Table Of Content

Timothy Ferris A VILÁGMINDENSÉG Mai kozmológiai elméletek Második kiadás TYPOTEX Budapest, 2006 A könyv első megjelenését a Nemzeti Kulturális Örökség Minisztériuma – Nemzeti Kulturális Alapprogram támogatta. A fordítás alapjául szolgáló kiadás: Timothy Ferris: The Whole Shebang (A State-of-the-Universe(s) Report), Touchstone Books, Simon & Schuster 1998 © 1997 by Timothy Ferris © Hungarian Translation Márkus János, Typotex, 2005 Szakmailag lektorálta: Gergely Árpád László ISBN 963 9548 33 2 Témakör: fizika, csillagászat Kedves Olvasó! Önre gondoltunk, mikor e könyv előkészítésén munkálkodtunk. Kapcsolatunkat szorosabbra fűzhetjük, ha belép a Typoklubba, ahonnan értesülhet új kiadványainkról, akcióinkról, programjainkról, és amelyet a www.typotex.hu címen érhet el. Honlapunkon megtalálhatja az egyes könyvekhez tartozó hibajegyzéket is, mert sajnos hibák olykor előfordulnak. Kiadja a Typotex kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjesztők Egyesülésének tagja. Felelős kiadó: Votisky Zsuzsa Szerkesztette és tördelte: Gerner József Borítóterv: Tóth Norbert Terjedelem: 28,5 (A/5) ív Készült a pécsi Bornus Nyomdában Felelős vezető: Borbély Tamás J. B. F.-nek A világ annyira tele van mindenféle dologgal, Biztos, hogy boldogok leszünk, mint a királyok. (R. L. Stevenson) Tartalom Előszó 6 1. fejezet: A fény partjai 20 …amelyben körvonalazzuk a standard ősrobbanás modell alapjait 2. fejezet: A világegyetem tágulása 38 …amelyben bemutatjuk a dinamikus kozmoszt, és hogyan jósolta meg ennek tágulását Einstein és az ismeretlen Friedmann 3. fejezet: A tér alakja 69 …amelyben megvizsgáljuk a véges, de határtalan világegyetem geometriáját 4. fejezet: Robbanás a múltból 110 …amelyben kapcsolatot keresünk az ősrobbanás fizikája és a kémiai elemek eredete között 5. fejezet: A fekete Tadzs Mahal 127 …amelyben leírjuk a sötét anyag rejtélyét, és végigkérdezzük a különböző jelölteket, hogy melyik lehet az igazi 6. fejezet: A világegyetem nagyléptékű struktúrája 155 …amelyben azt a kérdést tesszük fel, hogyan lehet, hogy a világegyetem nagyléptékben annyira sima, helyileg meg olyan göröngyös 7. fejezet: A kozmikus fejlődés 184 …amelyben alaposan megvizsgáljuk a bolygók, csillagok, galaxisok és az egész kozmosz történetét, mely a darwini fejlődéselmélethez nem teljesen igazodik 8. fejezet: Szimmetria és tökéletlenség 221 …amelyben a világegyetemet úgy mutatjuk be, mint egy törött tükröt, és az egyesített elméletet, mint amivel össze lehet illeszteni 9. fejezet: A tér sebessége 248 …amelyben elmagyarázzuk az inflációs elméletet, felbecsüljük, mennyire képes csillapítani az elméleti kozmológia által felzavart vizeket, és egy valóban hatalmas világegyetem látomását adjuk 10. fejezet: A világegyetem(ek) eredete 266 …amelyben úgy, ahogyan Zénon paradoxonában Achilles vadászik a teknősbékára, mi is hajszoljuk a teremtés talányát, de nem sikerült kelepcébe csalni 11. fejezet: A kvantumos nyüzsgés 289 …amelyben az olvasót felkérjük meghökkentő elképzelések követésére, jutalma pedig a nem számos, hanem csak egyetlen alkotóelemből álló univerzum radikális látomása 12. fejezet: Nekünk való hely 317 …amelyben megkérdezünk élő és (úgy hisszük) gondolkodó lényeket, mi dolgunk itt a világon, és vajon léteznénk-e, ha a dolgok teljesen mások lennének Előítéletektől mentes teológiai utószó 333 …amelyben Isten, miután a kozmológiával kapcsolatos véleményéről kérdezték, a szokásos hallgatással válaszolt Jegyzetek 344 Kozmológiai fogalmak jegyzéke 383 Köszönetnyilvánítás 400 Tárgymutató 401 Előszó „Nekünk tehát, akik a mindenségről akarunk beszélni, hogy hogyan keletkezett vagy hogy talán öröktől fogva való, ha nem akarunk letérni a helyes útról, segítségül kell hívni az isteneket és istennőket, arra kérve őket, hogy mindent elsősorban az ő szellemükben, önmagunkhoz pedig következetesen mondjunk el.” (Platón)1 Nagy vívmányok úrnője, ó igazság nagyasszonya, Ne hagyd, hogy az értelmem elbukjon Valamilyen silány hamisságon. (Pindarosz)2 A világegyetem, melyben élünk, éppúgy változik, mint róla alkotott fogalmaink. Őseink elképzelése szerint a világmindenség kicsi, állandó és középpontja a Föld. A huszadik század közepére ráébredtünk, hogy egy táguló világegyetemben sodródunk, amely oly nagy, hogy a pereméről jövő fény több mint kétszer annyi idő alatt éri el távcsöveinket, mint amennyi a Föld életkora. Ha a jövőbe nézünk, egy olyan kozmológiát látunk körvonalazódni, amelyben világegyetemünk még nagyobbnak látszik, és csupán egyike a számos egymástól független világegyetemnek. Hasonlóképpen módosulnak a világegyetem működéséről alkotott elképzeléseink is. Több mint ezer éven át azt gondolták elődeink, hogy az égboltot egészen más fizika uralja, mint amit itt a Földön tapasztalunk. A reneszánsz idején, mely tudományos tekintetben Isaac Newton tevékenységében csúcsosodott ki, vált nyilvánvalóvá, hogy a valóság ennek éppen ellenkezője, vagyis a földet és az eget ugyanazok a természeti törvények uralják. A világmindenségre kezdtek úgy tekinteni, mint egy csodás óraműre, amelyben az események fogaskerekek módjára kapcsolódnak egymásba. A felfoghatatlan birodalmát – ott lakozik azoknak az istene, akiket rémülettel tölt el mindaz, ami megmagyarázhatatlan – száműzték az idő első másodpercébe, amikor a világegyetem létezésbe szökkent valamilyen módon. Ekkor, a kvantumos véletlenek határozatlan történéseinek teremtő közreműködése nyomán, történtek meg a kozmikus idő első jelenségei. Ezért mérlegelnünk kell annak lehetőségét, hogy még a legnagyobb rendszereket is ugyanazok a kvantumos törvények irányítják, amelyek a legkisebb léptékeken uralkodnak, és hogy magának a világegyetemnek az eredete is egy kvantumfluxus. A természeti állandók olyan véletlen események eredményei, amelyek akkoriban történtek, amikor a csecsemő világegyetem törött szárnyú angyalként leszállt a szeplőtlen kezdetekből, és a zűrzavar és szükségszerűség, a lét és nemlét, a tökéletesség és tökéletlenség ősi rejtélye új sürgetésként került fel a világmindenség égboltjára. Ennek a könyvnek az a célja, hogy összegezze a tudomány által a világegyetemről kialakított képet a Kr. u. második évezred végén, és egy olyan izgalmas, sőt talán nyugtalanító új világképet vázoljon fel, amit a közeljövőnek kell megerősítenie. Éppen ezért e könyv mind felfedezéseket, mind feltevéseket tartalmaz. Ilyen helyzetben szokás, hogy egy lelkiismeretes szerző ígéretet tegyen a tények és elképzelések gondos megkülönböztetésére – a magam részéről én is minden igyekezetemmel ezen voltam. Ám a kozmológiában – a világegyetemnek mint egésznek a történetével és szerkezetével foglalkozó tudományban – a tények és az elképzelések közötti határvonal egyáltalán nem olyan éles, mint más tudományok esetében. A világegyetem tágulása például, ami ma már bizonyított tény, eleinte puszta spekuláció volt. A tágulás Einstein általános relativitáselméletéből következett, ám annyira valószínűtlennek tűnt, hogy maga Einstein sem hitt benne. A kozmikus tágulással szembeni ellenérzés még évtizedekkel azt követően is erősen tartotta magát, hogy a tágulás tényét Edwin Hubble 1929-ben kísérletileg bizonyította. Egészen addig nem nyugodtak meg a kedélyek ebben a kérdésben, amíg 1965-ben nem észlelték a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást, az ősrobbanásra utaló zajt. Erre az eseményre méltán tekinthetünk úgy, mint ami megalapozta a tudományos kozmológiát. Úttörő tudományágról van tehát szó, ahol a vizsgálatok a távoli galaxisok kutatásától az őket létrehozó szubatomi rezgésekig terjednek. Ilyenkor a konzervativizmus nem kifejezetten erény, a képzelőerő pedig nem bűn. A világmindenség bölcsebb nálunk, vizsgálatához kreativitásra, s egyben kritikus hozzáállásra van szükség. Kifejezetten őrültségnek tűnhet azt állítani, hogy a világegyetemünkben található valamennyi anyag olyan egzotikus szubatomi részecskék sokféleségéből áll, amelyeket még nem volt alkalmunk megfigyelni; vagy, hogy milliárdnyi más világegyetem is létezhet, amelyek különböző törvényeknek engedelmeskednek; vagy, hogy a szellem a világegyetem létezésének alapja. Meglehet, hogy még ezek a feltevések „sem eléggé őrültek”, ahogyan azt Niels Bohr az atomok tulajdonságainak jellemzése során gyakran emlegette.3 A nyugati demokratikus társadalmak alapja, az empirikus szellem jelenleg támadások kereszttüzében áll. Nem csak hagyományos ellenfelei, a vallásos fundamentalisták és az okkultista nézetek fanatikusai támadják. Komoly tudósok állítják, hogy haladás mint olyan nem létezik, és a tudomány csupán vélemények összessége, társadalmi adottságok függvénye, akár a párizsi női divat. Nagyon sok diák helyezkedik arra a kényelmes álláspontra, hogy túl sok tudományra nincs szükség, mert egy közeli forradalom úgyis megcáfol mindent, ami ma elfogadott. Ilyen körülmények között nagyon fontos hangsúlyozni, hogy a tudomány haladó és összegző jellegű, és a jól megalapozott elméletek ritkán bizonyultak hibásnak. Annak ellenére sem, hogy kiderülhet: csupán átfogóbb elméletek részei, ahogy például a newtoni mechanika részévé vált Einstein általános relativitáselméletének. Steven Weinberg fizikus írja: „Elképzelhető a kísérleteknek egy olyan kategóriája, amely megcáfol már elfogadott elméleteket, olyan elméleteket, amelyek a fizika általánosan elfogadott részeivé váltak. Azonban erre a kategóriára semmiféle példát sem tudok találni az elmúlt száz évre visszamenőleg”.4 A tudomány bár nem tökéletes, nem az emberi butaság szószéke. A kozmológiát napjainkban többnyire annak az irányadó kozmológiai modellnek a keretei között művelik, ami az „ősrobbanás” (Big Bang) elméleteként ismert. A könyv első néhány fejezetében kifejtendő okok miatt feltételezem, hogy ez az elmélet a későbbiekben is érvényes marad. Szemléletem talán különösnek tűnhet az olyan napilapok és magazinok olvasói számára, melyek az elmúlt évtized során azt terjesztették, hogy az ősrobbanás elméletét ez vagy az a megfigyelés megcáfolni látszik. Az ilyen közlések alapja véleményem szerint általában a tudomány, sajátosan pedig az ősrobbanáselmélet félreértelmezése. A tudomány nem merev dogma, amitől eltérni egyet jelent azzal, hogy a tudományos közösség egy száműzetési ceremónia keretében letépi az illetőről a vállbojtot.5 Sokkal inkább egy önjavító vizsgálati rendszer, amelyben a – természetesen szép számban előforduló – hibák előbb vagy utóbb felszínre kerülnek kísérletek, vagy a pontosabb elemzések során. Ugyanakkor a tudomány bizonyos értelemben „lentről-felfelé” működő rendszer, amelyben a nagyjelentőségű felismerések nem mindent átívelve, sui generis kerülnek nyilvánosságra, hanem nagyszámú apró esetből levont következtetésekből épülnek fel. Ennek eredményeként a tudomány, miközben kétségbeejtően részletes, egyben hallatlanul rugalmas és alkalmazkodó is. A tudományos felfedezések, még a leglenyűgözőbbek is, először tévhiteket szülnek, amelyeket el kell oszlatni, még mielőtt a felfedezés valóban szárnyra kaphatna. A tudományos felfedezések híjával vannak a vallásos és áltudományos kijelentések megnyugtató, villámcsapásszerű bizonyosságának, amelyek semmiféle tévedést sem engednek meg. Viszont élnek, és az elmélet valamelyik mellékágának elsorvadása nem jelenti szükségszerűen az elmélet egészének kudarcát. A standard kozmológiai modell (vagyis az „ősrobbanás” elmélete) átfogó és rugalmas elmélet. Olyan színtér, melyen számos szűkebb elmélet és kísérleti program fejlődhet ki és versenyezhet egymással. Ugyanakkor nem teljes: a tudósok nem tudják biztosan, hogy pontosan milyen idős, mekkora, milyen gyorsan tágul és mennyi anyagot foglal magába a világegyetem. (Ahogyan Martin Rees angol királyi csillagász megjegyezte: „Igazán zavarba ejtő, hogy a világegyetem kilencven százalékára nincs magyarázatunk.”6) Az sincs tisztázva, hogy az általunk ténylegesen látható anyag