TESZERAKT SCI-FI KLUB

 

Az antropikus elv
1998 VII.3

 Az utóbbi években a kozmológusok körében mindinkább tért hódít egy olyan nézet, amely szerint helyzetünk bizonyos értelemben mégiscsak különleges és kizárólagos. Mire alapozzák ezt ? Főként arra, hogy a Világegyetem mai arculatának – benne a földi élettel és az emberiséggel – a kialakulása véletlen egybeeséseknek egy olyan valószínűtlen láncolatán keresztül valósult meg, hogy az már aligha tekinthető véletlennek. Ebből az következik, hogy már földi jelenlétünk puszta ténye meglehetősen pontosan behatárolja Világegyetemünk lehetséges tulajdonságait : például annak korát és méreteit, a benne uralkodó törvények matematikai alakját és az azokban megjelenő fizikai állandók lehetséges számértékeit.
Századunk fizikájának egyik legfontosabb felismerése az, hogy az összes fizikai jelenség leírása végső soron csupán néhány fizikai állandónak az értékére vezethető vissza. Ezek az állandók mindennemű mértékrendszertől független, dimenzió nélküli számokként adhatók meg. Összesen hét ilyen állandó van. Először a természetben megismert négyféle erőhatás (a tömegvonzás vagy gravitáció, az elektromágnesesség, az erős és a gyenge kölcsönhatások) erőségére jellemző úgynevezett csatolási állandók Aztán két tömeg arány : az elektron és a proton (1/1836), illetőleg a neutron és a proton tömegkülönbségének és az elektron tömegének aránya (mintegy 2). A hetedik főfontosságú állandó a tér dimenziószáma ; ez a mi világunkban 3.
Eddigi ismereteink szerint minden, a világunkban előforduló objektum viselkedését az itt felsorolt hét állandónak az értéke szabja meg.
A számítások azt mutatják, hogy mind a négy kölcsönhatás erősségétől, mind a két tömegaránytól sokban függ az élethez szükséges objektumok kialakulása. Ha ugyanis a magerők csak néhány (9%) százalékkal gyengébbek volnának, a hidrogénatommagnál nehezebb atommagok már nem létezhetnének. De még ennél is kisebb mértékben (3-4%) erősebb magerők esetén a csak két protonból álló héliumatommag is stabil volna. Ennek pedig az lenne a következménye, hogy már az ősrobbanás első perceiben a világmindenségnek minden hidrogénatommagja héliummá égett volna el. Így sem hidrogén vegyületek, sem hosszú életű csillagok nem létezhetnének (tehát mi sem léteznénk).
Ha a gravitációs erő egy nagyságrenddel (tízszer) erősebb volna, a csillagok élettartalma túlságosan rövid volna ahhoz, hogy a körülöttük esetleg kialakuló bolygókon, a biológiai evolúció végbemehessen. Ha ellenben egy nagyságrenddel gyengébb volna, a csillagok kisugározta energia lenne túlságosan csekély ahhoz, hogy a körülöttük keringő bolygókon megindulhasson a biológiai fejlődés.
Hasonlóan erős megszorítások adódnak a gyenge és az elektromágneses kölcsönhatások erősségére, valamint a már említett két tömegarányra is. És ez még korántsem minden ! Egy sereg olyan összefüggés is kiszámítható, amely két vagy több alapvető állandónak az értéke között teremt kapcsolatot, és az állandók nagyon finom összehangoltságát követeli meg.
Erre talán legismertebb példa a szén- (C12) és az oxigénatommagoknak (O16), a héliumatommagokból (He4) való képződése. A szén – egy kétlépéses reakcióban – három He4-atommag egyesüléséből jön létre, és hogy ez megtörténhet, az megint egy aprócska „véletlen”-nek köszönhető. A folyamat első lépésben két héliumatommagból berillium képződik: He4 + He4 → Be8. És most jön a „véletlen” : ez a berillium-atommag (Be8) nem állandó, nem stabil, a természetben nem létezik. Ha stabil volna, az óriáscsillagok belsejében a hélium rövid időn belül berilliummá égne el, és így a csillag felrobbanna. Tehát szerencsére ez a berillium-atommag egyrészt nem stabil, de azért elég hosszú ideig él ahhoz, hogy további hélium-atommaggal lépjen reakcióban. Ráadásul ez a reakció az óriáscsillagok belső hőmérsékletének megfelelő mozgási energiaértékeken rezonancia szerűen megnő : így a Be8+ He4  → C12   reakció megfelelő mennyiségű szenet termelhet.
Újabb „véletlen” : a keletkező szénatomoknak a héliumatommagokkal való további kölcsönhatásában – ez a folyamat oxigént termel – nincs hasonló rezonancia : C12+ He4 → O16 folyamat viszonylag gyenge hatásfokkal megy végbe. Az elméleti számítások szerint ez a két „véletlen” négy alapvető állandó között fennálló igen szoros összefüggést, azok nagyon erős összehangoltságát követeli meg.
Mindezek mellett az említett állandók összehangoltsága adja meg a kozmikus számok meglepő összefüggését is. Az N1 a proton gravitációs csatolási állandójának fordítottja és egyenlő :N1 = ħ c / G mp2 = 10-40, ahol ħ a Planck állandó ( /2π), c a fénysebesség, G a Newton gravitációs állandója, és mp a proton tömege.
Az N2 a protonok számát adja meg a látható Világmindenségben, és egyenlő :

 

≈ 1040 , ahol Ho a Hubble tágulási állandó

 Tudni kell még, hogy a látható Világmindenség sugarának viszonya a proton Compton hullámhosszához, tulajdonképpen a Világmindenség korát adja atomi egységekben kifejezve, és ez az N3, ami egyenlő :
N3 = a látható Világmindenség tömege / proton tömege ≈1040.
Mint észrevehető N1 = N2 = N3 !!!
Senki nem tudja miért, mint ahogy azt sem, hogy miért két szívdobbanás között eltelt idő kb. közepén van a csillagrendszerünk életkora és az elektron atommag körüli keringési ideje között, vagy az emberi fej kb. középtájt van az atommag és a Naprendszer átmérője között (logaritmikusan kifejezve).
A következtetést talán Martin Rees, a neves kozmológus, a cambridge-i professzor szavai adhatnák : „A mai kozmológiai elméletek magukban foglalják azt a lehetőséget, hogy a Világegyetem – fejlődésének egy korai szakaszában – olyan tartományokra esett szét, amelyekben egészen eltérő fizikai törvények (vagy ugyanolyan törvények, de más állandókkal) uralkodnak. Ha ez így van , akkor az általunk belátható világegyetem nem más, mint egy olyan „oázis” az Univerzumban, amelyben a fizikai feltételek úgy alakultak, hogy az élet kialakulhasson, és fejlődhessen. Más, „sivatagos” részeken nem alakulhatott ki értelem, és ott mások a törvények és az állandók értékei is. De mivel mi itt, ebben az oázisban élünk, egyáltalán nem kell meglepődnünk azon, hogy itt a fizikai törvények olyanok, hogy lehetővé teszik kifejlődésünket és fennmaradásunkat