Évszázadok elteltével a húrelmélet (vagy evolúciója az M-elméletbe) a jelenlegi tudásunkat tükröző' megfogalmazást olyan mértékben meghaladó elméletté fejlődhet, hogy még a mai vezető kutatók sem ismernének rá. A végső elmélet keresése közben még akár arra a következtetésre is juthatunk, hogy a húrelmélet mindössze egyike a kozmosz jobb megértése felé vezető lényeges állomásoknak a kulcsfontosságú lépések sorozatában - egy olyan kozmoszkép kialakulásában, mely a korábbi elképzelésektől gyökeresen különbözik. A tudománytörténete arra tanít, hogy valahányszor azt hisszük, célba értünk, a természet vaskos meglepetést húz elő tarsolyából, melynek nyomán a világ működéséről kialakult képünk lényeges, néha alapvető változásokon esik át. Ekkor újból megkísérthet az önteltség és azt képzelhetjük, mint talán sokan tették a múltban is, hogy az emberiség történelmének fényes korszakát éljük, melyben az Univerzum végső törvényszerűségei alig karnyújtásnyira lappanganak. Mint Edward Witten mondta:
Úgy érzem, a húrelmélethez annyira közel állunk, hogy - legoptimistább pillanataimban - arról álmodozom, bármelyik napon ölébe hullhat valakinek az elmélet végső alakja az égből. De realisztikusabban gondolkodva, azt hiszem, hogy az összes, eddiginél sokkal mélyebb elmélet megalkotásának folyamatában veszünk részt és a huszonegyedik században, amikor majd túlságosan öreg leszek ahhoz, hogy a témáról használható gondolataim támadjanak, a fiatalabb fizikusoknak kell eldönteni, hogy megtaláltuk-e a végső elméletet.1
Bár még mindig érezzük a második szuperhúr-forradalom utórezgéseit, és a megszületett új gondolatok gyűjteményét még magunkba kell szívnunk, a legtöbb húrelméleti kutató egyetért abban, hogy minden valószínűség szerint szükség lesz egy harmadik, és talán negyedik, ötödik elméleti fellángolásra, mielőtt a húrelmélet teljes erejét felszabadítva, a végső elmélet szerepének betöltésére képes lenne. Mint láthattuk, a húrelmélet máris új világképpel ajándékozott meg bennünket, de sok még az elvarratlan szál és akadály, melyek feloldása kétségkívül a húrelmélet kutatóinak huszonegyedik századi fő célkitűzése lesz. így könyvünk utolsó fejezetében nem zárhatjuk le az emberiségnek az Univerzum legmélyebb törvényei felderítése irányába tett erőfeszítései történetét, hiszen a kutatás tovább folytatódik. Helyette, nézzünk körbe a húrelmélet jövőjének háza táján a húrelméleti kutatók további kíváncsiságának kereszttüzében álló öt legfontosabb kérdés megtárgyalásával.
Milyen alapelv húzódik meg a húrelmélet mögött ?
Az elmúlt száz év során megtanult örökérvényű leckék egyike az, hogy a fizika ismert törvényei szimmetriaelvekkel állnak kapcsolatban. A speciális relativitáselmélet a relativitás elve által kifejezett szimmetriára épít - az összes állandó sebességű megfigyelő nézőpontjának szimmetriájára. A gravitációs erő, ahogyan az általános relativitáselméletben megjelenik, az ekvivalenciaelvre támaszkodik - mely a relativitás elvének a tetszőlegesen bonyolult mozgást végző megfigyelőre való kiterjesztése. Az erős, gyenge és elektromágneses kölcsönhatások pedig az elvontabb mértékszimmetriákkal állnak kapcsolatban.
A fizikusok, mint láthattuk, a szimmetriaelveknek kivételes szerepet szánva, a magyarázatok piedesztáljára emelik őket. E felfogás értelmében a gravitáció az összes létező megfigyelő egyenértékűségének biztosítása céljából létezik - azért, hogy az ekvivalenciaelv teljesülhessen. Hasonló módon, a nemgravitációs erők szerepe az, hogy a természet a mérték szimmetriaelveknek eleget tehessen. Persze, ez a felfogás a „miért létezik valamely kölcsönhatás?" típusú kérdést mindössze a „miért igaz valamely szimmetriaelv?" kérdéssé alakítja, de ez is haladásnak tűnik, főként ha a kérdéses szimmetria természetesnek hat. Miért kellene bármely megfigyelő vonatkoztatási rendszerét a többinél kivételesebbnek tekintenünk? Sokkal természetesebbnek tűnik, hogy a természet az összes megfigyelőt egyenrangúan kezelje. A természetesség iránti igény az ekvivalenciaelv elfogadása és a gravitációnak a kozmoszba való bevezetése nyomán teljesül. És mint az 5. fejezetben elmondtuk, a három, nemgravitációs kölcsönhatással szoros kapcsolatban álló szimmetriaelvek mögött hasonló megfontolások húzódnak, igaz ugyan, hogy ezek csak bizonyos matematikai ismeretek birtokában érthetők meg teljességükben.
A húrelmélet a magyarázatok új szintjét képviseli, mivel a felsorolt szimmetriák mindegyike, a szuperszimmetriával kiegészülve, szerkezetének része. Ha a történelem más fejlődési utat követett volna és a fizikusok a szuperszimmetriára jó száz évvel korábban bukkannak rá, az összes szimmetriaelvről tudomást szerezhettünk volna a húrelmélet kizárólagos tanulmányozása során. De ne veszítsük szem elől, hogy míg az ekvivalenciaelv valamiféle magyarázattal szolgál a gravitáció létezésére, a mértékszimmetriák pedig a három nemgravitációs kölcsönhatás létezésére, a húrelmélet keretein belül ezen szimmetriák csupán egy sokkal nagyobb elméleti struktúra következményei, bár jelentőségük semmivel sem kisebb.
Okfejtésünk természetes folyománya a következő kérdés: vajon maga a húrelmélet nem szintén egy általánosabb elv elkerülhetetlen következménye-e, úgy ahogyan az ekvivalenciaelv elkerülhetetlenül vezet az általános relativitáselmélethez vagy a mértékszimmetria a nemgravitációs kölcsönhatásokhoz? Az általános elv lehet szimmetriaelv is, de nem kötelezően. E sorok leírásakor még senki sem látja a választ. Hogy belegondolhassunk jelentőségébe, képzeljük el Einsteint, amint az általános relativitáselmélet megalkotásán fáradozik, de a berni szabadalmi hivatalban felötlött legboldogabb gondolata (mely végül az ekvivalenciaelv megfogalmazásához elvezette) nélkül. Ha nem is lehetetlen, de bizonyosan sokkal nehezebb lett volna az általános relativitáselmélet megfogalmazása az ekvivalenciaelv által képviselt első kulcsfontosságú mozzanat hiányában. Az ekvivalenciaelv a gravitációs erő vizsgálatának tömör, módszeres és erőteljes eszköze. Az általános relativitáselmélet 3. fejezetben ismertetésében például központi szerephez jutott, és az elmélet teljes matematikai formalizmusában játszott szerepe még kifejezettebb.
Jelenleg a húrelmélet kutatói az ekvivalenciaelvtől megfosztott Einstein szerepében találják magukat. Veneziano 1968-ban támadt mélyenszántó meglátása óta az elméletet darabról darabra, felfedezésről felfedezésre, forradalomról forradalomra rakják össze. A központi szervezőelv, mely a felfedezések összességét egyetlen, mindenre kiterjedő rendszerbe foglalná - mely minden egyes felfedezés szükségszerű voltát biztosítaná - még hiányzik. Az elv megtalálása a húrelmélet ragyogó eredménye lenne, hiszen az elmélet belső működését soha nem látott tisztasággal világítaná meg. Természetesen nem lehetünk biztosak benne, hogy ilyen alapvető elv létezik-e egyáltalán, azonban a fizika legutolsó száz évének fejlődése létezésének reményével biztatja a kutatókat. Amint a húrelmélet várható fejlődését vesszük számba, „az elkerülhetetlenség elvének" megtalálása - azon háttérben meghúzódó elképzelésé, melyből szükségszerűen az egész elmélet származna - kétségkívül a legelső a prioritások között.2
Igazából mi a térés az idő, és mihez fogunk nélkülük?
Az előző fejezetek során a tér és téridő fogalmakat meglehetős szabadsággal használtuk. A 2. fejezetben ismertettük Einstein meglátását, miszerint a tér és idő elkerülhetetlenül összekeveredik azáltal, hogy a testek térbeli mozgása az idő múlására is hatással van. A 3. fejezetben elmélyítettük a téridő szerepének megértését azáltal, hogy a kozmoszt az általános relativitáselmélet segítségével magyaráztuk. Láttuk, hogy a téridő szövedékének részletes alakja közvetíti a gravitációs erőt egyik helyről a másikra. A szövedék mikroszkopikus szerkezetének kvantumos hullámzásai egy új elmélet kidolgozását tették szükségessé, mint ahogyan a 4. és 5. fejezetekben elmondtuk, és a húrelmélet irányába vezettek bennünket. A következő fejezetek során láthattuk, hogy a húrelmélet szerint az Univerzum több dimenzióból áll, mint amennyiről tudomásunk volt, és a korábban ismeretlen dimenziók apró, de igencsak bonyolult alakzatokba csavarodnak fel. Az alakzatok rendkívüli transzformációkon mehetnek keresztül, melynek során kilyukadnak, elszakadnak, aztán a hibák kijavulnak.
Ezeket a gondolatokat a 3.4, 3.6 és 8.10 ábrák grafikáin keresztül próbáltuk szemléltetni, úgy ábrázolva a tér vagy a téridő szövedékét, mintha anyagdarabka lenne, melyből az Univerzumot szabták. Az ábrák magyarázó ereje jelentős, ezért a fizikusok rendszeresen használják őket saját technikai jellegű munkáik szemléletes kalauzaként. Bár az említett ábrákra meredve a megértés elégedettsége tölthet el, alapos töprengés után mégis feltehetjük a kérdés: mi igazából az Univerzum szövedéke?
Ilyen vagy olyan formájában ez az alapvető kérdés évszázadokon keresztül viták tárgyát képezte. Newton kijelentette, hogy a tér és az idő a kozmosz örökös és változtathatatlan részei, szent és sérthetetlen struktúrák, melyek minden firtatás és magyarázat felett állnak. Amint Principiájában írta: „Az abszolút tér, saját természetében, a külső világ bármilyen megnyilvánulásától függetlenül, mindig ugyanaz és megváltoztathatatlan marad. Az abszolút, igazi és matematikai idő magától, saját természetéből eredően egyenletesen folyik, minden mástól függetlenül."3 Gottfried Leibniz és mások hangosan tiltakoztak, azt állítva, hogy tér és idő egyszerűen az Univerzum tárgyainak és eseményeinek kölcsönös viszonyait rendszerező eszközök. A tárgy térbeli és időbeli helyzetének csupán a más tárgyakkal való összehasonlítás során van szerepe. A tér és idő ezen relációk szótára, semmi több. Bár Newton felfogása, melyet három mozgástörvényének hatalmas kísérleti sikere igazolt, több mint kétszáz éven keresztül talpon maradt, Leibniz elképzelése, melyet az osztrák Ernst Mach fizikus továbbfejlesztett, közelebb áll jelenlegi világképünkhöz. Mint láthattuk, Einstein speciális és általános relativitáselmélete határozottan elsöpörte az abszolút és univerzális tér és idő fogalmait. Azonban továbbra is feltehető az a kérdés, hogy a téridőnek az általános relativitáselméletben és a húrelméletben is oly fontos szerepet játszó geometriai modellje csupán kényelmes jellemzése-e a különböző helyek térbeli és időbeli relációinak, vagy pedig valóban valamibe ágyazottnak tekintsük-e magunkat, amikor a téridő szövedékében elfoglalt helyzetünkről beszélünk?
Bár lassan a spekulációk talajára lépünk, a húrelmélet választ javasol e kérdésre is. A gravitációs erő legkisebb adagja, a graviton, nem más, mint sajátos húrrezgési mintázat. És mint ahogyan a látható fény elektromágneses mezőjét fotonok özöne alkotja, a gravitációs mezőt is gravitonok serege teszi ki, azaz a graviton rezgési mintázatú húrok sokasága. A gravitációs mező azonban a téridő szövedékének görbülésében nyilvánul meg, így a téridő szövedékét a rendezett, graviton rezgési mintázatú húrok kolosszális csapata alkotja. Szaknyelven az egyformán rezgő húrok hatalmas seregét a húrok koherens állapotának nevezzük. Meglehetősen költői a kép - a húrelmélet húrjai mint a téridő szövedékének fonalai -, de hangsúlyoznunk kell, hogy a metafora pontos értelme teljességében még nem kidolgozott.
Ennek ellenére, ha a téridő szövedékét húrok tömkelege alkotja, érdekes kérdéshez jutunk: a szövedék valamely közönséges darabja a fonalak - mely minden szövet alapanyaga - gondos egymáshoz igazításának végterméke. Vajon a még össze nem rendezett fonalak halmazához hasonlóan, létezett-e valamilyen előállapota a téridő szövedékének - olyan állapot, melyben a téridőt alkotó húrok még nem igazodtak az általunk téridőként megismert egységbe? Megjegyezzük, hogy nem teljesen helytálló ezt az állapotot az egyes különálló húrok rendezetlen rezgéseinek halmazaként elképzelni, mivel szokásos gondolkodásmódunkban a rezgések már maguk is valamilyen korábban létező tér- és időfogalmakat feltételeznek - azt a teret, melyben a rezgés történik és azt az időt, mely lehetővé teszi az egyik pillanatról a másikra bekövetkező alakváltozások követését. A kozmikus szövedéket alkotó húrok fegyelmezett, koherens rezgések táncába rendeződése előtti ősi állapotban azonban a tér és idő semmilyen megnyilvánulása nem létezhet. Még a nyelv sem alkalmas ezen gondolatok megfelelő érzékeltetésére, hiszen a mielőtt fogalma is értelmetlenné válik. Bizonyos értelemben a húrokat a téridő cserepeinek tekinthetjük, melyek csak megfelelően összehangolt rezgések végzése esetén alakítják ki a megszokott teret és időt.
A kezdeti, szerkezet nélküli lét elképzelése, melyben sem a megszokott idő, sem a tér nincs jelen, a legtöbb ember képzeletét a végsőkig igénybe veszi (az enyémet biztosan). Akár Stephen Wright művében, mely a horizontot közelről lencsevégre kapni szándékozó megszállott fényképészről szól, itt is paradigmák láncolatába ütközünk, ha azt próbáljuk elképzelni, milyen a tér és idő nélküli univerzum. Mégis talán valamelyes jártasságra kell szert tennünk ebben a kérdésben, ha a húrelmélet teljes feltérképezésére törekszünk. Jelen megfogalmazásában a húrelmélet felteszi a tér és idő létezését, melyek keretet biztosítanak a húrok (és az M-elmélet többi kellékeinek) mozgásához és rezgéseihez. Ez lehetővé teszi az egy idődimenzióval, valamennyi (általában három) kiterjedt térdimenzióval és az elmélet egyenletei által megengedett alakzatok egyikébe összecsavarodott extra dimenziókkal rendelkező univerzum fizikai tulajdonságainak levezetését. A helyzet azonban arra emlékeztet, amikor a művész alkotó tehetségének kibontakozását a számjegyek festésére korlátozzuk. Természetesen itt-ott megnyilvánulhat egyénisége, azonban munkájának drasztikus korlátozása lehetetlenné teszi képességeinek kibontakoztatását. Mint ahogyan művészünket is fehér vászon elé kellene helyezni, semmiben sem korlátozva ihletét, a húrelméletet is hagyni kellene, hogy az idő és tér nélküli konfigurációból megalkossa saját téridő-arénáját.
Az Ősrobbanás vagy az Ősrobbanás előtti korszakot megelőzően (kénytelenek vagyunk időrendiséggel kapcsolatos fogalmakat használni, nyelvi ügyetlenségünk miatt) talán ilyen, fehér palatáblához hasonló állapot uralkodott. Reményeink szerint a húrelmélet fejlődése a húrok koherens rezgéseinek kialakítása során a tér és idő általunk megismert formájához vezet. Amennyiben a forgatókönyv megvalósulna, megmutatná, hogy a tér, idő, így tehát a dimenziószám sem lényeges és meghatározó elemei az univerzumnak. Inkább csak kényelmes eszközök, melyek egy sokkal alapvetőbb, atavisztikus elsődleges állapot folyományaiként jelentek meg.
Az M-elmélet legújabb kutatásain keresztül Stephen Shenker, Edward Witten, Tom Banks, Willy Fischler, Leonard Susskind és túl sokan még ahhoz, hogy mindenkit megnevezhessünk, máris kimutatták, hogy valami, amit nulla-bránnak neveztek el - talán az M-elmélet legalapvetőbb kelléke, olyan objektum, mely pontrészecskeszerű viselkedést mutat nagy távolságokon, de lényegesen eltérőt rövid távon - betekintést engedhet a tér nélküli és idő nélküli állapotba. Munkájuk rámutatott, hogy míg a húrok a hagyományos térfogalom értelmetlenségét mondják ki a Planck-hossz alatt, a nulla-brán lényegében ugyanarra a következtetésre vezet, azonban meghagy egy kis ablakot, mely az új, hagyományostól eltérő világba bepillantást enged. A nulla-bránok tanulmányozása arra enged következtetni, hogy a közönséges geometriát a nemkommutatív geometriának nevezett valami váltja fel, mely a matematikának nagyrészt a francia matematikus, Alain Connes által kidolgozott része.4 Ebben a geometriai szerkezetben a pontok közötti hagyományos távolság és tér fogalmai elolvadnak, és lényegesen különböző fogalmi rendszerben találjuk magunkat. Ennek ellenére, a fizikusok számolásai szerint a hagyományos térfogalom újból megjelenik, amint a Planck-hossznál nagyobb távolságokra koncentrálunk. Valószínű, hogy a nemkom- mutatív geometria még mindig néhány lépés távolságra található a fehér vászon állapottól, ennek ellenére bepillantást enged a teret és időt következményként magában foglaló teljesebb szerkezetbe.
A húrelmélet tér- és időfogalmak nélküli megfogalmazásához legalkalmasabb matematikai eszköztár megtalálása a húrelmélet talán legmerészebb kihívása. A tér és idő kialakulásának megértése hatalmas lépéssel vinne közelebb azon a kulcsfontosságú kérdésre adandó válaszhoz, hogy a geometriai alakzatok közül melyik valósul meg?
A kvantummechanika megváltoztatásához vezet-e a húrelmélet?
Az Univerzumot a kvantummechanika elvei fantasztikus pontossággal vezérlik. Ennek ellenére, az elmúlt ötven év alatt megfogalmazott elméletekben a fizikusok-strukturális szempontból legalábbis - a kvantummechanikát másodlagos szerepbe helyező stratégiákat követtek. Az elméletek kigondolásakor a fizikusok legtöbbször a klasszikus nyelvezetből indulnak ki, mely nélkülözi a kvantumos valószínűségek, hullámfüggvények stb. fogalmait - olyan nyelvezetből, mely a Newton és Maxwell korabeli fizikusok számára tökéletesen érthető lett volna -, és aztán hirtelen ráhúzzák a kvantumos fogalmakat a klasszikus szerkezetre. Az eljárás nem különösebben meglepő, hiszen összhangban áll tapasztalatainkkal. Első látásra az Univerzumot a klasszikus fogalmakra épülő törvények uralják, melyek arról szólnak, hogy a részecske adott időpontban adott helyzettel és adott sebességgel rendelkezik. Csak a részletes mikroszkopikus vizsgálat vezet rá klasszikus fogalmaink megváltoztatásának szükségességére.
A megismerési folyamat a klasszikus fogalmakon keresztüljutott el a kvantumos árnyalatokig, és ez megmutatkozik a fizikusok új elméletek kidolgozásában tanúsított magatartásán is.
Kétségkívül ez jellemzi a húrelméletet is. A húrok elméletének matematikai formalizmusa a piciny, végtelenül vékony klasszikus hurok mozgását jellemző egyenletekkel kezdődik - olyan egyenletekkel, melyek zömét Newton is felírhatta volna háromszáz évvel korábban. Ezeket az egyenleteket aztán kvantálják. Azaz, a fizikusok által több mint 50 év során kifejlesztett módszerrel a klasszikus egyenleteket kvantummechanikai alakba konvertálják, melyben fellelhetők a valószínűségek, határozatlanság, kvantumos nyüzsgés stb. fogalmai. Az eljárást a 12. fejezetben láthattuk működés közben. A hurkokhoz vezető folyamat (12.6 ábra) kvantumos fogalmakat használ fel - jelen esetben a virtuális húrpárosok pillanatnyi megszületését -, a hurkok száma pedig a kvantummechanikai effektusok figyelembevételének pontosságát adja meg.
A klasszikus elmélet megalkotásából való kiindulás és a kvantummechanika tulajdonságainak későbbi beépítése az elméletbe sok éven keresztül bizonyult gyümölcsöző eljárásnak. Ez jellemzi például a részecskefizika standard modelljét. De lehetséges, és egyre valószínűbb, hogy a módszer túlságosan konzervatív az olyan messzire tekintő elméletek esetében, mint a húrelmélet vagy az M-elmélet. Az ok: miután rájöttünk, hogy az Univerzumot kvantummechanikai elvek vezérlik, elméleteinknek már a kezdetektől a kvantummechanikára kell támaszkodniuk. Korábban azért lehettünk meglehetősen sikeresek a klasszikus képből való kiindulásainkban, mert az Univerzum szerkezetét nem vizsgáltuk olyan mélységben, hogy eljárásunk tévútra vezetett volna. A húrelmélet (M-elmélet) mélységei mellett azonban talán fel kell adnunk a sok csatát kiállt stratégiát.
A második szuperhúr-forradalom (összefoglalásához lásd például a 12.11 ábrát) néhány következménye kimondottan erre utal. Mint a 12. fejezetben tárgyaltuk, az öt húrelmélet egysége mögött álló dualitások azt mutatják, hogy bármelyik elméletben végbemenő fizikai történések átértelmezhetők a többi elmélet duális nyelvezetében. Az átértelmezett változat kezdetben nem mutat túl sok hasonlóságot az eredetivel, éppen ebben áll a dualitás ereje. A dualitásnak köszönhetően, egyetlen fizikai folyamat több ekvivalens módon jellemezhető. Ezek az eredmények figyelemreméltóak és bonyolultak, de még mindig nem említettük meg azt a sajátosságot, mely könnyen a legfontosabb következménnyé nőheti ki magát.
Gyakran megtörténik, hogy a dualitás az öt húrelmélet valamelyikében tárgyalt, a kvantummechanikától erősen függő történést (mint amilyen a húrok kölcsönhatását leíró valamely folyamat, mely a kvantumos fizikában megtörténik, de a klasszikusban nem) átviszi egy másik húrelméletnek a kvantummechanikától gyengén függő történésévé (például olyan folyamattá, melynek részletes számszerű értékei kvantumos eredetűek, azonban maga az egyenlet a klasszikus fizikával mutat rokonságot). Vagyis a kvantummechanika szoros rokonságban áll a húrelmélet (M-elmélet) dualitásaival. Utóbbiak tehát alapvetően kvantummechanikai szimmetriák, mivel a duális leírások egyikét a kvantumos megfontolások lényegesen befolyásolják. A húrelmélet (M-elmélet végleges megfogalmazása - melyben a nemrég talált dualitások kulcsszerephez kell, hogy jussanak - tehát nem indulhat ki klasszikus alapokból, később szenvedve el a kvantálást, a hagyományos eljárás szerint. A klasszikus kiindulásból szükségszerűen hiányoznak a dualitások, hiszen ezek csupán a kvantummechanika figyelembevételével jelennek meg. Úgy tűnik, a húrelmélet (M-elmélet) végső megfogalmazásának szakítania kell a hagyományokkal, és teljes értékű kvantumelméletként kell megszületnie.
Jelenleg nem tudjuk, hogyan kivitelezhető mindez. Számos húrelméleti kutató szerint megértésünk következő nagy forradalmához jutunk, ha újraértelmezzük a kvantummechanika elveinek beépülését az Univerzumba. Mint ahogyan CumrunVafa mondta: „Azt gondolom, hogy a kvantummechanika újrafogalmazása, mely sok rejtélyét megoldja majd, az utcasarok mögött lapul. Úgy gondolom, és sokan osztják a nézetet, miszerint a nemrég felfedezett dualitások a kvantummechanika új, lényegesen geometriaibb jellegű értelmezése felé mutatnak, melyben az idő, a tér és a kvantumos tulajdonságok elválaszthatatlan egységben állnak egymással."5 És Edward Witten szerint „Hiszem, hogy a kvantummechanika logikája oly mértékű változás elé néz, mint amilyenen a gravitáció logikája esett át, amikor Einstein felfedezte az ekvivalenciaelvét. A kvantummechanika esetében a folyamat távolról sem tekinthető befejezettnek, de azt hiszem, egy napon az emberek úgy fognak visszatekinteni a jelenlegi korszakra, mint a folyamat kezdetére."6
Óvatos optimizmussal reménykedhetünk abban, hogy a kvantummechanika elveinek a húrelmélet keretein belül való újjáfogalmazása erőteljesebb formalizmust eredményez, mely egyaránt választ adhat az Univerzum kialakulásának kérdésére, és hogy miért létezik a tér és az idő - olyan formalizmust, mely egy lépéssel közelebb visz Leibniz kérdéséhez: miért létezik inkább a valami, mint a semmi?
Ellenőrizhető-e kísérletileg a húrelmélet?
A korábbi fejezetekben tárgyalt számos húrelméleti tulajdonság közül talán a következő hármat érdemes leginkább megjegyezni. Először, a gravitáció és a kvantummechanika szerves része az Univerzum működésének, ezért bármely egyesített elméletnek mindkettőt magában kell foglalnia. A húrelmélet ezt megteszi. Másodszor, a fizikusok elmúlt században végzett kutatásai felfedték, hogy az Univerzum megértéséhez más kulcsfontosságú gondolatok is hozzájárulnak - melyek jelentős részét kísérletileg ellenőrizték. Idetartozik a spin fogalma, az anyagi részecskék családokba való rendeződése, a közvetítőrészecskék léte, a mértékszimmetriák, az ekvivalenciaelv, a szimmetriasértés és a szuperszimmetria, hogy csak néhányat említsünk. Ezek a fogalmak természetes módon jelennek meg a húrelméletben. Harmadszor, a hagyományosabb elméletekkel ellentétben, mint amilyen a standard modell, melyet 19 szabad paraméter jellemez, a húrelmélet nem tartalmaz beállítható paramétereket. Jóslatai elvben véglegesek - félreérthetetlen próbái az elmélet helyes vagy helytelen voltának.
Az „elvben"-től a gyakorlatig hosszú az út, és akadályok tarkítják. A 9. fejezetben részben ismertettük az előttünk tornyosuló technikai akadályokat, mint amilyenek az extra dimenziók alakjának meghatározása. A 12. és 13. fejezetekben ezen és más akadályokat a húrelmélet megértésének szükségszerűsége által diktált tágabb összefüggésekben vizsgáltuk és eljutottunk az M-elmélethez. Nem kérdéses, hogy a húrelmélet (M-elmélet) teljes megértése nagy adag munkát és legalább ugyanannyi leleményességet követel.
Az út minden lépése után a húrelmélet kutatói kísérletileg megfigyelhető következményeket kerestek, és keresnek ezután is. Nem szabad megfeledkeznünk a húrelmélet kísérleti ellenőrzésének a 9. fejezetben tárgyalt lehetőségéről. Amint megértésünk egyre mélyebbé válik, nem vitás, hogy a húrelmélet más, ritka folyamatairól vagy jelen- ségeiről is tudomást szerzünk, melyek újabb közvetett kísérleti jelzéseket sugallhatnak.
De a húrelmélet szempontjából, mint ahogy a 9. fejezetben tárgyaltuk, leginkább a szuperszimmetria igazolása - a szuperpartner részecskék felfedezése - lehetne igazi mérföldkő. Emlékezzünk csak: a szuperszimmetriát a húrelmélet elméleti tanulmányozása során fedezték fel, és az elmélet központi részévé nőtte ki magát. Kísérleti kimutatása a húrok lenyűgöző közvetett bizonyítéka lenne. A szuperpartner részecskék felfedezése ráadásul rég várt kihívást jelentene: az igen/nem egyszerű válasz megadásán túl, a szuperpartner részecskék tömegei és kölcsönhatási töltései a szuperszimmetria természeti törvényekbe való beépülésének részleteiről tanúskodnak majd. így a húrelmélet azzal a feladattal szembesül, hogy meghatározza, megfelelő-e ez a beépülés a húrelmélet keretein belül? Még ennél optimistábbak is lehetünk, abban bízva, hogy a Genfben a következő tíz év során felépülő Nagy Hadron Ütközőgyűrű beüzemelése előtt akkorát fejlődik húrelméleti tudásunk, hogy a szuperpartnerekről részletes jóslatokat tehessünk még reménybeli felfedezésüket megelőzően. Ezen előrejelzések igazolása a tudománytörténetének monumentális mozzanata lenne.
Vannak-e a megismerésnek határai ?
Megmagyarázni mindent, még ha ezen csupán az Univerzum kölcsönhatásainak és alkotóelemeinek az összes szempontból való megértését is értjük, a tudomány egyik mindenkori legnagyobb kihívása. A szuperhúrelméletben elsőként nyílik lehetőség, hogy szembenézzünk ezzel a kihívással. Képesek leszünk-e valaha is megvalósítani ígéreteit, és kiszámolni, példának okáért, a kvarkok tömegeit vagy az elektromágneses kölcsönhatás erősségét, melyek az Univerzum működését oly nagymértékben befolyásolják? Mint a korábbi fejezetekben láthattuk, számos elméleti jellegű akadályt kell ehhez leküzdeni -jelenleg a legígéretesebb útnak a húrelmélet (M-elmélet) nemperturbatív leírásának kidolgozása tűnik.
Azonban az is megtörténhet, hogy a húrelmélet (M-elmélet) teljes megértésének birtokában, melyet a kvantummechanika sokkal áttetszőbb megfogalmazása fémjelez majd, továbbra is csődöt mondanak a részecskék tömegének és a kölcsönhatások erősségének meghatározására tett erőfeszítéseink. Lehetséges-e, hogy ezután is kísérleti meghatározásaikra leszünk utalva, mert az elméleti módszerek nem bizonyulnak elég hatékonynak? És vajon ezt az esetleges kudarcot úgy kell- e értelmeznünk, hogy még alapvetőbb elmélet kidolgozására lesz szükség, vagy pedig annak jeleként, hogy a valóság ezen megfigyelt jellemzőire nincs magyarázat?
A gyors válasz e kérdésekre az igen. Mint Einstein mondotta egyszer: „Az Univerzummal kapcsolatos legfelfoghatatlanabb dolog éppen felfoghatósága."7 Az Univerzum megértésének képessége felett érzett csodálatunk a gyors és lenyűgöző fejlődési korszakok idején könnyen elvakíthat. A megismerésnek azonban lehetnek határai. Talán el kell majd fogadnunk, hogy miután elértük a tudományos megismerés legmélyebb szintjét, az Univerzum bizonyos tulajdonságai továbbra is magyarázat nélkül maradnak. Meglehet, hogy az Univerzum bizonyos tulajdonságait a véletlen vagy az isteni beavatkozás határozza meg. A tudományos módszer múltbeli sikere arra buzdít, hogy elegendő idő elteltével és elegendő erőfeszítés árán felfedhetjük a természet csodáit. De a tudományos magyarázat abszolút határaihoz való érkezésünk olyan szinguláris esemény lesz - több egy technológiai jellegű akadálynál, vagy az emberiség tudásának jelenlegi, egyre táguló határainál -, melyre múltbeli tapasztalatunk képtelen felkészíteni.
Bár nagy jelentőséggel bír a végső elmélet utáni hajszában, a kérdést nem tudjuk itt megválaszolni. Vannak-e korlátjai a tudományos megismerésnek, legalábbis abban az általános értelemben, ahogyan azt elképzeltük, olyan kérdés, amit talán sohasem zárhatunk le megnyugtató módon. Láttuk, hogy még a multiverzumok spekulatív fogalma is, mely első látásra a tudományos megismerés végső határának tűnik, kezelhetővé válik a hasonlóan spekulatív jellegű elméletekről való álmodozás fényében, melyek, legalábbis elvben, visszaállíthatják az előrelátás képességét.
Ezen megfontolásokhoz kapcsolódó fontos tényezőként említsük meg a kozmológia végső elméletben betöltött szerepét. Mint láttuk, ez fiatal tudomány, még a húrelmélet által felállított fiatalsági standard szerint is. Az elkövetkező években kétségkívül a kutatás elsődleges területévé növi ki magát, és minden valószínűség szerint a haladás egyik fő motorjává válik. Ahogy a húrelmélet (M-elmélet) újabb tulajdonságait értjük meg, egyre pontosabbá válnak majd a kozmológiával kapcsolatos jóslatok is. Lehetséges, hogy egy napon a kutatások arra vezetnek, hogy a tudományos megismerésnek valóban léteznek korlátjai. De az is lehetséges, hogy új korszakba vezetnek el bennünket - melyben kijelenthetjük, hogy végre megtaláltuk az Univerzum végső magyarázatát.
Határ a csillagos ég
Bár technológiánk a Földhöz és közvetlen szomszédságához, a Naprendszerhez köt, a gondolat és kísérlet erején keresztül mind a külső, mind a belső tér tanulmányozásában meglehetős távolságra jutottunk el. Különösképpen az elmúlt száz év során a fizikusok vállvetett erőfeszítései lerántották a leplet a természet legjobban őrzött titkai közül néhányról. Miután napvilágra kerültek, ezek a drágakövek az ismertnek gondolt világ új tájai felé nyitottak széles csapásokat, melyek nyomán feltárulkozó csodák minden képzeletet felülmúltak. A fizikai elméletek mélységének egyik mércéje éppen az, hogy milyen mértékben teszik próbára világképünk korábban megdönthetetlennek gondolt részeit. Ezen mérce szerint mind a kvantummechanika, mind a relativitáselméletek meghaladják legvadabb képzelgéseink határait is: hullámfüggvények, valószínűségek, kvantumos alagúthatás, a tér és idő egybetartozása, az egyidejűség relatív jellege, a téridő szövedékének meggörbülése, fekete lyukak, az Ősrobbanás. Ki gondolta volna, hogy a szemléletes, mechanikus óraműszerű newtoni világkép ennyire szűk körűnek bizonyul? Hogy egy egész új, képzeletpróbáló világ tárul majd fel szokásos tapasztalataink felszíne alatt?
Azonban még a felsorolt alapelveket megrendítő felfedezések sem merítik ki a mindent magában foglaló történet lehetőségeit. Attól a meggyőződéstől vezérelten, hogy a nagy és a kis léptékek fizikája koherens egésszé gyúrható, a fizikusok fáradhatatlanul tovább vadásznak a feltételezett végső elméletet után. A kutatás még nem zárult le, de a szuperhúrelmélet, és fejlettebb változata, az M-elmélet máris hathatós kereteket teremt a kvantummechanika, általános relativitáselmélet, az erős, gyenge és elektromágneses kölcsönhatások egyesítéséhez. Az új világnézet kihívásai hatalmasak: a számos rejtett, furcsa alakzatba felcsavarodó, a tér szövedékének felhasítására, majd kijavítására képes dimenziót tartalmazó Univerzumban zárt húrok és rezgő gömböcskék veszik át a teremtés szerepét, pontosan végrehajtott rezgési mintázataikon keresztül. Gondoltuk-e volna, hogy a gravitáció és a kvantummechanika összedolgozása az összes kölcsönhatás és anyag jelenlétét megmagyarázó egyesített elméletté az Univerzum működésének ennyire jelentős forradalmával jár majd együtt?
Minden kétséget kizáróan, még ennél is nagyobb meglepetések várnak ránk, amint a szuperhúrelmélet teljes és számolásokat lehetővé tevő megértésének irányába haladunk. Az M-elmélet tanulmányozása során máris felnyílt egy ablak az Univerzum furcsa új tartományára, mely a Planck-hossz alatt található, és még időt, teret sem tartalmaz. Az ellenkező irányban pedig láthattuk, hogy Univerzumunk talán nem több a megszámlálhatatlan tajtékzó buborékok egyikénél, mely a hatalmas örvénylő kozmikus óceán, a multiverzum felületén hánykolódik. Ezek az elképzelések jelenleg még a spekuláció határán állnak, mégis az Univerzum megértésének következő lépését készítik elő.
Amint tekintetünk a jövőbe réved, és a ránk váró csodákat próbáljuk számba venni, néha forduljunk vissza és csodálkozzunk rá a már bejárt hatalmas útra is. Az Univerzum alapvető törvényszerűségeinek keresése kimondottan emberi sors, mely gondolkodásunkat élesíti és gazdagítja a lelket. Einstein szemléletes leírása saját, a gravitáció megértésére irányuló erőfeszítéseiről - „a sötétben való keresgélés fárasztó évei, a hatalmas várakozás, a bizakodás és a kimerülés váltakozása, végül a fény"8 - kétségkívül az egész emberiség küzdelmét jellemzi.
Mindannyian az igazságot keressük - mindenki a maga módján -, és szeretnénk megtudni, miért is vagyunk ezen a világon. Amint együttesen megmásszuk a magyarázatok hegyét, minden generáció az előző vállaira kapaszkodik, merészen nyújtózkodva a csúcs irányába. Sike- rül-e majd valamely leszármazottunknak körbetekintenie a csúcsról a hatalmas és elegáns Univerzum végtelen tisztaságába révedőn, nem tudhatjuk. De amint minden generáció kicsivel magasabbra jut, Jacob Bronowskival együtt mi is belátjuk, hogy „minden korszaknak megvan a maga fordulópontja, új módja a világ koherenciájának megpillantására és számbavételére "9. És miközben generációnk az Univerzum csodáiról elmélkedik - a világ koherenciájának általunk talált új rendszeréről -, a feladat ránk eső részét teljesítjük, egy újabb lépcsőfokkal járulva hozzá az emberiség csillagokba vezető' útjához.