A pár éve megszünt határtudományos lap topikja!
-
tomcat1 #40 Az Élő Univerzum
Ősrobbanás
Tudjuk, hogy az univerzum tágul, és ez a tágulás időben visszafelé követve egy robbanássze-rű folyamatra vezet. Az Ősrobbanás elmélete ezt a robbanást egészen a matematikai idealizációig, a nulla kiterjedésű pontig vezeti vissza, elismerve, hogy ott már a fizika törvényei nem érvényesek, ahogy nullával sem szabad osztani a matematika órán. Így az egész elmélet alapja a levegőben le-beg. De ha jobban megnézzük, akkor nemcsak az alapja, de összes főbb lépése is valahogy a meg-foghatatlanságba menekül.
Az összes keletkezési folyamat, a galaxisoké éppúgy, mint a csillagoké, a megfoghatatlan, észlelhetetlen sötétbe hátrál, ahol a Big Bang szerint összehúzódási folyamatok vezetnek a keletke-zésre. Érdekes, legalábbis figyelemre méltó, hogy bár ezek a „csillagbölcsők” tényleg viszonylag hű-vösek, -200 °C körüli hőmérsékletűek, és mindig por-és gázfelhőbe ágyazottak, a bennük lezajló moz-gások, az infravörösben sugárzó objektumok mozgási sebességei egy-két nagyságrenddel nagyob-bak, mint amit az összehúzódási elméletek adnak, ráadásul minél fiatalabb a megfigyelt objektum, annál hevesebbek ezek a mozgások és az ezekkel összefüggő tágulási jelenségek. Amíg a feltétele-zett összehúzódási folyamatoknak nyomát sem lelik mindmáig, az ellenkező irányú folyamat, az anyagkiáramlás, anyagkidobás, tágulás általános jelenségnek számít a galaxisok, a fiatal csillaghal-mazok, a csillagasszociációk, a fiatal és a protocsillagok születésekor. Az Ősrobbanás elméletében a galaxisok túlnyomórészt egykorúak. Amíg az univerzum korára a Big Bang elmélete 8-15 milliárd évet ad, a galaxisok 7-10-14 milliárd éve, az első csillagok mintegy 5-8 milliárd éve keletkezhettek. Ezzel szemben problémát jelent, hogy például az M92 gömbhalmaz kora kb. 19 milliárd év, bizonyos RR Lyrae típusú csillagok kora nagyobb 17 milliárd évnél! A legöregebb ismert csillagok kora 16-19 milli-árd év, szemben a Big Bang ajánlotta 5-8 milliárd évvel. Ez az Ősrobbanás elméletének kor-paradoxona. Ráadásul egyre több rendkívül fiatal galaxist találnak az utóbbi időben. Az Arp 220 és az NGC 6240 katalógusszámú galaxisok kora például kisebb egymilliárd évnél! Hol és hogyan keletkez-hetnek ma olyan óriás gázködök, amelyek egész galaxisokat szülhetnének? Hiszen tudjuk, hogy a csillagokhoz képes a galaxisok rendkívül sűrűn, szinte egymásmellettiséggel töltik ki a teret – a köztük lévő távolság méretüknek csak tízszerese. A galaxisok közti tér anyagsűrűsége messze alacsonyabb annál, ami beindíthatna egy galaxiskeletkezést gravitációs instabilitással – és a felhalmozódó anyagot nyilván a szomszédos galaxisok vonzanák magukhoz, mielőtt a sűrűség elérhetné egyáltalán a szük-séges értéket. Ezért érvelnek a Big Bang hívők úgy, hogy a fiatal galaxisok mind öregebb galaxisok összeütközéséből keletkeznek. Ezt határozottan cáfolják G. Burbridge észlelései. Kimutatta ugyanis, hogy ezek a galaxisok nem tartalmaznak egymilliárd évnél öregebb csillagokat, nincsenek bennük „A” színképtípusnál későbbiek. A galaxisok porát a most képződő, nagy tömegű fiatal csillagok dobják ki magukból.
Egyre szaporodnak a rendellenes vöröseltolódású objektumok is. Amíg a Big Bang keretében a galaxisok, a kvazárok vöröseltolódását a világegyetem egyenletes tágulása okozza, addig Arp és mások kimutatták, hogy kifejezetten gyakori jelenség, hogy egymással fizikai kapcsolatban álló (vagy fizikai kapcsolatban állónak látszó) objektumok, amelyek eszerint szomszédosak egymással, erősen különböző vöröseltolódást mutatnak. Márpedig ha szomszédosak, nagyjából egyforma távolságban kell lenniük tőlünk, és akkor a vöröseltolódásuknak is egyező értékűnek kellene lenniük. Ráadásul az ilyen rendellenes csoportosulások rendszerint olyanok, amelyekben egy galaxis körül egyirányban sok, nagy tömegű anyagcsomó dobódott ki. Az NGC 2639 galaxis körül például nem kevesebb, mint tíz kvazár figyelhető meg, s legkülönfélébb vöröseltolódásokkal. Az is figyelemreméltó, hogy minél na-gyobb a galaxis vöröseltolódása, azaz minél távolabbi, annál közelebb látszanak hozzá a rendellenes vöröseltolódású kvazártársak.
Az Ősrobbanás elméletének évtizedekig érdemi vetélytársa volt Fred Hoyle, Herman Bondi és Thomas Gold állandó állapot-elmélete. Ez abban foglalható durván össze, hogy az univerzum örök idők óta létezik, egyfolytában tágul, és egyfolytában ugyanúgy néz ki. Hoyle-ék feltették, hogy az anyag folytonosan keletkezik egyenletesen a térben, épp olyan mértékben, hogy az anyagsűrűség a tágulás ellenére is állandó maradjon. Ez a kép egy folyó áramlásához hasonlítható; bár a víz moleku-lái nem maradnak egy helyben, jönnek helyükbe újak.
A hatvanas évek közepétől, a kozmikus háttérsugárzás felfedezésétől kezdve ez az állandó állapot-elmélet háttérbe szorult. Úgy gondolták ugyanis a Big Bang hívői, hogy a háttérsugár-zás és ennek hőmérsékleti sugárzás jellegű eloszlása azt bizonyítja, hogy az univerzum egésze vala-mikor kis térfogatban, nagy hőmérsékleten bocsátott ki fényt minden irányban egyformán, és az a fény hűlt le a tágulás során a ma megfigyelt 2.7 K hőmérsékletre. Nemrég azonban a legtekintélyesebb szakfolyóirat, az Astrophysical Journal az állandó állapot-elmélet egy korszerűbb változatát közölte, amely elismeri egy 10-15 milliárd évvel ezelőtti robbanás-sorozat lezajlását. Hoyle, Burbridge és Narlikar tanulmányukban a régi Hoyle-Bondi-Gold elméletet úgy módosították, hogy az anyag az örökkép létező, egyenletes tágulásban levő univerzum közel periodikusan ismétlődő, viszonylagos összesűrűsödéseikor, az összesűrűsödő anyagcsomók közvetlen szomszédságában, az erős gravitá-ciós terek hatására keletkezik, mégpedig robbanásszerűen. Ezeket a robbanásos szakaszokat hosz-szabb, viszonylag kevesebb, kisebb robbanásokkal fémjelzett korszakok követik. Az anyag robbanás-szerű keletkezése hatására felgyorsul a világegyetem tágulása, ezzel a ritkulás, és ez lefékezi a rob-banásos anyagteremtést, amitől lelassul a tágulás, viszonylagos, helyenkénti összehúzódás lép fel, ami kiváltja a robbanássorozatokat heves anyagtermeléssel és így tovább. A nyugodtabb szakaszok-ban is tovább folyik az anyag teremtése egy kaszkád-folyamatban, amiben a robbanásrepeszek rob-bannak tovább, egyre kisebbekké.
A fizika összes alapegyenlete – így a klasszikus dinamika, a Schrödiger-egyenlet, a relativi-táselmélet dinamikai egyenletei és az általánosabb, skálainvariáns gravitáció (lásd később) egyenletei – mind levezethetők a legkisebb hatás elvéből. Az Ősrobbanás elméleti modellje azonban ezt az elvet olyan mesterséges határfeltételekkel használja fel, amelyek csak egy pillanatban, egyszerre engedik meg részecskék keletkezését, az Ősrobbanás pillanatában. Hoyle azonban kimutatta, hogy a fizika leglényegesebb tulajdonsága épp a törvények egyetemessége, egyetemességének igénye, és a mes-terséges határfeltétellel a Big Bang-elmélet a tudományban precedens nélkül álló visszalépést jelent az egyetemességtől a specializáltság felé. Tetszőleges határfeltételeket megengedve, viszont a ré-szecskék akkor keletkezhetnek, amikor ezt a legáltalánosabb fizikai törvények előírják. Hoyle és Narlikar a relativitáselméletet is elegánsabb, átfogóbb, egyetemesebb elméletté fejlesztették, amely-nek egyenletei nem csak koordinátarendszertől függetlenek – azaz magát a fizikai jelenséget ugyan-úgy írják le függetlenül attól, honnan nézzük – hanem a felhasznált mértékegységek is a téridőben pontról-pontra változhatnak egy függvény, a skálafüggvény szerint. A skálainvariancia pedig nélkülöz-hetetlen a Mach-elvet felhasználni akaró gravitációelmélet számára.
A Mach-elv úgy született, hogy ki akarták mérni a Föld mozgását, forgását a newtoni abszolút térhez képest. Egy olyan inga, amelynek lengési síkja szabadon elfordulhat, éppen a Földnek az ab-szolút inerciarendszeréhez képesti forgásával ellentétesen fordul el (ez az úgynevezett Foucault-inga). A kísérletet végrehajtva, a múlt század végén azt a megdöbbentő eredményt kapták, hogy a földi fizika inerciarendszere a távoli csillagokhoz kötött! Ezt fogalmazta meg Mach a róla elnevezett elvben úgy, hogy a testek tehetetlensége az univerzum többi tömegének tömegvonzásától függ. De akkor, ahogy a test elmozdul, megváltozik helyzete az univerzum tömegeihez képest, tehát tömege is változhat pályája során! Így a Mach-elv a csillagászatra alapozza a fizikát! Ahhoz, hogy ennek dacára a fizika törvényei változatlanok maradjanak, kell a skála-invariancia. És kimutatták, hogy amíg az elektromágnesesség Maxwell-egyenletei eleve skálainvariánsak, addig az általános relativitáselmélet nem az! Hoyle és Narlikar fejlesztették ki a gravitáció skálainvariáns elméletének matematikai leírását.
A Mach-elv matematika következménye, hogy egy újonnan született égitest tehetetlen tömege nulla, mivel a gravitációs hatás is fénysebességgel terjed, és egy most született test még nem hat köl-csön a távolabbi tömegekkel, amiktől a Mach-elv értelmében tehetetlen tömegét kapja. (Lásd. Fred Hoyle: Stonehange-től a modern kozmológiáig. Gyorsuló idő, Budapest, 1978, 161. o.) de ahogy telik az idő, egyre több, egyre távolibb szomszédja fejt ki rá gravitációs hatást, így tehetetlen tömege az idővel egyre nő, anélkül, hogy például részecskeszáma megváltozna!
A lüktetve táguló örök világegyetem új elméletében az anyagkeletkezés Planck-részecskékből indul. A Planck-részecske tömege egy százezred gramm, azaz 5 milliárdszor milliárd proton, neutron stb. (barion) keletkezhet belőle. Mivel ez a Planck-részecske rendkívül instabil, ezért 10-43 másodperc alatt elbomlik egy kaszkádfolyamatban jóval könnyebb részecskékké, végül is protonokká, neutronok-ká, elektronokká, stb. a számítások szerint eközben hélium és egyéb elemek is keletkeznek, például berillium és bór, mégpedig a megfigyelttel Big Bang elméleténél sokkal jobb egyezésben. Az anyagke-letkezés csakis erős gravitációs terekben mehet végbe, és az általános energiamegmaradási törvény szerint ezt erős negatív nyomás is kíséri, azaz erős taszító hatás lép fel az anyagkeletkezéskor. Ez vi-szont azt jelenti, hogy egy összehúzódó objektum sohasem érheti el a fekete lyuk állapotát, mert előbb megindul gravitációs terében az anyagkeletkezés, az anyagkidobás, és az ekkor fellépő negatív nyomás az anyag berobbanását megfordítja, szétrobbanássá alakítja.
Hoyle megmutatta, hogy egy viszonylag stabil, erős gravitációs terű objektumban az anyagki-dobás többé-kevésbé folytonos is lehet. Ha az erős gravitációs terű, sűrű objektum forog is, mint álta-lában minden égitest, akkor az általános gravitációs egyenletek megoldása szerint az anyagbeáram-lás először a forgástengely döféspontjánál, azaz az északi és a déli póluson éri el a legerősebb gravi-tációs tereket, így a heves anyagkidobás is a forgástengely mentén lép fel! És ez az az érthetetlen je-lenség, amit tényleg megfigyeltek sok esetben. A galaxisok ugyanis a jelek szerint előszeretettel do-bálják ki a kvazár- és a galaxismagokat magukból, éppen a forgástengelyük mentén! Szemben egy földi gázgömbbel, amely egyre gyorsabban forogva, először egyenlítőjéről dobálhat le anyagot, a kvazár-láncsorok a forgástengely mentén sorakoznak fel. Ezek a nulla tömeggel születő objektumok tulajdonképpen téridőnkbe nyíló fehér lyukak, ahogy egyre inkább összenő téridejük a miénkkel, úgy lesz egyre nagyobb tömegük a világegyetemünkben. A világegyetemünkben általánosan megfigyelt tágulásos, robbanásos jelenségek így tulajdonképpen arról tanúskodnak, hogy más világegyetemek egyre bővülő sokasága előszeretettel nyílik be a miénkbe. Minden világegyetem a miénkbe nyílik?