Tibor bá fordítása online
Egy napra felejtsük el a földi világot! – – – Egy új észszerű sejtés magyarázatot adhat a kozmológia három legnagyobb rejtélyére.
A Világmindenséget titokzatos erők szövik át. A végtelennek tűnő teret valami furcsa dolog tépi szét. Egy ismeretlen valami tartja össze a forgó galaxisokat és az idők kezdetén – egy mindössze sejtett – valami indította be a Kozmoszt.
Kozmológusok ezt a három valamit sötét energiának, sötét anyagnak és felfúvódásnak nevezték el. Ezek azonban csak „címkék” tudatlanságuk leplezésére, ugyanis senki nem tudja mitől volt a „felfúvódás”, és valójában mi is a sötét anyag és a sötét energia. A három jelenség mindegyike mélyreható titok, melyeknek megfejtése sok évtizeden áthúzódó gondos megfigyelést igényelhet.
Hacsak, mindhárom különálló erő valójában nem egy és ugyanaz, és a gravitációs törvény apró változtatása mindhárom talányt helyére teheti, amennyiben Nima Arkani-Hamed harvardi kutatónak (Hsin-Chia Cheng, Markus Lity és Shinji Mukohyama társaival együtt) igaza van. Négyen együtt találtak egy új megközelítést Einstein gravitációs és általános relativitás elméletének módosítására. Egyetlen ötlettel sikerült magyarázatot találni a sötét energiára, a sötét anyagra és a felfúvódás kiváltójára. Ebből a teljesen új elméletből kiderül, hogy mindhárom talány egy „kondenzátum kísértetnek” nevezett, mindenható fluidum viselkedéséből adódik.
Ez, a kozmológia betegségeire felírható potenciális csodaszer meglepte a felfedező fizikusokat, akik mindössze megpróbálták a messzire ható gravitációs erő változtatásával magyarázatot találni a sötét energiára. 1998-ban csillagászok észrevették, hogy távoli szupernóvák halványabbak, vagyis távolabb vannak, mint várták, amiből arra következtettek, hogy az űr terjedése felgyorsult. Mi okozhatta ezt? A gravitáció az egyetlen ismert erő, amelynek hatása átnyúlik a kozmosz hatalmas méretein, csakhogy a gravitációs erő vonz, nem pedig taszít.
Való igaz, Einstein általános relativitás elmélete szerint a tömegben rejlő gravitációs erő mindig vonz. Ez az elmélet mind ez ideig jól működött, helyesen jósolva meg a fekete lyukak létét, és a gravitációs lencséket, valamint pontos eredményt kapva számította ki Naprendszerünk bolygóinak pályáját.
A csillagászok túlnyomó többsége feltételezi, hogy alapvetően nincs semmi baj a relativitással. Ellenben, a Világmindenség terjedési sebességének a gyorsulását egy különálló, rendkívülinek mondható „valami”, a sötét energia okozza, ami taszítást eredményez.
De, nem lehet, hogy tévednek? Talán nincs is szükségünk semmi fajta új dologra. „Akkor kezdtünk el ezen gondolkozni, amikor még új anyagi formáknak tudták be ezt a furcsa gravitációs jelenséget,” mondja Arkani-Hamed. „A XIX. században Urbaim Leverrier észrevette, hogy a Merkúr keringési pályájával valami nincs rendben. Ennek magyarázatára kitalált egy Vulkán névre keresztelt új bolygót, amely a Merkúr és a Nap között volt hivatva keringeni. Volt, aki ezt az új bolygót meg is ’találta’.” Csakhogy Vulkán nem létezett. A Merkúr pályájának szabálytalanságát később az általános relativitás megmagyarázta.
Tegyünk fel egy kérdést! Egy új, titokzatos energia kitalálása helyett, miért nem változtathatnánk meg a gravitáció természetét? Néhány fizikus ezt már megpróbálta, de ez ideig mindig ugyanabba a problémába akadtak bele. Einstein elmélete oly szorosan kötődik össze, hogy ha az egyenlet bármelyik tényezőjét megváltoztatjuk, az katasztrofális következményeket von maga után. Ha az ember kinyitja a relativitás svájci óráját és belepiszkál, az óra egyszerűen leáll. A gravitáció nagy távolságú hatásának megváltoztatására irányuló minden próbálkozás, megváltoztatta a kis távolságú erőhatást, vagyis megváltoztatta Naprendszerünk bolygóinak pályáját is. „Úgy tűnt, ez egy bezárt ajtó”, állítja Raman Sundrum (MIT), aki a gravitáció megváltoztatását célzó elméleteken dolgozott.
Csakhogy Arkani-Hamed és Luty kinyitották ezt az ajtót, mondja Sundrum, ugyanis megtalálták a módját Einstein egyenleteinek újraírására, megváltoztatva egy olyan tényezőt, amely alaposan kihat a gravitációs térre. Az új térnek két alkotója van: a közönséges tömegvonzás, ami nem más, mint az anyag közötti kölcsönhatás, és egy fajta fluidum, ami kitölti a Világmindenséget, és kifejti saját erőterét.
Kvantummechanikai megfogalmazásban a fluidum számtalan részecskéből áll, amelyek valamennyien egyazon kvantumállapotban vannak. Ez egy olyan „kondenzátum”, ami tömeg nélküli „kísértet” részecskékből tevődik össze. A részecskék mindegyike az egész Univerzumra szétterül.
Ennek a fluidumnak egy különös aspektusa a taszító tömeghatás. Úgy viselkedik, mint egy rugalmas szalag, ami kinyúlása közben egyre több energiát tárol. Az általános relativitásban nem csak az anyagnak és az energiának van erőtere. A nyomás is kifejt vonzást, ezért a húzásból származó feszültség, mint a nyomás ellentéte, egy fajta antivonzást hoz létre. Talán a józan ész tiltakozik a „feszültség adta antivonzás” ellen, de ez azt jelenti, hogy a kísértet meg tudja magyarázni a Világmindenség tágulásának gyorsulását, ugyanis minél jobban kiterjed, annál nagyobb erővel taszít.
Van ebben egy kis irónia. A tudósok megpróbálják megmagyarázni a gyorsulást egy újabb, láthatatlan tényező bevezetése nélkül, de a végén elméletükből mégis csak előbújik egy szubsztancia. Ez Einstein elméletének matematikai tisztaságából fakad. Az alapegyenletek bárminemű megváltoztatása egy újabb erőtér megjelenéséhez vezetnek, aminek megvan a saját energiája, és úgy viselkedik, mint valós fizikai szubsztancia.
A tömegvonzás rögzítésének utolsó kísérletéből származó szubsztanciákról kiderült, hogy „mérgezők”. Nem csak kifejtették saját vonzásterüket, de nagyméretű anyaghalmazok között létrejövő, új, rövidtávú erőként is viselkedtek. Viszont a harvardi csoport változata szerint, amit kaptak, az egy sokkal egyszerűbb fluidum. Semmivel se tud jobban erőt közvetíteni, mint mondjuk a levegő, de csak úgy, mint a levegő, összenyomható és kiterjeszthető. Az Ősrobbanás kvantum fluktuációja egy kevéske kondenzátum foltot hagyhatott vissza némi többlet energiával. Ez az energia az ismert, vagyis tömegvonzást kifejtő lehetett, tehát a foltok összetömörülhettek.
Feltehető a kérdés, hogy a kísértet kondenzátum-csomók ellátják-e mindazt a feladatot, amiért a sötét anyagra szükségünk volt. Vagyis a korai Világmindenségben a csillagok kialakítása végett összetömörítette az anyagot, most pedig a galaxisokat tartja össze.
A harvardi kutatók pontosan ezt remélik, de nem lehetnek benne biztosak. Amikor a kísértet kondenzátum-csomók összesűrűsödnek, az őket leíró matematika jóval bonyolultabb lesz. A kutató csoport még nem tudja, hogy a fluidum elég sűrűvé tud-e válni ahhoz, hogy sötét anyagként viselkedjen. „Nem állítunk túl sokat, mi ebben óvatosak vagyunk”, vallja Luty, „ez az első kérdés, amit meg kell válaszolnunk”.
A kutató csoport óvatosan optimista a kísértet kondenzátum harmadik potenciális szerepével a felfúvódás okozásával kapcsolatban. A kozmológusok többsége egyetért abban, hogy a Világmindenség átesett egy rendkívül gyors tágulási szakaszon (felfúvódás), ami az ősrobbanást követő 10-30 másodpercben következett be. Ez az elképzelés bizonyos kozmológiai paradoxonokat küszöböl ki, például miért homogén a mikró hullámú háttérsugárzás. A felfúvódás azt jelenti, hogy az egész látható Univerzum az Ősrobbanás igen apró részéből származik, olyan apróból, hogy hőmérséklete teljes tömegében azonos lehetett.
De mi okozta a felfúvódást? Hogy mi okozhatta arra nézve számos modell létezik, amelyek többsége egy „felfúvó-teret” és olyan energia-teret alkalmaz, aminek jellege az Univerzum hűlése folyamán hirtelen megváltozik, és egy pillanatra erősen taszítóvá válik.
Arkani-Hammed és kollégái rájöttek, hogy a kísértet kondenzátum erre ugyan úgy képes. Szintén a Harvardon dolgozó Paolo Creminelli-vel és Matias Zaldarriaga-val kimutatták, hogy a kísértet kondenzátum a fiatal Univerzumnak adott egy hatalmas rúgást, majd visszalépett a jelenleg észlelt gyenge nyomás kifejtéséhez.
Ha ez igaz, akkor ennek frappáns következménye lehet: mind a három titokzatos erő össze van csomagolva egyetlen egybe. Megszűnik ez a kellemetlen hármasság. „ez az álmunk”, nyilatkozik Arkani-Hamed.
Első publikációjuk előzetesét nemrég tették közzé. A téma még annyira friss, hogy a kondenzátumot kitevő kísértet részecskéknek még nevet sem adtak. Ennek ellenére néhány kozmológustól már érkezett pozitív reakció.
Sundrum, az elképzelés „mérsékelt hívőjének” nevezte meg magát. „Az ötlet ígéretes. A hagyományos nézet szerint a sötét energia és a sötét anyag nem kapcsolódik össze. Itt összekapcsolódnak. Azt azonban még nem tudjuk, hogy az összekapcsolódásuk megfelelő módon történik-e.”
Az elmélet lelövésére a legjobb muníció a megfigyelés. A kísértet kondenzátum egyik hatása a közönséges anyagtól származó gravitáció erejének oszcillációja kell, hogy legyen. Sajnos ez az oszcilláció csak trillió évek múltán lenne érzékelhető, és ennyi idő nem áll rendelkezésre. Az is lehetséges, hogy a kísértet kondenzátum kölcsönhatásba lép az anyaggal a gravitációtól független erők segítségével. Ha például elektromágneses erőt érzékel, akkor az elektronok között egy apró többlet erőt közvetít. Ez az erő az elektron-spin irányától függne úgy, ahogy a szabályos mágneses-erő. Gyenge lenne, de a távolság növekedésével lassabban szűnne meg, mint a szabályos mágneses-erő. „El lehetne helyezni két hatalmas mágnest egymástól 10 kilométerre, és akkor érezhető lenne az extra erő”, állítja Arkani-Hamed. De ha a kísértet kondenzátum nem kapcsolódik az elektromágnesességhez, akkor ez nem jön össze.
Van azonban egy ennél ígéretesebb teszt. A felfúvódás helyi eltérései okozzák a kozmikus háttérsugárzás hidegebb és melegebb foltjait, amit a NASA által felbocsátott WMAP térképezett fel igen nagy részletességgel. Ezen foltokon belül a hőmérséklet értékek szétterülésének fel kell tárni, hogy a felfúvódó-tér kísértet kondenzátum volt-e vagy sem. „Ha létező erőterünket a felfúvódás beindításával kapcsolatban alkalmazzuk, az előrejelzés határozottan eltérő, mivel ezek a gerjesztések eltérőek”, véleményezte Arkani-Hamed.
A felfúvódás elmélet majd minden változata szimmetrikus, harang-görbe alakú hőmérséklet eloszlást jósol. Ha bármelyik műholdvizsgáló ilyen eloszlást talál, az kísértetkiűzéssel lesz egyenlő. Természetesen ez a kiűzés csak a felfúvódásnál sejtett szerepére érvényes, de ez esetben az elmélet el fogja veszíteni csillogásának legnagyobb részét.
Másfelől viszont, ha a hőmérséklet értékek kitűzésének görbéje a megfelelő irányba eltér a harang-görbe eloszlástól, mondjuk aszimmetrikus, akkor a kísértet alaposan megerősödik. Micsoda győzelem lenne! Egyetlen szubsztrátum, ami beindítja az Ősrobbanást, kialakítja a Világmindenség szerkezetét, és összetartja a galaxisokat is. A kísértet kondenzátum története egyenlő lenne a Világmindenség születésének és növekedésének történetével. Ami pedig az Univerzum halálát illeti, a kísértet kondenzátum csak úgy, mint bármilyen sötét energia, addig folytatja az űr terjedési sebességének a gyorsítását, amíg a Világmindenség szét nem szakad. A Világmindenség szétszakadásával a galaxisok elválnak egymástól és minden a örök sötétségbe süllyed. „Bármit vetítesz ki hosszútávra, a vég mindig nyomasztó”, állapította meg Luty.
A kísértet a Világot még ennél is vérszomjasabb módon ölheti meg. Sundrum rámutat arra, hogy a jelenlegi modellben a kondenzátum nem teljesen stabil, van rá egy kis esély, hogy spontán megváltozik, és ki tudja mi lesz belőle. Ha ez bekövetkezik, akkor a közönséges anyagot darabokra szaggatja, elsöpörve ezzel az életnek még a nyomát is.
A harvardi kutatók úgy gondolják, hogy ez az instabilitás később megszűnhet az elmélet jobban kidolgozott változatánál. „Ma még ez gyerekcipőkben jár”, jelentette ki Arkani-Hamad. Túl korai lenne annak megállapítása, hogy a kísértet kondenzátum valóban magyarázat-e a felfúvódásra, egyenlő-e a sötét anyaggal és a sötét energiával. „Számomra ezek a problémák rendkívüli jelentőséggel bírnak, bár a megoldáshoz vezető útra éppen, hogy csak ráléptünk.”
De ha az elképzelés zsákutcának is bizonyul, az a tény, hogy az elmélet ezt a három rejtélyt össze tudja egyetlen egybe gyúrni, azt sugallja, hogy ezek a rejtélyek szorosan összetartoznak. Ha bebizonyosodik, hogy a kísértet kondenzátum nem a végső megoldás a kozmosz valamennyi titkára, legalább arra jó, hogy csendben rámutasson a kutatás helyes irányára.
(Stephen Battersby nyomán – NewScientist)
______________________________________________________________
______________________________________________________________
__________________________________________
The Modern Nutritinal Diseases (A modern étkezés betegségei) szerző: Alice & Fred Ottobon
