Az utóbbi másfél évben új frontvonal jött étre a kozmológiai elméletek növekvő táborában. A jelenleg uralkodó ősrobbanás elmélet kulcsmotívuma az univerzum inflációja, amely az elképzelések szerint a semmiből való keletkezés első másodpercének parányi része alatt megy végbe. Ennek helyébe javasol egy új elképzelést a Nagy Felpattanás számítógépes szimuláción alapuló koncepciója (angol nyelven az előbbi a Big Bang, az utóbbi a Big Bounce elnevezést kapta). Az új elmélet egyik frontharcosa Ijjas Anna a Max Planck Intézetből, legfőbb támogatója pedig a „renegát”, Paul Steinhardt a Princeton University-ből, aki korábban az inflációs elmélet egyik kidolgozója volt, most pedig annak egyik legfőbb kritikusa lett. A kritikát úgy fogalmazza meg, hogy amíg az infláció elmélete minden kérdésre választ ígér, valójában egyetlen kérdésben sem ad igazi választ. A gond abból fakad, hogy az ősrobbanás utáni világ legtöbb tartományában nem áll le az infláció helyet adva az univerzum jelenleg megfigyelt – a fénysebességnél lassabb – tágulásának. A következmény emiatt, hogy végtelen számú párhuzamos és egymástól elszigetelt univerzum alakul ki, melyek közül csak az egyik a miénk, ahol létezünk. Ez a multiverzum vitatott – hiszen semmi módon nem ellenőrizhető – koncepciója.
De nézzük először, hogy miért is volt szükség az ősrobbanás elméletben a rejtélyes inflációs szakaszra, amikor az univerzum mérete a másodperc tört része alatt – a fénysebességet messze meghaladó sebességgel – korábbi méretének sokszorosára fújódott fel? A hipotézis oka, hogy magyarázatot keresünk az univerzum galaxisainak eloszlására, amely nagy távlatokban nézve minden irányban azonos (azaz izotrop) és a távolságtól függetlenül mindenütt egyenletes sűrűségű (tehát homogén). Ha egyetlen nagy robbanás hozta létre az univerzumot, akkor ez a szabályosság rendkívül valószínűtlen, kellett ezért egy magyarázó mechanizmus, ez lett a már említett infláció. Ennek folyamán a kezdeti gravitációs egyenetlenségek kisimulnak, előáll a mai is érvényes homogén és izotrop univerzumunk. Szintén ez a folyamat vezet el a gravitációs mező „lapos” szerkezetéhez. Ez alatt azt kell érteni, hogy a kezdeti óriási tömegsűrűséghez a relativitáselmélet vadul változó térgörbületet rendel, ami nagyon távol lehetett a mai közel euklideszi szerkezettől, de a hatalmasra tágult méretek miatt a görbületi ráncok kisimultak, és létrejött mai univerzumunk sima, és laposnak nevezett geometriája.
Univerzumunk homogén szerkezetét így tehát ki lehetett békíteni az ősrobbanás elméletével, de bőven maradtak azért kifogások is. Mindenekelőtt nem sikerült meggyőző magyarázatot adni arra, hogy mégis milyen erő hozza létre ezt az inflációt és mi okozza a folyamat leállását, és ott van még, a már említett multiverzum ellenőrizhetetlen koncepciója is. A kifogások háttérbe szorultak a minden irányból egyenletesen érkező mikrohullámú háttérsugárzás megfigyelése miatt, és jelenleg a kozmológusok nagy többsége elfogadja az inflációs modellt.
Amióta Hubble megfigyelése alapján kialakult az ősrobbanás elmélete, mindig is voltak párhuzamos elképzelések, amelyek a semmiből előpattanó egyetlen nagy robbanás helyett váltakozó tágulási és összehúzódási fázisokban gondolkoztak, ez a pulzáló, vagy oszcilláló kozmológia. Ugyancsak próbára teszi a fantáziát elképzelni, hogy a gombostű fejénél sokkal kisebb pontba hogyan lehet összetömöríteni, akár csak saját Földünk egész tömegét, nemhogy még a Nap, sőt Tejutunk százmilliárd csillagát, sőt még az univerzum milliárdnyi galaxisát is! Ha az univerzum pulzál, akkor nem kell, hogy eljusson ennyire szélsőséges viszonyok közé, ekkor tágulási és összehúzódási folyamatok egymásután jönnek létre. Ez az univerzum mindig is volt, és mindig is lesz, elkerülve a kényes kérdést: hogyan lehet a semmiből valami. Mi is bemutattunk egy ilyen alternatív elképzelést a qubitban: „Ha nem fogadjuk el az ősrobbanás elméletét, még mindig van egy másik”. Itt arra mutattunk rá, hogy a távolabbi galaxisokból érkező fény vöröseltolódása nem csak a galaxisok távolodásával magyarázható, hanem avval is, hogy a távoli múltban nagyobb volt a fénysebesség, és ezt összekötöttük a sötét energia és a sötét anyag arányának változásával is, amit az E = mc2 összefüggés alapján a c értéke határoz meg. Ha nagy c értéke, túlnyomó lesz a sötét energia, ha kicsi, akkor a sötét anyag dominál. A sötét energia eltávolítja egymástól a galaxisokat, a gravitáció összehúzza. Ezért az ősi univerzumban – bár kisebb mértékben, de jelenleg is – a taszítási erő dominál, de lehetett egy még ősibb korábbi állapot, amikor összehúzódott az univerzum, és lehet olyan is a távoli jövőben, úgy egy billió év múlva, amikor elkezdődik egy újabb összehúzódási szakasz.
Ijjas Anna számítógépes szimulációi is pulzáló univerzumra vezettek. A számítások az általános relativitáselmélet gravitációs egyenletéből indultak ki. Erről az egyenletről azt kell tudni, hogy az energiát és az impulzust négydimenziós tenzorok adják meg, amelyeket a tér három és az idő koordinátáinak segítségével építünk fel. Ezek a tenzorok a tér görbületi szerkezetétől (metrikájától) függenek. Ha ismert a metrika, akkor nincs gond, megfelelő számítógépes technikák segítségével az egyenlet megoldható. A nehézséget az jelenti, hogy először ismerni kellene a metrikát, amikor nekifogunk a megoldásnak. Jelenlegi „lapos” univerzumunkban ez megoldható, mert kicsi az euklideszi geometriától való eltérés, de az univerzum korai fázisában már a számítás sokszor önkényes megoldásokat eredményez: ha más a kiindulási metrika, akkor más lesz az eredmény is. A lehetséges megoldásokat két fő paraméterrel lehet jellemezni, az egyik a skála faktor, ami az univerzum méretét adja meg, a másik a kozmikus látóhatár sugara (ezt az Einstein által bevezetett taszító jellegű sötét energia, vagy más néven a kozmikus állandó, határozza meg). Az inflációs számításokban ez a sugár lényegében állandó, de épp ezt vette górcső alá Illyés elgondolása. Ugyanis erősen torzult metrikák esetén ez a látóhatár nagyon kicsi lehet. Szemléletesen ezt egy ballonon lévő hangyával mutathatjuk be. Ha parányi a ballon, akkor a nagy görbület miatt a látóhatár leszűkül, felfújva a ballont a terep kisimul és messzire távolodik a látóhatár. Erre alapozva történt a szimulációk hosszú sora, ahol akár a legvadabb geometriákból is kiindulva olyan megoldásokat kaptak a látóhatár megnövekedése miatt, amelyben a kezdetben erősen csavart, nagy ráncokkal szabdalt térgeometria, az univerzum lassú összehúzódása során homogén, izotrop és lapos szerkezetbe ment át. Következtetésük: nem csak az inflációs tágulás magyarázhatja a homogén univerzumot, hanem a lassú összehúzódás is.
Az ősrobbanás híveit a számítások nem győzték meg, fölvetik az entrópia kérdését is, a végtelenszer ismétlődő tágulási és összehúzódási ciklus végtelenre növelné az entrópiát. Kitartva korábbi felfogásuk mellett, nagy önbizalommal jelentik ki, hogy nem tartják igazi versenytársnak az új elméletet sem.
Ijjas és munkatársai elméletük továbbfejlesztésén gondolkoznak, akár Einstein egyenletének bővítését is lehetségesnek tarják, hiszen nincs rá garancia, hogy ez már a végső formalizmus lenne. Erre utal az is, hogy még Einstein is tévedésnek nyilvánította az univerzum gravitációs egyensúlyát biztosító kozmikus állandó bevezetését, amikor hírül kapta, hogy az univerzum tágul Hubble megfigyelése alapján. Ez a tag mégis visszakerült az egyenletbe, mert kiderült, hogy a tágulás sebessége növekvőben van.
A vita még biztosan tovább fog tartani, mert nehéz igazságot tenni, hogy mi történt a mikrohullámú sugárzás kialakulása előtt úgy 13,4 milliárd éve. Ekkor az óriási anyag és energiasűrűség rendkívül magas hőmérséklettel járt együtt, szétvetve az atomokat is. A kaotikusan kavargó pozitív és negatív töltések pedig elnyeltek minden fényt. Ez volt az univerzum sötét korszaka. Ennek függönye nem teszi lehetővé, hogy bármikor beláthassunk a sötét korszakot megelőző univerzum világába, és ez törölheti a korábbi ciklusok entrópiáját is.
A témáról az OZON TV „Egyenlítő” című műsorában készült a szerzővel interjú, ami szeptember 16.-i kerül adásba.
Az anyag megjelent kisebb változtatásokkal a qubit portálján „A Big Bounce lenne az Új Big Bang?” címmel.
Link a blog további írásaira: „Paradigmaváltás a fizikában”
