hely, tele anyaggal és energiával, különböző formákban, amelyek a fizika törvényeinek megfelelően játszódnak a téridő színpadán. Ezt példázza az IDCS J1426.5+3508 galaxishalmazról készült Hubble-űrtávcsöves felvétel. Mennyit kell azonban elvenni, hogy tényleg semmi se maradjon? NASA, ESA és M. Brodwin (University of Missouri)
Amikor ma körülnézünk a világunkban és az Univerzumban, beszélünk és gondolkodunk mindarról, ami benne van. Ezek a részecskéktől, atomoktól és emberektől kezdve a bolygókig, csillagokig, galaxisokig és a legnagyobb struktúrákig terjednek. Attól függően, hogy mi érdekel minket, beszélhetünk gázról, porról, sugárzásról, fekete lyukakról vagy akár sötét anyagról is. De mindaz, amit ma látunk, megfigyelünk, vagy aminek a létezésére következtetünk, nem biztos, hogy mindig is létezett. Némelyikük valamilyen korábban létező anyagból keletkezett, ami már korábban is létezett, mások viszont látszólag a semmiből jöttek létre. Nem meglepő, hogy nem mindenki ért egyet abban, hogy tudományosan mit értünk azon, amikor arról beszélünk, hogy mi is valójában a “semmi”. Attól függően, hogy kit kérdezünk meg (vagy mikor kérdezzük meg), négy különböző jelentés egyikét kaphatjuk. Íme, miért fontosak ezek mindegyike.
100 millió fényévre bármely irányban más galaxisok a környezetében. Ez még mindig nem az üres tér valódi megvalósulása. ESA/Hubble & NASA és N. Gorin (STScI); Köszönetnyilvánítás: Judy Schmidt
1.) Egy olyan idő, amikor a téged érdeklő “dolog” még nem létezett. Hogyan hozta létre az Univerzum a bolygókat? Mi a helyzet a csillagokkal? Mi a helyzet az anyag aszimmetriával? Ezek a dolgok nem mindig léteztek, hanem létre kellett őket hozni. Amikor a mechanizmus ismert, általában azt mondjuk, hogy a mi “dolgunk” valamiből jött létre, nem pedig a semmiből. A bolygók a csillagok korábbi generációinak újrahasznosított törmelékéből jöttek létre, ahol a magjukat és szilárd felszínüket alkotó nehéz elemek létrejöttek, majd visszakerültek a csillagközi közegbe. A csillagok összehúzódó gázfelhőkből származnak, amelyek olyan területeket tartalmaznak, amelyek elég sűrűek és elég forrók ahhoz, hogy begyulladjon a magfúzió. Mind a bolygók, mind a csillagok olyan anyagok, amelyek az anyag már létező formáiból származnak; olyan dolgok, amelyek valamiből származnak, nem pedig a semmiből.
sugárzás, és valamikor valamivel több anyag keletkezett, ami a mai Univerzumunkhoz vezetett. Hogy ez az aszimmetria hogyan jött létre, vagy hogyan keletkezett onnan, ahol kezdetben nem volt aszimmetria, az még mindig nyitott kérdés. E. Siegel / Beyond The Galaxy
De a mai anyagunk nem a már létező anyagból jött létre. Valamikor a távoli múltban az Univerzum egyenlő mennyiségű anyagból és antianyagból állt; az általunk felfedezett fizikai törvények csak azt teszik lehetővé, hogy egyenlő mennyiségben hozzuk létre őket. A mai Univerzumunk mégis túlnyomó többségében anyagból és nem antianyagból áll, ahol az általunk ismert milliárd és milliárd galaxisok mindegyike anyagból és nem antianyagból áll. Honnan származik az anyag aszimmetriája? Egy korábban szimmetrikus állapotból; egy olyan állapotból, ahol az anyag és az antianyag egyenlő mennyiségben létezett. Egy olyan időből, amikor még nem volt aszimmetria. Egyesek szerint ez azt jelenti, hogy a mai anyagunk a semmiből keletkezett, bár mások, akik szigorúan ragaszkodnak a többi definíció valamelyikéhez, ezt vitatják.
Mégis senki sem vitatja, hogy a bariogenezis tudományos problémája, vagyis az anyag-antianyag aszimmetria eredete ma az elméleti fizika egyik legégetőbb rejtélye. Számos ötlet és mechanizmus létezik arra vonatkozóan, hogyan jött létre az anyagunk (és nem az antianyag), de hiányzik a győztes kihirdetéséhez szükséges bizonyíték.
a négy erőből háromra (kivéve a gravitációt), a felfedezett részecskék teljes sorozatára és valamennyi kölcsönhatásukra. A kapcsolódó kvantumtérelméletből a kvantumvákuum tulajdonságait is ki tudjuk számítani. Kortárs fizikaoktatási projekt / DOE / NSF / LBNL
2.) Üres tér. Gondoljunk az összes “dologra”, ami ma az Univerzumban létezik. Gondoljunk az anyag minden alapvető alkotóelemére; a sugárzás minden kvantumára; minden fekete lyukra; minden tömegre; minden részecskére és antirészecskére. Most képzeljük el, hogy mindet eltávolítjuk. Képzeljük el, hogy valahogy kivesszük őket az Univerzumból, és csak üres tér marad utánuk. Mi maradna meg? Egyesek ezt “semminek” nevezik, és elégedettek ezzel a meghatározással.
számítás, amely virtuális részecskéket mutat a kvantumvákuumban. Még az üres térben is ez a vákuumenergia nem nulla. Derek Leinweber
A téridőnek nevezett entitás még mindig létezik, ahogy a fizika törvényei is. Az üres térben jelenlévő összes mező, a Higgs-mezőtől kezdve a gravitációs mezőkön át a kvantummezőkig, amelyeket gyakran úgy képzelünk el, hogy részecske-antirészecske párok pattognak ki-be a létezésből, még mindig ott van. Az olyan fizikai törvények, mint a kvantumtérelmélet, még mindig léteznek; az általános relativitáselmélet még mindig létezik; az alapvető állandók nemcsak hogy még mindig léteznek, de ugyanazokkal az értékekkel rendelkeznek, mint ma. És maga az üres tér vákuumának még mindig van egy olyan nullponti energiája, amely nem nulla. Ez ma sötét energiaként jelentkezik, és a távoli múltban egy nagyon eltérő, nem nulla értékkel a kozmológiai infláció mozgatórugója volt. Amikor az emberek arról beszélnek, hogy az Univerzum a semmiből keletkezett, akkor erre a fajta “semmire” utalnak: a forró ősrobbanásra, amelyet az infláció szült.
bármilyen típusú anyag, energia vagy görbület. Ha ennek a térnek a lehető legalacsonyabb nullponti energiája van, akkor nem lehet tovább csökkenteni. Amber Stuver / Living Ligo
3.) Üres téridő a lehető legalacsonyabb energiájú állapotban. Mi lenne, ha az Univerzum nullponti energiáját a valódi alapállapotára csökkentenénk? Amikor az infláció véget ért, az Univerzum vákuumenergiája hatalmasat zuhant: az inflációs skáláról a mai értékre. Az üres tér energiájának ez a csökkenése volt felelős a részecskenergia hatalmas növekedéséért, és a forró ősrobbanás eredetéért. De semmi sem garantálja, hogy jelenleg a valódi legalacsonyabb energiájú állapotban vagyunk; lehetséges, hogy csupán egy hamis vákuumállapotban vagyunk, és a valódi vákuum egy újabb katasztrofális, az Univerzumot megváltoztató átmenet után vár ránk.
az E energia nagyobb, mint a valódi vákuumban vagy alapállapotban, de van egy gát, amely megakadályozza, hogy a mező klasszikusan leguruljon a valódi vákuumba. Az infláció alatt. az Univerzum nincs valódi vákuumállapotban; ma sem biztos, hogy az. Wikimedia Commons felhasználó Stannered
Ha elérnéd, bármi is legyen a valódi alapállapot, és kiűznéd az összes anyagot, energiát, sugárzást és téridőfodrozódást az Univerzumodból, mi maradna? Ez talán a végső elképzelés arról, hogy mi lehet a “fizikai semmi”: ahol még mindig van egy színpad, ahol az Univerzum játszódhat. Lehet, hogy nincsenek játékosok, nincs szereposztás, nincs forgatókönyv és nincs jelenet, de a semmi nagy mélységében még mindig van egy színpad. A kozmikus vákuum a minimumon lenne; nem lenne remény arra, hogy ebből a vákuumból munkát, energiát vagy valódi részecskéket nyerjünk, de a téridő és a fizika törvényei még mindig léteznének. Elméletileg, ha ehhez az Univerzumhoz hozzáadnánk egy részecskét, az nem sokban különbözne a mai Univerzumunkban létező elszigetelt részecskétől.
Az Univerzum a forró ősrobbanásnak köszönheti eredetét. Még alapvetőbb, hogy a ma létező Univerzum csak a téridő tulajdonságai és a fizika törvényei miatt jöhetett létre. Ezek nélkül semmilyen formában nem létezhetünk. NASA / GSFC
4.) Ami megmarad, ha elveszed az egész Univerzumot és az azt irányító törvényeket. Végre elképzelhető, hogy mindent eltávolítasz, beleértve a teret, az időt és azokat a szabályokat, amelyek bármilyen részecskét vagy energiakvantumot irányítanak. Ez egyfajta “semmit” hoz létre, amelyre a fizikusoknak nincs definíciójuk. Ez túlmutat az Univerzumban létező “semmin”, ehelyett egyfajta filozófiai, abszolút semmit valósít meg. De a fizika kontextusában nem tudunk értelmet adni ennek a fajta semminek. Feltételeznünk kellene, hogy létezik olyan, mint egy téren és időn kívüli állapot, ahol a téridő keletkezése a valódi semmi e feltételezett állapotából lehetséges.
De lehetséges ez? Hogyan keletkezik a téridő egy adott helyen, amikor nincs olyan, hogy tér? Hogyan lehet létrehozni az idő kezdetét, ha nincs olyan fogalom, mint az “előtte”, anélkül, hogy az idő már létezne? És akkor honnan erednének a részecskékre és kölcsönhatásaikra vonatkozó szabályok? A “semmi” e végső definíciója jelent egyáltalán valamit, vagy csak egy logikai konstrukció, amelynek nincs saját fizikai jelentése?
skála az infláció során megnyúlik az Univerzumban, ami mind a sűrűség, mind a gravitációs hullámok tökéletlenségeihez vezet. Bár a felfúvódó tér sok tekintetben joggal nevezhető “semminek”, ezzel nem mindenki ért egyet. E. Siegel, az ESA/Planck és a DoE/NASA/ NSF ügynökségek közötti CMB-kutatási munkacsoportból származó képekkel
Itt nincs konszenzus. Mivel a nyelv kétértelmű, mondhatod azt, hogy “semmi”, és jogosan utalhatsz bármelyikre, a puristák pedig alig várják, hogy leordítsanak, ha a “semmi” szót olyan kontextusban mered használni, ami kevésbé tiszta, mint az ő definíciójuk. Ha valami alapvetően ott keletkezett, ahol korábban nem volt semmi, akkor nevezheted semminek, de ezzel nem mindenki fog egyetérteni. Ha az összes anyagot, antianyagot, sugárzást, sőt még a térgörbületet is kiveszed, akkor bizonyosan állíthatod, hogy ez az, ami a “semmi”, de vannak olyan “dolgok”, amelyek még mindig léteznek. Ha aztán elvesszük magától a térben rejlő energiát, és csak a téridő és a természeti törvények maradnak, akkor ezt is nevezhetjük “semminek”. De filozófiailag néhány ember még mindig elégedetlen lesz. Csak ha ezt is elvesszük, néhányan végül belenyugszanak abba, hogy egy ilyen entitást “semminek” nevezzenek.”
A Modell a fizika törvényeinek következményeként jósolják a létezést. E törvények nélkül, vagy a téridő színtere nélkül keletkezhet-e valaha is bármi értelmes? E. Siegel / Beyond The Galaxy
Hát kinek van igaza? Mindegyiküknek, a maga módján. A kulcs nem az, hogy vitatkozzunk vagy harcoljunk azon, hogy mi is valójában a “semmi”, hanem hogy elfogadjuk és megértsük ezeket a definíciókat, ahogyan az emberek használják őket. A legfontosabb, hogy ne keverjük össze az egyik jelentést a másikkal, vagy ne kezdjünk el vitatkozni azon, hogy miért helytelen egy szót egy bizonyos módon használni. Ehelyett, amikor valaki – különösen egy tudós – azt mondja, hogy “semmi”, próbáljuk meg megérteni, hogy melyik jelentést használja, és mi az a jelenség, amit meg akar magyarázni. Mert ameddig a képzeletünk csak el tud vinni minket, a tudás egyetlen igazi formája, amit bármi mással kapcsolatban remélhetünk, azon múlik, hogy azt a saját fizikai valóságunkban próbára tesszük. Minden más, bármennyire is logikusan megalapozott, csupán elménk konstrukciója.
Kövessen a Twitteren. Nézze meg a weboldalamat vagy néhány más munkámat itt.