Csillagok, galaxis klaszterek, értelem

Amikor leejtünk egy üvegpoharat, és az összetörik, akkor nem lepődünk meg. Ha viszont a világűrben lebegnénk, minden nagy tömegű testtől távol, akkor nem létezne számunkra fent és lent, és a mindennapi életben azért nem érzékeljük ezt, mert egy, a közelünkben lévő és hozzánk képest nagyméretű test: a Föld eltorzítja a képet, de a tér tulajdonságait tekintve az általános felfogás szerint izotrop (kitüntetett irány nélküli) univerzumban élünk.

Az idővel azonban más a helyzet. Méghozzá Sean Carroll amerikai kozmológus szerint azért, mert az idő izotrópiáját nagy léptékben is eltorzítja az Ősrobbanás, amely elég eléggé közel van hozzánk, és eléggé nagy rendezettséget jelentett ahhoz, hogy az entrópia azóta is nőhessen. Mármint ugyanúgy „globálisan”, mint ahogy a tér is „globálisan” izotrop: a rendszer (esetünkben: Univerzum) egészére nézve nem, de lokálisan csökkenhet az entrópia. Értsd: innentől kezdve mindig ki kell térnünk arra is, hogy milyen „felbontás” mellett vizsgáljuk az adott jelenséget, mert ez ugyanúgy nem mindegy, mint ahogy az sem, hogy olyan közelről nézzük-e, hogy az egyes homokszemek alakját is látjuk; vagy olyan távolról, hogy a homokdűnét, illetve az egész sivatagot dűnerendszerivel.
Ez a párhuzam annyiban is találó, hogy a Fred Adams – Greg Laughin szerzőpáros egy 1999-es könyvében az olvasható, hogy „az Univerzum életéről szóló történetben, illetve általában véve az asztrofizikában, négy nagyságrend játszik alapvető szerepet: a bolygók, a csillagok, a galaxisok és az univerzum mint olyan”. Vagyis: ha különböző skálákon nézzük, akkor különbözőknek látjuk, és az ún hierarchikus (illetve ma már leginkább fraktál)kozmológia néven futó irányzat szerint „az Univerzum által tartalmazott anyag a modern fraktálkoncepcióra emlékeztető módon hierarchikusan oszlik el… az anyagsűrűség… változik a skálával” (Peter Coles – Francesco Lucchin: Cosmology).
Amit két dologgal érdemes kiegészíteni: egyfelől azzal, hogy négy nagyságrend helyett inkább ötről lenne érdemes beszélni, mert ott vannak az Univerzum alatti, de galaxisok feletti anyagszerveződés szintjeként a galaxisok szuperklaszterei. Másfelől azt is érdemes észrevenni, hogy az Univerzum létének különböző periódusaiban különböző szintű szerveződések léteznek benne kezdve a Big Bang utáni pillanatok „őslevesével” és befejezve a mai, ötszintes felépítéssel, és eközben a lehető leggazdagabban strukturált kép tárul elénk. Gazdagabb, mint amilyen a jövőben lesz, ugyanis a gyorsuló tágulás következtében „legfeljebb” százmilliárd éven belül el fog tűnni a megfigyelők szeme elől a jelenleg megfigyelhető Világmindenség nagy része.
A hierarchikus kozmológia többek között azért szorult háttérbe, mert arra helyezte a hangsúlyt, hogy a Világmindenség legalább 100 millió fényéves léptékig nem homogén (bár fölötte az). És persze voltak olyan verziói is, ahol egy végtelen Univerzumban a végtelenségig követték egymást az újabb és újabb szintek, miközben mindegyik az előzőnek egy „felnagyított” verziója lett volna. Ami persze ugyanúgy túlságosan mechanikus megoldás, mint amilyen a Világmindenség „homogenitását” és izotrópiáját” deklaráló kozmológiai elvnek szabályként, nem pedig filozófiai elvként való kezelése is.
Például újraértelmeztük a dolgot az ún. „állandó állapotú Világegyetem” modelljének bukása óta. Persze, homogénnek és izotrópnak kell lennie a Világmindenségnek, ám ma már nem szokás elvárni, hogy az Univerzum anyagának sűrűsége is változatlan maradjon – ugyanis kiderült, hogy ez nem védhető álláspont.
Az elvi cél persze így vagy úgy, de az lenne, hogy az Univerzum „megfelelően” nagy skálán (értsd: megfelelően durva felbontás mellett) minden megfigyelő számára ugyanolyanak látsszon. Ez ugyanis a feltétele lenne annak, hogy a térben és időben távolabbi térrészekről is megbízható tudásra tehessünk szert lokális kísérleteink és megfigyeléseink általánosításával – csak hát éppen ez az, amiben nem vagyok biztos. Ugyanis bármennyire kényelmes is lenne ez a számunkra, nem biztos, hogy valóban ez a helyzet. Viszont ha védeni akarjuk a kozmológiai elvet, akkor bármikor hivatkozhatunk arra, hogy ami ellentmond neki, az lokális jelenség, de a szabály azért ugyanúgy érvényes.
De most talán nem is annyira ez a lényeg. Hanem inkább az, hogy amennyiben visszatérünk a megfigyelésekhez, akkor úgy tűnik, hogy az Univerzum anyageloszlása nem csak változó méretskála mellett inhomogén, hanem ha különböző időpontokban készítenénk pillanatfelvételeket, akkor is különböző anyageloszlásokat és struktúrákat látnánk.
És hogy még furcsább legyen a történet: úgy tűnhet, mintha az Univerzum bizonyos értelemben kitüntetett korszakában élnénk. Ugyanis jelenleg nem csupán észlelni vagyunk képesek a Világmindenséget egészen az Ősrobbanásig visszamenőleg, hanem eközben a nagyléptékű anyagstruktúrák mindegyik szintjét is megfigyelhetjük. Ez százmilliárd év múlva nem lesz lehetséges; még sokkal később pedig még annyira sem.
Viszont a mostani helyzet bizonyos értelemben szükségszerű.
Adams és Laughin a 10^6 és 10^14 év közötti időszakot az Univerzum „stelliferous”, vagyis „csillagokkal teli” korszakának nevezi. A csillagok már az Ősrobbanás után néhány millió évvel elkezdtek kialakulni; a galaxisok és galaxis klaszterek formálódására hozzávetőleg milliárd éves időskálán kellett várni, és hozzávetőleg ekkor jöttek létre az első bolygók is, míg az élet (legalábbis az egyetlen ismert példaként a Földön) újabb nagyságenddel később: közelítőleg tíz milliárd év múlva.
Azért csupán ilyen későn, mert az első csillagok megjelenése után meglehetősen sok időnek kellett eltelnie, amíg azok kitermelték az ehhez szükséges, nehezebb elemeket. Az pedig más kérdés, hogy miért nem olyanok a fizikai törvények/körülmények, hogy mindez mondjuk nem tíz, hanem csupán egy milliárd évet vegyen igénybe; vagy éppen ellenkezőleg: miért nem az van, hogy a dolog túlságosan sokáig tart, és mire a rendelkezésünkre állnának a szükséges alapanyagok, addigra már régen kihunyt az utolsó csillag is.
És ugyanígy az is más kérdés, hogy ezek szerint az, hogy csillagokat látunk, szükségszerű; az viszont, hogy galaxisok és galaxis klaszterek is vannak, csupán epifenomén: mellékjelenség abban az értelemben, hogy a fizikai törvények azon „egységcsomagjának” a hosszú ideig tartó működése vezetett el a kialakulásukhoz, amely – a csillagokon keresztül – az élet alapfeltételeit is kitermelte. Vagyis ilyen értelemben másodlagos struktúrák a csillagokhoz képest.
Úgyhogy azon is eltöprenghetünk, hogy ha már egyszer eljátszottunk egy olyan Világmindenség gondolatával, ahol sokkal rövidebb/hosszabb idő alatt állítják elő a csillagok az élethez szükséges nehéz elemeket, akkor vajon elképzelhető lenne-e egy olyan modell, ahol nincs szükség a csillagokra az élet kialakulásához? Ehelyett az Ősrobbanás után a (miénktől különböző) fizikai törvények ugyanúgy közvetlenül vezetnének el ezek létrejöttéhez, mint ahogy a csillagokhoz hasonló „közvetítők” nélkül indultak be a végül a csillagok kialakulásához vezető folyamatok is? És akkor vajon lehetséges lenne-e egy olyan Univerzum, ahol nem lennének különböző szintek az anyageloszlásban a galaxis klaszterekig bezárólag, hanem csak az amúgy homogén környezet meg ebben az értelmes megfigyelők?
Egy bizonyos lord Francis Jeffrey nevű irodalomkritikus valamikor a 18. század végén – 19. század elején azt mondta, hogy „a pokolba a Naprendszerrel. A világítás csapnivaló; a bolygók túl messze vannak egymástól; üstökösök zaklatják az embert. Egyszóval szánalmas tákolmány. Magam is jobbat csinálnék.” Mi pedig akár azt is mondhatnánk, hogy a pokolba a mindenféle közvetítő mechanizmusokkal – mármint ha tényleg ki lehet őket hagyni, bár ebben korántsem vagyok biztos.
Abban viszont igen, hogy az egy nagyon-nagyon másmilyen Világmindenség lenne.

Univerzalitás, homogenitás, tudomány

Egy 2012 elején publikált elképzelés szerint létezhetnek olyan „időkristályok”, amelyek a nevüknek megfelelően és a hagyományos, térbeli kristályokkal ellentétben nem tér-, hanem időbeli periodicitást mutatnak, miközben a lehető legalacsonyabb energiaállapotban vannak. Vagyis bizonyos értelemben: ami elképzelhető térbeli, az számos esetben elképzelhető időbeli jelenségként is. És innét már csak egy lépés, hogy eljussunk addig, hogy a modern tudomány milyen alapelvekből indul ki a világ leírásakor.
Az újkorit megelőző arisztotelészi fizika szerint az égi és a földi testekre eltérő szabályok érvényesek: a Hold felettiek körpályán mozognak, örökkévalóak és romolhatatlanok; a Hold alattiak pedig egyenes vonalú mozgást végeznek, nem örökkévalóak és romlandóak. Lee Smolin amerikai fizikus szerint az igazán újat hozó fizikai elméletek addig egymástól távol eső területeket egyesítenek: Maxwell az elektromosságot és mágnességet; Einstein a teret és az időt; a Galilei nevével fémjelzett új fizika pedig Hold alatti és a Hold feletti világot. Ami egyfelől egyszerűbbé teszi a leírást (elvégre kétféle fizika helyett csak eggyel kell bajlódni); másfelől pedig elvezet a newtoni fizikához, ahol minden mozgó testre ugyanazok a törvények érvényesek – még akkor is, ha az nemhogy a Holdon túl, de tőlünk tíz milliárd fényévnyire található.

Vagyis teljesen egyetemes törvényekről van szó. Vagy legalábbis elsőre így tűnhet – de persze nem pontosan ez a helyzet. A newtoni törvények ugyanis csupán „a térre nézve” homogének, értsd: csupán annyi állítható róluk, hogy az Univerzumon belül elfoglalt helytől függetlenül mindenütt érvényesek (a Hold felett és alatt egyaránt). Viszont nagy sebességeknél az érvényüket veszítik, és az einsteini egyenletek veszik át a helyüket. Ha pedig valaki azzal akarna érvelni, hogy ezeknek az alacsony sebességekre vonatkozó megoldása viszont a newtoni eredményt adja ki, akkor gondoljunk arra, hogy bár ez is egy lehetséges értelmezés, a leírás egységességét ennek ellenére sem sikerül megóvnunk, mivel az einsteini fizika viszont a mikrovilág koppenhágai értelmezésén alapuló leírásával nem egyeztethető össze. Már csak azért sem, mert miközben a relativitáselmélet „olyan teóriának készült, amely független a megfigyelőtől”, mondja Michael Brooks A Fizika nagy kérdéseit tárgyalva (és ezért van az, hogy mindegy, hogy milyen sebességgel mozgunk, a fény hozzánk képest mindig ugyanolyan gyors lesz), aközben a mikrovilágban az a szabály, hogy a megfigyelő befolyásolja a megfigyelés eredményét.
Azaz innentől kezdve kérdés, hogy miként lehetne ezt a két, gyökeresen eltérő felfogást egy elméleten belül értelmezni.
John D. Barrow Theories of Everything című könyvében azt írja, hogy a tudomány megismerése vagy azért tarthat a végtelenségig, mert ilyen a valóság természete, és mindig van egy újabb, felfedezésre váró szint; vagy pedig azért, mert az általunk alkalmazott módszerek (például matematikák) csak egy ilyen leírást tesznek lehetővé. Ennek analógiájára: a fizika két végpontja: a makrokozmikus relativitáselmélet és a mikroszinten létező valóságot leíró kvantumfizika vagy azért tűnik összeegyeztethetetlennek, mert valójában az is, hiszen semmi sem teszi szükségszerűvé, hogy a valóság úgy legyen megkonstruálva, hogy ellentmondásmentesen bele tudjuk gyömöszölni egyetlen leírásba. Vagy pedig azért, mert az általunk alkalmazott jelenlegi megközelítés teszi a dolgot lehetetlenné, és erős a gyanúm, hogy amennyiben egy „nagy egyesített elmélet” megtalálását tekintjük a modern tudomány Szent Gráljának, úgy ez lenne az egyik rejtvény, amelyet meg kellene oldanunk, mielőtt tovább léphetünk.
Már csak azért is, mert bár Paul Permutter amerikai csillagász azt mondja, hogy „az a legérdekesebb, hogy a mély filozófiai kérdésekre mérésekkel válaszolunk”, a valóságban ennél bonyolultabb a helyzet. Sőt. Már David Hume felvetette, hogy a természet uniformitására vonatkozó feltételezés mintegy belénk van huzalozva, és (tehetnénk hozzá) akár még amellett is lehet érvelni, hogy ennek evolúciós okai vannak, hiszen vadászó-gyűjtögetőként érdemes volt abból kiindulnunk, hogy a környezet az egész Földön mindenütt egyformán működik.
Viszont ebből nem következik szükségképpen, hogy másutt is ez a helyzet. Samir Osaka angol tudományfilozófus megfogalmazása szerint „a természet mindeddig nagymértékben uniformnak tűnt. Ám ezt a tényt nem használhatjuk annak az állításnak az alátámasztására, hogy a természet a jövőben is uniform módon fog viselkedni.”
Ami témánk szempontjából két dolgot jelent. Egyfelől azt, hogy az uniformitás feltételezése valóban termékeny elképzelésnek bizonyult az utóbbi évszázadokban. A földönkívüli civilizációk keresésének a lehetősége mint tudományos kérdés például akkor merülhetett csak fel, amikor az arisztotelészi felfogást odahagyva abból indultunk ki, hogy a többi bolygó is hasonló a Földhöz. És ha hasonló, akkor ugye értelmes lények is élhetnek rajta.
Másfelől viszont amikor nem régiben elkészítettek egy olyan, átfogó térképet az Univerzumról, amely a több százmillió fényév nagyságú galaxis-szuperklasztereket ábrázolja, akkor ebből a fizikusi végzettséggel rendelkező Brian Dogson az a következtetést vonta le, hogy bár kis léptéknél a világmindenség nem homogén (elvégre az itt, a Földön miket körülvevő környezet más, mint a galaxisok szintjén), nagy léptéknél, 250 millió fényévnél viszont már az.
Eközben a „homogenitáselv” három válfaját sorolta fel:

• az „univerzális fizika törvénye”: eszerint a fizika törvényei mindenütt ugyanazok
• kopernikuszi elv: a Föld nincs kitüntetett helyen az Univerzumban
• kozmológiai elv: „az Univerzum bármely [tetszőlegesen választott] pillanatban homogén és izotrop… nagy lépték esetén”.

Nézzük most ezeket egyenként. Ami az univerzális fizika törvényét illeti, ez két kérdést vet fel. Először is, hogy a „mindenütt” azt jelenti-e, hogy térben és időben is, és ennek megfelelően a természeti törvények nem voltak mások a múltban, illetve nem lesznek mások a jövőben, mint most. Ha viszont eljátszhatunk azzal a gondolattal (mint ahogy vannak ilyen elképzelések), hogy esetleg időben változnak egyes fizikai állandók, úgy miért ne tételezhetnénk fel legalább a gondolatkísérlet kedvéért azt is, hogy ez az állítólagos „mindenütt ugyanaz” mégsem mindenütt igaz, és egyszerűen a Hume-féle természet univerzalitására vonatkozó elképzelésünk/meggyőződésünk van a háttérben? Továbbá az is kérdés (sőt, akár azt is mondhatnám, hogy igazából ez ám csak a kérdés), hogy ha mégis igaz, akkor miért: honnét származik a természeti törvények azonossága? Hiszen olyan egyszerű lenne nem egyformáknak lenniük (továbbá: miért éppen ezek és nem mások a törvények? Miért nem elég például – vagy tényleg nem elég-e – egyetlen törvény minden leírására, és így tovább).
Ami a másodikat, a kopernikuszi elvet illeti, az lényegében annyit mond, hogy nem mi vagyunk középen. Ennek a szélsőséges (és nagyon sikeres) továbbvitele az az einsteini fizika is, mely szerint egyetlen megfigyelő sincs kitüntetett helyzetben, és amelyet (miként már érintettük) mindeddig nem sikerült összebékíteni a kvantumfizikával.
A harmadik: a kozmológiai elv pedig a csillagász William Keel megfogalmazását kölcsönvéve annyit állít, hogy „megfelelően nagy skálánál az Univerzum tulajdonságai minden megfigyelő számára azonosak”, illetve ennek továbbfejlesztett változata, a „tökéletes kozmológiai elv” szerint ennek időben is igaznak kell(ene) lennie (mint ahogy annak idején a Steady State Univerzum elmélete épült erre a feltételezésre, újabban pedig az inflációs elmélet egy speciális változata).
Azt gondolom azonban, hogy az eddigiekkel ellentétes irányba is elindulhatunk. Hans Joachim Störig említi A filozófia világtörténetében, hogy mivel az indiaiak „mindig is inkább az örökkévalóra, mintsem az időben múlandóra” koncentráltak (valahogy úgy, mint a mai fizikusok, mondhatnánk némi iróniával), ezért náluk „nem létezett a mi fogalmaink szerinti tulajdonképpeni történetírás”, és ezért elestek bizonyos lehetőségektől.
Ami talán valami olyasmit is jelent, hogy jelenleg a tudomány a Hume-i uniformitáselképzeléssel összhangban az általános (és időben meg térben is változatlan) szabályszerűségekre koncentrál, de az így született eredmények megtartása mellett érdemes lenne a másik oldalról is körüljárni a dolgot, és ahelyett, hogy a változatlanságot meg az azonosságot keresnénk mindenütt, érdemes lenne a különbségekre koncentrálni. Elvégre ugyanúgy, mint ahogy az arisztotelészi égi és földi fizika szembeállításának elvetését követően gyorsan eljutottunk a hipotetikus idegen civilizációk utáni kutatásig (amit a Galilei előtti keretrendszerben értelmezni sem igazán lehetett), hátha most is hasonlóan érdekes ötleteink támadnának.
De akár még ennél is továbbléphetünk. A tudomány története az utóbbi évszázadokban ugyan az uniform nem uniform leírás szembeállításaként értelmezhető, de semmi sem teszi szükségszerűvé, hogy a jövőben is ebben a két fogalomban gondolkodjunk. Még akkor sem, ha jelenleg ötletem sincs, hogy akkor viszont miben.