A középpontból a félreeső zugba

Egy perc tudomány 12.

283

„Az ember… kibogozhatatlan kapcsolatban áll az egész valósággal, ismerttel és megismerhetetlennel… egy plankton, egy pislákoló foszforeszkálás a tengeren, a forgó bolygók, a táguló Univerzum, valamennyi összekapcsolódik az idő rugalmas fonala által. A visszavonuló tengerár hagyta tócsából érdemes föltekinteni a csillagokra, majd ismét visszapillantani a kis tócsára.”
John Steinbeck: Hajónapló a Fakéreg tengeréből

A természettudomány egyik legfőbb üzenete annak tudatosítása, hogy nincs kitüntetett helyünk a Világegyetemben. Ez a folyamat Kopernikusz munkásságával kezdődött, aki felvetette, hogy nem a Föld a Világegyetem középpontja. Azért elképzelhetjük egy 16. századi patkolókovács, vagy akár egy tanultabb szerzetes megrökönyödését, amikor a kedves, megszokott világképe a gyönyörű Otthonunkkal, a Földdel a Mindenség középpontjában, a Nappal, amelyik szemmel láthatóan körülötte kering és az a legfontosabb feladata, hogy nekünk meleget adjon, a Holddal, hűséges éjszakai kísérőnkkel és a csillagokkal, amelyek csak pontszerű lyukak az égbolt szövetén, ahol áthatol a mennyország fénye, egyszer csak összeomlik. Természetes, hogy ha ilyen mértékben fenyegetik a világképünket, az első reakció az elutasítás. De a tudománytörténet azt mutatja, hogy az ilyen forradalmi meglátásokat rövidesen új felfedezések követik. A kopernikuszi forradalom is újabb lendületet kapott, amikor Galileo Galilei távcsöve segítségével perdöntő bizonyítékot szolgáltatott amellett, hogy a Föld valóban csak egyike a Nap körül keringő bolygóknak. Az ezt követő évszázadokban a csillagászati felfedezések újabb hullámai bebizonyították, hogy amint a Föld is csak egy közönséges bolygó, éppúgy a Nap is csak egy átlagos csillag – egyike a Tejútrendszernek nevezett galaxis sok százmilliárd csillagának –, és a galaxisunk is csak egyike a Világegyetem sok százmilliárd galaxisának.
Kopernikusz kora óta tehát a tudomány fejlődésének eredményeképpen az emberiség korábban a Mindenségen belül központinak hitt szerepe ettől fokozatosan egyre távolabb tolódott. A 20. század végére széles körben elfogadottá vált az a nézet, hogy Mi, Emberek csak egy közönséges faj vagyunk, amelyik valahol egy nem különösebben látványos galaxis egyik félreeső zugában, egy átlagos csillag körül keringő, átlagos bolygón él. A legújabb kutatások viszont árnyalták egy kicsit ezt a képet, és arra utalnak, hogy a földet és az emberiséget a Világegyetem jelentéktelen összetevőjének tartó kép talán bizonyos szempontból hibás lehet. Az emberiség végső soron mégiscsak különleges – és most nem az érzelmi oldaláról közelítem meg a dolgot: csillagász és fizikus szemmel nézve is egy sor olyan különleges és rendkívüli körülmény együttes eredményeképpen jött létre, amelyek talán az egész Tejútrendszerben sehol másutt nem fordultak elő! A Goldilocks-hatásnak nevezett elképzelés szerint bizonyos értelemben a Világegyetem egésze is különleges, de a Tejútnak, a Naprendszerünknek és magának a Földnek is van néhány egészen furcsa sajátossága.
De nézzük sorban: hogy jön be a képbe az Univerzum tárgyalásánál Aranycopfoska?
Az 1960-as években Brandon Carter, egy fiatal angol kozmológus és elméleti fizikus érdekes és merész előadássorozatot tartott az Egyesült Államokban. Kutatásai során Carter a következő szokatlan kérdést tette föl: mi lenne, ha a fizika ismert törvényei valamilyen formában kissé különböznének az általunk ismert formájuktól? A filozófusok a kutatás ezen típusát a tényeknek ellentmondó elemzésnek nevezik, és bár az írók előszeretettel használják ezt az „mi lenne ha” típusú elemzést, egy természettudós számára szinte szentségtörésnek számít az alkalmazása. Pláne, hogy Carter még tovább ment, és elemzésének a fő kérdése még szokatlanabb volt a fizikusok világában: ugyanis előadásában az élet létezésével is foglalkozott. Carter kutatásai azt mutatták, hogy ha a fizikai törvények akár csak nagyon kis mértékben is különböznének az ismert formájuktól, akkor a Világegyetemben az általunk ismert Élet nem jöhetett volna létre. Carter az előadása végén kijelentette, hogy létezésünk komoly mértékben a törvények érzékeny „finomhangolásán” múlik. Ahogy egyre jobban beleásta magát a témába, a fiatal kutatót az egész kezdte Goldilocks meséjére emlékeztetni: akárcsak a kedves történetben, ahol a medvepapa zabkásája túl forró, a medvemamáé meg túl hideg, de a bocsé éppen megfelelő a kislány ízlésének, úgy néz ki, hogy a legtöbb fizikai törvény és állandó is „éppen megfelelő” az Élet számára.
A Világegyetemre vonatkozó egyik legfontosabb, vagy talán a legfontosabb tény, hogy Mi magunk is a részei vagyunk. Igaz, a legtöbb fizikus azon a véleményen van, hogy a földi életnek a legcsekélyebb jelentősége sincs a Mindenség kozmikus léptékű rendszere szempontjából. Első ránézésre az élet valóban jelentéktelennek tűnik a hatalmas, talán végtelen Univerzumban. Kétségtelen, hogy a Föld felszínét az élet átalakította, ám a Világegyetemben Földünk csupán végtelenül parányi pont. Létezik azonban egy közvetett érv, amely szerint az élet létezése mégiscsak fontos kozmológiai tényező. Ahhoz, hogy az élet egyáltalán megjelenhessen, teljesülniük kell bizonyos feltételeknek. Szeretném megjegyezni, hogy ebben a cikksorozatban, amikor az életről beszélek, kizárólag az egyetlen, általunk ismert életformára, a földi életre gondolok. A Föld típusú élet megjelenésének egyik alapfeltétele a bonyolult szerves molekulák létrehozásához szükséges kémiai elemek megfelelő mennyiségű jelenléte. A szén kulcsfontosságú az életet alkotó elemek közül, de döntő jelentőségű az oxigén, a hidrogén, a nitrogén, a kén és a foszfor is. Ezért a Világegyetemnek megfelelően öregnek kell lennie ahhoz, hogy létrejöhessenek azok a csillagok, amelyek előállítják ezeket az elemeket. Az anyag részecskéi között éppen a megfelelő nagyságú erőknek kell hatni, mert csak így alakulhatnak ki stabil atomok és bonyolult molekulák. Ez csak néhány feltétel, de úgy néz ki, ezek a feltételek annyira szigorúak, így az „életbarát” Világegyetem olyan rendkívülinek tűnik, hogy Fred Hoyle, az egyik legnagyobb kozmológus azt mondta, hogy „…az egész olyan, mintha egy előre megcsinált trükk lenne!”. Számára úgy tűnt, mintha valaki babrálna a fizika törvényeivel.
Konkrét példával szeretném röviden bemutatni, hogy mire gondolnak azok a kutatók, akik úgy gondolják, hogy létünk nagymértékben függ a törvények finomhangolásától, és komolyan veszik a Goldilocks-tényezőt.
A Napot és a hozzá hasonló csillagokat a hidrogénnek héliummá történő átalakulása táplálja. Ez a fúziós üzemanyaga tartja fenn a Nap ragyogását csaknem 5 milliárd éve.
1909-ben Ernst Rutherford, a tudománytörténet egyik legnagyobb kísérleti fizikusa megmérte a hélium-atommag, vagy, ahogy a fizikusok még nevezik, az alfa-részecske tömegét, és azt találta, hogy az négy hidrogénatom tömegével egyenlő. De tíz évvel később már sokkal precízebb műszerek álltak a kutatók rendelkezésére, és Francis Aston újabb mérései azt mutatták, hogy az alfa-részecske tömege nem pontosan egyenlő négy hidrogénatommag – ami tulajdonképpen négy proton – együttes tömegével. Ez a „nem pontosan” a magyarázat arra, hogyan tudja a Nap fenntartani energiatermelé-
sét. Aston modern mérései szerint a héliummag tömege 99,3%-a az őt létrehozó négy proton tömegének. És a fizika leghíresebb képlete, Einstein E=mc2 egyenlete viszont kimondja, hogy a tömeg és az energia átalakulhat egymásba. A Nap és a hozzá hasonló csillagok mind természetes fúziós reaktorok, amelyekben folyamatosan iszonyatos mennyiségű hidrogén alakul át héliummá. A pontos számítások szerint a Napban például minden másodpercben 616 millió tonna (!) hidrogén alakul át: ebből 611 millió tonna hélium keletkezik, míg a fennmaradó 5 millió tonna energia formájában szétsugárzódik. Egyelőre azonban nem kell azért aggódnunk, hogy a Nap hamarosan „kiég”: születése óta a hidrogénkészletének még így is mindössze 4%-át alakítottá át héliummá.
Térjünk vissza egy pillanatra a tömegveszteséghez, ahhoz a bizonyos 7 ezrelékhez. Ezt a számot a fizikusok Ɛ-vel jelölik, és az atommag alkotóelemeit „összeragasztó” kölcsönhatás nagyságától függ. Az iskolában mindenki már hetedikben megtanulja, hogy az azonos töltések elég nagy erővel taszítják egymást. Tizenkettedikben pedig, amikor már atomfizikát tanulunk, akkor azt, hogy az atommagot a pozitív töltésű protonok és az elektromosan semleges neutronok alkotják. Például a legnehezebb természetes elem, az urán atommagjában 92 darab pozitív proton van. És ezek mind taszítják egymást. Miért nem esik szét akkor az atommag? Hamarosan megtudjuk…

Nagy Péter

Akár ez is tetszhet

Hozzászólások lezárva, de 1 | trackbacks és Pingbacks vannak nyitva.

Ez a weboldal Cookiekat használ a felhasználói élmény javítása érdekében Elfogadom Részletek