Table Of ContentTimothy 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
