Vajon mi történhetett az ősrobbanás előtt? Olyan ez, mintha azt kérdeztük volna, hogy mi történt a legelső perc előtt. Az ilyen - lo - gikailag nyilván megválaszolhatatlan - kérdésekre a legegyszerûbb hasonlóan lehetetlen kérdések felidézésével „válaszolni". Marcus Chown szerint ezt teszi például Stephen Hawking neves fizikus, aki úgy véli, e kérdés térbeli megfelelőjét úgy fogalmazhatjuk meg, hogy vajon mi van még északabbra az Északisarknál is? Az ősrobbanás ugyanis a téridő abszolút nullpontját jelenti. Olyasmit, aminél korábbi pont, esemény létezése képtelenség. S mi most mégis e képtelenség iránt érdeklő - dünk?

Ám az is elképzelhető, hogy a fentiekből egy szó sem igaz. Egy vakmerő fizikus most olyan kérdésre próbál válaszolni, amilyet mindeddig feltenni sem mert senki. Amennyiben feltevése igazolódik, úgy a világegyetem elképzelhetetlenül régen keletkezhetett, még az ősrobbanás előtt. „Eltekintve most a pontos időponttól, az ősrobbanás igen fontos fordulópontot jelentett az univerzum történetében" - véli Gabriele Veneziano, a CERN kutatója, akit egy évtizede foglalkoztat az ősrobbanás előtti korszak lehetősége.

Veneziano és Maurizio Gasperini, a Torinói Egyetem munkatársa néhány gyenge, de fontos pontot derített fel az ősrobbanásra vo - natkozó modellekben. Például: amennyiben a világegyetem tágulásának kezdeteihez úgy próbálunk meg valahogyan eljutni, hogy gondolatban visszafelé pergetjük le az eseménye - ket; akár egy fordítva befûzött mozifilmet, a sûrûség és a hőmérséklet irgalmatlanul hatalmasra szökik, mintha csak a végtelenhez tartana.

Ez a szingularitás néven is ismert, végtelen pont komoly problémája a fizikusoknak. „E szingularitás létezése végső soron azt sugallja, hogy Einstein gravitációs elmélete, vagyis az általános relativitáselmélet a világegyetem legelső pillanataira bizony nem alkalmazható" - mondja Veneziano. Létezik ugyanis egy úgynevezett Planck-idő - mégpedig az ősrobbanás 10 másodperces környezetében -, amikor a gravitáció erőssége összemérhető a természet többi (erős, elektromágneses, gyenge) kölcsönhatásának erősségével. Éppen ezért a szingularitás fizikájának a gravitáció kvantumelméletével is rendelkeznie kellene. Ilyen elmélet azonban sajnos nem létezik.

Mindazonáltal a fizikusoknak mégiscsak akadt néhány ötlete arra vonatkozólag, hogy hogyan is lehetne a kvantumelméletet a gra - vitációra alkalmazni. Talán a legígéretesebb a String-elméletnek nevezett elképzelés, másképpen a szuperhúrelmélet. E modell szerint a természet alapvető részecskéi elképzelhetetlenül apró stringek, azaz „madzagok", amelyek a kilencdimenziós térben rezegnek, de ebből a kilencből három dimenzió mintegy „feltekeredett" az egy atomnál is kisebb térfogatban. Az alapvető rezgési módusok egyike egy tömeg nélküli részecskének felel meg, ami - mondjuk „graviton" néven - akár a gravitációs kölcsönhatás hordozója is lehet. Ezért határozta el Veneziano, hogy közelebbről is megvizsgálja a szuperhúrelméletet abban a reményben, hogy az a szingularitás problémájának kezelésében is segíthetne. Veneziano meg van győződve arról, hogy az egészen korai idők világegyetemének kozmológiája a legalkalmasabb tartomány a szuperhúr- elmélet kipróbálására ill. alkalmazására.

Veneziano mindenesetre azt találta, hogy a szuperhúrelmélet teljességgel eltünteti - a zérus időpontban fennálló - kellemetlen szingularitást. Tekintve, hogy a stringek mérete véges, a világegyetem mérete zsugorodik - ahogyan az idő visszafelé „halad" -, így sohasem éri el a zérus pontot, tehát a szin - gularitás fel sem merül. Az ősrobbanás szu - perhúrmodelljében a szingularitás mintegy téglafalként szerepel. A string-kozmológiában azonban nem létezik ilyen fal, így tehát lehetséges az ősrobbanás előtti időkre való visszanyúlás.

Amennyiben az ősrobbanás előtti idővel is rendelkezünk, úgy az más problémákat is megold. Ha pedig egy olyan univerzumot képzelünk el, amelyik minden irányban egyformán tágul az általános relativitás elmélete által leírt, a nulla időtől kezdődő, visszafelé való indulási időponttól, úgy hamarosan arra döbbenünk rá, hogy valamilyen különlegesen furcsa helyzet állt elő a világegyetemmel kapcsolatban. Bár a ma megfigyelhető világegyetem egy mindössze 1 milliméter átmérőjû tartományba volt belezsúfolva, a fény által (t=0-tól kezdődően) befutott távolság ennél sokkalta kisebb.

Fentieknek komoly következménye van a korai univerzumra vonatkozóan. Az egyetlen módja annak, hogy a tér valamelyik tartománya „tudomást szerezhessen" arról, hogy mi is történik egy másikban, az az, hogy befolyást gyakorol rá, illetve „hatás száll" ide-oda közöttük fénysebességgel. A korai világegyetem számos tartományból állt s ezek el voltak különítve egymástól - semmiféle ok-okozati összefüggés sem volt közöttük.

A probléma az, hogy a ma világegyeteme homogén. Ez nemcsak azt jelenti, hogy az anyagsûrûség mindenhol ugyanaz, de azt is, hogy az ősrobbanásból hátramaradt sugárzás hőmérséklete - helytől függetlenül - egyforma. Minden elvárás ellenére is, a számos elkülönült tartománynak meg kellett találnia a módját annak, hogy ismereteket szerezzenek egymásról.

Az ősrobbanás standard modelljében azonban nincs elegendő idő arra, hogy a sûrû - ségek és a hőmérsékletek kiegyenlítődhessenek azon ultrarövid időszakasz alatt, ami az univerzum születése és a Planck-idő között fennáll. A kozmológusoknak nem volt alkalmuk modellezni a szupergyors tágulás azon rövid szakaszát, amely a világegyetem teljes megfigyelhető részének „inflációját" idézte elő.

Milyen lehetett ez az ősrobbanás előtti időszakasz? Veneziano szerint a titok megfejtéséhez úgy juthatunk közelebb, ha a világegyetem szimmetriáit tanulmányozzuk. Einstein általános relativitáselméletének - Friedmann ősrobbanásmodelljei néven ismeretes - megoldásai ugyanis rendkívül egyszerû szimmetriával rendelkeznek. Invariánsak például az időtükrözéssel szemben, más szó - val azzal a mûvelettel szemben, ami a tulajdonképpen pozitív időt a negatív előjellel ellátott idővel helyettesíti. Az ekkor kapott megoldás nem a „nagy bummban" (ősrobbanásban), hanem a „nagy zuttyban" (nagy összecsuklásban) végződik.

A szuperhúrelmélet úgynevezett kozmologikus megoldása ugyanezzel a szimmetriával rendelkezik. Ezen kívül ugyancsak szimmetrikus a világegyetem skálafaktorának a változtatásával szemben, vagyis azzal a változtatással, amikor egy mûveletet annak „megfordítottjával" helyettesítünk. Amennyiben az előbb említett mindkét szimmetriát - az időtükrözést és a skálafaktor változtatását - érvényesítjük, úgy szokatlan típusú táguló világegyetemhez jutunk, amelyben inkább a tágulás mértéke gyorsul, semmint a lassulásé. Más szavakkal: ez egy inflációs típusú univerzum. Valamennyi ősrobbanás-típusú megoldásnál felmerül ugyanis egy olyan megoldás is, amelyben a tér a mínusz végtelen időponttól a nulláig (az ősrobbanásig) inflálódik, Veneziano szerint.

A szuperhúrelmélet tehát azt sugallja, hogy a világegyetem tágulása a gyorsuló szakaszába került t= mínusz végtelentől egészen nulláig. A t=0-tól folytatódva azután, mindez átvált egy ráérősen lassuló tágulásba, mégpedig a régebbi típusú Friedmann-féle ősrobbanás lassuló tágulásába.

Így már egészen új megvilágításban látjuk az ősrobbanást. Amit eddig láttunk, az az inf - láció korából a mostani tágulás korába való átmeneti idő volt. Õsrobbanásnál a világegye - temnek maximális a görbülete, maximális a tágulási sebessége és maximálisan nagy a hő - mérséklete Veneziano forgatókönyvében. Az ősrobbanás tehát nem a kezdet, hanem csak egy igen fontos fordulópont az univerzum történetében, azt valószínûsítve, hogy az ősrobbanás már egy későbbi szakaszát jelentette a világegyetemnek, véli Gordon Kane, a Michigani Egyetem részecskefizikusa.

A string-kép egyik óriási előnye az, hogy az ősrobbanás előtti korszak automatikusan inflációs jellegû és több mint elegendő idő áll rendelkezésre, hogy a világegyetem sûrûsége és hőmérséklete kiegyenlítődjék. Ám a tér fejlődésének leírása - az ősrobbanás előtti korszakra - csupán a kép egyik felét jelenti. Miből fejlődött ki a világegyetem? Milyen volt t= mínusz végtelenben?

A világegyetem - az ősrobbanás standardmodelljében - egészen speciális állapotból indult, ahol mind a sûrûség, mind a hőmérsék - let pontosan ugyanolyan volt a teljes tarto - mányban, amely számos, ám egymástól egé - szen elkülönült részekből állt. A kutatók felhívják a figyelmet arra, hogy például a kristályok esetében mindenki az atomok fantasztikusan rendezett voltára figyel fel, ami egy sokkalta amorfabb állapotból - fázisátmenettel - alakult ki. „Elképzelhető, hogy ehhez hasonlóan a világegyetemnek is egy sokkal egyszerûbb - elképzelhetően átlagos - állapotból kellett kifejlődnie" - véli Veneziano.

A lehető legegyszerûbb világegyetem - legalábbis Veneziano szerint - kiterjedésére nézve végtelen, üres, hideg és „lapos" is, ahol e legutóbbi tulajdonság a tér görbületének le - hető legalacsonyabb voltát jelenti. Veneziano és kollégái - a kaliforniai Alessandra Buonanno, valamint a francia Thibault Damour - mindezt az „aszimptotikusan triviális múlt" elvének is szokták nevezni.

Sokan persze bírálják is az elképzelést. „Olyasmi ez, mintha homogenitást tételeznénk fel elsősorban - mondja Paul Steinhardt kozmológus (Princeton Egyetem) - Veneziano nem oldott meg egyetlen kezdeti feltételt sem azzal, hogy triviálisaknak nevezte e feltételeket."

A Veneziano emlegette laposság valóban nem nyújt elegendő magyarázatot, ám úgy véli, hogy a szuperhúregyenletek legáltalánosabb megoldása a gravitációs hullámok kaotikus tengerével - és a térgörbület véletlen fluktuációival - töltött tér, és amennyiben a tér teljesen lapos lett volna, akkor ez egészen közönséges módon lett volna kezdetleges.

Azt, hogy a világegyetem valószínûleg mégsem triviális, mi sem bizonyítja jobban, mint a mi létezésünk. Az idő múlott - s ez az állapot sokáig tarthatott -, a fellépett klasszikus ingadozások következtében olyan tartományok is létrejöhettek, ahol az energiasûrûség az átlagot erősen meghaladta. Ezek az ingadozások - akárcsak mai világegyetemünkben - még fekete lyukak keletkezését is eredményezhették.

Hogy élettel telivé tegyük az egész forgatókönyvet, anyagi részecskékkel kell a körülöttünk lévő világot benépesíteni. Veneziano szerint efféle részecskék az elektronok, a pozitronok és a fotonok, amelyeket a térgeometria ingadozása hozott létre. És itt juthat szóhoz a kvantummechanika is. Míg az erős elektromágneses térrel való játszadozás elektron-pozitron párokhoz, addig az erősen változó gravitációs tér mindenféle részecske keletkezéséhez vezet. A nagy mozgási energiájú részecskék fokozatosan felmelegítik a világegyetemet.

Hogy az ősrobbanást megelőző történetre vonatkozó forgatókönyv valamivel több legyen, mint tudományos-fantasztikus regény, bizonyos előrejelzést is kellett adnia a világegyetem további sorsára vonatkozóan. Szerencsére egy sereg - az infláció standard modelljén alapuló - vizsgálható előrejelzés is akadt ezek között. Amennyiben Venezianónak igaza van, úgy a világegyetemnek - a triviális múltból itt maradt - gravitációs hullámok tengerével kell tele lennie. A hullámok gyengék és kilátásunk arra, hogy ezeket - vagy közvetlen utódaikat - a szokásos detektorokkal érzékelhessük, nem túl jó. Mindenesetre, Veneziano fenntartja meggyőződését, hogy a harmadik generációs detektorok képesek lesznek a gravitációs hullámokból kialakult háttér felderítésére.

Az ősrobbanás előtti korból származó effektusok szintén láthatóakká válnak a kozmikus mikrohullámú háttérben, az ősrobbanás „utánfénylésében". Veneziano megjósolja a kozmikus sugárzás - különböző szögekhez tartozó - energiaspektrumát, legalábbis azt, ami a standard elméletek kereteiben értelmezhető. Mindezekre a novemberben felbocsátott amerikai MAP-mûhold, vagy pedig a 2007-ben pályára állítani tervezett európai Planck-ûrszonda mérései nyomán kaphatunk választ.

Az ősrobbanást megelőző kor forgatókönyvével persze más problémák is vannak. Sokan vádolják Venezianót azzal: anélkül tolta korábbra az univerzum születését, hogy - ezzel párhuzamosan - bármi egyebet is tett volna. Veneziano tiltakozik e vád ellen és a standard ősrobbanás nagy fejlődéséről beszél.

További kérdés, hogy mi történik a zérus időben. Az ősrobbanás előtti világ egységesen alakult át - simult óvatosan bele - a lassan tá - guló univerzumba. Ez a „foltozzuk össze" probléma pontosan az, amit a hurokelmélet - a szingularitástól való viszolygástól vezérelve - meg tud oldani. Ám az még most sem vilá - gos, hogy az összefoltozás hogyan is mûködik. Veneziano nincs az összes bizonyíték birtokában, de sok kozmológus szerint már eddig is hatalmas munkát végzett, ami minden bizonnyal ösztönző lehet másoknak is az ebben a témában való elmélkedésre. Sokan máris örömmel fogadják, hogy valaki próbálkozik a kozmológia húrkapcsolatainak létrehozásával. Mások azonban nem látják ennyire derû - látóan az elképzeléseit, s bár értékelik Veneziano kreativitását és báját, úgy gondolják, hogy már évek óta rossz, de legalábbis nagyon valószínûtlen úton jár.

Persze az, hogy esetleg nincs igaza, a legkevésbé sem zavarja Venezianót. Õ hajlandó megengedni még ezt a lehetőséget is. Ám azt mondja: „megrengettük a falat. Akarjátok tudni, hogy mi volt az ősrobbanás előtt? Hát kérdezgessetek! Most már nem tabu többé".

Az elemirész-fizika elméletei közül, az igen sikeres - de nem korlátlan hatókörû - Standard Modell mellett a Nagy Egyesített Elmélet (GUT = Great Unification Theory) áll. Továbbá, „egy másik, nagyon divatos elmélet a Superstring (szupersztring, szuperhúr) elmélet - a minden elmélete (TOE = Theory Of Everything). Ennek csírái igen korán, már a hatvanas évek elején megtalálhatók G. Veneziano mûveiben. Õ azonban tisztán az erős kölcsönhatás keretei között konstruált hasonló szerkezeteket. John Schwarz és Michael Green ehhez kapcsolódó munkáira csak a nyolcvanas évek második felében figyeltek fel. Az elmélet a súlypontot a tér topológiájára helyezi át: világunk valójában 9dimenziós, de ebből hatot nem észlelhetünk közvetlenül, mert ezek egy Planck-hossz (10cm) méretû, sokdimenziós hengerre vannak valamiképpen „felcsévélve". Az elmélet egyik legeredetibb és legjellemzőbb névadó vonása: a részecskék nem pontszerû struktúrák, hanem inkább húr vagy hurok alakúak. E húroknak a 9dimenziós térben felvett különböző vibrációs formái határozzák meg a részecskék jellegét, mármint, hogy fotonként vagy kvarkként észleljük őket." [2] (Lásd még a Természet Világa 2000. évi III.- Mikrovilág - különszámát.) [3]