Az elmúlt évtizedben lenyűgöző felfedezések tanúi voltunk: fekete lyukakról készültek fényképek, az atom titkait vizsgálták, és a Világegyetem születésekor, a távoli múltban zajló folyamatokat tanulmányozták.
Azonban ezen eredmények ellenére a Világegyetem és az azt irányító törvények megértésében még mindig jelentős hiányosságok vannak. Ezek a kérdések a következő évtizedben, sőt talán még tovább is foglalkoztatni fogják majd a fizikusokat és csillagászokat.
Miért létezik valami a semmi helyett?
A standard kozmológiai kép szerint kezdetben egy „inflációs vákuum” volt. Ez szupermagas energiasűrűséggel és taszító gravitációval rendelkezett, ami miatt tágult. Minél nagyobb lett, annál erősebb lett a taszítás és annál gyorsabban tágult.
A vákuum, mint minden kvantumos dolog, kiszámíthatatlanul viselkedett. Bizonyos pontokon, véletlenszerűen közönséges vákuummá alakult át. Az inflációs vákuum hatalmas energiája nem veszett el, hanem anyaggá alakult, ami felforrósodott – így jöttek létre a nagy robbanások. A mi Világegyetemünk ebből csupán egyetlen Nagy Bumm buborék ebben a folyamatosan táguló inflációs vákuumban.
Elképesztő, de az egész folyamat egy olyan részecskével indulhatott, amely a vákuum tágulása során jött létre, és tömege körülbelül egy csomag cukoréval vetekedett. És a legérdekesebb, hogy a fizikai törvények, főleg a kvantummechanika, lehetővé teszik, hogy az anyag ily módon, a semmiből keletkezzen. Azonban felmerül egy logikus kérdés: hogyan jöttek létre maguk a fizikai törvények?
1918-ban Emmy Noether német matematikus jelentősen hozzájárult a megmaradási törvények megértéséhez. Rámutatott, hogy ezek az alapvető elvek a tér és az idő mély szimmetriáiból fakadnak – olyan tulajdonságokból, amelyek változatlanok maradnak, akárhogyan is nézzük.
A szimmetriák meglepő tulajdonsága, hogy még a semmire, az abszolút ürességre is alkalmazhatóak – egy teljesen üres Világegyetemre. Így a nemlétből a létbe való átmenet talán nem is volt olyan grandiózus esemény. Lehet, hogy a nemlétből való létrejött csak a semmi átalakulása volt egy rendezettebb semmivé, a mi galaxisokkal teli Világegyetemünkké.
De miért történtek ezek a változások? Victor Stenger amerikai fizikus felhívta a figyelmet arra, hogy a hőmérséklet csökkenésével a víz strukturált formává – jéggé – alakul, mert a jég stabilabb. Talán a Világegyetem a nemlét helyett egy strukturáltabb, stabilabb formát vett fel.
Miért van minden galaxis közepén egy óriási fekete lyuk?
A mi Világegyetemünkben körülbelül két trillió galaxis található, és amennyire tudjuk, szinte mindegyik közepén van egy központi szupermasszív fekete lyuk. Méretük óriási, tömegük közel 50 milliárdszorosa a Nap tömegének, egészen a törpe fekete lyukakig, amelyek 4,3 millió naptömegűek.
De hogy hogyan kerültek oda, az a kozmológia egyik legnagyobb rejtélye marad. Tudjuk, hogy a fekete lyuk szupernóva robbanásakor keletkezik, amikor a csillag magja összeomlik. De senki sem tudja, hogyan alakul ki egy szupermasszív fekete lyuk.
A kozmikus történelem nagy részében a galaxisok központjai ott voltak, ahol nagy mennyiségű anyag kis térfogatban összpontosult. Lehetséges, hogy a szupermasszív fekete lyukak sűrű csillaghalmazokban alakulnak ki csillagászati fekete lyukakból, amelyek többszörösen összeolvadnak egymással. Ennek közvetett bizonyítéka a gravitációs hullámok segítségével felfedezett két fekete lyuk összeolvadása. Az egyik fekete lyuk túl nagy volt ahhoz, hogy egy szupernóva maradványa legyen, és talán korábbi összeolvadás eredményeként jött létre.
Egy másik elképzelés szerint a szupermasszív fekete lyukak sűrű gázfelhők közvetlen összehúzódásával jöhetnek létre. Valószínűleg a felhők összeomlása és fekete lyukak összeolvadásának együtteséből származnak. Az is lehetséges, hogy már a Nagy Bumm idején megszülettek ezek a szupermasszív fekete lyukak.
Ez teljesen új megvilágításba helyezné azt a kérdést, hogy vajon a galaxisok vagy a szupermasszív fekete lyukak keletkeztek előbb. Lehet, hogy nem a galaxisok szülték a szupermasszív fekete lyukakat, hanem épp fordítva: előbb a fekete lyukak jöttek létre, és körülöttük formálódtak a galaxisok.
Létezik-e idő?
„Az idő az, ami megakadályozza, hogy minden egyszerre történjen” – mondta John Wheeler amerikai fizikus. De az idő egy homályos fogalom. A legtöbb dolog, amiről azt hisszük, hogy tudjuk, hamis.
Például azt képzeljük, hogy az idő folyik. Azonban ahhoz, hogy valami folyjon, valami máshoz képest kell folynia, ahhoz hasonlóan, ahogy egy folyó a parthoz képest folyik. Vajon az idő valami máshoz képest folyik – egy második típusú időhöz képest? Ez az elképzelés értelmetlennek tűnik. Valószínűbb, hogy az idő múlása illúzió, amelyet az agyunk hoz létre azért, hogy rendezze az információkat, amelyek folyamatosan érkeznek hozzánk az érzékszerveinken keresztül.
Tisztán érzékeljük a közös múltat, jelent és jövőt is. Azonban a közös jelen fogalma sehol sem szerepel a valóságunk alapvető leírásában – a relativitáselméletben. Az, hogy pontosan hogyan telik valakinek az ideje, attól függ, hogy milyen gyorsan mozog hozzád képest, vagy milyen erős gravitációs erőt tapasztal. Ezek a hatások csak a fénysebességhez közeli relatív sebességeknél vagy szupererős gravitációnál észrevehetők, ezért a mindennapi életben nem szembetűnőek.
Miért nem láttunk semmilyen idegen lényre utaló jelet?
1950-ben Enrico Fermi, az első atomreaktor megalkotója, éppen a Los Alamos-i laboratórium ebédlőjében étkezett Új-Mexikóban, amikor hirtelen feltette a kérdést: „Hol van mindenki?”. Az asztalnál ülők pontosan tudták, mire céloz.
Évtizedekkel később Fermi kérdését egymástól függetlenül két amerikai fizikus, Michael Hart és Frank Tipler is vizsgálta. Hart úgy gondolta, hogy az idegen civilizációk valószínűleg elterjedtek az egész Tejútrendszerben. Tipler pedig azt feltételezte, hogy az önmagukat másoló gépek, miután elérnek egy bolygórendszert, a helyi erőforrásokat felhasználva két újabb másolatot hoznak létre magukból, és azok is tovább folytatják az utazást. Mindketten arra a következtetésre jutottak, hogy még lassú tempóban haladva is, a Tejútrendszer élettartamán belül minden csillagot meg kellene látogatniuk az idegeneknek.
Fermi következtetése logikus volt: ha léteznek idegenek, akkor itt kellene lenniük a Földön. De nem látjuk őket. Ebből született meg a híres „Fermi-paradoxon”. Számos magyarázat született már erre a rejtélyre. Néhányan azt gondolják, hogy mi vagyunk az első értelmes faj a galaxisban, és ezért vagyunk egyedül. Mások szerint a Föld egyfajta „bölcső-világ”, amelyet a fejlettebb civilizációk elkerülnek, nehogy negatívan befolyásolják a fejlődésünket.
Egy gyakorlatiasabb megközelítés szerint a paradoxon talán nem is létezik. A távoli múltban esetlegesen történt idegen látogatások nyomait az időjárás, az erózió és a geológiai folyamatok rég eltüntethették. Nemrégiben azonban Dr. Jonathan Carroll-Nellenback és kutatócsoportja a Rochesteri Egyetemről egy újabb magyarázattal állt elő. Ők azt feltételezik, hogy a mi Naprendszerünk egyszerűen lemaradt egy idegen terjeszkedési hullámról.
A kérdés továbbra is fennáll: miért nem látunk semmilyen bizonyítékot idegen civilizációkra a galaxisunkban, pedig már több mint fél évszázada kutatunk teleszkópokkal? Dr. Jason Wright és a Pennsylvaniai Állami Egyetem kutatócsoportja szerint azonban ebben nincs semmi rejtélyes. A galaxisnak csak egy elenyészően kis részét vizsgáltuk át eddig – ez olyan, mintha egy jakuzziban lévő vízmennyiséget hasonlítanánk a Föld óceánjaihoz.
Ahogy Douglas Adams találóan megjegyezte a „Galaxis útikalauz stopposoknak” című művében: „A világűr hatalmas. El sem tudod képzelni, mennyire, egészen elképesztően hatalmas.”
