7

SZINTE MÁR CSODA

A kinai legendák szerint valamikor a Xia-dinasztia idején (Kr. e. kb. 2205 – Kr. e. kb. 1782) kozmikus környezetünk hirtelen megváltozott. Tíz nap jelent meg az égen. Az emberek a Földön nagyon szenvedtek a melegtől, ezért a császár megparancsolta a leghíresebb íjásznak, hogy lője le az égről a fölösleges Napokat. Jutalmul az íjász egy halhatatlanná tevő pirulát kapott, de azt a felesége ellopta tőle. Büntetésül az asszonyt a Holdra száműzték.

A kínaiaknak igazuk volt abban, hogy egy bolygórendszer tíz Nappal nem túlságosan barátságos környezet az emberi élet számára. Ma már tudjuk, hogy bár kitűnő lehetőséget nyújtana a lebarnulásra, a több csillag körül kialakuló bolygórendszerek valószínűleg soha nem tennék lehetővé az élet kialakulását. A magyarázat azonban nem olyan egyszerű, mint a kínai legendában elképzelt perzselő hőség. Valójában egy több csillag körül keringő bolygón is kellemes lehet a hőmérséklet – legalábbis egy ideig. De a hosszú időn keresztül egyenletes fűtés – vagyis az élet számára szükségesnek tűnő feltétel – valószínűleg nem teljesülne. Ha meg akarjuk érteni, miért, akkor nézzük meg, mi történik a legegyszerűbb ilyen rendszerben, ahol csak két csillag található, vagyis egy úgynevezett kettőscsillag körül. Az égen látható csillagok mintegy fele ilyen rendszerek tagja. De még a legegyszerűbb kettőscsillag körül is csak bizonyos típusú stabil bolygópályák alakulhatnak ki, amint az a képen látható.

Mindezeken a pályákon valószínűleg lennének olyan szakaszok, ahol tartózkodva a bolygó vagy túl forró, vagy túl hideg az élet fenntartásához. A sok csillagot tartalmazó halmazokban a helyzet még rosszabb.

Naprendszerünknek vannak más „szerencsés” tulajdonságai is, amelyek nélkül soha nem alakulhattak volna ki a bonyolult életformák. Newton törvényei például megengedik, hogy a bolygópályák akár kör, akár ellipszis alakúak lehessenek. Az ellipszis lapultságának a mértékét az excentricitásnak nevezett számmal jellemezzük, értéke 0 és 1 közötti. A nullához közeli excentricitás azt jelenti, hogy a pálya alakja nagyon hasonlít a körre, míg az 1-hez közeli excentricitás esetén a pálya erősen lapult.

Kepler számára csalódást jelentett az a felismerése, hogy a bolygók nem tökéletes kör alakú pályákon keringnek, de a Föld pályájának excentricitása csupán 2% körüli, ami közel kör alakú pályát jelent. Mint hamarosan kiderül, ez óriási szerencse a számunkra.

A Földön az időjárás évszakos alakulását elsősorban az határozza meg, hogy milyen szögben hajlik a Föld forgástengelye a Nap körüli keringésének síkjához. Amikor például az északi félgömbön tél van, akkor az Északi-sark elfordul a Naptól. Az a körülmény, hogy a Föld ilyenkor jár legközelebb a Naphoz – 147,2 millió kilométerre, szemben a júliusi 152,1 millió kilométerrel – elhanyagolható hatással van a Föld hőmérsékletére a tengely ferdeségéhez képest. A nagy excentricitású pályákon keringő bolygók esetében azonban a Naptól mért távolság változásának sokkal nagyobb a szerepe. A 20%-os excentricitású pályán keringő Merkúr esetén, például amikor legközelebb jár a Naphoz (perihéliumban), a hőmérséklet több mint 100 fokkal haladja meg a naptávolban (aphéliumban) mérhető hőmérsékletet. Ha a Föld pályájának excentricitása megközelítené az 1-et, akkor napközelben felforrna az óceánok vize, naptávolban viszont befagynának a tengerek, ami sem a nyári, sem pedig a téli vakáció eltöltését nem tenné túl kellemessé. A nagy excentricitású pálya nem kedvez az élet számára, így szerencséseknek mondhatjuk magunkat, amiért bolygónk pályájának lapultsága nullához közeli.

A Nap tömege és a csillagunktól mért távolságunk arányát tekintve is szerencsénk van. Azért érdekes ez az arány, mert a csillag tömege meghatározza, mennyi energiát sugároz ki. A legnagyobb csillagok tömege körülbelül százszorosa, míg a legkisebbeké mintegy század része a Napénak. Adottnak tekintve a Nap és a Föld távolságát, ha a Nap tömege csak 20%-kal kisebb vagy nagyobb lenne a jelenleginél, akkor a Föld hidegebb lenne a mostani Marsnál, illetve forróbb lenne a mostani Vénusznál.

A csillagászok hagyományosan minden csillag körül definiálják az úgynevezett lakható zónát, vagyis azt a keskeny tartományt, amelyen belül a hőmérsékleti viszonyok megengedik a folyékony víz létezését. A lakható zónát néha „Goldilocks-zónának” is szokták nevezni (egy angolszász népmese hősnőjéről. A fordító megjegyzése.). A folyékony víz létezésének követelménye azt jelenti, hogy – akárcsak Goldilocks története esetében, aki a neki éppen megfelelőt tudta csak használni – az intelligens élet csak akkor alakulhat ki egy bolygón, ha ott a hőmérséklet „éppen megfelelő”. Naprendszerünkben a lakható zóna meglehetősen keskeny. A Földünkön élő intelligens életformák szerencséjére a Föld éppen ebbe a tartományba esik!

Newton úgy gondolta, hogy a mi furcsa módon mégiscsak lakható Naprendszerünket „nem hozhatták létre a káoszból pusztán a természet törvényei”. Ezzel szemben az volt a véleménye, hogy a Világegyetemben megfigyelhető rendet „kezdetben Isten teremtette meg, majd azt változatlan állapotban és feltételek mellett mind a mai napig megőrizte”. Könnyű megérteni, miért gondol valaki erre a lehetőségre. A sok valószínűtlen esemény és körülmény létezésünket lehetővé tevő összjátéka és világunknak az ember számára barátságos felépítése valóban rejtélyes lenne, ha a miénk lenne az egyetlen bolygórendszer a Világegyetemben. Ám 1992-ben megszületett az első hitelt érdemlő megfigyelés arra nézve, hogy más csillagok körül is keringenek bolygók. Ma már százszámra ismerünk ilyen bolygókat, és semmi kétségünk sem lehet afelől, hogy a Világegyetem sok milliárd csillaga körül megszámlálhatatlanul sok bolygó kering. Ez sokkal kevésbé érdekessé teszi a Naprendszerünkben előforduló véletlen egybeeséseket – azt, hogy egyetlen Napunk van, és annak kedvező a tömege és e tömeghez viszonyítva kedvező a Naptól mért távolságunk. Egyúttal már nem érezzük kényszerítő erejűnek ezeket a körülményeket, mint arra vonatkozó bizonyítékokat, hogy a Földet pontosan és gondosan úgy kellett megtervezni, hogy az nekünk, emberi lényeknek kellemes körülményeket biztosítson. A legkülönfélébb bolygók léteznek. Egyesek – vagy legalábbis egyetlenegy közülük – támogatják az élet fennmaradását. Nyilvánvaló, hogy amikor egy, az élet számára kedvező feltételeket nyújtó bolygó lakói megvizsgálják saját környezetüket, akkor kénytelenek azt megállapítani, hogy környezetük kielégíti a saját létezésükhöz szükséges feltételeket.

Ez utóbbi állítást tudományos elvként is megfogalmazhatjuk: létezésünk puszta ténye olyan szabályokat állít fel, amelyek meghatározzák, honnan és mikor figyelhetjük meg a Világegyetemet. Ez azt jelenti, hogy létezésünk korlátot szab arra nézve, milyen környezeti feltételek között találhatjuk magunkat. Ezt az elvet gyenge antropikus elvnek nevezzük. (Hamarosan azt is látni fogjuk, miért van szükség a „gyenge” jelző alkalmazására.) Az „antropikus elvnél” találóbb kifejezés lett volna a „szelekciós elv”, hiszen az elv arról szól, hogy saját létezésünk tudata olyan szabályokat ír elő, amelyek az összes lehetséges környezet közül éppen azokat választják ki, amelyek tulajdonságai megengedik az élet létezését.

Bár inkább filozófiai fejtegetésnek hangozhat, a gyenge antropikus elv segítségével tudományos előrejelzést is készíthetünk. Milyen idős például a Világegyetem? Amint hamarosan látni fogjuk, mi csak akkor létezhetünk, ha a Világegyetem tartalmaz bizonyos kémiai elemeket, például szenet, amelyek a csillagok belsejében épülnek fel a könnyebb elemekből. Ezután a szenet a szupernóva-robbanásoknak széjjel kell szórniuk a térben, majd végül az anyagnak össze kell sűrűsödnie egy következő generációs bolygórendszer egyik bolygójává. A fizikus Robert Dicke 1961-ben úgy érvelt, hogy ez a folyamat mintegy 10 milliárd évig tart, tehát abból, hogy mi itt vagyunk, arra kell következtetnünk, hogy a Világegyetemnek legalább ilyen öregnek kell lennie. Másrészt viszont a Világegyetem nem lehet 10 milliárd évesnél sokkal idősebb, mert a távoli jövőben a csillagok az összes üzemanyagukat felhasználják, márpedig a fennmaradásunkhoz szükség van egy anyacsillagra. Ez tehát azt jelenti, hogy a Világegyetem korának mintegy 10 milliárd évnek kell lennie. Az előrejelzés nem mondható rendkívüli pontosságúnak – mégis igaz, a jelenlegi adatok szerint ugyanis az Ősrobbanás körülbelül 13,7 milliárd évvel ezelőtt történt.

Akárcsak a Világegyetem kora esetében, az antropikus előrejelzések rendszerint más fizikai paraméterek értékére is valamekkora tartományt adnak meg, ahelyett, hogy pontosan rögzítenék az értékét. Ez azért van így, mert ugyan a létezésünk ténye nem követeli meg, hogy bizonyos fizikai paraméterek pontosan egy adott értéket vegyenek fel, de létezésünk gyakran azon múlik, hogy ezek a paraméterek az általunk ténylegesen megfigyelttől ne legyenek nagyon eltérő értékűek. Ezenkívül arra számítunk, hogy a mi világunkban az általunk ténylegesen megfigyelt feltételek tipikusak az antropikus elv által megengedett tartományon belül. Ha például csak a mérsékelt, mondjuk 0 és 0,5 között excentricitások teszik lehetővé az életet, akkor a 0,1 lapultságú bolygópályán nem lepődünk meg, hiszen a Világegyetemben található rengeteg bolygó közül valószínűleg meglehetősen soknak éppen ekkora az excentricitása. Ha viszont az derülne ki, hogy csaknem tökéletesen kör alakú pályán kering, és excentricitása mondjuk 0,00000000001, akkor ez tényleg nagyon különlegessé tenné a Földet, és arra ösztönözne, hogy próbáljunk magyarázatot találni arra, miért ilyen különleges az otthonunk. Ezt az elképzelést a középszerűség elvének szokták nevezni.

A bolygópályák alakjával, a Nap tömegével és a hasonló paraméterekkel kapcsolatos szerencsés egybeeséseket környezetieknek nevezzük, mert ezek a szerencsés tényezők a környezetünk tulajdonságaiban rejlenek, nem pedig a természet alapvető törvényeiben. A Világegyetem korát ugyancsak környezeti tényezőnek tekintjük, hiszen van a Világegyetem történetének egy korábbi és egy későbbi időszaka is, de nekünk mégis éppen ebben a korban kell élnünk, mert ez az egyetlen, az élet jelenlétét támogató korszak. A környezeti véletlen egybeeséseket könnyű megérteni, mert a miénk csak egyetlenegy a Világegyetemben létező számtalan élettér közül, márpedig nekünk nyilvánvalóan ebben az életet támogató környezetben kell léteznünk.

A gyenge antropikus elv nem különösebben ellentmondásos. Van azonban egy erősebb formája, amelyet ismertetünk, sőt, amely mellett kiállunk, noha egyes fizikusok lenézik azt. Az erős antropikus elv szerint létezésünk ténye nemcsak a környezetünkre vonatkozóan állít fel korlátokat, hanem maguknak a természeti törvényeknek a formájára és tartalmára is. Az elképzelés azért merült fel, mert nemcsak a mi Naprendszerünk tulajdonságai tűnnek különösen kedvezőeknek az élet szempontjából, hanem az egész Világegyetem tulajdonságai is, amit már sokkal nehezebb megmagyarázni.

Sok fejezetből áll az a történet, amely elbeszéli, miként fejlődött a hidrogénből, héliumból és egy kevés lítiumból álló ősi univerzum azzá a Világegyetemmé, amelyik legalább egy, hozzánk hasonló, intelligens lények által lakott világnak ad otthont. Mint korábban már említettük, a természet kölcsönhatásainak olyanoknak kell lenniük, hogy a nehezebb elemek – legfőbbképpen a szén – az ősi univerzumban jelen lévő elemekből épüljenek fel és azok legalább évmilliárdokon keresztül maradjanak stabilak. Ezek a nehéz elemek az általunk csillagoknak nevezett kemencékben jönnek létre, a természet erőinek tehát mindenekelőtt lehetővé kell tenniük csillagok és galaxisok kialakulását. Ezek a csaknem teljesen homogén, azonban szerencsére körülbelül 1:100 000 arányú sűrűségingadozásokat tartalmazó ősi világegyetem parányi inhomogenitásaiból, mint csírákból alakultak ki. Nem elég azonban, hogy csillagok léteznek, és a csillagok belsejében jelen vannak azok az elemek, amelyekből mi magunk felépülünk. A csillagoknak úgy kell működniük, hogy végül egyesek közülük felrobbanjanak, sőt, pontosan úgy robbanjanak fel, hogy szétszórják a nehezebb elemeket a térben. Emellett a természet törvényeinek elő kell írniuk, hogy ezeknek a maradványoknak újra össze kell sűrűsödniük, hogy belőlük újabb csillagok szülessenek, amelyeket az újonnan kialakult nehéz elemeket is tartalmazó bolygók vesznek körül. Éppúgy, ahogy az ősi Földön is be kellett következnie bizonyos eseményeknek, hogy mi most itt lehessünk, ugyanúgy ennek a láncnak is minden egyes szemére szükség van ahhoz, hogy létezhessünk. A Világegyetem fejlődését eredményező események esetében azonban ezt a fejlődést a természet alapvető kölcsönhatásainak egyensúlya irányítja, és ezek összjátékának kell pontosan megfelelően működnie ahhoz, hogy létezhessünk.

Fred Hoyle volt az elsők egyike, aki az 1950-es években észrevette, hogy ez jól felhasználható a véletlenek összjátékának mérésére. Hoyle úgy gondolta, hogy eredetileg minden kémiai elem hidrogénből alakult ki, amelyet ő a valódi ősanyagnak hitt. A hidrogénnek van a legegyszerűbb atommagja, csupán egyetlen protont tartalmaz, általában egyedül, néha egy vagy két neutron társaságában. (A hidrogén, vagy bármely más atom különböző formáit, amelyek azonos számú protont, de különböző számú neutront tartalmaznak, izotópoknak nevezzük.) Ma már tudjuk, hogy az ősi világegyetemben, amikor annak kora még csak 200 másodperc volt, a hidrogén mellett a hélium és a lítium is felépült, de a hidrogénnél sokkal kisebb mennyiségben; ez utóbbiak atommagjai két, illetve három protont tartalmaznak. Az élethez azonban ezeknél sokkal bonyolultabb kémiai elemekre van szükség. Ezek közül a szén a legfontosabb, ez minden szerves kémiai folyamat alapja.

Bár elképzelhetünk más elemekből készített „élő” szervezeteket, például szilíciumból gyártott, intelligens számítógépeket, mindamellett kétséges, hogy az élet spontán módon kifejlődhetett volna-e szén jelenléte nélkül. Ennek technikai okai vannak, amelyek azzal a különleges móddal függnek össze, ahogyan a szénatomok kémiai kötést képesek létrehozni más elemekkel. A szén-dioxid például szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú, és biológiai szempontból nagyon hasznos. Minthogy a szilícium a periódusos rendszerben közvetlenül a szén alatt elhelyezkedő elem, ezért kémiai tulajdonságaik hasonlóak. Ennek ellenére a szilícium-dioxidnak, vagyis a kvarcnak sokkal több hasznát vesszük egy kőzetgyűjteményben, mint az élőlények tüdejében. Mégis, talán ki tudnának fejlődni olyan életformák, amelyek szilíciumot lakmároznak, nyúlványukkal pedig folyékony ammóniapocsolyákat kavargatnak. Még egy ilyen típusú egzotikus élet sem tudna azonban kifejlődni csupán az ősi kémiai elemekből, mert azok az elemek csak két stabil vegyületet képesek létrehozni: a lítiumhidridet, amelyik színtelen, kristályos szilárd anyag, és a hidrogéngázt, azonban ezeknek a vegyületeknek egyike sem képes szaporodni, de még csak szerelembe esni sem. Meg kell tehát barátkoznunk a ténnyel, hogy szén alapú élőlények vagyunk, ami felveti azt a kérdést, hogyan keletkezett az atommagjában hat protont tartalmazó szén, és a testünket felépítő többi nehéz elem.

Az első lépés akkor következik be, amikor az öreg csillagokban elkezd felgyülemleni a hélium, amely két hidrogénatommag összeütközése és egyesülése eredményeképpen keletkezik. Az atommagoknak ez az egyesülése szolgáltatja a csillagok energiáját, ami bennünket is melegen tart. Két héliumatom is összeütközhet egymással, így berillium keletkezik, amelynek az atommagja négy protont tartalmaz. Ha már létrejött a berillium, akkor az elvben egyesülhet egy harmadik héliummaggal, amiből szén jönne létre. Ez azonban nem történik meg, mert a berillium létrejövő izotópja szinte azonnal héliummagokká esik szét.

A helyzet megváltozik, ha a csillag belsejében elkezd kifogyni a hidrogén. Amikor ez bekövetkezik, akkor a csillag magja összeomlik, míg végül a hőmérséklete eléri a körülbelül 100 millió kelvint. Ilyen körülmények közt az atommagok olyan gyakran találkoznak egymással, hogy egyes berilliummagok még azelőtt beleütköznek egy héliummagba, mielőtt esélyük lenne elbomlani. Így a berillium a héliummal egyesülve a szén stabil izotópját hozza létre. Ennek a szénnek azonban még nagyon hosszú utat kell megtennie, mire az atomok egymással összeállva olyan fajta kémiai vegyületeket alkotnak, amilyeneket például egy pohár bordói elfogyasztása közben élvezhetünk, vagy amilyeneknek köszönhetően megpróbáljuk eltüntetni a felállított tekebábukat, vagy kérdéseket tudunk feltenni az Univerzum szerkezetéről. Ahhoz, hogy emberek vagy hozzánk hasonló lények létezhessenek, a szénnek a csillag belsejéből valamilyen barátságosabb környezetbe kell kerülnie. Ez, amint már említettük, akkor történik meg, amikor a csillag életútja végén szupernóvaként felrobban, és szerteszét szórja a szenet és más nehéz elemeket, amelyek később bolygóvá sűrűsödnek össze.

A szén keletkezésének imént leírt módját háromalfa-folyamatnak nevezzük, mert a hélium szóban forgó izotópjának az atommagját másként alfa-részecskének is nevezik, és amiért a folyamathoz (végső soron) háromnak az egyesülésére van szükség. Korábbi fizikai ismereteink szerint a háromalfa-folyamat túlságosan kis sebességgel termel szenet. Ezt felismerve, Hoyle 1952-ben megjósolta, hogy a berilliummag és a héliummag energiája összegének csaknem pontosan azonosnak kell lennie a létrejövő szénizotóp egy bizonyos kvantumállapota energiájával. Ez a rezonanciának nevezett jelenség erőteljesen felgyorsítja a magreakció sebességét. Abban az időben azonban még nem ismerték a szénnek ezt az energiaszintjét, Hoyle ötlete alapján azonban William Fowler kereste és megtalálta az addig ismeretlen energiaszintet. Ez a felfedezés jelentős mértékben alátámasztotta Hoyle arra vonatkozó elképzelését, miként keletkeznek a bonyolult atommagok.

Hoyle így fogalmazott: „Aligha hiszem, hogy a bizonyítékokat megvizsgáló tudósok között akadna olyan, aki nem azt a következtetést vonja le, hogy a magfizika törvényeit szándékosan a csillagok belsejében fellépő következményeikre figyelemmel tervezték.” Abban az időben még senki sem volt olyannyira jártas a magfizikában, hogy megértette volna, milyen ritka véletlen az, ami ezekből az egzakt fizikai törvényekből következik. Az erős antropikus elv érvényességét megvizsgáló fizikusok azonban az elmúlt években feltették maguknak a kérdést, hogy milyenné alakult volna a Világegyetem, ha másmilyenek lennének a természeti törvények. Ma már olyan számítógépes modelleket tudunk készíteni, amelyek megadják, hogyan függ a háromalfa- reakció sebessége a természet alapvető kölcsönhatásainak az erősségétől. Ezen számítások szerint az erős kölcsönhatás erősségének mindössze 0,5%-os, vagy az elektromos erő 4%-os változása minden csillagban csaknem az összes szenet vagy az összes oxigént szétrombolná, és így lehetetlenné tenné az általunk ismert élet kialakulását. Változtassunk csak egészen keveset a Világegyetemet irányító szabályokon – és létezésünk feltételei azon nyomban eltűnnek!

Ha megvizsgáljuk azokat a modelluniverzumokat, amelyeket a fizikai elméletek bizonyos mértékű megváltoztatása útján generálunk, akkor módszeresen tanulmányozhatjuk a fizikai törvények változásának a hatását. Kiderül, hogy nem csak az erős kölcsönhatás és az elektromágnesség erőssége van ráhangolva a létezésünkre. Az elméleteinkben szereplő legtöbb alapvető fizikai állandó értéke is pontosan beszabályozottnak tűnik, abban az értelemben, hogy ha csak csekély mértékben is megváltoztatjuk az értéküket, akkor az Univerzum minőségileg más lenne, és sok esetben alkalmatlan lenne az élet kifejlődésére. Ha például a másik magerő, a gyenge kölcsönhatás sokkal gyengébb lenne, akkor az ősi univerzumban az összes hidrogén héliummá alakult volna, és így nem jöhetnének létre a megszokott módon működő csillagok. Ha viszont sokkal erősebb lenne, akkor a felrobbanó szupernóvák nem dobnák le külső rétegeiket, és így nem szórhatnák tele a csillagközi teret azokkal a nehéz elemekkel, amelyekre a bolygókon az élet kifejlődéséhez szükség van. Ha a protonok tömege 0,2%-kal nagyobb lenne, akkor neutronná bomlanának, ami destabilizálná az atomokat. Ha a protont alkotó kvarkok tömegének az összege mindössze 10%-kal megváltozna, akkor sokkal kevesebb, a testünket felépítő stabil atommag létezne. Sőt, úgy tűnik, hogy a kvarkok tömegének összege nagyjából optimális ahhoz, hogy a lehető legnagyobb számú stabil atommag létezhessen.

Ha feltételezzük, hogy a bolygóknak néhány százmillió évet kell stabil pályán eltölteniük, hogy kialakulhasson rajtuk az élet, akkor létezésünk ténye a nagy térbeli dimenziók számát is rögzíti. Ez azért van így, mert a gravitáció törvényei szerint kizárólag három dimenzióban lehetségesek stabil, ellipszis alakú bolygópályák. Körpályák más számú dimenzió esetén is lehetségesek, de azok, amint attól már Newton is tartott, instabilak. Háromtól eltérő számú dimenzió esetén már a legkisebb zavarok, mondjuk a más bolygók által okozott pályaháborgások, letérítenék a bolygókat a körpályáról, és a bolygó spirális pályán vagy belehullana a csillagba, vagy eltávolodna tőle, vagyis felperzselődne vagy megfagyna. Emellett, háromnál több dimenzió esetén a két test között ható gravitációs erő a növekvő távolsággal sokkal rohamosabban csökkenne, mint három dimenzióban. Három dimenzióban a gravitációs erő a negyedére csökken, ha a testek távolságát megkétszerezzük. Négy dimenzióban hasonló esetben a gravitációs erő a nyolcadára, öt dimenzióban a tizenhatodára csökkenne, és így tovább. Ennek következtében háromnál több dimenzióban a Nap nem lenne képes stabil maradni, mert a gravitációs vonzás nem tudna egyensúlyt tartani a belső nyomással. A Nap tehát vagy szétesne, vagy fekete lyukká omlana össze, ami – akármelyik lehetőség valósulna meg – igencsak megkeserítené az életünket. Az atomi skálán az elektromos erők ugyanúgy viselkednének, mint a gravitációs erő. Ez azt jelenti, hogy az atomokban az elektronok is spirális pályára kerülnének, és vagy belezuhannának az atommagba, vagy örökre eltávolodnának tőle. Egyik esetben sem létezhetnének atomok az általunk ismert formában.

Az intelligens megfigyelők létezését elősegítő bonyolult szerkezetek megjelenése nagyon bizonytalannak tűnik. A természet törvényei rendkívül érzékenyen finomhangolt rendszert alkotnak, és a fizikai törvények csak a lehető legcsekélyebb mértékben változtathatók meg, ha nem akarjuk, hogy az élet általunk ismert formájának még a lehetőségét is kizárjuk. Ha nem lenne jelen a fizika törvényeinek apró részleteiben egy sor megdöbbentő egybeesés, akkor úgy tűnik, az emberek és más élőlények soha nem jöhettek volna létre.

A legmeghökkentőbb véletlen egybeesést az általános relativitáselmélet Einstein-féle egyenleteiben szereplő, úgynevezett kozmológiai állandó esetén tapasztaljuk. Amint már említettük, 1915-ben, amikor Einstein megfogalmazta elméletét, a Világegyetemet statikusnak gondolta, vagyis azt tételezte fel, hogy nem tágul, és nem is húzódik össze. Minthogy minden anyag minden más anyagot vonz, azért bevezetett az egyenleteibe egy új, antigravitációs erőt, amely legyőzi a Világegyetemnek azt a törekvését, hogy önmagába összezuhanjon. Ennek az erőnek, szemben más kölcsönhatásokkal, nem volt meghatározott forrása, hanem beépült a téridő alapvető szerkezetébe. A kozmológiai állandó ennek a hatásnak az erősségét írja le.

Amikor felismerték, hogy a Világegyetem nem statikus, akkor Einstein kiiktatta téregyenleteiből a kozmológiai állandót, és annak bevezetését élete legnagyobb melléfogásának minősítette. Azonban 1998-ban, nagyon távoli szupernóvák megfigyelése alapján a csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy a Világegyetem egyre gyorsuló ütemben tágul, amely hatás nem magyarázható másként, csak egy, a térben mindenütt ható taszítóerő jelenlétével. A kozmológiai állandó tehát feltámadt. Mivel most már tudjuk, hogy értéke nem nulla, fennáll a kérdés, hogy miért éppen akkora az értéke, amekkora. A fizikusok különböző érveket próbáltak felsorakoztatni annak magyarázatára, miként bukkanhat fel különféle kvantummechanikai hatások eredményeképpen, azonban az állandó általuk kiszámított értéke körülbelül 120 nagyságrenddel nagyobbnak adódott a szupernóvák megfigyeléséből levezetett tényleges értéknél (azaz a mért és a számított értékek aránya akkora szám, amelyikben az 1-est 120 darab nulla követi). Ez azt jelenti, hogy vagy a számítás alapjául felhasznált okfejtés hibás, vagy pedig létezik valamilyen más hatás, amelyik rejtélyes módon a kiszámított mennyiséget – egy parányi töredéke kivételével – lenullázza. Egyetlen dolog bizonyos, hogy ha a kozmológiai állandó értéke sokkal nagyobb lenne a ténylegesnél, akkor a Világegyetem anyaga szétszaladt volna, még mielőtt a galaxisok kialakulhattak volna, és így – ezúttal is – lehetetlenné vált volna az általunk ismert élet kialakulása.

Mire következtethetünk ezekből az egybeesésekből? Az alapvető fizikai törvények természetét és pontos formáját illető szerencse egészen más típusú szerencse, mint amelyet a környezeti tényezők esetében tapasztaltunk. Nem is lehet olyan könnyen megmagyarázni, emellett sokkal mélyebb fizikai és filozófiai következményei vannak. Úgy tűnik, mintha Világegyetemünk és törvényei a tervezettség nyomait viselnék magukon: egyrészt úgy testre szabottak, hogy az támogassa a létezésünket, másrészt, ha egyszer már létezünk, kevés teret enged a változtatásoknak. Mindezt nem egykönnyen lehet megmagyarázni, ráadásul felveti azt a kérdést is, hogy miért van ez így.

Sokan örömmel fogadnák, ha ezeket a szerencsés egybeeséseket Isten műve mellett szóló érvekként használnánk fel. Az elképzelés, miszerint a Világegyetemet olyanra tervezték, hogy az otthont adhasson az emberiségnek, már sok ezer évvel ezelőttől kezdődően mind a mai napig jelen van a különböző teológiákban és mitológiákban. A maják Popl Vuh című mítoszgyűjteményében Isten kijelenti:

„Sem dicsőítést, sem tiszteletet nem kapunk az általunk teremtett világból mindaddig, amíg meg nem jelennek az érző emberi lények.” Egy Kr. e. 2000 körüli eredetű, jellegzetes egyiptomi szöveg így szól: „Az emberek, az Isten nyája, jól el vannak látva. [A Napisten] az ő javukra formálta az eget és a földet.” Kínában Lie Yukou (Kr. e. 400 körül) taoista filozófus egyik történetének szereplője ezt így fogalmazta meg: „A mennyek ötféle gabonát növesztenek, uszonyos és tollas lényekkel népesítik be a vizeket és az eget, legfőképpen a mi javunkra.”

A nyugati kultúrában az Ószövetség tartalmazza a teremtéstörténetében a gondviselésszerű tervezettség eszméjét, de a hagyományos keresztény felfogásra jelentős hatást gyakorolt Arisztotelész is, aki hitt egy „intelligens természeti világban, amelyik valamilyen előre megfontolt tervezésnek megfelelően működik.” A középkori keresztény teológus, Aquinói Szent Tamás Arisztotelésznek a természet rendjéről alkotott elgondolásait felhasználva érvelt Isten létezése mellett. A XVIII. században egy másik keresztény teológus egészen annak kijelentéséig elment, miszerint a nyulaknak azért van fehér farkuk, hogy az emberek könnyebben le tudják őket lőni. A keresztény felfogás korszerűbb képét néhány évvel ezelőtt vázolta fel Christoph Schönborn bíboros, Bécs érseke, aki így írt: „Most, a XXI. század kezdetén, amikor olyan tudományos állításokkal kell szembenéznünk, mint a neo-darwinizmus vagy a multiverzum [sok univerzum] hipotézise a kozmológiában, amelyeket csak azért találtak ki, hogy kitérjenek a modern természettudományban a szándékra és a tervezettségre utaló, mindent elsöprő bizonyítékok elől; a Római Katolikus Egyház ismételten kiáll az emberi természet védelme mellett, és kinyilatkoztatja, hogy a természetben valóságosan benne rejlik a tervezettség.” A kozmológiában a szándékra és a tervezettségre utaló, mindent elsöprő bizonyíték, amelyre a bíboros hivatkozott, éppen a fizikai törvényeknek az a finomhangoltsága, amelyről az imént írtunk.

Az emberközpontú univerzum képének tudományos elutasításában a Naprendszer kopernikuszi modellje jelentette a fordulópontot. Ebben a világképben a Föld többé már nem volt központi elhelyezkedésű. Furcsa módon Kopernikusz saját világképe mégis antropomorf volt, még abban az értelemben is, hogy Kopernikusz azzal vigasztal bennünket, hogy heliocentrikus modellje ellenére a Föld majdnem a Világegyetem középpontjában helyezkedik el. „Bár [a Föld] nem a világ középpontjában van, mindamellett távolsága [ettől a középponttól] szinte semmiség, különösen, ha az állócsillagok távolságával vetjük össze.” A távcső felfedezését követően a XVII. században végzett megfigyelések, például az a tény, hogy nem a miénk az egyetlen bolygó, amelyik körül hold kering, alátámasztották azt az elvet, mely szerint nincs kitüntetett helyünk a Világegyetemben. A későbbi évszázadokban minél több dolgot fedeztünk fel a Világegyetemmel kapcsolatban, annál inkább úgy tűnt, hogy a miénk valószínűleg csak egyike a sokféle, közönséges bolygónak. Ám a természeti törvények rendkívüli mértékű finomhangoltságának legújabb keletű felfedezése sokakat visszatérít ahhoz a régi elképzeléshez, amely szerint ez a nagyszerű tervezettség csak valamilyen nagyszerű tervező műve lehet. Az Egyesült Államokban, ahol az Alkotmány tiltja a vallás oktatását az iskolákban, ezt az elképzelést intelligens tervezettségnek nevezik, ami kimondatlanul bár, de egyértelműen arra utal, hogy ez a tervező nem más, mint Isten.

A modern természettudomány azonban más választ ad erre a kérdésre. Az 5. fejezetben láttuk, hogy úgy tűnik, mintha a mi Világegyetemünk egyike lenne annak a nagyon sok univerzumnak, amelyek mindegyikében más-más törvények uralkodnak. A multiverzum elképzelését nem azért találták ki, hogy számot adjanak a finomhangolás csodájáról. A multiverzum a határ nélküli feltétel és a modern kozmológia számos más elméletének a következménye. Ha azonban igaznak bizonyul, akkor az erős antropikus elvet lényegében egyenértékűnek tekinthetjük a gyengével, vagyis a fizikai törvények finomhangoltságát ugyanolyan mércével kell mérnünk, mint a környezeti tényezők megfelelő voltát. Ez ugyanis azt jelenti, hogy kozmikus élőhelyünk – ami most az egész megfigyelhető Világegyetemet jelenti – csak egyike a sok létező univerzumnak, mint ahogy a Naprendszer is csak egyike a számtalan létező bolygórendszernek. Eszerint tehát ugyanúgy, ahogy a Naprendszerünkben tapasztalható környezeti egybeeséseknek nem tulajdonítunk különösebb jelentőséget, mondván, hogy milliárdszámra léteznek a hasonló rendszerek, a természet törvényeinek finomhangoltsága is könnyen megmagyarázható a számtalan univerzum létezésével. Sokan az elmúlt korokban a természet szépségét és bonyolultságát Isten közbeavatkozásának tulajdonították, mert abban a korban úgy tűnt, hogy a tudomány nem tud magyarázattal szolgálni. De éppúgy, ahogyan Darwin és Wallace megmagyarázták, miként alakulhat ki egy felsőbbrendű lény közbeavatkozása nélkül az élő formák csodálatos sokszínűsége, ugyanúgy a multiverzum fogalma is magyarázatot adhat a fizikai törvények finomhangoltságára anélkül, hogy ehhez egy jóindulatú Teremtő segítségét kellene igénybe venni, aki a mi javunkra formálta a Világegyetemet.

Einstein egy alkalommal a következő kérdést tette fel asszisztensének, Ernst Strausnak: „Volt-e Istennek bármilyen választási lehetősége, amikor megteremtette a Világegyetemet?” A XVI. század végén Kepler meg volt győződve arról, hogy Isten valamilyen tökéletes matematikai alapelvnek megfelelően teremtette meg a világot. Newton megmutatta, hogy ugyanazok a törvények érvényesek az égen, mint amelyek itt a Földön, és kidolgozta azokat a matematikai egyenleteket, amelyek olyan elegáns formában fejezik ki ezeket a törvényeket, hogy az sok XVIII. századi természettudósban szinte már vallásos buzgalmat váltott ki, és mindenáron be akarták bizonyítani, hogy Isten valójában matematikus.

Tulajdonképpen már Newton óta, de még inkább Einstein óta a fizika célja az volt, hogy a Kepler által elképzelthez hasonló, egyszerű matematikai alapelveket találjon, majd ezek segítségével alkossa meg a mindenség egyesített elméletét, amely az általunk a természetben megfigyelhető anyag és erők minden részletéről számot adna. A XIX. század végén és a XX. század elején Maxwell, illetve Einstein egyesítette az elektromosság, a mágnesség és a fény elméletét. Az 1970-es években megalkották a standard modellt, az erős, a gyenge és az elektromágneses kölcsönhatás egyesített elméletét. Ezután született meg a húrelmélet és az M-elmélet, amelyekkel megpróbálták a megmaradó negyedik kölcsönhatást, a gravitációt is beépíteni a rendszerbe. A cél az volt, hogy ne csak egy olyan elméletet találjanak, amelyik az összes kölcsönhatásra magyarázatot ad, hanem ugyanez az elmélet egyúttal adja meg a szóban forgó összes alapvető paramétert, így például a kölcsönhatások erősségét, valamint az elemi részecskék tömegét és töltését. Amint Einstein megfogalmazta, abban reménykedtek, hogy kijelenthetik: „a természet úgy van megalkotva, hogy logikailag lehetséges olyan erősen meghatározott törvények felírása, amely törvényeken belül csakis racionálisan teljes mértékben meghatározott állandók fordulnak elő (vagyis nincsenek benne olyan állandók, amelyek számértéke az egész elmélet lerombolása nélkül megváltoztatható lenne).” Valószínűtlen, hogy egy egyedi elmélet pontosan úgy lenne beszabályozva, hogy az lehetővé tegye a létezésünket. De ha a legújabb eredmények fényében úgy értelmezzük Einstein álmát, hogy olyan egyedi elméletre vágyott, amelyik nemcsak erre a Világegyetemre ad magyarázatot, hanem az összes többi lehetséges univerzumra is, a bennük érvényes különböző törvények teljes spektrumával együtt, akkor az M-elméletnek jó esélye van arra, hogy az Einstein által elképzelt elmélet legyen. De vajon az M-elmélet egyedi, vagy létezését valamilyen egyszerű logikai elv követeli meg? És válaszolni tudunk-e arra a kérdésre, hogy miért éppen az M-elmélet?