Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


STEPHEN HAWKING ÉS LEONARD MLODINOV

 

 

AZ IDŐ MÉG RÖVIDEBB TÖRTÉNETE

 

 

A klasszikus ismeretterjesztő mű még közérthetőbb változata

 

 

Első fejezet

GONDOLOKODÁS A VILÁGEGYETEMRŐL

Különös és csodálatos világegyetemben élünk. Kora, mérete, viharos jelenségei és szépsége felfogásához rendkívüli képzelőerőre van szükségünk. Az ember által elfoglalt hely ehhez a hatalmas mindenséghez képest meglehetősen jelentéktelennek tűnhet. Ezért aztán megpróbáljuk felfogni az egész világot, és megérteni, miként illeszkedünk bele a nagy rendszerbe. Néhány évtizeddel ezelőtt egy híres tudós (egyesek szerint talán Bertrand Russell) csillagászati előadást tartott a nagyközönségnek. Elmondta, hogyan kering a Föld a Nap körül, miközben a Nap a Tejútrendszernek nevezett, hatalmas csillagrendszer középpontja körül kering. Az előadás végén azonban a terem végében felpattant egy alacsony, idős hölgy és így szólt:

- Amit maga itt elmondott nekünk, az csupa ostobaság! A világ valójában lapos, és egy óriási teknősbéka hátán nyugszik. A tudós fölényesen elmosolyodott, mielőtt válaszolt volna:

- De vajon min áll az a teknősbéka?

- Maga nagyon agyafúrt, fiatalember, nagyon agyafúrt - vágott vissza az idős hölgy. - Hát egy másik teknősbékán, az megint egy másikon és így tovább.

Ma már a legtöbb ember nevetségesnek találná, ha valaki a világot teknősbékák végtelen tornyaként képzelné el. De miért hisszük azt, hogy ennél okosabb választ is tudunk adni? Feledkezzünk el egy pillanatra arról, mit tudunk a térről, vagy legalábbis mi az, amiről azt hisszük, hogy tudjuk. Pillantsunk fel inkább a csillagos égre. Miből áll Önök szerint az a sok apró fénypont? Talán parányi tüzek lehetnek? Nehéz elképzelni, mik azok valójában, hiszen valóságos mivoltuk messze túl esik bármiféle hétköznapi tapasztalatunkon. Ha Önök rendszeresen vizsgálgatják a csillagos eget, akkor bizonyára észrevettek már alkonyatkor a látóhatár közelében egy remegő, tünékeny fénypontot. Ez a Merkúr bolygó, amely azonban a legcsekélyebb mértékben sem hasonlít a mi Földünkre. A Merkúron egyetlen nap kétharmad ottani évig tart. A bolygó felszíne nappal 400 Celsius-fok fölötti hőmérsékletre forrósodik fel, éjszaka viszont -200 Celsius-fok alá süllyed. De bármennyire különbözzék is a Merkúr a Földtől, még mindig könnyebb elképzelni, mint egy átlagos csillagot, amely egy olyan, hatalmas kohóhoz hasonlítható, ahol másodpercenként sok millió tonna anyag ég el, magjában pedig a hőmérséklet sok tízmillió fok.

Ugyancsak nehéz elképzelni, milyen messze is vannak valójában a bolygók és a csillagok. Az ókori kínaiak magas tornyokat építettek, hogy közelebbről lássák a csillagokat. Semmi különös nincs abban, hogy sokkal közelebbinek képzeljük a csillagokat és a bolygókat valóságos távolságuknál, hiszen a mindennapi életben semmiféle tapasztalatunk sincs az ilyen hatalmas térbeli távolságokra vonatkozóan. Ezek a távolságok olyan óriásiak, hogy értelmetlen dolog lenne szokásos távolságegységeinket használva méterekben vagy kilométerekben mérni őket. Ezért inkább a fényévet használjuk egységként, azt a távolságot, amelyet a fénysugár egy év alatt befut. A fény egyetlen másodperc alatt 300000 kilométert tesz meg, következésképpen egy fényév roppant nagy távolság. A hozzánk legközelebbi csillag - a Napot nem számítva - a Proxima Centauri (vagy más néven Alfa Centauri C), távolsága mintegy négy fényév. Olyan messze van, hogy még a ma csak tervezőasztalon létező leggyorsabb űrhajónak is tízezer évbe telne, mire odaérne.

Az ókori ember hasztalan próbálkozott a Világegyetem megértésével, hiszen nem álltak még rendelkezésére napjaink matematikai és természettudományos ismeretei. Ma viszont nagy teljesítményű eszközök birtokában vagyunk: sokat fejlődtek matematikai és természettudományos módszereink, ugyanakkor korszerű technikai eszközöket használunk, számítógépeket és távcsöveket. Ezen eszközök segítségével a tudósok apránként egységes képpé rakosgatták össze a Világegyetemről szerzett információk sokaságát. De valójában mit is tudunk a Világegyetemről, és honnan tudjuk mindezt? Honnan származik a Világegyetem? Mi lesz a sorsa? Volt-e kezdete a világnak, és ha igen, mi volt azelőtt? Mit mondhatunk az idő természetéről? Véget ér-e valaha? Képesek lehetünk-e visszafelé haladni az időben? A fizika legújabb felfedezései, amelyek részben az új technikai eszközöknek köszönhetők, megpróbálnak választ adni ezekre az emberiséget régóta foglalkoztató kérdésekre. Egyszer majd ezek a válaszok éppoly maguktól értetődőek lesznek a számunkra, mint a Föld Nap körüli keringése - vagy esetleg éppoly nevetségesek, mint a teknősbékatorony. A választ az idő adja majd meg - bármi legyen is az.

 

Második fejezet

VILÁGKÉPÜNK FEJLŐDÉSE

Bár Kolumbusz Kristóf kortársai között még sokan voltak, akik úgy gondolták, hogy a Föld lapos (sőt, ma is akadnak ilyenek), a modern csillagászat gyökerei az ókori görögökig nyúlnak vissza. Kr. e. 340 körül Arisztotelész, görög filozófus A mennyekről című művében helyesen érvel amellett, hogy a Föld nem sík, hanem gömb alakú.

Egyik érve a holdfogyatkozások megfigyelésén alapult. Arisztotelész felismerte, hogy ezek olyankor jönnek létre, amikor a Föld a Nap és a Hold közé kerül. Ilyenkor a Föld árnyéka éppen a Holdra esik, ez okozza a fogyatkozást. Arisztotelész megfigyelte, hogy a Föld árnyéka mindig kerek. Márpedig ha a Föld gömb alakú, akkor pontosan erre kell számítanunk, ha viszont lapos korong lenne, akkor az árnyék csak akkor lenne kerek, ha a fogyatkozás olyankor következne be, amikor a Nap pontosan a lapos korong középpontja alatt tartózkodik. Más esetekben az árnyék alakja elnyúlt lenne - vagyis kör helyett ellipszist látnánk (az ellipszis nem más, mint elnyúlt kör).

A görögök még egy, a Föld gömb alakja mellett szóló érvet ismertek. Ha a Föld lapos lenne, akkor a látóhatár felől közeledő hajók először parányi, részleteket nem mutató pontként tűnnének fel. Később, ahogy a hajó egyre közelebb érne, egyre több részletet ismernénk fel, meg tudnánk különböztetni például a vitorlákat és a hajótestet. A valóságban azonban nem ez történik. A látóhatáron feltűnő hajónak először a vitorlázatát pillantjuk meg, a hajótestet csak később vesszük észre. Az a körülmény, hogy a látóhatáron feltűnő hajónak először a magasan a hajótest fölé nyúló árbocát pillantjuk meg, egyértelműen a Föld gömb alakját bizonyítja.

A görögök megkülönböztetett figyelemmel fordultak az éjszakai égbolt felé is. Az Arisztotelész előtti évszázadokban már temérdek feljegyzés készült az égen látszó fénypontok mozgásáról. A régebbi korok csillagászai észrevették, hogy a sok ezer apró fénypont csaknem mindegyike együtt mozog az égen, ám közülük öt (a Holdat nem számítva) a saját útját járja. Ezek időnként letérnek a szabályos kelet-nyugati útvonalról és visszakanyarodva hurkot írnak le. Ezeket a fénypontokat bolygóknak nevezték. A magyar szó a bolyongásból származik, az eredeti görög szóból viszont a számos nyelvben ma is használatos planéta megnevezés alakult ki. A görögök csak öt bolygót ismertek, mert csak ennyit lehet szabad szemmel megfigyelni: a Merkúrt, a Vénuszt, a Marsot, a Jupitert és a Szaturnuszt. Ma már persze azt is tudjuk, miért írnak le a bolygók ilyen szokatlan pályát az égen: miközben a csillagok alig mozdulnak el a Naprendszerhez képest, a bolygók a Nap körül keringenek, ennek következtében sokkal bonyolultabb pályát látszanak leírni az égen, mint a sokkal távolabbi csillagok.

Arisztotelész úgy gondolta, hogy a Föld egy helyben áll, a Nap, a Hold, a bolygók és a csillagok pedig szabályos kör alakú pályákon egyaránt a Föld körül keringnek. Azért hitte ezt, mert valamilyen misztikus okból kifolyólag az volt az érzése, hogy a Föld a Világegyetem középpontja, a körmozgás pedig minden mozgás legtökéletesebbike. A Kr. u. II. században egy másik görög tudós, Ptolemaiosz ezt az elgondolást teljes világmodellé fejlesztette tovább. Ptolemaiosz szenvedélyesen nyilatkozott elképzeléséről. "Amidőn a csillagok egymással összefüggő sokaságának mozgását a magam örömére követem az égen", írta, "akkor a lábam már nem is érinti a földet".

Ptolemaiosz modellje szerint a Földet nyolc forgó szféra övezte. Minden egyes szféra valamivel nagyobb volt az előzőnél, az orosz matrjoska babához hasonlóan. A gömbök középpontjában a Föld helyezkedett el. Soha nem írta le egyértelműen, mi lehet a legkülső szférán kívül, abban azonban bizonyos volt, hogy az ott található dolgok már nem részei az ember által megfigyelhető Világegyetemnek. Eszerint tehát a legkülső gömb valamiféle határfelületet jelentett, vagy tartályt alkotott a Világegyetem számára. A csillagok állandó helyet foglaltak el ezen a legkülső szférán, hiába forgott tehát a szféra, a csillagok összetartozó csoportként vele együtt mozogtak, következésképpen egymáshoz képest nem mozdultak el, tökéletes összhangban megfigyeléseinkkel. A belső szférák ezzel szemben a bolygókat hordozták. A bolygók azonban a csillagokkal ellentétben nincsenek hozzáerősítve saját szféráikhoz, hanem kicsiny, epiciklusoknak nevezett köröcskék mentén mozogtak saját szféráikhoz képest. A szférák a Föld körül forogtak, a bolygók viszont az epiciklusok mentén is elmozdultak, ami a Földről nézve nagyon bonyolult mozgást eredményezett. Ptolemaiosz így tudta megmagyarázni azt a megfigyelést, hogy a bolygók mozgása sokkal bonyolultabb az égboltra írt egyszerű körpályák követésénél.

Ptolemaiosz modelljének segítségével meglehetősen pontosan előre ki lehetett számítani az egyes égitestek égbolton elfoglalt helyét. A pozíciók helyes magyarázatához azonban Ptolemaiosznak azt a feltételezést is illett volna elfogadnia, hogy a Hold olyan pályán mozog, amelyen néha kétszer közelebb kerül a Földhöz, mint máskor, és ilyenkor a Holdnak kétszer akkorának kellene látszania az égen, mint egyébként! Ptolemaiosz maga is felismerte ezt a hibát, modelljét mégis meglehetősen széles körben - ha nem is fenntartások nélkül - elfogadták. Ptolemaiosz világképét a katolikus egyház a Szentírással összhangban álló tanításként kezelte, ugyanis megvolt az a kétségtelen előnye, hogy a legkülső, az állócsillagok szféráján kívül bőségesen jutott hely benne a menny és a pokol számára.

Egy lengyel pap, Nikolausz Kopernikusz azonban 1514-ben egy ettől eltérő modellt javasolt. (Eleinte csak anonim módon terjesztette nézeteit, talán attól való félelmében, hogy egyháza eretnekségért máglyahalálra ítélheti.) Kopernikusz forradalmi elgondolása szerint nem kell minden égitestnek a Föld körül keringenie, hanem a Nap nyugalomban van a Naprendszer középpontjában, miközben a Föld és a bolygók kör alakú pályáikon a Nap körül keringnek. Ptolemaioszéhoz hasonlóan Kopernikusz modellje is elég jól működött, ha előrejelzései nem is tökéletesen egyeztek a megfigyelésekkel. Minthogy azonban sokkal egyszerűbb volt Ptolemaiosz modelljénél, arra lehetett számítani, hogy sikert fog aratni. De nem így történt: csaknem egy évszázadnak kellett eltelnie, mire Kopernikusz világképét kezdték komolyan venni. Akkor kezdte két csillagász - a német Johannes Kepler és az itáliai Galileo Galilei - nyilvánosan is támogatni a kopernikuszi elméletet.

Galilei 1609-ben figyelte meg először egy nem sokkal korábban feltalált távcsővel az éjszakai égboltot. Amikor távcsövét a Jupiterre irányította, megállapította, hogy a bolygó körül több aprócska kísérő, vagyis hold kering. Ebből arra következtetett, hogy nem minden égitest kering közvetlenül a Föld körül, amint azt Arisztotelész és Ptolemaiosz gondolta. Eközben Kepler tökéletesítette Kopernikusz elméletét, felvetve, hogy a bolygók nem kör, hanem ellipszis alakú pályákon mozognak. Ennek az apró változtatásnak köszönhetően az elmélet előrejelzései egy csapásra összhangba kerültek a megfigyelésekkel. A két esemény a halálos ítéletet jelentette Ptolemaiosz világképe számára.

Az ellipszispályák kijavították Kopernikusz modelljét, de Kepler ezt a változatot csupán szükségmegoldásnak tartotta. Neki ugyanis előre kialakított elképzelései is voltak a világról, amelyek nem a megfigyeléseken alapultak. Arisztotelészhez hasonlóan ő is úgy vélte, hogy az ellipszis kevésbé tökéletes a körnél. Az elgondolás, miszerint a bolygók efféle tökéletlen pályákon mozognának, túlságosan visszataszítónak tűnt számára ahhoz, hogy azt végső igazságként elfogadhatta volna. Keplert az is zavarta, hogy az ellipszispályák tényét nem tudta összhangba hozni azon elképzelésével, miszerint a Nap mágneses erők segítségével tartaná mozgásban a bolygókat. Bár abban nem volt igaza, hogy a mágneses erők alakítanák ki a bolygók pályáit, mégis helyesen ismerte fel, hogy valamilyen erőnek kell felelősnek lennie a mozgás létrejöttéért. A bolygók Nap körüli keringésének okát csak sokkal később, 1687-ben sikerült helyesen megmagyarázni, amikor Sir Isaac Newton kiadta Philosophiae Naturalis Principia Mathematica című munkáját. Valószínűleg ez volt legfontosabb mű a fizikai tudományok történetében.

A Principiában Newton kimondta azt a törvényt, amelynek értelmében minden nyugalomban lévő test mindaddig nyugalomban marad, amíg valamilyen rá ható erő állapota megváltoztatására nem készteti. Azt is leírta, miként tud az erő mozgásba hozni egy testet, vagy megváltoztatni valamely test mozgását. Akkor tehát miért is mozognak a bolygók ellipszis alakú pályákon a Nap körül? Newton szerint egy meghatározott erő a felelős ezért, nevezetesen ugyanaz az erő, amelynek hatására itt a Földön az elengedett testek nem maradnak nyugalomban, hanem inkább leesnek a földre. Ezt az erőt Newton gravitációnak, vagyis nehézkedésnek nevezte el. (Newton előtt a gravity szót csak valamilyen súlyos helyzet vagy nehézség kifejezésére használták.) Newton ezenkívül felfedezte azt a matematikai eszköztárat is, amelynek segítségével számszerűsíteni lehetett, miként reagálnak a testek valamilyen erő, például a gravitáció hatására, majd az így kapott egyenleteket meg is oldotta. Ily módon be tudta bizonyítani, hogy a Nap gravitációs ereje hatására a Földnek és a többi bolygónak valóban ellipszispályán kell mozognia - pontosan úgy, amint azt Kepler kiszámította! Newton azt állította, hogy ez a törvény a Világegyetemben minden testre érvényes, a fáról leeső almától kezdve a csillagokig és a bolygókig. Ez volt az első eset a történelemben, amikor valaki ugyanazon törvények segítségével adott magyarázatot a bolygók mozgására, amelyek egyúttal a Föld mozgását is leírták. Ez a pillanat nemcsak a modern fizika, hanem a modern csillagászat kezdetét is jelentette.