Az Univerzum
A kozmológia jelenlegi elmélete szerint az Univerzum egy gigászi robbanásban született meg. Az idők folyamán felfúvódott mint egy léggömb. Ezt a gömböt a négydimenziós térben kell elképzelni.A gömb felülete a mi háromdimenziós Univerzumunk. Mi ebben az ábrázolásban csak mint kétdimenziós lények vagyunk és a gömb belseje számunkra érzékelhetetlen, hiszen a gömb felületén élünk, ezt érzékeljük mi háromdimenziós térként. A robbanás a gömb középpontjában történt 14 milliárd évvel ezelőtt. Az Univerzum négydimenziós terét szférikus térnek nevezik, aminek mi csak a háromdimenziós vetületét érzékeljük, ezért lehetetlen megjelölni a világunkban az ősrobbanás pontját.(Megjegyzés: a robbanás kifejezés félreértésekre vezethet, mert nem egy már meglévő térben történt a robbanás - ahogyan mi a robbanást a tapasztalataink alapján gondoljuk - hanem maga a tér tágult robbanásszerűen, ahol a táguló téren kívül nincs semmi, amiben tágulhatna, azaz önmagában tágult.) Ebben az elképzelésben az Univerzum mérete véges, hiszen egy gömbnek a felületét egy véges számmal meg lehet adni, de egyben határtalan is, hiszen nincsen pereme. Bármeddig lehetne egy irányban menni, sohasem érnénk a végére. Tehát nem állhatna elő olyan szituáció, hogy elérkeztünk az Univerzum végére és nézzük meg, hogy mi van azon túl. Ez ennélfogva lehetetlen.A fentiekből az is következik, hogy elegendő ideig menve egy irányba, visszaérkezhetnénk oda,ahonnan elindultunk. Feltéve, hogy a négydimenziós gömb sugara jelenleg 14 milliárd fényév,a gömb egy főkörének hossza a sugár 2Pi-szerese, azaz kb. 90 milliárd fényév, amit a fény sebességével utazva csaknem 90 milliárd év alatt tudnánk megtenni. Ez eléggé reménytelen utazásnak tűnik, pláne azt is figyelembe véve, hogy ez alatt az idő alatt a gömb tovább tágul ami lehetetlenné tenné a visszaérkezést. Azaz a gömb nagyobb mértékben tágul mint ahogyan meg tudnánk tenni a főkörnyi utat. Jobb, ha lemondunk erről a próbálkozásról.A fenti ábra azt sugallja, hogy az Univerzum zárt, ezért jól szemléltethető egy gömbfelülettel.Amennyiben az Univerzum nem zárt, akkor egy sík vagy hiperboloid felülettel lehetne szemléltetni.Ezekben az esetekben a felületek végtelenek, azaz a fenti körbejárás eleve lehetetlen,a végtelenségig mehetnénk egy irányban és soha nem lenne vége az utazásnak.A továbbiakban, pusztán a jobb ábrázolhatósága miatt, a zárt Univerzum modellt szemléltetem. Az ábrán berajzolt kétdimenziós csillagászok mindegyike számára úgy tűnik, mintha ő lenne a világ középpontjában, hiszen a gömbfelület bármely pontját tekintve ez a csalóka látszat adódik.Ha a gömb felületére pöttyöket rajzolnánk - amelyek a galaxisoknak felelnek meg - és a gömböt mint léggömböt egyre nagyobbra fújnánk, akkor ahogy nő a gömb felülete ezek a pöttyök mind távolodnak egymástól. Minél távolabb van két pötty egymástól, annál gyorsabb ez a távolodás.Ezt észlelik a csillagászok manapság, amiből arra lehet következtetni, hogy a világunk jelenleg is tágul. Ezt a tágulást az időben visszafele vetítve - mintegy leeresztve a léggömböt - adódik az, hogy valamikor egy pontból kellett kiindulnia az egésznek. Ez volt a Nagy Bumm pillanata. Itt megjegyzem a fenti következtetés abból a feltételezésből indul ki, hogy az Univerzum homogén és izotróp és a világ azonos típusú anyagból áll. Ezt nevezik kozmológiai elvnek.Úgy tűnik, hogy ez igaz is az általunk belátható világrészre, de kérdés hogy vajon az egész világra nézve is igaz-e? Mert, ha nem igaz, akkor baj van az egy pontból való robbanással.Jobb híján fogadjuk el igaznak a kozmológiai elvet.
Az hogy valami egy paraméter szerint homogén, azt jelenti, hogy bármely azonos nagyságú részt kiválasztva belőle a részek az adott paraméter tekintetében azonos értéket mutatnak. Ha az ábrán paraméternek pl. a kis négyzetek színét tekintjük, akkor ez homogenitást mutat. Az Univerzum esetében a paraméterek a galaxisok eloszlása és az anyag típusa, ami azt jelenti, hogy nagyléptékben (galaxis-klaszter méretű kockákat tekintve) ugyanolyannak tűnik a világ. Nincsenek nagyon eltérő tartományok. Nincsenek pl. klaszter méretű üres kockák vagy galaxisokkal telezsúfolt tartományok. De olyan tartományokat sem észleltek még, ahol nem ugyanolyan típusú anyag lenne, mint a környezetünkben.
Az izotrópia pedig az irány szerinti hasonlóságot jelenti, azaz bármilyen irányba tekintve az Univerzum bármely pontjából, a kép hasonló lenne. Bárhol is lenne a Földünk az Univerzumban, körülnézve a világba hasonló képet látnánk (ez szintén nagyléptékben értendő). Az izotrópia jól lemérhető a kozmikus háttér-sugárzás méréséből, amely bármilyen irányból mérve gyakorlatilag azonos értéket mutat. Az a rendkívül csekély ingadozás, amely mégis kimutatható éppen a kozmikus sugárzás elindulásakor meglévő kis hőmérsékleti differenciákra utal, amely szükséges volt a csomósodások majd később a galaxisok létrejöttéhez.
Ha a csillagászok egy égi objektumot néznek, akkor annak távolságától függően az időben is visszalátnak a múltba. Ez azért van mert a fénysebesség véges nagyságú értéke miatt a fénynek időre van szüksége ahhoz, hogy a távoli objektumról hozzánk elérjen. Ez nemcsak nagy távolságokra igaz, akkor is egy múltbeli arcunkat látjuk, amikor a tükörbe nézünk. Nagy távolságok esetén a fény utazási ideje is nagy. Az Univerzum méretét tekintve nagy mértékegységet kell választanunk a távolságok mérésére. Ezt a mértékegységet fényévnek nevezzük, ami az a távolság amit a fény egy év alatt befut. Tekintve, hogy a fény sebessége kb. 300000 km/s, a csillagászati mértékegység igen nagy távolságot jelent. A fénysebesség fenti értéke vákuumban értendő, bizonyos anyagokban a fény ennél jóval kisebb sebességgel is haladhat. Sőt ma már ott tartanak a kísérleti fizikusok, hogy egészen le tudják csökkenteni a fény sebességét, akár meg is tudják állítani egy kis időre.
Mindezt kvantumfizikai hatások alapján az abszolút zéró fok közelében tudják elérni. Itt említem meg azt is, hogy amikor arról írok miszerint a fénysebességnél nagyobb sebesség nem létezik, akkor ez szintén a vákuumban értendő. Ugyanis lehetséges olyan atomfizikai kísérletet létrehozni, amikor pl. vízben a keletkezett elemi részecskék gyorsabban haladnak a fotonnál.
Ezt a jelenséget nevezik Cserenkov-sugárzásnak. Ez ahhoz hasonló optikai jelenség, mint amikor a szuperszónikus repülőgép lehagyja a saját hangját hangtölcsért képezve, hangrobbanás keletkezik. A fényévben megadott távolság azt is kifejezi, hogy a megfigyelt objektumról hány évvel ezelőtt indult el a fény. Egyre távolabbra nézve, egyre visszább látunk a múltba. A léggömb analógia szerint ez azt jelenti, hogy egyre kisebb sugarú léggömb felületekre látunk vissza. Jelenleg bizonyos mérésekkel már a 10-13 milliárd fényév távolság körül járnak, ami egyben ugyanannyi évvel korábbi időt is jelent a jelenhez képest. De egyben azt is jelenti, hogy a Nagy Bumm-hoz egyre közelítő állapotok vizsgálata is lehetővé válik. Azt mondhatjuk, hogy a Nagy Bumm kb. 14 milliárd évvel ezelőtt volt, de azt nem hogy akkor a Nagy Bumm tőlünk 14 milliárd fényév távolságra van, hiszen a Nagy Bumm a szférikus térben történt ami kívül esik a mi valós világunkon, a számunkra megszokott távolságokat pedig csak ebben a világban értelmezzük. De fel lehet fogni ezt a kérdést úgy is, hogy a gömbfelület minden pontja egyszer a Nagy Bumm-ban volt, és ebből a szempontból nincs kitüntetett pontja az Univerzumnak. Ezért az Univerzum bármely pontja tekinthető a Nagy Bumm pontjaként is. Azaz, mindenütt ott van és még sincs sehol.
A Nagy Bumm-ot persze optikai módon soha sem fogjuk meglátni, mert egy távolság után eltűnik a fény, ugyanis az Univerzumnak volt egy sötét korszaka, amikor az első csillagok még nem fénylettek fel. A Nagy Bumm pedig még azelőtt volt, igaz már nem túlságosan sok idővel azelőtt. A rádió-hullámok tartományában esetleg a fentinél tovább is lehet látni, de a nukleo-szintézist megelőző időszak már amiatt sem észlelhető mert akkor még az atomok sem léteztek, azaz valójában nem volt masszív anyag amit látni lehetne. Ha a sötét korszakon valahogyan túl lehetne látni optikai módon, akkor láthatnák a robbanás vakító fényét. Ezt a fényt nevezzük kozmikus háttérsugárzásnak, amelynek maradványa még ma is mérhető. Hullámhossza azóta a tér tágulása miatt megnyúlt és a látható tartományból a mikrohullámú tartományba került. Hőmérséklete is lecsökkent, jelenleg 3 Kelvin fok körülire, ami az abszolút zéró fokot közelíti. Egyébként magát a Nagy Bumm-ot még akkor sem lehetne látni, ha történetesen valamilyen módszerrel vissza tudnánk nézni egészen odáig. Ugyanis a Nagy Bumm a szférikus térben volt, ami számunkra elérhetetlen. A fenti ábra csalóka, mert azt sugallja, hogy mégis átlátunk a gömb belsejébe amennyiben az egyre kisebb gömbfelületeket látjuk. Márpedig ez nem így van, bármilyen messze nézünk vissza az időben mindig azt a felületet látjuk amit egyáltalán érzékelni tudunk.
Ennek illusztrálására itt van egy másik ábra amelynek a felső két része az idő-tengely mentén eltolt tágulást mutatja, az alsó két része pedig a táguló gömbnek egy a középpontra illeszkedő síkmetszetét ill. egy forgás-felületét mutatja. Hogy az észlelési görbét miért így ábrázoltam azért van, mert úgy gondolom, hogy önmagunk múltját elvileg sem láthatjuk (legfeljebb a Nagy Bumm pillanatában láthatnánk. De hát hol voltunk mi akkor? Természetesen nem ránk emberekre gondolok, hanem az égi objektumokra). Ezért a spirális görbe éppen a Nagy Bumm-ban végződik miközben egy teljes kört ír le. Amennyiben a görbe több kört is leír, akkor esetleg láthatnánk a Naprendszert egy korábbi állapotában. Ha a görbe úgy jut el a középpontig, hogy közben nem ír le egy teljes kört, akkor nem állhat elő olyan szituáció amelynél észlelni lehetne bármely égi objektum egy korábbi állapotát is. Én az egy kört leíró görbe mellett voksolok, mert valahogy ez szimpatikus nekem.
Az ábrán két megfigyelőt (A és B) ábrázoltam, akik két ellentétes irányba végeznek észlelést. Az észlelési vonalak egy spirális görbét írnak le. Ezek a görbék a háromdimenziós térben észlelési felületeket írnak le, melyek egyikét az ábra jobb-alsó része szemlélteti. A középen lévő kis fekete rész az Univerzum sötét korszakát jelzi. A skála a robbanástól számított milliárd éveket (Gév) mutatja. Az A megfigyelő a felvett galaxist (G) két különböző állapotában is láthatja (Gp és Gl) ellentétes irányokba tekintve. De a B megfigyelő már csak egy korszakában (Gz)láthatja ugyanazt a G galaxist. Az ábráról leolvasható, hogy a G galaxis Gp metszete az észlelési görbével a G galaxis 3 Gév-vel ezelőtti állapotát mutatja. Ellenkező irányba nézve a G galaxis egy még korábbi 11.5 Gév-vel korábbi állapota látható (Gl), amennyiben egyáltalán kialakult már akkor ez a galaxis. A fenti ábrázolás szerint elmondható, hogy a galaxisok két különböző állapotának megfigyelése szempontjából az Univerzum félideje (7 Gév) egy választóvonal. Ha egy galaxis 7 Gév-nél korábban alakult ki a Nagy Bumm után, akkor esetleg két állapotban is látható az észlelő pozíciójától függően. A fenti idő után kialakult galaxisok csak egy állapotukban észlelhetők. Természetesen itt nincs figyelembe véve a galaxisok saját mozgása vagy esetleges egyesülése. Az ábráról az is leolvasható, hogy az Univerzum különböző pontján lévő megfigyelők (A és B) más-más észlelési felületeken látnak vissza a múltba. Tehát mindenkinek saját észlelési felülete van. Természetesen a Föld mérete olyan kicsi a világegyetem méretéhez képest, hogy a Föld bármely pontján lévő észlelő gyakorlatilag ugyanazon a felületen lát vissza a múltba. Egy tőlünk távolabb lévő megfigyelő már teljesen más észlelési felületet látna, de ezek a felületek mind egybevágóak, csupán a helyzetük változik az észlelő pozíciójától függően. Amennyiben az A megfigyelő szerinti észlelési felület M pontjában létezett egy galaxis kb. 7 milliárd évvel ezelőtt, akkor az bármely irányba nézve észlelhető az iránytól függő más-más nézetben. Ha nem volt ott galaxis abban az időben, akkor ez az érdekes szituáció nem áll fenn így meg sem figyelhető a Földről, ha az A pontot a Földdel azonosítjuk. Egyébként, ha elő is állna ilyen eset, akkor sem lenne könnyű bebizonyítani, hogy ugyanarról a galaxisról van szó. A háromdimenziós Univerzumunk a fenti ábrázolásban egy kétdimenziós gömbfelületen van, de mi nem érzékelhetjük ezt a felületet a jelen állapotában, csupán az észlelési felületet látjuk. Valójában a számunkra realizálható világ ezen az észlelési felületen van. Mindehhez gondoljuk még hozzá, hogy ez az észlelési felület tulajdonképpen háromdimenziós, így az észlelési felület a szférikus térben valós észlelési térként van jelen a megfigyelő számára. Az ábrán felvett skála a robbanástól eltelt időt jelzi Gév-ben kifejezve. Az észlelők az észlelési felület mentén látnak vissza a múltba, a távolságok tehát ezen felület mentén értendők. Az ábráról szemmel láthatóan az olvasható le, hogy a spirális vonal hosszabb a sugárnál. Ez azt is jelenthetné, hogy a gömb sugárirányú tágulása kisebb mint a fénysebesség, de ezt nem lehet így értelmezni, mert az Univerzum tágulásának sebessége nem mérhető össze a világunkban megszokott sebességekkel. Ahhoz, hogy ezt mérhesse valaki, az Univerzumon kívül kellene lennie. A fenti távolság-idő összefüggés miatt a jelenünket nem tudjuk látni a jövőnket meg mégúgy sem. Legfeljebb a múltbeli folyamatok alapján extrapolálhatunk a jelen ill. a jövő leírására. Nyugodtan mondhatjuk azt, hogy bár a jelenben élünk mégis a múltat látjuk és a múltban történt események hatnak ránk.
Egyébként is a távolságok értelmezése más egy állandó állapotú (nem táguló) világban, mint egy táguló világban. Lásd az alábbi ábrát! Egy nem táguló világban két objektum távolsága nem változik sok év eltelte után sem, ha nem volt saját mozgásuk. De más a helyzet egy táguló világ esetén. Ilyenkor miközben a fény utazik egyik objektumtól a másikig, a tér egyre nyúlik a két objektum között. Mire a fény eljut egyiktől a másikhoz, már jóval nagyobb lesz a távolság az objektumok között, mint az eredetileg volt. Úgy tűnik, mintha a két objektum fénysebességnél nagyobb sebességgel távolodott volna egymástól, holott a fény sebessége ugyanaz maradt, csupán a tér tágult a fény utazási ideje alatt. Ezért ne csodálkozzunk, ha azt halljuk vagy olvassuk, hogy egyes csillagok pl. 30 milliárd fényévre (30 Gfév) vannak tőlünk, holott az Univerzum kora csupán 14 milliárd év (Gév). A fenti értelmezés szerint az Univerzum mérte 70-80 Gfév körüli.
A fentieket még megtoldom egy további ábrával, amely azt ábrázolja, hogyha belenézünk egy távcsőbe, akkor ahogy egyre nagyobb távolságot vizsgálunk egyre nagyobb területet is látunk az égboltból. Ez azért van, mert minden távcsőnek van egy nyílás-kúpja amely a távolság növekedtével egyre nagyobb területet fog be. Az ábrán rajzolt nyílás-kúp (piros vagy zöld színekkel jelölve) szerint a jelentől vett 9 Gév-vel korábbi időpontnál a távcső már befogná az akkori teljes Univerzumot. Ezen időponton túlnézve a távcső nyílás-kúpjának már szűkülnie kellene ahogy az Univerzum mérete is szűkül, mert az Univerzumon kívülre nem láthatunk. Mi a fénysugár vonalát egyenesként érzékeljük, ezért az elhajlott fényt kiegyenesítettnek látjuk, azaz nem tudjuk érzékelni a fény görbülését. Ha a fénykúp beszűkülése optikai módon is elérhető lenne, akkor legfeljebb azt látnánk, hogy egy távolság után már az Univerzum összes galaxisa benne lenne a látótérben (amennyiben azok léteztek már akkor) és még távolabbra nézve újabb galaxisokkal már nem bővülne a látómező. Amennyiben a nyílás-kúp beszűkülése a fény elindulásának időpontján túl esne, akkor nyílván nem lehetne észlelni ezt egyrészt azért, mert akkor még galaxisok sem voltak, másrészt azért mert azon túl fény hiányában optikai módon már nem lehet észlelni. Ha a fenti elgondolás igaz, akkor a rajzról leolvasható, hogy ellentétes irányokban észlelve ugyanazzal a távcsővel láthatnánk egy olyan területét a világnak (ahol a két színes sáv metszi egymást) ahol ugyanazok az égi objektumok vannak (a rajzon az M1, M2 galaxisok). Nem is beszélve arról az esetről, amikor már az egész Univerzumot befogva, a benne lévő összes égi objektum láthatóvá válna.
A Nagy Bumm előttről bizonyos elmélet szerint nincs értelme beszélni, mert nem volt sem anyag, sem tér, sem idő. Azaz nem volt semmi, a semmiről pedig nehéz bármit is mondani. A legújabb elméletek szerint viszont lehet értelmezni a Nagy Bumm előtti állapotot is. Eszerint van a kvantumfizikai vákuum (fals vákuum), amelyben a határozatlansági-elv szerint valódi vákuum-buborékok keletkeznek, akárcsak ahogyan a forráspontra hevült vízben addig nem létező buborékok jelennek meg. Egy-egy ilyen valódi vákuum-buborék egy-egy Univerzumnak felel meg. Azaz számtalan világ létezhet, melyeknek semmi kapcsolatuk nincs egymással. Egyesek hamar eltűnnek, mások hosszabb életűek lehetnek. A fizikai konstansok és fizikai törvények is mások lehetnek a különböző világokban. A mi világunk azon szerencsések közé tartozik, amelyben a fizikai paraméterek megengedik a stabil anyag létrejöttét és a hosszú élettartam miatt az anyag különböző megjelenési formáinak kialakulását. Mivel a fals vákuumban mégis események történnek (valódi vákuum-buborékok keletkeznek), akkor valahogyan értelmezni kell az időt is. De ez az idő nyilván más kell legyen mint az az idő, amit mi használunk a mindennapi életben. Ezt az időt képzetes időnek nevezik, amely akkor vált át valós idővé, amikor a buborék megjelenik, és ez az idő az adott buborékhoz tartozik. Hasonló ez ahhoz, ahogyan a valós és képzetes számokat értelmezzük. A valós számok halmaza csak részhalmaza a képzetes számoknak. Ha megvizsgáljuk egy ilyen világ keletkezését energetikai szempontból, akkor úgy tűnik, hogy a semmiből energia keletkezett, ami eléggé zavaró dolog lenne az energia-megmaradás elve szerint. De nem esik csorba ezen az elven mert az Univerzum tömegei illetve sugárzó energiái, amelyek pozitív energiát képviselnek, ellensúlyozva vannak a gravitáció negatív energiájával. A kettő összege éppen zérus. Tehát a zérus energiából zérus összegű energiák keletkeztek. Itt megjegyzem, hogy én harmadik energiaként egy feszített rugóhoz hasonlóan működő energiát is hozzávennék, amely a tér tágulása szemszögéből hol ellene hat a gravitációnak, hol azonos módon hat vele. Én a továbbiakban csak egy buborékról, a mi Univerzumunkról szeretnék írni.
|
AJÁNLOM AZ OLDALT
Friss bejegyzések
Friss hozzászólások
