részlet

A fordítás alapjául szolgáló kiadás:

Carlo Rovelli: Buchi bianchi. Dentro l’orizzonte

Adelphi Edizioni, Milánó, 2023

A fordítást szakmai szempontból ellenőrizte Asbóth János

Copyright © 2023 Adelphi Edizioni s.p.a. Milano

All rights reserved.

Magyar kiadás © Park Kiadó, Budapest, 2024

Hungarian translation © Balázs István, 2023

Minden jog fenntartva

Borítótervező © Somogyi Péter

Francescának, társamnak a tudományban,
társamnak az álmaimban

„A legszebb, amit megérhetünk, az élet titkának keresése. Ez az alapérzés van jelen az igazi művészet és tudomány bölcsőjénél. Aki ezt nem ismeri, aki nem tud csodálkozni, elámulni, az – mondhatni – halott, és szeme kialudt.”

Albert Einstein

ELSŐ RÉSZ

1.

Nehéz a kezdőlépést megtenni. Az első szavak megnyitnak egy teret. Akárcsak annak a lánynak az első pillantása, akibe majd hamarosan beleszeretünk: egy élet tükröződik mosolyának egy apró rezzenésében. Haboztam, mielőtt írni kezdtem volna. Sétálni indultam, itt, Kanadában, a ház mögötti erdőben; nem tisztult még le bennem, hová tartok.

Kutatásaim néhány éve a fehér lyukakra, a fekete lyukak megfoghatatlan kistestvéreire összpontosulnak. Ez a könyvem most a fehér lyukakról szól. Megpróbálom elmagyarázni, hogyan épülnek fel az égbolton százával látható fekete lyukak. Mi történik e különös csillagok peremén, a horizonton, ahol az idő már olyannyira lassulni látszik, hogy szinte megáll, a tér pedig mintha szétszakadozna. Aztán megyünk még lejjebb, még beljebb, a legbelsőbb régiókba, egészen odáig, ahol szétolvad az idő és a tér. Odáig, ahol mintha visszapattannánk az időben. Odáig, ahol a fehér lyukak megszületnek.

ez a történet egy kaland története, amelynek még nincs vége. mint minden utazás kezdetén, most sem tudom biztosan, hová fog vezetni, ahogyan az első mosoly után sem kérdezhetem meg, hogy hol fogunk együtt élni… egy repülési terv van a fejemben: a horizont pereméhez érünk. belépünk. haladunk lefelé egészen a legaljáig. áthatolunk rajta – mint alice a tükrön –, újra felbukkanunk a fehér lyukban. feltesszük magunkban a kérdést: vajon mi történik, ha az idő visszafelé halad? … végre kiérünk, és meglátjuk a csillagokat. azok a mi csillagjaink. néhány pillanat telt csak el, együttvéve azonban mégiscsak sok millió év. vagy az az idő, amennyi alatt végigolvassuk ezt a nem túl vastag könyvet.

tudsz követni?

***

Marseille. Hal a dolgozószobámban áll a tábla előtt. Az íróasztalnál ülök, a nagy, dönthető székben, könyökölök, a tekintetem pedig rászegeződik. Az ablakon át beáramlik a mediterrán térség tiszta és szemkápráztató fénye. Így kezdődött a kalandom a fehér lyukakkal. Hal amerikai, úgy hiszem, némi cseroki vér is csörgedezik az ereiben. Talán ez a vér magyarázza azt a szelídséget, amellyel gondolatainak ragyogó csillogását tompítja. Ma egyetemen tanít,1 de akkor még diák volt. Előzékeny viselkedésű, pontos, nagyon érett fiú benyomását keltette: higgadtak voltak a cselekedetei. Épp olyasvalamit igyekszik elmagyarázni nekem, amit nem értek. Azt fejtegeti, mi történhet szerinte egy fekete lyukkal épp abban a pillanatban, amikor hosszú élete véget ér.

Emlékszem a szavaira: Einstein egyenletei nem változnak, ha megfordítjuk az időt; a visszapattanás kedvéért megfordítjuk az időt, és beillesztjük a megoldásokat. Összezavarodtam.

Aztán hirtelen megértettem, mire gondol. Ejha! (Olasz vagyok, nem tudok olyan nyugodt maradni, mint egy cseroki.) Odamegyek a táblához, rajzolok valamit. Hevesen ver a szívem.

Elgondolkodik rajta: nos, igen, többé-kevésbé így van. Én: Ez egy fekete lyuk, amely belül, kvantumos alagúthatással fehérré alakul át, de kívülről ugyanaz maradhat… Még egy kicsit gondolkodik rajta: Igen… nem tudom… mit gondolsz, működhet?

Működött. Legalábbis elméletben. Kilenc év telt el azóta, hogy a napfényes Marseille-ben ez a beszélgetés lezajlott. Tovább dolgoztam azon a feltevésen, hogy a fekete lyukak fehérekké alakulhatnak át. És részt vettek a munkában a diákjaim és munkatársaim is, egyre többen és többen. Szerintem ez csodálatos gondolat. Erről szeretnék most mesélni.

Nem tudom, helyes-e. Azt sem tudom, hogy a fehér lyukak léteznek-e a valóságban. A fekete lyukakról sokat tudunk – látjuk őket –, fehér lyukat viszont még senki sem látott.

Amikor Padovában a doktori cím megszerzésére készültem, Mario Tonin tanított nekünk elméleti fizikát: elmondása szerint a Jóisten minden héten olvassa a Physical Review D-t, a híres fizikai folyóiratot. Ha talál egy neki tetsző gondolatot, akkor ripsz-ropsz, máris átülteti a gyakorlatba, átrendezve az egyetemes törvényeket.

Ha ez így van, édes Istenem, de jó is lenne, ha ezt tennéd: a fekete lyukakat változtasd végül fehérré…

Hal

***

átolvasom az előző sorokat. első találkozásom története a fehér lyukakkal. mindent a maga sorrendjében akarok elmagyarázni. mik azok a tárgyak, amelyekről beszélgettünk Hallal. mit tudunk róluk, s mit nem tudunk róluk. milyen problémát próbáltunk meg tisztázni. mi Hal elképzelése, mi következik belőle. mit jelent az idő visszafordítása (nem túl bonyolult), és mit jelent az, hogy az időnek iránya van (ez már rázós kérdés).

ha jössz velem, eljutunk egy fekete lyuk horizontjának a peremére, belépünk, leszállunk a mélyébe, oda, ahol a tér és az idő feloldódik, ahol az idő visszafordul, s onnan kijutunk a jövőbe.

induljunk hát el a fehér lyukak felé.

2.

Vagy mégse. Jöjjenek előbb a fekete lyukak: ha meg akarjuk érteni, mik a fehér lyukak, először tisztában kell lennünk azzal, hogy mik a fekete lyukak. Mi tehát egy fekete lyuk?

Itt elsőként maga Einstein tévedett. 1915-ben, tízévnyi tébolyító és kétségbeesett kutatómunka után közzétette legjelentősebb elméletének, az általános relativitáselméletnek a végső egyenleteit. Ezeket ma a világ összes egyetemén tanulják.

Alig néhány hét elteltével levelet kap egy fiatal kollégájától, Karl Schwarzschildtől, aki akkoriban a német hadsereg főhadnagya volt, néhány hónappal később azonban – a keleti front megpróbáltatásai következtében – meghal a háborúban.

A levél ezekkel a szép szavakkal zárul: „Amint látja, a szüntelen lövöldözés ellenére a háború meglehetősen kegyes volt hozzám: lehetőséget hagyott, hogy eltávolodjak mindettől, és ezt a sétát tegyem, az ön gondolatainak földjén.” Sétát az ön gondolatainak földjén.

Einstein gondolatainak földjén tett sétáin, a keleti fronton tomboló harcok szüneteiben, német és orosz fiúk teteme között, akiket az akkor is, azóta is tomboló emberi ostobaság küldött a halálba – mi lehet annál nagyobb esztelenség, mint meghalni egy határért? –, Schwarzschild pontos megoldást talált az Einstein által épp akkoriban közzétett egyenletekre.

Ezekért az egyenletekért (az egyetlen képlet, amelyet Hét rövid fizikalecke című kis könyvembe beillesztettem) Einsteinnek nagy árat kellett fizetnie: cikkek hosszú sorában követhető ez nyomon, az egyenletek más-más változatát tartalmazza mindegyik – és valamennyi hibás! Nem lesz valakiből Einstein, ha nincs bátorsága tévedéseket is közzétenni.

1915-re végre helyesek az egyenletek. Ezek győzik meg a következő évtizedekben a fizikusokat, hogy vizsgálják felül elgondolásaikat a tér és az idő természetéről, hogy megértsék: az órák gyorsabban járnak a hegyekben, mint a síkságon; hogy a világegyetem tágul; hogy a tér hullámozhat stb. Ma ezeket az egyenleteket használjuk a kozmosz tanulmányozására; talán ezek a legszebbek a fizikában.

A most következőkben szoros, de bonyolult kapcsolatban leszünk ezekkel az egyenletekkel: vezetnek majd bennünket, ahogy Vergilius vezette Dantét, mert a legjobban foglalják össze mindazt, amit a térrel, az idővel és a gravitációval kapcsolatban eddig megértettünk. A megértés eszközeiként használjuk őket. Megmondják, mire számíthatunk egy fekete lyuk peremén, és mire a belsejében. Megmondják, mik a fehér lyukak. Különös tájakon haladva mutatják az utat. De az egész, most elbeszélendő történetnek az a lényege, hogy meglássuk, mi történik ott, ahol ezek az egyenletek már nem működnek. Ott, ahol el kell hagyni őket. A tudomány már csak ilyen.

Az út felénél le kell mondanunk az Einstein-egyenletek adta megnyugtató útmutatásról, és át kell adnunk magunkat valami még mámorítóbb igézetének. Nem tett másképp útja felénél Dante sem: elhagyja Vergiliust, és nem áll ellen, amikor valami még elbűvölőbb ejti rabul.

De térjünk vissza Schwarzschildhez. Az Einsteinhez írt levelében közölt megoldás ma ott van minden egyetemi tankönyvben. Azt írja le, mi történik a térrel és az idővel egy tömeg, például a Föld vagy a Nap körül. A gravitáció hatására a tér és az idő meggörbül (mindjárt megpróbálom pontosabban elmagyarázni, mit is jelent ez). A térnek és az időnek ez a görbülete okozza, hogy a testek a Föld felé esnek, a bolygók pedig a Nap körül keringenek: ez a tömegvonzás oka.

Schwarzschild azt vizsgálta, hogyan mozognak a testek a gravitáció hatására valamilyen nehéz test, például a Föld vagy a Nap körül. Ez ugyanaz a kérdés, amelyet Newton tanulmányozott három évszázaddal korábban, utat nyitva vele a modern tudomány előtt. Einstein és Schwarzschild kiigazítja Newtont: pontosabbá teszik Newton előrejelzéseit a tekintetben, hogy miként mozognak a testek tömegek körül.

A Schwarzschild által talált megoldás a bolygók mozgására vonatkozó kisebb kiigazításokon túl megsejt valami gyökeresen újat és igencsak különöset is. Ha a tömeg nagyon-nagyon sűrű, akkor egy héj alakul ki körülötte, egy gömbfelület, és ott minden szokatlanná válik: a minden tömeg közelében mindig lelassuló órák itt egyenesen megállnak. Az idő megdermed. Már nem halad. Ami a teret illeti, a tömeg irányában terjeszkedik, hosszú tölcsérként nyúlik meg, és ezen a bizarr gömbfelületen a nyúlás szakadássá válik: a benne lévő pontok már végtelenül messze vannak.

Megálló idő, szakadozó tér… mindez bogaras furcsaságnak, értelmetlen zagyvaságnak hangzik. Einstein logikusan arra a következtetésre jutott, hogy ezeknek a dolgoknak nincs semmi értelmük, egy ilyen felület képtelenség, a valóságban nem létezik.

Ha elvégezzük a számításokat, láthatjuk: ahhoz, hogy ez a felület valóban kialakuljon, roppant nagy tömegnek kell koncentrálódnia. Ahhoz, hogy egy ilyen felszín például a Föld körül kialakuljon, az egész Földet egy pingponglabda méretű térfogatba kellene összepréselnünk. Ez képtelenség. És Einstein levonja a következtetést: mindez érdektelen. Nem lehet egy tömeget olyannyira koncentrálni, hogy kialakuljon ez a bizarr héj.

Tévedett. Nem bízott eléggé a saját egyenleteiben. Nem volt bátorsága, hogy higgyen saját elméletének különös következményeiben. Ilyen sűrűségű tömegek igenis léteznek. Ma már tudjuk. Milliárdnyi van belőlük az égbolton. Ezek a fekete lyukak.

A csillagászok kimutatták, hogy léteznek néhány kilométeres nagyságú fekete lyukak, sőt olyan hatalmas méretűek is, mint a mi Naprendszerünk. Létezhetnek azonban kisebbek is (mint egy pingponglabda), vagy egészen parányiak (olyanok, amelyek súlya akkora, mint egy hajszálé), csakhogy kis fekete lyukakat még nem láttunk. Egyelőre nem.

Az égbolton azonosított fekete lyukak többsége kiégett csillagokból származik. Azok nagy csillagok voltak, olyan nehezek, hogy ha nem égnének, a súlyuk összeroppantaná őket. A csillagok az őket alkotó hidrogént égetik, és azt héliummá alakítják. Az égéssel keletkező hő akkora nyomást eredményez, hogy az ellensúlyozza a csillag súlyát, és nem engedi összeroskadni a csillagot. Így évmilliárdokig él tovább.

De semmi sem örök. A hidrogén végül elfogy, héliummá, illetve egyéb égésmaradvánnyá alakul át, s az már nem ég: a csillag olyan lesz, mint egy autó benzin nélkül. A hőmérséklet csökken, a súly kezd érvényesülni. A csillag a gravitáció hatására összenyomódik. Egy nagy csillagban hatalmas a gravitációs erő; még a legkeményebb kőzet sem állhat ellen a nyomásának. Már semmi sincs, ami meggátolhatná, hogy a csillag magába ne zuhanjon: a csillag a maga horizontján belülre süllyed. Kialakult egy fekete lyuk.

***

1928-ban, még azelőtt, hogy ezeket a dolgokat megértették volna, a Bell Telefontársaság a rádiós kommunikációt zavaró zörejek tanulmányozására felvett egy 23 éves fizikust, Karl Janskyt. Jansky egy kezdetleges, 30 méteres antennát épít: egy minden irányban elfordítható, különös, kerekekre szerelt fémrudakból álló rácsot. A munkatársai „Jansky körhintájának” nevezik: „Jansky’s merry-go-round”. Így festett:

Ezzel az antennával Jansky minden lehetséges rádiójelet rögzít: a futó zivatarok villámlásait, a rádióantennák okozta zörejeket stb.

Többek között talál egy különös, szabályosan ismétlődő jelet, egyfajta sípolást, amelyet a körhinta minden fordulatánál elkap.

Jansky nővére elmondta: apjuk arra nevelte őket, hogy „mindent nyomozzanak ki”. Jansky több mint egy éven át kutatta ennek a sípolásnak az okát. A sípolás intenzitása 24 óránként nőtt, illetve csökkent, Jansky ezért azt gyanította, hogy a Napból származik, mivel a Nap 24 óránként halad át fölötte. Csakhogy az ördög mindig a részletekben rejlik: a sípolást gondosan tanulmányozva rájött, hogy ez az időköz nem 24 óra, hanem valamivel rövidebb: 23 óra és 56 perc. A legerősebb jel tehát nem mindig ugyanabban az időpontban érkezik. Lassan tudatosodik benne, hogy olyan ez, mint egy egyre többet késő óra. Különös. Nem lehet a Nap…

Ez egészen addig tart, míg egy csillagász kollégája fel nem hívja a figyelmét: 23 óra és 56 perc a csillagok körülöttünk való keringésének ideje. (A csillagoknak valamivel kevesebb időbe telik egy fordulatot tenni az égbolton, mint a Napnak, mert a Föld és a Nap évente egy kört tesz meg egymás körül.) Vagyis a titokzatos rádiójel csakis a csillagoktól származhat! Az irányt könnyű meghatározni: azoktól a csillagoktól érkezik, amelyek felé a legerősebb jel érkezésekor irányul az antenna. Elég csak belepillantani egy csillagászati atlaszba: galaxisunk középpontjából…

A hír annyira szenzációs, hogy végül még a The New York Times is beszámol róla. A cím: Rádióhullámok érkeznek a galaxis középpontjából. 1933. május 15-én az amerikaiak milliói által hallgatott NBC rádió élőben közvetítette a csillagoktól érkező sípolást, valamint egy interjút Janskyval: „Jó estét, hölgyeim és uraim, ma este egyenes adásban rádióimpulzusokat fognak hallani a Naprendszeren kívülről, valahonnan a csillagok közül.” Jansky mindenkinek elmagyarázza, hogy a jel a galaxis központjából érkezik. A bemondó megjegyzi, hogy egy tőlünk harmincezer fényévre lévő jel erejének „roppant nagynak” kell lennie ahhoz, hogy elérjen hozzánk, „milliószor, milliószor erősebbnek kell lennie, mint bármelyik földi rádióállomásnak…”

Öt nappal korábban, 1933. május 10-én a berlini Opernplatzon rendezték a nácik a legnagyobb könyvégetést. A lángok közé hajított kötetek között voltak Vlagyimir Majakovszkij költeményei is („versem eléri a messzi századokat…, nem is úgy, mint holt csillag fénye éri el a késő nemzedéket”2), éppúgy, mint Albert Einstein művei, valamint a róla írott könyvek. Nyolcvan évvel később, az említett könyvekben kifejtett gondolatok jóvoltából tudjuk, mi ez az amerikaiak millióinak fülébe is eljutott titokzatos sípolás: a galaxisunk középpontjában ülő, roppant méretű fekete lyuk körül tombolva örvénylő, majd bezuhanó izzó anyag sugárzása. Ez a fekete lyuk akkora, mint Földünk teljes keringési pályája, a tömege pedig négymilliószorosa a mi Napunk tömegének.

már harmadjára nézem át mindazt, amit eddig leírtam, és a csillagászok éppen ma hoztak nyilvánosságra egy képet, épp a galaxisunk középpontjában található fekete lyukról. a képen jól látható a körülötte kis távolságban kavargó, izzó anyag, ez gerjeszti a jansky antennája által egy évszázaddal ezelőtt befogott sugárzást. Íme:

elfogódottan nézegetem ezt a képet. egész életemben fekete lyukakat tanulmányoztam, pedig nem is tudhattam, hogy csakugyan léteznek-e… és lám, itt van egy valódi, közvetlenül róla készült kép, ezt soha nem vártam volna egyetemi hallgató koromban…

Még húsz évvel ezelőtt is sokan kételkedtek a fekete lyukak létezésében. 2000 januárjában Amerikából Franciaországba költöztem. Az új tanszékvezetőm megkérdezte: „Csak nem hiszed el, hogy a fekete lyukak valóságosak?” Ma már neki is más a véleménye. Nem kritika ez, a tudományban ez a szép. Semmi rossz nincs abban, ha változik az álláspontunk: tanulunk. A legjobb kutatók azok, akik gyakran újragondolnak dolgokat; így tett Einstein is.

A fent látható képen a tényleges fekete lyuk, vagy pontosabban a horizont – az a különös felszín, amely a lyukat körülveszi –, a kis sötét korong a központi területen, a körülötte kavargó, izzó anyag közepén.

A horizont lesz a kapu: azon lépünk be.

Tartalom

ELSŐ RÉSZ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

MÁSODIK RÉSZ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

HARMADIK RÉSZ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Jegyzetek

Képek és ábrák forrása

Név- és tárgymutató

Felelős kiadó Tönkő Vera

A Park Kiadó a Libri Könyvkiadó Kft. imprintje

Felelős szerkesztő Szala Boglárka

Szerkesztette Seres Iván

A szöveget gondozta Lovass Gyöngyvér és Torma Lászlóné

Műszaki szerkesztő Rochlitz Vera

Tördelte Kaposvári Franciska

ISBN 978 963 633 049 1

Elektronikus változat

eKönyv Magyarország Kft.

www.ekonyv.hu

Készítette Ambrose Montanus

Felhasznált betűtípusok

Sarabun – SIL Open Font License

Source Sans 3 – SIL Open Font License

Source Serif 4 – SIL Open Font License

Teachers – SIL Open Font License

Vollkorn SC – SIL Open Font License