Milyen véget ér a világegyetem?

Szétszakadás vagy összeomlás?

Több mint 10 milliárd évvel ezelőtt a végtelenül kis térrészbe tömörült, végtelen súlyú ősanyag felrobbant, bekövetkezett az ősrobbanás, majd megszülettek a szubatomi részecskék, az atomok, a molekulák, a gázködök, a csillagok, a galaxisok, és kialakult az univerzum. (Az ősanyag eredete és az ősrobbanás mikéntje külön cikket érdemel.) De milyen véget fog érni a világegyetem?

1929-ben Edwin Hubble amerikai csillagász a távoli galaxisok fényének vöröseltolódását figyelve rájött, hogy a csillagvárosok mérhető sebességgel távolodnak, s a világegyetem tágul. De mi is a vöröseltolódás, és miként jelzi az univerzum tágulását? Itt kell kitérnünk a Doppler-effektusra, mely az elektromágneses hullám frekvenciájában és ezzel a hullámhosszában megjelenő olyan változás, ami azért alakul ki, mert a hullámforrás és a megfigyelő egymáshoz képest mozgásban van. Ha pedig egy galaxis fénye a látható fény tartományának a legnagyobb hullámhosszú fénye, a vörös felé tolódik el, akkor ez az ún. vöröseltolódás azt jelzi, hogy a csillagváros távolodik tőlünk. Aztán egy belga katolikus pap és fizikaprofesszor, Georges Lemaitre kikövetkeztette, hogy ha a galaxisok tágulását visszavezetjük a múltba, akkor arra az eredményre jutunk, miszerint egykor a világegyetem összes anyaga egyetlen pontban tömörült össze, s 1933-ra részletesen kidolgozta az ősrobbanás elméletét.

Sokáig úgy tudtuk, hogy az univerzum az ősrobbanás óta egyenletes sebességgel tágul, s azt feltételeztük, miszerint az ősrobbanás taszító ereje idővel legyengül, a galaxisok gravitációs ereje pedig évmilliárdok múltán ismét egy pontba húzza össze a világegyetemet. Ám Paál György magyar csillagász és munkatársai 1992-ben – a rádió- és az optikai kvazárok vöröseltolódását figyelve – kikövetkeztették, hogy létezik egy ismeretlen energia, mely elősegíti az univerzum tágulását. Majd 1998-ban három csillagász, fizikus – az amerikai Saul Perlmutter és Adam Riess, valamint az amerikai születésű, de Ausztráliában élő és dolgozó Brian P. Schmidt – kutatásaik során kiderítették, hogy a világegyetem gyorsulva tágul. Ezt pedig egy antigravitációs hatású, ismeretlen energia idézi elő, amit sötét energiának neveztek el, bár az ismeretlen energia helyénvalóbb megnevezés lenne, lévén, hogy az energia nem lehet sem világos, sem sötét. A 2000-es évek elején további kutatások, például az egész univerzumot kitöltő kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás, illetve a szupernóvák pontosabb megfigyelései megerősítették, miszerint az univerzum csakugyan gyorsulva tágul. (A kozmikus háttérsugárzás az ősrobbanás egyik bizonyítéka, mintegy 300 ezer évvel az ősrobbanás után, az atommagok és az elektronok atomokká való egyesülésekor jött létre.) A 2010-es évek derekán aztán kimutatták, hogy a korábbinál véltnél kb. 5-9 százalékkal gyorsabban távolodnak a galaxisok, vagyis ennyivel gyorsabban tágul a világegyetem, s az ismeretlen energia – antigravitációs erejével – mintegy 20 milliárd év múlva szétszakítja a galaxisokat, a bolygórendszereket, a csillagokat, az atomokat, az egész világegyetemet. De még maradva e rejtélyes energiánál… A chilei ACT-vel (Atacama Cosmology Telescope, vagyis Atacamai Kozmológiai Távcső) végzett vizsgálatok révén rábukkantak az ősrobbanás után keletkezett, majd 300 ezer év múltán elenyészett korai sötét energia nyomaira. Ez nem volt akkora erejű, mint a mostani, de mégis gyorsította a tágulást, így a számítások szerint az eddig mért 13,8 milliárd fényévnél később, 12,4 milliárd évvel ezelőtt következett be az ősrobbanás. A jelenlegi mérések pedig szintén ezt a tényt támasztják alá.

Szétszakad hát végül az univerzum? A sötét – vagy inkább ismeretlen – energiával kapcsolatban két elmélet létezik. Az egyik szerint ez egy állandó jellegű energiasűrűség, mely egyenletesen kitölti a teret. A másik szerint viszont egy dinamikus erőtér, melynek energiaszintje térben és időben változhat. Paul Steinhardt amerikai elméleti fizikus, az amerikai Princeton Egyetem Elméleti Tudományok Központjának igazgatója és munkatársai, a magyar származású Anna Ijjas kozmológus, valamint a román születésű Cosmin Andrei fizikus a Dark Energy Spectroscopic Instrument (Sötét Energia Spektroszkópiai Műszer) által gyűjtött adatok alapján a közelmúltban arra a következtetésre jutott, hogy ez az energia nem állandó, antigravitációs hatása pedig az idő múlásával csökken. Ez a csökkenés a modellszámítások szerint 65 millió év múlva le fogja állítani a világegyetem tágulását, 100 millió év múlva pedig a gravitáció hatására megkezdődik az univerzum zsugorodása, s évmilliárdok múltán önmagába roskad. Mi történhet ekkor? A kutatók szerint vagy a végtelenségig folytatódik a sűrűsödés, és megsemmisül a világegyetem, vagy az ismét egy pontba tömörödött anyagból egy újabb ősrobbanás után új univerzum születik.

A pulzáló világegyetem elmélete amúgy már korábban is létezett, mely szerint az ősrobbanások és az összeroppanások követik egymást. Igaz, e hipotézis oksági összefüggést jelentene az egymást váltó univerzumok között. Ám minden szingularitásban, ahol egy pontban végtelen tömeg és energia sűrűsödik össze – a mi mostani világegyetemünk is összehúzódása révén szingularitássá válna – a végtelenné vált tömeg és energia felülírja az összes fizikai törvényszerűséget, így az ok-okozati összefüggést is. Tehát inkább párhuzamos univerzumokról lehetne beszélni, melyeknek a közös szingularitás jelentené a végpontjukat. Ám a pulzáló világegyetem csak egy hipotézis. Ami biztos, hogy univerzumunk összeomlik.

Lajos Mihály