Makroverzum

Ciklikus univerzumképződés a makroverzumban

A kozmikus világképek alakulása napjainkig

Az emberiség történelme során a világmindenséghez való viszonya és elképzelése folyamatosan változott. Ptolemaiosz geocentrikus, majd Kopernikusz heliocentrikus világképe után Galilei felfedezte a Tejútrendszer csillagjait, melyet később Kant egy sok csillagból álló forgó testként képzelt el. Ezt követően Herschel és Kapteyn után végül Trumplernek sikerült felvázolni a galaxisunk azon formáját, melyet mára elfogadottnak tekintenek. A XX. század elején aztán tovább tágult a látóhatárunk, mert Hubble felfedezte, hogy olyan távoli galaxisok is léteznek, melyek nem részei a Tejútrendszernek. Ismét eljutottunk tehát egy általunk elképzelt határig, mert azt feltételezzük, hogy az általunk univerzumnak nevezett csillaghalmaz ősrobbanása után keletkező struktúrán túl nem létezik semmi. Azt gondoljuk, hogy az univerzum addig terjed, ameddig az ősrobbanás óta eltelt idő alatt eljutott. Feltételezzük és kimondjuk, hogy a világegyetem végtelen, de talán emberi gyarlóságunk miatt mégis meg akarjuk szabni a határait mind térben, mind pedig időben.

Mindig is zavaró volt az ősrobbanás elméletében az, hogy a feltételezés szerint egy végtelen sűrűségű pontból indult ki. Az anyag mai ismereteink szerint nem képes a végtelen sűrűség elérésére, ennek egyszerűen fizikai határai vannak, és mindig van egy olyan kritikus tömeg, melynek elérésekor valamilyen új folyamat indulhat el. Egyszerűen hihetetlennek tűnik az, hogy az általunk megismert csillaghalmazokat, a csillagközi port és gázokat, egyetlen pontba lehetne sűríteni. Ezen elmélet alapjául az szolgált, hogy a táguló univerzum egymástól távolodó csillagjainak az irányát térben és időben megfordítva egy pontot kapunk. Az egy pontból történő robbanás elvét talán könnyebbnek tűnt alkalmazni, de ez az elmélet önmagában nem szolgált magyarázattal arra vonatkozóan, hogy hogyan került oda és mitől sűrűsödött egy ponttá az az anyag mely felrobbant.

Ciklikus univerzumképződés a makroverzumban azonos fizikai törvényekkel

Létezhet egy olyan egységes elméleti magyarázat, melynek alapja az, hogy a világegyetem nem kb. 13,7 milliárd évvel ezelőtt, a jelenleg feltételezett ősrobbanással kezdődött el, hanem térben és időben egymástól függetlenül akár több (ős)robbanás is előfordulhatott, ez pedig egyúttal magyarázatot nyújthat több eddig megválaszolatlan kérdésre is. Az elmélet ismertetése során a jelenleg általunk ismert (ős)robbanásból kialakult csillaghalmazunkat nevezzük univerzumnak. Azt a struktúrát pedig mely ezen túlmutat és a tényleges világegyetemet jelenti, az egyszerűség kedvéért hívjuk makroverzumnak.

A makroverzum kezdetben, akár több tíz- vagy százmilliárd évvel korábban, egy végtelen kiterjedésű tér lehetett, tele egyenletesen eloszló, de egymástól mégsem szabályos távolságra elhelyezkedő részecskehalmazokkal. Ebben az időszakban a világegyetem teljesen sötét volt, nem volt fény vagy sugárzás, csak az elemi részecskék léteztek. A megfelelő idő elteltével a részecskék lassan egymásra találtak, létrejött az anyag, mely tömegvonzásának köszönhetően szükségszerűen sűrűsödni kezdett, így kialakultak az első anyaghalmazok, majd a kritikus tömeg és hőmérséklet elérésével létrejöttek az első csillagok, melyek a makroverzum nagyobb és egyenletesebb anyagsűrűsége miatt valószínűleg rendkívül nagy méretűek és instabilak lehettek. Ugyanezen oknál fogva az is valószínűsíthető, hogy az első ilyen égitestek kialakulása csillagászati mértékkel közel hasonló időszakban történhetett meg az egész makroverzumban.

Az első szupermasszív fekete lyukak, az ősgalaxisok és protouniverzumok kialakulása

Az elsőként kialakult csillagok egy idő elteltével felrobbantak és a megfelelő naptömegű szupernóva-robbanás esetén létrejöttek az első fekete lyukak. A robbanások hullámai révén a korai makroverzum anyagstruktúrája egyre jobban változott, bizonyos területeken megnőtt az anyagok sűrűsége, máshol pedig megritkult. A koncentrálódó anyaghalmazok és a tömegvonzás révén létrejöttek az első szupermasszív fekete lyukak, kialakultak az első ősgalaxisok, melyek további nagyobb struktúrákba szerveződtek. Ez a folyamat egymástól függetlenül akár több helyen és időben is lejátszódhatott és rendkívül hosszú ideig is eltarthatott.

Feltételezhető tehát, hogy nem az ősrobbanás volt először, hanem azt megelőzően a makrouniverzumban először kialakultak az egymástól független, különböző nagy csillaghalmazok a „protouniverzumok”. Mivel ezek a kezdeti struktúrák nem (ős)robbanás révén jöttek létre, ezért nem tágultak és a bennük található égitestek sem távolodtak egymástól oly módon, ahogy azt napjainkban észleljük.

Ismert az ősrobbanást követően a tér tágulásának mérésekkel alátámasztott elmélete, mely szerint a jelenleg univerzumnak nevezett csillaghalmazunk folyamatosan és egyre gyorsabban tágul. Ez a jelenség zavaró volt eddig, mert nem lehetett értelmezni, hogy hová is vezethet a folyamat. Ha azonban ezt a tényt összevetjük a fenti elmélettel, akkor arra a következtetésre juthatunk, hogy az általunk ismert univerzum ugyan tágul, de ezzel „egyidejűleg” az egyre sűrűsödő és összeolvadó gigantikus méretű szupermasszív fekete lyukak tömegvonzása révén a makroverzum más részei éppen az összeszűkülés fázisában lehetnek. Összességében a makroverzumban a tér bizonyos részei a különböző stádiumban lévő univerzumok révén tehát különböző módon viselkedhetnek, tágulhatnak, de akár össze is mehetnek.

A különböző protouniverzumokon belül a csillagrobbanások és a tömegvonzás révén sodródó kisebb és szupermasszív fekete lyukak első találkozásai felfoghatatlanul hosszú időt vehetett igénybe. De a nagy számok törvénye alapján ezen fekete lyukak egy része előbb-utóbb közel kerülhetett egymáshoz és a gravitációs hatásnak köszönhetően összeolvadhattak. A megfelelő idő elteltével a különböző protouniverzumokban megjelenhetett egy-egy olyan gigantikus méretű szupermasszív (hipermasszív) fekete lyuk, mely méreténél fogva már szinte minden, csillagászati mértékek szerint közeli testet is magához tudott vonzani. Csupán az volt kérdéses, hogy egy ilyen óriás mikorra ért el egy akkora méretet, mely már számára is instabillá, kritikussá válhatott.

A fekete lyukak kritikus tömege és az első (ős)robbanások

Tudjuk, hogy a tömegvonzás egy adott helyzetben a kritikus méret elérése során más és más folyamatokat indít el. Tekintsünk a Jupiterre, mely egy gázbolygó, de a környezetéből elfogyott az anyag, ezért nem érte el azt a kritikus méretet, melynek révén csillaggá alakulhatott volna. De gondolhatunk egy egyszerű égitestre is. Kritikus tömeg kell ahhoz, hogy egy égitestnél a tömegvonzás révén beálljon a hidrosztatikus egyensúly és gömb alakot vegyen fel. A csillagok robbanását méretüktől függően az okozza, hogy a csillag belsejében a magfúzió révén akkora mennyiségű elem (vas) alakul ki, melynek tömegét egy kritikus ponton túl a csillag energiája már nem képes ellensúlyozni és ezért felrobban. A fekete lyukak kialakulásának az oka az, hogy a gravitációs összeomlás miatt az anyag egy kritikus értéknél kisebb térfogatba zsugorodik össze.

Hawking szerint a világűr hőmérsékletétől, a fekete lyuk által elnyelt sugárzástól és anyagtól függően létezik a termikus egyensúlyhoz szükséges minimum tömeg melyet, ha a fekete lyuk nem ér el, akkor fokozatosan nő az anyagkibocsátása, majd a végén megsemmisül. Nem tudni, hogy mekkora lehet a maximális kritikus tömege egy fekete lyuknak, de az analógiák alapján feltételezhető, hogy létezik egy határ, mely a jelenleg ősrobbanásnak nevezett jelenséget okozhatja. Ha ezt tovább gondoljuk, akkor adja magát a következtetés, hogy egy ekkora és ilyen sűrűségű égitest felrobbanása során olyan mennyiségű energia keletkezik, melynek révén az eredeti alkotóelemek a legkisebb elemi részecskékre bomlanak fel. Ezzel eljutottunk a ma elfogadottnak tekintett tényleges „ősrobbanáshoz”, melyet többek között a német (Urknall) és magyar nyelv hív így, de esetünkben az angol Big Bang elnevezés jóval helyénvalóbb, mert ugyan valahol és valamikor létezett az első „Nagy Robbanás” de az nem feltétlenül volt az, mely a bennünket jelenleg körülvevő univerzumot is létrehozta. A makroverzumban ugyanis a fenti módon akár több egymástól független Nagy Robbanás is lejátszódhatott, melynek során mindegyik esetben hasonló folyamatok játszódhattak le, ezúttal az egyes (ős)robbanásoknak köszönhetően már táguló univerzumok sokaságát létrehozva.

Az első univerzumok létrejötte és a ciklikusság

Az első (ős)robbanások által létrejött univerzumok - mint amilyen a saját univerzumunk is - az általunk ismert módon fejlődtek, kialakultak a csillagok, fekete lyukak és a galaxisok. Majd a csillagok fokozatosan történő kialvását követően egyre több fekete lyukakkal és a csillagok felrobbanása során keletkező egyéb égitestekkel teli, gyorsulva táguló és sötétedő univerzum jött létre. Az így sodródó különböző univerzumok fekete lyukainak a találkozása a saját és később egy másik univerzum fekete lyukaival megint csak idő kérdése, az összeolvadások révén pedig ismét elkezdődhet az egyre nagyobb és nagyobb fekete lyukak kialakulása, míg ezek közül valamelyik megint nem éri el a kritikus tömeget létrehozva ezáltal egy újabb Nagy Robbanást. Ezt a folyamatot az sem akadályozza, ha a nagy távolságok miatt a Hawking-sugárzás elmélete szerint csak a sodródó fekete lyukak egy része találkozik majd a másik univerzum hasonló égitestjeivel, mert útközben a termikus egyensúlyt elvesztő fekete lyukakból egyszerűen anyag keletkezik, mely azonban később a megfelelő helyen és időben részt vehet majd az új égitestek létrehozásában. Feltételezhető tehát, hogy a makroverzum, benne a számtalan univerzummal, az eddigi makroverzum vagy multiverzum elméletektől eltérően azonos fizikai törvényekkel rendelkezik és a folyamatos ciklusok révén mindig megújul, de ez mindig máshol és máskor történik meg. Ki tudja, hogy az általunk jelenleg ismert „univerzum” és az emberiség, a makroverzum sorban hányadik Nagy Robbanásának a végterméke?

Az univerzum mérete és a kozmikus sugárzás egyenlőtlen eloszlása

A kozmológiai elv szerint a világegyetemben az anyag eloszlása homogén és izotróp, melynek révén a jelenleg ősrobbanásnak nevezett jelenséget követő a kozmikus háttérsugárzás eloszlásának is egyenletesnek kellene lennie, azonban az újabb mérések ennek az ellenkezőjét mutatják. További probléma az is, hogy a jelenlegi elméletek alapján az „univerzumunk” az elmúlt 13,7 milliárd év során nem tágulhatott akkora mértékben, hogy elérje a jelenlegi méretét. Ezeknek az anomáliának a megoldásaként dolgozták ki az inflációs elméletet[1], melynek révén magyarázatot találhattak erre a problémára. Ha azonban a makroverzum elméletet alkalmazzuk ezekre a problémára, egy jóval egyszerűbb magyarázat tűnik kézenfekvőnek. Amennyiben abból indulunk ki, hogy a mi univerzumunk nem az első Nagy Robbanásból jött létre, akkor az alábbi folyamatok játszódhattak le:

A robbanás előtt kialakuló hatalmas méretű szupermasszív fekete lyuk már valószínűleg közel a teljes majdani univerzum anyagát magába szippanthatta, mielőtt elérte a kritikus tömeget. Azonban a kritikus tömeg eléréséig a mérhetetlenül nagy tömegvonzás miatt vélhetően olyan nagy mennyiségű anyag is áramlott felé, mely a robbanás pillanatáig mégsem érte el az a fekete lyukat. Ezt a „maradék” anyagot a robbanás aztán maga előtt tolta és elképzelhető, hogy az, amit jelenleg az univerzum legtávolabbi pontjának vélünk, az ilyen, a közvetlen robbanásban részt nem vevő anyag vagy csillag. Ily módon lehetséges az is, hogy a ténylegesen létrejött univerzumunk kisebb annál, mint a jelenlegi mérések eredményei. Az univerzumunk nem megfelelő méretének problémájára kézenfekvő magyarázatot jelenthet az is, hogy az eddig elfogadott ősrobbanás elmélettől eltérően a robbanás nem egy pontból, hanem egy általunk nem ismert méretű, de gigantikus szupermasszív fekete lyukból indulhatott el. A robbanás során az anyagok egy részének - akár a Schwarzschild-sugár által behatárolt eseményhorizonthoz közeli helyről indulva - így jóval kevesebb utat kellett megtennie a mai állapot eléréséhez, mintha egy pontból indult volna.

Ez a jelenség megmagyarázhatja a kozmikus háttérsugárzás egyenetlen eloszlását is, hiszen a robbanást megelőzően odaáramló anyagok egy része a robbanást követően olyan akadályokat és hideg foltokat képezhettek, melyek megakadályozhatták a kozmikus sugárzás későbbi egyenletes terjedését.

[1] Alan Guth és Andrej Linde elmélete