minél kíváncsibbak vagyunk a nagy kozmikus ismeretlenekkel kapcsolatban, annál több megválaszolatlan kérdést fogunk feltárni az Univerzummal kapcsolatos kutatásaink. Ha érdeklődsz valaminek a természetéről-hol van, honnan jött, és hogyan jött létre — elkerülhetetlenül ugyanazokhoz a nagy misztériumokhoz vezetsz: a világegyetem végső természetéhez és eredetéhez, és mindenhez, ami benne van. Mégis, nem számít, milyen messzire megyünk vissza, ugyanazok az elhúzódó kérdések mindig megmaradnak: egy bizonyos ponton az entitások, amelyek a “kiindulási pontunk”, nem feltétlenül léteztek, tehát hogyan jöttek létre? Végül a végső kérdésnél zárul le: hogyan keletkezett valami a semmiből? Ahogy sok friss kérdező, köztük Luke Martin, Buzz Morse, Russell Blalack, John Heiss és sokan mások írták:

“Oké, ezt a kérdést biztosan végtelenül megkapja, de mégis megkérdezem: hogyan jött létre valami (az univerzum/ősrobbanás) a semmiből?”

ez talán az egyik legnagyobb kérdés az összes közül,mert alapvetően azt kérdezi, hogy nem csak honnan jött minden, hanem hogyan is keletkezett. Itt van, amennyire a tudomány eljutott hozzánk, legalább, eddig.

ma, amikor az univerzumra tekintünk, az összegyűjtött megfigyelések teljes csomagja, még az ismert bizonytalanságok figyelembevételével is, mind egy rendkívül következetes kép felé mutat. Univerzumunk anyagból (nem antianyagból) áll, mindenhol és mindenkor ugyanazokat a fizikai törvényeket követi, és — legalábbis, ahogy tudjuk — egy forró Ősrobbanással kezdődött mintegy 13,8 milliárd évvel ezelőtt. Az általános relativitáselmélet szabályozza, tágul, hűl és gravitál, és a sötét energia (68%) és a sötét anyag (27%) uralja, a többit a normál anyag, a neutrínók és a sugárzás alkotja.

ma természetesen tele van galaxisokkal, csillagokkal, bolygókkal, nehéz elemekkel, és legalább egy helyen intelligens és technológiailag fejlett élettel. Ezek a struktúrák nem mindig voltak ott, hanem inkább a kozmikus evolúció eredményeként jöttek létre. Figyelemre méltó tudományos ugrással a 20. századi tudósok képesek voltak rekonstruálni az idővonalat, hogy univerzumunk egy többnyire egységes, összetett szerkezetű, kizárólag hidrogénből és héliumból álló univerzumból a szerkezetekben gazdag univerzumba ment, amelyet ma megfigyelünk.

ha a mai naptól indulunk, visszaléphetünk az időben, és megkérdezhetjük, honnan származik az adott szerkezet vagy annak bármely alkotóeleme. Minden válasz után, amit kapunk, megkérdezhetjük: “oké, de honnan jött ez, és hogyan keletkezett?”, visszamegyünk, amíg kénytelenek vagyunk válaszolni: “nem tudjuk, legalábbis még nem.”Akkor végre elgondolkodhatunk azon, amink van, és megkérdezhetjük: “hogyan keletkezett ez, és van-e mód arra, hogy a semmiből keletkezzen?”

Tehát kezdjük el.

a mai életünk összetett molekulákból származik, amelyeknek a periódusos rendszer atomjaiból kell származniuk: a nyers összetevőkből, amelyek a mai világegyetemben lévő összes normális anyagot alkotják. Az univerzum nem ezekkel az atomokkal született; ehelyett több generációnyi élő és haldokló csillagra volt szükségük, nukleáris reakcióik termékeit a csillagok következő generációi számára újrahasznosították. Enélkül a bolygók és a komplex kémia lehetetlen lenne.

ahhoz, hogy modern csillagokat és galaxisokat alkossunk, szükségünk van:

• gravitáció a kis galaxisok és csillaghalmazok egymásba húzására, nagy galaxisok létrehozására és új csillagkeletkezési hullámok kiváltására,
• amelyek már meglévő tömeggyűjteményeket igényeltek, gravitációs növekedésből,
• amelyek korai sötétanyag-halókat igényelnek, megakadályozva, hogy a csillagkeletkezési epizódok az anyagot visszavezessék az intergalaktikus közegbe,
• amelyek a normál galaxisok megfelelő egyensúlyát igénylik az anyag, a sötét anyag és a sugárzás, hogy létrehozzák a kozmikus mikrohullámú hátteret, a forró ősrobbanásban kialakult fényelemeket, és az abundanciák / minták, amiket látunk bennük,
• amelyek kezdeti mag ingadozásokat — sűrűségi tökéletlenségeket-igényeltek, hogy gravitációsan növekedjenek ezekbe a struktúrákba,
• amelyek megkövetelik ezeknek a tökéletlenségeknek a megteremtését, valamint a sötét anyag létrehozásának valamilyen módját és a normál anyag kezdeti mennyiségét.

ez három kulcsfontosságú összetevő, amelyekre a forró Ősrobbanás korai szakaszában szükség van ahhoz, hogy létrejöjjön az univerzum, ahogy ma megfigyeljük. Feltételezve, hogy a fizika törvényeinek és magának a téridőnek a létezésére is szükségünk van — magával az anyaggal/energiával együtt—, valószínűleg ezeket is be akarjuk vonni a szükséges összetevőkbe, amelyeknek valahogy fel kell merülniük.

tehát röviden, amikor azt kérdezzük, hogy a semmiből meg tudunk-e szerezni egy univerzumot, vagy sem, ezek az új, eddig megmagyarázhatatlan entitások, amelyeknek valahogy fel kell merülniük.

ahhoz, hogy több anyagot kapjunk, mint antianyagot, vissza kell extrapolálnunk a nagyon korai univerzumba, egy olyan időbe, amikor a fizikánk nagyon bizonytalan. A fizika törvényei bizonyos értelemben szimmetrikusak az anyag és az antianyag között: minden reakció, amit valaha létrehoztunk vagy megfigyeltünk, csak egyenlő mennyiségben képes létrehozni vagy elpusztítani az anyagot és az antianyagot. De az univerzum, ami volt, annak ellenére, hogy hihetetlenül forró és sűrű állapotban kezdődött, ahol az anyag és az antianyag egyaránt bőséges, bőséges mennyiségben keletkezhetett, valamilyen módon létre kellett hoznia egy anyag/antianyag aszimmetriát, ahol kezdetben nem létezett.

ennek számos módja van. Bár nem tudjuk, melyik forgatókönyv valósult meg valójában fiatal univerzumunkban, ennek minden módja a következő három elemet foglalja magában:

1. egyensúlyon kívüli feltételek halmaza, amelyek természetesen felmerülnek egy táguló, hűsítő univerzumban,
2. a barionszám-megsértő kölcsönhatások generálásának módja, amelyet a Standard modell lehetővé tesz a sphaleron interakciókon keresztül (és a Standard modellen túli forgatókönyvek további módokon is lehetővé teszik),
3. és egy módja annak, hogy elegendő C és CP megsértést generáljon ahhoz, hogy elég nagy mennyiségben hozzon létre anyag/anti-akkumulátor aszimmetriát.

a Standard modell tartalmazza ezeket az összetevőket, de nem elég. Ha egy anyag/antianyag szimmetrikus univerzumot “semmivel nem rendelkező Univerzumnak” tekintünk, akkor szinte garantált, hogy az univerzum a semmiből generált valamit, még akkor is, ha nem vagyunk egészen biztosak abban, hogy pontosan hogyan történt.

hasonlóképpen sok életképes módszer létezik a sötét anyag előállítására. Széles körű vizsgálatokból és kutatásokból tudjuk, hogy bármi is legyen a sötét anyag, nem állhat olyan részecskékből, amelyek jelen vannak a Standard modellben. Bármi is legyen a valódi természete, új fizikát igényel a jelenleg ismerteken túl. De számos módon lehetett volna létrehozni, többek között:

• attól, hogy termikusan létrejön a forró, korai univerzumban, majd nem teljesen megsemmisül, ezután stabil marad (mint például a legkönnyebb szuperszimmetrikus vagy Kaluza-Klein részecske),
• vagy egy olyan fázisátmenetből, amely spontán módon történt, amikor az univerzum tágult és lehűlt, hatalmas részecskéket szakítva ki a kvantum vákuumból (pl. az axion),
• a kvantum vákuum új formájaként neutrínó, amely maga is keveredhet az ismert neutrínókkal (pl., steril neutrínó), vagy nehéz jobbkezes neutrínóként, amely a hagyományos neutrínók mellett létezik,
• vagy tisztán gravitációs jelenségként, amely ultramasszív részecskét eredményez (például egy WIMPzilla).

miért van ma sötét anyag, amikor úgy tűnik, hogy az univerzum többi része Korán jól működik nélküle? Biztosan volt valamilyen módja annak, hogy létrehozzuk ezt a “dolgot”, ahol korábban nem volt ilyen dolog, de ezek a forgatókönyvek energiát igényelnek. Akkor honnan jött ez a sok energia?

talán a kozmikus infláció — az univerzum Ősrobbanás előtti eredetének vezető elmélete szerint-valóban a semmiből jött. Ez egy kis magyarázatot igényel, és ez az, amit leggyakrabban a “semmiből való univerzum” alatt értünk.”(Beleértve az úton, ahogyan azt az azonos nevű könyv címében használták.

amikor elképzeljük a forró Ősrobbanás legkorábbi szakaszait, valami hihetetlenül forró, sűrű, nagy energiájú és szinte tökéletesen egyenletes dologra kell gondolnunk. Amikor azt kérdezzük: “hogyan alakult ki ez”, általában két lehetőségünk van.

1. mehetünk a Lady Gaga útvonalon, és csak azt állíthatjuk, hogy “így született.”Az univerzum ezekkel a tulajdonságokkal született, amelyeket kezdeti feltételeknek nevezünk, és nincs további magyarázat. Elméleti fizikusként ezt a megközelítést “feladásnak” nevezzük.”
2. vagy megtehetjük azt, amit az elméleti fizikusok a legjobban értenek: megpróbálhatunk egy elméleti mechanizmust kidolgozni, amely megmagyarázhatja a kezdeti feltételeket, kigúnyolhatja a standardtól eltérő konkrét előrejelzéseket, az uralkodó elmélet előrejelzéseit, majd elindulhat a kritikus paraméterek mérésére.

a kozmikus infláció ennek a második megközelítésnek az eredményeként jött létre, és szó szerint megváltoztatta a világegyetemünk keletkezéséről alkotott elképzelésünket.

ahelyett, hogy a “forró és sűrű”-et egy végtelenül forró, végtelenül sűrű szingularitásba extrapolálnánk, az infláció alapvetően azt mondja: “talán a forró ősrobbanást egy olyan időszak előzte meg, amikor egy rendkívül nagy energiasűrűség volt jelen magában a tér szövetében, ami az univerzum könyörtelen (inflációs) ütemben tágulását okozta, majd amikor az infláció véget ért, ez az energia átkerült az anyag-és antianyag-és-sugárzásba, létrehozva azt, amit mi forró ősrobbanásnak látunk: az infláció utóhatásait.”

véres részletességgel ez nem csak egy olyan univerzumot hoz létre, ahol mindenhol azonos a hőmérséklet, a térbeli síkság, és nincsenek megmaradt emlékek egy hipotetikus nagy egységes korszakból, hanem megjósolja a mag (sűrűség) ingadozásainak egy bizonyos típusát és spektrumát is, amelyet aztán kimentünk és láttunk. Magából az üres térből — bár ez egy nagy mennyiségű mezőenergiával töltött üres tér-egy természetes folyamat létrehozta az egész megfigyelhető univerzumot, szerkezetében gazdag, ahogy ma látjuk.

ez a nagy ötlet, hogy egy univerzumot a semmiből szerezzünk, de nem mindenki számára kielégítő.

az emberek nagy része számára egy olyan univerzum, ahol a tér és az idő még mindig létezik, a fizika törvényeivel, az alapvető állandókkal és a tér szövetében rejlő nem nulla térenergiával együtt, nagyon elválik a semmi gondolatától. Végül is el tudunk képzelni egy helyet a téren kívül; egy pillanat az idő határain túl; olyan feltételek halmaza, amelyeknek nincs fizikai valósága, amely korlátozná őket. És ezek a képzelgések — ha ezeket a fizikai valóságokat olyan dolgokként definiáljuk, amelyeket el kell távolítanunk ahhoz, hogy valódi semmit kapjunk — minden bizonnyal érvényesek, legalábbis filozófiailag.

de ez a különbség a filozófiai semmi és a semmi fizikaibb meghatározása között. Ahogy 2018-ban írtam, a semminek négy tudományos meghatározása van, és mindegyik érvényes, a kontextustól függően:

1. egy idő, amikor a “dolog” az érdeklődés nem létezik,
2. üres, fizikai tér,
3. üres téridő a lehető legalacsonyabb energiájú állapotban, és
4. bármi marad, amikor elveszed az egész univerzumot és az azt szabályozó törvényeket.

határozottan kijelenthetjük, hogy “a semmiből teremtettünk univerzumot”, ha az első két definíciót használjuk; nem tudjuk, ha a harmadikat használjuk; és sajnos nem tudunk eleget ahhoz, hogy elmondhassuk, mi történik, ha a negyediket használjuk. Anélkül, hogy fizikai elmélet leírná, mi történik az univerzumon kívül és a birodalmon kívül fizikai törvények, az igazi semmi fogalma fizikailag rosszul definiált.

a fizika összefüggésében lehetetlen megérteni az abszolút semmi gondolatát. Mit jelent a téren és időn kívül lenni, és hogyan tud a tér és az idő érzékelhetően, kiszámíthatóan kiemelkedni a nemlétezés állapotából? Hogyan jelenhet meg a téridő egy adott helyen vagy időben, ha enélkül nincs meghatározva a hely vagy az idő? Honnan származnak a kvantumokra — a mezőkre és a részecskékre egyaránt — vonatkozó szabályok?

ez a gondolatmenet még azt is feltételezi, hogy a tér, az idő és a fizika törvényei nem voltak örökkévalóak, pedig valójában lehetnek. Minden tétel vagy bizonyíték az ellenkezőjére támaszkodnak feltételezések, amelyek érvényességét nem megalapozott feltételek mellett, amelyek azt igyekeznek alkalmazni őket. Ha elfogadod a “semmi” fizikai meghatározását, akkor igen, úgy tűnik, hogy az általunk ismert univerzum a semmiből jött létre. De ha fizikai korlátokat hagy maga után, akkor minden bizonnyal eltűnik a végső kozmikus eredetünkről.

sajnos mindannyiunk számára az infláció természeténél fogva kitöröl minden olyan információt, amely a megfigyelhető univerzumunk már létező állapotából származik. Képzeletünk határtalan természete ellenére csak következtetéseket vonhatunk le azokról a kérdésekről, amelyekre fizikai valóságunkat érintő tesztek felépíthetők. Nem számít, mennyire logikusan hangzik bármely más megfontolás, beleértve az abszolút semmi fogalmát is, ez csupán az elménk konstrukciója.

küldje el a Kérdezze Ethan kérdések startswithabang a gmail dot com!