Döbbenetes új elmélet: több univerzum ütközése hozta létre a világegyetemet

A híres M51 Örvény-galaxis. Edwin Hubble 1929-ben fedezte fel, hogy a galaxisok távolodnak egymástól

Fotó: NASA-ESA

Az már korábban is ismert volt, hogy a világegyetem a mintegy 13,8 milliárd éve bekövetkezett ősrobbanás óta folyamatosan tágul. Teljesen új módon, több univerzum ütközésével közelíti meg a Big Bang, vagyis az ősrobbanás egyelőre még megválaszolatlan kérdéseit az a nemrég publikált elmélet, amelyet a Koppenhágai Egyetem Niels Bohr Intézete, valamint a Tokiói Műszaki Egyetem szaktudósai közöltek a Journal of Cosmology and Astroparticle Physics szakfolyóiratban. Az einsteini általános relativitáselmélet alapján a tágulásnak az idő múlásával lassulnia kellene, de a közelmúltban Samuel Perlmutter, Brian P. Schmidt, és Adam Riesset bebizonyították, hogy a világegyetem ezzel szemben gyorsulva tágul. A rejtélyre egyelőre nincsen empirikus magyarázat, a gyorsuló tágulást jelenleg a hipotetikus sötét energiára vezetik vissza a kozmológusok. Mivel ez pillanatnyilag még nem több puszta feltételezésnél a jelenségnek más magyarázata is lehet.

Már Einstein is felismerte, hogy az univerzum nem lehet statikus rendszer

Albert Einstein az 1916-ban publikált általános relativitáselméletében egy olyan matematikai modellt állított fel, amely egyesíti a teret és az időt. Az einsteini modellben a téridő négydimenziós koordináta-rendszer, amelyben a három térkoordináta negyedikként az idővel egészül ki, a rendszer pontjai pedig egy-egy eseménynek felelnek meg. 

Az általános relativitáselmélet egyik legfontosabb axiómája, hogy az anyag meggörbíti a téridőt. 

Ebből viszont az következik, hogy az univerzum sem lehet végtelen, mivel az anyag térbeli kiterjedéssel és tömeggel rendelkezik. A gravitáció Einstein értelmezésében a tér görbültségének a következménye, egy olyan kölcsönhatás, ami a tér torzultságának, vagy ha úgy tetszik, az univerzum végességének a következménye. 

Albert Einstein 1916-ban publikálta az általános reletiitáselméletet
Fotó: https://phys.org/news/2023-10-creation-quantum-entanglement.html 

Az általános relativitáselmélet által megjósolt fényelhajlás tényét alig három évvel az elmélet publikálása után Sir Arthur Stanley Eddington brit csillagász észlelési adatai bizonyították be 1919-ben. Einstein véges, de határtalan térelméletében egy újabb felfedezés jelentett további fontos fordulópontot. Edwin Hubble amerikai csillagász 1929-ben megfigyelte, hogy miné távolabb van tőlünk egy galaxis, a színképében annál nagyobb a vöröseltolódás, vagyis a távolsággal arányosan növekszik a kozmikus objektum látszólagos távolodási sebessége. Hubble felfedezése alapozta meg a táguló világegyetem elméletét, ami ma már tudományosan bizonyított ténynek számít. Azt már a relativitáselméletek atyja, Albert Einstein is felismerte, hogy az univerzum nem lehet statikus egység, hanem egy olyan mozgásban lévő rendszer, amely vagy tágul, vagy pedig összehúzódik. 

Edwin Hubble amerikai csillagász fedezte fel a vöröseltolódás segítségével az univerzum tágulását 
Fotó: Space.com 

Einstein azonban még a saját számításaival szemben is szkeptikus volt, ezért a probléma áthidalására iktatta be az úgynevezett kozmológiai állandót, amit Hubble felfedezése uttán élete legnagyobb tévedésének nevezett. Egy belga fizikus Georges Lemaitre  jutott először arra a felismerésre, hogy amennyiben a galaxisok folyamatosan távolodnak egymástól, akkor a múltban kellett lennie egy olyan pillanatnak, amikor az ismert világegyetem összes tömege egyetlen szingularitásban egyesült. Az elmúlt évtizedek egyre pontosabb észlelési adatain alapuló számítások szerint ez az állapot mintegy 13,8 milliárd évvel ezelőtt állhatott fenn, és ebből a szingularitásból egyetlen eseménnyel, az ősrobbanással jött létre az általunk ismert univerzum.

Egy megmagyarázhatatlan rejtély: egyre gyorsabban tágul az univerzum

A táguló világegyetem kérdése egészen 1998-ig tűnt problémamentesnek, ám ekkor Samuel Perlmutter, Brian P. Schmidt és Adam Riesset kutatási eredményei bebizonyították, hogy az univerzum az addigi várakozásokkal szemben gyorsulva tágul. (A felfedezés, illetve a gyorsulva táguló univerzummal kapcsolatos kutatásainak köszönhetően a három tudós 2011-ben elnyerte a fizikai Nobel-díjat.) A világegyetem gyorsuló tágulása mindannak ellentmond, amit addig az univerzum keletkezésével kapcsolatban tudtunk. A probléma áthidalására állították fel az ismeretlen eredetű és a gravitációval ellentétes erőhatás, a sötét energia elméletét.

Samuel Perlmutter, Brian P. Schmidt, és Adam Riesset az univerzum gyorsuló tágulásával kapcsolatos kutatásaikért nyerték el a 2011-es fizikai Nobel-díjat 
Fotó: Nobel Prize

 Az erre vonatkozó hipotézis szerint az egész univerzumot kitöltő sötét energia erős antigravitációs hatást indukál, vagyis negatív nyomóerőt hoz létre. Az, hogy honnan eredhet az egyelőre még csak elméletben feltételezett sötét energia, továbbra is kérdéses. Az egyik ehhez kapcsolódó elmélet szerint a sötét energia egyenletesen tölti ki a teret, vagyis konstans energiasűrűségnek számít. A másik hipotézis viszont úgy véli, hogy a sötét energia egy olyan dinamikus erőtér, amelynek térben és időben is változhat az energiaszintje. Albert Ensten eredetileg úgy vélte, hogy az univerzum tágulása végtelen ideig tart. 

A sötét energia létét Einstein kozmológiai állandója is előrevetítette 
Fotó: Trendin Tech

Ezzel szemben Paul Steinhardt és kollégái a rendelkezésre álló empirikus adatora építve kimutatták, hogy a feltételezett sötét energia antigravitációs hatásának az idő múlásával egyre jobban csökkennie kell, tehát az univerzum tágulása sem tarthat végtelen ideig. Ez alapozza meg az ősrobbanás, a „nagy bumm” ellentétpárját, az úgynevezett „nagy reccs” elméletét, mely szerint az univerzum tágulása egy bizonyos idő eltelte után megáll, és a gravitáció hatására elkezd összehúzódni, hogy majd a távoli jövőben ismét egy olyan szingularitásban egyesüljön a világegyetem teljes tömege, mint amiben az ősrobbanás pillanatában is létezett.

Több univerzum kapcsolódhat egymáshoz

Noha a sötét energia hipotézise általánosan elfogadottá vált, de ennek létezését mindeddig nem sikerült bebizonyítani. Többek között ez indította arra a 2023. december 12-én publikált új tanulmány szerzőit, hogy más magyarázatot keressenek az univerzum gyorsuló tágulására. "Munkánknak az a fő megállapítása, hogy világegyetem felgyorsult tágulására, amelyet a titokzatos sötét energiára vezetnek vissza, létezik egy egyszerűbb intuitív magyarázat is, az úgynevezett bébi univerzumokkal való egyesülés, és ennek a modellje jobban illeszkedhet az empirikus adatokhoz, mint a standard kozmológiai modell” – nyilatkozta a tanulmány vezető szerzője, Jan Ambjørn, a Koppenhágai Egyetem fizikusa. Bár az az elképzelés, hogy több univerzum is létezhet amelyek kölcsönhatásba lépnek a miénkkel, nem új keletű teória, ám a most nemrég publikált tanulmány egy vadonatúj matematikai modellt fejlesztett ki annak feltárására, hogy más univerzumok milyen hipotetikus hatással lehetnek a mi univerzumunk fejlődésére. 

A multiverzum elmélet szerint az általunk ismert világegyetemen kívül végtelen számú más univerzum is létezhet 
Fotó: Smithsonian Magazine

A kutatók e tárgyban elvégzett számításai azt mutatják, hogy a feltételezett más univerzumokkal való egyesülés megnöveli a saját világegyetemünk térfogatát, amit műszereink az univerzum tágulásaként érzékelhetnek. A tudósok az új matematikai modelljük alapján kiszámították az univerzum tágulási sebességét is, és azt találták, hogy a modelljük sokkal jobban illeszthető a több univerzum egyesülésének elméletéhez, mint a standard kozmológiai modellhez. (A standard kozmológiai modell szerint mivel a négy kölcsönhatás közül csak kettő, a gravitációs és az elektromágneses nagy hatótávolságú, de a testek a kétféle elektromos töltés miatt semlegesek, az univerzum „arculatát” egyedül a gravitáció alakítja, amelyet az általános relativitáselmélet a téridőgörbület következményeként kezeli.) A szerzők elmélete a kozmológiai infláció (felfújódás) problémájával is foglalkozik – azzal a titokzatos szupergyors tágulással, amely az univerzum korai pillanataiban történt.

Hogyan zajlik az univerzumunk fejlődése az új modell szerint?

Az elméleti fizikusok korábban úgy vélték, hogy ezt a tágulást, az "inflációt", egy hipotetikus mező okozta, amely az ősrobbanást követő első ezredmásodpercekben rendkívül gyors tágulási sebességet eredményezett. De az új tanulmányban a szerzők azt sugallják, hogy ezt a szupergyors korai tágulást az okozhatta, 

hogy az éppen megszületett fiatal univerzumunkat egy nagyobb univerzum nyelte el.

 „Az a tény, hogy az univerzum… nagyon rövid időn belül kitágult, arra enged következtetni, hogy ezt a tágulást egy nagyobb univerzummal való ütközés okozta, vagyis valójában a mi világegyetemünk volt az, ami egy másik születő univerzumban elnyelődött " - írták közleményükben a kutatók. 

A galaxisok időbeli fejlődését szemléltető ábra az ősrobbanástól a jelenig
Fotó: NASA/JPL-Caltech

"Mivel jelenleg nincs részletes leírásunk az abszorpciós (az elnyelődési) folyamatról, nehéz megítélni, hogy egy ilyen forgatókönyv megvalósulhat-e úgy, hogy az valóban megoldja azokat az inflációval ( az univerzum tágulásával, a szerk.) kapcsolatos problémákat, de egy ilyen forgatókönyvnek az az érdekessége, hogy nincs szüksége inflációs mezőre." A tanulmány szerzői azt feltételezik, 

hogy a keletkezésekor egy másik univerzummal való elnyelődés miatt megnagyobbodott világegyetemünk később is ütközött más univerzumokkal, 

amely így a jelenlegi állapotában több univerzumból állt össze. Bár a szerzők elmélete lehetővé teszi a modern kozmológia néhány fontos problémájának a megoldását, de csak a megfigyelési adatok igazolhatják a hipotézisüket. Jelenleg számos kísérletet végeznek a mikrohullámú háttérsugárzás (az ősrobbanás maradványa, a szerk.) tulajdonságainak tanulmányozására, így a tudósok a közeljövőben választ kaphatnak ezekre az alapvető kérdésekre.