Guido
Tonelli

Genezis

A világegyetem születése
hét napban elbeszélve

részlet

Corvina

A fordítás az alábbi kiadás alapján készült:
Guido Tonelli: Genesi. Il grande racconto delle origini
Prima edizione nell „Universale Economica” – SAGGI settembre 2020
Stampa Elcograf S.p.A. – Stabilimento di Cles (TN)

© Giangiacomo Feltrinelli Editore, Milano
First published as Genesi by Guido Tonelli in May 2019
by Giangiacomo Feltrinelli Editore, Milano
© Hungarian translation: Balázs István, 2021

A borítót tervezte: Karcagi Klára

Kiadja 2021-ben a Corvina Kiadó Kft., az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjesztők Egyesülésének tagja.

ISBN 978 963 13 6786 7

Elektronikus változat:
eKönyv Magyarország Kft.
www.ekonyv.hu
Készítette: Ambrose Montanus

A kis Jacopónak

„A költészetre szükségünk van, pokolian szükségünk.”

Egy falfelirat névtelen szerzője egy sikátorban, Palermo központjában, 2018. október

„Minden fájdalom elviselhető, ha beleillesztjük egy történetbe, vagy ha elmesélünk róla egy történetet.”

Isak Dinesen

„A begyökerezettség talán a legfontosabb és
a legkevésbé ismert szükséglete az emberi léleknek.”

Simone Weil

ELŐSZÓ

„Professzor úr, hogy van? Kérdezhetek valamit? Tényleg jól értettem, hogy még mindig vákuum? Mármint hogy az egész univerzum, amely körülvesz bennünket? Beleértve Donald Trumpot meg a Fiat Chrysler Automobiles részvényeseit is, akik lassan megőrjítenek? Túl szép. Zseniális. Mindig is tudtam, hogy fizikát kellett volna tanulnom, és hagyni a fenébe ezt a sok ökörséget, amellyel már negyven éve foglalkozom.”

Sergio Marchionne hív az Egyesült Államokból: vége az idegőrlő, heti taposómalomnak, néhány nap következik Maranellóban, a Ferrari székhelyén, majd helikopterrel irány Torino, ahonnan Detroitba repül, aztán jön a hétvége, és az egész mókuskerék kezdődik elölről. Nincs nagy változatosság, semmi szünet, de időszakosan közbeiktatott pihenők sincsenek.

Minden 2016-ban kezdődött, július végén, amikor meghívást kaptam, hogy egy interjú erejéig látogassak el a Ferrari-művekbe. Számomra jó alkalom volt ez arra, hogy személyesen lássam a technikának ezeket a remekeit, és hogy elbeszélgessek a fiatal szakemberekkel és mérnökökkel, akik a régi mesteremberek szinte mániákus műgondjával alkotják meg az új modelleket. A délelőtt gyorsan elszaladt, és már ott ültünk az étteremben, annál az asztalnál, amelynél egykor Enzo Ferrari is evett. Körös-körül mindenütt az „alapító atya” fényképei és számtalan győzelmének tárgyi emlékei vettek körül bennünket. Miközben a Forma–1-ről és az elektromos Ferrari-modellekről folyt a diskurzus, teljesen váratlanul telefonhívás érkezik: Sergio Marchionne az, kérdi, hogy be tudnék-e ugrani hozzá egy rövid köszöntés erejéig az irodájába.

A felső emeletek valamelyikére lifteztem, abban a meggyőződésben, hogy rövid, udvariassági látogatásban lesz részem, ezzel szemben arra sem volt időm, hogy leüljek, máris minden bevezetés nélkül elhangzott a legkevésbé magától értetődő kérdés: „Ön, professzor úr, hisz Istenben?”

Ha valami így kezdődik, nyilvánvaló, hogy a beszélgetésünk nem merül ki egy rövid és formális üdvözlésben. A rá következő órát a világegyetem keletkezéséről társalogva töltöttük: megvitattuk, mi a vákuum, azon töprengtünk, hogyan született a téridő, és hogy mikor lesz vége. Marchionne egyik cigarettáról a másikra gyújt, miközben mindenre magyarázatot akar. Őszinte érdeklődést és rácsodálkozást olvasok ki a tekintetéből. „Ezekkel a dolgokkal szerettem volna foglalkozni fiatal koromban. Odáig azonban soha nem jutottam el, hogy természettudományos kérdésekkel szembenézzek. Ezért filozófiából diplomáztam. Aztán meg az élet egészen más irányba terelt.” És már meséli is kanadai neveltetésének korántsem egyszerű történetét, beszámol azokról a részben esetleges körülményekről, amelyek a világ egyik legjelentősebb cégének a vezetőjévé tették.

Amikor a titkárnő figyelmeztet bennünket, hogy a sofőr, akinek ki kell vinnie engem a repülőtérre, meglehetősen ideges, mert azt kockáztatom, hogy lekésem a visszafelé induló járatot, el kell búcsúznunk egymástól. Indulás előtt azonban Marchionne még arra kér, hogy dedikáljam neki A dolgok tökéletlen születése című könyvemet, én viszont figyelmeztetem: később valamikor rá fogok kérdezni, hogy valóban elolvasta-e. Amikor aztán néhány hét múlva megint telefonhívást kapok tőle, nyilvánvaló lesz számomra, hogy még mindig benne van a játékban.

Rendszeres kapcsolat születik ebből, amelynek folytán néhány hónappal később Modenába utazom, annak az éves találkozónak az alkalmából, amelyet a Ferrari cég rendez, legfontosabb üzleti partnerei menedzsereinek a részvételével. A vacsoránál aztán folytatjuk kérdezz-felelek játékunkat, ezúttal azonban asztaltársaink bevonásával. Így telik az egész este: szó esik a fekete lyukakról, Stephen Hawkingról és a gravitációs hullámokról. Később aztán, nem sokkal az előtt, hogy a desszertet feltálalták volna, Marchionne csendre int mindenkit, és felkér, hogy vegyem át a szót. Beszélnem kell a világegyetem születéséről és a Higgs-bozon felfedezéséről, de nem szabad kíméletesnek lennem: „Keményen vágjon bele, professzor úr! Azt akarom, hogy ezek a bumburnyákok megtudják, mik a világban az igazán fontos dolgok.”

Az este végén karon fog, és így szól hozzám: „Néhány év múlva visszavonulok mindettől, és újra fizikát fogok tanulni. Meg kell ígérnie, hogy összeállít számomra egy kis listát ismeretterjesztő, de nem túl leegyszerűsítő szövegekből a kvantummechanikáról meg az elemi részecskékről, hogy azok alapján jobban megértsem a dolgokat.”

Gyakran mondogatom, hogy a nagy kérdések, amelyekkel a fizika találja szemben magát, ott vannak mindannyiunkban, az őseredeti kíváncsiság pedig még ott izzik valamennyiünk lelkében. Vállalom, hogy elküldöm neki az olvasmánylistát, de némi kétkedés azért maradt a tekintetemben, képtelen voltam eltitkolni. Mire ő: „Professzor úr, higgye el, megteszem.” Abban a pillanatban egyikünk sem sejthette, hogy e tervek milyen hamar meghiúsulnak: Marchionne 2018. július 25-én meghalt.

BEVEZETÉS Lebilincselő elbeszélés a kezdetekről

Negyvenezer évvel ezelőtt, amikor a Homo sapiens második hulláma Afrikából Európába érkezett, a Neander-völgyiek már benépesítették a kontinens jelentős térségeit. Törzsi szervezetben éltek, szurdokokban laktak, és számos emlék igazolja félreérthetetlenül összetett, jelképekkel teli univerzumukat. Sziklafalakra festett szimbólumok és állatábrázolások, magzati tartásban eltemetett holttestek, rituális körökbe rendezett csontok és nagy cseppkövek tanúskodnak egy feltehetően árnyalt kifejezésmóddal rendelkező civilizációról, amelynek a nyelvét azonban soha nem fogjuk megismerni.

Mindezek folytán viszont mégiscsak valamennyire el tudjuk képzelni, hogyan is beszélhették el a világ eredetét: ott visszhangzott már ezekben a barlangokban, és szinte halljuk az öregeket, amint – a szó erejével és az emlékezés igézetével élve – továbbadják a gyermekeknek az ősrégi történet örökségét. Nemzedékek ezrei tesznek így mindaddig, mígnem Hésziodosz – vagy az, akit annak tartunk – az Istenek születése (Theogonia) című művében írásos emléket hagy ránk erről a történetről, elsőként teremtve kapcsolatot költészet és kozmológia között.

Ez a kezdetekről szóló történet a tudomány szavának köszönhetően napjainkig folytatódik. Igaz, az egyenletek nem rendelkeznek a költői nyelv felidéző erejével, de a modern kozmológia elgondolásai hallatán még ma is eláll a lélegzetünk.

Minden egyetlen egyszerű és megkerülhetetlen kérdésből születik: „Honnan ered mindez?”

Ezt a kérdést a földrajzi szélesség minden fokán a legkülönbözőbb kultúrákhoz tartozó emberek mind a mai napig felteszik; közös, egymástól szemlátomást nagyon távol eső civilizációkat egyaránt jellemző vonás ez. Legyen szó gyerekekről vagy cégvezetőkről, tudósokról vagy sámánokról, űrhajósokról vagy azoknak a gyűjtögető és vadászó életmódot folytató kis népeknek az utolsó képviselőiről, akik még fennmaradtak Borneó szigetének vagy Amazóniának egyes térségeiben – mind ugyanazt a kérdést fogalmazzák meg magukban.

E kérdés annyira ősi, hogy egyesek feltételezik: a bennünket megelőző nemzedékek öröksége révén egyenesen velünk születik.

A teremtésmítoszok és a tudomány

A Kongóban élő kubák számára az univerzum teremtője a nagy Mbombo volt, egy sötét világ ura, aki kiokádta a Napot, a Holdat és a csillagokat, így akarván megszabadulni szörnyű hasfájásától. A Száhil övben élő fulbék úgy vélték, hogy egy Doondari nevű hős volt az, aki egy hatalmas tejcseppet földdé, vízzé, vassá és tűzzé alakított át. Az Afrika egyenlítői övezetének az erdeiben élő pigmeusok mindent egy hatalmas teknőstől származtatnak, amely úszás közben az ősvizekben rakta le tojásait.

A mitológiai elbeszélések nagy részének kezdetén szinte mindig szerepel egy homályos, rémisztő valami: káosz, sötétség, hatalmas, alaktalan víztömeg, sűrű köd, terméketlen pusztaság, míg végül közbe nem lép egy természetfeletti lény, amely formát ad a dolgoknak, és rendet teremt. Ekkor jelenik meg a nagy hüllő, az őstojás, a Hős vagy a Teremtő, aki szétválasztja az Eget és a Földet, megalkotja a Napot és a Holdat, és életet ad az állatoknak és az embereknek.

A rend megteremtése szükségszerű lépés, mivel meghatározza a szabályokat, és lefekteti azoknak a ritmikus folyamatoknak az alapjait, amelyek tagolják a közösség életét: a nappalok és éjszakák ciklusait, valamint az évszakok váltakozását. A kezdetek rendezetlensége felidézi az ősi félelmeket, a rettegést, hogy áldozatul esünk a természet elszabadult erőinek, legyenek azok akár kegyetlen vadállatok vagy földrengések, akár az aszály vagy az áradások. Amikor viszont a természet alakot ölt, és annak a szabályait követi, aki rendet vitt a világba, a sérülékeny emberi közösség életben maradhat, és sokasodhat. A természet rendje tükröződik a társadalmi rendben, azoknak a szabályoknak és tabuknak az összességében, amelyek meghatározzák, mi az, amit meg lehet tenni, és mi az, ami mindenképpen tilos. Ha a csoport, a törzs, az egész nép ezeknek az ősi egyezmény által meghatározott törvényeknek a szellemében viselkedik, ez a normák által körülhatárolt terület megvédi a közösséget a felbomlástól.

A mítoszból azután újabb képződmények jönnek létre, belőlük pedig megszületik a vallás és a filozófia, a művészet és a tudomány, olyan leágazások, amelyek kapcsolódnak egymáshoz, kölcsönösen megtermékenyítik egymást, lehetővé téve ezeréves civilizációk virágzását. Ennek az összefonódásnak attól a pillanattól fogva vége szakad, hogy a tudományos diszciplínák szédületes fejlődésnek indulnak, ami aránytalanul gyors változást mutat a spekulativitás más tevékenységformáival összevetve. És ekkor az évszázadokon át változatlan társadalmak álmatag tempóját hirtelen megtörik az egymást követő felfedezések, amelyek fenekestől felforgatják egész népek életmódját. Egy csapásra minden megváltozik, a változásnak nincs vége, és ez szédületes sebességgel folytatódik napjainkban is.

A tudomány fejlődésével megszületik a modern világ, a társadalmak dinamikussá válnak, és az átalakulásuk folyamatos. A társadalmi csoportok forrongani kezdenek, az uralkodó osztályok helyzete gyökeres változásokon esik át, és néhány évtized, ha nem néhány év leforgása alatt felborul az évszázadokon át fennálló hatalmi egyensúly.

A legalapvetőbb átalakulások mindamellett nem azt a módot érintik, miként érintkezünk egymással, vagy hogyan teremtünk bőséget, gyógyítjuk magunkat, vagy miképp utazunk. A legradikálisabban megint világszemléletünk változik meg, ebből fakadóan pedig az, ahogyan magunkat a világban elhelyezzük. A kezdeteknek a modern tudomány nyomán kirajzolódó elbeszélése igen hamar olyan megbízhatóságra és teljességre tesz szert, hogy nehéz lenne kifogni rajta. Nincs még egy olyan tudományterület, amely meggyőzőbb és ellenőrizhetőbb magyarázatokkal szolgálhatna, és jobban egybevágna kutatók megfigyeléseinek tömegével.

Habár az emberiség mozgásának színtere lassanként elveszíti azokat a mágikus és titokzatos vonásait, amelyekkel évezredeken át rendelkezett, a világról fokozatosan kialakított szemlélet annyira hihetetlen, hogy felülmúlja minden képzelőerőnket. A tudomány a mitikus elbeszéléseknél jóval képzeletgazdagabban és erőteljesebben számol be nekünk eredetünk történetéről. Ahhoz ugyanis, hogy ez a történet megszülethessen, a tudósoknak a valóság legrejtettebb és legparányibb szegleteit kellett fürkészniük: a legtávolabbi világok feltárásától sem riadtak vissza, és a megszokottól annyira eltérő anyagállapotokkal kellett szembenézniük, hogy abba szinte beleszédültek.

Mindez korszakmeghatározó paradigmaváltásokat eredményez, amelyek visszafordíthatatlanul megváltoztatják vonatkoztatási rendszerünket. A tudományos felfedezések szakadatlan nyomása szabja meg a föld alatti mozgás ritmusát, hasonlóan az izzó magma irdatlan nyomásához, amely eltorzítja, olykor pedig helyrehozhatatlanul feltépi a földkérget.

Az a narratíva, amellyel a tudomány az életünket az univerzum eredetéhez közelíti, egyben már most döntően befolyásolja is azt. Így többek között alapvetően módosítja azokat az alapokat, amelyeken új társadalmi szerződések köttetnek, lehetőségek és kockázatok ismeretlen forgatókönyveit írja, és meghatározza az új nemzedékek jövőjét.

Ezért kell ismerni mindnyájunknak a kezdetek történetét, mégpedig úgy, amiként azt a tudomány napjainkban elénk tárja, mint ahogyan az ókori Görögország valamennyi közösségében mindenki tisztában volt saját poliszának, azaz városállamának teremtésmítoszaival. Hogy ezt megtehessük, le kell küzdenünk egy nagy akadályt: számolnunk kell a tudományos nyelvezet nehézségeivel.

Bonyolult nyelv

Minden egy látszólag mellékes eseménnyel vette kezdetét: valamivel több, mint négy évszázaddal ezelőtt került rá sor, a főszereplője pedig egy pisai professzor volt, aki geometriát és mechanikát tanított a Padovai Egyetemen. Amikor Galileo Galilei hozzálát annak a különös, egy holland optikus által készített csőnek a módosításához, hogy az égitestek megfigyelésének az eszközét alakítsa ki belőle, nem sejti, mennyi baja származik majd ebből; és még kevésbé képes előre látni azt a felbolydulást, amelyet a megfigyelései okoznak majd szerte a világban.

Attól, amit Galilei ennek a lencserendszernek a segítségével megpillant, elakad a lélegzete: a Hold nem az a tökéletes égitest, mint amit a legmérvadóbb szövegek leírnak, nem elpusztíthatatlan anyagból áll, hanem a felszínét hegyek, csipkézett szélű kráterek és a miénkhez hasonló síkságok tagolják. A Nap foltos, és a saját tengelye körül forog, a Tejútrendszer irdatlan méretű csillaghalmaz, a Jupitert körülvevő „kis csillagok” pedig a Holdhoz hasonló kísérőként keringenek körülötte.

Amikor 1610-ben Csillaghírnök (Sidereus Nuncius) című traktátusában mindezt közzéteszi, talán öntudatlanul is, valósággal lavinát indít el, fenekestől forgatva fel egy olyan, több mint ezer éve fennálló hit- és értékrendet, amelyet addig senki sem mert kétségbe vonni.

Galileivel beköszönt a modern kor: az ember megszabadul minden gyámkodástól, és magányosan, saját szellemi képességeivel felfegyverkezve áll szemben a hatalmas univerzummal. A tudós immár nem könyvekben keresi az igazságot, nem hódol be a tekintélyelvnek, nem szajkózza a hagyomány által szentesített formulákat, hanem mindent a legélesebb kritikának vet alá. A tudomány az „észszerű tapasztalás” és a „szükséges bizonyítások” révén megszerzett „ideiglenes igazságok” kreatív keresésévé válik.

A tudományos módszer ereje abban rejlik, hogy feltevései a természet egymástól eltérő jelenségeinek a megfigyelését, mérését és osztályozását lehetővé tevő eszközök segítségével igazolhatók. A Galilei által „észszerű tapasztalásnak” nevezett kísérletek eredményei döntenek arról, hogy egy sejtés helytálló-e, vagy pedig el kell azt vetnünk.

Megfigyeléseiből kiindulva hamarosan cáfolhatatlan, a Kopernikusz és Kepler „őrült” elméleteit alátámasztó bizonyítékokra sikerül bukkanni, és a világszemlélet gyökeresen megváltozik, olyannyira, hogy semmi nem marad a régiben. A művészetet, az erkölcsöt, a vallást, a filozófiát, a politikát, egyszóval mindent feldúl a fogalmaknak ez a forradalma, amely az értelemmel rendelkező embert helyezi mindennek a középpontjába. Az új megközelítés révén egy mindent egybevetve nagyon rövid idő alatt okozott megrázkódtatás olyan mélyreható lesz, hogy hasonló előzményekkel addig nem találkozhattunk.

Galilei tudományfelfogása azért annyira forradalmi, mert nem követeli magának az igazság letéteményesének jogait: szűnni nem akaróan törekszik saját előrejelzéseinek a cáfolatára. Valósággal lelkesíti a gondolat, hogy akár egy csapásra megdöntheti az addig szerzett bizonyosságokat. Kísérleti ellenőrzések alapján helyesbíti önmagát, végül pedig, hogy terhelési próbának vesse alá a kidolgozott, egyre összetettebb feltevéseit, az anyag és a világmindenség legrejtettebb zugainak feltárására törekszik.

Ebből a türelmes és tudatos megközelítésből olyan új elgondolások születnek, amelyek nehezen megragadható és látszólag mellékes jelenségekről adnak számot. Így aztán míg ebből egyre összetettebb és árnyaltabb világkép bontakozik ki, végül a legapróbb részletekig úrrá lehetünk a legtávolabbi természeti jelenségeken, és sikerrel járhat egyre kifinomultabb technológiák kifejlesztése.

Hogy végigmehessünk ezen az úton, komoly árat kell fizetnünk: egyre összetettebb eszközöket, továbbá egy, a józan paraszti észtől mindjobban elszakadó nyelvet kell használnunk. Amint eltávolodunk a mindennapi életünket meghatározó környezettől, a megszokott tevékenységformáinkat szabályozó eszközrendszerünk és fogalmi apparátusunk többnyire teljesen alkalmatlannak bizonyul bizonyos jelenségek leírásához. Amikor a parányi méreteket kutatjuk, amelyekben az anyag rejtelmeire bukkanhatunk, vagy az univerzum eredetéről tanúskodó, irdatlan kozmikus tereket vizsgáljuk, nagyon speciális berendezésekre van szükségünk, nem is szólva az éveken át tartó felkészülésről.

Nincs ebben semmi meglepő. A legkalandosabb felfedezések a Földön is nagy erőfeszítést követelnek, és sajátos eszközöket tesznek szükségessé. Gondoljunk az extrém vitorlásversenyekre, a Himalája megmászására, vagy a mélytengeri árkokba alászálló expedíciókra. Miért kellene a tudományos kutatásnak egyszerűbbnek lennie?

Így aztán annak, aki igazán értékelni akarja a fizikát, éveken át küzdenie kell: csoportelméletet és differenciálszámítást kell tanulnia, el kell sajátítania a relativitáselméletet és a kvantummechanikát, valamint meg kell ismerkednie a mezőelmélettel. Mindezek nehezen érthető dolgok, és nyelvezetük használata és fogalmi apparátusuk magabiztos kezelése még azok számára sem könnyű, akik ezen a területen dolgoznak. Mindamellett a legtöbbek számára a modern tudományos kutatás lüktető mélységeibe való behatolást megakadályozó szaknyelvi korlát könnyen elhárítható. Használhatjuk közönséges nyelvezetünket is az alapfogalmak megmagyarázására, mindenekelőtt pedig arra, hogy bárki számára hozzáférhetővé tegyük azt az új világképet, amelyet a tudomány folyamatosan, a szemünk láttára alkot meg.

Veszélyes utazás

Ahhoz viszont, hogy tisztába jöjjünk univerzumunk keletkezésével, készen kell állnunk egy nagy kockázatot jelentő utazásra. A veszély forrása az, hogy elménket a megszokottól igencsak messze eső területekre kell kényszerítenünk, és ezáltal eddig használatos kategóriáink teljesen hasznavehetetlennek bizonyulnak. Így rákényszerülünk, hogy kimondjuk, ami kimondhatatlan, és elgondoljuk, ami meghaladja képzeletünket, feszegetve elménk, a Homo sapiens sapiens felfogóképességének a határait: gondolkodásunk rendkívül hatékony eszköz volt bolygónk felfedezésére és magunk alá gyűrésére, de tökéletesen alkalmatlannak bizonyul annak alapos megértésére, mi történik ilyen távoli helyeken. Az ókori felfedezőkhöz hasonlóan nekünk sincs más választásunk, mint hogy hajónk orrát a látóhatár felé fordítsuk, és – számolva a veszélyekkel és a váratlan fordulatokkal – nekivágjunk az ismeretlen óceánnak.

Igen ám, de a tudományos kutatásban nagyon fontos az is, hogy vissza is térjünk a hazai kikötőbe. Ebben napjaink kutatói sokban hasonlítanak Odüsszeuszhoz, akit bárhova vet is a sors, mindig arról a pillanatról álmodik, amikor majd behajózik otthona, Ithaka kikötőjébe. A hazatérés annyit jelent, hogy – még ha az útvonal nem vezetett is el új területekre, vagy az utazók iszonyatos hajótörést szenvedtek is – a többi tengerésznek be lehet számolni arról, mely utak hiábavalóak, vagy hol leselkednek elkerülendő, veszélyes zátonyok.

A modern tudomány ugyanis egyszersmind nagy kollektív kaland. Vannak elméleteink és térképeink, amelyek vezetnek bennünket, de gyakran a véletlen teljesen ismeretlen területekre sodor bennünket; vannak „hajóink”, amelyeket mindenre figyelve karbantartunk, de elég, ha egy parányi részletet elhanyagolunk, és máris nyakunkon a katasztrófa. A mi csapatunk szenvedélyes elmék ezreinek sokszínű és nyughatatlan közössége: megfontoltan fürkésző, modern felfedezők, akik – akárcsak Odüsszeusz – egy szempillantás alatt képesek újabb és újabb fortélyokat kieszelni, hogy leküzdjenek minden váratlan akadályt.

Habár kutatásunk célkitűzései majdhogynem filozófiai kérdéseket érintenek (Miből áll az anyag?, Hogyan születik a világegyetem?, Mi lesz a világunk vége?), a kísérleti fizikusok munkája az egyik legkézzelfoghatóbb tevékenység, amit csak el tudunk képzelni.

Egy részecskefizikus, a tízezernyi kutató közül az egyik, aki a világban a legparányibb anyagfoszlányok viselkedését kutatja, nem íróasztal mellett ül, hogy számításokat végezzen, elméleteken töprengjen, vagy új részecskéket képzeljen el. Egy modern, a nagy energiájú fizika (vagy másképpen részecskefizika) kutatására szolgáló berendezés olyan magas, akár egy ötemeletes ház, annyit nyom, mint egy cirkáló, és sok-sok tízmillió érzékelő van benne. Ezeknek a technikai csodáknak a megépítéséhez és működtetéséhez emberek ezrei kellenek, no meg – a részleteket illetően – valósággal megszállott odafigyeléssel, akár évtizedeken át végzett munka. Ahhoz, hogy új, a korábbiaknál érzékenyebb műszereket hozzunk létre – hogy tengeri utazásunkhoz jobban irányítható és fürgébb „hajókat” bocsássunk vízre –, évek telnek el a prototípusok fejlesztésével, a sok gyötrődéssel, mígnem azok működnek, és eljutunk nagy léptékben való legyártásukig. És még ha ezeket a türelmesen karbantartott detektorokat installálják a kísérlet során, és kiegyensúlyozottan működnek hónapokon át, akkor is ott lebeg a fejünk felett az összeomlás réme. Elég egy elhanyagolt részlet, egy meghibásodott csip, egy sérülékeny csatlakozó, egy sietősen összehegesztett hűtőcső: mindez bármelyik pillanatban helyrehozhatatlan károkat okozhat az egész kollektív vállalkozásnak. Hogy átütő tudományos sikert aratunk-e, vagy szánalmas bukás lesz a végeredmény, azt gyakran egy ostoba, jelentéktelen részlet dönti el.

A tudás két útja

Hogyan juthatunk a téridő születésével kapcsolatban kísérleti úton információkhoz? Hogyan tanulmányozhatják a kutatók a létrejövő univerzum első megnyilvánulásait? Itt jön a képbe a tudás megszerzésének a két útja, amelyek teljesen függetlenek és mindenben eltérőek is egymástól.

Egyfelől itt vannak a végtelenül kis léptékeket kutató részecskefizikusok. A kiindulási pontjuk az, hogy a bennünket körülvevő anyag – az, amelyik a sziklákat és a bolygókat, a virágokat és a csillagokat alkotja, egyszóval mindent, beleértve önmagunkat is – számunkra megszokottnak tűnő, valójában viszont nagyon is sajátságos, különleges jellemzőkkel rendelkezik, ami azzal a ténnyel függ össze, hogy az univerzum rendkívül régi és hideg struktúra. A legfrissebb adatok alapján tudhatjuk, hogy az otthonunkul szolgáló „építmény” mintegy 14 milliárd évvel ezelőtt jött létre, és hogy egy valóban fagyos, mondhatni a lehetetlenségig dermesztő környezetben lakunk. Számunkra, akik elszigetelten élünk a Föld nevű bolygón, minden enyhének és kellemesnek tűnik, azonban mihelyt kilépünk a légkör védelmet nyújtó burkából, a mért hőmérséklet lezuhan. Ha a hőmérsékletet a csillagokat elválasztó, hatalmas üres terek vagy az intergalaktikus tér bármely pontján mérjük is meg, a mérőeszközünk az abszolút nulla foknál (a Celsius-skálán –273,15 °C-nál) alig fog valamivel többet (kb. –270 °C-ot) mutatni. A mai világegyetem ritka, nagyon öreg és rendkívül hideg anyaga egészen másképpen viselkedik, mint a születő univerzum izzásban lévő és elképesztően sűrű matériája.

Hogy megértsük, mi történt az univerzum életének azokban a legelső pillanataiban, törekednünk kell rá, hogy a mai anyag parányi részecskéit valamiképpen azokra a szélsőséges hőmérsékletekre hevítsük, amelyek a kezdeti körülményeket jellemezték. Meg kell próbálkoznunk valamiféle időutazással – visszafelé az időben.

Pontosan ez az, ami a részecskegyorsítók segítségével megvalósítható; nagy energiával ütköztetik a protonokat és az elektronokat, kihasználva az Einstein által képletbe foglalt kapcsolatot: E = mc2, vagyis az energia egyenlő a tömeg és a fénysebesség négyzetének a szorzatával. Minél nagyobb az ütközés energiája, annál magasabb a lokális hőmérséklet, és annál nagyobb a részecskéknek az ütközés során elérhető és tanulmányozható tömege. Maximális energiamennyiségek eléréséhez gigantikus szerkezetekre van szükség, mint amilyen az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire [CERN]) részecskegyorsítója, a Genf közelében, egy föld alatti alagútban 27 km hosszan húzódó Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider [LHC]).

Nos, ilyenkor a tér apró részeinek a kezdeti univerzum hőmérsékletéhez hasonló felhevítésével életre kelthetők már kiveszett, nagyon nagy tömegű részecskék, amelyek az első pillanatokban benépesítették az izzó objektumot, de már réges-rég eltűntek. A gyorsítóknak köszönhetően mindezek egyetlen pillanatra újra kiemelkednek a jeges szarkofágból, ahol mintegy téli álmukat aludták, és részletekbe menően tanulmányozhatjuk őket. Így fedeztük fel a Higgs-bozont. A hosszú álmot követően, amely 13,8 milliárd évig tartott, újból életre keltettünk belőlük néhány maréknyit. Kétségtelen, hogy az annyira keresett bozonok nyomban könnyebb részecskékre bomlottak, de félreismerhetetlen nyomokat hagytak maguk után detektorainkban. E jellegzetes bomlás képei felhalmozódtak, és abban a pillanatban, amint megbizonyosodtunk róla, hogy a jel jól elkülönül a háttértől, valamint hogy ellenőrzésünk alatt tudjuk tartani az egyéb hibalehetőségeket, bejelentettük a világnak felfedezésünket.

Az elenyészően kis méretű világ kutatása, a kiveszett részecskék helyreállítása, az univerzum kezdeteire jellemző, egzotikus anyagállapotok tanulmányozása egyike annak a két útnak, amelynek segítségével megérthetjük a téridő létezésének első pillanatait. A másik utat a szuperteleszkópok, ezek a hatalmas, a végtelenül nagy méreteket feltáró eszközök jelentik. A szuperteleszkópok egyenesen az univerzum egészének a megfigyelésére törekedve kutatják a csillagokat, a galaxisokat, valamint a galaxishalmazokat. Ebben az esetben is kiaknázható az einsteini relativitás, amely c-ben, azaz mintegy másodpercenkénti 300 000 kilométerben határozza meg a fénysebességet: ez a sebesség irdatlan nagy, de nem végtelen. Így aztán, ha egy nagyon távoli objektumot figyelünk meg, tőlünk több milliárd fényévre eső galaxisokat tanulmányozunk, azok nem úgy jelennek meg előttünk, mint amilyenek most – a most meghatározása amúgy is nehézségekbe ütközik –, hanem úgy, amilyenek voltak sok milliárd évvel ezelőtt, vagyis akkor, amikor kibocsátották azt a fényt, amely csak most ért el hozzánk.

A szuperteleszkópokkal a nagy és rendkívül távoli objektumokat szemlélve „egyenes adásban” figyelhetjük meg az univerzum keletkezésének az összes, lényeges szakaszát, és értékes adatokat gyűjthetünk saját történetünkről. Ily módon az első, alig észrevehető jelzéseket észlelve, amelyeket irdatlan méretű gázfelhők legbelsejében új, felragyogni készülő égitestek ezrei bocsátanak ki, megérthetjük, hogyan születnek a csillagok: érzékelhető a gáz és a por sűrűsödése néhány új csillag körül keringő anyaggyűrűben, ami biztos jele a kialakulóban lévő protoplanetáris rendszereknek. Így született a mi Napunk, és így alakultak ki a körülötte keringő bolygók is. Mindezt „egyenes adásban” követni – valóban csodás élményt jelent.

Ha még tovább hatolunk, tanúi lehetünk az első galaxisok keletkezésének: ezek a háborgó objektumok olykor minden hullámhosszon, a traumatikus születés félreismerhetetlen jeleként óriási mennyiségű sugárzást bocsátanak ki. A szuperteleszkópokkal végül a maga egészében is megfigyelhetjük az univerzum csodálatos jelenségeit, és döbbenetes pontossággal képesek vagyunk megmérni azok egyes tulajdonságait. Az univerzum hőmérsékletének helyi eloszlása valamiféle hihetetlen emlékezet: beszédes nyomokat rejt azt illetően, hogy mi zajlott le fennállásának legelső pillanataiban. Az apró hőmérséklet-ingadozások egy olyan nyelven szólnak hozzánk legrégebbi történetünkről, amelyet már jó ideje képesek vagyunk értelmezni.

A legmegdöbbentőbb azonban az, hogy a megismerés két útja – habár nagyon is eltérő módszereken alapulnak, és mondhatni idegenek egymás számára, továbbá egymástól különálló tudományos közösségek művelik őket – mégis összetalálkozik: az elemi részecskék végtelenül kis távolságainak világában gyűjtött adatok, valamint azok, amelyek az irdatlan kozmikus távolságok birodalmában erednek, ugyanabba az irányba mutatnak, és kérlelhetetlenül ugyanazzá az eredettörténetté állnak össze.

Ki itt belépsz, hagyj fel minden előítélettel!

A tudományos diskurzus mindenekelőtt azt követeli meg, hogy felhagyjunk az előítéletek minden formájával. Az igazi kutatók nemhogy félnének az előre nem látott dolgoktól, hanem épp ellenkezőleg, alig várják, hogy teljesen váratlanul felbukkanó jelenségekbe ütközzenek. Olyanok ők, mint a görög mitológia argonautái, akik hajóra szálltak, hogy az aranygyapjú keresésére induljanak, ám nem annyira a jutalom, mint inkább a kíváncsiság hajtotta őket. A valódi tudósok nem a nyugalmat keresik, hanem a kockázatot kedvelik.

Ha vállalkozunk egy utazásra visszafelé, a világ kezdetéhez – mint amire most mi is készülünk –, azonnal és egyszer s mindenkorra el kell felejtenünk a mindennapi életünket vezérlő fogalmainkat, mint például a dolgok állandóságát, vagy azt a megnyugtató érzést, amelynek a forrása a körülöttünk tapasztalt harmónia. Nem hivatkozhatunk többé az univerzumra a kozmosz szó használatával, mint amikor minden rendezett és szabályos építménynek tűnt számunkra, és szembeállítottuk azt a távoli és jelentéktelen szegletekbe szorult káosszal.

Mindennapi életünk, mindaz, amit rendszerint látunk és tapasztalunk ebben a vékonyka gömbburokban, amelyet lakunk, olyan nagy mértékben befolyásol bennünket, hogy már azt az elképzelést is természetesnek vesszük: a létezésünket szabályozó törvények megegyeznek a világ minden más szegletében érvényes törvényekkel. Megbabonázott bennünket az a szabályszerűség, ahogyan a nappalokat követik az éjszakák, megigéznek bennünket a holdciklusok és az évszakok ismétlődése, az égboltot beragyogó csillagok állandósága, és azt képzeltük, hogy mindenhol hasonló az egyensúly. Ez azonban koránt sincs így.

Létezésünk mindössze néhány millió évre tekint vissza, és élethosszunk bármely lényeges kozmikus ciklus időtartamával összevetve elenyészően csekély. Egy mérsékelt éghajlatú, vízben bővelkedő kőzetbolygót lakunk, amelyet kényelmet biztosító légkör, valamint jótékony mágneses mező vesz körül és védelmez. Ezek bűvös takaróként elnyelik az ultraibolya sugarakat, valamint védelmeznek bennünket a kozmikus sugárzás pusztító következményeitől és a záporozó részecskéktől. Anyacsillagunk, a Nap, közepes méretű égitest, és az otthonunkként szolgáló galaxisnak egy nagyon nyugodt és meglehetősen félreeső térségében helyezkedik el. Naprendszerünk egésze úgyszólván lassan kering, 26 ezer fényévnyire a Tejútrendszer középpontjától, biztos távolságban az ott található Sagittarius A* (ejtsd: „A” csillag, rövidítve: Sgr A*) elnevezésű, gigantikus méretű fekete lyuktól: a kérdéses objektum négymillió naptömeg súlyú, és a körülötte keringő csillagok ezreit képes megsemmisíteni.

Ha aztán figyelmesen vizsgáljuk a látszólag mozdulatlan és nyugodt égitesteket érintő jelenségeket, hihetetlen objektumokra bukkanhatunk, és felfedezhetjük, hogy hatalmas anyagtömegek egészen elképesztő módon viselkedhetnek.

Ilyenek a pulzárok, azok a sötét és tömör objektumok, amelyekben mintegy 10 kilométeres sugárban a mi Napunk tömege, vagy akár annak a kétszerese sűrűsödik össze. Neutronok miriádjai ezek, amelyeket a gravitáció foglyul ejt, szétlapítja és összetömöríti őket, megpróbálva őket megsemmisíteni, miközben maga a csillag, irdatlan mágneses mezőket generálva, örvénylő sebességgel pörög a saját tengelye körül.

Hogy ne is szóljunk a kvazárokról és a blazárokról, ezekről az egyes galaxisok középpontjában tomboló, ultramasszív testekről. Aránytalanul nagy tömegű fekete lyukak ezek; a mi Napunk tömegének akár a milliárdszorosai is lehetnek, és képesek arra, hogy irdatlan gravitációs mezőjükkel befogják, majd elnyeljék a rosszkor érkező csillagokat. A haláltánc évmilliókig tart, és a Földről azért figyelhetjük meg, mert az anyag, amely spirális mozgással bezuhan a mélységbe, hánykolódik, szétesik, végül pedig nagy energiájú sugarakat lövell, valamint gamma-sugarakat bocsát ki, ezeket pedig detektoraink képesek azonosítani.

E különös égitestek – neutroncsillagok és fekete lyukak – az okozói a „kozmosz” egész régióiban játszódó, a dolgok megszokott rendjének tűnő, ugyanakkor elképesztő katasztrófáknak. Ma nagy pontossággal tanulmányozhatjuk őket, olyannyira, hogy meg is jelennek előttünk, amint épp ütköznek egymással, és gravitációs hullámokkal rázzák meg a téridőt: ezek a hullámok milliárdnyi fényév távolságból érnek el bennünket.

Annak megértéséhez ellenben, hogy a kozmosz látszata mögött miképpen bújhat meg a káosz, nem kell ennyire messzire tekintenünk. Elég, ha közelről megfigyeljük a Nap felszínét. Ami napjainkat szelíd fénybe borító, nyugodt csillagnak tűnik, az közelről összetett és kaotikus rendszernek bizonyul: számtalan termonukleáris robbanásból, felszálló áramlásból, félelmetes tömegek periodikus rezgéseiből áll, és hatalmas mágneses mezők által ide-oda rángatott plazmaáramok alkotják. Csillagunk belsejében titáni erőpróba zajlik, egy irdatlan régóta tartó ütközet, amelynek győztesét borítékolni lehet: a gravitáció lesz az. Néhány milliárd év múlva pedig a nukleáris tüzelőanyag kimerülésével végre sikerülni fog neki a belső rétegek szétroncsolása és szétlapítása, amellyel előidézi csillagunk összeomlását. Belső magja összepréselődik, legkülső rétegei eközben tágulni kezdenek, míg el nem érik a Merkúrt, a Vénuszt és a Földet, és ezek nyomban elpárolognak.

Messziről nézve ugyanis az erősen kaotikus rendszerek rendezettnek és szabályosnak tűnhetnek számunkra. És ugyanez történik a megfigyelések másik végletén, a végtelenül kicsi parányok világában is.

Így például, ha nagyon közelről figyelünk meg egy simára csiszolt, polírozott felületet, nyomban az anyag elemi alkotórészeinek kaotikus táncába ütközünk. Az alkotórészek hullámzanak, rezegnek, kölcsönhatásba lépnek egymással, és szédítő sebességgel változtatják természetüket. A protonokat és a neutronokat alkotó kvarkok és gluonok szüntelenül változtatják állapotukat, interakcióra lépve egymással és az őket körülvevő virtuális részecskék megszámlálhatatlan sokaságával. Mikroszkopikus szinten az anyag kérlelhetetlenül a kvantummechanika törvényeit követi, ahol a véletlen és a határozatlansági elv uralkodik. Semmi sincs nyugalomban, és minden pezseg az állapotok és lehetőségek káprázatosan változatos sokféleségében.

Mihelyt azonban nagy számban vesszük szemügyre ezeket a részecskéket, amikor a struktúrák makroszkopikussá válnak, a dinamikájukat szabályozó mechanizmusok – úgyszólván varázsütésre – szabályosságra, állandóságra, rendezettségre és egyensúlyra tesznek szert. A rendkívül nagy számú, véletlenszerű mikroszkopikus, minden lehetséges irányban kibontakozó jelenségek szuperpozíciója rendezett és tartós makroszkopikus állapotokat eredményez.

Talán eljött az ideje annak, hogy ennek a valóban strukturálisnak tűnő ténynek a leírására egy új fogalmat használjunk: esetleg kozmikus káosz lehetne a megfelelő oximoron (egymást kizáró, egymásnak ellentmondó fogalmakat szoros szintaktikai egységbe foglaló, retorikai-stilisztikai gondolatalakzat), amellyel kapcsolatot teremthetnénk e két, az univerzumban egymást kergető és egymással bújócskát játszó entitás között. Ezt a játékot megfigyelhetjük, amikor az elemi részecskék világának legparányibb tekervényeit fürkésszük, de szerepet játszik akkor is, amikor azt vizsgáljuk, mi játszódik le a csillagok vagy olyan gigantikus struktúrák legbelsejében, mint amilyenek a galaxisok vagy a galaxishalmazok.

Ha meg akarjuk érteni az univerzum keletkezését, sok más előítélet mellett sutba kell dobnunk a rend kényszerképzetét is. Különleges utazásra indulunk: ennek során kizárólag a képzelőerőnk vezet majd bennünket, és az olyan merész elgondolásokhoz folyamodik, hogy fényükben a legvadabb sci-fi is banálisnak tűnhet. Utunk során olyan elméleteket ismerünk meg, amelyek egyszer s mindenkorra megváltoztatják a világról alkotott képünket, végül pedig talán arra is rádöbbenünk, hogy mi magunk is megváltoztunk ahhoz képest, amilyenek kezdetben voltunk.

Öveket becsatolni, indulunk!

Tartalom

ELŐSZÓ

BEVEZETÉS — Lebilincselő elbeszélés a kezdetekről

A teremtésmítoszok és a tudomány

Bonyolult nyelv

Veszélyes utazás

A tudás két útja

Ki itt belépsz, hagyj fel minden előítélettel!

KEZDETBEN VOLT A VÁKUUM

Egy gigászi méretű és táguló világegyetem

Az ősrobbanás

A vákuumból megszülető univerzum

Vákuum vagy semmi?

Vákuum és káosz

ELSŐ NAP — Egy feltartóztathatatlan fuvallat nyomán megszületik az első csoda

Egy különös ősmező

Megállíthatatlan terjeszkedés

Az inflációs elmélet sikere

A füstölgő fegyver nyomában

A Nagy Egyesülés mitikus korszakában

MÁSODIK NAP — Egy bozon finom érintése mindent örökre megváltoztat

Nárcisz varázsa

A megtört szimmetria szépsége

A Higgs-bozon felfedezése

Ki törte meg a szimmetriát anyag és antianyag között?

A legalapvetőbb szimmetria valamennyi közül

A jövő részecskegyorsítói

HARMADIK NAP — A halhatatlanok születése

Minden folyadék közül a legtökéletesebb

Egy proton az örökkévalóságnak

Könnyűek, de nélkülözhetetlenek

A legfélénkebbek és a legelőzékenyebbek távoznak elsőként

A csillagok belsejének alkotóelemei lesznek

NEGYEDIK NAP — És végre lőn világosság

Egy fény nélküli, sötét létezők benépesítette világ

Elérkezett az anyag órája

A falba rejtett, titkos üzenetek

Egy nagyon részletes beszámoló

ÖTÖDIK NAP — Kigyúl az első csillag

„Kibújtunk, s ott voltak a csillagok”13

A megacsillagok eposzi korszaka

Hihetetlen kozmikus tűzijáték

A sötét csillagok varázsa

A fekete lyukak szingularitása

Aranyat érő összeolvadás

HATODIK NAP — És a káosz a rend képét öltötte

Spira mirabilis

Galaxisok, galaxishalmazok és ütközések

A sötétség magja Tejútrendszerünkben

Ne ébreszd fel az alvó sárkányt!

Órión kíméletes nyilai

HETEDIK NAP — Összetett formák nyüzsgése

A Nap és vándorló kísérői

Még szerencse, hogy Theia elpusztított bennünket

Az összetettség bölcsője

Exobolygók

AMI EMBERRÉ TESZ BENNÜNKET

A szimbólumok létrejötte

Kezdetben volt a thauma

A képzelőerő hatalma

EPILÓGUS — A nagyboldogasszonyi mészárlás

Név- és tárgymutató

Köszönetnyilvánítás

www.corvinakiado.hu

Felelős kiadó: Király Levente, a Corvina igazgatója
Felelős szerkesztő: Falus János
Műszaki vezető: Székelyhidi Zsolt
Korrektor: Torma Lászlóné

Forgalmazza:
eKönyv Magyarország Kft.

Felhasznált betűtípusok
Noto Serif – Apache License 2.0
Oranienbaum – SIL Open Font License