(*) 1987 júniusában Cambridge-ben, a Three Hundred Years of Gravity
konferencián tartott előadás. A konferenciát abból az alkalomból rendezték,
hogy Newton Principiája háromszáz éve jelent meg.
A világ keletkezésének problémája kissé hasonlít arra a kérdésre, hogy mi volt
előbb, a tyúk, vagy a tojás. Más szavakkal: milyen természeti erő alkotta a
világegyetemet, és mi alkotta a természeti erőt? Vagy az univerzum illetve az
őt létrehozó természeti erő mindig is létezett? A legújabb időkig a kutatók
azzal az érveléssel igyekeztek kitérni az ilyen kérdések elől, hogy ezek a
dolgok inkább a metafizika vagy a vallás témakörébe tartoznak. Az utóbbi
években azonban kiderült, hogy a természeti törvények valószínűleg a
világegyetem kezdeti időszakára is érvényesek. Ebben az esetben az univerzum
önálló, független képződmény, és a természeti törvények teljesen leírják.
A világegyetem keletkezéséről az emberiség általunk ismert történelmében
állandóan vita folyt. Alapvetően két felfogás kristályosodott ki. Sok korai -
pl. a zsidó, a keresztény és az iszlám - tanítás szerint a világot
teremtették, mégpedig nem is olyan régen. (Ussher püspök a tizenhetedik
században az Ótestamentumban szereplő emberek életkorának összeadásával
kiszámította, hogy a világ teremtése Kr. e. 4004-re tehető.) A viszonylag nem
régi eredet alátámasztásaként emlékeztetni szoktak arra a tényre, hogy az
emberiség technikai és kulturális fejlődésen megy keresztül. Tudjuk, hogy
valamely cselekedet vagy technikai fejlesztés kinek a nevéhez fűződik. Az
érvelés szerint még nem létezhetünk nagyon régóta, mert különben már sokkal
nagyobb haladást értünk volna el. A teremtés bibliai dátuma valóban nincs túl
messze az utolsó jégkorszak végétől, amikor a modern ember megjelent.
Arisztotelész, a görög filozófus és sokan mások nem értettek egyet a
világegyetem kezdetének gondolatával. Szerintük ez isteni beavatkozást tenne
szükségessé. Azt vallották, hogy az univerzum mindig volt, és örökké létezni
fog. Az olyan valamit, ami örökké létezik, tökéletesebbnek tartották annál,
amit teremteni kell. Az emberiség fejlődésének tényére az volt a válaszuk,
hogy periodikusan pusztító áradások és más természeti katasztrófák miatt az
emberiségnek újra és újra mindent elölről kell kezdenie.
Mindkét elgondolásban közös, hogy a világegyetemet lényegében időben
változatlannak tekintik. A világegyetemet vagy a jelenlegi formájában
teremtették, vagy öröktől fogva ilyen. Ez természetesnek is tűnik, hiszen az
emberi élet sőt, az emberiség egész eddigi történelme - olyan rövid, hogy a
világegyetem változását alig lehet észrevenni ennyi idő alatt. Egy statikus,
változatlan univerzumban valóban a metafizika vagy a vallás témakörébe
tartozik az a kérdés, hogy a világegyetemet egy múltbeli időpontban
teremtették-e, vagy örök idők óta létezik; az ilyen világegyetemet mindkét
felfogás meg tudná magyarázni. A filozófus Immanuel Kant 1781-ben terjedelmes
és nehezen érthető könyvet írt
A tiszta ész kritikája címmel, amelyben
arra a következtetésre jutott, hogy mind a világ teremtése, mind az
ellenkezője mellett alapos indokokat lehet felsorakoztatni. Ahogy a mű címe is
jelzi, következtetéseit kizárólag az értelem alapján vonta le, tehát a
világegyetemre vonatkozó megfigyeléseket figyelmen kívül hagyta. Egy
változatlan univerzumban mi értelme is lenne a megfigyelésnek?
A tizenkilencedik században azonban kezdtek felhalmozódni a Föld és a
világmindenség időbeli változását igazoló bizonyítékok. A geológusok
észrevették, hogy a kőzeteknek és a bennük talált kövületeknek száz- és
ezermillió évvel korábban kellett keletkezniük. Ez sokkal távolabbi idő, mint
amit a világ teremtésének hívei kiszámítottak. További bizonyítékot szolgáltat
a termodinamika második főtétele, amelyet Ludwig Boltzmann fizikus fogalmazott
meg. Eszerint a világegyetemben a teljes rendezetlenség (amelyet az ún.
entrópiával lehet jellemezni) időben állandóan növekszik. Ez az emberi
fejlődésre vonatkozó érveléssel együtt arra utal, hogy az univerzum csak véges
idő óta létezhet, különben már elérte volna a teljes rendezetlenség állapotát,
amelyben a hőmérséklet mindenhol azonos lenne.
A statikus univerzummal kapcsolatban egy másik probléma az, hogy Newton
gravitációs törvénye szerint minden csillagra hat az összes többi csillag
vonzó ereje. Hogyan lenne akkor lehetséges, hogy a csillagok mozdulatlanul,
egymástól állandó távolságra helyezkedjenek el? Nem kellene egymásba
zuhanniuk?
Newton tudatában volt ennek a problémának. Richard Bentley-nek, a kor
kiemelkedő filozófusának írt levelében egyetértett azzal, hogy
véges számú
csillag nem lehet mozdulatlan, mert egyetlen pontba zuhannának. Azonban
hozzátette, hogy végtelen sok csillag nem zuhanna egymásba, mert nem lenne
egyetlen kitüntetett pont sem. Ez az érv jól mutatja azt a csapdát, amelybe a
végtelen rendszerekre vonatkozó meggondoláskor beleeshetünk. Egy adott
csillagra az összes többi csillag által gyakorolt erők összeadásakor különböző
módszereket alkalmazva különböző eredményeket kaphatunk. Ma már tudjuk, hogy a
helyes eljárás az, ha először véges sok csillagot magában foglaló tartományt
veszünk csak figyelembe, majd hozzávetőleg egyenletes eloszlásban külső
csillagokat adunk az előző tartományhoz. A véges sok csillagból álló
rendszerben a csillagok egymásba zuhannak, és az újabb csillagok hozzáadása
Newton törvényének megfelelően nem állítja meg az összeomlást.
Következésképpen végtelen sok csillag sem maradhat mozdulatlan állapotban. Ha
egy adott időpontban nem mozognak egymáshoz képest, akkor a közöttük ható
vonzóerő hatására elkezdenek egymás felé zuhanni. Az is lehetséges, hogy
egymástól távolodnak, ekkor a gravitáció hatására a távolodás sebessége
állandóan csökken.
Az állandó, statikus univerzummal kapcsolatos fenti nehézségek ellenére a
tizenhetedik, a tizennyolcadik és a tizenkilencedik században, valamint a
huszadik század elején senki sem jutott arra a következtetésre, hogy a
világegyetem fejlődésben van. Mind Newton, mind Einstein elszalasztotta azt a
lehetőséget, hogy a világegyetem összehúzódását vagy tágulását megjósolja.
Newtonnak semmit sem vethetünk a szemére, mert a világegyetem tágulására utaló
felfedezés előtt kétszázötven évvel élt. Einstein azonban már rájöhetett
volna. Az 1915-ben általa felállított általános relativitáselmélet megjósolja
a világegyetem tágulását. De Einstein olyan szilárdan meg volt győződve a
világegyetem változatlanságáról, hogy elméletébe inkább még egy tagot
illesztett a Newtonnal való összhang megteremtésére és a gravitációs hatás
kiegyensúlyozására.
A világegyetem tágulását Edwin Hubble fedezte fel 1929-ben, és ez teljesen
megváltoztatta a világegyetem eredetére vonatkozó vitát. Ha a galaxisok
jelenlegi állapotából kiindulva az időt visszafelé futtatjuk, arra az
eredményre jutunk, hogy valamikor tíz-húszmilliárd évvel ezelőtt kis
térrészben összezsúfolva kellett elhelyezkedniük. Ebben az időpontban, amelyet
ősrobbanásnak (Nagy Bummnak) nevezünk, a világegyetem sűrűségének és a téridő
görbületének végtelennek kellett lennie, ilyen körülmények között pedig a
tudomány általunk ismert törvényei érvényüket vesztik. Ez valóságos
katasztrófa lenne a tudomány számára, mert azt jelentené, hogy a tudomány
nem tudja leírni a világegyetem keletkezését. Mindössze annyit mondhatna,
hogy a világegyetem olyan, amilyen ma, mert olyan volt akkor, amilyen volt. A
tudomány nem lenne képes megmagyarázni, hogy a világ közvetlenül az ősrobbanás
után miért volt olyan, amilyen volt.
Nem meglepő, hogy számos kutató elégedetlen volt ezzel a következtetéssel, és
erőfeszítéseket tett, hogy az ősrobbanás szingularitásának és az idő
kezdetének problémáját elkerülje. Az egyik ilyen próbálkozás az ún. állandó
állapotú
(steady state) modell, amely szerint a galaxisok egymástól
való távolodása során a köztük lévő térben folyamatosan termelődő anyagból új
galaxisok jönnek létre. Az állandó állapotú modell szerint az univerzum
hozzávetőleg a mai állapotában örök idők óta létezett, és létezni fog.
Az állandó állapotú modell az általános relativitáselmélet módosítását
követeli meg. A termelődő anyag mennyisége nagyon kis mértékű lenne, évente
kb. egyetlen részecske köbkilométerenként, amely nem kerülne ellentmondásba a
megfigyelésekkel. Az elmélet azt jósolta, hogy a galaxisok és hasonló
objektumok sűrűsége mind térben, mind időben állandó. Martin Ryle csoportja
Cambridge-ben azonban a Tejútrendszeren kívüli rádióforrások kutatása során
azt találta, hogy sokkal több gyenge rádióforrás van, mint erős. Azt lehet
várni, hogy nagy átlagban a gyenge rádióforrások a távoliak, amiből két
lehetőség adódik: vagy az univerzum olyan tartományában vagyunk, ahol az erős
források az átlagosnál ritkábbak, vagy amikor a rádióhullámok a távoli
galaxisokból a múltban útjukra indultak felénk, a források sűrűsége nagyobb
volt a mai értéknél. Azonban egyik lehetőség sem egyeztethető össze az állandó
állapotú modellel, amely szerint a rádióforrások sűrűségének mind az időben,
mind a térben állandónak kell lennie. Az elmélet sorsát végül az pecsételte
meg, hogy 1965-ben Arno Penzias és Robert Wilson felfedezte a galaxisunktól
távoli forrásból származó mikrohullámú háttérsugárzást. A háttérsugárzás
spektruma olyan feketetest-sugárzásra utal, amelynek hőmérséklete mindössze
2,7 fokkal magasabb az abszolút zérus pontnál. A világegyetem hideg és sötét
hely! Az állandó állapotú modellben semmilyen ésszerű mechanizmus sincs ilyen
mikrohullámú háttérsugárzás magyarázatára, ezért ezt az elméletet el kellett
vetnünk.
Két orosz kutató, Jevgenyij Lifsic és Iszaak Halatnyikov 1963-ban egy másfajta
elméletet dolgozott ki az ősrobbanás szingularitásának elkerülésére. Szerintük
végtelen sűrűség csak akkor lép fel, ha a galaxisok pontosan egymás felé
közeledve illetve pontosan egymástól távolodva mozognak. Csak ebben az esetben
kellett a múltban egyetlen pontban találkozniuk. Azonban a galaxisok
kismértékű oldalirányú mozgást is végezhettek, így az is elképzelhető, hogy a
világegyetemnek egy korábbi összehúzódási periódusa is létezett, amelynek
során a galaxisok valahogy elkerülték az egymással való ütközést, és a
világegyetem újra tágulni kezdett anélkül, hogy átment volna a végtelen
sűrűségű állapoton.
Amikor Lifsic és Halatnyikov a fenti javaslatukat nyilvánosságra hozták, éppen
megfelelő témát kerestem a Ph.D. téziseim kiegészítésére. Nagyon érdekelt,
hogy vajon létezett-e az ősrobbanás-szingularitás, mert ez döntő jelentőségű a
világegyetem keletkezésének megértése szempontjából. Roger Penrose-zal együtt
az ilyen és ehhez hasonló problémák kezelésére egy matematikai eljárást
dolgoztunk ki. Megmutattuk, hogy ha az általános relativitáselmélet helytálló,
akkor minden ésszerű modellnek szingularitással kell kezdődnie. Vagyis a
tudomány meg tudja mondani, hogy a világegyetemnek volt kezdete, de nem tudja
megmondani, hogyan
kellett az univerzumnak keletkeznie: ehhez már Istenhez
kellene folyamodni.
Az általános relativitáselmélet ún. klasszikus elmélet: nem veszi figyelembe,
hogy a részecskéknek nincs határozott helyzetük és sebességük, hanem kis
tartományban "elkenve" kell elképzelnünk őket a kvantummechanika
határozatlansági elve miatt, amely tiltja, hogy a részecske sebességét és
helyzetét egyszerre pontosan mérhessük. Ez közönséges körülmények között nem
játszik nagy szerepet, mert a téridő görbületének sugara a részecske
helyzetének határozatlanságához képest nagyon nagy. A szingularitáselmélet
azonban arra vezet, hogy a világegyetem jelenlegi tágulásának kezdetén a
görbületi sugár nagyon kicsi is lehetett. Ebben az állapotban a
határozatlansági elv nagyon fontossá válik. Az általános relativitáselmélet a
szingularitás előrejelzésével saját érvényességi határát vonja meg. A
világegyetem kezdetének tárgyalásához olyan új elméletre van szükség, amely
összekapcsolja az általános relativitáselméletet és a kvantummechanikát.
Ez az elmélet a kvantumgravitáció. Még nem tudjuk, hogy a kvantumgravitáció
végleges elmélete pontosan milyen formát fog ölteni. Napjainkban a
legesélyesebb jelölt a szuperhúrelmélet, de még számos megoldatlan probléma
létezik. Bizonyos tulajdonságokat azonban minden valamennyire is használható
elmélettől elvárhatunk. Az egyik az az Einsteintől származó gondolat, hogy a
gravitáció a benne foglalt anyag és energia miatt görbült vagy torzult
téridővel írható le. Ebben a téridőben az objektumok az egyeneshez lehető
legközelebb eső pályát követik. Mivel azonban a téridő görbült, a pályák
hajlottnak tűnnek, mintha a gravitációs tér hatna.
A másik elem, amely a végleges elméletben várhatóan jelen lesz, Richard
Feynmannak az a javaslata, hogy a kvantumelméletet a lehetőségek összegzésével
fogalmazzuk meg. Ez röviden azt jelenti, hogy a részecskék a téridőben az
összes lehetséges pályán, illetve az összes lehetséges történelmen
végighaladnak. Minden pályához ill. történelemhez bizonyos valószínűség
tartozik, amely a pálya alakjától függ. Ahhoz, hogy ez az elgondolás
alkalmazható legyen, olyan történelmeket is figyelembe kell venni, amelyek a
képzetes (imaginárius) időben zajlottak le, tehát nem a valós időben,
amelyben az életünket érzékeljük. A képzetes idő úgy hangzik, mintha
valamelyik fantasztikus regényből vettük volna át, pedig jól meghatározott
matematikai fogalom. Bizonyos mértékig a valós időtengelyre merőleges
időiránynak képzelhetjük el. Az összes meghatározott tulajdonságú
részecsketörténelmek (például bizonyos pontokon való áthaladás)
valószínűségének összegét képezzük, és az eredményt visszaextrapoláljuk a
valós időbe, amelyben az életünk is zajlik. Ez nem éppen a kvantumelmélet
legmegszokottabb tárgyalásmódja, de ugyanazt az eredményt adja.
A kvantumgravitáció esetében Feynman elképzelése a lehetőségek összegzéséről
azt jelenti, hogy a világegyetem lehetséges történelmei, azaz
különbözőképpen görbült téridők szerint kell összegezni. Ez a világegyetem és
minden benne lévő objektum történelmét jelenti. Meg kell még határozni, hogy a
lehetséges görbült téridők mely osztályát vesszük figyelembe az összegzésnél.
Ez a választás határozza meg, hogy az univerzum milyen állapotban van. Ha a
világegyetem állapotát meghatározó görbült téridőosztályok szingularitásokat
tartalmazó tereket is magukban foglalnak, akkor az ilyen terek valószínűségét
az elmélet nem határozza meg, a valószínűséget valamilyen önkényes módon kell
hozzájuk rendelni. Vagyis a tudomány az ilyen szinguláris történelmek
valószínűségét nem tudja megjósolni, tehát nem képes leírni a világegyetem
viselkedését. Az is lehetséges azonban, hogy az univerzum olyan állapotban
van, amelyet kizárólag nem szinguláris téridők szerinti összegzés határoz meg.
Ebben az esetben a tudomány törvényei teljesen leírnák a világegyetemet; nem
kellene az univerzumon kívüli hatóerőhöz folyamodni a kezdet
megmagyarázásához. A világegyetem állapotának kizárólag nem szinguláris
történelmek szerinti összegzéssel való meghatározása bizonyos értelemben
annak a részeg embernek az esetéhez hasonlítható, aki a kulcsát egy
lámpaoszlop alatt keresi: valószínűleg nem ott vesztette el, de ez az egyetlen
hely, ahol reménye van arra, hogy megtalálja. A világegyetem talán nincs olyan
állapotban, amelyet kizárólag nem szinguláris lehetőségek szerinti összegzés
határoz meg, de ez az egyetlen állapot, amelyben a tudomány előrejelzést képes
adni arról, hogy milyennek kellene lennie.
1983-ban Jim Hartle-lal azt javasoltuk, hogy a világegyetem állapotát a
történelmek bizonyos osztálya szerinti összegzéssel kell meghatározni. Ez az
osztály szingularitás nélküli görbült terekből áll, amelyek véges nagyságúak,
de nincs határuk és nincsenek éleik. Hasonlóak a Föld felszínéhez, csak
kettővel több dimenziójuk van. A Föld felszíne véges kiterjedésű, nincs
szingularitása, nincs határa és nincsenek élei. Ezt kísérletileg is igazoltam.
Körbeutaztam a Földet, és sehol sem estem le róla.
Hartle-lal javasolt hipotézisünket a következőképpen lehet körülírni: a
világegyetem határfeltétele az, hogy nincs határa. A természeti törvények csak
ebben a határok nélküli állapotban határozzák meg önmagukban az összes
lehetséges történelem valószínűségét. Az ismert természeti törvények csak
ebben az állapotban írják le a világegyetem viselkedését. Az univerzum bármely
más állapotában a görbült téridők osztálya a történelmek szerinti összegben
szingularitásokat magukban foglaló téridőket is tartalmaz. Az ilyen
szinguláris történelmek valószínűségének meghatározásához az általunk ismert
természeti törvényeken kívül fekvő elvekhez kellene fordulnunk, amely a
világegyetemen kívüli dolog lenne, és nem tudnánk a világegyetemen belül
értelmezni. Ha azonban az univerzum a határok nélküli állapotban van, akkor
elvben, a határozatlansági reláció által jelentett korlátokon belül teljesen
le tudjuk írni a viselkedését.
A tudomány számára nagyon kellemes körülményeket teremtene, ha a világegyetem
a határok nélküli állapotban lenne. De hogyan tudjuk eldönteni, hogy ebben
van-e? A válasz erre az, hogy a határok nélküli állapot hipotézise lehetőséget
nyújt a világegyetem viselkedésére vonatkozó következtetések levonására. Ha
ezeket az előrejelzéseket nem erősítik meg a megfigyelések, akkor arra a
következtetésre kell jutnunk, hogy a világegyetem mégsem a határok nélküli
állapotban van. Így a határok nélküli világegyetemre vonatkozó hipotézis a
Karl Popper filozófus által definiált értelemben is jó tudományos elméletnek
számít: kísérletekkel megcáfolható.
Ha a megfigyelések nem egyeznek az előrejelzésekkel, akkor tudni fogjuk, hogy
a lehetséges történelmek osztályában szingularitásoknak kell előfordulniuk.
De ez lenne minden, amit ismernénk. Nem tudnánk kiszámítani a szinguláris
történelmek valószínűségét, így nem tudnánk leírni a világegyetem
viselkedését. Azt gondolhatnánk, hogy ez nem számít sokat, ha csak az
ősrobbanáskor lépett fel szingularitás; végtére is ez tíz- vagy húszmilliárd
évvel ezelőtt történt. Ha viszont az univerzum viselkedésének leírása
meghiúsul az ősrobbanás erős gravitációs terében, akkor minden összeroppanó
csillag esetében is meghiúsul ez pedig a mi galaxisunkban is hetente számos
alkalommal előfordulhat. Előrejelzéseink - még az időjárásjelentések
szintjéhez képest is - szegényesek lennének.
Természetesen azt is mondhatjuk, hogy nem kell sokat törődni azzal, ha a
leírás megbízhatósága néhány távoli csillag esetében megszűnik. De a
kvantumelméletben minden, ami nem kifejezetten tilos, megtörténhet és meg is
történik. Ha tehát a lehetséges történelmek osztálya szingularitásokat is
tartalmaz, ezek a szingularitások nemcsak az ősrobbanáskor és nemcsak távoli
csillagokban fordulhatnak elő, hanem bárhol megtörténhetnek. Vagyis semmilyen
viselkedést sem tudnánk leírni. Következésképpen az, hogy mégis képesek
vagyunk események előrejelzésére, kísérleti bizonyítékot jelent arra, hogy
nincsenek szingularitások és megerősíti a határok nélküliség
hipotézisét.
Milyen előrejelzéseket szolgáltat az univerzumra a határok nélküliség
hipotézise? Először is meg kell állapítanunk, hogy az idő mértékeként használt
minden mennyiségnek van egy legnagyobb és egy legkisebb értéke, mert az
univerzum összes lehetséges történelme véges kiterjedésű. Ebből az következik,
hogy a világegyetemnek van kezdete és vége. A kezdetet a valós időben az
ősrobbanás szingularitása jelenti. A képzetes (imaginárius) időben azonban a
kezdet nem jelent szingularitást, hanem inkább olyan, mint a Földön az
Északi-sark. Ha a Föld felületén a szélességi fokokat az időhöz hasonlítjuk,
akkor azt mondhatjuk, hogy a földfelszín az Északi-sarkon kezdődik. De az
Északi-sark a földfelszín egy teljesen közönséges pontja. Semmi különleges
nincs benne, és ugyanazok a törvények érvényesek az Északi-sarkon, mint a Föld
bármely más pontján. Hasonlóképpen az az esemény, amelyet "a világegyetem
képzetes időben vett kezdetének" tekintünk, a téridő teljesen közönséges
pontja, amelyben a tudományos törvények ugyanúgy érvényesek, mint bárhol
másutt.
A Föld felszínének analógiája alapján azt várnánk, hogy az univerzum vége
hasonló a kezdetéhez, ahogy az Északi-sark is hasonló a Déli-sarkhoz. Azonban
az Északi- és a Déli-sark a képzetes időben felel meg a világegyetem
kezdetének és végének, nem az általunk tapasztalt valós időben. Ha a képzetes
időben végrehajtott lehetőségek szerinti összegzés eredményét extrapoláljuk a
valós időbe, akkor a világegyetem kezdete nagyon is eltérő lehet a végétől.
Jonathan Halliwell-lel közelítő számítást végeztünk a határok nélküliség
feltételéből adódó következményekre. A világegyetemet tökéletesen sima és
egyenletes háttérként kezeltük, amelyhez kis sűrűségingadozások járulnak. A
valós időben úgy tűnne, hogy a világegyetem nagyon kis sugarú tágulásba kezd.
Kezdetben a tágulás ún. inflációs folyamat: a világegyetem mérete a másodperc
törtrésze alatt megduplázódna, hasonlóan ahhoz, ahogy bizonyos országokban az
árak évente megduplázódnak. A gazdasági infláció világrekordját valószínűleg
Németország tartja, ahol az első világháború után egy kenyér ára kevesebb mint
egy márkáról néhány hónap alatt több millió márkára emelkedett. De még ez is
eltörpülne ahhoz az inflációhoz képest, amely a korai univerzumban lezajlott:
a világegyetem mérete a másodperc töredéke alatt legalább
millió-millió-millió-millió-milliószorosára növekedett. Ez természetesen még a
jelenlegi kormányzat előtt történt.
Az infláció abból a szempontból hasznos volt, hogy nagy léptékben sima és
egyenletes világegyetemet hozott létre és éppen csak azzal a kritikus
sebességgel tágult, amellyel az összeroppanást elkerülte. Az infláció azért is
jó volt, mert szó szerint szinte a semmiből létrehozta mindazt, amit az
univerzum tartalmaz. Amikor az univerzum egyetlen pont volt, mint az
Északi-sark, semmi sem volt benne. Az általunk megfigyelhető univerzumban
azonban már tíz a nyolcvanadikon részecske található. Honnan származhat ez a
sok részecske? A válasz a következő: a relativitáselmélet és a
kvantummechanika megengedi, hogy energiából részecske-antirészecske párok
nyugalmi energiája, sugárzásból anyag keletkezzen. De honnan származik az az
energia, amelyből az anyag keletkezett? Az univerzum gravitációs energiájából,
kölcsönbe! A világegyetemnek negatív gravitációs energia formájában nagy
tartozásai vannak, amelyet pontosan kiegyenlít az anyag nyugalmi energiájának
formájában jelen levő pozitív energia. Az inflációs periódus alatt az
univerzum súlyos kölcsönöket vett fel a gravitációs energiától, hogy
finanszírozni tudja az anyagképződés nyugalmi energiáját. Az eredmény a
Keynes-féle közgazdaságtan diadala: egy anyagi objektumokkal teli, életerős,
táguló világegyetem. A gravitációs energiának való tartozást pedig a
világegyetem végéig nem kell visszafizetni!
A korai univerzum nem lehetett tökéletesen homogén és egyenletes, mert ez
ellentmondana a kvantummechanika határozatlansági elvének: az egyenletes
sűrűségtől bizonyos eltéréseknek kellett létezniük. A határok nélküliség
hipotézise szerint ezeknek a sűrűségkülönbségeknek alapállapotban kellett
kezdődniük, tehát olyan kicsik voltak, amennyire csak lehetséges,
összhangban a határozatlansági elvvel. Az inflációs folyamat alatt viszont a
különbségek felerősödtek. Az inflációs tágulás időszakát követően olyan
világegyetem jött létre, amely egyes helyein gyorsabban tágult, mint más
helyeken. A lassabb tágulás tartományaiban az anyag gravitációs vonzása még
tovább lassította a tágulást. Ezekben a tartományokban a tágulás megszűnt,
majd összehúzódás következett be, végül galaxisok és csillagok keletkeztek. A
határok nélküliség hipotézise tehát számot tud adni a körülöttünk tapasztalt
bonyolult struktúrákról. Azonban egyetlen előrejelzést sem ad az univerzumra,
hanem a különböző valószínűségű, lehetséges történelmek egy egész családját
szolgáltatja. Talán olyan lehetséges történelem is létezik, amelyben a
legutóbbi választást a Munkáspárt nyerte meg Nagy-Britanniában, bár a
valószínűsége bizonyára meglehetősen kicsi.
A határok nélküliség hipotézise Isten szerepére is messzemenő
következtetéseket tartalmaz. Jelenleg széles körben elfogadott, hogy a
világegyetem jól meghatározott törvények szerint fejlődik. Ezeket a
törvényeket talán Isten rendelte el, de úgy tűnik, hogy a törvényeket azóta
érintetlenül hagyja és nem avatkozik a világ folyásába. A közelmúltig azt
gondolták, hogy ezek a törvények nem érvényesek a világegyetem kezdetére. Az
óraművet Isten húzta fel, és tetszése szerint indította el. A világegyetem
jelenlegi állapota abból adódna, hogy Isten hogyan választotta meg a kezdeti
feltételeket.
Más lenne azonban a helyzet, ha a határok nélküliség feltétele vagy valami
hasonló lenne érvényes. Ebben az esetben a fizikai törvények a világegyetem
kezdetekor is érvényben maradnának, és Isten a kezdeti feltételeket sem
választhatná meg szabadon. Ellenben szabadon választhatná meg a világegyetem
természeti törvényeit. De nem maradna túl sok választási lehetősége. Talán
csak kevés ellentmondás nélküli törvény van, amely olyan hozzánk hasonló
bonyolult lények kifejlődéséhez vezet, akik Isten természetére vonatkozó
kérdéseket tudnak megfogalmazni.
De ha csak egyetlen lehetséges törvénykészlet létezik, az is csupán
egyenletekből álló együttes. Mi lehel az egyenletekbe lelket, és mi teszi
lehetővé, hogy az univerzum eseményeinek lefolyását meghatározzák? A végleges
egyesített elmélet vajon olyan kényszerítő erejű, hogy a saját maga létét is
előidézi? A tudomány talán megoldja az univerzum keletkezésének problémáját,
de nem tud választ adni arra a kérdésre: mi lehet az oka annak, hogy
egyáltalán létezik a világegyetem? Erre a kérdésre én sem tudok válaszolni.