájában történő energiaveszteség csak aleghevesebb asztrofizikai folyamatok esetében okoz azillető fizikai rendszerben szembetűnő változásokat. Az amindössze egy milliwatt teljesítmény, amelyet a Föld Napkörüli keringése során gravitációs hullámok formájábankisugároz, végtelenül kicsiny befolyással van a Földpályamenti mozgására. Bármilyen parányi is azonban ez amilliwattnyi elszivárgó teljesítmény, az évbilliók alatt végsősoron az lenne a hatása, hogy a Föld spirális pályánmozogva belezuhan a Napba. Természetesen ennél sokkalhamarabb eljön az az idő, amikor a felfúvódó Nap elnyeli azegész Földet. Ennek ellenére nem szabad azt hinnünk,hogy az emberi időskálán elhanyagolható léptékűfolyamatok nem léteznek, mert ha elegendő idő állnarendelkezésre, akkor előbb-utóbb ezek a folyamatok ismeghatározókká válhatnának és befolyásolhatnák bizonyosfizikai rendszerek végső sorsát.

Vizsgáljuk meg a Világegyetem állapotát valamikor anagyon távoli jövő egy pillanatában, mondjuk billiószor billióév múlva. A csillagok már régesrég kiégtek, aVilágegyetem tehát sötét, azonban korántsem üres. A térvégtelen feketeségében forgó fekete lyukak bújnak meg,neutroncsillagok és fekete törpék kóborolnak, sőt, esetlegnéhány bolygó is akad közöttük. Az ilyen égitestek térbelisűrűsége azonban elképzelhetetlenül alacsony, hiszenidőközben a Világegyetem mai méretének tízezerbilliószorosára tágult.A gravitáció megvívja a maga különös harcát. A tágulóVilágegyetemben minden égitest egyre távolabb igyekszikkerülni a szomszédaitól, ugyanakkor a kölcsönöstömegvonzás ezzel ellentétes hatást fejt ki és közelebbakarja vonni egymáshoz az égitesteket. Ennekeredményeképpen az égitestek bizonyos csoportjai,például a galaxishalmazok, vagy a galaxisoknak azévmilliárdok alatt végbement szerkezeti degeneráció utánimaradványai, továbbra is gravitációsan kötődnekegymáshoz, az egyes ilyen csoportok azonban egyremesszebb kerülnek szomszédos társaiktól. Ennek agravitációs huzavonának a végkimenetele attól függ, hogymilyen gyorsan csökken a Világegyetem tágulásisebessége. Minél kisebb az anyag átlagsűrűsége aVilágegyetemben, annál erősebb késztetést éreznek azilyen csoportosulások, hogy elszakadjanak a környezetüktőlés tovavándoroljanak, szabadon és függetlenül.A gravitációsan kötött rendszerekben a gravitáció lassú, dekíméletlen folyamatai uralkodóvá válnak. Bármily gyenge is

a gravitációs hullámok kibocsátása, apránként elfogyasztjaa rendszer energiáját, ezáltal lassú spirális pusztulástokozva. Lassacskán a halott csillagok egyre közelebbaraszolnak egymáshoz vagy a fekete lyukakhoz, hogy acsillaghalál vad, kannibalisztikus orgiájában egyesüljenek.Billiószor billió évig tart, mire a gravitációs hullámokelfogyasztják a Nap pályamenti mozgásának energiáját, defekete törpévé vált csillagunk sem kerülheti el a rá várógravitációs pusztulást. Spirális pályáján mind közelebbcsúszik a Tejútrendszer középpontjába leselkedő óriásifekete lyukhoz, hogy az végül mindenestül elnyelhesse.Egyáltalán nem bizonyos azonban, hogy a halott Napot ilymódon éri utol a végzete, mert miközben lassan aTejútrendszer középpontja felé sodródik, elkerülhetetlenülösszetalálkozik más csillagokkal. Előfordulhat, hogyegyszer egy kettőscsillag rendszer közelében halad el,vagyis két olyan csillag mellett, amelyek egymásgravitációs ölelésében egymás körül keringenek. Ilyenkorbekövetkezhet egy nagyon különös jelenség, azúgynevezett gravitációs csúzli. A két egymás körül keringőtest mozgása klasszikusan egyszerű. Ez volt az aprobléma, amely az egyes bolygók Nap körüli keringéseformájában Kepler és Newton figyelmét lekötötte ésvégeredményben elvezetett a modern tudományszületéséhez. Az ideális esetben, amikor természetesen agravitációs sugárzás hatását is figyelmen kívül hagyjuk, abolygó mozgása szabályos és periodikus. Függetlenülattól, hogy milyen hosszú ideig figyeljük, a bolygót mindigpontosan ugyanazon a pályán látjuk mozogni. Ez a helyzet

azonban gyökeresen megváltozik; amikor egy harmadikégitest is megjelenik a színen, amikor mondjuk egy csillagés két bolygó vagy három csillag együttes mozgásátvizsgáljuk. Ettől kezdve a mozgás többé nem lesz semszabályos, sem pedig periodikus. A három test közöttkölcsönösen ható gravitációs erők nagysága és irányafolytonosan, bonyolult módon változik. Ennekeredményeképpen a rendszer energiája nem fogegyenletesen megoszlani a résztvevők között, még abbanaz esetben sem, ha három azonos tömegű testről van szó.Ehelyett bonyolult csere-bere kezdődik, amelyben hol azegyik, hol a másik test birtokolja a rendszer összesenergiájának oroszlánrészét. Hosszú időszakot vizsgálva arendszer mozgása tökéletesen rendezetlennek tűnik,olyannyira, hogy a gravitációs dinamika háromtest-problémáját nyugodtan tekinthetjük az úgynevezett kaotikusviselkedésű rendszerek iskolapéldájának. Előfordulhat,hogy a három égitest közül kettő „összefog” és arendelkezésre álló energiából olyan hatalmas részt ad át aharmadiknak, hogy az egyszer és mindenkorra kirepül arendszerből, mint kő a parittyából. Innen ered a jelenség„gravitációs csúzli” elnevezése.A parittyahatás kidobhat egyes csillagokat acsillaghalmazokból, de esetleg magukból a galaxisokból is.Valamikor a nagyon távoli jövőben a halott csillagok, abolygók és a fekete lyukak legnagyobb része ilyen módonkikerül a galaxisokból az intergalaktikus térbe, ahol esetlegösszetalálkozhat egy másik, ugyancsak szétszóródófélbenlévő galaxissal, vagy ha nem, akkor mindörökké

magányosan kóborol az óriási és egyre táguló, sötét űrben.A folyamat azonban lassú, a felvázolt, szétszóródott állapoteléréséhez a Világegyetem mai koránál milliárdszorhosszabb időre lenne szükség. Az égitestek szét nemszóródó néhány százaléka a galaxisok középpontja felévándorol, ahol óriás fekete lyukakká egyesülnek.Amint arra az 5. fejezetben már kitértünk, a csillagászokmeglehetősen szilárd bizonyítékokkal rendelkeznek arravonatkozóan, hogy egyes galaxisok középpontjában márjelenleg is hatalmas fekete lyukak tanyáznak, amelyekmohón felhabzsolják a körülöttük örvénylő gázt, aminekeredményeképpen óriási mennyiségű energia szabadul fel.Idővel minden galaxisban beköszönt az őrjöngő zabálásnakez a korszaka, amely mindaddig tart, amíg a fekete lyuk akörülötte található összes anyagot magába nem szívja vagymesszire nem taszítja. Az utóbbi végül ismét visszahullhat agalaxisba, vagy beleolvadhat az egyre apadóintergalaktikus gázfelhőkbe. A jóllakott fekete lyuk ezutánnyugton marad, legfeljebb csak néha lesz alkalma bekapniegy-egy kósza neutroncsillagot vagy odavetődő kisebbfekete lyukat. Mindez azonban még mindig nem jelenti afekete lyukak történetének a végét. 1974-ben StephenHawking ugyanis felfedezte, hogy a fekete lyukak nemtökéletesen feketék, hanem valami roppant gyengehősugárzást azért képesek kibocsátani.A Hawking-jelenséget csak a kvantumtérelméletsegítségével tudjuk kellő mélységben megérteni. A mezőkkvantumelmélete a fizika egyik igen nehéz területe, amelyetkorábban a felfúvódó Világegyetem elméletével

kapcsolatban már érintettünk. Emlékezzünk vissza arra,hogy a kvantumelmélet kulcsfontosságú tétele aHeisenberg-féle határozatlansági reláció, amelynekértelmében a kvantumfizika törvényszerűségeinekengedelmeskedő elemi részecskék tulajdonságai sohanem vesznek fel élesen meghatározott értéket. A fotonnakvagy az elektronnak például nem lehet egy pontosanmeghatározott pillanatban pontosan megadni az energiáját.Tulajdonképpen az elemi részecskék energiát„kölcsönözhetnek”, amit azután a lehető leghamarabbvisszafizetnek.Amint azt a 3. fejezetben említettük, az energiabizonytalanságának néhány furcsa következménye van,például az, hogy a látszólag üres térben roppant számbanvannak jelen a nagyon rövid élettartamú, úgynevezettvirtuális elemi részecskék. Ez elvezet a „kvantumfizikaivákuum” különös fogalmához. Ez a vákuum egyáltalán nemüres és közömbös, hanem állandóan a virtuális részecskéktömege kavarog benne. Bár a virtuális részecskéknyüzsgését nem vesszük észre, annak lehetnek bizonyosfizikai hatásai. Az egyik ilyen jelenség akkor következik be,ha a vákuum normális működését gravitációs tér jelenlétezavarja meg.A virtuális részecskékkel kapcsolatos nagyon különlegesesemények játszódhatnak le például a fekete lyukakeseményhorizontjának közelében. Emlékezzünk visszaarra, hogy a virtuális részecskék nagyon rövid ideig,kölcsönvett energiából biztosítják létezésüket, majd miutána kölcsönt törlesztik, kénytelenek eltűnni. Ha a létezése

számára rendelkezésre álló felettébb rövid idő alatt avirtuális részecske valamilyen külső forrásból elegendőenergiára képes szert tenni, akkor a kölcsönt ennek aterhére tudja visszaadni. Ebben az esetben semmi semkényszeríti a részecskét arra, hogy a kölcsön törlesztésepillanatában megszűnjék létezni. Ezen jótéteményeredményeképpen tehát a virtuális részecske reális, valódirészecskévé válik, szert téve ezzel a többé-kevésbé tartóslétezés lehetőségére.Hawking szerint a tartozások ilyen jóindulatú törlésekövetkezik be a fekete lyukak közelében. Ebben azesetben a virtuális részecskék számára a szükségesenergiát biztosító jótevő nem más, mint a fekete lyukgravitációs tere. A dolgok a következőképpen történnek: Avirtuális részecskék általában ellentétes irányba mozgópárok formájában keletkeznek. Képzeljük el az újonnankeletkezett részecskék ilyen párját közvetlenül azeseményhorizonton kívül. Tételezzük fel olyannak arészecskék mozgását, hogy az egyik közülük azeseményhorizonton keresztül beleesik a fekete lyukba.Mozgása közben óriás mennyiségű energiát vesz fel afekete lyuk roppant gravitációs teréből. Hawking felismerte,hogy ez az energialökés elegendő ahhoz, hogy „az egészkölcsönt visszafizesse”, méghozzá nem csak a befelé esőrészecske saját kölcsönét, hanem kifelé repülő, vele együttkeletkezett társáét is, amely továbbra is azeseményhorizonton kívül marad. Így mindketten valódirészecskékké válnak.[49] A kívül maradott részecske sorsabizonytalan. Lehetséges, hogy végső soron az is a fekete

lyukban végzi, de ugyanígy az is előfordulhat, hogy nagysebességgel kirepülve örökre elmenekül a fekete lyukfenyegető közelségéből. Hawking jóslata szerint tehátléteznie kell az így megszökő részecskék folyamatos, afekete lyuktól kifelé irányuló áramlásának. Ezt nevezzükHawking-sugárzásnak.A Hawking-jelenségnek a mikroszkopikus fekete lyukakesetében kell a legerősebbnek lennie. Minthogy egyvirtuális elektron például közönséges körülmények közöttlegfeljebb 10-11 centimétert tud megtenni, mielőtt azenergiakölcsönt vissza kellene szolgáltatnia, ezért csak azennél kisebb méretű (azaz gyakorlatilag atommagnyi)fekete lyukak képesek hatékonyan létrehozni az elektronokkifelé irányuló áramlását. Ha a fekete lyuk ennél nagyobb,akkor a virtuális elektronok legtöbbje számára nem állelegendő idő rendelkezésre ahhoz, hogy átjussanak azeseményhorizonton, még mielőtt törleszteniük kell azenergiakölcsönt.Az a távolság, amelyet egy virtuális részecske meg tudtenni, élettartamától függ. Ezt viszont a Heisenberg-félehatározatlansági reláció értelmében az energiakölcsönnagysága határozza meg. Minél nagyobb azenergiakölcsön, annál rövidebb a részecske élettartama.Az energiakölcsön legnagyobb részét a részecskenyugalmi tömegének energia-egyenértéke teszi ki. Azelektron esetében a kölcsönnek legalább akkorának kelllennie, mint amekkora az elektron nyugalmi tömege.Nagyobb nyugalmi tömegű részecske, például proton,

esetén az energiakölcsön nagyobb, ezért a virtuálisrészecske élettartama rövidebb, tehát csak rövidebb utattud megtenni. Eszerint a Hawking-jelenség révén protonokkeletkezéséhez még az atommagoknál is kisebb feketelyukakra van szükség. Ugyanakkor viszont az elektronnálkisebb nyugalmi tömegű részecskék, például a neutrínók aatommagoknál nagyobb fekete lyukak környezetében islétrejöhetnek. Még az egy naptömegű fekete lyuk is képesa Hawking-hatással fotonok és valószínűleg neutrínókáramát létrehozni, bár ezekben az esetekben az áramlásnagyon bágyadt.A „bágyadt” kifejezés használata ebben az esetbenegyáltalán nem túlzás. Hawking megállapította, hogy afekete lyuk által keltett sugárzás energiaspektrumaugyanolyan, mint a feketetest-sugárzásé, ezért az egyiklehetőség a Hawking-sugárzás jellemzésére ahőmérsékletének megadása. Atommag méretű, vagyismintegy 10-13 centiméter átmérőjű fekete lyukhőmérséklete nagyon magas, mintegy tízmilliárd fok. Ezzelszemben az egy naptömegű fekete lyuk, melynek több, mintegy kilométer az átmérője, olyan sugárzást bocsát ki,amelynek hőmérséklete nem egészen egy tízmilliomodfokkal van csak az abszolút nulla fok fölött.[50] Az egészobjektum által kibocsátott Hawking-sugárzás teljesítményenem éri el a 10-27 wattot.A Hawking-jelenség egyik furcsasága az, hogy a sugárzáshőmérséklete annál nagyobb, minél kisebb a fekete lyuktömege. Ez azt jelenti, hogy a kicsiny fekete lyukak

forróbbak a nagyoknál. Mivel a fekete lyukak a Hawking-sugárzás révén energiát veszítenek, eközbenösszezsugorodnak. Következésképpen ettől forróbaklesznek és intenzívebben sugároznak. A folyamat teháteredendően instabil és mindenképpen megszalad, azaz afekete lyuk egyre fokozódó tempóban sugároz észsugorodik.[51]

A Hawking-jelenség előrejelzése szerint tehát a fekete lyukegyszerre csak egy heves sugárzáslökés kíséretébenegyszerűen szertefoszlik. Élete utolsó pillanatai roppantlátványosak, hiszen egy óriási atombomba robbanásáhozhasonló módon erőteljes, villanásszerű hősugárzástészlelünk, majd ezt követően – az égvilágon semmit.Legalábbis az elmélet erre enged következtetni. Egyesfizikusok azonban nem túlságosan boldogok attól alehetőségtől, hogy anyagi objektumok fekete lyukká válvaösszeomolhatnak, majd hősugárzáson kívül semmi egyebetnem hagyva hátra, eltűnhetnek. Aggodalmukra az ad okot,hogy eszerint két, eredetileg különböző objektum elmúlásaugyanolyan hősugárzást eredményez, anélkül, hogy azbármiféle információt tartalmazna az eredeti testekrevonatkozóan. A dolgok ilyen formában történő megszűnésemegsérti az oly nagy tisztelettel övezett megmaradásitörvények mindegyikét. A másik lehetőség szerint az eltűnőfekete lyuk után mégiscsak visszamarad valamilyen aprómaradvány, amely valamilyen formában óriási mennyiségűinformációt tartalmaz. Bárhogy is történjék, annyimindenesetre bizonyos, hogy a fekete lyuk tömegénektúlnyomó többsége hő és fény formájában szétsugárzódik.

A Hawking-folyamat csaknem felfoghatatlanul lassú. Az egynaptömegű fekete lyuk eltűnése 1066 évig tart, míg aszupernagy tömegű fekete lyukak esetében ugyanehheznem kevesebb, mint 1093 évre van szükség.[52] Ráadásul afolyamat csak akkor képes megindulni, ha a kozmikusháttérsugárzás hőmérséklete alacsonyabb a fekete lyukhőmérsékleténél, ellenkező esetben ugyanis a környezetbőltöbb hő áramlik a fekete lyukba, mint amennyit a Hawking-jelenség révén a fekete lyuk kisugároz. Az ősrobbanásmaradványaként a Világegyetemet kitöltő háttérsugárzáshőmérséklete jelenleg körülbelül három fokkal magasabbaz abszolút nulla foknál, ami azt jelenti, hogy még 1022 évrevan szükség ahhoz, hogy a sugárzás hőmérsékleteolyannyira lehűljön, hogy az egy naptömegű fekete lyukakesetében is megindulhasson a Hawking-jelenség alapjánaz energia nettó kisugárzása. A Hawking-folyamat tehátnem tartozik azon fizikai jelenségek közé, amelyekesetében elegendő ha csak ülünk, és várjuk abekövetkeztét.Az örökkévalóság azonban hosszú idő, a végtelen hosszúidő alatt pedig az összes fekete lyuk – még a szupernagytömegűek is – valószínűleg eltűnik. Az örök kozmikuséjszaka koromfekete sötétjében a haláltusájukat jelentőrövid fényfelvillanás múlandó emléket állít a milliárdnyicsillag hajdanvolt ragyogásának.Mi történhet még ezután?Nem minden anyag hull bele a fekete lyukakba. Gondoljunkcsak azokra a neutroncsillagokra, fekete törpékre és kósza

bolygókra, amelyek magányosan vándorolnak a galaxisokközötti végtelen térben, nem is beszélve arról a híg gázrólés ritka porról, amely soha nem tömörült össze csillagokká,valamint a csillagok környezetét kísérő kisbolygókról,üstökösökről, meteorokról és más, alaktalansziklatömegekről. Vajon ezek is örökké létezni fognak?Itt már egy elméleti problémával találjuk szembe magunkat.Tudnunk kellene, hogy a közönséges anyag, vagyis az,amelyből Ön is, én is, meg az egész Föld is felépül,tökéletesen stabil képződmény-e. A jövőbe nyíló ajtó végsőkulcsát ismét csak a kvantummechanikában kellkeresnünk. Bár a kvantummechanikai folyamatok általábanaz atomokkal és az elemi részecskékkel állnakkapcsolatban, a kvantumfizika törvényszerűségeinekminden létezőre érvényesnek kell lenniük, közöttüktermészetesen a makroszkopikus testekre is. A nagytömegű testek esetében a kvantummechanikai hatásokrendkívül kicsik, de hosszú idő leforgása alatt mégisjelentős szerephez juthatnak.A kvantumfizika birodalmának jelképe a bizonytalanság ésa valószínűség. A kvantumvilágban semmi sem bizonyos,kivéve a fogadás esélyeit. Ez azt jelenti, hogy ha valamelyfolyamat megvalósulása elvileg egyáltalán lehetséges, éselegendő idő áll rendelkezésre, akkor az a folyamatvégbemegy, bármilyen valószínűtlen is. Ennek a törvényneka működését például a radioaktivitás esetében figyelhetjükmeg. Az urán 238-as izotópjának atommagja csaknemtökéletesen stabil. Nagyon csekély valószínűséggelazonban képes kibocsátani egy alfa részecskét, és ezáltal

átalakul tórium maggá. Pontosabban fogalmazva, nagyonkicsiny annak a valószínűsége, hogy egységnyi idő alattegy adott uránmag elbomlik. Átlagosan ez négy és félmilliárd évenként következik be, de mivel a fizika törvényeimegkövetelik, hogy az egységnyi időre vonatkozóvalószínűség állandó legyen, ezért egy kiszemelt uránmagvégül valamikor egészen bizonyosan elbomlik.A radioaktív alfa bomlás azért következik be, mert az uránatommagját felépítő protonok és neutronok magon belülelfoglalt helyzetében kis bizonytalanság tapasztalható.Hasonlóan ahhoz, ahogy egy szilárd anyagban lévő atomhelyzetének is van némi, nagyon csekély, de mégis nullátólkülönböző bizonytalansága. A gyémántot alkotó valamelyszénatomnak például jól meghatározott helye van agyémánt kristályrácsában. Valamikor a nagyon távolijövőben, amikor a Világegyetem hőmérséklete közel leszaz abszolút nulla fokhoz, az atom rendkívül stabilan az előírthelyen fog tartózkodni. Mindig van azonba az atomhelyzetének egy parányi bizonytalansága. Ebbőlkövetkezően annak is van némi – bár roppant csekély –valószínűsége, hogy az atom véletlenszerűen elhagyja ahelyét és eltűnik a kristályrácsból. Az ilyesféle elvándorláslehetősége miatt semmi sem igazán szilárd, még például aköznapi fogalmaink szerint olyannyira szilárdnak tartottgyémánt sem. Ehelyett a látszólag szilárd anyagok isrendkívül viszkózus folyadék módjára viselkednek akvantummechanikai hatások következtében, és nagyonhosszú idő leforgása alatt elfolyhatnak. Freeman Dysonamerikai elméleti fizikus becslése szerint 1065 év leforgása

amerikai elméleti fizikus becslése szerint 10 év leforgásaalatt nem csak a leggondosabban megcsiszolt gyémántokválnak gömbölyű gyöngyszemmé, hanem ehhez hasonlóan,minden szikladarab sima golyóvá formálódik.A hely bizonytalansága akár atommagátalakulásokat iseredményezhet. Tekintsünk például két, egymássalszomszédos szénatomot a gyémánt kristályrácsában. Azegyik atom véletlenszerű elmozdulásai azt eredményezik,hogy rendkívül ritkán bár, de néha a szomszédos atommagközvetlen közelében is megjelenhet. Az atommagok közöttivonzóerő hatására ilyenkor a két atommag egyetlenmagnézium maggá olvadhat össze. A magfúzióhoz tehátnincs feltétlenül szükség magas hőmérsékletre, lehetségesa hidegfúzió is, ehhez azonban döbbenetesen hosszú időrevan szükség. Dyson becslése szerint l01500 év (vagyis egy1-es, amelyet ezerötszáz darab nulla követ) kellene ahhoz,hogy a Világegyetem minden anyaga ilyen módonátalakuljon a nukleárisan legstabilabb elem, a vasatommagjává.Előfordulhat azonban, hogy az atomos anyag más, azelőzőeknél gyorsabb, bár még így is hihetetlenül lassúátalakulási folyamatok következtében nem éli túl ezt ahosszú tortúrát. Dyson becslésében feltételezi, hogy aprotonok (és az atommagokban kötött neutronok) abszolútstabilak. Más szavakkal, ha egy proton nem hull bele egyfekete lyukba és más sem zavarja meg a létezését, akkormindörökké proton marad. Bizonyosak lehetünk-e azonbanabban, hogy ez valóban így van? Amikor egyetemre jártam,még senki sem vonta kétségbe a proton stabilitását. A

proton maga volt az örökkévalóság. Feltételeztük, hogy eza tökéletesen stabil elemi részecske. A lelkünk mélyénazonban mindig ott motoszkált némi kétely eziránt. Aproblémát a pozitron nevű elemi részecske létezéseokozza, amely részecske minden tulajdonsága tökéletesenazonos az elektronéval, azzal az egyetlen különbséggel,hogy elektromos töltése nem negatív, hanem a protonéhozhasonlóan pozitív. A pozitronok tömege sokkal kisebb, minta protonoké, ezért ha minden más körülmény azonos, aprotonok szívesen alakulnak át pozitronokká: a fizika egyikalapelve értelmében ugyanis a fizikai rendszerek a lehetőlegalacsonyabb energiájú állapotba törekszenek, márpediga kis tömeg alacsony energiát jelent. Ma még senki semtudja megmondani, hogy a protonok miért nem fogjákmagukat és alakulnak át pozitronokká, ezért a fizikusokegyszerűen feltételezték, hogy létezik valamilyen, egyelőreismeretlen természeti törvény, amely megtiltja ezt azátalakulást.[53] Egészen a közelmúltig nem igazán értettüka jelenség lényegét, az 1970-es évek végén azonbanlassan kezdett tisztázódni, hogy milyen módon késztetik amagerők az elemi részecskéket arra, hogykvantummechanikai úton átalakuljanak egymásba. Alegújabb elméletekben magától értetődő helye van aprotonbomlást megtiltó törvénynek, a legtöbb elméletelőrejelzése szerint azonban ez a törvény nem százszázalékos hatásfokkal működik. Nagyon kisvalószínűséggel bár, de az elméletek megengedik, hogy aproton átalakuljon pozitronná. A részecskék tömege közöttikülönbség részben egy elektromosan semleges részecske,

például egy úgynevezett pion formájában jelenik meg,részben pedig mozgási energiává alakul (vagyis abomlástermékek nagy sebességgel mozognának).Az egyik legegyszerűbb elméleti modell szerint a protonbomlásához átlagosan 1028 évre van szükség, amimilliárdszor milliárdszor hosszabb, mint a Világegyetemjelenlegi életkora. Azt gondolhatjuk tehát, hogy aprotonbomlás kérdése tisztán elméleti jelentőségű. Nefeledkezzünk meg azonban arról, hogy a protonbomlás iskvantummechanikai folyamat, ezért eredendőenstatisztikus jelleggel következik be a természetben. A 10 28

éves időtartamot tehát előrejelzett átlagos élettartamnakkell tekinteni, nem pedig minden egyes proton ténylegesélettartamának. Feltéve, hogy elegendő számú proton állrendelkezésünkre, jó esélyünk van arra, hogy valamelyiképpen a szemünk láttára bomlik el. Ha tehát összeszedünk1028 darab protont, akkor arr számíthatunk, hogy éventeegy protonbomlásnak lehetünk szemtanúi. Márpedig 1028

darab proton nem is olyan sok, alig tíz kilogramm anyagbanmegtalálható.Ahogy az lenni szokott, a proton ilyen hosszú élettartamátkísérleti eredmények alapján már azt megelőzően kizárták,hogy az elmélet népszerű lett. Az elmélet különbözőváltozatai azonban hosszabb élettartamokat adtak, 1030

vagy 1032, sőt, esetleg még hosszabbat (egyes elméleteknem kevesebb, mint 1080 éves élettartamot jósolnak). Azalacsonyabb értékek a kísérleti kimutathatóság alsó határaközelében vannak. A 10 32 éves bomlási idő például azt

jelentené, hogy egész életünk folyamán testünknek egy,vagy legfeljebb két protonja bomlik el. De vajon hogyanlehet detektálni az ilyen ritka eseményeket?Az alkalmazott módszer az, hogy összegyűjtenek sok ezertonna anyagot, majd hónapokon keresztül figyelik ésérzékeny detektorokkal próbálják elcsípni a protonbomlástermékeit. Sajnos a protonbomlásban keletkezőrészecskék keresése kicsit arra emlékeztet, mintha tűtkellene a szénakazalban megkeresnünk, mivel aprotonbomlás termékei elvegyülnek a kozmikus sugárzásáltal keltett hasonló bomlási események termékei között. AFöldet folyamatosan bombázzák a világűrből érkező nagyenergiájú elemi részecskék, amelyek létrehozzák atörmelék elemi részecskék örökösen jelenlévő hátterét.Ezek zavaró hatását úgy próbálják csökkenteni, hogy akísérleteket mélyen a föld alatt végzik.Az egyik ilyen kísérleti berendezést csaknem egy kilométermélyen a föld alatt; az Ohio állambeli Cleveland közelében,egy sóbányában állították fel. A berendezés 10 000 tonnakülönleges tisztaságú vizet tartalmaz egy kocka alakútartályban, amelyet detektorok vesznek körül. Azértválasztották a vizet céltárgynak, mert átlátszósága lehetővéteszi, hogy a detektorok a lehető legtöbb protont tudjákegyszerre „szemmel tartani”. A kísérlet alapgondolata akövetkező: ha egy proton az elfogadott elméletek általelőrejelzett módon elbomlik, akkor az, amint már említettük,egy elektromosan semleges piont, valamint egy pozitronthoz létre. A pion gyorsan elbomlik, rendszerint két nagyonnagy energiájú fotonra, azaz gamma-sugárzássá alakul.

Végül a gamma-sugárzás fotonjai nekiütköznek vízben lévőatommagoknak, aminek során mindegyik egy szintén nagyenergiájú elektron-pozitron párt hoz létre. Valójában ezek amásodlagos elektronok és pozitronok olyan nagyenergiájúak, hogy még a vízben is közel fénysebességgelmozognak.A fény a légüres térben 300 000 kilométert tesz megmásodpercenként. Ez egyúttal az a létező legnagyobbsebesség, amelylyel bármely részecske mozogni képes. Avízben a fény lassabban terjed, mint vákuumban, körülbelül230 000 kilométeres másodpercenkénti sebességgel. Ezazt jelenti, hogy a gyors, közel 300 000 kilométeresmásodpercenkénti sebességgel haladó elemi részecskéka vízben gyorsabban mozognak, mint a vízben mértfénysebesség. Ha egy repülőgép átlépi a hangsebességet,hangrobbanás alakul ki. Hasonlóképpen, ha egy elemirészecske gyorsabban mozog valamely közegben, mint azabban a közegben érvényes fénysebesség, akkor aközegben elektromágneses lökéshullám keletkezik,amelyet orosz felfedezőjéről Cserenkov-sugárzásnaknevezünk. Az ohioi kísérletezők tehát egy sor fényérzékenydetektort helyeztek el a tartály mellett, amelyek aCserenkov-felvillanásokat keresik. Annak érdekében, hogymeg tudják különböztetni a protonbomlás hatását akozmikus eredetű neutrínók és más eredetű részecskékokozta hamis felvillanásoktól, a kísérletezők egyértelműbizonyítékokat keresnek, ezért egymásnak háttal fordítva adetektorokat, egyidejű Cserenkov-felvillanásokat keresnek,amelyeket az egymással ellentétes irányba mozgó elektron

illetve pozitron kelt.Sajnos több évi működés ellenére az ohioi berendezésnekmindeddig nem sikerült meggyőző bizonyítékotszolgáltatnia a protonbomlás mellett, bár mint a 4.fejezetben már említettük, az 1987Aszupernóvarobbanásból származó neutrínókat viszontsikerült felfognia. (A tudományos kutatásban gyakranmegesik, hogy miközben egyvalamit hiába keresünk,helyette véletlenül valami egészen más, váratlan felfedezéstsikerül tenni.) E sorok megírásáig másutt és más elvekalapján működő kísérleti berendezésekkel sem sikerült aprotonbomlás mellett szóló bizonyítékot találni. Ez esetlegazt jelentheti, hogy a proton nem bomlik el. Másrésztviszont azt is jelentheti, hogy a proton élettartamameghaladja a 1032 évet. Az ennél lassúbb bomlást ajelenlegi kísérleti berendezésekkel nem lehet megfigyelni,ezért a protonbomlás kérdésében valószínűleg csak aközeljövő tudja kimondani a végső ítéletet.A protonbomlás kutatását nagyban elősegítette a nagyegyesített elméletek kutatása. Az elméleti fizikusok azttűzték ki célul, hogy egységes elméletben szeretnék leírniaz erős magerőt (amely az atommagban összetartja aprotonokat és a neutronokat), a gyenge magerőt (amely aradioaktív béta bomlásért felelős), valamint azelektromágnességet. Az egyesített elmélet szerint aprotonbomlás a fenti erők pillanatnyi összekeveredéseeredményeképpen következne be. Elképzelhető persze azis, hogy a természeti kölcsönhatások nagy egyesítéséreirányuló próbálkozások hiábavalónak bizonyulnak, ez

azonban még önmagában nem zárja ki a protonbomlásmegvalósulásának elméleti lehetőségét, valamilyen másúton, amely esetleg a negyedik alapvető kölcsönhatással, agravitációval is kapcsolatban áll.Ha meg akarjuk érteni, miképpen tudja a gravitációelőidézni a protonbomlást, figyelembe kell vennünk azt atényt, hogy a proton nem valódi elemi részecske, abban azértelemben, hogy nem pontszerű. A proton valójábanhárom kisebb, kvarkoknak nevezett részecskéből épül fel.Az idő legnagyobb részében a proton átmérője körülbelülegy tízbilliomod centiméter, ami a kvarkok közötti átlagostávolságnak felel meg. A kvarkok azonban nincseneknyugalomban, hanem a kvantummechanikai bizonytalanságkövetkeztében állandóan változtatják helyüket a protononbelül. Időről időre két kvark nagyon megközelíti egymást.Még ritkábban az is előfordulhat, hogy mind a három kvarkrendkívül közel található egymáshoz. Nincs kizárva, hogy akvarkok olyannyira megközelítik egymást, hogy a közöttükható, egyébként elhanyagolhatóan csekély gravitációs erőminden egyéb kölcsönhatást felülmúl. Ha ez bekövetkezik,a kvarkok egymásba zuhannak és mikroszkopikus feketelyukat hoznak létre. A proton tehát lényegében a saját súlyaalatt omlott össze, kihasználva az alagúthatásnak nevezettkvantummechanikai jelenséget. A folyamateredményeképpen keletkező parányi fekete lyuk rendkívülinstabil – emlékezzünk csak vissza a Hawking-folyamatrólmondottakra –, ezért többé-kevésbé pillanatszerűeneltűnik, csupán egy pozitront hagyva hátra maga után. Ezt abomlási útvonalat feltételezve a proton élettartamára

vonatkozó becslések nagyon bizonytalanok, 1045 év és amár-már hihetetlenül hangzó 10220 év közötti eredménytadnak.Ha a protonok ilyen hosszú idő elteltével valóbanelbomlanak, akkor ennek roppant mélyrehatókövetkezményei vannak a Világegyetem távoli jövőjérevonatkozóan. Eszerint ugyanis minden anyag instabil lenne,és így végső soron eltűnne. Azok a szilárd égitestek, mintpéldául a bolygók, amelyek elkerülték hogy belezuhanjanakegy fekete lyukba, sem lehetnének örökéletűek. Ehelyettfokozatosan, lassan elpárolognának. Ha a protonélettartama mondjuk 1032 év, akkor ebből az következik,hogy a Föld másodpercenként egybillió protont veszít el.Ilyen ütemű anyagvesztést feltételezve, kiszámítható, hogybolygónk anyaga 1033 év alatt gyakorlatilag elfogy, feltévepersze, hogy valamilyen egyéb behatás nem vet véget mársokkal hamarabb a létezésének.Ezzel a folyamattal szemben a neutroncsillagokat sem védimeg semmi. A neutronok szintén három kvarkból állnak, ésa protonok kimúlását okozókhoz hasonló folyamatok révénugyancsak át tudnak alakulni könnyebb részecskékké. (Aszabad neutronok minden esetben instabilak, és átlagosantizenöt perc elteltével elbomlanak.) A fehér törpék, akőzetek, a por, az üstökösök és a csillagászat mindenegyéb szereplője megadja magát az idők végezetének. Aza 1048 tonna közönséges anyag, amelyet jelenleg a,Világegyetemben szanaszét szórva meg tudunk figyelni,maradéktalanul eltűnik, mert vagy fekete lyukakba hull, vagy

a lassú nukleáris bomlás áldozatává válik.A protonok és a neutronok elbomlásakor természetesenkülönféle bomlástermékek jönnek létre, tehát aVilágegyetem az atomos anyagot felépítő részecskékeltűnése után sem marad teljesen üres. Amint azt példáulmár említettük, a protonbomlás egyik valószínű útjánakvégtermékeként egy pozitron és egy semleges pionkeletkezik. A pion rendkívül instabil részecske, ezértazonnal két fotonra vagy néha egy elektron-pozitron párrabomlik. Bármely eset következzék is be, aVilágegyetemben a protonbomlás eredményeképpenfokozatosan felgyülemlenek a pozitronok. A fizikusokvéleménye szerint a pozitív töltésű részecskék (melyeklegnagyobb része jelenleg proton) száma az egészVilágegyetemben megegyezik a negatí töltésű elemirészecskék (főként elektronok) számával. Ebből azkövetkezik, hogy ha minden proton elbomlik, akkor egyenlőszámban lesznek jelen a pozitronok és az elektronok. Apozitron viszont az elektron úgynevezett antirészecskéje,ezért ha egy elektron és egy pozitron találkozik, anyagukszétsugárzódik, a részecskék annihilálódnak. Alaboratóriumban is jól tanulmányozható folyamateredményeképpen fotonok formájában energia szabadulfel.Számításokat végeztek arra vonatkozóan is, hogy vajon aVilágegyetemben a távoli jövőben megmaradó pozitronokés elektronok maradéktalanul annihilálják-e egymást, vagyegy részük megmarad. Az annihiláció folyamata nemhirtelen megy végbe. Az elektron és a pozitron először egy

pozitróniumnak nevezett „mini-atom”-ot hoz létre, amelybena két részecske a kölcsönös elektrosztatikus vonzásukhatására a közös tömegközéppontjuk körül kezd keringeni.Ezután a részecskék spirális pályán egyre jobbanmegközelítik egymást, míg végül megsemmisülnek. Az,hogy a folyamat mennyi idő alatt játszódik le, azaz mennyiidő alatt közelítik meg egymást a spirálozó részecskék,attól függ, hogy milyen távolságban voltak egymástól,amikor a pozitrónium „atommá” összekapcsolódtak.Laboratóriumban az annihilációs folyamat a másodperctörtrészéig tart csak, a világűrben azonban, egyéb zavaróhatásoktól szinte mentesen hatalmas sugarú pályán iskörözni kezdhetnek egymás körül a részecskék. Egyesbecslések szerint 1071 évre lenne szükség ahhoz, hogy azelektronok és pozitronok túlnyomó része pozitróniummákapcsolódjék össze, azonban egymás körüli pályáikátmérője sok billió fényév lenne. A részecskékcsigalassúsággal, egymillió évenként egy centimétertmegtéve vándorolnának egymás körül. Ilyen tempóban azelektronok és a pozitronok csak meghökkentően hosszúidő, 10116 év múlva érnek spirális pályájuk végére.Mindamellett a pozitrónium-atomot alkotó két részecskesorsa már abban a pillanatban megpecsételődött, amikor apozitrónium létrejött.Különös, de nem minden elektronnak és pozitronnak kellannihilálódnia. Miközben az elektronok és a pozitronokegymást keresik, sűrűségük egyre kisebb lesz, egyrésztmert a folyamatos annihiláció következtében számuk

ténylegesen csökken másrészt mert a Világegyetemfolyamatos tágulása miatt a megmaradók mind távolabbkerülnek egymástól. Az idő múlásával a pozitróniumokegyre nagyobb nehézségek árán tudnak csak létrejönni. Ezazt jelenti, hogy a megmaradó anyag ugyan egyre fogy, demind lassabb ütemben, ezért soha nem tud elfogyniteljesen. Valahol mindig találhatóak lesznek páratlanelektronok és páratlan pozitronok, még ha minden ilyenrészecske az egyre nagyobbá és üresebbé váló világűrbenbujkál is.Ezek után felvázolhatjuk, milyen lesz a Világegyetem aztkövetően, hogy mindezek a hihetetlenül lassú folyamatokvégbementek. Mindenek előtt jelen lesz az ősrobbanásbólvisszamaradt anyag, amely mindvégig jelen volt aVilágegyetem története során. Ez fotonokból ésneutrínókból áll, de ezen kívül jelen lehetnek bennevalamilyen általunk ma még ismeretlen, rendkívül stabilrészecskék. Mindezen részecskék energiája aVilágegyetem tágulása következtében egyre csökken,egészen addig, amíg tökéletesen elhanyagolható háttérrénem válnak. A Világegyetem közönséges anyaga mármind eltűnt. A fekete lyukak elpárologtak. A feketelyukakban koncentrálódó tömeg legnagyobb részefotonokká alakult, bár az anyag egy része neutrínókformájában kerül ki a fekete lyukakból, végül egyelenyészően csekély hányad, amely a fekete lyukakmegszűnésének utolsó, robbanásszerű hevességgel lezajlószakaszában szabadul ki a gravitációs rabságból,elektronok, protonok, neutronok és nehezebb részecskék

formájában lesz jelen. A nehezebb részecskék kivételnélkül gyorsan elbomlanak. A neutronok és a protonoksokkal lassabban bomlanak el és csak elektronokat éspozitronokat tesznek hozzá a ma látható anyag egyébmaradékához.A nagyon távoli jövő Világegyeteme tehát egy fotonokból,neutrínókból, valamint egyre fogyatkozó számú elektronbólés pozitronból álló nagyon híg leves lesz, amelynekalkotóelemei mind távolabb kerülnek egymástól. Maiismereteink szerint ezután már semmiféle alapvető fizikaifolyamat nem fog végbemenni. Semmiféle figyelemreméltóesemény nem fogja már megzavarni a Világegyetem sivártisztaságát, a Világegyetem akadálytalanul halad az örökélet felé vezető úton, bár ebben az esetben talánszerencsésebb lenne az örök halál kifejezés.[54]

A hideg, sötét, jellegtelen és a szinte-tökéletes-semmiVilágegyetem lehangoló képe, amelyet a modernkozmológia felvázol, talán a tizenkilencedik századi fizikahőhalál elméletével mutatja a legtöbb rokonságot. Az azidőtartam, amely alatt a Világegyetem eléri ezt adegenerált állapotot, minden emberi képzeletet meghalad.Mégis, a rendelkezésre álló végtelenül hosszú időnek ezcsak végtelenül kicsiny töredéke. Amint már említettük, azörökkévalóság soká tart.Bár a Világegyetem szétzilálódása emberi léptékkel mérveolyan hosszú ideig tart, hogy annak már szinte nincs isjelentősége számunkra, sokan mégis kíváncsian szoktákmegkérdezni, hogy mi történik az utódainkkal.Elkerülhetetlenül elpusztulnak abban a Világegyetemben,

amely lassan, de kíméletlenül megszűnik körülöttük?Feltéve, hogy a tudomány által a Világegyetem nagyontávoli jövőjére megjósolt nem túl ígéretes kép megfelel avalóságnak, úgy tűnik, hogy az élet bármely formájának elkell múlnia. A halál azonban nem ilyen egyszerű.

8. FEJEZETÉlet a lassuló világban

1972-ben a Római Klub A növekedés határai címmelkomor előrejelzést tett közzé az emberiség jövőjérevonatkozóan. Számos küszöbön álló katasztrófát soroltakföl, ezek egyike szerint a világ fosszilis tüzelőanyag-készletei röpke néhány évtizeden belül kimerülnek. Azemberek megriadtak, az olaj ára magasba szökött ésdivatos téma lett az alternatív energiaforrások kutatása.Most a 90-es évek közepén járunk és egyelőre nyomasincs annak, hogy a fosszilis tüzelőanyag-készletek akimerülés határán járnának. Így aztán a riadalom helyét anyugalmas megelégedettség vette át. Sajnos az egyszerűmatematikai számítások mindennek ellenére azt mutatják,hogy egy véges erőforrást nem lehet soha nem csökkenő,véges tempóban az örökkévalóságig kiaknázni. Előbbvagy utóbb egészen biztosan beköszönt az energiaválság.Hasonló végkövetkeztetésre kell jutnunk a Föld népességétilletően is: az nem növekedhet minden határon túl.Egyes jeremiások úgy gondolják, hogy a ránk váró energia-és túlnépesedési válság miatt egyszer és mindenkorra

búcsút mondhatunk az emberiség létezésének. Nincsszükség azonban arra, hogy párhuzamot vonjunk a fosszilistüzelőanyag-készletek kimerülése és a Homo sapienskipusztulása között. Elképesztő bőségű energiaforrásokvesznek körül bennünket, feltéve, hogy megvan bennünk azakarat és a képesség a kiaknázásukra.Legfigyelemreméltóbb a napfény, amely több energiátkínál, mint amennyi az emberiség egész szükséglete.Nehezebb problémának látszik az emberiségszaporodásának visszafogása, még mielőtt világméretűéhínség tizedelné meg sorainkat. Ehhez sokkal inkábbtársadalmi, gazdasági és politikai eredményekre vanszükség, semmint tudományosakra. Mindenesetre, ha letudjuk győzni a fosszilis üzemanyagok kimerülése miattfellépő hiányt, és ha katasztrofális konfliktusok nélkülstabilizálni tudjuk a népességet, és ha az ökológiai és akisbolygók becsapódásából származó katasztrófákatkorlátozni tudjuk, akkor azt hiszem, hogy az emberiségsorsa felvirágozhat. Nincs olyan természeti törvény, amelylehetetlenné tenné fajunk örök életét.Az előző fejezetekben bemutattam, hogyan fog emberiésszel felfoghatatlanul hosszú idő alatt a lassú fizikaifolyamatok következtében megváltozni a Világegyetemszerkezete, méghozzá általában a degeneráció irányába.Az emberiség (az ember definíciójától függően) legfeljebbötmillió éve jelent meg a Világegyetem történelmének aszínpadán, míg a civilizáció (úgyahogy) alig néhány ezeréves. A Föld még két vagy három milliárd éven keresztül

marad lakható, természetesen korlátozott számú lakosságrészére. Ez az időtartam olyan óriási, hogy felülmúlja aképzeletet. Oly hatalmasnak tűnhet, hogy gyakorlatilagvégtelennek tekinthető. Ugyanakkor láttuk, hogy még azegymilliárd év sem több egy villanásnál a nagyléptékűcsillagászati és kozmológiai változások időskálájáhozképest. A Földhöz hasonló, az életnek otthont adó helyekmilliárdszor milliárd évekig létezhetnek, bárhol aTejútrendszerben.Természetesen elképzelhetjük az utódainkat, akiknek ilyenelképesztően hosszú idő áll rendelkezésükre ahhoz, hogyfejlesszék űrkutatásukat, és sok egyéb technikai csodát ismegvalósítsanak. Elég idő áll a rendelkezésükre, hogyelhagyják a Földet, még mielőtt a Nap, pecsenyévé sütiőket. Lehetőségük lesz arra, hogy keressenek egy másiklakható bolygót, majd ha kell, megint újabbat, és így tovább.A világűr felé történő terjeszkedés közben a népességlélekszáma ugyancsak nő. Megnyugtató-e vajon az a tudat,hogy a huszadik század túléléséért folytatott harcunk végsősoron nem hiábavaló?A 2. fejezetben megemlítettem, hogy Bertrand Russell atermodinamika második főtételének következményei fölöttérzett búskomorságában, tisztában lévén azzal a ténnyel,hogy a Naprendszer mindenképpen elpusztul, gyötrelmesgondolatait vetette papírra az emberi létezéskilátástalanságáról. Russell világosan érezte, hogykozmikus lakóhelyünk nyilvánvalóan elkerülhetetlenpusztulása valami módon céltalanná, sőt, abszurddá tesziaz emberi életet. Ez a nézete természetesen hozzájárult

ateizmusához is. Vajon jobban érezte volna magát Russell,ha tudta volna, hogy a fekete lyukak gravitációs energiájasokszorosan túléli a Napot, és kitart még évbilliókkal aNaprendszer teljes szétesését követően is? Valószínűlegnem. Minden bizonnyal nem az időtartam tényleges hosszaszámít, hanem az a gondolat, hogy a Világegyetem előbbvagy utóbb lakhatatlanná válik. Ez a perspektíva sokemberben azt az érzést kelti, hogy létezésünk céltalan.A 7. fejezet végén a Világegyetem távoli jövőjéről olvashatóleírás alapján feltételezhető, hogy ennél ellenségesebb éskevésbé egyhangú környezet aligha képzelhető el. Nemszabad azonban sovinisztának vagy pesszimistánaklennünk. Az emberi lényeknek kétségkívül roppantkeményen kellene küzdeniük, ha életben akarnánakmaradni egy elektronok és pozitronok híg leveséből állóVilágegyetemben, a lényeges kérdés azonban egészenbizonyosan nem az, hogy a mi fajunk maga halhatatlan-e,hanem az, hogy késői leszármazottaink képesek lesznek-ea túlélésre. Márpedig késői leszármazottaink valószínűlegnem a mai értelemben vett emberi lények lesznek.A Homo sapiensnek, azaz értelmes embernek nevezett faja biológiai törzsfejlődés eredményeképpen jelent meg aFöldön. Saját tevékenységünk azonban hamarosanmódosította az evolúció folyamatát. A természeteskiválogatódás irányításával beavatkoztunk ebbe afolyamatba. Egyre valószínűbbnek látszik a különfélemutációk mesterséges előállításának a lehetősége.Nemsokára képesek leszünk arra, hogy meghatározottfizikai és szellemi tulajdonságokkal rendelkező emberi

fizikai és szellemi tulajdonságokkal rendelkező emberilényeket tervezzünk és állítsunk elő közvetlengénmanipulációval. Ezek a biotechnológiai lehetőségek atechnikai civilizáció néhány évtizede során születtek.Képzeljük el, mi mindent érhet el a tudomány és a műszakigyakorlat évezredek vagy évmilliók alatt.Csak néhány évtizede képes az emberiség elhagynibolygónkat és bejárni a világűrt. Az elkövetkezőévmilliárdok során leszármazottaink elterjedhetnek aFöldön kívül, az egész Naprendszerben, majd később aTejútrendszer más csillagai környezetében. Sokan gyakran– tévesen – azt hiszik, hogy egy ilyen vállalkozás azörökkévalóságig tart. Ez azonban nem így van. Agyarmatosítás valószínűleg bolygóról bolygóra ugorva fogvégbemenni. A gyarmatosítók egy néhány fényévtávolságban lévő, megfelelőnek látszó bolygó kedvéértelhagyják a Földet. Ha a fényét megközelítő sebességgeltudnak haladni, akkor az utazás csupán néhány évig tart.Még ha leszármazottaink soha nem érnek el nagyobbsebességet, mint a fénysebesség 1 százaléka amimeglehetősen mérsékelt célkitűzés –, az utazás akkor iscsak néhány évszázadig tart. Ismét további néhányévszázadot vesz igénybe a végleges megtelepedés akiválasztott bolygón, ami után az eredeti gyarmatosítókleszármazottai arra gondolhatnak, hogy ők is elindítsákgyarmatosító expedíciójukat egy még távolabbi,megfelelőnek tűnő bolygó irányába. További néhány százév múltán ezt az újabb bolygót is gyarmatosítják, és ígytovább. Ugyanezzel a stratégiával hódították meg apolinézek is a Csendes-óceán középső részének

polinézek is a Csendes-óceán középső részénekszigetvilágát.A fény körülbelül százezer év alatt szeli keresztül aTejútrendszert. Ha a fénysebesség 1 százalékávalhaladunk, akkor ugyanez az utazás tízmillió évig tart. Haútközben százezer bolygót gyarmatosítunk és mindegyikenkét évszázadot vesz igénybe a megtelepedés, akkor ezmindössze megháromszorozza a Tejútrendszergyarmatosításához szükséges időt. Csillagászati vagy akárgeológiai léptékkel mérve azonban a harminc millió évigazán nem hosszú idő. A Nap körülbelül kétszáz millió évalatt kerüli meg egyszer a Tejútrendszer középpontját, azélet a Földön legalább tizenhétszer ennyi ideje létezik. ANap öregedése csak három-négy milliárd év múlva kezdi aFöldet veszélyeztetni. Harminc millió év alatt tehát szintealig valami változik meg. Arra a következtetésre juthatunktehát, hogy leszármazottaink annak az időnek a törtrészealatt gyarmatosíthatják a Tejútrendszert, mint amennyi időrea technikai civilizáció kialakulásához a Földön szükségvolt.[55]

Milyenek lesznek ezek a gyarmatosító leszármazottaink?Ha szabadon engedjük a fantáziánkat, feltételezhetjük,hogy a gyarmatosítók génjeit mesterségesen át fogjákalakítani, hogy könnyebben alkalmazkodjanak a célbolygófizikai viszonyaihoz. Vegyünk egy egyszerű példát! Ha egya Földhöz hasonló bolygót fedeznénk fel az EpszilonEridani körül, és megállapítanánk hogy légköre mindössze10 százalék oxigént tartalmaz, akkor a gyarmatosítókszervezetét úgy lehet átalakítani, hogy több vörös vértestjük

legyen. Ha a célbolygó felszíni gravitációs gyorsulásanagyobb a földinél, akkor robusztusabb testfelépítést éserősebb csontokat írhatunk elő a gyarmatosítók számára.És így tovább.Az utazás igényeinek kielégítése nem jelenthet gondot, ésmég akkor is megvalósítható, ha évszázadokat veszigénybe. Az űrhajó óriási, önfenntartó bárkaként építhetőmeg, a tökéletesen zárt környezeti rendszer űrutazókgenerációinak tud életteret biztosítani. Megoldható azutazás úgy is, hogy az utasokat mélyhűtik az útidőtartamára. Még ennél is jobb gondolatnak látszik az,hogy csak egy kis űrhajót kellene odaküldeni, viszonylagkis létszámú személyzettel, de a rakományban magukkalkellene vinniük néhány millió megtermékenyített petesejtet.Ezeket a megérkezés után ki lehetne kelteni, miáltalmegoldódnának azok a szervezési és szociológiaiproblémák, amelyek a nagy létszámú felnőtt legénységhosszú időtartamú űrrepülésén elkerülhetetlenül fellépnek.Ha tovább spekulálunk, mi mindenre elég a korlátlanulhosszú idő, az is eszünkbe juthat, hogy a gyarmatosítóktesti felépítésének és gondolkodásmódjának nem kellfeltétlenül emberszabásúnak lennie. Ha a lényeketbiotechnológiai módszerekkel olyanra formálják, hogy alegváltozatosabb igényeknek eleget tudjanak tenni, akkorminden egyes expedícióhoz az adott feladat elvégzéséhezlegmegfelelőbb tulajdonságokkal rendelkező egyedeketlehet felhasználni.A gyarmatosítóknak nem feltétlenül kell élő szervezetekneklenniük, legalábbis a meghatározás szokásos értelmezése

szerint. Már ma is lehetőség van arra, hogy szilícium alapúmikroáramköröket építsünk be emberi lényekbe. Etechnológia továbbfejlesztése következtében átfedésekjöhetnek létre a szerves és a mesterséges alkotóelemekközött, melyek mindegyike akár fiziológiai, akár szellemifunkciók ellátására képes lesz. Lehetséges lesz például azemberi lények számára olyan „becsatolható” memóriákatkészíteni, amelyek a számítógépek esetében már ma isrendelkezésre álló külső memóriákhoz hasonló funkciójúak.Ugyanakkor viszont hamarosan kiderülhet, hogy némelyszámítási feladat elvégzésére előnyösebb szerves anyagoalkalmazni, mint szilárdtest-agyú gépeket. Tulajdonképpenmég az is lehetővé fog válni, hogy a számítógépek egyesalkatrészeit biológiai úton „termesszük”. Még valószínűbb,hogy számos feladat elvégzésére a digitális számítógépekhelyett neuronhálózatokat fognak alkalmazni. Ezeket aneuronhálózatokat az emberi intelligencia kutatására ésgazdaságos működésének előrejelzésére már jelenleg ishasználják. Ésszerűnek látszik, hogy a szervesneuronhálózatokat agyszövet-darabokból tenyésszék ki,ahelyett, hogy teljes egészében mesterségesen állítanákelő azokat. Lehetségesnek látszik a szerves és amesterséges hálózatok szimbiotikus együttélésének amegvalósítása. A nanotechnológia kifejlesztésével az élőés az élettelen, a természetes és a mesterséges, az agy ésa számítógép közötti különbség egyre inkább elmosódik.Jelenleg az efféle fejtegetések még a tudományosfantasztikum birodalmába tartoznak. De vajon valamikormajd tudományos tényekké válhatnak-e? Végül is az, hogy

valamit el tudunk képzelni, még nem jelenti azt, hogyfeltétlenül meg is tudjuk valósítani. Alkalmazhatjuk azonbana technológiai folyamatokra is ugyanazt az alapelvet,amelyet a természeti folyamatokra vonatkozóan korábbanmár kimondtunk: ha elég hosszú idő áll rendelkezésünkre,akkor minden, ami megvalósulhat, az meg is fog valósulni.Ha az emberek vagy kései leszármazottaik elegendőindíttatást fognak érezni (a feltételben benne van egynagyon nyomatékos „ha”!), akkor a műszaki alkotásoklehetőségeinek csak a fizika törvényei szabnak határt. Azemberiség genetikai átalakítása olyan léptékű kihívás,amely a tudósok egyetlen generációját meghátrálásrakésztetheti, azonban elérhető célnak látszik, ha generációkszázai, ezrei vagy milliói végzik el a munkát.Legyünk optimisták és bízzunk abban, hogy mindenttúlélünk és korlátok nélkül folytatódhat a tudományos ésműszaki fejlődés. Milyen következményei lehetnek ennek aténynek a Világegyetem kutatására vonatkozóan? Az adottfeladatok elvégzésére tervezett lények új lehetőségekettárnak a tudományos kutatás elé, mert így például el tudjukküldeni követeinket a legbarátságtalanabb helyszínekre is,ahol azok ma még elképzelhetetlen feladatokat is végretudnak hajtani. Bár ezek a lények az emberiség általmegindított műszaki fejlődés végtermékei lesznek, őkmaguk mégsem tekinthetők embereknek.Kell-e vajon valamilyen aggodalmat éreznünk ezenhátborzongató lények sorsa miatt? Sok embervisszataszítónak találja azt a kilátást, hogy az embereketilyen szörnyekkel helyettesítsük. Ha a túlélés azt követeli

meg, hogy az emberi lények átadják a helyüket abiotechnológiai úton előállított szerves robotoknak, akkortalán inkább a kipusztulást választjuk. Ha mindennekellenére nyomaszt bennünket az emberiségkipusztulásának a valószínűsége, akkor feltehetjük egészpontosan is a kérdést: mi az, amit az emberi lényekbőlfeltétlenül megőrzendőnek tartunk? Egészen biztosan nema fizikai megjelenésünket. Zavarna-e vajon valakit is, hogyha mondjuk az egymillió év múlva élő leszármazottainknaknem lennének lábujjaik? Vagy esetleg ha rövidebbeklennének a lábaik, viszont nagyobb a fejük és az agyuk?Végül is külső megjelenésünk éppen eleget változott azelmúlt néhány évszázad alatt is, sőt, a ma élő különfélenépcsoportok között is jelentős különbségek vannak.Ha választanom kellene, valószínűleg inkább azokat adolgokat őrizném meg, amelyeket az emberi szellemalkotásainak tartunk, kultúránkat, erkölcsi értékrendünket,jellegzetes lelki alkatunkat, amely művészi, tudományos ésszellemi alkotásainkban testesül meg. Ezek mindenbizonnyal érdemesek arra, hogy megőrizzük őket ésfennmaradjanak. Ha át tudjuk adni leszármazottainknak azt,ami a fizikai megjelenéstől függetlenül emberré teszbennünket, akkor ezzel legnagyobbrészt elértük az általunkfontosnak tartott dolgok fennmaradását.Természetesen mindaz csak puszta feltételezés, hogy létretudunk hozni olyan emberszerű lényeket, amelyek képeseka túlélésre és el tudnak terjedni a Világegyetemben.Minden más tényezőtől függetlenül, természetesen az iselőfordulhat, hogy az emberiség egyszerűen elveszíti azt a

belső késztetést, amely egy ilyen horderejű vállalkozásvégrehajtásához elengedhetetlen. Nem zárható ki az alehetőség sem, hogy valamilyen gazdasági, környezetivagy egyéb katasztrófa következtében kipusztulunk, mégmielőtt valóban elhagynánk a bolygónkat. Előfordulhat,hogy a Földön kívüli lények már egy lépéssel előttünk járnakés a lakható bolygók többségét már gyarmatosították (bára Földe például nyilvánvalóan – ezidáig legalábbis – nem).Akár a mi utódainknak, akár valamilyen Földön kívüli fajképviselőinek jut osztályrészül az a feladat, hogynépesítsék be a Világegyetemet, és műszaki tudásukkalvonják befolyásuk alá, a lehetőség mindenképpenlenyűgöző. Csábító feltenni a kérdést, hogy vajon hogyanfog ez a szuperfaj megbirkózni a Világegyetem lassúdegenerációjával.A 7. fejezetben láttuk, hogy a Világegyetem fizikaileépüléséhez vezető folyamatok roppant lassúak. Ennekköszönhetően olyan elképesztően hosszú idő állrendelkezésünkre, hogy értelmetlennek tűnik a Földönjelenleg tapasztalható fejlődési irányokat extrapolálvamegjósolni, hogy milyenek lesznek a nagyon távoli jövőműszaki lehetőségei. Ki tudna elképzelni egy egybillió évestechnikai civilizációt? Úgy tűnhet, hogy egy ilyentársadalom gyakorlatilag tetszése szerint mindentmegvalósíthat. Mindamellett, bármilyen fejlett legyen is egytechnológia, a fizika alapvető törvényei által felállítottkorlátokat nem hághatja át. Ha például helytállónak bizonyula relativitáselméletnek az a következménye, mely szerintanyagi test nem lépheti át a fény sebességét, akkor ez

még az egybillió éves civilizációnak sem fog sikerülni.Komolyabb problémát jelent, hogy ha minden érdemlegestevékenység legalább némi energia felhasználásával jár,akkor a Világegyetemben rendelkezésre álló szabadenergiaforrások folyamatos kiaknázása végső soron azegész technikai civilizációt fenyegető, súlyos helyzetet fogteremteni, bármily fejlett legyen is az illető civilizáció.Az alapvető fizikai elveket az értelmes lényeklegáltalánosabb definíciójára alkalmazva,megvizsgálhatjuk, hogy jelent-e a távoli jövőben a túlélésszempontjából valamilyen alapvető akadályt aVilágegyetem fokozatos leépülése. Ha valamely lény kiakarja vívni magának az „értelmes” minősítést, akkorlegalapvetőbb követelményként képesnek kell lennie azinformáció valamiféle feldolgozására. A gondolkodás és atapasztalatszerzés egyaránt olyan tevékenység, amelyinformáció-feldolgozással jár. Milyen követelményekettámaszthat ez a Világegyetem fizikai állapotáravonatkozóan?Az információ-feldolgozás jellegzetes tulajdonsága, hogyenergia-felhasználással jár. Ez az oka annak, hogy aszövegszerkesztő számítógépet, amelyen ennek akönyvnek a kéziratát írom, be kell kapcsolni az elektromoshálózatba. Azt, hogy egy bit információ feldolgozásáhozmennyi energiára van szükség, termodinamikaimegfontolások alapján becsülhetjük meg. Azenergiafogyasztás akkor a legkisebb, ha az információ-feldolgozó berendezés a környezetével közel azonoshőmérsékleten dolgozik. Az emberi agy és a legtöbb

számítógép nagyon kis hatásfokkal dolgozik, és óriásimennyiségű fölös energiát pazarolnak el hő formájában. Azagy például a test teljes hőtermelésének jelentős hányadátadja, sok számítógépbe pedig speciális hűtőrendszert kellbeépíteni, nehogy az alkatrészek megolvadjanak. Ahulladékhő eredetét egészen azokig a logikaialapműveletekig követhetjük, amelyeken az információ-feldolgozás alapul és amelyekkel szükségszerűen együtt járaz információ egy részének elvesztése. Ha például aszámítógépünk elvégzi az 1+2=3 összeadást, akkor a kétbyte bemenő információ (1 és 2) helyett egyetlen byte-nyikijövő információt (3) kaptunk. A számítógép, mihelytelvégzi a műveletet, elveszíti a bemenő információt és csakaz eredményt tartja meg, vagyis a két byte helyett csakegyet. A gyakorlatban ugyanis, megakadályozandó azt,hogy adattárolói megteljenek, a gépnek folyamatosan kikell dobnia az ilyen fölöslegessé vált információkat. A törlésfolyamata definíció szerint irreverzibilis, ezért az entrópianövekedése kíséri. Úgy tűnik tehát, hogy nagyon alapvetőokok miatt az információ összegyűjtése és feldolgozásaelkerülhetetlenül és visszafordíthatatlanul megcsapolja arendelkezésünkre álló energiaforrásokat és megnöveli aVilágegyetem entrópiáját.Freeman Dyson szemügyre vette azokat a korlátokat,amelyekkel az értelmes lények közössége óhatatlanulszembekerül, amiatt, hogy a Világegyetem folyamatosanhűl a hőhalál irányába. Az értelmes lényekről feltételezte,hogy folyamatosan energiát kénytelenek fogyasztani, hamásért nem, akkor azért, hogy gondolkodni tudjanak. Az

első kényszer az, hogy a lények hőmérsékleténekmagasabbnak kell lennie a környezetük hőmérsékleténél,mert ellenkező esetben a hulladékhő nem tudja elhagyni atestüket. Másrészt, a fizika törvényei korlátozzák, hogyvalamely fizikai rendszer milyen sebességgel tud energiátkisugározni a környezetébe. Nyilvánvaló, hogy a lény nemtu tartósan működni, ha gyorsabb tempóban termeli ahulladékhőt, mint ahogy meg tud szabadulni tőle. Ezek afeltételek alacsonyabb határt szabnak arra, hogy milyentempóban tudják a lények az energiát felhasználni.Alapvető követelmény tehát, hogy léteznie kell a szabadenergia valamilyen forrásának, amely fedezni tudja ezt azélénk hőkiáramlást. Dyson arra következtetésre jut, hogy aVilágegyetem távoli jövőjében minden ilyen forrásszükségképpen kimerül, ezért végső soron mindenértelmes lénynek előbb vagy utóbb szembe kell néznie azenergiaválsággal.Ezek után két lehetőség kínálkozik az értelemfennmaradásának meghosszabbítására. Az egyik az, hogygondoskodni kell saját túlélésünkről, amilyen hosszú ideigcsak lehet, a másik pedig az, hogy felgyorsítjuk agondolkodás és a tapasztalatszerzés sebességét. Dysonésszerű feltételezése szerint az élőlények szubjektív érzéseaz idő múlásáról attól függ, hogy az illető lény milyensebességgel dolgozza fel az információt. Minél gyorsabbaz általa használt információ-feldolgozó folyamat, annáltöbb gondolatra és érzékelésre képes egységnyi idő alattés ezért annál gyorsabbnak érzékeli az idő múlását. Ezt afeltételezést szórakoztató formában használja fel Robert

Foreword: A sárkány tojása című tudományos fantasztikusnovellájában, amely egy neutroncsillag felszínén élőértelmes lények társadalmának történetét meséli el. Ezek alények nem kémiai, hanem nukleáris folyamatokathasználnak fel létezésük biztosításához. Minthogy amagreakciók sok ezerszer gyorsabbak, mint a kémiaifolyamatok, a neutronlények sokkal gyorsabban képesekaz információ feldolgozására. Az emberi időskála egyetlenmásodperce számukra sok évvel egyenértékű. Aneutroncsillag társadalma még meglehetősen primitív,amikor először találkoznak az emberiség képviselőivel,gyorsabb információfeldolgozó-képességüknekköszönhetően azonban lemaradásukat pillanatok alattbehozzák, sőt, hamarosan le is hagyják az emberiséget.Sajnos a túlélés ezen stratégiájának van egy hátulütője is:minél gyorsabban dolgozzuk fel az információt, annálnagyobb ütemű az energia felhasználása és annálgyorsabban merülnek ki a rendelkezésre állóenergiaforrások. Arra gondolhatunk, hogy ezelkerülhetetlenül a végső pusztulást jelenti leszármazottainkszámára, függetlenül attól, hogy milyen fizikai formátölthetnek. Ez azonban nincs szükségszerűen így. Dysonkimutatta, hogy létezhet egy bölcs kompromisszum,melynek követése esetén a közösség fokozatosan, szántszándékkal lelassítja tevékenységének ütemét, úgy, hogyaz megfeleljen a Világegyetem leépülési sebességének.Ezt esetleg úgy valósíthatják meg, hogy egyre hosszabbidőszakokra hibernációba merülnek. Minden egyesnyugalmi fázisban lenne idő arra, hogy megszabaduljanak

az előző aktív szakasz tevékenysége alatt felhalmozódotthőtől és összegyűjtsék a következő aktív szakaszbanfelhasználandó energiát.A fenti stratégiát alkalmazó lények által érzékelt szubjektívidő egyre kisebb és kisebb része lesz a ténylegesen elteltidőnek, mert a közösség pihenő időszaka egyre hosszabblesz. De, amint nem győzöm hangsúlyozni, azörökkévalóság soká tart, és eközben két, egymássalellentétes korláttal kell megküzdenünk: a rendelkezésre állóforrások nagysága a nullához tart, az idő pedig a végtelenfelé tart. Ezen korlátok egyszerű vizsgálata alapján Dysonkimutatta, hogy a teljes szubjektív idő akkor is végtelenlehet, ha a rendelkezésre álló források végesek. Egyelképesztő számítási eredményt is idéz: egy akkoralétszámú közösség, mint ma az emberiség, szó szerint azörökkévalóságig képes létezni összesen 6·1030 jouleenergia felhasználásával, márpedig ez nem több, mint aNap mindössze nyolc óra alatt kisugárzott energiája!Az igazi halhatatlanság azonban többet követel mintegyszerűen végtelen mennyiségű információ feldolgozását.Ha valamely lény agyának véges számú állapota van, akkoraz csak véges számú, különböző dologra tud gondolni. Haez a lény végtelen ideig létezne, akkor ez azt jelentené,hogy ugyanazon gondolatai ismét és ismételőbukkannának.[56] Az ilyen létezés éppoly céltalannaktűnik, mint egy kihalt fajé. Ebből a halálos végből valómeneküléshez arra van szükség, hogy a közösség egésze– vagy az egyetlen szuperlény – minden határon túl növelje

méretét. Ez a nagyon távoli jövőben komoly kihívást jelent,mert az anyag gyorsabban fog elpárologni, mint ahogy azfeldolgozható az agy anyagává. Talán egy reményétvesztett, de zseniális egyed képes lehet arra, hogy atünékeny, de mindenütt jelen lévő kozmikus neutrínókathasznosítsa szellemi tevékenységi köre tágításához.Dyson gondolatmenetének legnagyobb része, sőt, a távolijövő tudatos lényeivel kapcsolatos minden spekuláció,hallgatólagosan feltételezi, hogy a lények szellemifolyamatai mindig visszavezethetők valamilyen digitálisszámítási folyamatra. A digitális számítógép természetesenegy véges számú állapottal dolgozó gép, ezértteljesítőképességének szigorú határai vannak. Léteznekazonban másfajta rendszerek is, az úgynevezett analógszámítógépek. Egyszerű példa erre a logarléc. Aszámításokat a léc helyzetének folytonos mozgatása útjánvégezzük el, így az idealizált esetben az eszköznekvégtelenül sok állapota van. Ez azt jelenti, hogy az analógszámítógépek mentesek a digitális társaik bizonyoskorlátaitól, amely utóbbiak csak véges mennyiségűinformációt képesek feldolgozni és tárolni. Ha azinformációt az analóg számítógép módjára akarjuk kódolni,mondjuk anyagi testek helyzetei közötti szögtávolságokkal,akkor számítógépünk kapacitása végtelennek tűnik. Hatehát a szuperlény analóg számítógépként működik, akkortalán nem csak hogy végtelen számú gondolata lehet,hanem végtelen különböző gondolata is.Sajnos nem tudjuk, hogy a Világegyetem analóg vagydigitális számítógépre hasonlít-e. A kvantummechanika

szerint maga a Világegyetem is „kvantált” lehet, azazminden tulajdonsága diszkrét ugrásokban változik, nempedig folytonosan. Ez azonban puszta feltételezés. Nemértjük igazán az agy fizikai és szellemi tevékenységeközötti kapcsolatot sem. Lehetséges, hogy a gondolkodásés a tapasztalatszerzés nem egyszerűen az itt felvázoltkvantummechanikai gondolatokkal kapcsolatos.[57]

Bármilyen is az elme természete, semmi kétségünk nemlehet afelől, hogy a távoli jövő élőlényeinek szembe kellnézniük a legeslegutolsó ökológiai válsággal: a kozmikusenergiaforrások végérvényes kimerülésével. Mindamellettúgy tűnik, hogy ha ezt sikerül kiheverniük, akkor elérnekvalamiféle halhatatlanságot. A Dyson által felvázolt képbentevékenységük egyre kisebb befolyással lesz az igényeikiránt hidegen közömbös Világegyetemre. Eonokat fognaktökéletesen inaktív állapotban tölteni, megőrizvememóriájukat, de semmivel sem gyarapítv ismereteiket,alig zavarva a haldokló kozmosz nyugodt feketeségét.Okos szervezéssel elérhetik, hogy még mindig végtelenszámú gondolatuk és tapasztalatuk legyen. Lehetne-eennél többet remélnünk?A kozmikus hőhalál elmélete volt korunk egyikmegingathatatlan mítosza. Láttuk, hogyan fogta fel Russellés mások a Világegyetem látszólag elkerülhetetlenleépülését, amelyet a termodinamika második főtételejósolt meg, és amely tápot adott az ateista és nihilistafilozófiának és a kétségbeesésnek. Ma, amikor már jobbanértjük a kozmológiát, valamivel árnyaltabb képet tudunkfelrajzolni. Lehetséges, hogy a Világegyetem gépezete

lejár, de a Világegyetem soha nem fogy el. Atermodinamika második főtétele természetesen érvényes,de ez nem feltétlenül zárja ki a szellemi halhatatlanságot.Valójában a dolgok nem is állnak olyan rosszul, mint Dysonelképzelésében. Eddig feltételeztük, hogy a Világegyetemtöbbé-kevésbé homogén marad, miközben tágul és hűl, ezazonban nem igaz. A gravitáció számos instabilitásforrása, így például a Világegyetem ma megfigyelhetőszámos, nagy léptékű egyenetlensége utat engedhet atávoli jövő sokkal bonyolultabb elrendeződéseinek.Felerősödhetnek például a tágulás sebességében akülönböző irányokban esetleg meglévő kicsinykülönbségek. Az óriás fekete lyukak kölcsönöstömegvonzása úrrá lehet a Világegyetem általánostágulásán, ezért ezek az objektumok nagy halmazokbaverődhetnek. Ez a körülmény különös versenyfutásteredményezhet. Emlékezzünk vissza arra, hogy minélkisebb egy fekete lyuk, annál forróbb és annál gyorsabbanpárolog. Ha két fekete lyuk egyesül, a keletkező fekete lyuknagyobb és ennélfogva hidegebb lesz, vagyis a párolgásifolyamat tempója számottevően visszaesik. AVilágegyetem távoli jövőjét illetően az a kulcskérdés, hogylépést tud-e tartani a fekete lyukak egyesülése a párolgásütemével. Ha igen, akkor mindig létezni fog aVilágegyetemben néhány fekete lyuk, amelyek Hawking-sugárzásuk révén energiaforrásul szolgálhatnak aműszakilag erre alkalmas civilizációk számára, így ezáltalezek el tudják kerülni a hibernációt. Don Page és RandallMcKee, amerikai fizikusok számításai szerint e

versenyfutás borotvaélen táncoló eredményt ad. Alehetőségek közt végül is az dönt, hogy pontosan milyenütemben csökken a Világegyetem tágulási sebessége.Egyes modellekben mindenesetre a fekete lyukakegyesülése a győztes folyamat.Dyson a számításaiban annak a lehetőségét iselhanyagolja, hogy leszármazottaink saját örökkévalóságukérdekében esetleg maguk is megpróbálják módosítani aVilágegyetem nagy léptékű szervezettségét. John Barrowés Frank Tipler, amerikai asztrofizikusok végiggondolták,hogy miképpen tudja egy nagyon fejlett műszaki kultúrájúcivilizáció kis mértékben módosítani a csillagok mozgását,annak érdekében, hogy egy számukra kedvezőbbgravitációs elrendeződést alakítson ki. Az atomfegyverekpéldául felhasználhatók arra, hogy kismértékbenmegváltoztassák egy kisbolygó pályáját, amely mondjukelegendő ahhoz, hogy egy nagybolygó közelében haladjonel, amely azután kilendíti a pályájáról, úgy, hogy pontosan aNapba csapódjon. Az ütközéskor a kisbolygó által aNapnak átadott impulzus csekély mértékben megváltoztatjaa Nap keringési pályáját a Tejútrendszer középpontja körül.Bár a hatás nagyon csekély, ám felerősödik: minéltávolabbra jut el a Nap, annál nagyobb lesz az eltérülés.Sok fényév megtétele után a Nap megközelít egy csillagot,de a találkozás módja a pálya eltolódásának köszönhetőenkritikus mértékben módosul. A távoli üdvözlés helyett atalálkozás oly közeli lesz, hogy a másik csillag drámaimódon megváltoztatja a Nap Tejútrendszer középpontjakörüli mozgását. Ha ehhez hasonlóan sok csillag pályáját

sikerül befolyásolni, mesterséges csillaghalmazokterelhetők össze, a közösség javára. Minthogy a hatásokfelerősödnek és felgyülemlenek, nincs határa annak, hogymekkora méretű rendszerek kezelhetőek úgy, hogy amegfelelő helyeken egy-egy aprócska beavatkozástvégzünk el. Feltéve, hogy elég idő áll a rendelkezésükre –márpedig ha valamiben, akkor időben mindenféleképpenbővelkedni fognak leszármazottaink –, még egészgalaxisok is átrendezhetőek.Ez a nagyszabású, kozmikus mérnöki munka versenyre kelazokkal a véletlenszerű, természetes folyamatokkal,amelyekben a 7. fejezetben leírt módon csillagok vagygalaxisok repülnek ki a gravitációsan kötött rendszerekből.Barrow és Tipler megállapította, hogy kisbolygókkal végzettbeavatkozások segítségével 1022 év alatt lehetneátrendezni egy galaxist. Sajnos a természet a munkaeredményét 1019 év alatt tudná tönkretenni, így aversenyfutás utcahossznyi előnnyel a természet javáradőlne el. Másrészt viszont utódaink esetleg a kisbolygóknálsokkal nagyobb égitesteket is ellenőrzésük alá tudnakvonni. Ugyanakkor a természetes szétszóródás üteme arendszerhez tartozó égitestek pályamenti sebességétőlfügg. Ha egész galaxisokról van szó, akkor ez a sebességa Világegyetem tágulásával arányosan csökken. A lassúbbsebességek a mesterséges beavatkozás sebességét islelassítják, azonban a két mennyiség csökkenése nemugyanolyan ütemű. Úgy tűnik, hogy idővel a természetesszétszóródás üteme kisebbé válhat annál, amilyen gyorsan

lakói képesek átrendezni a Világegyetemet. Ez felveti azt aroppant érdekes lehetőséget, hogy az idő múlásával azértelmes lények egyre nagyobb mértékben ellenőrzésük alátudják vonni az erőforrásokban egyre kevésbé dúskálóVilágegyetemet. A folyamat mindaddig tart, amíglényegében az egész természetet „technologizálják”, atermészetes és a mesterséges közötti különbség pedigeltűnik.Dyson elemzésének kulcsfontosságú feltételezése az, hogya gondolkodás folyamata elkerülhetetlenül energiátfogyaszt. Az emberi gondolkodás esetében ez határozottanígy van, sőt, egészen a közelmúltig azt is feltételezték, hogyaz információ bármely formája feldolgozásáért meg kellfizetni a minimális termodinamikai árat. Meglepő módon eznem egészen így van. Charles Bennett és Rolf Landauer,az IBM számítógépes szakemberei kimutatták, hogy elvbenreverzíbilis számítások is lehetségesek. Ez azt jelenti, hogybizonyos (de ma még teljes egészében hipotetikus) fizikairendszerek energiafogyasztás nélkül is képesekinformáció-feldolgozásra. Elképzelhetünk tehát egyvégtelen sok gondolatot tartalmazó, gondolkodó rendszert,amelynek semmiféle energiaforrásra nincs szüksége. Nemvilágos, hogy az információ összegyűjtésére, valamintfeldolgozására egyaránt képes-e, mert bármely nemtriviális információnak a környezetből történő megszerzéseilyen vagy olyan formában energia-felhasználással jár, hamásért nem, hát azért, mert szét kell válogatni az értékesjeleket a zajtól. Ezért ennek az igénytelen jószágnak nemlehetnek a környező vilá felfogására alkalmas érzékszervei.

Emlékezhet viszont a Világegyetem egy korábbi állapotára,sőt, talán még álmodhat is.A haldokló Világegyetem látomása több, mint egyévszázadon keresztül gyötörte a tudósokat. Az a feltevés,mely szerint az entrópiabőség következtében fokozatosanleépülő Világegyetemben élünk, a tudománykultúrafolklórjának részévé vált. Mennyire megalapozott azonbanmindez? Bizonyosak lehetünk-e abban, hogy mindenfizikai folyamat elkerülhetetlenül a rendezetlenség és aromlás felé visz bennünket?Mi a helyzet a biológiával kapcsolatban? Némiútbaigazítást adhat az a szélsőségesen védekezőálláspont, amellyel néhány biológus a darwini evolúciótvédelmezi. Hitem szerint reakcióik abból a kellemetlenellentmondásból erednek, hogy egy egyértelműen alkotójellegű folyamatot olyan fizikai erők vezérelnek, amelyek –feltételezéseink szerint – a dolgok legmélyén rombolójellegűek. A földi élet valószínűleg valamilyen ősi nyálkávalvette kezdetét. Ma a bioszféra gazdag és bonyolultökológiai rendszer, végtelenül bonyolult és rendkívül sokféleszervezetek finom kölcsönhatásainak hálózata. Bár abiológusok, talán attól való félelmükben, nehogytúlhangsúlyozzanak valamiféle isteni célokat, tagadják azevolúcióban mutatkozó szisztematikus fejlődés bármelybizonyítékát, az azonban tudósok és laikusok számáraegyaránt nyilvánvaló: attól kezdve, hogy az élet megjelent aFöldön, valami folyamatosan, többé-kevésbé azonosirányban haladt. A nehézséget ennek a fejlődésnek apontos jellemzése jelenti. Pontosan mi is az, ami fejlődött?

A túlélésre vonatkozó korábbi fejtegetéseink középpontikérdése az információ (vagy rend) és az entrópia közöttiharc volt, melyből mindig az entrópia került ki győztesen.De vajon valóban az információ az a mennyiség, amellyelfoglalkoznunk kell? Végül is, ha átrágjuk magunkat mindenlehetséges gondolatunkon, az legalább olyan idegőrlőmunka, mintha a telefonkönyvet olvasnánk végig. Amivalóban számít, az az érzékelés minősége, vagyáltalánosabban, az összegyűjtött és felhasznált információminősége.Amennyire meg tudjuk mondani, a Világegyetem fejlődéseegy többé-kevésbé részletek nélküli állapotból indult el. Azidő múlásával fokozatosan kialakult a fizikai rendszerek mais me figyelhető gazdagsága és változatossága. AVilágegyetem története eszerint nem más, mint aszerveződés egyre bonyolultabbá válásának története. Ezaz állítás paradoxonnak tűnik. A történet elbeszélésétannak leírásával kezdtem, hogy miképpen következik atermodinamika második főtételéből az, hogy aVilágegyetem haldoklik és elkerülhetetlenül csúszik azalacsony entrópiájú kezdeti állapottól a maximálisentrópiájú és nulla reményű végállapot felé. Akkor tehátjobbra vagy rosszabbra fordulnak a dolgok?Valójában a helyzet egyáltalán nem ellentmondásos, mivela szervezett bonyolultság és az entrópia két különbözőfogalom. Az entrópia, vagyis a rendezetlenség éppen azellentettje az információnak, vagyis a rendezettségnek:minél több információt dolgozunk fel, azaz minél nagyobbrendezettséget hozunk létre, annál nagyobb entrópia-árat

rendezettséget hozunk létre, annál nagyobb entrópia-áratkell ezért fizetnünk – az egyik helyen létrehozott rendvalahol másutt megnöveli a rendezetlenséget. Nincs mittenni, ilyen a második főtétel, az entrópia mindig diadaltarat. A szervezettség és a bonyolultság azonban nempusztán rendet és információt jelent. Az előbbi fogalmak arend és az információ bizonyos típusaira vonatkoznak.Könynyen felismerjük az alapvető különbséget mondjuk egybaktérium és egy kristály között. Mindkettő rendezettstruktúra, de más a rendezettség jellege. A kristályrácskatonás fegyelmet tükröz, tökéletes szépségű, dealapvetően unalmas. Ezzel szemben a baktérium bonyolultrendszert alkotó szervezete bőséges izgalmakat kínál.Mindezek szubjektív ítéleteknek tűnnek, de matematikailagis alátámaszthatók. Az elmúlt években a kutatás teljesen újterülete tárult fel, amely céljául tűzte ki az olyan fogalmakmennyiségi leírását, mint például a szervezett bonyolultság.A fizika fennálló törvényeivel párhuzamosan létre akarjákhozni a szervezettség leírásának általános alapelveit. Atéma művelése még gyerekcipőben jár, de máris próbárateszi sok, a renddel és a káosszal kapcsolatoshagyományos fogalmunkat.„A Világegyetem modellje” című könyvemben felvetettem,hogy esetleg a termodinamika második főtételévelpárhuzamosan a „növekvő bonyolultság” valamiféletörvénye kormányozza a Világegyetem működését. A kéttörvény nem összeegyeztethetetlen egymással. Agyakorlatban a fizikai rendszerek szervezettségéneknövekedése együtt jár az entrópia növekedésével. A

biológiai evolúció esetében például valamely új és akorábbiaknál bonyolultabb szervezet csak egy sor fizikai ésbiológiai folyamat kudarca után jelenik meg (gondoljunkcsak a sikertelen mutánsok születés előtti elpusztulására).Még egy hópihe is csak hulladékhő termelése áránkeletkezhet, ami viszont növeli a Világegyetem entrópiáját.Amint azonban már elmagyaráztam, a mérleg nincsegyensúlyban, mert a szervezettség nem egyszerűen azentrópia ellentettje.Örömmel tapasztalom, hogy sok más kutató is hozzámhasonló végkövetkeztetésekre jut és mások ismegpróbálkoznak a komplexitás „második főtételének”megfogalmazásával. Bár összhangban lenne atermodinamika második főtételével, a komplexitás törvényemégis a Világegyetemben végbemenő változásokalapvetően más megközelítését adná, mert egy fejlődőVilágegyetemet írna le (melynek fogalmát a fentebbhivatkozott vizsgálatok bizonyos értelemben pontosanmegadják) a szinte szerkezet nélküli kezdettől a rendkívülmagas szervezettségű, bonyolult végállapotig.A Világegyetem végét illetően a növekvő komplexitástörvénye létezésének van egy kétségtelen előnye. Ha aszervezeti bonyolultság nem egyszerűen az entrópiaellentettje, akkor a Világegyetem korlátozott negatíventrópiatartalma nem szükségszerűen szab határt akomplexitás szintjének. A komplexitás növekedéséértfizetett entrópia-ár tisztán véletlenszerű lehet, nem pedigalapvető, mint az információ puszta rendezésénekfolyamatában. Ha ez így igaz, akkor leszármazottaink

képesek lehetnek elérni a szervezeti bonyolultság egyremagasabb szintjeit, anélkül, hogy végérvényesenelpazarolnák egyre apadó erőforrásaikat. Bár előfordulhat,hogy valami korlátozza számukra a feldolgozhatóinformáció mennyiségét, ennek ellenére szellemi és fizikaitevékenységük sokrétűségének és minőségének nemlesznek korlátai.Ebben és az előző fejezetben megpróbáltam felvázolni egyörökké lassuló, de tartalékait soha véglegesen ki nemmerítő Világegyetem képét, tudományos-fantasztikusregényekbe illő, bizarr lényekkel, amelyek úgy próbáljákösszekaparni a betevő energiafalatot, hogy közben azesélyek egyre inkább az ő kárukra tolódnak el, és amelyekarra kényszerülnek, hogy a termodinamika kíméletlenmásodik főtétele ellen folytatott küzdelmükben próbárategyék minden zsenialitásukat. A túlélésért folytatottelkeseredett, de nem szükségszerűen reménytelen harcukegyes olvasókat felvillanyozhat, míg másokat elkeseríthet.Az én érzéseim meglehetősen vegyesek.Mindezek a spekulációk azon a feltételezésen alapulnak,hogy a Világegyetem tágulása örökké fog tartani. Láttukazonban, hogy ez csak a kozmosz egyik lehetséges sorsa.Ha a tágulás üteme elegendően gyorsan csökken, akkoregy szép napon megáll a Világegyetem tágulása ésmegkezdődik a Nagy Reccs felé tartó összehúzódás.Milyenek lehetnek ebben az esetben a túlélés esélyei?

9. FEJEZET

Élet a gyorsuló világbanSemmiféle emberi zsenialitás nem hosszabbíthatja

meg az életet az örökkévalóságig, ha nem is létezik azörökkévalóság. Ha a Világegyetem csak véges ideiglétezik, akkor az utolsó ítélet elkerülhetetlen. A 6. fejezetbenelmondtam, miképpen függ a Világegyetem sorsa a bennetalálható anyag mennyiségétől. A megfigyelések szerint aVilágegyetem tömege közel van az örökkétartó tágulást ésa majdani összeomlást elválasztó, kritikus határhoz. Haegyszer valóban megindul a Világegyetem összehúzódása,akkor az értelmes lényeknek merőben másféletapasztalataik lesznek, mint amilyeneket az előzőfejezetben leírtunk.A kozmológiai összehúzódás korai szakasza nemkülönösebben fenyegető. Mint a pályája tetőpontját elérőföldobott kő, a Világegyetem befelé esése is eleinte csaknagyon lassú. Tételezzük most fel, hogy a Világegyetemszázmilliárd év múlva éri el legnagyobb kiterjedését. Akkormég rengeteg csillag fog világítani és utódaink képeseklesznek arra, hogy optikai távcsöveikkel kövessék agalaxisok mozgását és megfigyeljék, amint agalaxishalmazok távolodása egyre lassul, megáll, majdelkezdenek egymás felé zuhanni. A ma megfigyelhetőgalaxisok négyszer olyan messze lesznek tőlünk, mint ma.A Világegyetem idősebb kora miatt a csillagászok mintegytízszer messzebbre láthatnak el, mint ma, ezért az általukfelfogható Világegyetem sokkal több galaxist fogtartalmazni, mint ahányat ma megfigyelhetünk.Az a tény, hogy a fénysugár sok milliárd év alatt tudja csak

Az a tény, hogy a fénysugár sok milliárd év alatt tudja csakbefutni az óriásira nőtt Világegyetemet, azt jelenti, hogy aszázmilliárd év múlva élő csillagászok hosszú ideig észresem veszik, hogy a Világegyetem elkezdett összehúzódni.Először arra figyelnek fel, hogy a viszonylag közeligalaxisok átlagosan gyakrabban közelednek, minttávolodnak, a nagyon távoli galaxisok fénye azonbantovábbra is vöröseltolódást mutat. Több tízmilliárd évnekkell eltelnie ahhoz, hogy a mindenre kiterjedő befelé hullásnyilvánvalóvá váljék. Sokkal könnyebben lesz észrevehetőa kozmikus háttérsugárzás hőmérsékletének hajszálnyiváltozása. Emlékezzünk vissza arra, hogy ennek azősrobbanás által hátrahagyott maradványsugárzásnakjelenleg 3 K a hőmérséklete. A sugárzás a Világegyetemtágulásával arányosan hűl. Százmilliárd év múlva asugárzás hőmérséklete már csak 1 K lesz. A hőmérsékletakkor éri el a mélypontját, amikor a Világegyetemkiterjedése maximális. Mihelyt megindul az összehúzódás,a sugárzás hőmérséklete emelkedni kezd. Amikor azimmár összhúzódó Világegyetem eléri mai méretét, akkora sugárzás is ismét 3 K hőmérsékletű lesz. Ehhez azonbanújabb százmilliárd évre van szükség, a Világegyetemtágulása és összehúzódása ugyanis időben nagyjábólszimmetrikusan megy végbe.A Világegyetem tehát nem egyszerűen egyik napról amásikra omlik össze. Tulajdonképpen utódainknak még azösszehúzódás kezdetét követően sok tízmilliárd évigsemmi gondjuk nem lesz. A helyzet korántsem ilyen rózsásazonban abban az esetben, ha a fordulóponthoz jóvalkésőbb, mondjuk billiószor billió év múlva érünk csak el.

Ebben az esetben a csillagok sokkal hamarabb kihunynak,mint ahogy a Világegyetem eléri legnagyobb kiterjedését,ezért az esetleges túlélőknek hasonló problémákkal kellszembenézniük, mint az előző fejezetben leírt örökké tágulóVilágegyetem esetében.Bármikor következzék is be mostantól számítva afordulópont, az biztos, hogy még egyszer annyi időelteltével a Világegyetem ismét akkora lesz, mint most.Látványa azonban gyökeresen eltérő lesz a mamegfigyelhetőtől. Még ha a fordulópontig „csak”százmilliárd év telik is el, akkor az összehúzódóVilágegyetemben sokkal több fekete lyuk és sokkalkevesebb csillag lesz, mint ma. A lakható bolygókkülönlegességszámba fognak menni.Mire a Világegyetem ismét eléri mai méretét, már egésztisztességes tempójú lesz az összehúzódása: kiterjedésehárom és fél milliárd évenként felére zsugorodik, miközbenaz összehúzódás sebessége egyre gyorsul. Az igazi bajokmintegy tízmilliárd évvel ezután kezdődnek, amikor akozmikus háttérsugárzás hőmérsékletének emelkedésemár komoly fenyegetést fog jelenteni. Addigra a sugárzáshőmérséklete már eléri a 300 K, így a Földhöz hasonlóbolygók csak komoly nehézségek árán tudnakmegszabadulni fölös hőjüktől. Elkezdődik a könyörtelenfelmelegedés. Először megolvadnak a sarki jégsapkák ésegyéb jégtömegek, majd az óceánok kezdenekelpárologni.Negyven millió évvel később a sugárzás hőmérséklete eléria Föld mai átlaghőmérsékletét. Ettől kezdve a Földhöz

hasonló bolygók teljességgel lakhatatlanok lesznek.Természetesen a Földnek már korábban szembe kellettnéznie ezzel a sorssal, amikor a Nap felfúvódva vörösóriássá vált, de ezúttal már nincs menekvés utódainkszámára, sehol a láthatáron egy biztonságos kikötő. Ahősugárzás kitölti az egész Világegyetemet. A világűrkivételével mindennek 200 C a hőmérséklete és ez mégtovább emelkedik. Ha vannak olyan csillagászok, akikalkalmazkodni tudtak a pokoli körülményekhez, vagy akikmélyhűtött ökológiai rendszereket hoztak létre, hogyannyival is később főjenek meg, megdöbbenve észlelnék,hogy a Világegyetem összeomlása immár szédítősebességű, néhány millió évenként a felére csökken azátmérője. A még létező galaxisokat sem lehet felismerni,mert anyaguk már összefolyik a szomszédos galaxisokanyagával. Ennek ellenére még bőségesen lenne üres helyaz égitestek között, a csillagok összeütközései mégviszonylag ritkák lennének.A végállapota felé közeledő Világegyetem fizikai viszonyaiegyre inkább a közvetlenül az ősrobbanást követő állapotrafognak hasonlítani. Martin Rees, amerikai csillagászelvégezte a Világegyetem végnapjainak részleteselemzését. A fizika általános alapelveit alkalmazvafelvázolta az összeomlás legvégső felvonásainak képét.Eszerint végső soron a kozmikus háttérsugárzás olyan erőslesz, hogy az éjszakai égbolt vörösen izzik. A Világegyetemlassan átalakul egy mindent magába záró kozmikuskemencévé, megsüti a törékeny élet minden formáját,bárhová sikerült is elrejtőznie, és leszakítja a bolygók

légkörét. A vörös izzás fokozatosan sárga, majd fehérszínre vált, egészen addig, amíg a mindenséget kitöltőtüzes sugárzás már maguknak a csillagoknak a létét isveszélyezteti. A csillagok már nem lesznek képesek hőtkisugározni, ezért a hő felhalmozódik a belsejükben ésemiatt felrobbannak. A teret forró gáz – plazma – tölti ki. Atüzesen izzó anyag egyre forróbb lesz.Ahogy gyorsul az események ritmusa, úgy válnak aviszonyok mind szélsőségesebbé. A Világegyetem márszázezer, később ezer, még később száz év leforgása alattészrevehetően megváltozik, fokozódó tempóban száguldvaa katasztrófa felé. A hőmérséklet eléri a sok millió, majd atöbb milliárd fokot. Az az anyag, amely ma a Világegyetemvégeláthatatlan térségeit tölti ki, parányi térfogatbazsúfolódik össze. A galaxisok egész anyaga egymindössze néhány fényév átmérőjű térfogatot tölt ki.Elérkezett az utolsó három perc.Végül a hőmérséklet olyan magas lesz, hogy azatommagok is széthullanak. Az anyag az elemi részecskékhomogén levesévé bomlik le. Az ősrobbanás és csillagokszámtalan generációjának kezemunkája, amellyelfelépítették a nehéz elemeket, rövidebb idő alatt foszliksemmivé, mint amennyi idő alatt Ön ezt az oldaltvégigolvassa. Az atommagok, ezek a roppant stabilképződmények, amelyek akár évbilliókig is létezhetnek,most visszafordíthatatlanul darabokra törnek. A feketelyukak kivételével minden más képződmény már régesrégmegszűnt létezni. A Világegyetem elegánsan, debaljóslatúan egyszerű lett. Már csak másodpercek vannak

hátra.Ahogy az összeomlás egyre gyorsabbá válik, úgyemelkedik a hőmérséklet minden ismert határnálmagasabbra, méghozzá egyre rohamosabb tempóban. Azanyag olyan erősen összepréselődik, hogy már különállóprotonok és neutronok sem létezhetnek, mindent akvarkokból álló leves tölt ki. Az összeomlás azonban mégtovább gyorsul.A végső kozmikus katasztrófától már csak néhánymilliomod másodperc választ el. A fekete lyukak egyesülnikezdenek egymással, de belsejük már alig különbözik arajtuk kívül található világ fizikai állapotától. Ebben apillanatban a fekete lyukak már csak a téridő olyantartományainak tekinthetők, amelyekre valamivel hamarabbköszöntött rá a végzet, és amelyek most csatlakoznakismét a mindenség többi részéhez.Az utolsó pillanatokban a gravitáció válik a mindent uralóerővé, könyörtelenül széttörve a teret és az időt. A téridőgörbülete egyre gyorsabban nő. A tér mind nagyobbtartományai zsúfolódnak össze egyre kisebb térfogatokba.A hagyományos elmélet szerint az összeomlás végtelenerejű lesz, minden anyag megszűnik létezni, minden fizikailétező – beleértve magát a teret és az időt is – eltűnik atéridő szingularitásában.Elérkezett tehát a vég.A Nagy Reccs mai felfogásunk szerint nem csak az anyaglétezésének a végét jelenti. Ez mindennek a vége.Minthogy a Nagy Reccsben maga az idő is megszűnik,értelmetlen megkérdezni, mi történik ezután, éppúgy, ahogy

értelmetlen az a kérdés is, hogy mi volt az ősrobbanáselőtt. Nincs „azután”, hogy akkor történhessen valami, mintahogy nincs idő a semmittevés számára és nincs tér azürességnek. Az a Világegyetem, amely az ősrobbanáskora semmiből jött létre, a Nagy Reccs pillanatában ismétsemmivé fog válni. Létezésének dicsőséges évmilliárdjairamár senki sem emlékszik.Lehangolóak-e vajon ezek a kilátások? Mi a rosszabb, alassan leépülő és az örökkévalóságig a sötét ürességbetáguló Világegyetem, vagy az, amelyik a végső pusztulástokozó tűzijátékban omlik össze? Milyen reményünk lehet ahalhatatlanságra egy olyan Világegyetemben, amelyszámára elrendeltetett, hogy kifusson az időből?A Nagy Reccs felé közeledve az élet még sokkalreménytelenebbnek tűnik, mint az örökké tágulóVilágegyetem távoli jövőjében. Ebben az esetben nem azenergia hiánya, hanem túlzott bősége okoz gondot. Addigazonban még évmilliárdok, sőt, esetleg évbilliók állnakutódaink rendelkezésére, hogy felkészüljenek a végsőpusztulásra. Ezen idő alatt az élet elterjedhet az egészVilágegyetemben. Az összeomló Világegyetemlegegyszerűbb modellje szerint a tér teljes térfogata végesnagyságú. Ez azért lehetséges, mert a tér görbült és ígyössze tud kapcsolódni önmagával, a gömbfelületháromdimenziós analógiájaként. Elképzelhető tehát, hogyaz értelmes lények elterjednek az egész Világegyetembenés befolyásuk alá vonják azt. Így minden lehetségeserőforrás a rendelkezésükre állna, hogy szembeszálljanaka Nagy Reccsel.

Első pillanatban nehéz elképzelni, hogy miért törekednénekerre. Feltéve, hogy a Nagy Reccs utáni létezés elevelehetetlen mi értelme lenne a haláltusát valamicskévelmeghosszabbítani? A billió éves Világegyetemben nemsok múlik azon, hogy tízmillió vagy egymillió évvel a végelőtt következik be az elmúlás. Nem szabad azonbanelfelednünk, hogy az idő relatív. Leszármazottainkszubjektív ideje életfunkcióik és információfeldolgozó-képességük sebességétől függ. Ismét feltételezve, hogybőségesen sok idő áll rendelkezésükre a fizikai felépítésükátalakításához, képesek lehetnek a Pokol közeledtétegyfajta örökkévalósággá átalakítani.A hőmérséklet emelkedése egyúttal azt is jelenti, hogy arészecskék gyorsabban mozognak és az eseményekgyorsabban peregnek. Emlékezzünk vissza, hogy azértelmes lényekkel szemben azt a követelményttámasztottuk, hogy legyenek képesek az információfeldolgozására. Az egyre rohamosabban növekvőhőmérsékletű Világegyetemben az információfeldolgozásának sebessége is nő. Egy a termodinamikaifolyamatokat egymilliárd fokos hőmérsékleten felhasználólény számára a Világegyetem pillanatok alatt lezajlómegsemmisülése úgy tűnik, mintha csak évek alattjátszódna le. Nem kell félni az idők végeztétől, ha ahátralévő idő hosszát az észlelők tudatában végtelenhosszúságúra lehet nyújtani. Ahogy halad az összeomlás aNagy Reccs felé, elvben úgy hosszabbodhat meg egyregyorsabb tempóban az észlelők szubjektív időérzete, amiannak felel meg, hogy a végítélet mind vésztjóslóbb

tempójú közeledését kiegyenlíti az észlelők gondolkodásisebességének még rohamosabb tempójú növekedése.Kíváncsiak lehetünk arra, hogy vajon lehet-e az összeomlóVilágegyetemben élő szuperlénynek végtelen számúkülönböző gondolata és érzékelése a rendelkezésére állóvéges idő alatt. Ezt a kérdést John Barrow és Frank Tiplertanulmányozta. A válasz kritikus módon függ a végállapotfizikai részleteitől. Ha például a Világegyetemmeglehetősen homogén marad, miközben megközelíti avégső szingularitást, akkor komoly problémával kellszembenéznünk. Bármekkora is a gondolkodássebessége, a fénysebesség változatlan marad, afénysugár másodpercenként továbbra is legfeljebb egyfénymásodperc utat képes megtenni. Minthogy afénysebesség egyúttal felső korlátot szab bármely hatásterjedési sebességének, ezért ebből az következik, hogy autolsó másodpercben legfeljebb a Világegyetem egyfénymásodperc átmérőjű tartományain belül jöhet létrebármiféle kommunikáció. (Ez ugyancsak egy példa azeseményhorizontra, hasonlóan ahhoz, ahogy a feketelyukak belsejéből nem lehet információt szerezni.) Ahogyközeledik a vég, úgy tart nullához azoknak atartományoknak a mérete és természetesen ezzel együtt abennük található részecskék száma, amelyeken belüllehetőség van a kommunikációra. Márpedig ha egyrendszer információt akar feldolgozni, akkor a rendszerminden részének kommunikálni kell az összes többirésszel. Nyilvánvalóan a fény véges sebessége korlátozzaazt, hogy a vég közeledtével mekkora lehet egy „agy”

mérete. A korlátozott méret viszont korlátozza az egymástólkülönböző állapotok számát, vagyis az ilyen agybanelőforduló gondolatok számát.Ha el akarjuk kerülni ezt a korlátot, akkor feltétlenül arra vanszükség, hogy a kozmikus összeomlás végállapotai nelegyenek homogének, aminek meglehetősen nagy avalószínűsége. A gravitációs összeomlás alaposmatematikai vizsgálata szerint az összeomlóVilágegyetemben az összeomlás sebessége a különbözőirányokban eltérő lesz. Különösképpen ez nem egyszerűenabban nyilvánul meg, hogy a Világegyetem az egyikirányban gyorsabban húzódik össze, mint a másikban.Ehelyett oszcillációk lépnek fel, amelynek következtébenfolyamatosan változik az az irány, amelyben a legnagyobbaz összeomlás sebessége. Ennek eredményeképpen aVilágegyetem egyre hevesebb és bonyolultabb ciklusokonát imbolyog a végső elmúlás felé.Barrow és Tipler arra a következtetésre jut, hogy ebonyolult oszcillációk miatt az eseményhorizont nemegyszerre tűnik el minden irányban, hanem először az egyikirányban, később másfelé, ami lehetővé teszi, hogy a térvalamennyi tartománya kapcsolatban maradjon egymással.A szuperagyaknak tehát roppant gyors észjárásúaknak kelllenniük, mert gyorsan váltogatniuk kell a kommunikációjukirányát, attól függően, hogy éppen mikor melyik iránybanmekkora az összhúzódási sebesség. Ha a szuperlénylépést tud tartani ezzel a tempóval, akkor maguk azoszcillációk tudják a gondolkodási folyamat fenntartásáhozszükséges energiát szolgáltatni. Továbbá, úgy tűnik, hogy

az egyszerű matematikai modellekben a Nagy Reccsetmegelőző véges időtartam alatt végtelen számú oszcillációkövetkezik be. Ez végtelen nagyságú információfeldolgozására ad lehetőséget, ennélfogva ez elméletilegvégtelenül hosszú szubjektív időt jelent a szuperlényszámára. Így tehát a szellemi világ az anyagtól független,önálló életre kel, ezért soha nem ér véget, még akkor sem,amikor az anyagi világon úrrá lesz a minden elpusztítóNagy Reccs.Mit tehet egy végtelen képességű agy? Tipler szerint nemcsak arra képes, hogy felszabadítsa saját létezésének ésaz általa elnyelt Világegyetemnek minden sajátosságát,hanem végtelen információ-feldolgozó képességévelképzetes világok orgiaszerű sokaságát tudja szimulálni.Semmi nem korlátozhatná azoknak a lehetségesvilágegyetemeknek a számát, amelyeket az örök ésteremtő Szellem ily módon létrehozhat. Amellett tehát, hogyaz utolsó három perc az örökkévalóságigmeghoszszabbodik, még megvalósul a kozmikus aktivitásvégtelen változatosságának szimulált valósága is.Sajnos mindezek a (néha talán kissé merész) spekulációknagyon sajátos fizikai modelleken alapulnak, amelyekrőlbizonyos esetekben kiderülhet, hogy teljesen irreálisak. Emodellek ráadásul elhanyagolják a kvantumfizikaihatásokat is, márpedig azok valószínűleg igen fontosszerephez juthatnak a gravitációs összeomlás utolsószakaszában, például azáltal, hogy határt szabhatnak azinformáció-feldolgozás sebességének. Ha viszont ez ígyvan, akkor csak abban reménykedhetünk, hogy a kozmikus

szuperlény vagy szuperszámítógép még jóval arendelkezésére álló idő lejárta előtt ráébred sajátlétezésére, és tudatosítja saját halandóságát.

10. FEJEZETHirtelen halál és újjászületés

Mindeddig feltételeztük, hogy akár tombolva, akárnyöszörögve múlik ki a Világegyetem (szakszerűbbenfogalmazva: akár a Nagy Reccs, akár a mélyhűtött állapotvet véget sorsának), mindez a nagyon távoli, sőt, esetleg avégtelen távoli jövőben következik be. Ha a Világegyetemösszeomlik, leszármazottaink évmilliárdokon át tapasztalnifogják a küszöbön álló katasztrófára utaló, figyelmeztetőelőjeleket. Marad azonban még egy, mindent figyelembevéve sokkal riasztóbb lehetőség.Amint azt már korábban elmagyaráztam, amikor acsillagászok az eget fürkészik, akkor az égitesteket nemmostani állapotukban látják, mintha egy kozmikuspillanatfelvételben gyönyörködnének. Minthogy hosszabb-rövidebb időbe telik, amíg a fény a Világegyetem távolirészeiről elér hozzánk, bármely égitestnek mindig az akkoriállapotát látjuk, amikor az éppen hozzánk érkezőfénysugarakat kibocsátotta. A távcső egyúttal időgépkéntis működik. Minél messzebb van tőlünk a vizsgált égitest,annál távolabbi múltból származik az a kép, amelyet mostlátunk. Valójában a csillagászok Világegyeteme a tér és azidő egy a múltba nyúló szelete, amelyet a szakma a„múltbeli fénykúp”-nak nevez és amelyet a 10.1. ábrán

„múltbeli fénykúp”-nak nevez és amelyet a 10.1. ábránmutatunk be.A relativitáselmélet szerint sem információ, sem pedigfizikai hatás nem képes a fényénél nagyobb sebességgelterjedni. Ezért a múltbeli fénykúp a téridőnek nem csak azta tartományát jelöli ki, amelyről tudomást szerezhetünk,hanem egyúttal azt is, amelynek eseményei hatástgyakorolhatnak pillanatnyi állapotunkra. Ebből viszont az iskövetkezik, hogy a fénysebességgel terjedő fizikaibehatások mindig csak bármely előzetes figyelmeztetésnélkül, derült égből villámcsapásként törhetnek ránk. Ha amúltbeli fénykúpból valamilyen katasztrófa tart felénk, akkora pusztításnak semmilyen előhírnöke nem fog érkezni. Azelső, amiről értesülni fogunk, hogy máris nyakunkon akatasztrófa.

10.1. ábraA tér és az idő egy meghatározott P pontjából, amely

lehet például az itt és most, a Világegyetemet szemlélőcsillagász nem a Világegyetem mostani, hanem múltbeliállapotát látja. Az információ a P ponton keresztülhaladó,ferde vonalakkal jelölt, múltbeli fénykúp mentén érkezik a

P pontba. Ezek az egyenesek ábrázolják azt az utat,amelyek mentén a Világegyetem távoli részeiből a

régmúltban elindult fénysugarak a Föld felé tartanak.

Mivel semmilyen információ vagy fizikai hatás nemterjedhet a fénynél gyorsabban, a téridő kiszemelt

pontjában tartózkodó megfigyelőt csak a rajzonbeárnyékolt területen történő események hatásai érhetik,

illetve ezekről tud tudomást szerezni. A múltbelifénykúpon kívül bármilyen katasztrofális esemény

történhet, ennek pusztító hatása (hullámvonal) sebesenhalad ugyan a Föld felé, a megfigyelő azonban erről mitsem tud, egészen addig, amíg a katasztrofális hatás el

nem éri a Földet.Lássunk erre egy egyszerű, hipotetikus példát! Ha a

Nap ebben a pillanatban felrobbanna, akkor erről csaknyolc és fél perccel később szerezhetnénk tudomást, mertennyi időbe telik, amíg a Nap fénye elér bennünket.Hasonlóképpen az is elképzelhető, hogy valamelyik közelicsillag szupernóvaként már fel is robbant. Ennekkövetkeztében a Földet elönti a halálos sugárzás, miazonban még néhány évig boldog tudatlanságbanmaradunk, hiszen a rossz hírek csak fénysebességgelszáguldva járják be a Tejútrendszert. Igaz tehát, hogypillanatnyilag a Világegyetem tökéletesen nyugodtnaklátszik, egyáltalán nem lehetünk azonban biztosak abban,hogy már eddig nem történt valami valóban borzasztóesemény.A Világegyetem legtöbb hirtelen bekövetkező, erőszakoscselekménye csak a közvetlen kozmikus környezetbenokoz pusztítást. A csillagok halála vagy a minden anyagotelnyelő fekete lyukak csak talán néhány fényévnyi

környezetben pusztítják el a bolygókat és a közelicsillagokat. A leglátványosabb kitörések minden bizonnyalaz egyes galaxisok magjában előforduló események.Amint azt korábban már tárgyaltuk, ilyenkor egyesesetekben hatalmas gázcsóvák áramlanak ki, néha afényéhez képest tekintélyes sebességgel. Mindeztelképesztő mennyiségű sugárzás kibocsátása kíséri. Ez azesemény galaktikus mércével mérve is jelentősnekmondható.De vajon mi a helyzet az egész Világegyetemet rombadöntő méretű eseményekkel kapcsolatban? Előfordulhat-eegy akkora megrázkódtatás, amely mondjuk az egész,élete delén járó Világegyetemet elsöpri? Lehet, hogy márbe is következett ez a kozmikus katasztrófa; amelynekkellemetlen hatásai a múltbeli fénykúpunkban már a térbenés az időben megbújó törékeny otthonunk felé lopakodnak.1980-ban két fizikus, Sidney Coleman és Frank De Lucciabaljóslatú cikket közölt a Physical Review D címűfolyóiratban, a következő ártalmatlannak látszó címmel:„Gravitációs hatások a vákuumbomlásra és viszont”. Avákuum, amiről a cikkben beszélnek, nem egyszerűen azüres teret jelenti, hanem a kvantumfizikai vákuumot. A 3.fejezetben kifejtettem, hogy ami számunkra üres térneklátszik, abban valójában nyüzsgő kvantumfizikai aktivitásvan jelen, mivel véletlenszerű fickándozás formájábankísérteties virtuális részecskék bukkannak fel, majd tűnnekel. Emlékezzünk vissza arra, hogy a vákuumnak nem ez azegyetlen lehetséges fizikai állapota, hanem számoskvantumállapot létezhet, amelyek mindegyike üresnek

látszik, azonban mindegyik a kvantumos aktivitás más-másszintjét jelenti, melyekhez ráadásul különbözőenergiaszintek tartoznak.A kvantummechanika egyik elméletileg és kísérletilegegyaránt jól megalapozott alapelve szerint a nagyobbenergiájú állapotok alacsonyabb energiájú állapotokbaigyekszenek elbomlani. Egy atom például egy sor különfélegerjesztett állapot valamelyikében tartózkodhat, melyekmindegyike instabil, ezért a gerjesztett atom igyekszik alegalacsonyabb energiájú állapotba, a stabil alapállapotbaeljutni. Hasonlóképpen a gerjesztett vákuum is arratörekszik, hogy elérje a legalacsonyabb energiájú állapotát,az úgynevezett „igazi” vagy „valódi” vákuumot. A felfúvódóVilágegyetem képe azon az elgondoláson alapul, hogy anagyon korai Világegyetemben jelen volt egy gerjesztett,azaz „hamis” vákuumállapot, melynek létezése idején aVilágegyetem szédületes mértékben felfúvódott. A hamisvákuumállapot azonban roppant rövid idő alatt elbomlott, avákuum visszatért alapállapotába, azaz stabil, „igazi”vákuummá vált, így a felfúvódás ezáltal abbamaradt.Azt szokás feltételezni, hogy a Világegyetem jelenlegiállapota az igazi vákuumnak felel meg, vagyis jelenleg avilágűr nem más, mint egy a lehetséges legalacsonyabbenergiaállapotában lévő vákuum. De vajon bizonyosaklehetünk-e ebben? Coleman és De Luccia végiggondoltaazt a vérfagyasztó lehetőséget, hogy a jelenlegmegfigyelhető vákuum valójában nem is a „valódi” vákuum,hanem csupán a vákuum egy nagyon hosszú élettartamú,metastabil állapota, amely azáltal, hogy már évmilliárdok

óta fennáll, a biztonság valamiféle hamis érzetét nyújtjaszámunkra. Ez azért nem elképzelhetetlen, mert számosolyan kvantummechanikai rendszert ismerünk, amelyekfelezési ideje sok milliárd év, ilyen például az uránatommag. Tételezzük fel, hogy a jelenleg megfigyelhetővákuum is ebbe a kategóriába tartozik. A vákuum bomlása,amelyről Coleman és De Luccia cikkének címében szóvan, arra a katasztrofális lehetőségre vonatkozik, amikor ajelenlegi vákuumállapot valamilyen okból nem képestovább fennmaradni, hanem a Világegyetem hirtelen egymég alacsonyabb energiájú állapotba zuhan, aminekvégzetes következményei lennének ránk nézve (éstermészetesen rajtunk kívül minden másra nézve is).Coleman és De Luccia hipotézisének kulcsa akvantumfizikai alagútjelenség. Ezt legjobban egy valamilyenerő által fogva tartott kvantumos részecske viselkedésévelszemléltethetjük. Tételezzük fel, hogy a részecske egy kisgödörben helyezkedik el, amelyet minden oldalról dombokvesznek körül, amint az a 10.2. ábrán látható.Természetesen ezeknek nem kell valóságos (gravitációs)hegyeknek lenniük, megelégszünk azzal is, ha a részecskétpéldául elektromos vagy magerők tartják fogva. Ha arészecskének nincs elegendő energiája ahhoz, hogymegmássza a hegyet (vagyis legyőzze a potenciálgátat),akkor a részecske látszólag mindörökre a csapda foglyamarad. Emlékezzünk azonban vissza arra, hogy akvantummechanikában a részecskék viselkedése elegettesz a Heisenberg-féle határozatlansági relációnak, amilehetővé teszi, hogy rövid időre a részecskék energiát

„kölcsönözzenek”. Ezáltal érdekes lehetőség kínálkozik. Arészecske akár annyi energiát is kölcsönözhet, amennyi azőt körülvevő potenciálgát megmászásához szükséges, ígyátjuthat a hegy túloldalára, még mielőtt az energiakölcsöntvissza kellene fizetnie, vagyis kimenekül apotenciálgödörből. Az eredmény olyan, mintha a részecskea potenciálhegybe fúrott alagúton keresztül jutott volna ki azőt fogva tartó gödörből, innen ered az „alagútjelenség”elnevezés.

10.2. ábraAz alagútjelenség. Ha egy a kvantummechanika

törvényeinek engedelmeskedő részecske két hegy közévan beszorítva, még akkor is van némi valószínűsége

annak, hogy ki tud szökni a völgyből, azáltal, hogykölcsönvett energiával átmászik a helyen. valójában úgytűnik, mintha a hegybe fúrt alagúton keresztül jutott volna

ki. Hasonló a helyzet akkor is, amikor valamely elematommagjából a magerők potenciálgátját legyőzve egy

alfa részecske az alagútjelenségnek köszönhetően ki tudszabadulni a mag béklyójából. Az utóbbi jelenséget

radioaktív alfabomlásnak nevezzük. Ebben az esetben a„hegyet” a magerők és az elektrosztatikus erők jelentik.

Ábrázolásuk csak vázlatos.Annak a valószínűsége, hogy egy kvantummechanikai

részecske kijut a potenciálgát fogságából, érzékenyen függ

a gát magasságától és vastagságától. Minél magasabb agát, annál több energiát kell a részecskének kölcsönöznieahhoz, hogy elérje a tetejét. A határozatlansági elvértelmében azonban, minél több energiát vesz kölcsön arészecske, annál rövidebb időre lehetséges ez. Ez aztjelenti, hogy a magas potenciálfalon csak akkor tud átjutni arészecske, ha a fal vékony, lehetővé téve, hogy arészecske nagyon gyorsan átjusson, még mielőtt a nagyenergiakölcsönt törlesztenie kell. Ez az oka annak, hogy amindennapi életben nem lehet megfigyelni azalagútjelenséget: a makroszkopikus potenciálgátakugyanis messze sokkal magasabbak és vastagabbakannál, semminthogy észrevehető mértékben megvalósuljonaz alagútjelenség. Elvben akár egy ember is átsétálhat egytéglafalon, eme csodaszámba menő jelenségkvantummechanikai valószínűsége azonban felettébbcsekély. Atomi szinten azonban az alagútjelenségközismert és gyakori: így működik például a radioaktív alfa-bomlás. Az alagútjelenséget a félvezetők és máselektronikus eszközök, például a pásztázó alagút-elektronmikroszkópok esetében is kihasználják.Visszatérve a jelenlegi vákuum lehetséges elbomlásánakproblémájához, Coleman és De Luccia arra gondol, hogy avákuumot felépítő kvantummechanikai terek egy a különféleerők által létrehozott (metaforikus) dimbes-dombos tájhozhasonlíthatók, ahogy az a 10.3. ábrán látható. A vákuumjelenlegi állapota az A völgy fenekének felel meg. Ezzelszemben a valódi vákuumot jelentő fizikai állapot a B völgy

mélyén, vagyis az A állapotnál mélyebben helyezkedik el. Avákuum a magasabb energiájú A állapotból szeretne azalacsonyabb energiájú B állapotba kerülni, amit azonbanaz A állapotot körülvevő, az A és a B állapotot egymástólelválasztó potenciálhegyek nem engednek. Apotenciálhegyek ugyan visszatartják a vákuumot azalacsonyabb energiájú állapotba való bomlástól, eztazonban nem tudják teljesen megakadályozni, azalagútjelenség révén ugyanis a vákuum mégiscsak eljuthataz A-ból a B állapotba. Ha ez az elképzelés helyes, akkor aVilágegyetem jelenleg kölcsönvett időben él az A völgyben,de mindig fennáll annak az eshetősége, hogy egy tetszésszerinti pillanatban az alagútjelenség révén visszatér a Bállapotba.

10.3. ábraA hamis és a valódi vákuumállapotok. Előfordulhat, hogya világűr jelenleg megfigyelhető A kvantumállapota nema lehetséges legalacsonyabb energiájú állapot, hanem

csak kvázistabil egyensúlyi helyzetnek felel meg,hasonlóan egy magas hegyek között fekvő völgy

mélyéhez. Van bizonyos valószínűsége annak, hogy akvantummechanikai alagútjelenség révén a

Világegyetem átjut a valóban stabil B alapállapotba. Akét állapot közötti átmenet, amely egy buborék

létrejöttével kezdődik, iszonyú mennyiségű energiafelszabadulásával jár.

Coleman és De Luccia matematikailag is modelleznitudták a vákuum elbomlását, hogy pontosan nyomonkövethessék a jelenségek lefolyását. Megállapították, hogya bomlás valahol a tér egy véletlenszerűen kiválasztódóhelyén kezdődik, mégpedig a valódi vákuum egy kicsinybuborékja formájában, amelyet az instabil hamis vákuumvesz körül. A valódi vákuum buboréka megszületésétkövetően azonnal elkezd a fényét egyre inkább megközelítősebességgel tágulni. Ezáltal a hamis vákuum egyrenagyobb tartományait nyeli el és alakítja át egyik pillanatróla másikra valódi vákuummá. A két vákuumállapot közöttienergiakülönbség, amely óriási nagy lehet, a 3. fejezetbenkifejtett módon a buborék falába összpontosul. Ez atömény energiafal lökéshullámként seper végig az egészVilágegyetemen és minden útjába kerülő dolgotmegsemmisít.Legelőször csak akkor szerezhetnénk tudomást a valódivákuum buborék létezéséről, amikor a fala megérkezikhozzánk, és ettől hirtelen megváltozik világunk kvantumosszerkezete Még az utolsó percek sem figyelmeztetnének aveszély közeledtére. Az összes elemi részecske és aközöttük létrejövő kölcsönhatások természete hirtelen,egyik pillanatról a másikra, drasztikusan megváltozna. Aprotonok talán azonnal elbomlanának, ami együtt járna

minden atomos anyag azonnali elpárolgásával. Amimegmaradna, az attól kezdve az igazi vákuum-buborékbelsejében létezne, ahol a helyzet alapvetően különbözneattól, amit jelenleg megfigyelhetünk. A legjelentősebbeltérést a gravitáció mutatná. Coleman és De Lucciamegállapította, hogy az igazi vákuum energiája ésnyomása olyan erős gravitációs teret hozna létre, hogy abuborék belseje a másodperc milliomod részénél rövidebbidő alatt összeomlana, annak ellenére, hogy a buborék falasebesen tágul. Szó sincs immár a Nagy Reccs felé történőeleinte észrevehetetlenül lassú és csak később felgyorsulóösszeomlásról; ehelyett ebben az esetben egy csapásrasemmisül meg minden, miközben a buborék belseje atéridő szingularitásává omlik össze. Röviden: egy pillanatalatt minden összeomlik. „A helyzet kilátástalan” – jegyzikmeg a szerzők mesteri leírásukban, majd így folytatják:„Nem valami vidító annak a lehetőségéről elmélkedni, hogyhamis vákuumban élünk. A vákuum elbomlása ugyanis avégső ökológiai katasztrófát jelentené, mert ezt követőennem csak az élet általunk ismert formái válnak lehetetlenné,hanem még a kémiai reakciók is. Legfeljebb aznyugtathatott meg, hogy talán ha az általunk ismert élet nemis képes fennmaradni az új vákuumban, legalábbvalamilyen szerkezetek létezhetnek, amelyek képesekmegismerni az örömet. Most azonban már ennek alehetőségét is kizárhatjuk.”Coleman és De Luccia cikkének megjelenését követően avákuum elbomlásának megdöbbentő következményeitszéles körben megvitatták a fizikusok és a csillagászok.

Későbbi vizsgálataik során a kozmológus Michael Turnerés a fizikus Frank Wilczek apokaliptikus következtetésekrejutottak, melyekről a Nature-ben megjelent cikkükben ígyírnak: „Mikrofizikai szempontból teljességgel elképzelhető,hogy vákuumunk metastabil, így a Világegyetemben –előzetes figyelmeztetés nélkül – bárhol megjelenhet avalódi vákuum csírája, amely buborék azután a fénysebességével növekedve szétterjedhet.”Röviddel Turner és Wilczek cikkének megjelenése után PetHut és Martin Rees, ugyancsak a Nature-ben, rámutatott,hogy a Világegyetemet elpusztító vákuumbuborék ijesztőkísértetének megszületését gondatlanságból, maguk arészecskefizikusok idézhetik elő. Az aggodalomra az adokot, hogy az elemi részecskék nagyon nagy energiájúösszeütközései – csupán egy pillanatra és a tér egyparányi tartományában – olyan feltételeket teremthetnek,amelyek kedveznek a vákuum elbomlásának. Ha egyszerviszont az átmenet bekövetkezett, akár csakmikroszkopikus méretekben is, akkor már nincs megállás,az újonnan keletkezett buborék hamarosan csillagászatiméretűre duzzad. Vajon nem kellene-e erre való tekintettelkorlátoznunk a részecskegyorsítók következőgenerációjának teljesítményét?Hut és Rees örvendetes biztatást adnak, mert kimutatták,hogy a kozmikus sugárzásban nagyobb energiák fordulnakelő, mint amekkorákat a részecskegyorsítókban elérünk.Márpedig a kozmikus sugárzás nagy energiájú részecskéiévmilliárdok óta szakadatlanul bombázzák a Földlégkörében található atommagokat, anélkül, hogy

kiváltották volna a vákuum bomlását. Ezzel szemben az iskétségtelen, hogy ha sikerülne a gyorsítók teljesítményétnéhány százszorosára növelni, akkor olyan nagy energiájúütközéseket kelthetnénk, amilyeneket a kozmikus sugárzássoha nem hoz létre a Földön. Az igazi kérdés perszeegyáltalán nem az, hogy az igazi vákuum buborékjakialakulhat-e itt a Földön, hanem az, hogy létrejöhetett-ebárhol a megfigyelhető Világegyetemben, valamikor azősrobbanás óta eltelt idő alatt. Hut és Rees megemlíti,hogy roppant ritkán a kozmikus sugárzás két,nagyenergiájú részecskéje egymással szembe haladvaösszeütközhet egymással. Ilyenkor az ütközés energiájamilliárdszorosa a földi részecskegyorsítókban szokásosenergiákénak, ezért egyelőre nem szükségeselővigyázatosságból korlátozni a gyorsítókteljesítőképességét.Paradox módon a Világegyetem létezését alapjaibanfenyegető veszély, a vákuumbuborékok keletkezése,egyúttal egy kissé más összefüggésben éppen az ajelenség lehet, amely a megváltás egyetlen lehetségesmódját jelenti. A Világegyetem halála elől csak úgymenekülhetünk meg, hogy létrehozunk egy újvilágegyetemet, és abba átszökünk. Mindez talán úgyhangzik mint egy fantáziaszülte elgondolás végszava,azonban a „csecsemő-világegyetemek”-ről sok szó esettaz elmúlt években. A létezésük mellett szóló érveketminden bizonnyal komolyan kell vennünk.A gondolatot eredetileg 1981-ben vetette fel japánfizikusok egy csoportja, akik a hamis vákuum egy kicsiny,

valódi vákuummal körülvett buborékjának a viselkedésétleíró matematikai modellt tanulmányozták. Az általukvizsgált helyzet tehát éppen a fordítottja volt a fentebbtárgyaltnak. Jóslatuk eredményeképpen a hamisvákuumbuborék pontosan úgy fúvódik fel egy nagyméretűvilágegyetemmé, mint ahogy azt a 3. fejezetben leírtuk azősrobbanás után hirtelen felfúvódó Világegyetemmelkapcsolatban. Első pillanatban úgy tűnhet, hogy a hamisvákuumbuborék felfúvódása következtében a buborékfalának úgy kell tágulnia, hogy a hamis vákuumtartományának mérete a valódi vákuum rovásárarohamosan növekszik. Ez azonban ellentmond annak avárakozásunknak, hogy az alacsony energiájú,alapállapotú, valódi vákuumnak kell átvenni a hamisvákuum helyét, nem pedig fordítva.Különös, de az igazi vákuum tartományából szemlélve azeseményeket, nem látszik, hogy a hamis vákuum buborékaáltal elfoglalt tér felfúvódva növekedne. Valójában abuborék sokkal inkább fekete lyukra hasonlít. (Ilyenszempontból mindez a „Dr. Who időgépé”-ben szereplőTardisra emlékeztet, amely belülről nagyobbnak látszik,mint kívülről.) A hamis vákuumbuborék belsejébenelhelyezkedő hipotetikus megfigyelő azt látná, hogy avilágegyetem a tér egyre nagyobb tartományait nyeli el,kívülről nézve azonban a buborék kompakt maradna.Ezt a különleges helyzetet úgy képzelhetjük el példáulkönnyen, ha rugalmas gumilepedőhöz hasonlítjuk, amelyegyes részein felhólyagosodik és a hólyagok felfúvódnak(lásd a 10.4. ábrán). A hólyag valamiféle csecsemő-

világegyetemet alkotna, amelyet köldökzsinórszerű szál, azúgynevezett féreglyuk köt össze az anya-világegyetemmel.A féreglyuk torka az anya-világegyetemben fekete lyukkéntjelenik meg. Az elrendezés azonban instabil, a fekete lyuk aHawking-jelenség következtében gyorsan elpárolog ésmaradéktalanul eltűnik az anya-világegyetemből. Ennekeredményeképpen a féreglyuk lecsípődik, miáltal acsecsemő-világegyetem függetlenné válik a szülő-világegyetemétől, és megkezdi saját életét, teljes jogú,független és önálló világegyetemként. A szülő-világegyetemétől függetlenné vált csecsemő-világegyetemezt követő fejlődése minden bizonynyal hasonló ahhoz,amint azt a mi Világegyetemünk esetében feltételezzük: afelfúvódás rövid időszakát a lassuló tágulás követi. Amodell értelemszerűen azt a nyilvánvaló következményt ismagában foglalja, mely szerint a mi Világegyetemünkugyanígy, egy másik világegyetem utódaként keletkezett.

10.4. ábraA tér egy a szülő-világegyetemből származó buboréka

felfúvódik és csecsemő-világegyetemet hoz létre, amely

a féreglyuknak nevezett köldökzsinóron keresztülkapcsolódik az anyavilágegyetemhez. Az anya-

világegyetemből nézve a féreglyuk szája fekete lyuknaklátszik. Amikor a fekete lyuk elpárolog, a féreglyuk torka

elcsípődik, leválasztva ezáltal a csecsemő-világegyetemet, amely ezután önálló világegyetemként

megkezdi független, saját jogú életét.Alan Guth, a felfúvódó világegyetem elméletének atyja,

és kollégái azt a bizarr lehetőséget is megvizsgálták, hogya fentebb leírtak alapján elő lehet-e állítani egy újvilágegyetemet mesterségesen laboratóriumi körülményekközt. Ellentétben a hamis vákuum valódivá történőelbomlásával, az nem fenyegeti a világegyetem létezését,ha hamis vákuumot tartalmazó buborékot hozunk létre,amelyet valódi vákuum vesz körül. Igaz ugyan, hogy akísérlet eredményeképpen létrejöhet egy ősrobbanás,azonban az egész jelenség egy parányi fekete lyukbelsejében játszódik le, amely gyorsan elpárolog. Azújszülött világegyetem létrehozza a saját terét, ahelyett,hogy a miénkből fogyasztana el valamennyit.Bár az elképzelés teljes egészében feltételezés marad, éskizárólag elméleti matematikai fejtegetéseken alapul,egyes vizsgálatok arra utalnak, hogy ha megfelelőformában óriási mennyiségű energiát koncentrálunk, akkorlehetővé válik új világegyetemek létrehozása. A nagyontávoli jövőben, amikor a mi Világegyetemünk a NagyReccs közeledtével kezd lakhatatlanná válni, utódainkesetleg majd úgy döntenek, hogy saját érdekükben

kiszállnak a Világegyetemből, és ezért megindítják acsíráztatás folyamatát, majd a féreglyukon keresztül aszomszéd világegyetembe távoznak, még mielőtt aféreglyuk lecsípődik. Természetesen senkinek nincselképzelése sem arról, hogy ezek a mindenre elszántlények végre fogják-e hajtani ezt a merész vállalkozást, ésha igen, hogyan. Mindenesetre az utazás a féreglyukon átmeglehetősen kényelmetlen lesz, hacsak nem nagyon nagyaz a fekete lyuk, amelyben el kell tűnniük.Figyelmen kívül hagyva az ilyen gyakorlatiasrészletkérdéseket, a csecsemő-világegyetemek pusztalehetősége megteremti a valódi halhatatlanságlehetőségét, méghozzá nem csak leszármazottainkszámára, hanem egész világegyetemek számára is.Ahelyett tehát, hogy az egyetlen Világegyetem életéről éshaláláról gondolkodnánk, inkább a világegyetemekvégtelenségig szaporodó családjára kellene gondolnunk,amelyek mindegyike világegyetemek egész generációinakad életet, esetleg tömegesen. Ezt a kozmikustermékenységet látva a világegyetemek sokaságátvalójában nyugodtan nevezhetjük világmindenségnek is.Ennek a mindenségnek nincs kezdete és nincs vége. Azegyes világegyetemek ugyan a könyvünk korábbifejezeteiben leírt módon megszületnek és fejlődnek,azonban a világegyetemek sokaságából állóvilágmindenség örökké létezik.Az eddig elmondottak fényében önkéntelenül is felvetődik akérdés, hogy vajon a mi Világegyetemünk keletkezésetermészetes folyamat volt-e (hasonlóan a gyermekek

természetes úton történő születéséhez), vagy valamilyenszándékos beavatkozás eredményeképpen jött-e létre(vagyis valamilyen kísérleti lombikbébinek tekinthető).Elképzelhető, hogy egy rendkívül fejlett és önzetlenlényekből álló társadalom egy anya-világegyetemben úgydönt, hogy csecsemő-világegyetemek sorát hozza létre, denem azzal a céllal, hogy saját maguknak menekülésiútvonalat biztosítsanak, hanem csak azért, hogy valaholmegteremtsék az élet kialakulásának a lehetőségét, arraaz esetre, ha az ő világegyetemük elpusztul. Ez azelgondolás ügyesen megkerüli azokat az akadályokat,amelyek abban az esetben merülnek fel, ha a szülő- és acsecsemő-világegyetem között makroszkopikus lényekszámára is átjárható féreglyukat akarunk létrehozni.Nem világos, hogy az anya-világegyetem milyen mértékbenörökíti át tulajdonságait a csecsemő-világegyetemre. Afizikusok egyelőre nem értik, hogy a természet különfélekölcsönhatásainak és részecskéinek miért éppen olyanoka tulajdonságai, amilyeneknek azt megfigyeljük. Egyrésztlehetséges, hogy ezek a tulajdonságok a természet nagyonáltalános érvényű törvényeinek a következményei, vagyisminden világegyetemben azonosak. Másrészt viszont,bizonyos tulajdonságok a fejlődés során bekövetkezetthibák, valamiféle kozmikus mutációk következményeilehetnek. Lehetséges például, hogy a vákuumnak többvalódi állapota létezik, amelyek energiája azonos vagyközel azonos. Ebben az esetben lehetséges, hogy afelfúvódó korszak végén az elbomló hamis vákuumállapotvéletlenszerűen választja ki az egyenértékű alapállapotok

közül azt, amelyikbe lebomlik. Ami a világegyetem fizikaitörvényeit illeti, a vákuumállapotok közötti véletlen választásmeghatározza az elemi részecskék számos tulajdonságamellett a köztük ható erők milyenségét is, sőt, talán még atérbeli dimenziók számát is. Ez azt jelenti, hogy acsecsemő-világegyetem tulajdonságai nemszükségszerűen hasonlítanak anya-világegyeteméneksajátosságaira. Talán az élet az utód-világegyetemekcsupán egy szűk körében fejlődhet ki, esetleg éppenazokban, amelyek fizikai tulajdonságai nem nagyonkülönböznek a mi Világegyetemünk tulajdonságaitól.Esetleg még az is előfordulhat, hogy léteznek valamilyenkozmikus öröklődési szabályok, amelyek biztosítják, hogy acsecsemő-világegyetem a szülő-világegyetemtulajdonságait meglehetősen pontosan örökölje, eltekintveaz esetleges mutációktól. Lee Smolin, fizikus, annakfeltételezéséig merészkedett, hogy a világegyetemek köztiöröklésben is működik valamiféle darwini természeteskiválogatódás, amely közvetve elősegíti az élet, sőt azértelmes élet kialakulását. Még izgalmasabb az alehetőség, mely szerint az utód-világegyetemeket esetlegaz anyavilágegyetemben tevékenykedő értelmes lényekhozzák létre, amelyek tudatosan felruházzák az utód-világegyetemet mindazon tulajdonságokkal, amelyek azélet és a tudatosság kifejlődéséhez szükségesek.A kifejtett gondolatok egyike sem tekinthető többnek egy-egy vad ötletnél, azonban a kozmológia még nagyon fiataltudomány A vázolt hóbortos ötletek arra legalább jók, hogyellensúlyozzák a korábbi fejezetekben leírt baljós

előrejelzéseket. Sejteni engedik ugyanis, hogy még hakései leszármazottainknak egyszer majd elkerülhetetlenülszembe kell nézniük az utolsó három perccel, valahol mégmindig létezhetnek értelmes lények.

11. FEJEZETVég nélküli világok

Az előző fejezet végén tárgyalt bizarr elgondolások nemaz egyetlen lehetőséget jelentik, amelyet számba kellvennünk, amikor a kozmikus végzet elkerülhetőségétvizsgáljuk. Amikor a Világegyetem sorsáról tartok előadást,valaki egészen bizonyosan rákérdez a ciklikus modellre. Azelképzelés a következő. A Világegyetem tágulása soráneléri maximális méretét, majd a Nagy Reccsig tartóösszehúzódás veszi kezdetét. Az összeroppanás végénazonban nem semmisül meg teljesen, hanemvalamiféleképpen „visszapattan”, és megkezdődik atágulás és az azt követő összehúzódás újabb ciklusa (lásda 11.1. ábrán). Ez a folyamat az örökkévalóságig tarthat,amely esetben a Világegyetemnek nincs valódi kezdete ésvége, hanem csak az egyes ciklusok kezdetéről és végérőlbeszélhetünk. Ez az elmélet különösen szimpatikusazoknak, akik a hindu és a buddhista filozófia hatása alattállnak, azokban ugyanis kiemelkedően fontos szerepet kapa születés és a halál, a teremtés és a pusztulás.

11.1. ábraA ciklikus világegyetem modellje. A világegyetem mérete

periodikusan változik a nagyon sűrű és a nagyonszétszórt állapotok között. Minden egyes ciklus egy

ősrobbanással keletkezik és egy Nagy Reccsel ér véget.A két esemény közötti szakasz időben nagyjából

szimmetrikus.A Világegyetem végére vonatkozóan két gyökeresen

eltérő, tudományosan megalapozott képet vázoltam fel. Amaga módján mindkettő zavarba ejtő. Az önmagát a NagyReccsben teljes egészében megsemmisítő kozmoszkilátása meglehetősen riasztó, annak ellenére, hogyvalamikor a távoli jövőben mindez bekövetkezhet. Másrésztviszont, a véges ideig tartó dicsőséges tevékenység után asötét üresség állapotába merülő, végtelen ideigfennmaradó Világegyetem képe még ennél isnyomasztóbb. Számunkra, melegvérű Homo sapiensekszámára soványka vigaszt nyújt az a tény, hogy valamilyenszuperlények mindkét modell esetén elérhetik a végteleninformációfeldolgozó-képességet.A ciklikus modell vonzereje abban áll, hogy elkerüli a teljesmegsemmisülés rémét, anélkül, hogy helyette be kellenevezetnie az örök visszafejlődést és pusztulást. A végtelenismétlődések unalmas érdektelenségbe fulladásátelkerülendő, a ciklusoknak valamennyire különbözniük kellegymástól. Az elmélet egyik népszerű változatában mindenúj ciklus az előző tüzes pusztulásából főnixmadárszerűenszületik újjá. Ebből a kezdeti feltételből a saját újszerű

gazdagságában új rendszereket és struktúrákat fejleszt ki,hogy a következő Nagy Reccsben ismét minden tisztalappal induljon.Bár az elmélet vonzónak tűnhet, sajnos súlyos fizikaiproblémák merülnek fel vele kapcsolatban. Az egyik ezekközül az, hogy meg kellene találni azt a nyilvánvalófolyamatot, amely lehetővé tenné, hogy a Nagy Reccs felészáguldó Világegyetem ne semmisüljön meg, hanem egynagyon nagy sűrűségű állapotban visszapattanjon azösszeomlás, és ismét meginduljon a tágulás. Léteznie kellvalamilyen antigravitációs hatásnak, amely mindentelsöprően naggyá válik az összeomlás legvégén, elleneszegül a gravitáció mindent elsöprő, pusztító erejének,lehetővé téve ezáltal az összeomlás impulzusánakellentétes irányúra fordulását. Jelenleg ilyen erőt nemismerünk, ha pedig létezne, akkor tulajdonságainakfelettébb furcsáknak kellene lenniük.Az olvasó bizonyára még emlékszik rá, hogy pontosan ilyenerős taszító hatás feltételezésére volt szükség azősrobbanás felfúvódó elméletében. Emlékezzünk azonbanvissza arra is, hogy a felfúvó erőt létrehozó gerjesztettvákuumállapot rendkívül instabil, ezért hamar elbomlik. Azugyan elképzelhető, hogy parányi, egyszerű, újszülöttvilágegyetem egy ennyire instabil helyzetből származik,sokkal kevésbé hihető viszont, hogy egy bonyolult,makroszkopikus állapotból összehúzódó világegyetemmindenütt eljuthat a gerjesztett vákuumállapotba. A helyzetnémiképp arra emlékeztet, mint amikor egy ceruzát ahegyén akarunk egyensúlyozni. A ceruza könnyen kibillen

egyensúlyi helyzetéből, és lefordul. Sokkal nehezebb lenneazt elérni, hogy a ceruza magától a hegyére álljon.Még ha feltételezzük is, hogy az ilyen problémák valahogymegkerülhetők, még mindig maradnak további súlyosnehézségek a ciklikus világegyetemmel kapcsolatban.Ezek egyikéről a 2. fejezetben már volt szó. Az irreverzibilisfolyamatoknak alávetett rendszerek, amelyek végessebességgel fejlődnek, véges időtartam leforgása alattmindenképpen megközelítik végállapotukat. Ez volt az azalapelv, amely a XIX. században a Világegyetemhőhalálának megjóslásához vezetett. A kozmikus ciklusokbevezetésével nem oldódik meg ez a probléma. AVilágegyetemet óraszerkezethez hasonlíthatjuk, amelylassan lejár. Működése egy idő után elkerülhetetlenülmegszűnik, hacsak nem húzzuk fel a szerkezetet. De vajonmilyen mechanizmus képes felhúzni a kozmikusóraszerkezetet, anélkül, hogy ő maga ne szenvedneirreverzibilis változásokat?Első pillanatban úgy tűnik, mintha az összehúzódószakaszában lévő Világegyetem fizikai folyamatai éppen afordítottjai lennének a táguló szakasz folyamatainak. Aszétszóródó galaxisokat valamilyen hatás ismét együvétereli, a kihűlő mikrohullámú háttérsugárzás ismétfelmelegszik, a bonyolult atomok, atommagok elemirészecskék levesévé esnek szét. Közvetlenül a NagyReccs előtt a Világegyetem fizikai állapota nagyfokúhasonlóságot mutat a közvetlenül az ősrobbanás utánifizikai állapottal. A szimmetria azonban csupán látszat. Erreutaló nyom lehet az, hogy a tágulás visszafordulása idején

élő csillagászok még az összehúzódás megkezdődéseután évmilliárdokon keresztül távolodni látják a galaxisokat.A Világegyetem úgy néz ki, mintha tágulna, holott már jóideje összehúzódik. A csalóka látszat a jelenségek a fényvéges sebességéből adódó késésének egyikkövetkezménye.Az 1930-as években egy Richard Tolman nevű kozmológuskimutatta, hogy ez a késés elrontja a ciklikus Világegyetemlátszólagos szimmetriáját. A dolog oka egyszerű.Kezdetben a Világegyetemben nagy mennyiségű, azősrobbanásból visszamaradt hősugárzás van jelen. Az időmúlásával a csillagok fénysugárzása hozzáadódik ehhez asugárzáshoz, ezért néhány milliárd év elteltével csaknemugyanannyi felhalmozódott csillagfény tölti ki aVilágegyetemet, mint amennyi a háttérsugárzásenergiatartalma. Ez azt jelenti, hogy a Világegyetemlényegesen nagyobb sugárzási energiatartalommal közelítimeg a Nagy Reccset, mint amennyi energiája közvetlenülaz ősrobbanás után volt. Így amikor a Világegyetemátlagsűrűsége az összehúzódó szakaszban ugyanakkoralesz, mint most, akkor valamivel melegebb lesz.A többlet energiatartalomra a Világegyetem az Einstein-féle E = mc2 összefüggés értelmében saját anyagtartalmarovására tett szert. A sugárzó energiát termelő csillagokbelsejében a könnyű elemek, például a hidrogén, többlépésben nehezebbekké, például vassá épülnek fel. A vasatommagja közönséges körülmények közt ötvenhat protontés harminc neutront tartalmaz. Azt gondolhatnánk tehát,hogy az atommag tömege akkora, mint ötvenhat proton és

harminc neutron tömegének összege, ez azonban nem ígyvan. A kész atommag körülbelül 1 százalékkal könnyebb,mint az őt alkotó elemi részecskék együttes tömege. A„hiányzó” tömegről az erős magerők által létrehozott kötésienergia tud számot adni: a kötési energiával egyenértékűtömeg alakult át a csillagfény sugárzó energiájává.Összességében a folyamat végeredményeként az anyagegy része sugárzássá alakult. Ennek fontos hatása van aVilágegyetem összehúzódásának lefolyására, mert asugárzás gravitációs hatása egész más, mint a veleegyenértékű tömeg gravitációja. Tolman kimutatta, hogy azösszehúzódó szakaszban jelen lévő többlet sugárzáskövetkeztében a Világegyetem összehúzódása gyorsabbütemű, mint amilyen a tágulás volt. Ha valamilyen módonbekövetkezne a Nagy Reccs előtti visszapattanás, akkor akövetkező ciklusban a Világegyetemnek gyorsabbankellene tágulnia. Más szavakkal ez azt jelenti, hogy mindenegyes ciklus ősrobbanása nagyobb lesz az előzőnél.Ennek eredményeképpen a Világegyetem minden újabbciklusban egyre nagyobbra tágulna, így a ciklusok nemcsak egyre nagyobbak, hanem egyre hosszabbak islennének.

11.2. ábraAz irreverzibilis folyamatok következtében a kozmológiaiciklusok egyre hosszabbakká válnak, miáltal elromlik a

tökéletes ciklicitás.

A kozmikus ciklusok irreverzibilis növekedéseegyáltalán nem valami rejtélyes jelenség, hanem egészegyszerűen a termodinamika második főtételénekkövetkezménye. A sugárzás felgyülemlése következtébennő az entrópia, aminek hatása az egyre nagyobb ésnagyobb ciklusokban nyilvánul meg. Ezzel azonbanszertefoszlott a valódi ciklikusság ábrándja, hiszennyilvánvaló, hogy a Világegyetem időben fejlődik. A múltbapillantva ez azt jelenti, hogy a ciklusok egymásbazsúfolódva egy bonyolult és zűrzavaros kezdetté olvadnakössze, míg a jövőben a ciklusok hossza minden határon túlnő, egészen addig, amíg olyan hosszú nem lesz, hogy egyadott ciklus az idő legnagyobb részében mármegkülönböztethetetlen lesz az örökké táguló modellekhőhalál képétől.Tolman munkásságát követően a kozmológusok továbbifolyamatokat is találtak, amelyek megsértik az egyesciklusok táguló és összehúzódó szakasza közöttiszimmetriát. Az egyik példa erre a fekete lyukakkeletkezése. A standard elképzelés szerint keletkezésekora Világegyetemben nincsenek jelen fekete lyukak, az időmúlásával azonban a csillagok összeomlása és egyébfolyamatok következtében fekete lyukak keletkeznek, ezértahogy öregszenek a galaxisok, úgy számuk egyregyarapszik. Az összeomlás legutolsó szakaszában azanyag összenyomódása további fekete lyukak keletkezésétsegíti elő. Egyesek ezek közül nagyobb fekete lyukakkáegyesülnek. Ennek következtében a Nagy Reccs feléközeledve a Világegyetem felépítése gravitációs

szempontból sokkal bonyolultabb, mondhatnánk, sokkallikacsosabb lesz, mint volt az ősrobbanást követően. Ha aVilágegyetem visszapattanna, akkor a következő ciklussokkal több fekete lyuk jelenlétével kezdődne, mint amostani.Elkerülhetetlennek látszik tehát az a következtetés, melyszerint bármely ciklikus világegyetem, amely lehetővé teszi,hogy fizikai szerkezetek vagy rendszerek öröklődjenekegyik ciklusból a másikba, óhatatlanul ki van téve atermodinamika második főtétele romboló hatásának. Azelszomorító következtetést csak annak feltételezésévelkerülhetjük ki, hogy a visszapattanáskor uralkodó roppantszélsőséges fizikai viszonyok semmiféle információátterjedését nem teszik lehetővé az egyik ciklusból akövetkezőbe. Minden korábban létezett fizikai objektummegsemmisül, minden hatás megszűnik. Valójában aVilágegyetem teljes egészében újjászületik.Egyáltalán nem világos azonban, hogy milyen előnyökkelkecsegtet ez a modell. Ha minden egyes ciklus fizikailagtökéletesen független az előzőtől, akkor mi értelme van aciklusok egymásutániságáról beszélni, és azt gondolni,hogy a mindig újjászülető Világegyetem ténylegesenugyanaz a Világegyetem marad. Az egyes ciklusokbanmegvalósuló világegyetemek ugyanis abszolút függetlenekegymástól, amelyek akár egymással párhuzamosan islétezhetnek, nem kell a sorozatosságot feltételezni. Ahelyzet kissé a reinkarnáció elképzelésére emlékeztet, aholaz újjászületett egyén egyáltalán nem emlékszik korábbiéletére. Milyen értelemben beszélhetünk ebben az esetben

ugyanannak az embernek a reinkarnálódásáról?Másik lehetőség az, hogy a termodinamika másodikfőtétele valamiképpen megsérül, vagyis „az óra felhúzódik”a Világegyetem visszapattanásakor. Vajon ezáltal megnem történtté lehet-e tenni a második főtétel okoztarombolást? Vizsgáljuk meg egy egyszerű példán amásodik főtétel működését, figyeljük meg mondjukvalamilyen parfüm párolgását az üvegből. Tegyük fel, hogyvalamilyen, minden molekulára kiterjedő összeesküvésselsikerülne elérnünk, hogy minden egyes molekula sorsa avisszájára forduljon, vagyis a szobában szanaszét röpdösőillatmolekulák rövid idő leforgása alatt mind visszabújjanakaz üvegbe. Olyan ez, mintha a „filmet” visszafelé játszanánkle. Márpedig a termodinamika második főtételénekköszönhetően különbséget tudunk tenni a múlt és a jövőközött, azaz meg tudjuk állapítani az idő múlásának azirányát. A második főtétel sérülése azt jelenti, hogyvisszájára fordul az idő múlásának iránya.Túlságosan egyszerű kibúvó lenne azonban a kozmikushalál elől, ha feltételeznénk, hogy az idő múlásának irányaegyszerűen visszájára fordul, amikor meghalljuk az utolsóítélet harsonáinak hangját. Ha rosszabbra fordulnak adolgok, nem kell mást tennünk, mint visszafelé lejátszani aVilágegyetem eseményeinek filmjét. Mindamellett azelgondolás egyes kozmológusoknak szimpatikusnak tűnt.Az 1960-as években Thomas Gold, asztrofizikus felvetette,hogy a Világegyetem történetének összehúzódószakaszában az idő esetleg visszafelé múlik. Goldrámutatott, hogy az idő irányának megfordulása abban az

időben az élőlények agyának működésére is hatássallenne, miáltal azok szubjektív időérzete is visszájárafordulna. Az összehúzódó szakasz lakói tehát nem aztérzékelnék, hogy minden visszafelé történik, hanemszámukra úgy tűnne, mintha minden továbbra is amegszokott módon játszódna le. Így például azt érzékelnék,hogy a Világegyetem továbbra is tágul, nem pedig azt,hogy összehúzódik. Az ő szemükkel nézve az tűnne aVilágegyetem összehúzódó szakaszának, amelyben miélünk, és azt érzékelnék, mintha a mi agyunkbanjátszódnának le visszafelé a folyamatok.Az 1980-as években Stephen Hawking is eljátszott rövidideig az idő múlását visszafordító Világegyetemgondolatával, azonban az ötletet azzal vetette el, hogy ezvolt élete „legnagyobb tévedése”. Hawking először aztgondolta, hogy a kvantummechanika ciklikusVilágegyetemre történő alkalmazása megköveteli az időminden részletre kiterjedő szimmetriáját. Kiderült azonban,hogy ez nem így van, legalábbis a kvantummechanikastandard megfogalmazásának keretei között. Újabban kétfizikus, Murray Gell-Mann és James Hartle megvitatták akvantummechanika szabályainak olyan értelműmódosítását, amelyek eredményeképpen az időszimmetriája egyszerűen előírásként szerepel. Ezutánfeltették a kérdést, hogy lenne-e mindennek aVilágegyetemre nézve valamilyen jelenleg is megfigyelhetőkövetkezménye. Erre a kérdésre azonban mind a mainapig nem adható egyértelmű válasz.A kozmikus utolsó ítélet elkerülésének egy egészen más

módját Andrej Linde, orosz fizikus vetette fel. Ötlete afelfúvódó Világegyetem elméletének a 3. fejezetbenmegismert modelljén alapul. Az eredeti felfúvódómodellben feltételeztük, hogy a nagyon korai Világegyetemkvantummechanikai állapota megfelel egy bizonyosgerjesztett vákuumnak, aminek következtében a tágulásüteme átmenetileg rettenetesen felgyorsul. 1983-ban Lindefelvetette, hogy a korai Világegyetem kvantumállapotaesetleg nem helyről helyre véletlenszerűen, kaotikusanváltozott, hanem valamilyen rendszer szerint, az egyikhelyen alacsony energiájú volt, másutt mérsékeltengerjesztett, megint másutt erősen gerjesztett. Ahol aVilágegyetem gerjesztett állapotba került, ott bekövetkezetta felfúvódás. A továbbiakban Lindének a kvantumállapotviselkedésére vonatkozó számításai azt mutatták, hogy azerősen gerjesztett állapotok okozzák a legnagyobbmértékű felfúvódást és a leglassúbb bomlást, vagyis minélerősebb a tér egy adott tartományában a gerjesztés, annálnagyobb mértékben fúvódik ott fel a Világegyetem.Nyilvánvalóan, nagyon rövid idő elteltével azok a térbelitartományok, ahol az energia véletlenül éppen alegnagyobb volt, és ezért a felfúvódás a leggyorsabb volt,elnyelik a többi tartomány legnagyobb részét, vagyis ateljes tér oroszlánrészét ezek foglalják el. Ezt a helyzetetLinde a darwini evolúcióhoz vagy a gazdaságműködéséhez hasonlította. Ha egy sikereskvantumfluktuáció révén – roppant nagy energiakölcsönreszert téve – a Világegyetem egy tartománya rendkívülerősen gerjesztett állapotba kerül, akkor ennek

köszönhetően az illető tartomány térfogata rövid idő alattjelentősen megnő. A nagy energiakölcsönhöz jutó,szuperfelfúvódó tartományok hamarosan uralkodóváválnak.A kaotikus felfúvódás eredményeképpen a Világegyetemmini-univerzumok, vagy buborékok halmazára esne szét,amelyek némelyike szédítő sebességgel tágulna, mígmások egyáltalán nem fúvódnának fel. Minthogy egyestartományok gerjesztési energiája, egyszerűen avéletlenszerű ingadozásoknak köszönhetően, nagyon nagylesz, ezekben a tartományokban a felfúvódás sokkalnagyobb mértékű lesz, mint amekkorát az eredetielméletben feltételeztünk. Minthogy azonban éppen ezek atartományok fúvódnak fel a legnagyobb arányban, ha afelfúvódás utáni Világegyetemben találomra kiválasztunkegy pontot, akkor az nagy valószínűséggel egy ilyen, azátlagosnál erősebben felfúvódott tartományba fog esni.Nagyon valószínű tehát, hogy mi magunk is egy ilyenszuperfelfúvódott tartomány mélyén helyezkedünk el. Lindeszámításai szerint az ilyen szuperfelfúvódó „nagybuborékok” mérete 10108-szorosára nő, ami tehát egyolyan szám, amelyben az 1-est százmillió nulla követi.A mi óriás tartományunk azonban csak egy, a végtelenülsok, rendkívüli mértékben felfúvódott tartomány közül, ezértnagy léptékben a Világegyetem változatlanul meglehetősenkusza képet nyújtana. A mi buborékunkban, amelyelképzelhetetlenül messzire nyúlik a beláthatóVilágegyetem határain túlra, az anyag és az energia

eloszlása nagyjából egyenletes, a mi buborékunkon túlazonban újabb buborékok következnek, közöttük olyantartományokkal, amelyekben éppen most megy végbe afelfúvódás. Linde modellje szerint a felfúvódás valójábansoha nem ér véget, mindig vannak a térnek ugyanis olyantartományai, ahol éppen most következik be a felfúvódásfolyamata, ahol új buborékok keletkeznek, miközben másbuborékok leélik életüket és elpusztulnak. Megvalósul tehátaz örök Világegyetem egy változata, némileg emlékeztetveaz előző fejezetben tárgyalt csecsemő-világegyetemekhipotézisére, ahol az élet, a remény és a világegyetemekörökkévalók. Soha nem ér véget az egyre újabbvilágegyetemek keletkezése a felfúvódás révén, miközbenvalószínűleg kezdet sincs, bár ez utóbbit illetően nemegységesek a vélemények.Vajon kínál-e a miénken kívüli buborékok létezésevalamilyen túlélési lehetőséget utódaink számára?Elkerülhetik-e a kozmikus végítéletet – pontosabban abuborék végső pusztulását – oly módon, hogy az időkvégezetéig mindig átköltözködnek egy fiatalabbbuborékba? Linde pontosan ezt a kérdést tette fel aPhysics Letters című folyóiratban 1989-ben közöltnagyszabású, „Élet a felfúvódás után” című cikkében.„Ezekből az eredményekből az következik, hogy afelfúvódó Világegyetemben soha nem fog eltűnni az élet” –írja. „Sajnos ez a következtetés azonban nem jelentiegyértelműen azt, hogy túlságosan optimisták lehetünk azemberiség jövőjét illetően.” Megállapítva, hogy egy adottbuborék lassan lakhatatlanná válik, Linde arra a

következtetésre jut, hogy: „A túlélés egyetlen pillanatnyilagelképzelhető stratégiájának az látszik, hogy az öregedőbuborékokból átvándorolunk az újabbakba.”A felfúvódó világegyetem elméletének Linde-féleváltozatában az az egyetlen elkeserítő, hogy az átlagosbuborékok óriásiak. Számításai szerint a miénken kívülilegközelebbi buborék távolságát fényévekben egy akkoraszámmal fejezhetjük ki, amelyikben az 1-es után sok milliónullát kell írni, vagyis ennek az egyetlen egy számnak aleírása önmagában megtöltene egy vastag kötet könyvet.Még ha sikerülne fénysebességgel utaznunk, akkor isugyanennyi évig tartana az utazás a szomszédosbuborékig, hacsak nincs olyan kivételes szerencsénk, hogyvéletlenül éppen valahol a saját buborékunk legeslegszélénhelyezkedünk el. Linde azonban kimutatja, hogy még akörülmények ilyen roppant szerencsés összejátszása iscsak akkor fordulhat elő, ha a Világegyetemünk tágulásaelőre jelezhető módon folytatódik. Akármilyen csekély ésezért jelenleg tökéletesen elhanyagolható legyen is egyfizikai hatás, idővel a tágulás folyamatát meghatározószerepűvé válhat, ha a Világegyetemet jelenleg uraló anyagés sugárzás a tágulás következtében végtelenül felhígul.Lehetséges például, hogy mindmáig visszamaradt aVilágegyetemben valamilyen felfúvó hatás, azonbanjelenleg azt teljes mértékben elnyomja a gravitáció sokkalerősebb hatása. Feltételezve, hogy az előbbiekbenmegbecsült, tengernyi idő szükséges a buborékunkból valókimenekülésre, időközben az ilyen csekély felfúvó hatás ismeghatározóvá válhat. Ebben az esetben, ha elegendő idő

áll a rendelkezésére, egyszer majd a Világegyetem ismételkezd felfúvódni. Természetesen nem az ősrobbanás utántapasztalt elképesztő hevességgel, hanem csak széplassacskán, az ősrobbanás bágyadt utánzataként. Ez ahalk nyöszörgés azonban, bármilyen gyengécske is, azörökkévalóságig folytatódik. Bár a Világegyetemnövekedésének sebessége csak kismértékben fokozódik,annak a puszta ténynek, hogy a tágulás gyorsul, mélyrehatófizikai következményei vannak. A tágulás gyorsulásaeredményeképpen a buborékon belül létrejön egyeseményhorizont, amely olyasvalami, mint egy fekete lyuk,belülről kifelé nézve és legalább olyan hatékonycsapdaként működik. Minden túlélő menthetetlenülbezáródik tehát, mélyen a buborékunk belsejébe, merthiába halad a buborék széle felé, az az ismételtenmegindult felfúvódás következtében bizonyosan nálagyorsabban távolodik. Linde számításai szokatlanok ugyan,mégis világosan rámutatnak, hogy az emberiség vagyleszármazottainak sorsa oly csekély fizikai hatásokonmúlhat, amelyek kimutatására egészen addig semmiesélyünk nincs, amíg kozmológiai léptékben jelentősekkénem válnak.Linde kozmológiája bizonyos vonatkozásaiban az álladóállapotú világegyetem régi elméletére emlékeztet, amely azötvenes években és a hatvanas évek elején volt népszerű,és amely mindmáig a legegyszerűbb és legszimpatikusabblehetőséget kínálja a Világegyetem végének elkerülésére.Eredeti, Hermann Bondi és Thomas Gold által kigondoltváltozata szerint az állandó állapotú világegyetem elmélete

feltételezi, hogy nagy léptékben a Világegyetem örökkönörökké változatlan marad. Nincsen tehát sem kezdet, semvég. A Világegyetem tágulásának megfelelő ütembenfolyamatosan új anyag keletkezik, amely kitölti a„hézagokat”, fenntartva ezáltal a Világegyetem állandóátlagsűrűségét. Az adott galaxisok sorsa ebben amodellben hasonló ahhoz, mint amit a korábbi fejezetekbenmegismertünk: születnek, fejlődnek, majd elpusztulnak. Akimeríthetetlen mennyiségben rendelkezésre álló, újonnankeletkező anyagból azonban állandóan újabb galaxisokalakulnak ki. A Világegyetem egészének általános képetehát mindig ugyanolyan, adott nagyságú térfogatbanmindig ugyanannyi galaxist találunk, bár ezek közt alegkülönbözőbb korúak fordulnak elő.Az állandó állapotú világegyetem elméletében nem kellmagyarázatot keresni arra, hogyan alakult ki a semmiből akezdet kezdetén a Világegyetem, ugyanakkor az elmélet azállandó fejlődés és a kozmikus léptékű halhatatlanságérdekes kombinációja. Valójában még ennél is többetmond az elmélet, mert felkínálja a kozmikus örökfiatalságot, hiszen az egyes galaxisok lassankéntelpusztulnak ugyan, a Világegyetem egésze ennek ellenéresoha nem öregszik meg. Utódainknak soha nem kell tűvétenniük a kozmoszt az egyre nehezebben kiaknázhatóenergiaforrásokért, hiszen a folyamatosan termelődő frissanyag bőséggel nyújtja azt. Az öregedő galaxisok lakóinak,amikor az üzemanyagkészletek fogytán vannak,egyszerűen csak át kell költözniük egy fiatal galaxisba. Ezígy folytatódhat a végtelenségig, miközben az életerő, a

sokféleség és a tevékenység adott szintje azörökkévalóságig fennmaradhat.Néhány fizikai feltételnek azonban teljesülnie kellene, hogyaz elmélet működjék. A tágulás következtében aVilágegyetem térfogata néhány milliárd évenkéntmegkétszereződik. Ha fenn akarjuk tartani azátlagsűrűséget, akkor ehhez ezen idő alatt mintegy 1050

tonna új anyagnak kell keletkeznie. Ez első pillanatrasoknak tűnik, átlagosan azonban csupán annyit jelent, hogyévszázadonként egy repülőgép-hangárnyi térfogatbanegyetlen atomnak kell keletkeznie. Roppant valószínűtlen,hogy sikerülne észrevennünk ezt a jelenséget. Sokkalsúlyosabb gond merül fel viszont az elméletben az újanyagot létrehozó fizikai folyamatok mikéntjét illetően.Végül pedig arra is kíváncsiak lennénk, honnan származikaz új anyag előállításához szükséges energia, és hogylehet, hogy ez a csodálatos energiaforrás a végtelenségigelapadhatatlanul rendelkezésünkre áll. A problémát FredHoyle vizsgálta meg alaposabban, aki munkatársával,Jayant Narlikarral együtt teljes részletességgel kidolgoztaaz állandó állapotú világegyetem elméletét. ¸kenergiaforrásként egy eddig ismeretlen teret javasoltak, azúgynevezett teremtő teret. Definíciójuk szerint magának ateremtő térnek az energiája negatív. Minden egyes mtömegű részecske megjelenése – mc2 energiával járulhozzá a teremtő tér energiájához.Bár technikailag a teremtő tér feltételezése valóbanmegoldást jelent az anyag keletkezésének problémájára,

mindamellett sok kérdés továbbra is nyitott marad.Meglehetősen esetleges megoldásnak tűnik, minthogy atitokzatos tér semmilyen más kozmológiaimegnyilvánulását nem tapasztaljuk. Komolyabb bajtjelentett, hogy az 1960-as évek elejétől gyülekezni kezdtekaz állandó állapotú elmélet ellen szóló megfigyelésibizonyítékok. A legfontosabb ezek közül a mikrohullámúháttérsugárzás felfedezése volt. A nagyon egyenletesháttérsugárzás kézenfekvően értelmezhető az ősrobbanásmaradványaként, ugyanakkor az állandó állapotú modellkeretein belül roppant nehéz megmagyarázni a jelenlétét.Ezen kívül, a galaxisok és a rádiógalaxisok az égbolt nagyterületeire kiterjedő átvizsgálása félreérthetetlenül amellettszóló bizonyítékokat szolgáltatott, hogy a Világegyetemnagy léptékben is fejlődik. Amikor mindez nyilvánvalóvávált, Hoyle és munkatársai elvetették az állandó állapotúvilágegyetem modelljének egyszerű változatát, bár akülönféle, bonyolultabb variációk időről időre felbukkannak.A fizikai és csillagászati problémáktól eltekintve, az állandóállapotú elmélet néhány furcsa filozófiai nehézséget isfelvet. Ha például valóban végtelen idő és korlátlanmennyiségű energia áll leszármazottaink rendelkezésére,akkor semmi nem korlátozza műszaki fejlődésüket.Szabadon elterjedhetnek az egész Világegyetemben, a términd nagyobb tartományait hajtva uralmuk alá. Ennekkövetkeztében a nagyon távoli jövőben a Világegyetemjelentős része magán fogja viselni a műszaki civilizációtevékenységének a nyomait. A kiinduló hipotézisértelmében azonban a Világegyetem nagyléptékű

természete időben változatlan, ezért az állandó állapotúelmélet elfogadása arra a következtetésre kényszerít, hogya ma megfigyelhető Világegyetem máris műszakilagmeghódított. Minthogy az állandó állapotú világegyetembena fizikai feltételek mindig és mindenütt ugyanolyanok, azintelligens lényeknek folyamatosan mindig fel kellbukkanniuk. Mivel ez az örökkévalóságig mindig igaz, ezértléteznie kell olyan társadalmaknak, amelyek mártetszőlegesen hosszú idővel ezelőtt létrejöttek, és műszakikultúrájukat a tér tetszőlegesen nagy tartományábanelterjesztették, beleértve a mi környékünket is. Ezt akövetkeztetést akkor sem kerülhetjük el, ha feltételezzük,hogy az értelmes lények általában nem akarjákgyarmatosítani a Világegyetemet. Elég, ha az eddig elteltvégtelenül hosszú idő alatt ez egyetlen társadalomnakeszébe jutott, és a következtetés máris igaz. Íme, tehát egyújabb példa arra a régi, sok fejtörést okozó állításra, melyszerint ha a végtelen Világegyetemben valaminek akárcsak a legcsekélyebb valószínűsége is van, akkor annakm e g kell valamikor történnie, méghozzá végtelenülsokszor. A keserű következtetés logikáját folytatva, azállandó állapotú világegyetem elmélete azt állítja, hogy aVilágegyetem folyamatai azonosak lakói műszakitevékenységével. Amit tehát természetnek nevezünk, azvalójában nem más, mint egy szuperlény vagy szuperlényekalkotta társadalom tevékenysége. Ez úgy hangzik, mintPlatón világot teremtő főistenének egy változata (egyistenség, aki a már lefektetett fizikai törvények keretei köztdolgozik). Érdekes, hogy Hoyle a későbbi kozmológiai

dolgozik). Érdekes, hogy Hoyle a későbbi kozmológiaielméleteiben világosan ki is fejti egy ilyen szuperlénylétezése mellett szóló véleményét.A Világegyetem végéről folytatott mindenneműeszmefuttatás során óhatatlanul felbukkan a cél kérdése.Már említettem, hogy a haldokló Világegyetem látomásaBertrand Russellt például a létezés teljes hiábavalóságárólgyőzte meg. Ez a felfogás jelent meg a közelmúltbanSteven Weinbergnél is, akinek „Az első három perc” címűkönyve abban a végkövetkeztetésben csúcsosodik ki, hogy„Minél jobban megértjük az Univerzum történetét, annálértelmetlenebbnek és céltalanabbnak találhatjuk”. Amagam részéről amellett érveltem, hogy talán a lassúkozmikus hőhaláltól való félelmet korábban némilegeltúlozták, sőt, az is lehet, hogy ettől már egyáltalán nemkell félnünk, azonban a Nagy Reccs okozta hirtelen haláltovábbra is fenyegető veszély marad. Szuperlényektevékenységéről elmélkedtem, akik csodálatos fizikai ésszellemi célokat képesek hátrányos helyzetükben ismegvalósítani. Röviden annak az eshetőségét ismegvizsgáltam, hogy a Szellemnek akkor sincsenekkorlátai, ha magának a Világegyetemnek vannak.De vajon enyhítik-e ezek a különféle változatok aszorongásunkat? Egy barátom egyszer megemlítette, hogyamit ő eddig az Édenkertről hallott, annak alapján nemkülönösebben érdekli őt a dolog. Egyáltalán nem találtavonzónak az örök élet lehetőségét a fennkölt egyensúlyállapotában. Jobb gyorsan meghalni, és túlesni rajta, mintszembenézni az öröklét unalmával. Ha az örökkévalóságnem egyéb, mint ugyanazon gondolatok és érzékelések

nem egyéb, mint ugyanazon gondolatok és érzékelésekszakadatlan ismétlődése, akkor a lét valóban céltalannaktűnik. Ha azonban a halhatatlanságba némi előrehaladás isvegyül, akkor elképzelhetjük az életünket az örökösújdonság állapotában, miközben mindig megtanulunk vagyteszünk valami újat és izgalmasat. Most már csak egyprobléma marad, a miért. Amikor az emberi lényekvalamilye terv megvalósításán dolgoznak, mindig vanvalamilyen konkrét céljuk. Ha a célt nem sikerül elérni, avállalkozás kudarcba fullad, bár a tapasztalatok nemfeltétlenül hiábavalóak. Ha viszont a célt sikerül elérni,akkor a tervet megvalósítják, és az erre irányulótevékenységet befejezik. Lehet-e vajon egy vállalkozásonbelül olyan célt kitűzni, amelyet soha nem lehet teljesegészében megvalósítani? Lehet-e a létezésnek értelme,ha maga a létezés együtt jár egy végtelen utazással egyolyan úticél felé, amelyet soha nem érünk el.Ha van a Világegyetem létezésének célja, és eléri ezt acélt, akkor a Világegyetemnek meg kell szűnnie, merttovábbi létezése indokolatlan és céltalan lenne. Ha viszonta Világegyetem örökké létezik, akkor nehéz elképzelni,hogy létezésének lenne bármiféle célja. A kozmikus haláltehát az az ár, amelyet a kozmikus sikerekért fizetni kell.Talán a legtöbb, amit remélhetünk, az, hogy az utódainknaksikerül megtudniuk, mi a Világegyetem létezésének célja,még mielőtt az utolsó három perc eltelne.

Magyar nyelvű ajánlott irodalom

ElőszóA szükséges fizikai előismeretek elemi, szórakoztatóelőadásban megtalálhatók George Gamow, a Nagy Bummelmélet szülőatyja könyvében:• GAMOW, G.: Tompkins úr kalandjai a fizikával,Gondolat, 1976A modern kozmológia történetéről:• FERRIS, T: A vörös határ, Gondolat, 1985• Hogyan lett tudomány a kozmológiából?, Tudomány,1992/10Újabb fejlemények:• Világegyetemes igazságok, Tudomány, 1990/12A kozmológia történetének és problémáinak filozófiaivonatkozásairól:• SZÉKELY L.: Einstein kozmoszától a felfúvódóvilágegyetemig, BTK, 1990A korábbi tudományos és filozófiai álláspont ősrobbanástelutasító álláspontjára jellemző pl.:• LABÉRENNE, P: A világok keletkezése, Kossuth, 1960A szövegben említett két alapmű magyarul is megjelent:• WEINBERG, S.: Az első három perc, Gondolat, 1983• HAWKING, S. W.: Az idő rövid története, Maecenas,1989Az élet kozmikus, sőt kozmológiai jelentőségéről:• SKLOVSZKIJ, I. SZ.: Világegyetem, élet, értelem,Gondolat, 1976• DUCROCQ, A.: Az élet regénye, Kossuth, 1967• FODOR L. I.: Földön kívüli élet, Natura, 1984

• LOVELOCK, J. E.: Gaia, Göncöl, 1989 1. fejezet: Az utolsó ítélet napja

A Földnek ütköző üstökös régi kedvelt témája atudományos-fantasztikus irodalomnak is. Pl.:• WELLS, H. G.: Amikor az üstökös eljő, Franklin, én.A Földet és a Naprendszer egyéb tagjait ért kozmikusbombatalálatokról:• Meteoritkráterek a Földön, Tudomány, 1990/6• ILLÉS E.: Kozmikus ütközések nyomai, TermészetVilága, 1992/7. és 8. számA Shoemaker-Levy 9 üstökös és a Jupiterösszeütközéséről a következő hónapokban bizonyáraszámos cikk, majd könyv jelenik meg a tudományos és azismeretterjesztő irodalomban (lásd pl. ILLÉS Erzsébetcikkét az Élet és Tudomány 1994 szeptember 30-iszámában). Előzetes értékelés pl. a HVG 1994/30 (júl. 30.)számában olvasható FREI Zsolt cikkében.

Az Oort-féle üstökösfelhőről:• 100 billió üstökös kerestetik, Tudomány, 1990/10A periodikus üstököshullás esetleges csillagászati okárólés a földi élővilágra gyakorolt hatásáról:• GOLDSMITH, D.: Nemezis, a halálcsillag, Háttér Kiadó,1990.A galaxisok összeütközéséről:• Ütköző galaxisok, Tudomány, 1991/10

2. fejezet: A haldokló világegyetem

A reverzibilitás és irreverzibilitás fizikájáról:• FEYNMAN, R. P: A fizikai törvények jellege, Magvető,1983A korai Nap-modellekről:• HORVÁTH G.: Kihűl a Nap? Fizikai Szemle 1994/3Az Olbers-paradoxonról:• ASIMOV, I.: Az éjszaka sötétje, Galaktika, 29/111A fraktál-kozmológia alapjairól, a galaxisok fraktál-eloszlásáról és az Olbers-paradoxon fraktál-alapúmegoldásáról Mandelbrot alapművében olvashatunk:• MANDELBROT, B.: Fractals: Form, Chance andDimension, (Fraktálok: alak, véletlenség, dimenzió), többkiadás, pl. Freeman, San Francisco, 1977Hasonló témáról szól röviden:• SZALAY A. S.: Fraktálok és az Univerzum szerkezete,Fizikai Szemle, 1987/2• Lásd még a Fizikai Szemle fraktál-számát (1988/7).

3. fejezet: Az első három perc

Az ősrobbanás mai elméletének részletes ismertetésétlásd WEINBERG és HAWKING idézett könyveiben.Emellett:• BARROW, J. D.: A Világegyetem eredete, Kulturtrade,1994• MARX GY: Az Univerzum korai története, Fizikai Szemle,1979/3• HAWKING, S.: Az univerzum eredete, Fizikai Szemle,1987/12

• ATKINS, P: Teremtés, Gondolat, 1988• OMNÉS, R.: A világegyetem és átalakulásai, Gondolat,1981Az általános relativitáselmélet alapgondolatairól éskozmológiai alkalmazásairól:• EINSTEIN, A.: A speciális és általános relativitáselmélete, Gondolat, több kiadás• TAYLOR, E. F – WHEELER, J. A.: Téridő-fizika,Gondolat, 1974• KAUFMANN, W. J. III.: Relativitás és kozmológia,Gondolat, 1985Még a harmincas években született Eddington szuggesztívés sok tekintetben máig sem elavult műve:• EDDINGTON, A.: A természettudomány új útjai, Franklin,1939A vöröseltolódás esetleges nem kozmológiaimagyarázatáról:• MARIK M.: A kozmológiai vöröseltolódás, in.:Csillagászati Évkönyv 1984, Gondolat• Kétségek a vöröseltolódás körül, Tudomány, 1990/3A Hubble-állandó értéke körüli újabb vitákról:• BŐDY Z.: ...öregebb Világegyetem, Természet Világa,1994/2Az ősrobbanás pillanatának, mint szinguláris eseménynekfizikai és filozófiai problémáival foglalkozik HAWKINGidézett könyve és cikke, BARROW könyve, valamint:• MARX GY: A tér és idő határvidéke, Fizikai Szemle,1994/4

A háttérsugárzás felfedezésének történetéről lásd A vöröshatár című könyvet. A Világegyetem nagy léptékű „habos”szerkezetének felfedezéséről:• A Világegyetem nagyon nagy léptékű alakzatai,Tudomány, 1986/9• SZALAY A. S. et al.: Az Univerzum nagyléptékűstruktúrájának mélységi felmérése, Fizikai Szemle,1993/7A COBE műhold missziójáról:• A Cosmic Background Explorer műhold, Tudomány,1990/3A COBE eredményeiről:• A kozmológia aranykora, Tudomány, 1992/9A COBE által felfedezett struktúrák alternatív magyarázata:• Términtázatok és Világegyetem szerkezete, Tudomány,1992/5A könnyű elemek atommagjainak kozmológiai eredetérőlld. WEINBERG idézett könyvét.A részecskefizika mai állásáról nyilatkoznak neves magyarművelői:• Részesei az Egésznek, Természet Világa, 1989/5A modern részecskefizika és a kozmológia kapcsolatáról:• Részecskegyorsítók a kozmológia ellenőrzésére,Tudomány, 1988/8• PATKÓS A.: A világegyetem állapotától a világegyetemtörténetéig, Természet Világa, 1992/3-4A felfúvódó Világegyetem modelljéről:• A felfúvódó Világegyetem, Tudomány, 1985/1

• LUKÁCS B.: A felfúvódó világegyetem, Fizikai Szemle,1987/12A kvantumfizika alapfogalmait ismerteti GAMOW i. m.,valamint• KÁROLYHÁZI R: Igaz varázslat, Gondolat, 1976A kölcsönhatások nagy egyesített modelljéről:• LUKÁCS B.: Nagy Egyesítés – kérdőjelekkel, TermészetVilága, 1985/1-4.

4 fejezet: A csillagok végzete

Az 1987-es szupernóváról:• BOTH E.: Szupernóva a Nagy Magellán Felhőben,Természet Világa, 1987/7• Az 1987-es nagy szupernóva, Tudomány, 1989/10• PATKÓS A.: A neutrínócsillagászat születésnapja,Természet Világa, 1987/7A neutrínók fizikájáról:• MARX GY: Túl a atomfizikán, Gondolat, 1961• A Fizikai Szemle neutrínó-száma, 1980/12A csillagok szerkezetéről és fejlődéséről, a bennük folyómagfúzióról, a szupenóva-robbanásokról és aneutroncsillagokról:• SKLOVSZKIJ, J. SZ.: Csillagok, születésük, életük,pusztulásuk, Gondolat, 1981• ASIMOV, I.: A robbanó napok, Kossuth, 1987• WEISSKOPF, V F: Az egyszerűség nyomában /12: Acsillagok, Természet Világa, 1989/12• BŐDY Z.: Csillagászati atommagfizika, Természet

Világa, 1979/12• APAGYI B.: Szupernóva robbanások, Fizikai Szemle,1972/9• NÉMETH J.: Neutroncsillagok, in Fizika 1977, Gondolat• A világegyetem legidősebb pulzárai, Tudomány, 1987/4Laplace eredeti cikke, amelyben (1799-ben!) feltételezte afekete lyukak létezését, a Fizika 1978 című kötetbenolvasható (Gondolat).A planetáris ködökről:• Planetáris ködök, Tudomány, 1992/7A Nap belső szerkezetéről és a Nap-neutrínók rejtélyéről:• MARX GY.: A Napból érkező neutrínókra várva, in Fizika1977, Gondolat, 1978• MARX GY.: Milyen meleg a Nap közepe? FizikaiSzemle, 1988/11• Neutrínók a Napból, Tudomány, 1990/7• MÖSSBAUER, R.: A Nap és a neutrínók, Fizikai Szemle,1988/1

5. fejezet: Leszáll az éj

A csillagok születésének megfigyeléséről:• Indukált csillagkeletkezés, Tudomány,1992/4• A csillagok ifjúkora, Tudomány, 1991/9Az anyag kozmikus körforgásáról, „reprocesszálásáról”:• DUCROCQ, A.: Az anyag regénye, Kossuth, 1965• MARX GY: Bölcsőnk az univerzum, Fizikai Szemle,1987/3A fekete lyukakról ld. KAUFMANN i. m., valamint:

• Fekete lyukak (3 cikk), in: Fizika 1978, Gondolat• MISNER et al: Dialógus a fekete lyukakról, FizikaiSzemle, 1979/7• A fekete lyukak membránelmélete, Tudomány, 1988/6Az anyag lehetséges végállapotairól:• LUKÁCS B. – PAÁL GY: A világ szerkezeti állandói in:Csillagászati évk. 1982, GondolatA fekete lyukak körüli gázáramlásról:• Anyagkorongok a kettőscsillagok körül, Tudomány,1992/3A galaxismagokról, aktivításukról és a kvazárokról:• AMBARCUMJAN, V A.: Az univerzum kutatásánakfilozófiai kérdései Gondolat, 1980• Fekete lyukak a galaxisok közepén, Tudomány, 1991/1• VILKOVSZKIJ, E. JA.: A rejtélyes kvazárok, Gondolat,1988• A 3C273 kvazár, Tudomány, 1991/8Saját Galaxisunk magjáról:• Mi van a Galaxis középpontjában? Tudomány, 1990/6• A Nagy Annihilátor, Tudomány, 1991/9A gravitációs hullámokról:• A gravitációs hullámok mefigyelése, Tudomány, 1987/8• Hullámlesen, Tudomány, 1992/5

6. fejezet: Megmérjük a világegyetemet

A Világegyetem tágulását leíró egyenlet levezetése ésmegoldása a Fizikai Szemle Einstein-centenáriumi,1979/3 számában, MARX György idézett cikkében

olvasható.A tömeghiányról:• MARX GY: Eötvös Lorándtól a sötét anyagig, FizikaiSzemle, 1994/5A neutrínók nyugalmi tömegéről:• SZALAY A. S.: A neutrínótömeg a kozmológiában, in:Fizika 1975, Gondolat, 1976• A Fizikai Szemle neutrínó-száma,1980/12A neutrínók tömegéről, a hideg és meleg sötét anyagkülönböző fajtáiról:• LUKÁCS B. – PAÁL GY: A világ szerkezeti állandói, in:Csillagászati Évkönyv 1982, Gondolat• Sötét anyag a világegyetemben, Tudomány, 1987/2• MASSÓ, E.: Sötét anyag a Tejútrendszerben, FizikaiSzemle, 1994/1• WYSE, R. F G.: Az anyag eloszlása a Tejútrendszerben,Fizikai Szemle, 94/1A sötét anyag hálós szerkezetei, mint a galaxisképződéskristálycsírái:• MARX GY. – SZALAY A. S.: Hogyan születnek agalaxisok, Fizikai Szemle, 1983/6A sötét anyag különböző részecskefizikai aspiránsairavonatkozó Világegyetemes igazságok, pro és kontra érvekizgalmas összefoglalása a Tudomány 1990/12 számábanolvasható.A gravitációs lencsehatásról:• Gravitációs lencsék, Tudomány, 1988/9• LUKÁCS B.: Gravitációs lencsék, Fizikai Szemle, 1982/7

A barna törpék felfedezése:• Fizikai Szemle, 1994/1Eddington „számmisztikájának” elemei előfordulnak Atermészettudomány új útjai című idézett könyvében. Atermészeti állandók közti furcsa (véletlen?) összefüggésekmeglepően szabályos Univerzum konstrukcióját tesziklehetővé; a tervrajzot ld. a Csillagászati Évkönyv 1982-eskötetében, LUKÁCS Béla és PAÁL György idézettcikkében.A természeti állandók szerepéről az antropikus elv, másnéven a lakható világ elve gondolatvilágában:• DÁVID GY.: A lakható világegyetem, Természet Világa,1990/7

7. fejezet: Az örökkévalóság soká tart

A „végtelen” fogalmát a matematikában, a fizikában és afilozófiában sokféle értelemben használják. Ld.:• Végtelenség és Világegyetem, cikkgyűjtemény,Gondolat, 1974A természettudományok mind több területén fontossá válókáosz fogalmáról és alkalmazásairól:• A káosz, Tudomány, 1987/2A gravitációs csúzli és hasonló égimechanikai problémákmodellezéséről:• HORVÁTH G. – JÁNOSI I.: Gravitációs reakciókszámítógépes modellezése, Fizikai Szemle, 1987/11 és12A protonbomlásról és detektorairól:

• A protonbomlás kutatása, Tudomány, 1985/2A részecskefizika mai állásáról:• KISS D.: Bevezetés a kísérleti részecskefizikába,Akadémiai, 1990• FRITZSCH, H.: Kvarkok, Gondolat, 1987• Szuperszimmetrikus-e a természet? Tudomány, 1986/8• Szuperhúrok, Tudomány, 1986/11• A Higgs-bozon, Tudomány, 1987/1• KATONA Z.: Elemi részek, Gondolat, 1978

8. fejezet: Élet a lassuló világban

A civilizációk jövőbeli lehetőségeiről:• KARDASEV, N. SZ. et al: Szupercivilizációk, FizikaiSzemle, 1989/7• LEM, S.: Kiberiáda, Európa, 1971Idegen civilizációk kereséséről SKLOVSZKIJ és FODOR i.m., valamint:• ALMÁR I.: Kutatás idegen civilizációk után, TermészetVilága, 1993/4• A Fizikai Szemle SETI száma, 1989/7A gondolkodás és a kvantumelmélet kapcsolatáról:• PENROSE, R.: A császár új elméje. Számítógépek,gondolkodás és a fizika törvényei, Akadémiai, 1993Az információfeldolgozás energiaviszonyairól:• Démonok, gépek és a második főtétel, Tudomány,1988/1A Világegyetem termodinamikai történetének modernfelfogásáról, a hőhalálprobléma megoldásáról:

• MARX GY: Irreverzibilis univerzum, Fizikai Szemle,1988/5

9. fejezet: Élet a gyorsuló világban

Képzetes világok teremtéséről:• LEM, S.: Summa Technologiae, Kossuth, 1976

10. fejezet: Hirtelen halál és újjászületés

Új, „csecsemő-világegyetemek” teremtésének technikájárólés etikájáról:• LEM i. m.A tér dimenziószáma, mint lehetséges dinamikai változó:• GORELIK, G. J.: Miért háromdimenziós a tér? Gondolat,1987Csecsemő-világegyetemek más-más fizikaiparaméterekkel:• DAVID idézett cikke az antropikus elvről.

11. fejezet: Vég nélküli világok

A ciklikus Világegyetemről:• ZELDOVICS, JA. B.: Keletkezhet-e a világmindenség asemmiből? Természet Világa, 1989/1Az állandó állapotú világegyetem különféle modelljeiről ld.• KAUFMANN i. m.A Nagy Bumm és a Nagy Reccs közti különbségekről:• PENROSE i. m.

Jegyzetek

1 Magyarországon ehhez még hozzájárult egyideológiai alapú merev elutasítás is. Még a nyolcvanasévek elején íródott filozófiai tankönyvek is „idealistatéveszmének” bélyegezték azt az állítást, mely szerint aVilágegyetemnek kezdete lett volna. Emellett az egészkozmológiát birtokháborításnak tekintették, amellyel atermészettudomány illetéktelenül és irreleváns eszközökkelpróbál beleszólni az eredendően a filozófia hatáskörébetartozó „végső kérdésekbe”.

2 Gondoljunk csak arra, hogy a Föld oxigéntartalmúlégkörének – amely az egész Naprendszerben egyedülálló– létrejötte és fennmaradása kizárólag a növényvilágnakköszönhető. A szabad oxigén jelenléte viszontmegváltoztatta a kőzetek anyagaiban végbemenő kémiaireakciókat, és így végső soron az egész bolygó geológiaifejlődésébe is beleszólt.

3 Más kárán tanul az okos! A könyv angol eredetijénekmegírása óta a fenti katasztrófa-forgatókönyv részbenmegvalósult – az emberiség szerencséjére nem a Földön,hanem a Jupiteren. A Shoemaker-Levy 9 nevű üstökösmagja a Jupiter gravitációs hatására 1993 végén többrészre szakadt. Ennek következtében megváltozott atörmelékek pályája is, és az előzetes számításoknakmegfelelően az üstökös 21 kisebb-nagyobb (pár százméterestől néhány kilométeresig terjedő átmérőjű) darabja1994 júliusában egy hetes szőnyegbombázás során

összeütközött a Jupiterrel. Egy-egy ilyen üstökös-darab iselegendő lett volna ahhoz, hogy a Földön a fent leírthozhasonló katasztrófát váltson ki. A Jupiter azonban több mint300-szor nagyobb a Földnél, nincs szilárd felszíne, légköreviszont sokkal sűrűbb és vastagabb. Az üstökös-törmelékek ezért nem a szilárd felszínbe vágtak krátert,hanem a sűrű légkörben lefékeződve és felizzva okoztakhatalmas robbanásokat. A sok ezer atombombarobbanásával felérő becsapódások óriási gázfelhőketemeltek ki a légkörből, és hatalmas, a Föld méreténélnagyobb lyukakat, kavargó viharokat hagytak maguk után.Az emberiség eddigi történetében egyedülálló csillagászatieseménysorozatot számos földi csillagvizsgáló, a Hubbleűrtávcső, a Jupiter felé tartó Galileo űrszonda, és aNaprendszerből kifelé igyekvő, de visszanéző Voyager-2szonda is folyamatosan figyelte és fényképezte. Akatasztrófa elemzése sok információt szolgáltat majd azüstökösök és a Jupiter légkörének adatairól, folyamatairól,a Naprendszer eredetéről.

4 Az egyes molekulák ütközései a mechanikatörvényeinek megfelelően mennek végbe; ezek a törvényekpedig nem tüntetik ki az idő egyik irányát sem: egy ütközésmegfordítottja éppúgy megtörténhet, mint az eredetiütközés. A megfordíthatatlanság, az irreverzibilitásmozzanata a molekulák nagy számával kapcsolatos: amikroszinten megfordítható elemi ütközések együtteseegyirányú – pontosabban: fordított iránybanelhanyagolhatóan kis valószínűséggel végbemenő –folyamatokat eredményez. A mikroreverzibilitás és a

makroirreverzibilitás kapcsolata korántsem magátólértetődő – pontos matematikai megfogalmazásával többmint száz éve bajlódnak a fizikusok.

5 Ilyen filmet valóban készített a magyar Iskolatelevízió ahetvenes években: a filmen a füst visszagomolyodott akéménybe, az eltört váza egybeforrt, a felvert tojás sárgájaés fehérje különvált, röviden: a rendezetlenségből rendszületett. A nézők persze hamar felismerték, hogy a film avalódi folyamatok visszafele lejátszásával készült. Kevésbéátlátszóan alkalmazták ugyanezt a trükköt Tarkovszkijfilmjében, a Lem regényéből készült Solarisban. Az egészbolygót beborító élő óceán hullámai valóban élőneklátszottak: szinte célratörően duzzadtak, ágaskodtak. Arendezetlenség irányába tartó közönséges folyamat, a földióceán hullámainak elernyedése visszafelé lejátszva arendeződés, az entrópiacsökkenés, az élet illúziójátkeltette.

6 Akkoriban úgy gondolták, hogy a Nap szénből van, ésközönséges kémiai módon ég. A Nap energiaforrásáravonatkozó korai fizikai elméletek érdekes összefoglalásaHorváth Gábor Kihűl a Nap? című idézett cikkébenolvasható.

7 A véges idővel ezelőtt, a maximális rendezettségállapotában keletkezett (vagy teremtett), és azótafolyamatosan leépülő, pusztuló Világegyetem képeérdekesen egybecseng a számos nép mitológiájábanszereplő, a hajdani „Aranykorra”, a bőség és a rendkorszakára nosztalgikusan emlékező történetekkel. A

szövegben szereplő következtetés matematikailag nemteljesen meggyőző: előfordulhat, hogy a folyamatos, végessebességű degradálódás végtelen ideig tart. Ehhez perszea kezdeti, tökéletesen rendezett állapotban igen kissebességgel kellett megindulnia az entrópiaképződésének. Ez elvileg lehetséges, de fizikailag igenvalószínűtlen.

8 Az Olbers-paradoxon szépirodalmi igényességűleírása és megoldása Asimov Az éjszaka sötétje címűesszéjében olvasható.

9 Az Olbers-paradoxonnak a Világegyetem tágulásamellett más, ravaszabb megoldása is lehetséges (a kétmegoldás nem zárja ki egymást). B. Mandelbrot, afraktálgeometria kidolgozója mutatott rá példát (Fournierd'Albee korábbi ötlete nyomán), hogy lehetséges olyan(nem homogén) anyageloszlás, amelyben nincs kitüntetettközéppont és irány, de mégsem lép fel az Olbers-paradoxon. Ehhez speciális, fraktál-jellegű anyageloszlásszükséges. Az utóbbi évek megfigyelései arróltanuskodnak, hogy igen nagy (a galaxishalmazoknál jóvalnagyobb) léptékben vizsgálva a Világegyetemanyageloszlása a Mandelbrot által megjósolthoz hasonlít.

10 Nem arról van szó, hogy a távcsőben látszó galaxisfelismerhetően vörösebbé válna: a galaxisok túl halványakahhoz, hogy a távcsőben színesnek látszódjanak. Hubbletulajdonképpen a galaxisok szinképvonalainak a vörös színirányába történő szisztematikus elcsúszását, az ún.vöröseltolódást fedezte fel.

11 Hubble felfedezése a színképelemzés módszerénalapul. Az izzó gázokban mozgó atomok olyan fénytbocsátanak ki, amely meghatározott hullámhosszúsugárzások keveréke. E hullámhosszak és kombinációikjellemzőek a kibocsátó atomra. Ha a fénytspektroszkópban (pl. prizmával) felbontják különbözőhullámhosszú összetevőkre, akkor a gázok színképébenmeghatározott helyzetű fényes vonalak látszanak (szembenpéldául az izzó szilárd testek által kibocsátott fény folytonosszínképével). Ez a múlt században felfedezett jelenség tettelehetővé, hogy az észlelt sugárzás alapján meghatározzáka távoli égitestek, pl. a Nap és más csillagok anyagiösszetételét. A távoli galaxisok által kibocsátott fényvöröseltolódásakor az egyes fényes vonalak hullámhosszamegváltozik. Az hihetnénk, hogy ezzel lehetetlenné válik akibocsátó atomfajta azonosítása. A helyzet szerencséremás: az egyes atomfajták színképvonalai mintegy együttcsúsznak el a színkép mentén, relatív helyzetük megmarad,ezért a vonalkombinációk továbbra is lehetővé teszik azelem azonosítását, valamint a vöröseltolódás mértékénekegyetlen paraméterrel történő jellemzését.

12 A vöröseltolódás szokásos egyszerű magyarázata aDoppler-jelenségre hivatkozik: a mozgó forrás általkibocsátott hullámok hullámhossza megváltozik: ha a forrástávolodik az észlelőtől, a hullámhossz nő (fény esetében ezvöröseltolódást jelent), közeledő forrás esetén csökken(kékeltolódás). Az eltolódásra jellemző mennyiség, ahullámhossz relatív megváltozása arányos a forrás

sebességévei. Ezen a nyelven kifejezve Hubblefelfedezése azt állítja, hogy a tőlünk távolodó galaxisoksebessége arányos pillanatnyi távolságukkal: ν = Hx, aholx a galaxis távolsága, ν a sebessége, H pedig a nevezetesHubble-állandó. Az állandót eléggé pontatlanul ismerjük (agalaxisok távolságmeghatározásának nehézségei miatt),értéke nagyságrendileg 10 km/s/millió fényév, másképpen:1/H = 12 – 15 milliárd év. A szövegben ismertetett, azáltalános relativitáselméletre támaszkodó értelmezésszerint a „galaxisok távolodása” nem valamilyen robbanáskövetkezménye: nem a galaxisok mozognak, hanem a térnő meg közöttük. A kétféle értelmezés matematikailagekvivalens – egészen addig, amíg a távolodásvöröseltolódásból számított értéke meg nem közelíti, illetvetúl nem lépi a fénysebességet. Ekkor a Doppler-jelenségmint magyarázat már nem használható, míg az általánosrelativitáselmélet továbbra is konzekvens képet ad.

13 A helyzet hasonló ahhoz, mintha azt kérdeznénk: Mivan az Északi-sarknál egy méterrel északabbra? A Földfelszínének minden pontján jól definiált a kérdés, és a ráadandó válasz is létezik: meg tudjuk mutatni azt a pontot,amely tőlünk egy méterrel északabbra fekszik – kivéve, hamagán az Északi-sarkon állunk, mert ekkor a kérdéselveszti értelmét. Az Északisark minden földi pontnálészakabbra van, de nincs pont, amely nála északabbralenne. Ugyanígy értelmes a „Mi volt egy másodperccelezelőtt?” kérdés is a téridő minden pontjában éspillanatában – kivéve magát az ősrobbanást, amely minden

pillanat előtt volt, de nincs olyan pillanat, amely őelőtte lettvolna. Ez a példa több egyszerű hasonlatnál: a két szituációmatematikailag tökéletesen azonos. A később tárgyalandóNagy Reccs pedig a Déli-sarkkal analóg: minden máspillanat után van, de nincs értelme a kérdésnek, hogy mitörténik őutána: maga az Idő ér véget.

14 A korábban sokat emlegetett hőhalál, az általánostermodinamikai egyensúly áilapota tehát ismét felbukkant –de nem mint a bizonytalan jövőben bekövetkező, hanemmint a Világegyetem múltjának egy meghatározottszakaszában (kb. 300 000 évvel az ősrobbanás után)fennállott, ma is észlelhető nyomokat hagyó,megfigyelésekkel felfedezett hajdani állapot. A világ tehátfeltámadt a hőhalálból! Ez is, mint annyi más látszólagosparadoxon, az általános tágulással magyarázható. Atágulás folyton újjárendezi a színpadot, felborogatja akulisszákat, nem hagyja tökéletesen beállni az egyensúlyt.A Világegyetem termodinamikai története tulajdonképpenaz egyensúly felé tartó, entrópiát termelő helyi folyamatokés az elérendő egyensúlyi helyzetet folyamatosanmegváltoztató általános tágulás versenyének története.

15 Mit jelent a Világegyetem „sugara”? Gondoljunk atáguló gumiszálra fűzött gyöngyökre. Ha el akarjuk kerülni aszál végeivel kapcsolatos problémákat, a szálat karikávátekerhetjük. Ekkor a tágulás mértékét azzal jellemezhetjük,ha az idő függvényében megadjuk a karika növekvősugarát. Ez a Világegyetem egyik lehetséges (ún. zárt)modelljének modellje. Jellemzője, hogy térfogata (azaz a

karika kerülete) és a benne levő anyagmennyiség (akarikára fűzött golyók száma) véges. De vannak másmodellek is, amelyek térfogata és anyagmennyiségevégtelen. Ilyenkor is defíniálható egy „sugárnak” nevezhető,a tágulás során növekvő paraméter, de az nem ennyireszemléletes. Vegyük észre azonban, hogy a tágulás azzalis jellemezhető, ha megadjuk két szomszédos golyótávolságát az idő függvényében. Ez az adat mindigértelmes, függetlenül attól, hogy a gumiszál záródik-e vagysem. Ha tehát a későbbiekben a szerző a „Világegyetemsugarát” említi, gondoljunk egyszerűen két tipikusgalaxishamaz időben változó távolságára. Hasonlóan: a„Világegyetem teljes tömege” csak a zárt modellbenértelmezhető, ehelyett használhatjuk viszont aVilágegyetem sűrűségét, azaz az egységnyi térfogatbanlevő anyag mennyiségét, amely ráadásul helyi mérésekkelis meghatározható. Világunk feltűnő jótulajdonsága, ésmeglepő egyszerűségének egyik fontos jele, hogy lokális(távolság, sűrűség) és globális (sugár, össztömeg) adataikölcsönösen meghatározzák egymást.

16 E mérések során a csillagok színképét vizsgálták.Mivel a csillagok belsejében a hidrogént héliummáátalakító atommagreakciók folynak, azt várhatnánk, hogy afiatal csillagok majdnem tiszta hidrogénből, az öregekmajdnem tiszta héliumból állnak. Ezzel szemben azttapasztalták, hogy a hélium részaránya egyetlen egycsillagban sem kisebb 25%-nál. Ennek egyetlen logikusmagyarázata az lehet, hogy 25%-nyi hélium már az elsőcsillagok keletkezése előtt, a presztelláris gázfelhőben

jelen volt. Ez a felhő a csillagok keletkezésének idejénviszonylag hideg volt. Kellett tehát lennie egy korábbi, forróállapotnak, amikor végbemehettek a hélium magokatlétrehozó magreakciók. Ez a gondolatmenet is logikusanvezetett el a korai forró Univerzum, a Nagy Bummgondolatához. A későbbi pontosabb elméleti számításokvalóban 25% hélium-arányhoz vezettek. (Pontosabban: eza mérésekből ismert adat segít kiszűrni az elméletkülönféle variánsai közül a valóságos Világegyetemheznem illeszkedőket.)

17 A felfúvódó Világegyetem elméletét az ötlet (1980)szülőatyja, Alan Guth személyesen ismertette a Tudomány1985/1 számában. Néhány szót az elnevezésekről:gondosan különböztessük meg a Világegyetem tágulását afelfúvódástól. A Világegyetem születése óta tágul, eztazonban lassuló ütemben teszi. A felfúvódás (más szóvalinfláció) viszont gyorsuló ütemű (exponenciális) tágulástjelent.

18 Az atommag mérete viszont csak 10-13 cm, ezért avirtuális elektron magfizikai skálán mérve tekintélyes, százatommagnyi utat tud megtenni.

19 A modern részecskefizikában felmerült az azizgalmas lehetőség is, hogy esetleg a vákuum alapállapotasem egyetlen állapot, hanem több – esetleg végtelen sok –egyforma energiájú, ekvivalens, de mégis különbözőalapállapot van. Képzeljünk el egy élére állított kártyalapot:nyilvánvaló, hogy nem alap-, hanem gerjesztett állapotbanvan. Aztán ledől: jobbra vagy balra – és eléri a két

ekvivalens, de megkülönböztethető alapállapotvalamelyikét. A hegyére állított ceruza pedig (folytonosan)végtelen sok alapállapot közül választhat ledőlésekor.Ezeknek az egyszerű mechanikai példáknak az analógiájanyomán indult el a modern kvantumtérelmélet, amikor ahetvenes és nyolcvanas években sikeresenmegmagyarázta az elemi részecskék között ható erős ésgyenge magerőket és elektromágneses erőket.

20 A newtoni gravitációelméletben a gravitáció egyetlenforrása az anyag tömegsűrűsége. Más szóval nem számít,hogy milyen színű, szagú, kémhatású, energiájú,sebességű, stb. egy test, gravitáló hatását kizárólagtömege határozza meg. Einstein általánosrelativitáselméletében megnőtt a szereplők száma: azanyageloszlás tíz különböző paramétere szól bele, milyengravitációs hatást fejt ki, azaz miképpen görbíti a téridőt arendszer. Nyugvó anyageloszlás esetén a két fő paramétera tömegsűrűség és a nyomás. A teljes gravitációs hatást atömegsűrűség és a – fénysebesség négyzetével osztott –nyomás háromszorosának összege határozza meg.Közönséges, a hétköznapi fizikában előforduló anyagokesetében e tíz paraméter közül kilenc, köztük a nyomás,elhanyagolhatóan kicsi a tizedikhez – a tömegsűrűséghezképest. (Számítsuk ki, hogy egy atmoszférányi nyomás afénysebesség négyzetének hatalmas értékével osztvamilyen csekély tömegsűrűségnek felel meg!) Így ebben azesetben Newton gravitációelmélete jó közelítésnekbizonyul. Csakhogy vannak a közönséges, földi fizikábanmegszokottól alapvetően eltérő anyagfajták is – és az

ősrobbanás közvetlen környezetében ezek voltak ameghatározók.

21 Ha a Világegyetem zárt modellje a helyes, akkor ezaz anyagmennyiség nagyságrendileg megegyezik azUniverzum teljes tömegével. Ha a nyílt – és ezért térbenvégtelen – modell a helyes, akkor a fenti számadat csak avégtelen világ általunk pillanatnyilag belátható – a fény általaz ősrobbanás óta megtett út által meghatározott sugarú –részének tömegét jelenti.

22 Ugyanebben az évben (1932) fedezték fel azatommag alkotórészeként a proton elektromosansemleges rokonát, a neutront (neutrális = semleges). Ettőlmegkülönböztetendő látta el Pauli az eredetileg általa isneutronnak nevezett részecskét az olasz -inokicsinyítőképzővel. Így tehát neutrínó = „semlegeske”.

23 Mint már korábban szó volt róla, minden csillagtartalmaz legalább 25%-nyi, az ősrobbanás utáni elsőpercekben keletkezett héliumot is.

24 A Rák-köd nem a Rák csillagképről, hanem furcsa,szálas szerkezetéről, a fényképeken rákra emlékeztetőalakjáróí kapta nevét. Ez a szerkezet az erős mágnesesterek által elrendezett, csapdába ejtett gázoknakköszönhető. A szupernóva-maradványok erős mágnesestere által felgyorsított elemi részecskék alkotják a kozmikussugárzás fő forrását.

25 A neutroncsillag elektromágneses sugárzásánaknagy része a csillag igen nagy mértékben felerősödött,gyors forgásra késztetett mágneses tere által kibocsátott

rádiósugárzás. Ez a sugárzás a forgásnak megfelelőszabályos, periodikus pulzálás formájában érkezik a Földre(ezért nevezték az ilyen sugárzást kibocsátó objektumokatpulzároknak). Az első pulzár felfedezésekor, a hatvanasévek közepén a szabályos rádiójeleket a „kicsi zöldemberkék” üzenetének hitték. Később azonosították apulzárokat a harmincas években elméletileg megjósoltneutroncsillagokkal.

26 A fekete lyuk első közelítésben olyan hatalmasgravitációjú objektum, amelyet még a fény (és ezért semmimás) sem képes elhagyni, mert felszínén a szökésisebesség meghaladja a fénysebességet. Pontosabbleírása csak az általános relativitáselmélet keretébenlehetséges. A következő fejezet részletesebben foglalkozika fekete lyukak fizikájával.

27 A csillaglégkör ledobott külső része vékony, tágulógömbhéj formájában veszi körül a csillagot. Ezt a látványoségi objektumot planetáris ködnek nevezik.

28 Roppant kicsik – egy csillaghoz mérve. Egy tipikusfehér törpe akkora, mint a Föld, azaz kb. 10 000 kmátmérőjű. (Vessük ezt össze a Nap típusú csillagok 1-2millió km-es, illetve a vörös óriások néhány száz millió km-es méretével.) Ezzel szemben a szupernóvarobbanás utánvisszamaradó neutroncsillagok, amelyek még mindigtartalmazzák az anyacsillag tömegének jelentős részét,csak kb. 10 km átmérőjűek. Hozzájuk képest a fehér törpevalóságos óriás! A neutroncsillag anyagát a gravitáció méga fehér törpe szupersűrű anyagánál is sokkal nagyobb

mértékben préseli össze.29 A csillagászok sokat vitatkoznak arról, hogy a

Tejútrendszer anyagának mekkora hányada lehet jelenilyen kihűlt csillagmaradvány, ún. fekete törpe formájában.(Ne tévesszük össze ezeket a barna törpékkel, amely acsillaggá nem fejlődő, ahhoz túl kis tömegű sűrű gázfelhőkneve.) Lehetséges, hogy a későbbi fejezetekben sokatemlegetett sötét anyag egy része fekete törpékből áll.

30 Korábban – a Világegyetem időbelivégtelenségének dogmája alapján állva – sokan úgygondolták, hogy kell működnie valahol a világban egy olyanfolyamatnak, amely a csillagok elhasznált salakanyagátvisszaalakítja szűz hidrogénné, hogy abból új csillagokkeletkezhessenek. Ilyen folyamatoknak semmi nyoma,emellett létezésük ellentmondana a fizika ismerttörvényeinek. Egyesek (ld. pl. Labérenne idézett, 1960-askiadású könyvét) mégis komolyan érveltek e folyamatoklétezése mellett – hiszen a világnak állandó állapotúnak kellmaradnia. Ilyen abszurd helyzetekhez vezethet atermészettudományokban egy filozófiai vagy esztétikaijellegű dogmához való merev ragaszkodás és a belőlekövetkező struccpolitika.

31 A Röntgen-sugárzást angol nyelvterületen – Röntgeneredeti szóhasználata szerint – X-sugárzásnak nevezik.

32 Lehetséges, hogy a fekete lyukak anyagelnyelésenem folyamatos, hanem periodikus jelenség. A lyukbazuhanó anyag által kibocsátott sugárzás irtózatossugárnyomása mintegy kisöpri a lyuk környezetéből a

befelé igyekvő távolabbi anyagdarabokat. Aztán elfogy abehulló anyag, gyengül a sugárzás, és ismét győz agravitáció: újabb anyaghullám zúdul a lyukba. Ezutánkezdődik minden elölről. Lehet, hogy a Tejútrendszermagjában észlelt bonyolult struktúra egy ilyen időbenperiodikus folyamat térbeli nyomait őrzi.

33 A rendszer nyolcórás „évéről” van szó!34 A gravitációs hullámok kisugárzása nemcsak az

égitestek egymás körüli keringését, hanem aneutroncsillagok gyors forgását is fékezi. Egy gáz vagyfolyadék halmazállapotú forgó test perdületénekcsökkenésére anyagának folytonos átrendeződésével (alapultság csökkentésével), és így a forgásszögsebességének, tehát a kibocsátott pulzáló sugárzásfrekvenciájának folytonos csökkenésével reagálna. Aneutroncsillagok jelentős része azonban másképpviselkedik. A hosszabb időn (hónapokon, esetleg éveken)át állandó frekvencia hirtelen, ugrásszerűen csökken, majdismét sokáig állandó marad. Ezt a földrengésekhezhasonló mechanizmussal értelmezhetjük: a csillag anyagaegy „csillagrengés” során hirtelen rendeződik át a perdületcsökkent értékének megfelelő alakúra, majd az alakállandó marad, miközben újból gyűlni kezdenek a belsőfeszültségek, amelyek később kiváltják majd a következőcsillagrengést. Ilyen belső feszültségek csak szilárdanyagban ébredhetnek, ezért a neutroncsillagok megfigyelthirtelen periódusváltozása nemcsak a gravitációs sugárzáslétének egy új, független – bár közvetett – bizonyítékául

szolgált, hanem egyben lehetővé tette az anyag egy új,közvetlen kísérlettel talán soha sem vizsgálhatóállapotának, a hihetetlenül nagy nyomás hatására kialakulószilárd neutronkristálynak a felfedezését is.

35 Sok számítást végeztek arra vonatkozóan is, hogy aNaprendszeren áthaladó gravitációs hullámot a különbözőűrszondák pályájának kismértékű, de szisztematikus éskorrelált torzulása alapján mutassák ki. Sajnos ez azeffektus is csekély. Tervezik egy speciális, gyorsan forgóprecíziós pörgettyűt szállító műhold felbocsátását is. Agravitációs hullám hatására a pörgettyű tengelyeészrevehetően elmozdulna. A számítások szerint ez azeszköz 100 fényéves körzetből észlelni tudná pl. egy kettősneutroncsillagrendszer vagy egy szupernóvarobbanásgravitációs sugárzását.

36 Egyes számítások szerint az űrhajós mégisészreveheti a fekete lyuk határát, ha oldalra néz. Így aszemébe jutnak ugyanis azok a fénysugarak, amelyek afekete lyuk gravitációs terében csapdába esve, mintegyműholdként körpályán keringenek a lyuk körül. Ha tehátnagy tömegű égitest körül ólálkodunk, és a központreménytelenül sötét, viszont erre merőleges iránybólhirtelen fényfelvillanást látunk, igen jó esélyünk van rá, hogyéppen beestünk egy fekete lyukba. Sajnos ezt a hírt márnem mondhatjuk el senkinek. (A pontosabb számításokszerint a keringő fénysugarak pályájának sugara azeseményhorizont sugarának másfélszerese, tehát ha afényfelvillanás után gyorsan észbekapunk, még

elmenekülhetünk.)37 Ez a jelenség a speciális relativitáselméletben

megismert idődilatáció, azaz az időinterrvallumokhosszúsága relativitásának igencsak szélsőséges esete.

38 Az itt használt angol szó: „gateway”, egyben F. Pohlegyik fantasztikus regényének címe is (magyarul Átjárócímmel jelent meg), melynek alapkonfliktusa az, hogy afőhős véletlenül belökte szerelmét egy fekete lyukba. Az időfent vázolt relativitása miatt a lyukba zuhanó hölgyszemrehányó tekintete hősünket haláláig, sőt azörökkévalóságig elkíséri.

39 Nemcsak hasonlóan, hanem azonosan! Mint tudjuk, aVilágegyetem tágulását Einstein általánosrelativitáselmélete, azaz a gravitáció modern elmélete írjale. Ennek egyenletei még a szakemberek számára isijesztően bonyolultak. Ám ha az elméletet az egyenletestömegeloszlású táguló Világegyetemre alkalmazzuk, atágulás ütemét leíró, hosszas számolás után megkaphatóegyenlet azonos lesz a Földről feldobott kő mozgását leíróközismert egyenlettel, ennélfogva megoldásai, azaz alehetséges mozgások fajtái is azonosak. Ezt az analógiáthasználja ki a tágulás egyenletének egy egyszerű, azáltalános relativitáselméletet messze elkerülő levezetése.

40 A 3. fejezet 6. lábjegyzetében leírtak szerint akövetkezőkben „a Világegyetem tömegéről” olvasvagondoljunk mindig a Világegyetem átlagos sűrűségére. Ezzárt és nyílt világban is véges, és (elvben) mérhető. Aszövegben szereplő konkrét számítások a látható, azaz a

Nagy Bumm óta eltelt idő alatt a fénysugár által bejártVilágegyetemre vonatkoznak, amely véges és végtelenvilág esetén is véges, egy kb. 15 milliárd fényév sugarúgömb.

41 Ez kb. 1 protont jelent 10 m3 térfogatban, másképpkifejezve: 10-31 g/cm3 sűrűséget.

42 „Közönséges anyagon” itt azt kell érteni, mintha aVilágegyetem fent kiszámolt tömege csak elektronokformájában lenne jelen. Célszerű követni ezeket az igennagy és igen kicsiny számokat tartalmazó egyszerűszámításokat pl. a fizikai állandóknak a középiskolaifüggvénytáblázatban szereplő értékeit használva.

43 1975-ben Szalay A. Sándor és Marx György éppen akozmológiai adatokból kiindulva adott felső és alsó korlátotis a neutrínó tömegére. (Korábban mindig csak felsőkorlátot közöltek, hallgatólagosan feltételezve, hogy az igaziérték pontosan nulla.) Akkoriban még újdonságszámbament, ma már bevett gyakorlat, hogy kozmológiai modellekés megfigyelési adatok alapján becsülnek meg nehezenvagy sehogyan sem mérhető részecskefizikaiparamétereket. A kapott érték az elektron tömegénekmintegy húszezredrésze volt. 1980-ban egy szovjetkutatócsoport a radioaktív béta-bomlás pontos mérésévelaz előrejelzetthez közeli tömegértéket kapott. Ezt azeredményt azonban más, független laboratóriumi méréseknem erősítették meg. A kérdés ma is nyitott. A helyzetetbonyolítja, hogy a részecskefizika és a kvantumtérelmélettovábbi fejlődésével új hipotetikus részecskék légiója

bukkant fel. Ezek mind helyet követelnek maguknak a NagyBumm után az energiatortán való osztozkodáskor. Ígyegyre nehezebb az egyes részecslcékre függetlenbecsléseket adni. A kutatónak a konkrét számolás előtt elkell köteleznie magát az elmélet valamelyik változatamellett: ez általában gyengíti a kapott eredmény meggyőzőerejét.

44 1994 elején a kísérleti részecskefizikusok aharmadik, másfél évtizede keresett neutrínó-fajta (tau-neutrínó) létezését is kimutatták.

45 Felmerült, hogy a gravitációs lencsehatást kiaknázvamagát a Napot használjuk csillagászati távcsőként. Egymegfelelően felszerelt űrszonda – néhány évtized alatt –messze elhagyja a Naprendszert, majd visszanéz. Ekkor aNap gravitációs tere által fókuszáit fényt begyűjtvealaposan megvizsgálhatja a Nap túlsó oldalán levőcsillagászati objektumokat. A számítások szerint ezzel amódszerrel akár a közeli csillagok egyes bolygói isfelismerhetők lesznek. A szonda adatait rádión továbbítja aFöldre. Továbbhaladva – mint amikor a távcső lencséjétmozgatjuk – mindig más és más objektum képe lesz éles,kerül fókuszba. Így a szonda egész működési ideje alatt(ami néhány évszázad is lehet!) ontja a csillagászatiinformációkat. A technikai előkészítés megkezdődött, aszonda a tervek szerint a 2010-20-as években indulhat. Acsillagászok már vitatkoznak: merre van az égen az alegérdekesebb objektum, amivel ellenkező irányba kell aszondát küldeni.

46 Azóta az észlelések száma szaporodott. Agravitációs mikrolencsehatás valószínű okozói barnatörpék, a csillagfejlődés korai stádiumában megrekedt, acsillaggá váláshoz túl kis tömegű sűrű gázfelhők,amelyekből igen sok kószálhat szerte a Galaxisban. Sajátfényük nem lévén, csak ezzel a módszerrel észlelhetők. Azelső mérési adatok alapján végzett becslés szerintjelenlétük a Tejútrendszer gravitációs tömeghiányánakmintegy felét magyarázhatja meg. Nem alkalmasakazonban a galaxisközi, a galaxishalmazokat összetartósötét anyag szerepére.

47 Híres próbálkozás volt pl. Arthur Eddingtoné, aki a(zárt) Világegyetem összes részecskéinek számát (kb.1080) az elektron és proton között ható elektromos ésgravitációs vonzóerő hányadosának (értéke1040 = e2/Gm2, ahol e az elemi töltés, G a gravitációsá llandó , m egy tipikus elemi részecske tömege)négyzetével azonosította, majd ezt a számot is igyekezett –a relativitás- és kvantumelmélet saját gyártmányúegyesítése segítségével – valami „még alapvetőbből”levezetni. Dirac ugyanezt a 1080 számot az Univerzumelemi időegységekben kifejezett korának tekintette, ésezzel időben változónak tételezte fel – ekkor természetesenvalamelyik természeti „állandó” változását is fel kelletttennie. Az alapvető természeti törvényekben szereplőállandók dimenziótlan kombinációi közti meglepőösszefüggések manapság az ún. antropikus elv híveinekszolgáltatnak érveket.

48 Ez az érvelés az antropikus elv (másnéven a lakhatóvilág elve) felhasználásának tipikus példája. Az elv szerinta világ leírása és magyarázata során figyelembe kell venniazt az elemi tényt, hogy ennek a világnak lakói vannak – mimagunk (esetleg mások is, de ez nem szükséges azérveléshez). Az észlelt világnak olyannak kell lennie, hogylehetővé tegye saját létezésünket; ezért a világmagyarázatsem mondhat ennek ellent. Ha pl. egy – bármilyen szép –kozmológiai modellből az következne, hogy a világ még acsillagok begyulladása előtt, mondjuk egymillió évvel aNagy Bumm után magába roskad, ezt a modellt sajnálattalel kell vetnünk, hiszen a modell világában mi nemléteznénk. Ez a látszólag triviális és ártatlan kikötés márisjelentősen megszorítja – az adott modellosztályon belül – ahasználható paraméterek értékét. Tudjuk, hogy világunkelérte a csillagkorszakot, ez megköveteli a finomhangolás– a kritikus sűrűség megközelítése – bizonyos mértékét,ezért pl a felfúvódó modellosztályban a felfúvódás idejenem lehet kevesebb száz „szempillantásnál”. Itt belép egypszichológiailag fontos tényező: a táguló Világegyetemegymást követő korszakai mindig sok nagyságrenddelhosszabbak az összes megelőzőnél (a „dramaturgiaiidőskála” logaritmikus). Valóban: bár már milliárd évekteltek el, azaz jóval több, mint az Univerzum csillagkortmegelőző teljes életkora, a csillagkor még épphogyelkezdődött, sok a szűz, feldolgozatlan hidrogén. Az előzőfejezetben ismertetett, a fekete lyukak gravitációsenergiáját kiaknázó civilizációk pedig már százmilliárd

éves skálán tervezhetnek. Az időskála megnyúlásánakalapvető oka a Világegyetem tágulása miatt bekövetkezőhűlés, a fizikai folyamatok lassulása. A táguló világ bármelykorszakának bekövetkeztét „követeljük meg” az antropikuselv alapján, bármelyik korszakban ébred öntudatra egyhipotetikus értelmes lény, mindig úgy fogja érezni, hogysaját korszaka – rövid előjáték után – éppen hogy csakelkezdődött. Ezért igen valószínűtlennek fogja tartani a világparamétereinek olyan beállítását, hogy az alig elkezdődöttkorszak máris véget érjen – hiszen annyi más lehetőségvan! Így konklúziója mindig megegyezik a fenti szövegbenszereplővel: a világnak még valószínűleg sokkal több idejevan hátra, mint amennyi eddig eltelt. Ez az érzelmi alapúlogika hasonlít annak az embernek az okoskodásához, akihalhatatlannak hitte magát, mondván: eddig már oly soknapon meghalhatott volna, így igen valószínűtlen, hogyéppen ma következzen be a sajnálatos esemény A kritikuslépés – mint az antropikus elvvel kapcsolatban kimutatottfurcsaságok esetén mindig – a valószínűség, illetve avalószínűtlenség fogalmainak használata. Lehet-e, szabad-e egy egyszeri Világegyetemben a paraméterekértékeinek valószínű vagy valószínűtlen voltáról beszélni?Ez az a kérdés, mely sokakat visszarettent – másokatpedig vad spekulációkra ösztönöz.

49 Pontosabban: ez a jelenség csak forgó fekete lyukakkörnyezetéban, az eseményhorizont és az azt körülvevőmásik kritikus felület között, az ún. ergoszférábankövetkezhet be.

50 A fekete lyuk effektív hőmérséklete egyszerűenfordítva arányos tömegével.

51 A fekete lyuk tehát a kibocsátott hősugárzás, azaz ahűlés következtében melegebb lesz. Úgy isfogalmazhatunk, hogy fajhője negatív. Ez a furcsaságazonban nemcsak a fekete lyukak egyedülállótulajdonsága. Máshol is fellép a fizikában és acsillagászatban, ha a gravitáció és a termodinamikatalálkozik. Legjobb példa erre a csillagok keletkezése,illetve az ehhez vezető folyamat, a gázfelhők gravitációsösszehúzódása. Az összezsugorodó gázfelhő felmelegszik,gravitációs energiájának egy része hővé alakul. A meleggáz azonban hősugárzás formájában kibocsátja az energiaegy részét – a pontos számítás szerint a felét –, ezáltalhőmérséklete és így nyomása nem nő olyan mértékben,mint ha pl. zárt tartályban lenne. A nyomás nem képesellenállni a gravitációnak – a felhő tehát folyamatosanzsugorodik, sugározva hűti magát, és egyre melegszik.Ennek a rendszernek is negatív tehát a fajhője. Azsugorodást kétféle mechanizmus állíthatja meg: vagyfellép egy extra, nem termikus eredetű nyomás (durvánszólva: a részecskék összeérnek), vagy a felhő közepénbeindul a magfúzió, és a felszabaduló hő miattmegnövekvő nyomás szegül ellene a gravitációnak. Afekete lyukak elpárolgásakor nem ismerünk hasonlókorlátozó mechanizmust: a folyamat instabil lesz,megszalad, és véges idő alatt elvezet a végkifejlethez: alyuk teljes elpárolgásához.

52 A fekete lyukak „elpárolgásához” szükséges időkiinduló tömegük köbével arányos.

53 Ezt a törvényt, amely megtiltja a proton pozitronnáalakulását, Wigner Jenő állította fel. A törvény a bariontöltésnevű mennyiség megmaradását mondja ki. A proton alegkönnyebb, még bariontöltést hordozó részecske, ígytöltését nem tudja kinek továbbadni – ezért stabil. Az újelméletek szerint a bariontöltés megmaradása nem egzakt,csak közelítő természet-törvény, így kis valószínűséggel, debekövetkezhet a proton bomlása. (Hasonló mechanizmusú,de jelenlegi tudásunk szerint szigorúan teljesülő törvény, azelektromos töltés megmaradása okozza a legkönnyebbelektromosan töltött részecske, az elektron abszolútstabilítását.)

54 Hasonlítsuk össze az itt vázolt nem túl szívderítőképet Arthur Eddington 1934-ben írt soraival: „...Széleskörökben feltételezik, hogy a protonok és elektronok végsőrendeltetése: egymás megsemmisítése és a bennük rejlőenergiának sugárzás alakjában való felszabadítása. Ha ezígy van, akkor a világmindenségből végeredményben egymindinkább ritkuló, mindig nagyobb hullámhosszúságúsugárzásból álló golyó lesz.” (I. m. 71. o. Donhoffer Szilárdfordítása) A tudomány időközben hatalmas utat tett meg,feltételezve, majd elejtve a proton stabilitásának tételét, újszereplők, elemi részecskék, galaxismagok, fekete lyukakkerültek a színpadra, hogy röpke szerepük eljátszása utánismét letünjenek. És a fizika 1994-es állása szerint ismétcsak Eddingtont kell idéznünk: „Így talán leírhatom a világ

végét – egyetlen, lenyűgöző rádió-közvetítés alakjában.”55 A gyarmatosítás szó nyomán ne gondoljunk holmi

galaktikus birodalomra, a Galaxis császárára és repülőcsészealjakon a Tejút egyik végéből a másikba száguldozókatonáira. A fantasztikus regények galaktikusbirodalmának elengedhetetlen kelléke a hipertéri rádió ésa hiperhajtómű, amelyekkel a hősök a fénysebességkorlátjának fittyet hányva ésszerű idő alatt üzenhetnek ésközlekedhetnek csillagról csillagra. A fizikai realításbirodalmában maradva azonban a Tejútrendszer mérete,az emberi élettartam és a fénysebesség feloldhatatlanellentmondás-gubancot alkot. A jövő gyarmatosítottGalaxisa igen prózai lesz: jobban hasonlít a polinézszigetvilágra vagy a középkori Európa elszigeteltjobbágyfalvainak rendszerére, mint a mai világfalura. Azegyes naprendszerek lényegileg önellátók, csak közvetlenszomszédaikkal tartanak fenn kereskedelmi éskommunikációs kapcsolatot. Központi igazgatás,kormányzat nem alakulhat ki, illetve nem tud tartósanfennmaradni. Csak az igen fontos hírek, tudományoseredmények, lassan terjedő kulturális irányzatok járják át azegész Galaxist, a többi csak helyi érdekességű lehet. Azemberek nemigen utaznak – kényelmetlen és célja senagyon van. Ehhez járul még a biológiai diverzitás: mindenbolygón kialakul/alakítják a maximálisan alkalmazkodottemberfaj/t, melynek egyedei esetleg nem is viselnék el amásik bolygó viszonyait. De ebben rejlik aprovincializmusból való kiemelkedés kulcsa is: a hármasgubanc két tényezője adott, az egyetlen megváltoztatható

tényező az emberi életkor, életrimus, és egyáltalán: magaaz ember. Lehet, hogy a távolabbi jövő kiborg-utóembereimár nem is unják magukat halálra, amikor néhány százévnyi űrutazással elugranak a legközelebbi strandbolygóra.

56 Douglas Adams Galaxis útikalauz-sorozatábanszerepel egy szerencsétlen halhatatlan, aki már mindenkönyvfilmet legalább nyolcvanezerszer látott.

57 Az agy tudatos működése és a kvantumgravitációmég csak csírában meglevő elmélete között lehetségesmély kapcsolatokra hívta fel a figyelmet Roger Penrosemagyarul is megjelent könyvében.

TartalomElőszóAz utolsó ítélet napjaA haldokló VilágegyetemAz első három percA csillagok végzeteLeszáll az éjMegmérjük a VilágegyetemetAz örökkévalóság soká tartÉlet a lassuló világbanÉlet a gyorsuló világbanHirtelen halál és újjászületésVég nélküli világokMagyar nyelvű ajánlott irodalomJegyzetek