Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


MARTIN REES

 

CSAK HAT SZÁM

 

 

AZ UNIVERZUMOT KIALAKÍTÓ ERŐK

 

 

Az univerzum és a mikrovilág

 

 

                                    Az ember... kibogozhatatlan kapcsolatban áll az egész valósággal,
ismerttel és megismerhetetlennel... egy plankton, egy pislákoló fosz-
foreszkálás a tengeren, a forgó bolygók, a táguló univerzum, vala-
mennyi összekapcsolódik az idő rugalmas fonala által. A visszavo-
nuló tengerár hagyta tócsából érdemes föltekinteni a csillagokra,
majd ismét visszapillantani a kis tócsára.

                  John Steinbeck: Hajónapló a Fakéreg tengeréből

 

 

Hat szám

Az univerzumunkban végbemenő folyamatokat matematikai törvények írják le - így van ez nem csupán az atomok, hanem a galaxisok, a csillagok és az emberek világában is. Az atomok tulajdonságai - méretük és tömegük, sokféleségük, és a köztük fellépő erők - határozzák meg hétköznapi világunk kémiai folyamatait.
Maguknak az atomoknak a létezése is az őket alkotó részecskéken és a köztük ható erőkön alapul. A csillagászok által vizsgált égitestek - bolygók, csillagok és galaxisok - viselkedését a gravitáció ereje irányítja. Mindez egy olyan táguló univerzum színpadán történik, amelynek főbb tulajdonságai a kezdeti Nagy Bumm idején
vésődtek belé.

   A tudomány előrehaladása során a természet egyre több szabályát és törvényszerűségét ismeri fel az ember, s így mind több jelenséget von be az általános fogalmak és törvények körébe. Az elméleti kutatók célja az, hogy a fizikai törvények lényegét átfogó egyenletekbe és néhány számba sűrítsék. Bár ezen az úton még sok lépés vár ránk, az eddigi fejlődés is mindenképpen figyelemre méltó.

    Ez a könyv hat olyan számról szól, amelyek jelenleg különösen fontosnak látszanak. Kettő közülük az alapvető erőkkel kapcsolatos; kettő univerzumunk méretét és szerkezetét szabja meg, és azt, hogy mindörökre fennmarad-e; végül az utolsó kettő magának a térnek a tulajdonságait rögzíti:

                  • Az univerzum azért olyan hatalmas kiterjedésű, mert a természetben van egy döntő szerepet játszó nagy szám, az N, amelynek értéke 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Ez az atomokat összetartó elektromos erőnek és a köztük fellépő gravitációs vonzóerőnek az arányát adja meg. Ha az N-ben néhánnyal kevesebb zérus szerepelne, csak egy sokkal rövidebb életű miniatűr univerzum létezhetne, amelyben egyetlen teremtmény sem nőhetne nagyobbra egy rovarnál, és nem volna elegendő idő biológiai evolúcióra.

                  • Egy másik szám, az e (epszilon), amelynek értéke 0,007, azt adja meg, hogy az atommagok mennyire szorosan kötöttek, és hogyan formálódott ki minden - Földünkön is létező - atom. Ennek értéke szabályozza a Nap energiatermelését, továbbá azt, hogy a csillagok hogyan változtatják a hidrogént a periódusos rendszer valamennyi elemévé. A csillagokban végbemenő folyamatok magyarázzák, hogy a szén és az oxigén miért sokkal gyakoribb, mint az arany vagy az urán. Ha e értéke 0,006 vagy 0,008 lenne, mi nem létezhetnénk.

                  • A kozmikus szám, az W (ómega) az univerzumunkban levő
összes anyag mennyiségét méri - a galaxisokét, a diffúz gázfelhőkét és a „sötét anyagét". Ez az
W árulja el nekünk az összehúzó gravitációnak és az univerzum tágulásának viszonyát. Ha ez az arány jócskán meghaladna egy bizonyos „kritikus" értéket, akkor világunk már rég összeroppant volna; ha viszont sokkal kisebb lenne, akkor sem galaxisok, sem csillagok nem alakulhattak volna ki benne. Úgy tűnik, hogy a tágulás kezdősebessége nagyon pontosan be volt hangolva.

                    A negyedik szám, a l (lambda) létezésének kimutatása az
1998-as év legnagyobb tudományos szenzációja volt. Kiderült, hogy egy nem is gyanított új erőhatás - a kozmikus „antigravitáció" - befolyásolja univerzumunk tágulását, jóllehet milliárd fényévnél kisebb méretekben nincs kimutatható hatása. Ahogy táguló univerzumunk egyre sötétebbé és üresebbé válik, úgy gyűri egyre inkább maga alá ez az erő a gravitációt és a többi erőhatást. Szerencsénkre (és az elméleti szakemberek nagy meglepetésére), a
l értéke nagyon kicsi. Ha nem így lenne, akkor hatása leállította
volna a galaxisok és a csillagok kialakulását, tehát a kozmikus evolúció már tényleges megkezdődése előtt kifulladt volna.

                  • Minden kozmikus szerkezet - a csillagok, a galaxisok és a galaxishalmazok - gyökerei egészen a Nagy Bummig nyúlnak vissza. Univerzumunk szerkezetét egyetlen Q szám határozza meg, amely két alapvető energiafajta aránya, és értéke 1/100 000. Ha Q valamivel kisebb lenne, az univerzum élettelen volna és szerkezet nélküli, ha pedig sokkal nagyobb lenne, akkor olyan viharos hely volna, amelyben sem csillagok, sem bolygórendszerek nem maradhatnának fenn, és amelyet hatalmas fekete lyukak uralnának.

                  • A hatodik meghatározó jelentőségű szám már évszázadok óta ismeretes, jóllehet most új szemszögből ítéljük meg. Ez a tér dimenzióinak száma a világban, a D, amely három. Ha D kettő vagy négy volna, nem létezhetne élet. Világunk negyedik dimenziója az idő, amelynek a többitől teljesen eltérő módon „beépített" iránya van: benne csakis a jövő felé „mozoghatunk". Fekete lyukak közelében a tér annyira meggörbül, hogy ott a fény körbe-körbe jár, és az idő megáll. A Nagy Bummhoz közeleső időszakban, továbbá
nagyon kis méretekben viszont feltárulhat a tér legmélyebb háttérszerkezete: az úgynevezett „szuperhúrok" rezgése és harmóniája egy tízdimenziós küzdőtéren.

 

                  Lehetséges, hogy ezek között a számok között valamiféle kapcsolat áll fenn. Pillanatnyilag azonban egyiknek az értékét sem tudjuk levezetni a többiéből. Azt sem tudjuk, lesz-e valaha is olyan „mindent leíró elmélet", amely kapcsolatot teremt közöttük, vagy egyesével mindegyiket meghatározza. Azért irányítom a figyelmet rájuk, mert univerzumunkban mindegyikük meghatározó és meg-
különböztetett szerepet játszik, együttesen pedig megadják, hogyan fejlődik a világmindenség, és milyen lehetőségek lappanganak benne. Ráadásul közülük hármat (amelyek a nagyléptékű univerzumhoz kapcsolódnak) megmérni is csupán nemrégiben sikerült.

                  Ez a hat szám egy univerzum „receptjét" adja meg. Ráadásul a
folyományok érzékenyen függnek a számok tényleges értékétől: ha bármelyikük „elhangolódna", nem létezhetnének sem csillagok, sem élet. Lehetséges, hogy összehangoltságuk csupán puszta tény, véletlen egybeesés? Vagy egy jószándékú Teremtő előrelátó
gondoskodása? Én úgy vélem, hogy egyik sem. Más univerzumok sokasága létezhet, amelyekben ezeknek a számoknak az értéke egészen más lehet. A legtöbbjük eleve halva született vagy meddő világ. Mi csakis egy olyan univerzumban fejlődhettünk ki (ezért természetszerű, hogy csak egy ilyenben találhatjuk magunkat), amelyet éppen a „jó" kombináció jellemez. Ez a felfogás gyökeresen új távlatba helyezi univerzumunkat, benne elfoglalt helyünket és a fizikai törvények természetét.

                  Bámulatba ejtő, hogy egy táguló univerzum, amelynek kiinduló-
pontja olyannyira „egyszerű", hogy csupán néhány számmal meghatározható, hogyan fejlődhetett (feltételezve, hogy e számok „össze voltak hangolva") a mi komplex szerkezetű univerzumunkká. Kiindulásként rendezzük be ezt a színpadot, vegyük szemügyre a különféle méretű szerkezeteket az atomoktól a galaxisokig.

 

 

       A világ egy gumiobjektíven keresztül

 

 

                  Kezdjük a zoomolást egy elkoptatott, néhány méteres távolságból készült pillanatfelvétellel - egy férfival és egy nővel. Majd képzeljük el ugyanezt a jelenetet egyre távolabbi nézőpontokból, amelyek mindig tízszeres távolságokban követik egymást. A második filmkocka a füves területet mutatja, ahol leheveredtek; a harmadikon kivehető, hogy ez egy köztéri parkban van; a negyedik már néhány magasabb épületet tár szemünk elé; az ötödik az egész várost mutatja; és a hatodikon már a szemhatár egy részlete látható, olyan magasból nézve, hogy görbültség is kivehető. Ettől „két kockányira" az 1960-as évek óta jól ismert, lélegzetelállító kép következik: ez a teljes Földet mutatja - szárazföldekkel, óceánokkal és felhőkkel -, amelyet, ellentétben a Hold szikár ábrázatával, a bioszféra gyengéd máza von be.

                  Három ugrással odébb a belső Naprendszer látható, a Nap körül a Merkur és a Vénusz pályáján túl keringő Földdel, majd a következő filmkockán a teljes Naprendszer. Újabb négy kockával odébb (néhány fényévnyi távolságból) Napunk már csupán egy csillag a sok között. Ismét hármat ugorva a Tejútrendszerünk több tízezer fényévnyire elnyúló lapos korongjában levő, milliárdnyi hasonló csillagot látjuk. Három kockával még odébb a Tejútrendszer mint spirális galaxis jelenik meg, oldalán az Andromédával. Még távolabbról Galaktikánk és a másik galaxis már csupán két pötty a Vir-
go galaxishalmazt alkotó több százból. Egy ennél is távolabbi kép elárulja, hogy maga a Virgo is csupán egy viszonylag szerény méretű galaxishalmaz a többi között. És ha netán képzeletbeli teleobjektívünk nagyítása elérné is a Hubble-űrtávcsőét, az utolsó felvételen az egész Galaktika még akkor is csupán egy nehezen kivehető, több milliárd fényévnyire levő fénypaca volna.

                  A sorozat itt véget ér. Látóhatárunk nem terjed ennél tovább:
huszonöt, az előző távolságot mindig megtízszerező ugrással a néhány méteres emberi léptéktől eljutottunk megfigyelt univerzumunk határáig.

                  Másik képsorozatunk nem kifelé, hanem befelé halad. Az első
ráközelítésnél, egy méteren belülről, egy kart látunk; néhány centiméterről - olyan közelről, amennyire ez szabad szemmel megtehető - egy kis bőrfoltot. A következő felvételek feltárják az emberi szövetek finom mintázatát, majd elvezetnek egyetlen sejtig (testünkben százszor annyi sejt van, mint ahány csillag Galaktikánkban). Ezt követően, egy hatékony mikroszkóp felbontóképességének határán bepillanthatunk a molekulák világába: itt hosszú, egymásba fonódó fehérjeláncokat láthatunk és a DNS kettős csavarját.

                  A következő nagyítás megmutatja az atomokat. Itt szembe találjuk magunkat a kvantumos elmosódottsággal: bizonyos határnál élesebb felvételt nem készíthetünk. Nincs olyan valódi mikroszkóp, amellyel belenézhetnénk egy atomba, ahol elektronok raja nyüzsgi körbe a pozitív töltésű atommagot. A százszor kisebb szerkezet, például az atommag, viszont letapogatható annak elemzésével, hogy a fényéhez közeli sebességre gyorsított részecskék hogyan ütköznek vele. Ez a legfinomabb részlet, amelyet közvetlenül mérhetünk, gyanítjuk azonban, hogy a természet a még mélyebben fekvő szerkezetben „szuperhúrokat" vagy „kvantumhabot" rejtegethet olyan parányi léptékben, amelyet tizenhét további ugrással közelíthetnénk meg.

                  Távcsöveink látótávolsága olyan messzeségig terjed, amely a szuperhúrok (az atomokban feltételezett legparányibb alkotóelemek) méretéből egy hatvan számjegyű számmal szorozva kapható meg: azaz a való világról készült gumiobjektíves képsorozatunk hatvan képből állna (ezekből mai eszközeink negyvenet észlelnek). Mindennapi tapasztalataink ugyanakkor legfeljebb kilenc nagyságrendre terjednek ki, a szabad szemmel látható legkisebb, mintegy milliméteres mérettől az interkontinentális utazás távolságáig. Ez egy igen fontos és figyelemreméltó tényre világít rá, ami annyira magától értetődő, hogy már-már természetesnek vesszük:
világunk roppant változatos szerkezetekből, nagyon széles skálán épül fel, amelyek sokkal távolabbra és sokkal kisebb méretekig nyúlnak, mint ameddig mindennapi tapasztalataink terjednek.

 

 

                     Nagy számok és eltérő léptékek

 

 

                  A testünket alkotó atomok száma 1028 és 1029 közé esik. Az „emberi tömeglépték" számszerűleg éppen félúton van az atomok és a csillagok között. Megközelítőleg éppen annyi emberi test tenné ki egy csillag tömegét, mint amennyi atom van bármelyikünkben. Ám Napunk csupán egyetlen közönséges csillag a Galaktikában, amely összességében több százmilliárd csillagot tartalmaz. A megfigyelhető univerzumban legalább annyi galaxis található, mint ahány csillag egyetlen galaxisban. Távcsöveink látókörébe több mint 1078 atom esik.

                  Az élő szervezetek bonyolult szerkezetek egymásra épülő rétegeiből állnak. Az atomok összetett molekulákká szerveződnek, a molekulák minden sejtben bonyolult kölcsönhatásban állnak egymással, és közvetve elvezetnek ahhoz a sokszorosan összetett szerkezethez, amelyek egy fát, egy rovart vagy egy embert alkotnak. Az univerzum és a mikrovilág között állunk félúton - méretünk félúton van a milliárd méteres átmérőjű Nap és a milliárdod
méteres méretű molekulák között. Nem véletlen egybeesés, hogy a természet éppen ezen a közepes skálán mutatkozik a legbonyolultabbnak: egy lakható bolygón bármi nagyobbat széttörne vagy összepréselne a gravitáció.

                  Megszoktuk azt a gondolatot, hogy a mikrovilág alakít minket:
kiszolgáltatottak vagyunk a milliomod méteres vírusoknak, és a parányi DNS-molekula kettős csavarja teljes genetikai örökségünket kódolja. Ez pedig éppen annyira nyilvánvaló, mint hogy a Naptól és annak energiájától függünk. De mit mondhatunk a még
hatalmasabb skálákról? Még a legközelebbi csillagok is több milliószor távolabb vannak, mint a Nap, és az ismert univerzum még milliárdszor távolabbi messzeségbe nyúlik. Megérthetjük, miért van olyan sok minden Naprendszerünkön túl? Ebben a könyvben leírom, milyen sokféleképpen kapcsolódunk a csillagokhoz, s érvekkel támasztom alá, hogy a kozmikus összefüggések nélkül saját eredetünket sem érthetjük meg.

                   Az atom alatti világ „belső terének" és a kozmosz „külső terének" bensőséges kapcsolatát jelképezi az 1.1. ábra. Ezen egy ouraborus látható, amely (az Encyclopaedia Britannica magyarázata szerint) a régi egyiptomiak és görögök saját farkába harapó „szimbolikus" kígyója, amely folyamatosan felfalja magát, és újjászületik önmagából... Ez fejezi ki minden létező anyagi és szellemi dolog egységét, amelyek sohasem tűnnek el, de szakadatlanul átalakulnak a megsemmisülés és az újjászületés örökös körforgásában.