A filozófusok a "semmi", a "semmi", a "semmi", az "üresség" természetét már évezredek óta megvitatják, de mit mondhat erről a modern tudomány? Erre a kérdésre Martin Rees, a Királyi Társaság csillagászja, valamint a Cambridge-i Egyetem kozmológiai és asztrofizikai emeritus professzora válaszol. Elmagyarázza, hogy amikor a fizikusok a "semmit" megvitatják, üres helyre (vákuumra) utalnak. Lehet, hogy teljesen közönségesnek tűnik, de a kísérletek azt mutatják, hogy az üres hely nem igazán üres - rejtélyes energiát tartalmaz, amely elmondhat nekünk valamit az univerzum sorsáról.
Interjú Martin Rees-szel a The Conversation magazin által.
Az üres hely ugyanaz, mint semmi?
Az üres hely számunkra semminek tűnik. Analógia útján a víz "semminek" tűnhet a halak számára - ez a víz marad, amikor eltávolít mindent, ami a tengerben úszik. Ugyanígy az üres hely a gyakorlatban is meglehetősen nehéznek bizonyul.
Tudjuk, hogy a világegyetem nagyon üres. A tér átlagos sűrűsége körülbelül egy atom minden tíz köbméterre - a környezet sokkal ritkább, mint bármely vákuum, amelyet a Földön elérhetünk. De még az összes anyag eltávolítása esetén is a térnek olyan rugalmassága van, amely (amint a közelmúltban megerősítették) lehetővé teszi a gravitációs hullámok - maga a tér hullámai - terjedését rajta. Sőt, megtudtuk, hogy az üres térben egzotikus energia létezik.
Ebből a vákuumenergiáról először a 20. században tudtunk meg a kvantummechanika megjelenésével, amely magyarázza az atomok és a részecskék viselkedését a legkisebb mértékben. Ebből következik, hogy az üres tér a háttérenergia ingadozásának egy mezőjéből áll - amely életet ad a hullámoknak és a virtuális részecskéknek, amelyek időről időre megjelennek és eltűnnek semmibe. Még apró erőt is létrehozhatnak. De mi lenne a nagyméretű fehér tér?
Az a tény, hogy az üres hely nagyszabású erőt hoz létre, 20 évvel ezelőtt fedezték fel. A csillagászok úgy találták, hogy az univerzum tágulása felgyorsul. Ez meglepetés volt. A tágulást több mint 50 éve ismerték, de mindenki azt gondolta, hogy a tágulás lelassul a galaxisok és más struktúrák egymásra gyakorolt gravitációs vonzása miatt. Tehát mindenki számára nagy meglepetés volt, hogy a gravitáció miatti lassulást valami ellensúlyozta, ami "tolta" a tágulást. Kiderült, hogy maga az üres térben olyan energia van, amely egyfajta visszatükröződést generál, amely meghaladja a gravitáció vonzerejét ezen a nagy skálán. Ez a jelenség - a sötét energia - a leghihetetlenebb megnyilvánulása abban, hogy az üres hely nem ráncos vagy üres. Továbbá,ez a tény határozza meg világegyetemünk további sorsát.
Promóciós videó:
Van-e korlátozás arra, amit meg lehet tanulni? Egy atomnál egy billió trilliószor kisebb skálán a tér-idő kvantumingadozása nemcsak virtuális részecskékhez, hanem virtuális fekete lyukakhoz is vezethet. Ez azon korlátok között van, amelyeket nem tudunk megfigyelni, és megértjük, amelyeket - legalábbis hipotetikusan - a gravitáció elméletét a kvantummechanikával kell összekapcsolnunk - és ez hihetetlenül nehéz.
Számos elmélet létezik ennek megértésére, amelyek közül a leghíresebb a húr elmélete. De ezen elméletek egyike sem kapcsolódik még a valós világhoz - tehát még mindig alaptalanok. Azt hiszem, szinte mindenki fel fogja ismerni, hogy maga a tér komplex felépítésű, apró méretű, ahol a gravitációs és a kvantumhatások találkoznak.
Tudjuk, hogy univerzumunk három térbeli dimenzióval rendelkezik: balra és jobbra, előre és hátra, fel és le mozoghat. Az idő olyan, mint a negyedik dimenzió. Erõsen gyanú merül fel azonban, hogy ha egy űrben egy apró pontot nagyít, amíg meg nem éri ezt a kis méretarányt, akkor azt látja, hogy egy sûrûen tömörített origami lesz, amelynek öt extra dimenziója van, amit nem látunk. Mintha távolról nézett volna a tömlőre, és azt gondolta, hogy csak egy sor. Közelebb haladva látni fogja, hogy az egyik dimenzió lényegében három. A húros elmélet magában foglalja a bonyolult matematikát - mint a versengő elméletek. De pontosan ez az elmélet, amelyre szükségünk van, ha azt akarjuk, hogy a legmélyebb szinten megértsük a legközelebb az elképzelhető ürességhez: nyilván üres hely.
A jelenlegi megértésünkön belül hogyan lehet megmagyarázni, hogy egész világegyetemünk semmiből kibővül? Lehetséges-e tényleg a vákuum energiájának kis ingadozásával?
Néhány rejtélyes átmenet vagy ingadozás hirtelen ahhoz vezethet, hogy a tér egy része kibővült, ahogy egyes teoretikusok úgy vélik. A kvantumelméletben rejlő ingadozások megrázhatják az egész univerzumot, ha azt elég kicsire méretezzük. Ennek körülbelül 10 (a -44) másodperc alatt meg kellett volna történnie - ez a Planck ideje. Ezen a skálán az idő és a tér összefonódik, tehát a ketyegő óra ötletének nincs értelme. Nagyon biztosan extrapolálhatjuk univerzumunkat a nanosekundumba, és nagy valószínűséggel közelebb térhetünk vissza Planck-időhöz. De ezt követően a feltételezéseink már nem érvényesek - ezen a skálán a fizikát más, összetettebb elmélet váltja fel.
Ha lehet, hogy az üres tér valamilyen véletlenszerű részének ingadozása életet adott az univerzumnak, miért nem történhet ugyanaz a helyzet az üres hely másik részével - és adhatunk életet a párhuzamos világegyetemeknek egy végtelen sokféleségben?
A fizikusok körében nagyon népszerű az a gondolat, hogy a Big Bang nem az egyetlen, és hogy a távcsöveinken keresztül látjuk a fizikai valóság apró darabját. És a ciklikus univerzumnak sok változata létezik. Csak 50 évvel ezelőtt szilárd bizonyítékok merültek fel arról, hogy a Nagyrobbanás is megtörtént. Azóta voltak spekulációk, hogy csak egy ciklikus univerzumban lehetett epizód. Az is hajlamos megérteni, hogy a fizikai valóság sokkal több, mint a tér és idő térfogata, amelyet érezhetünk, még a legerősebb távcsövekkel is.
Ezért fogalmunk sincs, ha volt egy nagy robbanás, vagy sok volt - vannak olyan forgatókönyvek, amelyek sok Big Bangs-ot megjósolnak, és egy olyan forgatókönyv, amelyik előrejelzi egyet. Azt hiszem, mindet kell tanulnunk.
Mi az univerzum vége?
A távoli jövő legegyszerűbb előrejelzése az, hogy a világegyetem gyorsabban és gyorsabban bővül, hidegebbé és üresebbé válik. A benne lévő részecskék széteshetnek, végtelenül oldódnak az ürességben. Lehet, hogy hatalmas térben találjuk magunkat, de még üres lesz, mint ahogyan a hely jelenleg van. Ez az egyik forgatókönyv. Vannak mások, akik előre jelezik a sötét energia irányának "megfordítását", a visszatükröződéstől a vonzásig, amelynek eredményeként egy sűrű pontba kerülünk.
Van még Roger Penrose gondolata, miszerint a világegyetem tovább bővül, egyre inkább hígulva, de valahogy - ha csak fotonokat, fényrészecskéket tartalmaz - a benne lévő tárgyakat újrakalibrálják, és a tér valamilyen módon új nagyrobbanás generátorává válik. … Ez a régi ciklikus univerzum nagyon egzotikus változata lesz, de kérlek, ne kérdezd meg, hogy magyarázzam Penrose ötleteit.
Mennyire magabiztos abban, hogy a tudomány egy nap felfedi a rejtélyt, hogy mi ez a "semmi"? Még akkor is, ha be tudnánk bizonyítani, hogy az univerzum egy vákuummező furcsa ingadozásából fakad, nem gondolkodnánk azon, vajon honnan jött ez a vákuummező?
A tudomány megpróbál választ adni, de minden alkalommal, amikor megtaláljuk őket, új kérdések merülnek fel - soha nem leszünk teljes képet. Amikor az 1960-as évek végén elkezdtem kutatni, kétségek merültek fel benne, hogy egyáltalán van-e nagy robbanás. Most már nincs kétség és kb. 2% -os pontossággal mondhatjuk, hogy a világegyetem ugyanaz volt 13,8 milliárd évig, az első nanoszekundumig. Ez nagy előrelépés. Nevetségesen optimista azt hinni, hogy az elkövetkező 50 évben rendezzük a kvantum- vagy az "inflációs" korszak nehéz eseményeit.
De természetesen felmerül egy másik kérdés: mennyi tudomány lesz érthető az emberi agy számára? Lehet, hogy a húr-elmélet matematika bizonyos értelemben a valóság helyes leírása, ám soha nem értjük meg elég jól, hogy valódi megfigyelés ellenére teszteljük. Akkor esetleg meg kell várnunk néhány posztember megjelenését, hogy teljesebb megértést kapjunk.
Ilya Khel