Előttem nem volt semmi - vendégünk volt a Nagy Bumm

"Ha már nem lesz mit megismerni, csak az összegyűjtött teljes ismeretanyagot lehet ragozni, permutálni, akkor az intellektuális izgalom elhal, a technika és valószínűleg a szellem fejlődése véget ér. Kívánom, hogy ezt az állapotot sohase érjétek el, mindig maradjon a Világban izgalmas kihívás, kutatni- és felfedeznivaló." A Földön kívüli élet után a Nagy Bumm volt a vendégünk rendhagyó chat-sorozatunkban. Számtalan érdekes dolgot megtudhattunk a Világegyetem keletkezésekor jellemző állapotokról és az Univerzum jövőjéről is.

Nagy Bumm: Üdvözlöm az olvasókat! Mindenekelőtt hadd kérjem, hogy az igazi nevemen szólítsatok. A nevem pedig nem Ősrobbanás, hanem Nagy Bumm, angolul Big Bang. Az Ősrobbanás szó teljesen félrevezető, ráadásul annak idején ostoba politikai kompromisszumként született. Az 1950-es években Magyarországon az egész téma burzsoá áltudománynak számított, amikor pedig végre lehetett róla beszélni, az volt a kifogás, hogy a Nagy Bumm túlságosan vicces kifejezés, a Tudomány pedig Igencsak Komoly Dolog. Így maradtak az Ősrobbanás elnevezésnél, ami azóta is sok embert félretájol. A "robbanás" szó ugyanis arra utal, hogy a hatalmas semmi közepén van egy kis anyagcsomó, ami hosszú nyugalom után egyszer csak gyors tágulásnak indul. Vannak gyorsabb és vannak lassúbb repeszdarabok - a leginkább sztahanovista, gyorsan repülő részecskék belehasítanak az üres térbe, és igencsak anizotróp világot látnak maguk körül: előttük a nagy semmi, mögöttük a többi, lassúbb részecske. Ez a hamis kép homlokegyenest ellenkezik azzal a képpel, amit a kozmológia tudománya rólam kialakított. Nevezzetek tehát egyszerűen Nagy Bummnak. Ez is leegyszerűsítés, de legalább nem félrevezető.

Mikor történtél meg? []
Ezen sokat vitatkoztatok. Néhány évvel ezelőtt még azt mondtátok, hogy 10-20 milliárd évvel ezelőtt. Ez olyan, mintha egy hölgyet 30-60 évesnek saccolnátok. A 2002-2003 körül végzett nagy pontosságú csillagászati mérések alapján most már pontosan tudjátok, hogy 13, 7 milliárd évvel ezelőtt történtem.

Mi volt Ön előtt? [urrobi]
Már Szent Ágoston is megmondta: "meg kell értenünk, hogy az idő teremtése előtt nem volt idő". Én is ugyanezt mondom, teremtés helyett az idő kezdetével, a Nagy Bummal. A kérdés hasonló a következőhöz: mi van az Északi-sarknál is északabbra? A Föld minden pontján feltehető ez a "mi van innen egy méterrel északabbra" kérdés, de épp az Északi-sarkon nincs értelme. Hasonlóképpen minden pillanatot megelőzött sok másik pillanat, kivéve a kezdet pillanatát. Ez előtt nem volt semmi, mert magának az "előtt" szónak sem volt értelme.

Tényleg egy robbanásként kell elképzelnünk? [csibegeza]
Egyáltalán nem. Mint a bevezetőben leírtam, egy robbanásnál egy kis anyagdarab terjed szét a külső, üres térben. Az én esetemben nem volt külső tér, mert a tér is az anyaggal együtt keletkezett. Másrészt nem voltak leggyorsabban repülő, szélső részecskék, amelyek legelöl hasítottak az üres térbe: az anyag mindig egyenletesen töltötte be az egész teret. Ezért célszerűbb azt mondani, hogy nem az anyag "robban", hanem a tér tágul.

Hogyan került a nagy semmi közepére az a kis anyaghalmaz? [Egyetemista@Mc]
Mint a bevezetésben leírtam, nem volt Nagy Semmi és nem volt kis anyagkupac. Előttem egyszerűen nem volt semmi, sőt "előttem" sem volt.

Természeti törvények hiányában mi indította el és mi irányította ezt a folyamatot? [DiTKaBéjBi]
A természeti törvényeket az anyag hordozza. Amint az anyag létrejött, máris voltak törvényei, és azok irányították a fejlődést. Az első pillanatnak viszont nem volt oka, mert az egyik előző válaszban leírtak szerint nem volt "azelőtt". Ha viszont ez a válasz nem nyugtat meg benneteket, másként is gondolhattok e kérdésre: képzeljetek el egy félegyenest, amelynek kezdőpontját eltávolítjuk: legyen ez a számegyenes pozitív fele, a nulla pont nélkül. A félegyenes bármely pontjától balra végtelen sok pont található, de nincs legszélső, első pont. Ilyen az időtengely is: minden eseményhez pozitív időadat tartozik, mindegyik esemény előtt végtelen sok másik esemény történt, amelyek akár az adott esemény okául szolgálhatnak, de nem volt legelső esemény, amelynek nem lenne oka, hiszen a kezdőpont nem tartozik az időegyeneshez. Ebben az értelemben én, a Nagy Bumm - nem is létezem.

De a semmiből hogy lett anyag, ami tágult? [CarmenBaba]
Úgy látszik, ez az a kérdés, ami mindenkit izgat. A "lett" szó használata már azt sugallja, hogy volt valami a kezdő pillanat előtt, és ebből "lett" az, ami később létezik. De ha az idő is a kezdő pillanatban született, akkor a kérdésnek nincs értelme. Akit ez még mindig idegesít, annak javaslom az idő korábban leírt félegyeneses modelljét: ebben nem merül fel az első pillanat és az azt megelőző események kérdése.

Mennyire tudjuk az Ön kezdő pillanatát időben megközelíteni a mai modelljeinkkel? [zolika]
A megközelítés fő eszközei részben a részecskegyorsítók, részben a papír/ceruza/számítógép komplexum. Az Univerzum korai korszakaiban nagyon meleg volt, azaz a részecskék nagyon gyorsan mozogtak. Ezt nehéz földi kísérletben reprodukálni, lásd a magfúziós erőművekkel való próbálkozások technikai nehézségeit, pedig ott csak a Nap belsejének néhány millió fokos hőmérsékletét kellene utánozni. Egy zseniális ötlet segített: elég csak néhány részecskét felgyorsítani a megfelelő sebességre, a többi, álló részecskével történő ütközésük pont úgy zajlik le, mintha mindegyikük egyformán veszettül szaladgálna. Ezt pedig földi részecskegyorsítókkal is el lehet érni. A gyorsítós kísérletekkel így egyre többet tudtok meg a részecskék tulajdonságairól, kölcsönhatásairól, az elméleti fizikusok és kozmológusok pedig eme újonnan megismert tulajdonságokat azonnal felhasználják a Világegyetem ama korszaka rekonstrukciójára, amikor az adott energia- és hőmérsékletviszonyok uralkodtak. Persze minél korábbra akartok visszanézni, annál nagyobb hőmérsékletet, azaz energiát kell elérni, ehhez pedig nagyobb, és sajnos exponenciálisan drágább gyorsítók kellenek. A következő gyorsítógeneráció már akkora lesz, hogy el sem fér a Földön, ki kell telepítenetek őket az űrbe... Ily módon ma kb. a másodperc ezred-milliomod-milliomod részéig (körülbelül 10^-15 s) tudjátok megközelíteni a Kezdet pillanatát. Az elméleti fizikusoknak szerencsére nem kell gyorsító, az ő gondolataik szabadabban szárnyalhatnak: viszonylag pontos leírással rendelkeztek a Nagy Bumm után 10^-35 másodperccel történtekről. Az így kikövetkeztetett jelenségeket persze még sokáig (esetleg évszázadokig) nem lehet kísérletileg ellenőrizni. Az elméleti eredmények alapján azonban rekonstruálható az Univerzum későbbi története, a kialakuló struktúrák tulajdonságai, ez pedig összevethető a mai csillagászati tapasztalattal. Sőt megfordítva: egyes kozmológiai, csillagászati megfigyelésekből következtetni lehet az elemi részecskék laboratóriumból nem ismert tulajdonságaira is - ezt az ötletet egy neves magyar tudós, Marx György alkalmazta először 1975-ben.

Hogy kell elképzelni az akkori állapotokat? [csibegeza]
Ezek az állapotok nagyon gyorsan változtak. Ahogy a tér a nullából kiindulva tágult, az anyag hőmérséklete a végtelenből indulva folyamatosan csökkent. Adott hőmérsékleten adott anyagfajták létezhetnek: a hőmérséklet gyors változásával gyorsan változtak az anyagfajták is. Olyan ez, mint egy igen gyors és nagyon sok részes szappanopera, melynek felvonásai új meg új szereplőkkel villámgyorsan követik egymást. De minden felvonás ezerszer vagy milliószor hosszabb az előzőnél (hiszen a hőmérséklet csökkenésével a szereplők, azaz a részecskék egyre lassabban mozognak). Kezdetben a sűrű és forró anyag elemi részecskékből (és persze a megfelelő antirészecskékből) állt, amelyek termodinamikai egyensúlyban voltak, és folyamatosan átalakultak egymásba, a fotonok új részecske-antirészecske párokat keltettek, azok szétsugároztak stb. A hőmérséklet csökkenésével a nehezebb részecskék és antirészecskéik kiszálltak a játékból (hiszen a hősugárzás energiája már nem volt elég a párkeltéshez), végül csak a legkönnyebbek maradtak: az általatok jól ismert proton és elektron, ezek később atomokat alkottak. Ezután az addig homogén (azaz mindenütt egyforma sűrű) anyag a gravitációs instabilitás miatt felhőkre szakadt, és elkezdődött a kozmikus struktúrák, a galaxisok és csillagok kialakulása. Innen már el tudjátok képzelni a sztorit...

Ez a forró, átalakuló részecskeplazma már a nulla pillanattól kezdve jelen volt? Vagy a kezdet igazi kezdetén másfajta viszonyok uralkodtak? [szecskarago]
Néhány évtizede még úgy gondoltátok, hogy a forró "plazmakorszak" egészen a kezdetektől fennállt. Ma már tudjátok, hogy ezeket a "termodinamikai" jellegű, forró felvonásokat megelőzte az "inflációnak" nevezett, gyorsuló tágulással jellemezhető, igen rövid, de drasztikus változásokat hozó korszak, amelynek létezésére csak 1980-ban következtettetek, mégpedig részecskefizikai elméleteitek alapján, és amelynek létezését tudósaitok csak nemrég fogadták el általánosan. Ennek a korszaknak a végén, a vákuum "halmazállapot-változásával" jött létre a későbbi korszakok főszereplője, a forró részecskeplazma. Még korábban pedig a kvantumgravitáció uralkodott, amelyről jelenleg nem tudtok semmit, és erre nagyon büszkék is vagytok, hiszen azt legalább értitek, hogy milyen matematikai nehézségek miatt nem lehet összebékíteni a két legáltalánosabb fizikai elméletet, a részecskéket leíró kvantumelméletet és a gravitációt magyarázó általános relativitáselméletet. E két elmélet összeegyeztetéséért, a majdani kvantumgravitációs elméletért kb. 2052-ben adják ki az első Nobel-díjat. Fiatalok, lehet igyekezni! Ha ez meglesz, még mélyebbre pillanthattok a múlt mélységes kútjába, fizikai tudásotok még jobban meg fogja közelíteni a Nagy Bumm pillanatát.

Hogy lehet az, hogy senki sem volt ott "akkor", és mégis ennyire alá van támasztva, hogy mi is történt? És ha nem is így volt? [AFeketeDalnok]
Természetesen egyetlen tudományos elmélet sem adja meg a Végső Választ, de egyre jobban megközelíti azt. A szokásos (természet-)tudományos módszer működik itt is: a tapasztalatok alapján elméleteket állítotok föl, ezek alapján számításokat végeztek és a világ új, még nem ismert tulajdonságait jósoljátok meg. Ezután ezeket összehasonlítjátok az új csillagászati tapasztalatokkal - és ha kell, korrigáljátok a modelleket. Ebben a folyamatban a 2000-es évek elején drámai előrehaladás történt: az Univerzumot kitöltő anyag számos új tulajdonságát sikerült pontosan megmérnetek, és ezzel a versengő elméletek közül kiválasztani a legmegfelelőbbet. Ma már a kozmológiátok nem önkényes spekulációk és vad elképzelések halmaza, hanem a fizika más ágaihoz hasonlóan nagy pontossággal végzett méréseken és részletesen kidolgozott elméleteken alapuló természettudomány. Finomodhat, pontosabb lesz, de a lényeges tényekben és alapkérdésekben már nem fog durván változni.

Mikor születtek az első galaxisok? [elektron567]
Az Univerzum tágulását leíró forgatókönyv korábbi verziói szerint egy-két milliárd évvel a Kezdet után. Újabban azonban a csillagászok olyan távoli galaxisokat is találtak, amelyek már pár százmillió évvel utánam is léteztek. Újra kell tehát gondolni és számolni a forgatókönyveket. Ami nem is baj, és amúgy is aktuális, hiszen az egész rekonstruált kozmológiai történet leginkább kérdéses, leggyengébb lábakon álló része a galaxisok képződése, ennek ideje, mechanizmusa, részletei. A következő években ezen a téren sok új és érdekes eredmény, fejlemény várható, tessék szorgalmasan olvasni az [origo] tudományos rovatát, valamint a http://hirek.csillagaszat.hu/ weblapot...