Az emberiség történetét mióta világ a világ, végidőkről szóló mítoszok és kozmikus katasztrófák történetei kísérik. A skandináv mitológia Ra...
Az emberiség történetét mióta világ a világ, végidőkről szóló mítoszok és kozmikus katasztrófák történetei kísérik. A skandináv mitológia Ragnarökjétől a keresztény világvége-próféciákig szinte minden kultúra megalkotta a maga történetét arról, hogyan zárul le a földi, sőt a teljes létezés.
Ezek a legendák azonban szinte kivétel nélkül hordoznak magukban egyfajta vigaszt: a pusztulás után egy újjászervezett, megtisztult világ, egyfajta paradicsom jön el. De vajon mit mond a modern tudomány, a fizika és a kozmológia a végső napokról? Ha lefejtjük a történetekről a vallási és mitológiai rétegeket, a rideg egyenletek mögött egy még ijesztőbb, ugyanakkor lenyűgözőbb forgatókönyv rajzolódik ki.
A tudósok ma már úgy vélik, hogy a mindenség sorsa nem a csillagok gigantikus háborújában, hanem a mikrovilág legmélyén, egy egészen apró szubatomi részecske tulajdonságaiban van megírva. Ez a részecske pedig bármelyik pillanatban véget vethet mindennek, amit ismerünk.
Ha a közvetlen környezetünket, a Földet nézzük, a sorsunk viszonylag jól előrejelezhető, feltéve, hogy addig nem pusztítjuk el saját magunkat, vagy nem ütközünk egy világvége-aszteroidával. Központi csillagunk, a Nap nagyjából ötmilliárd év múlva felemészti hidrogénkészleteit, vörös óriássá fúvódik, és szó szerint elhamvasztja a belső bolygókat, köztük a Földet is. Ez azonban még csak a mi szűkebb pátriánk magánügye. Mi lesz magával a tágas univerzummal? Kozmológiai léptékben gondolkodva a válasz sokáig azon múlt, hogy a mindenség tágulása és a gravitáció egymás elleni harcából melyik erő kerül ki győztesen.
A hagyományos elméletek három fő forgatókönyvet vázolnak fel. Az első a Nagy Fagy, vagy más néven a hőhalál. Ha a gravitáció nem elég erős ahhoz, hogy megfékezze a tágulást, az univerzum az idők végezetéig növekedni fog. Ahogy az energia egyre nagyobb térben, végtelenül egyenletesen oszlik el, a kozmosz sötétebbé és fagyosabbá válik. Idővel a csillagok kialszanak, sőt még a fekete lyukak is elpárolognak. Nem marad más, csak szubatomi részecskék és fotonok ritka, mozdulatlan vákuuma – egy időtlen, végtelen üresség, ahol soha többé nem történik semmi.
A második elmélet a Nagy Reccs. Ha a gravitáció győzedelmeskedik a tágulás felett, az univerzum egy ponton elkezd összehúzódni. A galaxisok egymásba rohannak, a tér zsugorodik, és a mindenség végül egyetlen gigantikus, mindent elnyelő tűzgolyóvá omlik össze. Ebben a végső szingularitásban nemcsak az anyag és az energia tűnik el, hanem maga a tér és az idő is megsemmisül, visszatérve abba az állapotba, amelyből az ősrobbanás során kiindult.
A tudósok a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás – az ősrobbanás visszamaradt derengése – vizsgálatával próbálták megjósolni a jövőt. Az univerzum korai szakaszában terjedő hanghullámok apró hőmérsékleti ingadozásokat hagytak maguk után, amelyek geometriája elárulja a kozmosz formáját. A mérések szerint az univerzum lapos, ami azt jelenti, hogy sűrűsége éppen határeset: elvileg végtelen idő után állítaná meg a tágulást.
A képet azonban alaposan felforgatta a sötét energia felfedezése. Kiderült, hogy a tágulás nem lassul, hanem gyorsul. Ha ez a folyamat elszabadul, eljutunk a harmadik forgatókönyvhöz, a Nagy Széttépődéshez. Nagyjából 22 milliárd év múlva a sötét energia annyira felerősödhet, hogy a természet összes alapvető erejét legyőzve darabokra szakítja a galaxisokat, a bolygókat, az atomokat, és végül magát a téridő szövetét is.
Létezik azonban egy negyedik, a fentieknél sokkal kiszámíthatatlanabb és baljóslatúbb lehetőség is, amelyet a fizikusok tréfásan Nagy Szippantásnak neveznek. Ennek bekövetkezte nem a kozmosz beláthatatlan méreteitől, hanem a létezés legkisebb építőkockájától, a Higgs-bozontól függ.
A kvantummechanika szerint az általunk ismert világot kvantummezők alkotják, a részecskék pedig csupán ezeknek a mezőknek a helyi gerjesztései, hullámai. A fényért felelős foton az elektromágneses mező felvillanása, és saját mezővel rendelkezik a természet mind a tizenkét ismert anyagi részecskéje, valamint a négy alapvető kölcsönhatás is. Ebben a rendszerben foglal helyet a Higgs-mező és annak részecskéje, a Higgs-bozon, amelyet a köznyelv gyakran csak "isteni részecskeként" emleget. Ez a mező az oka annak, hogy az elemi részecskéknek egyáltalán van tömegük. A Higgs-mezővel való folyamatos kölcsönhatás ad súlyt és tartást a körülöttünk lévő anyagnak; mi, és a minket körülvevő szilárd tárgyak mind ennek köszönhetik a létezésüket.
A részecske létét Peter Higgs professzor és kollégái már 1964-ben megjósolták, de a gyakorlati felfedezésére egészen 2012 júliusáig kellett várni, amikor a CERN Nagy Hadronütköztetőjének (LHC) kutatói végre kimutatták. A megtalált részecske tömege 125,1 gigaeletkronvolt (GeV) volt, ami körülbelül 133-szor nehezebb egy protonnál. Bár a felfedezés óriási diadal volt a tudomány számára, a fizikusok örömébe hamarosan aggodalom vegyült. A kiszámított tömeg ugyanis egy hátborzongató tényre mutatott rá: a Higgs-bozon a stabilitás határán táncol.
A probléma megértéséhez el kell fogadnunk, hogy a Higgs-mezőnek még akkor is van egy bizonyos alapértéke, ha egyetlen részecske sincs jelen a közelben. Ez a háttérben meghúzódó, nem nulla értékű vákuumenergia. A fizika törvényei megkövetelik, hogy a természet a lehető legalacsonyabb energiaszintre törekedjen – ezt nevezzük valódi vákuumnak. Képzeljünk el egy domboldalt, amin egy labda gurul lefelé. A labda célja a völgy alja, a legalacsonyabb pont. Ám előfordulhat, hogy gurulás közben beleesik egy kisebb gödörbe a domb oldalában. Ott megáll, viszonylag stabilan pihen, de valójában nem érte el a lehető legkisebb energiájú állapotot.
A fizikusok szerint a Higgs-mező jelenleg pontosan egy ilyen kozmikus gödörben csücsül. Ezt az állapotot metastabilnak nevezik, a világunkat körülvevő hátteret pedig hamis vákuumnak. Az ősrobbanás pillanatában, a mindent elsöprő forróságban a Higgs-mező értéke még nulla volt, az anyagnak nem volt tömege. Ahogy az univerzum hűlni kezdett, a mező hirtelen bekapcsolt, formát adott a világnak, és lehetővé tette a galaxisok, a kémia és az élet kialakulását. Ám a mérések szerint nem a völgy alján landolt, hanem megrekedt a hamis vákuumban.
Mi történik, ha ez a labda valahogy kibillen a gödréből, és elindul a valódi völgy feneke felé? A válasz egyszerű: katasztrófa. A Higgs-mező határozza meg az atomok méretét, biztosítja, hogy a proton könnyebb legyen a neutronknál, és garantálja az anyag stabilitását. Ha a vákuum összeomlik, a természet állandói gyökeresen megváltoznak. A fizika, a kémia és a biológia általunk ismert szabályai megszűnnek létezni. Az univerzum egyetlen hatalmas villanásban elpusztítaná önmagát, hogy egy teljesen új, idegen fizikai törvények által uralt állapotban szülessen újjá. Hogy az az új világ hogyan nézne ki, elképzelni sem tudjuk, és természetesen senki sem maradna életben, hogy megfigyelhesse.
Egy ilyen vákuumösszeomlást elvileg ki lehetne váltani azzal, ha hatalmas mennyiségű energiát préselnénk össze egy parányi térfogatban. Szerencsére a számítások szerint a természetben jelenleg nincs olyan ismert folyamat, amely képes lenne erre. Sőt, a kvantummechanika furcsa szabályai miatt létezik egy úgynevezett alagúthatás is, amely lehetővé teszi, hogy a részecskék anélkül is átjussanak egy energiagáton, hogy átgurulnának rajta – mintha a labda egyszerűen átfúrná magát a gödör falán.
Mivel ez a kvantumalagutazás teljesen véletlenszerű folyamat, pontosan nem jelezhető előre, de a valószínűsége kiszámítható. Az esély elképesztően csekély: nagyjából egyszer fordulhat elő 10¹⁰⁰ év alatt. Ez az időtartam olyan felfoghatatlanul hosszú, hogy mellette az univerzum jelenlegi, 13,8 milliárd éves kora csupán egy jelentéktelen szempillantás.
A tudósok azonban nem elégednek meg a matematikai valószínűségekkel; pontosan tudni akarják, hogy valóban hamis vákuumban élünk-e. Ehhez sokkal precízebben kell megmérniük a Higgs-bozon tömegét, a legnehezebb elemi részecske, a top-kvark tömegét, valamint az atommagokat összetartó erős kölcsönhatás csatolási állandóját. Ezen értékek hajszálpontos ismerete rajzolja ki ugyanis a Higgs-mező energiahullámának pontos alakját. Bár a jelenlegi Nagy Hadronütköztető rendkívül pontos mérésekre képes, a teljes bizonyossághoz nagyságrendekkel nagyobb felbontásra és érzékenységre van szükség.
Ezért tervezik a CERN-ben a Jövő Körkörös Ütköztetőjét, a fenséges FCC-t (Future Circular Collider). Ez a gigantikus gépezet a tervek szerint a svájci-francia határon, átlagosan 200 méteres mélységben húzódó, 90 kilométer kerületű kör alakú alagútban kapna helyet, messze túlszárnyalva a mostani, 27 kilométeres LHC-t. Ha a munkálatok a menetrend szerint haladnak, a 2040-es évekre egy elektron-pozitron ütköztető, majd a 2070-es évekre egy hadron-hadron ütköztető kezdi meg benne a működését.
Mivel Albert Einstein híres E = mc² képlete alapján az energia és a tömeg egyenértékű, a nagyobb ütközési energia nehezebb részecskék előállítását teszi lehetővé. Az LHC jelenlegi 13,6 teraelektronvoltos (TeV) rekordjával szemben az FCC képes lesz elérni a 100 TeV-os ütközési energiát is. Pánikra semmi ok: ez az elképesztő energia még mindig egymilliárdszor kisebb annál, ami egy mesterséges vákuumösszeomláshoz kellene, így a kísérletek teljesen biztonságosak.
Ha a Higgs-mező mégis megadná magát, a pusztulás egy apró buborék formájában kezdődne valahol a kozmoszban. Ezen a buborékon belül a fizika régi törvényei azonnal összeomlanának. A buborék fala fénysebességgel tágulna kifelé, mindent azonnal megsemmisítve és átírva, ami az útjába kerül. Ráadásul elméletileg létezik az a hátborzongató lehetőség is, hogy az univerzum valamely távoli pontján ez a katasztrófa már meg is történt. Lehet, hogy a mindenséget elsöprő buborék fala már most is fénysebességgel száguld felénk a sötétségen át. Nem látnánk közeledni, hiszen semmi sem halad gyorsabban a fénynél – a megsemmisülés pillanata előbb érne el minket, mint a híre.
Douglas Adams a Galaxis útikalauz stopposoknak című kultikus sci-fi komédiájában látnoki módon azt írta: létezik egy elmélet, miszerint ha egyszer valaki pontosan megtudja, miért van itt az univerzum, az azonnal eltűnik, és valami még különösebb és megmagyarázhatatlanabb dolog lép a helyébe. Majd hozzátette: egy másik elmélet szerint ez már meg is történt.
Úgy tűnik, a modern kvantumfizika szerint Adamsnek mindkét pontban igaza lehetett. Bár a hamis vákuum összeomlása ijesztően hangzik, a fizikusok megnyugtatnak minket: ha be is következik a spontán bomlás, az a beláthatatlanul távoli jövőben lesz, jóval azután, hogy a haldokló Nap magába nyelte a Földet. Mindenesetre a Jövő Körkörös Ütköztetője hamarosan választ adhat arra, hogy otthonunk szilárd alapokon nyugszik-e, vagy csupán egy múlandó kozmikus illúzió vendégei vagyunk. (1)
(1) - https://www.sciencefocus.com/space/how
