Az általunk ismert univerzum a mintegy 13,8 milliárd éve bekövetkezett ősrobbanás után alakult ki. A világegyetem a „Nagy Bumm" óta folyamatosan és ráadásul gyorsulva tágul, ami csillagászati megfigyelésekkel alátámasztott tény. Az einsteini modell szerint a tágulás, vagyis az univerzum felfúvódása végtelen folyamat, amit viszont az Amerikai Tudományos Akadémia szaklapjában, a PNAS-ban egy most publikált tanulmány megkérdőjelez.

A gyorsulva táguló világegyetem „sötét" titkai

A táguló világegyetem összetett problémakörét Albert Einstein 1916-ban publikált általános relativitáselmélete óta vizsgálják a kozmológusok és az elméleti fizikusok. Einstein szerint a gravitáció a tér görbültségének az eredménye, ebből pedig az következik, hogy a világegyetem véges, de határtalan entitás.

Albert Einstein és Nathan RosenForrás: Wkimedia Commons /Princeton University

Nem sokkal az általános relativitáselmélet publikálása után, 1929-ben Edwin Hubble amerikai csillagász a galaxisok vöröseltolódásából arra a következtetésre jutott, hogy a csillagvárosok mérhető sebességgel távolodnak egymástól.

Edwin Hubble amerikai csillagász fedezte fel a vöröseltolódás segítségével az univerzum tágulásátForrás: Space.com

( A Doppler-effektus a hullám frekvenciájában és ezzel együtt a hullámhosszban megjelenő olyan változás, ami azért alakul ki, mert a hullámforrás és a megfigyelő egymáshoz képest mozog. Ha egy galaxis távolodik a megfigyelőtől, az általa kibocsátott fény spektruma a vörös tartomány felé tolódik el.) Georges Lemaître belga katolikus pap és fizikusprofesszor abból indult ki, hogy ha a galaxisok tágulását vissza extrapoláljuk a múltba, kell lennie egy olyan olyan pillanatnak, amikor az univerzum összes anyaga egyetlen pontban tömörült össze.

Az ősrobbanás művészi ábrázolásaForrás: Solar Story

Lemaître 1933-ban ismertette teljes részletében a hipotézisét,

ami ősrobbanás-elmélet néven vonult be a kozmológiába.

1998-ban Samuel Perlmutter, Brian P. Schmidt és Adam Riesset kutatásai nyomán bizonyosodott be, hogy az univerzum – szemben az addig érvényes felfogással – gyorsulva tágul, amit egy ismeretlen eredetű és a gravitációs vonzerővel ellentétes erőhatás, az úgynevezett sötét energia okoz.

Samuel Perlmutter, Brian P. Schmidt, és Adam Riesset az univerzum gyorsuló tágulásával kapcsolatos kutatásaikért nyerték el a 2011-es fizikai Nobel-díjatForrás: Nobel Prize

Az egész univerzumot kitöltő sötét energia erős antigravitációs hatást, vagyis negatív nyomóerőt fejt ki.

A sötét energia eredetére kétfajta magyarázat létezik:

az egyik a kozmológiai állandó, egy olyan konstans energiasűrűség, ami egyenletesen tölti ki a teret, a másik a kvintesszencia, amely viszont egy olyan dinamikus erőtér, aminek térben és időben is változhat az energiaszintje.

Megszűnik a téridő, vagy pedig egy új univerzum fog születni?

Paul Steinhardt, a Princeton Egyetem Elméleti Tudományok Központjának igazgatója és kollégái, Anna Ijjas valamint Cosmin Andrei az Amerikai Tudományos Akadémai szaklapjában, a PNAS-ban publikált új tanulmány szerzői abból indulnak ki, hogy a sötét energia nem konstans, hanem egy olyan erőhatás, ami idővel elenyészik.

A sötét energia létét Einstein kozmológiai állandója is előrevetítetteForrás: TrendinTech

Albert Einstein eredetileg úgy vélte, hogy a sötét energiának nevezett erőhatás állandó,

ami miatt az univerzum tágulása is végtelen ideig tart.

Az ezzel konkuráló kvintesszencia-elmélet szerint viszont a sötét energia nem állandó, hanem változó energiamező, aminek a legújabb megfigyelések sem mondanak ellent . „Azt a kérdést vetettük fel, hogy az univerzum tágulásának gyorsulása örökké tart-e, és ha nem, akkor milyen alternatívák vannak, illetve mikor fordulhat vissza ez a folyamat" – nyilatkozta Paul Steinhardt, a tanulmány vezető szerzője.

Paul Steinhardt fizikusprofesszor, a Princeton Egyetem Elméleti Tudományok Központjának igazgatójaForrás: Paul J. Steinhardt

Steinhardt és kollégái a rendelkezésre álló empirikus adatokra építve alkották meg a modelljüket. A kutatók számításai mondhatni, hogy megdöbbentő eredményre vezettek. Steinhardt és csoportja arra jutottak ugyanis,

hogy a sötét energiának az idő múlásával csökken az antigravitációs hatása,

ami egy bizonyos ponton túl megállítja az univerzum tágulását, és egy hosszan tartó zsugorodási folyamatot indít el.

Egy úgynevezett csillagszóró, vagy felrobbanó galaxis képeForrás: NASA

Ami még megdöbbentőbb, hogy ez a folyamat - legalábbis kozmikus időskálán mérve -, nagyon gyorsan bekövetkezhet. A modellszámítások azt mutatják, hogy már 65 millió év múlva leáll a tágulás, és nagyjából 100 millió év múlva elindul az univerzum összehúzódása. „Ha visszamegyünk 65 millió évet az időben, akkor csapódott be a Chicxulub-aszteroida, ami elpusztította a dinoszauruszokat. Kozmikus léptékben 65 millió év tehát különösen rövid idő" - szemléltette a folyamat elkezdődésének relatív értelemben gyors bekövetkezését Paul Steinhardt.

A galaxisok időbeli fejlődését szemléltető ábra az ősrobbanástól a jelenigForrás: NASA

De vajon mi fog történni az összehúzódási folyamat végén? A kutatók szerint ennek két lehetséges alternatívája létezik.

Az egyik, hogy az univerzum megsemmisül, és végetér a téridő.

A másik lehetőség, hogy az ismét egyetlen pontba összesűrűsödő anyagból egy újabb „Nagy Bumm" lesz, elindítva egy másik univerzum megszületését.

Pulzáló, vagy párhuzamos univerzumok

Hipotetikusan már korábban is felvetették a tágulás megszűnésének problematikáját. Az úgynevezett „Nagy Reccs" (Big Crunch) a „Nagy Bumm" ellenpárja. E szerint az ősrobbanással az univerzum csupán egy kezdő impulzust kapott a táguláshoz, ami előbb-utóbb lefékeződik a sötét energia, vagyis az antigravitációs hatás miatt.

A "Nagy Reccs" az univerzum összehúzódása végén következhet be, amikor az összes anyag egyetlen szingularitásba sűrűsödik összeForrás: Pinterest/Ashfaq Ahmad

Amikor ez bekövetkezik, akkor az anyag tömegvonzása elkezdi önmagába visszahúzni az univerzumot. A „Nagy Reccs" téridő-grafikonja a tágulás előjelváltási időpontjához képest szimmetrikus, vagyis a világegyetem ugyanolyan szingularitássá húzódik össze, mint amilyen a „Nagy Bumm" pillanatában volt. Hogy ezután mi történhet, az jelenleg még pusztán elméleti spekuláció. Az egyik alternatíva, hogy megszűnik az univerzum, és végetér a téridő. ( Mint ahogy a „Nagy Bumm" előtt sem létezett sem a tér, sem pedig az idő.)

Ha megáll a tágulás, a gravitációs erő feltartóztathatatlanul összehúzza az univerzumotForrás: NASA

A másik alternatíva, hogy az új szingularitásból újabb „Nagy Bumm" lesz, és ismét megszületik az univerzum, ugyanazt a folyamatot végigjárva, amiben a régi is megszületett illetve megsemmisült. Ez az elképzelés, amit pulzáló világegegyetemnek hívnak, a szó köznapi értelmében viszont nem létezhet, hiszen az „új", a „régi" vagy az „újabb" kifejezések oksági kapcsolatot jelentenek a múlt, a jelen és a jövő között.

A multiverzum elmélet szerint az általunk ismert világegyetemen kívül végtelen számú más univerzum is létezhetForrás: Smithsonian Magazine

Ez viszont minden szingularitásban értelmét veszti, hiszen a szingularitásban – bármilyen koordináta-rendszerben – a végtelenné váló tömeg és energia felülírja az összes fizikai törvényszerűséget, így a kauzalitást, vagyis az ok-okozati összefüggést is. Ezért is helyesebb erre a modellre a párhuzamos univerzumok kifejezés, amelyek között ugyan nem áll fenn oksági kapcsolat, de a közös szingularitás alkotja a végpontjaikat.