A tér
Elképzelésem szerint a húrok kibomlottsági állapota a térrel azonosítható, azaz egy húr kibomlottságának mértéke azonosítható egy elemi térrel. Ez a felfogás azt sugallhatja, hogy a tér kvantált, hiszen minden húrnak saját tere van. De szerintem a tér nem tér-kvantumok összességéből áll, ugyanis a húrokhoz tartozó tér egyrészt a húr kibomlásával együtt változik, másrészt a húrok terei "átfedik" egymást egybefolyó teret alkotva. Ezt az átfedést úgy értem, hogy az egymással lazább vagy szorosabb kapcsolatban levő húrok a kibomlottsági állapotukat átveszik egymástól, így egy környezetben idomulás történik a húrok kibomlottságát illetően. A szoros kötésben lévő húrok (pl. egy protonban) szintén egymáshoz hasonló kibomlottságban vannak, de a kibomlottság mértéke a kötések miatt jóval kisebb, mint a szabad húrok esetében. Hasonlatos ez ahhoz, mintha egy pók gömbszimmetrikus háromdimenziós pókhálót szőne, melynek a közép- pontjában sűrűen vannak a szálak, kifelé haladva pedig egyre ritkábbak. Az ilyen térszerkezet egy tömegpont környezetében alakul ki. Ez a háló az egész Univerzumot beszövi, még ott is, ahol nincs tömeg (pl. a világűrben), mert anyag ott is van, amit mi látható vagy tapintható módon nem érzékelünk, de az ott uralkodó kibomlottsági állapot térként van jelen számunkra. Az egyes húrokhoz tartozó tér-kvantumok összessége által létrehozott teret ahhoz hasonlítanám, mint amikor az esőcseppek - mint "víz-kvantumok" - a tóban már egységes víztömeggé olvadnak össze. De ezen tó vize nem teljesen homogén, lehetnek benne helyi anomáliák mondjuk a viszkozitás tekintetében, pl. jégdarabok környezetében. A tér kvantumosságát inkább egy más nézőpont alapján lehetne értelmezni, ez pedig a Planck-féle távolság, ami egy más megközelítése a dolognak.
Szerintem az általunk érzékelt teret a szabad húrok feszítik ki. A Nagy Bumm-ot követően egy idő után megszülettek az elemi részecskék. Ezeket az összekapcsolódott húrok tömege alkotja. Ezek valamennyire összenyomott állapotban vannak, de a szoros kapcsolat nem engedi a húrok további lazulását. Eszerint az elemi részecskék és ezáltal az atomok is energiát tárolnak. Így magreakciók esetén előfordulhat, hogy az átrendeződés során a feszültség összességében oldódik. A felszabadult energiát atomenergiaként emlegetjük. Természetesen a tömeg-energia ekvivalencia miatt is keletkezhet szabad energia az atomok átalakulása során. A részecskében lévő húrokban felhalmozott feszültség átterjed a környezetükben lévő szabad húrokra is. A környezetre kiható tér-deformáció idézi elő a testet környező görbült teret. Ezen görbület nagyságának a mértéke függ a test tömegétől és a test középpontjától mért távolság négyzetével fordított arányban csökken. Az előzőekből kitűnik, hogy a teret, mint olyant, önmagában nem tudom elképzelni. Nonszensznek tartom a magában lévő üres (anyag nélküli) teret. Szerintem a tér is az anyaggal kapcsolatos, az anyagnak egyik megnyilvánulási formája. Ha megpróbáljuk kivonni az anyagot úgymond a térből, akkor azzal a teret is megszüntetjük. Amikor azt mondjuk, hogy az ősrobbanást követően a tér tágult, akkor az a látszat keletkezhet bennünk mintha a tér az anyagtól független valami lenne. Én elfogadom a tágulást, de a teret is anyaginak tekintem. A tér tágulásán az anyag kibomlását értem. Azt a teret, amit mi üres térként gondolunk csak azért gondoljuk üresnek, mert nem tudjuk sem érzékelni sem detektálni azokat az anyagi formákat amelyek az úgymond üres teret képezik. A mi makroszkópikus világunkban létrehozott legpontosabb műszerek sem képesek jelezni az anyagnak azokat a parányi részeit, amelyek a tér nagy részét kifeszítik. A kutatók tudják, hogy az általunk vákuumnak nevezett tér nem üres, hanem tele van részecskékkel. Szerintük WAMP-ok (gyengén kölcsönható, tömeggel rendelkező részecskék) és bizonyos neutrinók töltik ki a teret, de ezek olyan parányi részecskék, amelyek detektálása szinte lehetetlennek tűnik főként azért, mert nincs vagy alig van kölcsönhatásuk a többi anyagi részekkel. Valószínű, hogy a teret kifeszítő húrok már azért sem észlelhetők számunkra, mert ezek már csak a négydimenziós térben lennének észlehetők, amit mi - lévén, hogy háromdimenziós lények vagyunk - képtelenek vagyunk érzékelni. Röviden, az én véleményen az, hogy a tér és az idő is az anyagból származtatható, ezek az anyag tulajdonságaként foghatók fel, ill. abból eredeztethetők.
A tér görbületét csak tér-hálók megrajzolásával tudjuk illusztrálni. Ezek a valóságban nem léteznek, de segítségükkel szemléletessé tehetjük a tömeg által előidézett tér-deformációt. Az ábra első képe a két dimenziós tér deformációját próbálja szemléltetni, amint a tömeg egy kúpszerű bemélyedést hoz létre így deformálva el a síkfelületet. Az ábra további részei a három dimenziós térben a térrács vonalait ábrázolják tömeg nélkül ill. tömeggel, attól függően, hogy a deformációs hatást milyen irányúnak tekintjük.
A mai napig nem tágult még ki annyira az Univerzum tere, hogy a szabadon maradt húrokban teljesen feloldódjon a feszültség. Ezek még mindig valamennyire összenyomott állapotban vannak. Ezért még most is nagy nyomást fejtenek ki, ez pedig a tér tágulását eredményezi. Ez a nyomás a sötét energia, amely a sötét anyag jellemzője és a világ anyagának 73%-át adja. Hogy mennyire képesek ezek a húrok kilazulni, azt nem lehet tudni, lehet hogy nagymértékben. A szabad húrok nem akadályozzák egymás mozgását és a már stabil képződmények mozgását sem. A szabadon maradt húrok nagy tömege alkotja tulajdonképpen az Univerzum terét. Ezek a húrok nem vesztették el a rugalmasságukat, ezért bármilyen rezgést könnyen továbbítanak. Mivel együttesen egy összefüggő teret alkotnak, ez a tér úgy viselkedik mint egy izotróp rugalmas közeg, amelyben a hullámok szabadon gömb-szimmetrikusan terjedhetnek. Pl. egy foton mozgása ebben a térben felfogható úgy is, mint a rugalmas közeg egy fodrozódása. A szabad húrok sokasága számunkra érzékelhetetlen, csupán a hatásaiból tudunk következtetni rá. Az általunk érzékelhető anyag (atomok) által kifeszített tér a világ terének csak töredékét adja.
Az Univerzum terének méretét alapvetően két nagy hatás befolyásolja (a gravitáció és a sötét energia). A gravitáció összehúzni igyekszik az Univerzumot, a sötét energia pedig tágítani. E két nagy hatás viszonyától függ, hogy mi lesz a sorsa az Univerzumnak. Az Univerzum anyagának sűrűségét tekintve három eset lehetséges.
A sík Univerzum-modell esetén a hatások egyensúlya alakul ki. Ezt a szituációt a világ átlagos sűrűségének és egy kritikus sűrűségnek a viszonyával szokták megadni (omega). Ennek értelmében a sík Univerzumra nézve az omega=1 érték adódik. Ez egy eléggé balanszírozott állapot, ami könnyen kibillenhet ebből (sík-probléma) és átfordulhat a másik két állapot valamelyikébe. Sokak szerint természetfeletti beavatkozásra lenne szükség ahhoz, hogy az állandóan jelentkező kis perturbációk kiigazításával megmaradjon az egyensúly. A sík Univerzum jövője nem sok jót ígér, mert a csillagok üzemanyagaként szolgáló könnyű elemek egy idő után elfogynak. Újak pedig olyan tömegben nem termelődnek mint a Nagy Bumm-ot követően, ezért fokozatosan kihunynak a csillagok és sötét, jéghideg világ marad utánuk.
A zárt Univerzum esetén (omega>1) egy idő után győz az összehúzó hatás és az Univerzum tágulása átfordul zsugorodásba, amelynek a vége az egy pontba való összeomlás. Ezt a pontot szingularitásnak nevezik. Az elmélet szerint a sűrűség végtelen nagy lesz, a térfogat pedig zéró és megszűnnek a fizika törvényei. Szerintem viszont nem ennyire teljes ez az összeomlás, a tér nem teljesen zérus és az idő sem áll le teljesen. Ez lehetőséget ad egy újabb robbanásra. Hasonló összeomlási folyamat zajlik le egy fekete lyuk létrejöttekor. A fekete lyuk egy nagytömegű csillag összeomlásakor jön létre, amikor az elégette az összes üzemanyagát. Ilyenkor egy szupernóva robbanás kíséretében ledobja a külső rétegét, a megmaradt rész pedig már nem képes többé ellenállni a gravitáció összeroppantó erejének, hiszen már nincs a magreakciókból származó ellennyomás. Ekkor a megmaradt csillag-anyag összeomlik. A csillag tömegétől függ, hogy valamilyen sűrű anyagú törpe égitest, esetleg neutroncsillag vagy fekete lyuk lesz belőle. Fekete lyukká akkor válik, ha olyan nagy lesz a sűrűsége, hogy a fény sem tud elszakadni tőle, azaz a szökési sebességnek nagyobbá kellene válnia a fény sebességénél. Ezt túllépni pedig lehetetlen. A fekete lyuk az elmélet szerint szintén szingularitás. Ki lehet számolni egy a fekete lyukat körülvevő és annak tömegétől függő gömbfelület sugarát (Schwarzschild-sugár), amelyet kívülről átlépve visszatérni már elvileg sem lehetséges, csak belezuhanni a fekete lyukba. Ezt a gömbfelületet nevezik a fekete lyuk esemény-horizontjának. A tér és az idő koordináták ebben a tartományban felcserélődnek, áthaladva az eseményhorizonton, ami a horizonton kívül a megtett utat jelentette, a horizontot átlépve már a jövőt jelenti. Ez a jövő ám nem túl bíztató az oda tévedőnek, mert az árapály-erők pillanatok alatt szétszednék. Forgó fekete lyuk esetén (és valószínű, hogy minden fekete lyuk forog) két egymásba ágyazott eseményhorizontról is lehet beszélni. A külsőt átlépve a tér és idő koordináták felcserélődnek, a belsőt is átlépve a csere ismét megtörténik, így elvileg vissza lehetne jutni a való világba. Persze nem ugyanoda és nem ugyanabba az időbe kerülne vissza a merész utazó mint az indulásnál volt, inkább egy másik Univerzumban találná magát (a matematikai megoldások szerint). Valójában sehol sem találná magát, mert pillanatok alatt meghalna és beolvadna a szingularitásba. A töltéssel rendelkező fekete lyuk matematikai modellje még bonyolultabb, újabb szférák is vannak.
A fekete lyuk eseményhorizontján kivüli környezetet mutatja a következő ábra. Az ábrán látható fekete gömbfelület a fekete lyuk esemény-horizontját ábrázolja. Maga a fekete lyuk ezen gömb középpontjában van, ami egy végtelenül meggörbült téridő tartománynak felel meg. Az ábra nagyon vázlatos, az akkréciós korong a valóságban jóval szélesebb, eltakarja az esemény- horizontot. A rajzon csak azt akartam jelezni, hogy az akkréciós korong az esemény-horizonton kívül van ezért az egy látható keringő gáztömeg.
Amennyiben a fekete lyuk a térnek egy szingularitása ahol összeomlanak a fizika törvényei is, akkor - kérdem én - hogyan számolhatunk mégis a horizont sugarával. De ez nemcsak egy számítási dolog, hanem a csillagászok észlelései is bizonyítják, hogy a fekete lyuk körül keringő anyagtömeg van (akkréciós vagy befogási korong), tehát a "tömegvonzása" éppen úgy létezik mint bármely más égitest esetében. Számomra ez azt jelenti, hogy az a matematikai szingularitás mégsem teljesedik egészen, hiszen akkor a megmaradási törvényének is meg kellene szűnnie. De ha a megmaradási törvények összeomlanak, akkor hogyan marad meg mégis a tömeg? Ezért is gondolom én, hogy a Nagy Reccs alkalmával sem omlana össze az anyag a matematikai értelembe vett szingularitássá. Ha pedig mégsem teljes az a szingularitás, akkor még lehetnek valamilyen fizikai törvények is ott, bár kétség nem férhet hozzá, hogy rendkívüli állapotok uralkodnak ekkor. Ha sikerülne megfejteni azt, hogy mi is van a fekete lyukban, akkor máris közelebb jutnánk az Univerzum rejtélyének megfejtéséhez is. Egyesek szerint a fekete lyuk maga egy újabb világot jelent, amihez nekünk már semmi közünk nem lehet. De ha ezt a gondolatot tovább visszük, akkor lehet, hogy a mi világunk is egy fekete lyuk, amely egy másik világban képződött. Mindez azt jelentené, hogy a szingularitáson túl is van egy világ, új fizikával. De akkor a különböző világok tereinek egymásba ágyazódásáról kellene beszélnünk. És ebben az esetben mi van a végtelenül összeroppant térrel? Én nem hiszem, hogy ez így lenne egyrészt azért mert mégiscsak van valami kapcsolatunk a fekete lyukkal, a "tömegvonzása" ebben a világban hat, másrészt a fekete lyuk hosszú idő alatt visszapárologhat ebbe a világba, azaz nem vész el örökre számunkra. Ha mégis igaz lenne az, hogy a mi világunk is egy fekete lyuk és ez is vissza- párologhat egy másik világba, akkor hogyan értelmezhető az ősrobbanás elmélete? Amennyiben úgy értelmeznénk ezt a másik világot, hogy a fekete lyuk a "túloldalon" felfúvódik és egy idő után a "köldökzsinór" elszakadva egy új világ születik, akkor természetesen a fekete lyuk e világba való visszapárolgásáról nem lehetne beszélni. De ez ellentmondana a megmaradási elveknek is, hiszen a fekete lyuk tömegének megfelelő energia eltűnne a világunkból. Hasonlóan sérülne az impulzusmomentum-megmaradásának elve is. Ez az elképzelés tehát a saját világunkra vonatkozó fizikai törvényeket is felborítaná.
Megjegyzés:
A fizikában nagyon fontosak a megmaradási törvények. Ezek a következők:
1. energia-megmaradás (energia-tömeg ekvivalancia az E=mc^2 szerint)
2. impulzus-megmaradás (egyenes vonalú egyenletes mozgás megtartása)
3. impulzusmomentum-megmaradás (forgó mozgás nyomatékának megtartása)
4. töltésszám-megmaradás (pozitív és negatív töltések)
5. barionszám-megmaradás (barionok a nehéz részecskék: pl. proton, neutron, stb.)
6. leptonszám-megmaradás (leptonok a könnyű részecskék: pl. elektron, neutrinó, stb.)
Hasonlóan fontosak a fizikai konstansok is. Ezek a következők:
1. fénysebesség
2. gravitációs állandó
3. Hubble-állandó
4. Planck-állandó
Nagyméretű fekete lyuk esetében, amennyiben már nincs anyag a fekete lyuk környezetében amit beszippantva tovább növelhetné a tömegét, még mindig ott van a vákuum-fluktuáció jelensége, amely valódi részecske-párokat generál, és ezek egyes részecskéi a horizonton átjutva még változtathatnak a fekete lyuk tömegén annak igen lassú csökkenését idézve elő. Kisméretű fekete lyuk esetében a horizont közelében az árapály (szétszakító) erők olyan nagyok lehetnek, hogy a virtuális részecske-párokat is képesek szétszakítani. Így ott részecskék és azok anti-megfelelői nagy tömegben jelennek meg. A horizonton kívül de annak közelében keletkezet részecske-pár anti-tagja bekerül a horizonton belülre, míg a másik tag kívül marad. Ez a fekete lyuk sugárzásaként fogható fel. Valójában ez a jelenség csak kvantumfizikai alapon magyarázható. A kvantumfizikában tudott, hogy nem lehet semminek sem a pontos helyét meghatározni, így az eseményhorizontnak sem. Ez azt jelenti, hogy az eseményhorizont nem egy élesen meghatározott gömbfelület, hanem ez a felület egy kissé elmosódott. Ezt figyelembe véve, ha a horizont közvetlen közelében keletkezik egy részecske-pár, akkor - amelyekre szintén vonatkozik a helyeik bizonytalansága - annak egyik tagja bizonyos valószínűséggel belül lehet a horizonton, amíg a másik tag szintén bizonyos valószínűséggel kívül eshet rajta. A belülre esőt mindenképpen elnyeli a fekete lyuk, amíg a kívül maradt részecske elszabadulhat a fekete lyuk gravitációs teréből. Annál könnyebben elképzelhető ez, ha a részecske-pár egy fotont és egy antifotont tartalmaz, de a fotonnak az anti-megfelelője önmaga. Tehát az egyik foton a fekete lyuk fogja lesz, míg a másik sugárzás formájában távozik a fekete lyuktól. Eszerint a fekete lyukak nem is annyira feketék, mert ez a sugárzás akár a látható tartományba is eshet, bár ez egy olyan lassú folyamat, hogy ennek a sugárzásnak az intenzitása gyakorlatilag elhanyagolható. De meg lehet közelíteni ezt a dolgot termodinamikai nézőpontból is. A fekete lyuk horizontjához közeledve a hőmérséklet hirtelen megugrik. Eszerint a fekete lyuk úgy viselkedik, mint egy sugárzó fekete test. De a kisugárzott energiát valahonnan pótolni kell. Kívülről nézve tehát a fenti jelenségek azt eredményezik, hogy a fekete lyuk sugárzást bocsát ki. Ez a kisugárzott energia a fekete lyuk tömegének rovására megy, ami azt jelenti, hogy a fekete lyuk fokozatosan párolog és hosszú idő után el is fogy.
Itt azért megjegyezném, hogy bár ez a jelenség matematikailag igazolható, de észlelni már csak azért is nehéz, mert ez egy igen lassú folyamat, nagyobb fekete lyuk esetén évmilliárdokig eltarthat. Kisebb fekete lyukak esetén ez a folyamat felgyorsul, a fogyás egyre erőteljesebb és a teljes elfogyás pillanatában nagy robbanással zárul (bár ez csak feltételezés, ilyent még nem észleltek). Elgondolkodtató az, hogy pl. egy neutroncsillag felszínének közelében miért nem alakulhat ki a Hawking-féle sugárzás? Hiszen a gravitáció már ott is elég nagy ahhoz, hogy az árapály-erő szétszakíthassa az éppen manifesztálódott részecske-párokat és mondjuk, hogy az egyik becsapódik a csillag felszínére, a másik pedig elszökik. A jelenség hasonló és ha ez megtörténhetne, akkor egy neutroncsillag is elfogyhat egyszer? Vagy akár egy kissebb tömegű égitestre is vonatkozhat ez? A fekete lyukak még mindig sok rejtélyt tartogatnak a számunkra. Példaként említem az úgynevezett információs paradoxont, amely szerint a fekete lyukba bekerülő információ is elvész számunkra. Ez azt jelentené, hogy a fekete lyukak állandóan nyelik az információt is, ami katasztrofális lenne a világ-felfogásunkra nézve, mert teljes bizonytalanságban lennénk a múlttal vagy a jövővel kapcsolatban. Nem tudhatnánk, hogy az az információ, amit a távcsövek közvetítenek nekünk, igazak-e vagy sem, hiszen az információk egy részét már elnyelték a fekete lyukak. Ez nem tetszik sem a fizikusoknak sem a csillagászoknak, mert nem lehetne semmi biztosat állítani. Cáfolták is az információ elvesztését matematikai módszerrel, de a gyakorlatban nehéz bizonyítani sem azt, hogy elvész sem azt, hogy megmarad. De szerintem, van itt egy másik bizonytalanság is, azzal kapcsolatban, amit a távcsövekben látunk. Ezt pedig a gravitációs-lencsehatás idézheti elő. Ez a hatás hasonló ahhoz, mint amit az üveg lencsék okoznak a rajtuk áthaladó fénnyel, eltérítik a fényt, azaz a fénysugár útja meggörbül. A gravitációs-lencsehatást a nagytömegű objektumok (galaxisok, fekete lyukak) idézik elő a mögülük érkező fényt illetően. Ez gyakran úgy jelentkezik az észlelőnél, hogy a lencse mögötti objektum képe megtöbbszöröződik a lencse körül. Mi van akkor - kérdem én - ha egy igen távoli objektum fényét már több ilyen lencsehatás érte, mire hozzánk elért? Lehet, hogy egészen máshol van az az objektum, mint ahol látszik. Lehetnek olyan eltérítő objektumok (pl. nagytömegű fekete lyuk), amelyek nem látszanak és a környezetükben sincs látható anyag, ezért nem jövünk rá, hogy a fénysugár ott is elgörbült. A szemléletesség kedvéért adok itt egy egyszerű rajzot a fentiekről:
Bemutatok még egy ábrát, amely a táguló térben való fény terjedését mutatja. Az ábrán az A galaxis a Nagy Bummtól számított 1 Gév-nél fénylett fel, de a B galaxis akkor még csak kialakulóban volt, azaz nem bocsátott ki látható fényt. Az ábra-sorozatban a rácsozat növekedése szemlélteti a tér tágulását, a színes körlapok pedig a fény terjedését az elindulásuktól számítva. A B galaxis csak a 3 Gév időpontban fejlődött ki annyira, hogy már fényt kezdett kibocsátani. 9 Gév-nél az A galaxis által kibocsátott fény éppen eléri a B galaxist. Ha a B galaxison él egy csillagász, akkor látni fogja az A galaxist, ami tőle 8 Gév távolságra van. De ha az A galaxison is él egy csillagász, akkor ő még nem fogja látni a B galaxist, mert B fénye még nem ért el hozzá, ez majd csak 15 Gév körül lesz lehetséges. Tehát nem biztos, hogy bármely időpontban kölcsönösen láthatják egymás galaxisainak fényét, ez a galaxisok keletkezésének időpontjától is függhet. Az ábra-sorozat mutatja, hogy a fény terjedése függ a tér tágulásától és a saját sebességétől (c).
Ha már a fekete lyukról volt szó, akkor megemlítem még a fehér lyukat és a féreg lyukat is. A fehér lyuk éppen fordítva működik, mint a fekete lyuk, mindent kidob magából, ami benne van. A féreg lyuk pedig a kettő kombinációja. Van egy bemeneti vége (fekete lyuk) és egy kimeneti vége (fehér lyuk), a két vég pedig valamilyen módon összeköttetésben van egymással. Azaz, ami beesik a bemeneti végen, az kilökődik a kimeneti végen. A féreg lyukak tehát téridő utazásra adhatnának lehetőséget, ha léteznének és az utazó egyáltalán kibírná az utazással járó kellemetlenségeket. A fehér lyuk matematikai nézőpontból létezhet, de a valóságban minden bizonnyal nem létezik, legalább is még ilyenre utaló nyomokat sem észleltek a csillagászok. Ha pedig a fehér lyuk nem létezik, akkor nyílván a féreg lyuk sem létezik. A féregjárat a görbült tér két távoli pontját alagút-szerűen összekötő járat, amely hasonlít a féreg lyukhoz, de ebben oda-vissza lehetne közlekedni, lerövidítve így a két hely közötti nagy távolságot. A bejáratai hasonlítanak a fekete lyukhoz, de a féregjáratnak nincs eseményhorizontja, hiszen nincs a középpontjában lévő hatalmas tömeg. Belépve az egyik bejáraton kint találná magát az utazó a másik végén a tér egy másik pontján és egy másik időben, mint amelyikben elindult. Féregjáratra utaló jeleket sem észleltek még, valószínű, hogy nem létezik.
A nyílt Univerzum esetén a világ tágulása nem áll meg (omega<1). A tér állandó tágulása azt eredményezné, hogy a világ anyaga szétszóródna, a csillagok kihunynának és egy sötét hideg, élettelen Univerzum keletkezne. A további tágulás végül még az atomokat is szétbontaná, és az anyag elenyészne a végtelen térben. Manapság megoszlanak a vélemények arról, hogy vajon melyik világ-modell az igazi a három közül. |