Heves indulatokat keltenek napjainkban azok a tudománynépszerűsítő könyvek, amelyek egyre határozottabban állítják, hogy az univerzumunk a semmiből jött létre. De létezik egyáltalán „semmi”? Dr. Orosz Lászlót, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizika Tanszékének docensét kérdeztük arról, mit tart a mai fizika – a semmiről.
– A tudományok területén különösen fontosak a pontos meghatározások, így nincs fontosabb annál, mint hogy definiáljuk: mi az a semmi.
– A filozófusoknak már régóta kedvenc témája a valami és a semmi viszonya, Martin Heidegger kérdezi a Lét és idő című könyvében, hogy „miért van egyáltalán valami, miért nincs inkább semmi?”. E kérdés kapcsán én arra jutottam, hogy mi mint élő, gondolkodó emberi lények csak azt tudjuk elképzelni, hogy valami van. Hiszen önmagunkat csak mint egy létező valamit tudjuk elképzelni. A „létezés” mint olyan, gondolkodásunk kihagyhatatlan ténye.
Ezért is van, hogy a vallások alapvető kérdése, mi lesz velünk a halálunk után. Olyan, hogy nincs semmi, képtelenek vagyunk elgondolni. Azt persze el tudjuk képzelni, hogy a szobában benn van Pistike, de nincs benn Juliska, ez viszont nem jelenti azt, hogy Juliska helyett a semmi van benn a szobában. Ez így önmagában legfeljebb egy filozófiai kérdés lehet, ami ugyan lehet gyümölcsöző, de ez inkább tűnik zsákutcának.
A matematika persze jól ismeri az üres halmaz fogalmát. Ez olyan halmaz, amelyben az elemek száma nulla. Hétköznapi nyelven fogalmazva nincs benne semmi. Tehát a matematikában ez egy jól kezelhető, hasznos fogalom. De ekkor már az üres halmaz egy jól definiált valami. Ezekből ha veszek, mondjuk, öt darabot, akkor egy olyan halmazt kapok, amely nem üres, hiszen öt darab elem van benne. Ha úgy tetszik, akkor a „semmiből” a halmazelméleten keresztül felépíthető a teljes matematika. Ám amennyiben a fizika területére lépünk, csakis konkrét dolgokra vonatkozhatva beszélhetünk arról, hogy létezik-e a semmi. Például ha azt kérdezzük, volt-e tér és idő az ősrobbanás előtt, arra már tudunk válaszolni, ez pedig az, hogy a „nagy bumm” előtt sem tér, sem pedig idő nem létezett.
– Létezik egyáltalán a természetben semmi?
– A fizikában ilyen nincs. A vákuumra sem mondhatjuk azt, hogy az semmi, hiszen az is egy fizikai mező. Az ősrobbanás óta mindenhol vannak terek, mezők, és/vagy részecskék. Ahogy a „nagy bumm” előtt nem volt sem tér, sem idő, így természetesen nem volt egyetlen egy mai értelemben vett részecske, vagy fizikai mező sem. Így tehát már mondhatjuk, hogy az volt a „Nagy Semmi”.
– Vagyis nem is tudjuk a létező világunkban előállítani a semmit?
– A csillagászati tapasztalataink szerint az univerzumunkban rengeteg foton, vagyis fényrészecske van jelen. Azt is szoktuk mondani, hogy az univerzum ma éli fotonkorszakát. Ha egy térrészben a fotonoktól meg akarnánk szabadulni, akkor készíthetnénk egy olyan dobozt, amelybe nem juthatnak be a fotonok. Sőt még le is hűthetjük 0 kelvinre (az abszolút nulla fokra – a szerk.) a dobozt, hogy annak a falai ne sugározzanak. Mondhatjuk azt, hogy a dobozban nincs semmi? Ha elvégezzük az elméleti számításainkat, akkor kiderül, hogy ennek a vákuumnak is van valamennyi energiája. Ez pedig nem nulla, ezt nevezik nulla ponti energiának.
Egyszerűbben fogalmazva: a háttérben mindig ott „zümmög” ez „nulla ponti” elektromágneses mező, amelyet nem lehet onnan „elvenni”. Hiszen ez az ő alapállapota, azaz a legkisebb energiájú állapota. Ennél kisebb nincsen! Ha ez onnan nem vehető el, akkor honnan tudjuk, hogy ez valóban létezik és ott van? Onnan, hogy például hatással van a hidrogén atom elektronjára, vagyis változást idéz rajta elő, ami mérhető. Ez a vákuumenergia mindig jelen van a térben, ezért sokan tévesen azt hiszik, hogy azt valamiképpen ki lehetne nyerni onnan. Csakhogy ez lehetetlen, hiszen éppen az energia nulla pontjáról van szó.
– Ha semmi nincs is, a „valami” biztosan van. Hogyan tartja a mai fizika, miből született az anyag?
– Amennyiben az anyag eredetét keressük, fontos tudni, hogy az ősrobbanás pillanatát megláthatjuk-e egy távcsővel, mint ahogy azt egy több milliárd fényévre lévő objektum esetén megtehetjük. Ilyenkor annak a több milliárd évvel ezelőtti állapotát látjuk. Viszont az ősrobbanás nulladik másodpercével teljesen más a helyzet. Ennek az az oka, hogy a fotonok csak egy idő után, nagyjából 300 ezer évvel az ősrobbanás pillanata után váltak le az anyagról, így csak onnantól kezdve láthatunk egyáltalán valamit a fotonok révén. Ezt nevezzük kozmikus háttérsugárzásnak.
Viszont az univerzum korai pillanatainak vannak mérhető hatásai, ezekből az is látszik, hogy az ősrobbanás létrejöttében a kvantummechanikának döntő szerepe volt. Mostanra már jól ismert az a jelenség, hogy a vákuumban spontán módon keletkeznek részecskepárok, például pozitronok és elektronok. Ezt a fizikai mező „habzásának” is nevezhetjük, amint létrejönnek részecskék, majd eltűnnek – ez a kvantumfluktuáció. Az ilyen típusú kvantummechanikai jelenségek során rengeteg miniuniverzum jöhetett létre a Nagy Semmiben. Lehet – de ezt lehetetlen bizonyítani –, hogy ezek közül csak kevesen rendelkeztek azokkal a tulajdonságokkal, amelyek aztán egy olyan hosszú élettartamú univerzumhoz vezettek, ahol értelmes lények is kialakulhattak. Egy ilyenről biztosan tudunk! Ez a mi univerzumunk és az emberiség maga. A többi csak találgatás, filozofálgatás vagy a sci-fi világa.
– Ha most nincs is a semmi, eljöhet még az az idő, amikor az összes létező anyag semmivé válik?
– Ha a világegyetemünk – ahogy régebben képzelték – lassulva tágul, akkor végül a gravitáció miatt magába zuhanna, ez lenne a Nagy Reccs, ez esetben valószínűleg ugyanaz lenne belőle, mint a kezdetekben. Azonban nagyon úgy néz ki, hogy nem ebbe az irányba haladunk, hiszen az univerzumunk gyorsulva tágul. Ez esetben a világegyetem végül akkorára nőne, hogy a csillagok alapanyagául szolgáló gázok már nem állnak majd rendelkezésre elég nagy sűrűségben ahhoz, hogy új napok szülessenek belőlük. A már meglévők „végtelen” távolságra is kerülhetnek egymástól. Miután az utolsó csillagok is kihunynak, az idő elveszíti jelentőségét.
– A „semmiből” létrejövő univerzum tézise kapcsán időnként késhegyre menő viták bontakoznak ki a laikusok között arról, hogy a világegyetem létrejöttének volt-e oka. Erről mit mond a fizika?
– Ma már tudjuk, hogy a világban nincs mindennek oka. A makroméretű világban a történések ok-okozati láncba rendezhetők, a kvantummechanikában azonban teljesen más a helyzet. Amikor kvantumos effektusokat mérünk, csak a vak véletlen mondja meg, hogy végül mi következik be. Vagyis el kell fogadnunk, hogy egyszerűen az lett az eredmény, ami. Ha újra mérünk, más lesz az eredmény, azután ezekből végül lesz egy statisztikánk, de ettől még az egyedi események kiszámíthatatlanok lesznek. Ha ehhez hozzátesszük, hogy a kvantumfizika törvényei univerzálisak – márpedig a fizika abból az alaptételből indul ki, hogy a természeti törvények univerzálisak, térben és időben ugyanazok mindenhol és mindig –, akkor egyenesen adódik a következtetés, hogy ennek így kellett lennie az ősrobbanáskor is. Nevezhetjük ezt a kvantummechanika „ártatlansága vélelmének” is, ennek megfelelően forgatjuk tehát vissza a nagy bumm filmjét. Így juthatunk el elvileg a nulladik időpontig.
De tudjuk azt is, hogy az ok-okozati rend mindig időbeli sorrendet is jelent. Azaz az ok mindig megelőzi az okozatot. Mivel a „0” időpont előtt nem volt idő, így ok sem létezhetett. Az univerzumunk ezért minden ok nélkül a „nagy bumm”-mal, a Nagy Semmiből született. Minderre az ismert törvények alapján, közvetett mérésekkel jutottunk. Ezeket a megállapításokat ugyanakkor nem tudjuk közvetlenül leellenőrizni, mert nem voltunk jelen az ősrobbanás pillanatában, és nem is mehetünk fizikailag vissza oda – hiszen mi is az univerzum részei vagyunk, és a földi élet is csak 4 milliárd éve létezik.
Ennek a cikknek a nyomtatott változata a Magyar Hang 2019/49. számában jelent meg, 2019. december 6-án.
Hetilapunkat megvásárolhatja az újságárusoknál, valamint elektronikus formában a Digitalstandon! És hogy mit talál még a 2019/49. számban? Itt megnézheti!
