Túl a létezés határain: mi lehetett az ősrobbanás előtt?

Mai ismereteink szerint az ősrobbanással keletkezett a világmindenség, ami előtt nem létezett sem a tér, sem pedig az idő

Fotó: RomoloTavani

Napjainkra általánosan elfogadottá vált, hogy az általunk ismert univerzum 13,8 milliárd éve egy olyan szingularitásból keletkezett, amelyben – emberi ésszel felfoghatatlan módon - a teljes világegyetem anyaga volt összesűrűsödve. Okkal adódó kérdés, hogy ha az univerzum léte időben véges, akkor mi lehetett a Big Bang, vagyis az ősrobbanás előtt, amikor még sem a tér, sem pedig az idő nem létezhetett? E roppant nehéz kérdés túlmutat a gyakorlati tudomány határain, tudományfilozófia magasságokba emelve a lehetséges válaszokat.

A határtalan, de véges univerzum, amely előtt nem létezett sem a tér, sem pedig az idő

Azt, hogy az univerzum a maga fizikai valóságában nem végtelen, a tudománytörténet egyik legnagyobb elméleti fizikusa, Albert Einstein fogalmazta meg először az általa lefektetett általános relativitáselméletben. Einstein az 1916-ban publikált dolgozatában a relativitást az idő, a tér és az energia elméleteként írta le. Az általános relativitáselmélet kidolgozásának alapját az egy évtizeddel korábban, 1905-ben lefektetett speciális relativitáselmélete alkotta. 

Az emberi gondolkodás egyik legnagyobb megválaszolatlan kérdése, hogy mi lehetett az ősrobbanás előtt
Fotó: University of Copenhagen

Ez utóbbi egyik legfontosabb axiómája, hogy a fény bármilyen inerciarendszerben és minden irányban ugyanazzal a sebességgel terjed, függetlenül az észlelő és a fényforrás sebességétől. (A klasszikus newtoni modell sebesség-összeadódásában ez nem lenne lehetséges.) 

Vagyis, az einsteini elméletben nincs semmilyen nyugvó vonatkoztatási rendszer, ezért abszolút tér sincsen, a kölcsönhatásoknak pedig létezik egy abszolút terjedési sebessége, 

ami a fény vákuumbeli sebességével egyenlő, azaz egyetlen kölcsönhatás sem terjedhet gyorsabban az univerzumban a fényné. Az ebből továbbfejlesztett általános relativitáselmélet a gravitáció geometriai elmélete, illetve a gravitáció mint kölcsönhatás modern szemléletű leírása. Az einsteini elmélet, amely továbbfejlesztette Newton gravitációs elméletét, a gravitációt mint a tér és az idő geometriáját írja le. Einsteinnek a teret és az időt egyesítő matematikai modelljében a téridő egy olyan négydimenziós koordináta-rendszer, amely három tér és egy idő koordinátával rendelkezik, a rendszer egy-egy pontja pedig egy-egy eseménynek felel meg.

Albert Einstein az általános relativitáselmélettel a modern kozmológia alapjait is lerakta
Fotó: Ferdinand Schmutzer / Adam Cuerden  / Wikimedia Commons

 Az általános relativitáselmélet szerint az anyag meggörbíti a téridőt, a gravitáció pedig ennek a következménye. Ebből az következik, hogy a világegyetem mint fizikai rendszer sem lehet végtelen. Az einsteini modellben az univerzum egy olyan véges, ámde határtalan entitás, amely mozgásban – szétterjedésben – van, vagyis leegyszerűsített hasonlattal olyan, mint egy felfúvódó luftballon. 

Azt, hogy a fényt meggörbíti a gravitáció, már az általános relativitáselmélet publikálása után három évvel később sikerült bebizonyítania Sir Arthur Eddington brit csillagásznak. 

1929-ben Edwin P. Hubble amerikai asztronómus felfedezte, hogy a távoli galaxisok színképe a távolságukkal arányosan a spektrum vörös tartománya felé tolódik el. Minél távolabbi egy galaxis, annál nagyobb a vöröseltolódása is, ami azt jelenti, hogy - a távolsággal arányosan - látszólag egyre nagyobb sebességgel távolodik tőlünk. Hubble felfedezése - ami szintén az általános relativitáselmélet helyességének egyik bizonyítéka– tudományos ténnyé tette a táguló világegyetem hipotézisét. 

Milyen bizonyítékai vannak az ősrobbanásnak?

Georges  Lemaître belga katolikus pap, kozmológus és az elméleti fizika professzora a Leuveni Egyetemen, az einsteini határtalan, de véges univerzum hipotéziséből, illetve Hubble felfedezéséből jött rá arra, hogyha a világegyetem nem végtelen de minden irányban tágul, 

akkor kellett lennie egy olyan kezdőidőpontnak is, amikor az univerzumot alkotó anyag egyetlen csomóban sűrűsödött össze. 

Lemaître szerint ezt az időpontot – vagyis az univerzum keletkezésének időpontját – úgy tudjuk kiszámítani, ha a tágulási sebesség vektorait időben visszafelé extrapoláljuk. Lemaître 1931-ben publikálta elméletét az „Ősatom” címmel. A világegyetem keletkezésére vonatkozó hipotézis megalapozottságának bizonyításában George Gamow amerikai elméleti fizikus 1948-ban publikált dolgozata jelentette a következő lépcsőfokot. 

George Gamow 1948-ban megjósolta az egész univerzumot betöltő a mikrohullámú háttérsugárzást, mint az ősrobbanás "árnyékát"
Fotó: Evening Standard/Getty Imges

Gamow megjósolta ugyanis, ha Lemaître  elmélete helyes, akkor az ősrobbanás maradványaként kell léteznie egy, az egész univerzumra kiterjedő mikrohullámú háttérsugárzásnak. 1964-ben Arno Allan Penzias Nobel-díjas amerikai fizikus és kollégája, Robert W. Wilson sikeresen detektálták a Gamow által megjósolt mikrohullámú háttérsugárzást, mint az ősrobbanás „visszhangját”. (Penzias és Wilson e felfedezésükért nyerték el 1978-ban a fizikai Nobel-díjat.) E felfedezéssel pedig bebizonyosodott, hogy a Big Bang, vagyis az ősrobbanás valós esemény volt, ami napjainkra általánosan elfogadottá is vált. 

Mikor keletkezett a Világegyetem az ősrobbanás-elmélet szerint?

Ha kiindulópontként elfogadjuk, hogy az általunk ismert világegyetem a Big Bang következtében jött létre, rögtön fel kell tenni azt a kérdést is, hogy miből keletkezett, illetve mi volt előtte. Az ősrobbanás idejét – az úgynevezett Hubble-időt – ma már viszonylag nagy pontossággal ki lehet számítani, ami kereken 13,8 milliárd év. (Az idősík érzékeltetésére, a Nap, illetve a Naprendszer nagyjából 5,5 milliárd éve alakult ki.) Az ősrobbanás kifejezést szűkebb értelemben arra az időre alkalmazzák, amikor az univerzum megfigyelhető tágulása elkezdődött. 

Penzias és Wilson a 15 méteres antenna alatt, amellyel felfedezték az ősrobbanás legfontosabb bizonyítékának számító mikrohullámú háttérsugárzást
Fotó: NASA/ Headquarters / Wikimedia Commons

A Hubble-idő nulladik pillanatában, vagyis az idő kezdetén az ismert univerzumot felépítő anyag egyetlen pontban, egy úgynevezett gravitációs szingularitásban tömörült össze. Ez az állapot hétköznapi gondolkodással felfoghatatlan. Ebben a szuperforró állapotban a gravitációs mezőt leíró modelltől független végtelen mennyiségek léteznek, tehát mind a tömeg, mind a gravitáció végtelenné válik. Az ősrobbanás kozmológiai modelljében, pontosabban az ősrobbanás szingularitásában paradox módon a világegyetem sűrűsége és a téridő görbülete is végtelen volt. (Magát a gravitációs szingularitást is Albert Einstein általános relativitáselmélete jósolta meg. A téridő görbületének végtelenné válása a fekete lyuknak nevezett extrém tömegű, illetve sűrűségű, és ugyancsak extrém gravitációval rendelkező objektumok eseményhorizontja mögött is bekövetkezik.) 

A fekete lyukak eseményhorizontja mögött is bezáródik a téridő, és olyan szingularitás jön létre, amelyben végtelenné válik a tömeg
Fotó: Wikimedia Commons

Az igazán nehéz kérdés csak ezután jön: ha az univerzum 13,8 milliárd éve az ősrobbanás szingularitásából keletkezett, akkor mi volt a Big Bang előtt? Az einsteini elméletből az következik, hogy az ősrobbanás előtt nem létezhetett sem a tér, sem pedig az idő. Az viszont már az ókori görög filozófusoknál is alapvető bölcseleti tétel volt, hogy a semmiből semmi sem keletkezhet. 

De mégis, mi lehetett az ősrobbanás előtt?

Azt tehát, hogy mi lehetett a Big Bang előtt, senki sem tudja, erre csak elméleti spekulációk léteznek. Ezek közül az egyik legismertebb Stephen Hawking úgynevezett határok nélküliség-hipotézise. A világhírű elméleti fizikus szerint a világegyetem határfeltétele az, hogy nincsen határa. Hawking ezt úgy szemlélteti, hogy a euklideszi téridő egy olyan vég nélküli zárt felület, mint a gömb formájú Földnek a felszíne: 

Mondhatjuk, hogy a képzeletbeli és a valós idő a Déli-sarkon kezdődik, ami egy olyan pont a téridőben, ahol a normál fizika törvényei érvényesek. Nincs semmi a Déli-Sarktól délre, tehát nem volt semmi az ősrobbanás előtt.

- vélekedik a híres tudós. Az analógia szerint ahogy a Földnek is van egy legdélibb pontja, úgy az időnek is létezik kezdete, és ha a Föld sem ér véget a Déli-sarknál, úgy az idő sem tűnik el, ha visszakövetjük a kezdetekig. Hawking szerint az ősrobbanás bekövetkezése előtt meggörbült az idő, és minél inkább visszafelé megyünk, az idő annál közelebb kerül a semmihez, ámde mégsem vált soha semmivé. 

Stephen Hawking szerint az ősrobbanás előtt meggörbült az idő, megközelítette a semmit, de nem vált azzá
Fotó: Heavy.com

Hawking úgy véli,a világ attól függetlenül fejlődött ki az ősrobbanásból, hogy mi volt előtte. „Az ősrobbanás előtti események egyszerűen nincsenek definiálva, mert nincs rá mód, hogy megmérjük, mi történt akkor” – nyilatkozta a 20. század egyik legnagyobb elméleti fizikusa.

 Ez azonban még mindig nem ad egyértelmű teoretikus választ arra, hogy mi volt a nulladik pillanat előtt, ha nem létezett az idő. 

Az ősrobbanás elmélettel szkeptikus indiai Gauri Shankar Gupta ekként foglalta össze egy 2017-ben megjelent írásában e megválaszolhatatlan probléma lényegét: „Mindegyik elképzelés azzal az előfeltétellel él, hogy már az ősrobbanás előtt is létezett valami, ami felrobbant, kiterjedt vagy fokozatosan fejlődött. Ugyanakkor semmilyen észszerű magyarázat nincs a világegyetemet felépítő anyag létrejöttére, és arra, hogy miként került egyáltalán ide. Mivel a semmiből nem hozható létre valami, így a világegyetem sem születhetett meg a semmiből. 

A galaxisok időbeli fejlődését szemléltető ábra az ősrobbanástól a jelenig
Fotó: NASA/JPL-Caltech

A tudósoknak arra sincs elfogadható válaszuk, hogy a millió természeti hatás és erő miként teremtett az élet kialakulásához szükséges megfelelő feltételeket. Utolsósorban, a világegyetem tömegének csupán 4,6%-át alkotja a megfigyelhető anyag, mit kezdjünk a több mint 95%-kal, amit a sötét anyag és sötét energia alkot; tudomást se vegyünk róla?” Egyes tudósok, így köztük Francis S. Collins a „végső nagy kérdésre” teológiai magyarázatot hívnak segítségül. E megközelítések – mivel semmiből semmi sem keletkezhet –, a teológiai kreacionista felfogást részesítik előnybe, mely szerint az egyetlen „önmagától és időtlenül létező entitás” , vagyis csak az Isten képes a semmiből (ex nihilo) valamit, a világot megteremteni. Az a kérdés, hogy mi lehetett az ősrobbanás előtt, a lehető legegyértelműbben demonstrálja a tudomány határait. Minden pedig ami azon túl mutat, már sokkal inkább a hit világához tartozó kérdés.