Az univerzum legnagyobb titka: miért létezik a világegyetem?

Van-e tudományos magyarázata a világegyetem létezésének? Miért létezik az univerzum mint anyagi entitás ahelyett, hogy semmi se volna helyette? Ez az első hallásra egyszerűnek tűnő felvetés valójában az empirikus tudomány határain átnyúló olyan nagy kérdés, ami nemcsak az asztrofizika és a kozmológia, hanem a filozófia számára is az egyik legnehezebben megválaszolható feladvány. Azt, hogy az univerzum keletkezése, vagyis a nagyjából 13,8 milliárd éve bekövetkezett ősrobbanás óta miért maradhatott fenn a táguló világegyetem, az asztrofizikusok egy érdekes ellentétpárhoz kapcsolják.

A kozmológia egyik legnagyobb rejtvénye, hogy mitől létezik az univerzum Fotó: Space Wallpapers

Az univerzumot a normál anyag dominálja. Fotó: NASA/JPL

 „Úgy gondoljuk, hogy az ősrobbanáskor a fiatal univerzum 50-50 százalék arányban álló anyag-antianyag keverékként indult, de az anyag nagyon gyorsan átvette az uralmat” – mondja Tara Shears, a Liverpooli Egyetem részecskefizikusa. „Ahhoz, hogy ez megtörténjen, egy nagyon apró különbségnek, vagy aszimmetriának kellett fennállnia az anyag és az antianyag viselkedésében ahhoz, hogy végül az egyik fölébe kerekedhessen a másiknak” – fűzi hozzá Shears. 

Ez a különbség azonban nem jósolható meg, nem érthető, és nincs is rá jelenleg biztos magyarázat

– hangsúlyozza a Liverpooli Egyetem részecskefizikusa. „E különbség megértése az a probléma, amit meg akarunk oldani; ez az anyag-antianyag aszimmetriájának problémája” – emeli ki a kutató.

Akár egy antianyag-univerzum is létrejöhetett volna

Paul Dirac szerint az „anyag” és az „antianyag” kifejezések meglehetősen önkényesek. Az „anyag” fogalma a szabályos részecskékre, az „antianyag” kifejezés pedig az antirészecskékre utal – de ez akár fordítva is történhetett volna. Ha nagyobbrészt nem semmisültek volna meg, az antianyag-részecskék antiatomok és antimolekulák univerzumát alkothatták volna.

Az ősrobbanást követő töredékmásodpercben az anyag kerekedett az antianyag fölé. Fotó: Quantum Zeitgeist

Végül azt nevezték el anyagnak, ami túlsúlyba került a korai univerzumban, az ellentétét pedig antianyagnak. A részecskeütköztetőkben végzett megfigyelések, továbbá az antianyag bomlásának a csillagászati ​​spektrumokban látható nyomai és a gravitációs hullámok segítségével a fizikusok azt próbálják megérteni, hogy miért van ez a nagy és megmagyarázhatatlan eltérés az univerzumban.

A gravitációs hullám a téridő görbületének olyan hullámszerű megváltozása, amit Albert Einstein általános relativitáselmélete jósolt meg. A gravitációs hullámok nemcsak a klasszikus értelemben megfogalmazott tömegvonzás „melléktermékei”, hanem minden gyorsuló tömegnek is a következményei. A gravitációs sugárzás pedig a gravitációs hullámok által továbbított energia.

Di Bari becslése szerint eredetileg több milliárdszor több anyag- és antianyag-részecske lehetett a fiatal univerzumban még azt megelőzően, hogy az ősrobbanás utáni első töredék másodpercben többnyire megsemmisítették volna egymást.

Az ősrobbanás, mint az univerzum kialakulásának és fejlődésének folyamatábrája. Fotó: ELTE

 „Amiből mi felépülünk, az ennek (a rapid folyamatnak) a maradványa” – magyarázza Pasquale Di Bari, a Southamptoni Egyetem fizika- és csillagászatprofesszora.

Az ősrobbanás kozmológiai elmélete szerint az univerzum 13,8 milliárd éve egy rendkívül sűrű és forró állapotból, úgynevezett szingularitásból keletkezett. Helyes értelmezés szerint az ősrobbanás előtt nem létezett sem a tér, sem pedig az idő. A „Nagy Bumm” szűkebb értelemben azt a pillanatot jelenti, amikor az univerzum tágulása (infláció) elkezdődött, tágabb értelemben pedig arra az általánosan elfogadott kozmológiai paradigmára utal, amely mind a világegyetem keletkezését, mind pedig a fejlődési folyamatát ezzel magyarázza és ennek felelteti meg az elemek keletkezését is az Alpher-Bethe -Gamow-féle elméletben leírt nukleoszintézis szerint.

Raymond Volkas, a Melbourne-i Egyetem elméleti részecskefizikusa mindehhez hozzáfűzi, hogy az aszimmetria okát 1967-ben Andrej Szaharov szovjet fizikus vázolta fel először. Szaharov feltételezése szerint azért létezik az univerzumban ez az aszimmetria, mert az anyag és az antianyag-részecskék nem tökéletesen ellentétesek, ezért adott körülmények között eltérően reagálnak bizonyos alapvető erőkre – ezt a jelenséget nevezik „C és CP sértésnek” az elméleti fizikusok.

Az anyag és antianyag közötti aszimmetria a kozmológia egyik legnagyobb rejtélye. Fotó: YouTube

 A „C és CP megsértésének” általános alapelvei ismertek, de a részletek nem – mondta Raymond Volkas a Live Science-nek. „Sok lehetőség van az asztalon! A kihívás az, hogy kísérletileg is különbséget tegyünk közöttük.”

Az univerzumot domináló anyag létrejötte:

• egy olyan ellentétre vezethető vissza, ami az anyag és az antianyag között áll fenn,
• az ősrobbanás után sok milliárdszor több anyag és antianyag részecske létezhetett,
• még azt megelőzően, hogy az ősrobbanás utáni töredékmásodpercben megsemmisítették volna egymást,
• és az univerzumot felépítő anyag e még sok szempontból nem tisztázott folyamatnak a maradványa.