A „BIG BANG”

Ha a világegyetem valóban tágul, akkor mindennap nagyobb, mint tegnap volt. Ha viszont képzeletben visszafelé megyünk az időben, mintha visszafelé vetítenénk egy filmet, azt látjuk, hogy napról napra kisebb lesz.

Az univerzum végtelenül hosszú ideig tágulhat anélkül, hogy a végére érne. Az összehúzódás viszont nem folytatódhat a végtelenségig, hiszen végül is nullává kell zsugorodnia, s akkor már nem húzódhat tovább össze. Ez a „nulla” a világegyetem kezdetét kell hogy jelezze.

Elsőül Alekszandr Alekszandrovics Fridman (1888-1925) orosz matematikus világított rá erre, aki 1922-ben alkotott ilyen képet a táguló univerzum matematikai elemzése révén. Azonban nem sokkal ezután meghalt anélkül, hogy művét befejezhette volna.

Tőle függetlenül Georges Edouard Lemaitre (1894-1966) belga csillagász is hasonló elméletet dolgozott ki 1927-ben. Föltételezte, hogy kezdetben a világegyetem összes anyaga egy piciny térfogatban zsúfolódott össze, s ezt „kozmikus tojásnak” hívta. Ez a térfogat erőteljesen tágulni kezdett, és még most is tágul.

Amikor 1929-ben Hubble megalkotta törvényét és leírta az alapjául szolgáló megfigyeléseket, kiderült, hogy ez pontosan megfelel annak, amit egy táguló világegyetemtől várni lehet. Az, hogy minden galaxis távolodik tőlünk (mégpedig annál nagyobb sebességgel, minél messzebbre van), semmi különöset sem mond rólunk vagy a Galaktikáról. Táguló világegyetem esetén valamennyi galaxis egyaránt távolodik az összes többitől. Ha a sajátunk helyett bármely másik galaxisról néznénk az univerzumot, a Hubble-törvényt mindenképpen érvényesnek találnánk.

El kell ismernünk, hogy az Androméda és néhány más közeli galaxis nem távolodik, de ezek mind a lokális csoport tagjai. Ez a galaxishalmaz magában foglalja a mi Galaktikánkat és az Androméda-galaxist is. Ezeket a gravitációs erő köti egymáshoz, és egy közös tömegközéppont körül mozognak, úgyhogy valamely adott időpontban némelyikük távolodik tőlünk, mások pedig közelednek.

Látjuk tehát: a táguló világegyetem nem azt jelenti, hogy az egyedi galaxisok, hanem hogy a galaxishalmazok távolodnak valamennyi többitől. A galaxishalmazok azok az egységek, amelyekből az univerzum fölépül.

Egy orosz-amerikai fizikus, George Gamow (1904-1968) volt az, aki a táguló „kozmikus tojás” elméletét magáévá tette és népszerűsítette. A kezdeti tágulást mint „big bang”-et („nagy bumm”-ot, ősrobbanást) emlegette, és e kifejezés azonnal elfogadottá vált, s ma is használatos. Ez a legnagyobb robbanás, amely világegyetemünkben egyáltalán elképzelhető - összehasonlíthatatlanul nagyobb, mint amekkora egy szupernóvától kitelik.

Gamow megjósolta, hogy a „big bang”-et kísérő sugárzásnak minden irányból jövő gyenge mikrohullámú hullámokként ma is észlelhetőnek kell lennie, s ennek bizonyos jellemzői kiszámíthatók.

Ezt az elképzelést Robert Henry Dicke (1916- ) amerikai fizikus fejlesztette tovább. 1964-ben Arno Allan Penzias (1933- ) német-amerikai fizikus és kollégája, Robert Woodrow Wilson (1936- ) amerikai csillagász meg is találta ezt a „mikrohullámú háttérsugárzást”, amely valóban megfelelt Gamow és Dicke elméleti előrejelzéseinek.

Ettől a fölfedezéstől fogva a csillagászok egyre inkább elfogadták a „big bang” létezését. Ma már általánosan elterjedt az a föltételezés, hogy a világegyetem körülbelül tizenöt milliárd évvel ezelőtt egy aprócska objektumnak indult. (A pontos számérték még vitatott, de aligha kevesebb tízmilliárd évnél, és nem több húszmilliárdnál.)

Ésszerűbbnek látszik azt föltételezni, hogy a világmindenség nagyon kicsiny objektumként jött létre és fokozatosan fejlődött a galaxishalmazok ma meglevő óriási, változatos gyűjteményévé, mint abban hinni, hogy valamiképp a mai formájában teremtődött. Mindazonáltal még mindig ott a kérdés, hogyan jött létre a világegyetem eredeti formájában, aprócska objektumként. Hivatkoznunk kell-e ezen a ponton valamiféle természetfölötti eredetre?

Egyes fizikusok most azon törik a fejüket, hogy a világegyetem eredeti piciny állapota véletlen folyamat eredményeként alakult ki a semmiből, sőt az is lehet, hogy végtelen számú ilyen kicsi protouniverzum keletkezik folyamatosan a végtelen térfogatú semmiben, mi pedig a számtalanul sok világegyetem egyikében élünk.

A fizikusok legtöbbje azonban megelégszik azzal, hogy az ősrobbanásig kövesse vissza a világegyetemet, és ott magára hagyja. Jelentős a bizonytalanság e rendkívüli jelenség kezdeti állapotaival, valamint azzal kapcsolatban, hogy miként jutunk el a „big bang”-től a ma létező világegyetemig. A világfejlődés legkorábbi állapotai ma is vitatottak.

Általában föltételezik például, hogy az univerzum kiterjedése kezdetben végtelenül kicsi, hőmérséklete viszont végtelenül magas volt; azonban a másodperc elképzelhetetlenül kis törtrésze alatt annyira megnőtt és lehűlt, hogy létrejöhettek az anyag végső alkotóelemei, a kvarkoknak nevezett részecskék.

Egy további hosszabb, mondjuk tízezred másodpercnyi időszak után a világegyetem már elég nagy és hideg volt ahhoz, hogy a kvarkok hármasával összetalálkozva olyan szubatomi részecskéket hozzanak létre, mint a protonok és a neutronok. Majd egy még hosszabb, most már több ezer éves időtartam elteltével kellően lehűlt ahhoz, hogy a protonok és a neutronok egymással egyesülve atommagokat alkossanak, amelyek elektronokat vonzottak magukhoz és komplett atomokká váltak. Egy ennél is hosszabb, legalább százmillió éves szakasz után csillagok és galaxisok kezdtek kialakulni, és létrejött a mai (habár a jelenlegi mércével mérve még nagyon kicsi) világegyetem.

Az 1970-es években kidolgozták a „big bang”-elmélet egy módosított változatát, amelyet „inflálódó univerzum” néven szokás emlegetni. Ebben aztán tényleg nagyon gyors kezdeti tágulással számolnak, s ez több tekintetben is módosítja a világegyetem fejlődésének részleteit.

Problémát okoz többek között az, hogy világunkat szinte kizárólag „közönséges” anyag alkotja, amely protonokból, neutronokból és elektronokból áll. Ezek viszont csak úgy keletkezhettek, hogy egyidejűleg ellenlábasaik: az antiprotonok, az antineutronok és az „antielektronok” (vagyis a pozitronok) is létrejöttek. Ez utóbbiak alkotják az antianyagot. Az univerzumnak egyenlő mennyiségben kellene tartalmaznia anyagot és antianyagot - de, amennyire megállapítható, ez még sincs így: szinte kizárólag közönséges anyaggal találkozunk.

(Egyébként ez a szerencsénk. Ha ugyanis a világmindenség azonos mennyiségű anyagból és antianyagból állna, akkor e kettő, amint létrejött, rögtön egyesülne is, megsemmisítve egymást - ezt nevezik idegen szóval annihilációnak -, és csupán sugárzás maradna utánuk. Ebben az esetben tehát világunk nem is létezhetne.)

„Nagy Egyesített Elméletek” (angolul Great Unified Theory, rövidítve: GUT) néven olyan új elméleteket dolgoztak ki, amelyek számot adnak az anyag viselkedéséről az ősrobbanás utáni első pillanatokban fönnálló nagyon magas hőmérsékleteken. Ezekből az látszik következni, hogy az anyag létrejöttében volt egy kicsinyke aszimmetria: közönséges anyagból egymilliárdod résszel több keletkezett, mint antianyagból. Amikor az anyag és az antianyag egyesült és annihilálódott, akkor az anyagnak ez a milliárdod része megmaradt, s ebből alakultak ki azután a galaxisok.

Az ősrobbanás másik nagy problémája az univerzum „szemcsés” volta. A „big bang” gömbszimmetrikus kellett hogy legyen, azaz a tágulásnak bármely irányban ugyanolyannak kellett lennie. A világegyetemnek tehát atomok egyenletesen eloszló sokaságából, valamiféle homogén gázból kellene állnia. Mi tette mégis, hogy ez a gáz csillagokká és galaxisokká állt össze?

Az inflálódó univerzum elmélete, úgy tűnik, képes magyarázatot adni erre a szemcsésségre, s talán nincs messze az idő, amikor a világ keletkezésének természeti koncepciójában ma még meglevő valamennyi nehézség eloszlik.