A csillagászat és a kvantumfizika legújabb eredményei nagyon ígéretesek, de néha több kérdést vetnek fel, mint amennyit megválaszolnak. Az egyik ilyen fontos felvetés, amely a vallás és a tudomány (hit és/vagy ráció) vitájában rendre előkerül, az az, hogy a tér ismert három dimenziója és az idő mellett léteznek-e, kimutathatók-e egyéb kiterjedések. Másképpen: hány dimenzió létezik még az Einstein óta „téridőként” ismert világegyetemen túl? A nagy kérdésre a „végső választ” senki, még Stephen Hawking vagy talán maga a szentatya sem tudja, de a friss tudományos próbálkozások ígéretesek. Az évtizedek óta népszerű szuperhúrelmélet 10-11 vagy akár 26 dimenzióval is számol. Ám a lényeg, hogy a fizikusok is kezdik mind elméleti, mind gyakorlati kísérleteken keresztül belátni: a világunk sokkal bonyolultabb, összetettebb és rejtélyesebb annál, mint ahogyan elődeik – például Newton – leírták…
Csapjunk is bele a témával kapcsolatos néhány újdonság felvillantásába. Sean Carrollnek,, a Caltech professzorának, a neves TED konferenciasorozat egyik előadójának kifejezetten érdekes a fejtegetése az univerzum új felfogásáról. A neves, Nobel-díjas Richard Phillips Feynman professzorra hivatkozva az egész dimenzióelméletet a feje tetejére állítja. Lényegében azt mondja, hogy végtelen számú világegyetem létezik, megszámlálhatatlan lehetőséggel, és a mi négy- (vagy 10-11-26?) dimenziós univerzumunk nem a kiindulópont, csupán a „végtelen lehetőségekből” leszűkült, ide kikristályosodott kis téridőszelet…
VÁLASZ A CSILLAGOKBAN?
A lényegében vallási mélységű kérdéseket feszegető részecskefizikusok mellett a csillagászok is hasonlóan „meredek” felfedezéseket tettek nemrég. Frei Zsolt asztrofizikus, az ELTE Fizikai Intézetének az igazgatója a LIGO nevű, gravitációs hullámokat megfigyelő obszervatórium nemzetközi tudományos programja egyik fontos csoportjának a vezetőjeként egy rendkívüli csillagászati észlelésben vállalt kiemelt szerepet. Tavaly októberben jelentették be, hogy – magyar részvétellel – újabb mérföldkőhöz érkeztek a csillagászatban. Először figyeltek meg egy jelenséget gravitációshullám-detektorokkal és távcsövekkel is. A két neutroncsillag összeütközéséből származó jelek forrását egy magyar galaxiskatalógussal sikerült gyorsan azonosítani. Ezután közel hetven földi és űrtávcső fordult a célpont felé és figyeli most is a fejleményeket, amelyekből megérthetjük a nehéz elemek kialakulásának a folyamatát is.
Most először észleltek neutroncsillagok összeütközéséből eredő gravitációs hullámokat, és bebizonyosodott, hogy az ilyen eseményeket gamma-kitörések követhetik. Továbbá kiderült, hogy a gravitációs hullámok valóban fénysebességgel terjednek. Ez miért fontos? Mert e különleges forrás fényének a megfigyeléséből sok új információt szerezhetnek a csillagászok az univerzum kémiai fejlődésével kapcsolatban.
Mi is történt pontosan? Tavaly augusztus 17-én az USA-ban lévő LIGO és az olaszországi Virgo detektor gravitációshullám-jelet érzékelt, amelynek a forrása két neutroncsillag összeütközése volt. A felfedezés több rekordot is megdöntött, hiszen 130 millió fényéves becsült távolságával ez a legközelebbi gravitációshullám-forrás, amelyet eddig észleltek, egyúttal résztvevőinek a tömege is jóval kisebb, mint az idáig megfigyelt „karambolokban” szereplő fekete lyukaké.
A neutroncsillagok mindössze 20 kilométer átmérőjű, elképesztően sűrű égitestek. (Ha módunk lenne egyetlen teáskanálnyi mintát venni anyagukból, az körülbelül egymilliárd tonnát nyomna, ami 25 millió pótkocsis, csurig pakolt kamion földi súlyának felelne meg!)
A detektorok által észlelt jelek akkor keletkeztek, amikor a két objektum nagyjából 300 kilométerre megközelítette egymást, azután egyre gyorsulva, spirális pályán haladva összeütközött. A gravitációs hullámok után 2 másodperccel ért el hozzánk az esemény nyomán felszabadult gamma-sugárzás. Ez a késés éppen megfelelt a modelleknek (tehát ugyanennyi lehetett a különbség a jelek keletkezésénél is), így Einstein újabb elmélete igazolódott be: a gravitációs hullámok valóban fénysebességgel terjednek.
További mérésekből a csillagászok különféle nehéz elemek, például arany és platina jelenlétét mutatták ki. Így tehát bizonyossá vált, hogy legalábbis részben ilyen ütközések hozhatták létre és szórhatták szét az űrben a vasnál nehezebb kémiai elemeket.
Az, hogy a neutroncsillagok egymásba csapódásából nemcsak elektromágneses, hanem gravitációs hullámok is keletkeznek, azt jelenti, hogy egyazon eseményről két teljesen különböző fizikai méréssel is információhoz juthatunk. Erre mindeddig nem volt lehetőség a csillagászatban, hiszen minden információ, amelyet a világegyetem távoli területeiről szereztünk, az elektromágneses sugárzás valamilyen formájában jutott el hozzánk. Frei Zsolt szerint ez az észlelés nagy szerencse, mert a detektorok jelenlegi érzékenysége mellett csak a hozzánk közeli neutroncsillag-ütközéseket lehet megfigyelni. Ez az esemény a maga 130 millió fényéves távolságával pedig nagyon közelinek számít.
BIZONYÍTÉK A NEGYEDIK DIMENZIÓRA
Néhány hete újabb tudományos szenzációt kapott fel a világsajtó. E szerint két, egymástól független kutatócsoport (egy európai és egy amerikai) valós bizonyítékot talált arra, hogy a matematikai-fizikai elméletekkel leírt, ilyen módon megjósolt további dimenziók léteznek, pontosabban: létezhetnek. A probléma az, hogy ezek a kiterjedések az atommagnál is egybilliószor (!) kisebb „távolságokon” kereshetők, melyeket a klasszikus műszerek soha nem lesznek képesek megmérni, kimutatni. Ezért érdekes kerülő utakon, egy különleges jelenséget kihasználva próbáltak a negyedik térbeli dimenzió nyomára bukkanni a fizikusok, akik a neves Nature folyóiratban tették közzé a felfedezésüket.
Az egyik kísérletben extrahideg atomokat használtak, a másikban a fotonok mozgását elemezték. A tesztek az úgynevezett kvantált Hall-jelenségen alapultak. E szerint ha egy elektromos vezetőben annak síkjára merőleges mágneses teret hoznak létre, s ott áram folyik, akkor a vezető két oldala között a Lorentz-erő okán feszültség jelenik meg. Sőt, nagy tisztaságú elektrongázban és erős mágneses térben érdekes dolog történik: a Hall-ellenállás lépcsőzetesen, ugrásszerűen váltakozik. Ezt a jelenséget kihasználva következtettek a kutatócsoportok arra, hogy lennie kell valamilyen extradimenziónak, hiszen nem ott – s nem úgy – „találták meg” a fotonokat és az elektronokat, ahol lenniük kellett volna.
Ugyanakkor a 10, 11 vagy 26, számunkra láthatatlan dimenzióval kalkuláló szuperhúrelméletek fő gondja, hogy – ellentétben például Einstein hipotéziseivel – nem írhatók le a mi három plusz egy kiterjedésünkre „kitalált” tudományos-matematikai megközelítéssel. Kérdés, hogy a hitrendszerek vagy akár csak a filozófiák hittételei és a matematikai-fizikai, azaz tudományos-empirikus megközelítések kibékülhetnek-e valaha, közös nevezőre hozhatók-e egyszer.
