Létezik az univerzum, ha nem nézzük?
Forrás: http://seth.hu/sethcikkm.php?sc=6
John Wheeler, az
élenjáró fizikus úgy
látja, csak annyi ideje maradt, hogy egyetlen ideán dolgozzon: azon,
hogy az emberi tudat nemcsak a jelent, hanem a múltat is alakítja.
Tim Folger
Fényképek: Dan
Winters
Discover Magazine,
2002. június, 23. kötet, 6. szám
|
John
Archibald Wheeler, a kvantummisztériumok főpapja, azt gyanítja, hogy a
valóság nem a fizikai részecskék, hanem inkább az univerzum
megfigyelésének tette miatt létezik. „Az információ talán nem merül ki
abban, amit a világról megtudunk” – jelenti ki. „Lehetséges, hogy az
alkotja meg a világot.”
|
Mintha darabkáról darabkára rakná magát össze a világ ezen a nyirkos,
szürke reggelen Maine partján. Elsőként a High Islandet borító luc- és
fehérfenyőfák materializálódnak a ködből, majd a sziklás földnyelv, s
végül a tenger, mintha a megfigyelés puszta aktusa szólította volna
őket létezésbe. És talán valóban így áll a helyzet. Míg kibontakozik e
ködös genezis, a sziget legnevesebb lakosa olyan elképzelésekről
beszél, melyek még a fizika terén eltöltött hetven évtized után is
komoly fejtörést okoznak neki; többek között arról a zsigeri érzéséről,
hogy maga az univerzum talán folytonosan keletkezik egy
lehetségesség-ködből, s hogy olyan kozmoszban élünk, melyet részben
saját megfigyeléseink tesznek valóságossá.
John Wheeler, a tudós és álmodó,
Albert Einstein és
Niels Bohr kollégája, sok mai vezető fizikus mentora, valamint az az
ember, aki a „fekete lyuk” elnevezést adta az elképzelhetetlenül sűrű,
fényelnyelő objektumoknak, melyeket ma már teljesen általánosaknak
tartanak az univerzumban, múlt júliusban töltötte be 90. életévét.
Egyike a 20. századi fizika igen kimagasló alakjainak; annak a
generációnak a tagja, mely a mélyére hatolt a kvantummechanika
rejtélyeinek, s felvázolta a tér és idő végső kiterjedéseit. Miután
élete során az atomfizikától egészen a kozmológiáig terjedő területeken
tett érdemi hozzájárulásokat, Wheeler az utóbbi években az iránt
érdeklődik, amit „az ideák ideáinak” nevez.
„Szívrohamom volt 2001. január 9-én” –
meséli. „Így
szóltam magamban: 'Ez egy jel. Csak korlátozott mennyiségű időm maradt,
úgyhogy egyetlen kérdésre fogok koncentrálni: hogyan lehetséges a
létezés?'”
Miért létezik az univerzum? Wheeler
úgy látja, ha
erre a kérdésre meg akarjuk kapni a választ, ez elkerülhetetlenül
együtt jár azzal, hogy meg kell birkóznunk a modern fizika egyik
legkülönösebb aspektusának hozadékával: a kvantummechanika szabályai
szerint megfigyeléseink a legalapvetőbb szinteken befolyással bírnak az
univerzumra. Az objektív „kinti világ” és a saját szubjektív tudatunk
közötti határ, ami a 20. század titokzatos felfedezései előtt olyan
világosan körvonalazottnak tűnt, a kvantummechanikában elmosódik.
Amikor a fizikusok a valóság alapvető alkotóelemeire – az atomokra és
részeikre, vagy a fotonoknak nevezett fényrészecskékre – tekintenek,
az, hogy mit látnak, függ attól, hogy hogyan rendezik el a
kísérletüket. A fizikus megfigyelései határozzák meg, hogy egy atom
például folyékony hullámként vagy kemény részecskeként viselkedik-e,
vagy hogy milyen ösvényt követ, miközben az egyik ponttól a másikig
utazik. Kvantumperspektívából rendkívül interaktív hely az univerzum.
Wheeler fogja a kvantumszemléletet, és továbbviszi egy lépéssel.
Ahogy kifejezésre juttatja
gondolatait, összefűzi
ujjait a tarkóján, hátradől egy díványon, s a mennyezetet bámulja, vagy
talán még annál is távolabbra mered. Egy széles ablaknak háttal ül.
Kint már kezd felszállni a köd; forró nyári nap ígérkezik mára. A
dívány melletti kis asztalkán nagy, ovális kő nyugszik; egyik fele
olyan feketére van csiszolva, hogy a kínai jin-jang szimbólumra
emlékeztet a felszíne. „Az a kő körülbelül 200 millió éves” – közli
Wheeler. „Galaxisunk egyik nagy fordulatából származik.”
Bár arca megviseltnek és komolynak
tűnik, szinte
kisfiússá válik, amikor elmosolyodik, mint amikor kinyújtom felé a
kezem, hogy kisegítsem a díványból, s így szól: „Ah, antigravitáció”.
Alacsony és keménykötésű; haja ritkás és ősz. Huncut érdeklődést tart
fenn a tűzijáték iránt – amely lelkesedés egyik ujjának egy részébe
került, amikor még fiatal volt –, s alkalmanként gyertya alakú
tűzijátékokat gyújt Princeton folyosóin, ahol 1938-ban vált a
tantestület tagjává, s ahol még most is van egy irodája. Egyszer hangos
dörrenés szakítja félbe interjúnkat. Wheeler fia, aki egy néhány száz
méterre fekvő sziklán él, elsütött egy kis ágyút, amit apjától kapott
ajándékba.
Wheeler szinte már túlontúl is
szívélyes; egyik
kollégájának jellemzése szerint „úriemberbe bújtatott úriember”. De
valami mást is rejt ez az udvarias modor: a fizika területének egyik
legkalandosabb elméjét. Ahelyett, hogy visszariadna az olyan
kérdésektől, melyek a mindenség értelmét firtatják, élvezettel
ízlelgeti, ami mély és paradox. Korai támogatója volt az antropikus
elvnek; annak az ideának, mely szerint az univerzum és a fizika
törvényei finoman úgy vannak beállítva, hogy lehetővé tegyék az élet
létezését. Az elmúlt két évtizedben azonban egy sokkal provokatívabb
idea ideáját követte, amit ő megfigyelés révén történő genezisnek
nevez. Felvetése szerint megfigyeléseink ténylegesen hozzájárulhatnak a
fizikai valóság megteremtéséhez. Wheeler szerint nem egyszerűen nézők
vagyunk egy kozmikus színpadon; alakítókként és teremtőkként élünk egy
közreműködéses univerzumban.
Wheeler sejtése szerint óriási
visszacsatolási
hurokként épül fel a világegyetem; olyan hurokként, melyben nemcsak a
jelen és a jövő, hanem a múlt folyamatos teremtésében is közreműködünk.
Elképzelésének illusztrálására ötlötte ki saját elnevezésű
„késleltetett-választásos kísérletét”, ami megdöbbentő, kozmikus
variációval járul hozzá a kvantummechanika sarokkövéhez: a klasszikus
kétréses kísérlethez.
|
Kattints a képre!
Kettős látás
„Késleltett-választásos" gondolatkísérletében Wheeler felveti, hogy egy
távoli kvazárról kibocsátott egyedülálló foton egyidejűleg két ösvényt
követhet a Földre, még ha sok fényév választja is el ezeket az
ösvényeket. Egyetlen foton két különböző galaxison halad itt át;
mindkét útvonalat meghajlítja a galaxisok gravitációs vonzása. Ami még
furcsább: Wheeler felvetése szerint a földi csillagászok mai
megfigyelései határozzák meg az ösvényt, amit a foton több milliárd
évvel ezelőtt bejárt.
Matt Zang grafikája.
|
Ez a kísérlet már önmagában, még Wheeler sajátos csomója nélkül is
rendkívül különös. A kvantummechanika egyik kulcsfontosságú elvét
illusztrálja: azt, hogy a fénynek kettős természete van. Olykor tömör
részecskeként, fotonként viselkedik a fény; máskor a jelek szerint
térben kiterjedt hullámként, hasonlóan egy tó fodrozódásához. A
kísérletben a fény – fotonok árama – két párhuzamos résen halad át, és
egy fényérzékeny filmbe ütközik a rések mögött. Kétféleképpen lehet
elvégezni a kísérletet: vagy úgy, hogy a fotondetektorok közvetlenül a
rések mögött helyezkednek el, ami lehetővé teszi a fizikusoknak, hogy
haladásuk közben figyeljék meg a fotonokat, vagy úgy, hogy eltávolítják
a detektorokat, ami azt teszi lehetővé, hogy megfigyelés nélkül
utazzanak a fotonok. Amikor a fizikusok a fotondetektorokat használják,
nem meglepő az eredmény: minden fotonról azt figyelik meg, hogy vagy az
egyik, vagy a másik résen halad át. Más szavakkal, részecskékként
viselkednek a fotonok.
De amikor eltávolítják a
fotondetektorokat, nagyon
különös dolog történik. Arra számítanánk, hogy két különálló
ponthalmazt látunk a filmen, annak megfelelően, hogy hol csapódtak be
az egyéni fotonok, miután véletlenszerűen vagy az egyik, vagy a másik
résen haladtak át. Ehelyett váltakozó fényes és sötét csíkok mintája
jelenik meg. Csak akkor alakulhat ki ilyen minta, ha a fotonok
hullámokként viselkednek: ha minden egyes foton kiterjed, és mindkét
résnek egyszerre hullámzik neki, mint ahogy egy nagy hullám gátnak
ütközik. A minta váltakozó fényes csíkjai a filmen azt mutatják, hogy
hol fedik át egymást ezeknek a hullámoknak a taréjai; a sötét csíkok
azt jelzik, hogy egy hullámtaréj és egy hullámvölgy kioltották egymást.
A kísérlet kimenetele függ attól, hogy
mit
próbálnak mérni a fizikusok: ha a rések mögé helyezik a detektorokat, a
fotonok szokványos részecskékként viselkednek, s mindig vagy az egyik,
vagy a másik útvonalon haladnak át; sohasem mindkettőn egyszerre. Ebben
az esetben nem jelenik meg a csíkos minta a filmen. De ha a fizikusok
eltávolítják a detektorokat, úgy tűnik, minden egyes foton apró
hullámként egyidejűleg bejárja mindkét utat, ami a csíkos mintát adja
ki.
Wheeler e kísérlet kozmikus léptékű
változatával
hozakodott elő, melynek még ennél is hátborzongatóbb következményei
vannak. Ahol a klasszikus kísérlet azt demonstrálja, hogy a fizikusok
megfigyelései határozzák meg egy foton viselkedését a jelenben, Wheeler
verziója azt mutatja meg, hogy jelenbeli megfigyeléseink hatást
gyakorolhatnak egy foton múltbeli viselkedésére.
A bemutatás kedvéért felvázol egy
ábrát egy darab
papírra. Képzeljünk el, mondja, egy kvazárt – egy nagyon fényes és
nagyon távoli fiatal galaxist. Most képzeljük el azt, hogy két másik
nagy galaxis húzódik a Föld és a kvazár között. Az olyan nagy tömegű
objektumok gravitációja, mint amilyenek a galaxisok, meghajlíthatja a
fényt, mint ahogy a hagyományos üveglencsék is teszik. Wheeler
kísérletében a két óriási galaxis helyettesíti a két rést; a kvazár a
fényforrás. Mint a kétréses kísérletben, a kvazárból érkező fény, a
fotonok két különböző ösvényt követhetnek; vagy az egyik, vagy a másik
galaxison haladnak át.
Tegyük fel, hogy a Földön néhány
csillagász úgy
dönt, megfigyeli a kvazárokat. Ebben az esetben egy teleszkóp játssza a
kétréses kísérlet fotondetektorának szerepét. Ha a csillagászok a két
közbeeső galaxis egyikére irányítják a teleszkópot, olyan fotonokat
látnak a kvazárból, melyeket elterelt az a galaxis; ugyanezt az
eredményt kapnák, ha a másik galaxisra néznének. De elvégezhetnék a
kétréses kísérlet második részének utánzatát is. A tükrök gondos
elrendezésével arra bírhatnák a mindkét galaxis környéki útvonalakból
érkező fotonokat, hogy egyidejűleg csapódjanak be a fényérzékeny film
egy darabjába. Váltakozó fényes és sötét sávok jelennének meg a filmen,
azzal a mintával megegyezően, amit akkor találtak, amikor a fotonok a
két résen haladtak át.
Itt következik a különös rész. A
kvazár nagyon
messze lehetne a Földtől, s olyan gyenge lehetne a fénye, hogy fotonjai
csak egyesével tudnának becsapódni a filmbe. De a kísérlet eredményei
nem változnának. Továbbra is a csíkos minta tűnne fel, ami azt jelenti,
hogy egy magányos foton, amit nem figyelnek meg teleposzkóppal, mindkét
ösvényt bejárná a Föld felé, még ha ezeket az ösvényeket sok fényév
választaná is el egymástól. És ez még nem minden.
Amikorra a csillagászok eldöntenék,
hogy melyik
mérési módszert alkalmazzák – hogy egyetlen határozott útra
korlátozzák-e a fotont, vagy mindkét ösvényt egyidejűleg követtessék
vele –, addigra a foton mögött már több milliárd éves utazás állhat,
mely már jóval azelőtt is folyhatott, hogy az élet megjelent a Földön.
A most végzett mérések Wheeler szerint
meghatározzák a foton
múltját. Az egyik esetben olyan múltat teremtenek a csillagászok,
melyben egy foton mindkét lehetséges útvonalat bejárta a kvazártól a
Földig. Vagy pedig visszamenőleg arra kényszerítik a fotont, hogy
egyetlen csapást kövessen detektoraik felé, még ha a foton jóval
azelőtt kezdte is meg vándorlását, hogy bármiféle detektor létezett
volna.
Csábító lenne furcsa ötletként
annyiban is hagyni
Wheeler gondolatkísérletét, de ezzel van egy kis probléma:
laboratóriumban demonstrálták. A Marylandi Egyetem fizikusai 1984-ben
elvégezték a késleltetett-választásos kísérlet forgatókönyvének asztali
változatát. Egy fényforrás és tükrök sajátos elrendezésével számos
lehetséges foton-útvonalat biztosítottak, s képesek voltak annak
kimutatására, hogy a fotonok által bejárt ösvények egészen addig nem
voltak lerögzítve, míg a fizikusok el nem végezték méréseiket, még
akkor is, ha ezekre a mérésekre azután került sor, hogy a fotonok már
elhagyták a fényforrást, és elkezdték keringésüket a tükrök pályáján.
Wheeler felvetése szerint olyan
univerzumnak
vagyunk a részei, ami folyamatban lévő mű; aprócska foltjai vagyunk a
világegyetemnek, mely önmagára tekint – és építi önmagát. Nemcsak a
jövő nem meghatározott még: a múlt sem az. S ha visszafelé kukucskálunk
az időben, akár egészen az ősrobbanásig visszamenőleg, jelenbeli
megfigyeléseink akkor is csak egyet választanak ki az univerzum sok
lehetséges kvantumtörténelme közül.
|
Születésnapi
parti
Andrej Linde (fent), a felfúvódásos elmélet egyik elvi építésze, John
Wheeler 91. születésnapjának előünnepén vesz részt a Princeton
Egyetemen. Linde a kezeivel illusztrálja, hogy univerzumunk egy párt
alkothatott egy másikkal, amikor megszületett. Wheeler pohárral a
kezében (lent) Ravi Ravindrával társalog, aki az összehasonlító
vallástudomány nyugalmazott egyetemi tanára a Dalhousie Egyetemen Nova
Scotiában.
Fényképek: Brian Finke.
|
|
Azt jelenti ez vajon, hogy az emberek szükségesek az univerzum
létezéséhez? Noha a tudatos megfigyelők kétségkívül részt vesznek a
Wheeler által elképzelt közreműködéses univerzum megteremtésében, nem
ez az egyetlen – sem az elsődleges – módja a kvantumpotenciálok valóssá
válásának. A szokványos anyag és sugárzás játssza a főszerepet. Wheeler
kedvenc példája egy nagyenergiájú részecske, amit valamilyen radioaktív
elem szabadít fel, mint amilyen a rádium a Föld kérgében. A részecske –
a kétréses kísérlet fotonjaihoz hasonlóan – sok lehetséges helyzetben
létezik egyszerre; minden lehetséges irányt bejár, s nem egészen valódi
és szilárd addig, amíg kölcsönhatásba nem lép valamivel, mondjuk egy
darab csillámkővel a Föld kérgében. Amikor ez megtörténik, a sok
különböző valószínűségi kimenetelek egyike válik valóssá. Ez esetben a
csillámkő – egy nem tudatos lény – az a tárgy, ami azt, ami
megtörténhet, azzá alakítja, ami valóban megtörténik. A nagyenergiájú
részecske által a csillámkőben maradt felbomlott atomok nyoma részévé
válik a valós világnak.
Wheeler nézetei szerint az egész
univerzum minden
pillanatban tele van ilyen eseményekkel, ahol számtalan kölcsönhatás
lehetséges kimenetelei válnak valóssá, s ahol a kvantummechanikában
bennerejlő határtalan változatosság fizikai kozmoszként nyilvánul meg.
S mi csak egy apró részét látjuk ennek a kozmosznak. Wheeler azt
gyanítja, hogy az univerzum legnagyobb része hatalmas bizonytalansági
felhőkből áll, melyek még nem léptek kölcsönhatásba sem tudatos
megfigyelővel, sem egy kupac élettelen anyaggal. Meglátása szerint
olyan óriási színtér a világegyetem, ahol még nincs lerögzítve a múlt.
Wheeler maga is készségesen elismeri,
hogy nagyon
nehéz megemészteni ezt az elképzelést. Valójában nem is elmélet ez,
hanem inkább intuíció arról, hogy milyen is lehet a mindenség végső
elmélete. Bizonytalan nyom, mely arra utal, hogy a teremtés rejtélye
talán nem a távoli múltban, hanem az eleven jelenben rejlik. „Ez a
nézőpont nyújt nekem reményt arra, hogy a kérdés – Hogyan lehetséges a
létezés? – megválaszolható” – jelenti ki.
Wheeler sok tanítványának egyike,
William Wootters,
aki ma már a fizika professzora a Williams Főiskolán a Massachusetts
állambeli Williamstownban, szinte orákulumhoz hasonló figurának tartja
Wheelert. „Úgy látom, jó dolog feltenni azt a kérdést, hogy hogyan
lehetséges a létezés” – mondja Wootters. „Miért ne járna utána az
ember, hogy meddig tud nyújtózni az elméje? Járjon csak utána, és nézze
meg, merre viszi. Legalább néhány jó ideát biztosan eredményez ez, még
ha a kérdés megválaszolatlan is marad. John érdeklődését a kvantummérés
jelentősége kelti fel; hogy hogyan teremt a mérés valóságot abból, ami
puszta potencialitás volt. Arra a nézetre jutott, hogy ez a valóság
alapvető építőkockája.”
A kvantummérések természete iránti
érdeklődésében a
modern fizika egyik leginkább zavarba ejtő aspektusát veszi célba
Wheeler: a kvantumrendszereken végzett kísérletek megfigyelése és
kimenetele közt fennálló kapcsolatot. A probléma egészen a
kvantummechanika legkorábbi korszakára nyúlik vissza, s legnevezetesebb
megfogalmazása az ausztriai fizikus, Erwin Schrödinger nevéhez fűződik,
aki Rube Goldberg-típusú kvantumkísérletet képzelt el egy macskával.
Tégy egy macskát egy zárt dobozba, s
tégy mellé egy
üvegcse mérgező gázt, egy darab urániumot és egy Geiger-számlálót;
akaszd rá egy kalapácsra, ami a gázzal teli üvegcse fölött függ. A
kísérlet során vagy kisugároz egy részecskét a radioakítv uránium, vagy
nem. Ha a részecske felszabadul, a Geiger-számláló érzékeli, és jelzést
küld egy mechanizmusnak, ami a kalapácsot vezérli; a kalapács ennek
nyomán széttöri az üvegcsét, és kiengedi a gázt, ami így megöli a
macskát. Ha a részecske nem szabadul fel, a macska életben marad.
Schrödinger arra kérdezett rá, hogy mit tudhatunk a macskáról, mielőtt
kinyitnánk a dobozt.
Ha nem létezne kvantummechanika,
egyszerű lenne a
válasz: a macska vagy él, vagy halott, attól függően, hogy
nekiütközött-e részecske a Geiger-számlálónak. De a kvantumvilágban nem
ilyen egyértelműek a dolgok. A részecske és a macska most egy olyan
kvantumos rendszert alkot, mely a kísérlet összes lehetséges
kimenetelét tartalmazza. Az egyik kimenetel halott macskát foglal
magában; a másik egy élőt. Egyik sem válik valóssá, amíg valaki ki nem
nyitja a dobozt, és bele nem tekint. Ezzel a megfigyeléssel események
egy egész, ellentmondásmentes szekvenciája – az urániumból kiszabadult
részecske, a mérgező gáz felszabadulása, a macska halála – egyszerre
válik valóssá, s csak azt a látszatot kelti, mintha mindez hosszú idő
alatt következett volna be. A Stanford Egyetemen működő Andrej Linde
úgy véli, ez a kvantumparadoxon a magva Wheeler ideájának az univerzum
természetéről: a kvantummechanika elvei súlyos korlátokat állítanak
tudásunk bizonyossága elé.
„Feltehetjük a kérdést, hogy vajon
tényleg
létezett-e az univerzum, mielőtt érzékelni kezdtük” – mondja. „A jó
öreg Schrödinger-féle macskakérdésről van szó. S az én válaszom az
lenne, hogy úgy látszik, mintha az univerzum már
azelőtt is
létezett volna, hogy én érzékelni kezdtem. Amikor egy hét múlva
kinyitjuk a macska dobozát, vagy élő macskát találunk benne, vagy egy
bűzös húsdarabot. Mondhatjuk, hogy úgy tűnik: a macska egész héten át
halott volt, vagy élt. Amikor az univerzumra tekintünk, ehhez hasonlóan
legfeljebb annyit mondhatunk, hogy úgy látszik, mintha már 10 milliárd
éve ott lenne.”
Linde úgy tartja, valószínűleg helyes
Wheeler
intuíciója a valóság közreműködéses természetéről. Egy lényeges ponton
azonban eltér a véleményük. Linde szerint a tudatos megfigyelők lényegi
alkotóelemei az univerzumnak, s nem helyettesíthetők élettelen
tárgyakkal.
„A világegyetem és a megfigyelő egy
párként
létezik” – fogalmaz. „Azt mondhatnánk, csak akkor áll fenn az
univerzum, amikor van megfigyelő, aki elmondhatja: igen, látom ott az
univerzumot. Ezek a parányi szavak – úgy néz ki, itt volt
–
gyakorlati szempontból talán nem sokat számítanak, de ami engem mint
emberi lényt illet, nos, én semmiféle olyan értelmet nem ismerek,
melyben kijelenthetném, hogy megfigyelők hiányában itt van az
univerzum. Együtt vagyunk, az univerzum és mi. Ha valaki azt állítja,
hogy bármiféle megfigyelők nélkül létezik a világegyetem, ehhez én nem
tudok értelmet társítani. Nem tudok elképzelni olyan, következetes
elméletet a mindenségre, ami figyelmen kívül hagyná a tudatot. Egy
felvevőkészülék nem játszhatja egy megfigyelő szerepét, mert hát ki
fogja elolvasni, hogy mit ír ki ez a készülék? Hogy láthassuk, hogy
valami történik, és elmondhassuk egymásnak, hogy valami történik,
szükségünk van egy univerzumra, szükségünk van egy felvevőkészülékre,
és szükségünk van önmagunkra. Nem elég, ha az információ elraktározódik
valahol, ahol egyáltalán senki nem férhet hozzá. Szükséges, hogy valaki
megnézze. Megfigyelők híján halott az univerzumunk.”
|
Schrödinger
macskája
Erwin Schrödinger, a kvantummechanika egyik atyja tette fel a kérdést,
hogy mi történne egy macskával, ha egy dobozban összezárnánk egy
radioaktív elemmel, mely a kísérlet során vagy előidézné a mérgesgáz
kiszabadulását, vagy sem. A válasz röviden: a macska sorsa eldöntetlen
marad mindaddig, amíg valaki meg nem figyeli a kísérletet.
|
Vajon választ kapunk-e valaha is Wheeler kérdésére, mely azt firtatja,
hogyan lehetséges az univerzum? Wootters szkeptikus. „Nem tudom,
képes-e az emberi intelligencia a kérdés megválaszolására” – mondja.
„Nem várjuk el a kutyáktól vagy a hangyáktól, hogy képesek legyenek
mindenre rájönni az univerzumot illetően. S ha az evolúció áramlására
gondolok, kétlem, hogy mi lennénk az utolsó szó az intelligencia terén.
Jöhetnek később magasabb szintek. Miért kellene hát azt gondolnunk,
hogy elértük azt a pontot, ahol mindent meg tudunk érteni? Ugyanakkor
azt gondolom, nagyszerű feltenni a kérdést, és megnézni, meddig jutunk
el vele, mielőtt falba ütköznénk.”
Linde optimistább.
„Tudja, ha azt mondanánk, hogy elég
okosak vagyunk
ahhoz, hogy mindenre rájöjjünk, akkor ez nagyon arrogáns gondolat
lenne. Ha azt mondanánk, nem vagyunk elég okosak, ez nagyon megalázó
gondolat volna. Oroszországból származom, ahol van egy mese két
békáról, akik egy tejfölös bödönbe kerülnek. A békák fulladoztak a
tejfölben. Semmi szilárdba nem tudtak kapaszkodni; nem tudtak kiugrani
a bödönből. Az egyik béka megértette, hogy nincs remény, s nem taposta
többé a lábaival a tejfölt. Egyszerűen meghalt. Belefulladt a tejfölbe.
A másik nem akarta feladni. Az égvilágon semmi módja nem volt arra,
hogy bármit is változtasson a helyzetén, de azért csak taposott,
taposott és taposott. Egyszer csak vajjá köpülődött a tejföl. A béka
ekkor ráállt a vajra, és kiugrott a bödönből. Szóval, az ember a
tejfölre néz, és erre gondol: 'Az égvilágon semmit sem tudok tenni
ezzel.' De néha váratlan dolgok történnek.
Örülök, hogy néhányan, akik korábban
értelmetlennek
tartották az azt firtató kérdést, hogy hogyan lehetséges az univerzum,
nem akadályoztak meg bennünket abban, hogy feltegyük. Mindannyian
tanultunk az olyan emberektől, mint John Wheeler, aki furcsa kérdéseket
tesz fel, és furcsa válaszokat ad rájuk. Egyetérthetünk vagy
ellenkezhetünk a válaszaival. De maga a tény, hogy felteszi ezeket a
kérdéseket, és felvet néhány valószínű – na meg valószínűtlen –
választ, ledöntötte annak korlátait, hogy mire lehet rákérdezni, és
mire nem.”
De mit gondol a High Island orákuluma
maga? Megértjük-e valaha, hogy miért keletkezett az univerzum?
„Vagy legalábbis azt, hogy hogyan” –
feleli. „A
miért már bonyolultabb.” Charles Darwin példáját idézi, aki a 19.
században egyszerű magyarázattal – a természetes szelekció révén
történő evolúcióval – állt elő egy olyan problémára, ami akkor
mélységesen megoldhatatlan tűnt: arra a kérdésre, hogy mivel
magyarázható a földi élet eredete és változatossága. Úgy látja Wheeler,
hogy a fizikusok hasonlóan világos megértésre tesznek majd szert egy
szép napon az univerzum eredetéről?
„Teljes mértében” – feleli. „Teljes
mértékben.”
Web-források:
John Archibald Wheeler és Kenneth
Ford, Geons, Black Holes & Quantum Foam: A Life in
Physics. New York: W. W. Norton & Company, 1998.
Lásd még Andrej Linde weboldalát: http://physics.stanford.edu/linde.
Ford.: Nic, 2005.
Szöveges kép szerkesztése: Lucas,
2005.
A cikk forrása:
http://www.discover.com/issues/jun-02/features/featuniverse/
Ha igaza van annak az amerikai fizikusnak, aki megpróbálta
megmagyarázni egy brit-német kísérlet váratlan eredményeit, Ön kedves
olvasó csak egy hologram. Sőt, az egész világmindenség egy hatalmas
hologram. Amely ráadásul életlen.
A NewScientist szerint a GEO 600 nevű kísérlet eredeti célja az volt,
hogy végre kimutassák az elméleti fizika által megjövendölt gravitációs
hullámokat, amelyeket hatalmas tömegű és sürűségű égitestek, például
fekete lyukak vagy neutron csillagok indítanak útra a téridőben. Nem
találtak egyetlen gravitációs hullámot sem, viszont hatalmas
műszereikkel rögzítettek valami megmagyarázhatatlan háttérzajt.
A Hanover közelében működő laboratórium munkatársai hónapokig törték a
fejüket, de nem találtak magyarázatot a jelenségre. Aztán jelentkezett
náluk Craig Hogan, a Fermilab (Batavia, Illinois) fizikusa, aki - mint
kiderült - előre megjósolta a zajt. Szerinte a GEO 600 akaratlanul is a
téridő alapjaiba botlott. A zajt a téridő kvantum mozgása okozza, mert a
téridő Hogan szerint nem olyan sima kontínuum, mint Einstein
feltételezte, hanem parányi részecskékből, kvantumokból áll. Ha elég
nagy felbontással szemléljük, mint ezt a GEO 600 teszi, a "kép" apró
pontokra esik szét. Valahogy úgy, mint amikor egy fotót közelről
vizsgálva egyszer csak azt látjuk, pixelekből áll.
Ha ez még nem lenne elég sokkoló, Hogan tovább fejleszti elméletét:
"Ha a GEO 600 eredménye azt jelenti, amit feltételezek, akkor mi mind
egy hatalmas kozmikus hologramban élünk."
Az ötlet, hogy az univerzum egy hologram elég abszurdnak tűnhet,
mégis jól illeszkedik az elméleti fizikához és számos kérdésre ad
logikus, bár hajmeresztő magyarázatot.
Már a 90-es években Leonard Susskind fizikus és a Nobel-díjas Gerard
't Hooft előállt az ötlettel, hogy a világegyetem valójában holografikus
kivetülés. Amit mi nap mint nap tapasztalunk, csak egy háromdimenziós
holografikus kivetülése valaminek, ami egy távoli, a világegyetem szélén
levő kétdimenziós felületen történik.
Az egész hologram elmélet jól illeszkedik a fekete lyukak
paradoxonának magyarázatához. Stephen Hawking vetette fel a 70-es
években, hogy a fekete lyukak nem tökéletesen "feketék", lassan sugárzás
távozik belőlük és így elpárolognak, idővel teljesen megszűnnek. A
paradoxont az okozza, hogy a sugárzással nem kerül ki információ a
fekete lyukból, így a lyuk elpárolgásával elvész a lyuk helyén
eredetileg összeomlott csillaggal kapcsolatos minden információ. Ez
pedig ellentmond az információ megmaradás elvének.
A fekete lyukak paradoxonát Jacob Bekenstein oldotta fel, aki szerint
a fekete lyuk esemény horizontja arányos a benne rejlő információval és
az esemény horizont felületén levő kvantum méretű szakadásokból vissza
lehet fejteni a belül levő infromációt. (Az esemény horizont a fekete
lyuk határa, azon belülről elvileg semmi nem jöhet ki.) Ez azért
lényeges, mert egy felület történéseinek kivetítésével dekódolható egy
korábbi csillag háromdimenziós képe.
Susskind és 't Hooft ezt az elméletet az egész univerzumra
kiterjesztették. A világegyetemnek szintén van határa - amit a fény az
univerzum 13,7 milliárd éves története alatt nem léphetett túl.
Hogan szerint a holografikus elv gyökeresen megváltoztatja a képünket
a téridőről. Az elméleti fizika régóta feltételezte, hogy a téridő is
kvantum szerkezetű és hogy ezen a méreten "életlen" és zavaros. Nagyon
kis méretről van szó, egy ilyen kvantum száz milliárd milliárdszor
kisebb egy protonnál és ma még semmilyen kísérlettel nem mérhető.
Az új elmélet mindet megváltoztat. Gondolhatunk a világegyetemre úgy
is, mint egy hatalmas gömbre, amelynek a felületét "kitapétázó"
információ mennyisége azonos az azt tükröző belső információval. Hogan
szerint ez az egyenlet csak úgy állhat fenn, ha a világ életlen. A
felületen az információ egységei Plank hosszúságúak (10-35 méter), belül
azonban ennél jóval nagyobbak és a Hanoveri laboratórium már érzékelte a
hatásukat.
A GEO 600 éppen az ebből az elméletből következő életlenséget mutatta
ki. Persze senki - maga Hogan sem - hiszi azt, hogy a mostani kísérlet
elégséges bizonyíték a hologram elmélet helytálló voltára. Még sokat
kell dolgozni rajta.