Coleman és DeLuccia baljóslata

Az Univerzum további fejlődésére ma két igazán elfogadott elmélet létezik: a hőhalál elmélet és a Nagy Reccs hipotézis. Az előbbi feltételezi, hogy a Világegyetemben nincs elég anyag az Ősrobbanással megindult tágulás megfékezésére, tehát az Univerzum örökké tágulni fog. A Világegyetem nem lesz több egy elemi részecskékből álló fénymentes híg "levesnél". A Nagy Reccs szerinti forgatókönyv a következőképpen fest: az Univerzumban elegendő anyag van a tágulás megfékezésére, sőt, a folyamat meg is fordul. A Világegyetem összehúzódik, míg végül az Ősrobbanás előtti állapotba, szingularitásba kerül. Akármelyik elmélet is igaz, a végállapot csak nagyon-nagyon sokára fog bekövetkezni.

Einstein szerint semmi sem haladhat gyorsabban a fénynél, így az információ sem. Mikor az eget fürkésszük, egy kozmikus pillanatfelvételt látunk, amely az évezredekkel vagy akár évmilliókkal ezelőtti múltat mutatja, az objektum távolságától függően. Ebből következik, hogy a fénysebességgel terjedő fizikai hatásokról csak bármely előzetes figyelmeztetés nélkül szerezhetünk tudomást. Tételezzük fel, hogy a Nap valami folytán felrobbanna. Ebben az esetben a sugárzás 8 perc alatt érné el Földünket, mi pedig még azalatt a 8 perc alatt boldog tudatlanságban élnénk. Hasonlóképpen az is előfordulhat, hogy egy közeli csillag már fel is robbant, és a gyilkos sugárzás fénysebességgel halad piciny Földünk felé. Erről sem szerezhetnénk tudomást mielőtt nem ér el minket. Ha felpillantunk az égre, minden nyugodtnak látszik, de lehet, hogy a valóságban nem ez a helyzet.

A Világegyetem legtöbb hirtelen bekövetkező erőszakos cselekménye csak néhány fényévnyi körzetben pusztítja el a bolygókat, csillagokat. Vajon létezhetnek-e az egész Világegyetemet romba döntő események? Megsemmisítheti egy katasztrófa az egész, élete delén járó Univerzumot?

1980-ban két fizikus, Sidney Coleman és Frank De Luccia baljóslatú cikket közölt a Physical Review D című folyóiratban, a következő címmel: "Gravitációs hatások a vákuumbomlásra és viszont". A cikkben említett vákuum szó alatt kvantumfizikai vákuumot értenek. A vákuumnak nem ez az egyetlen lehetséges állapota létezik, hanem számos különböző kvantumállapot létezhet. Minden különböző vákuumállapothoz más energiaszint és kvantumos aktivitás tartozik.

A természeti törvények egyik alapelve értelmében a nagyobb energiájú állapotok az alacsonyabb energiájú állapotokba igyekszenek elbomlani. Hasonlóképpen a gerjesztett vákuum is a stabil állapotba törekszik. A felfúvódó Világegyetem képe azon az elgondoláson alapul, hogy a Világegyetem keletkezésekor jelen volt egy gerjesztett vákuum, melynek elbomlása alatt az Univerzum hihetetlen mértékben megnövekedett.

Azt feltételezzük, hogy a Világegyetem jelenlegi állapota a lehető legalacsonyabb energiaszintű, tehát valódi vákuum. De mi van, ha ez nem igaz? Coleman és De Luccia nem féltek végiggondolni azt a lehetőséget, hogy a mai Világegyetem a vákuumnak csupán egy hosszú évmilliárdok óta változatlan, metastabil állapota. Ez azért nem elképzelhetetlen, mert ismerünk olyan kvantumfizikai rendszereket, melyeknek felezési ideje több milliárd év, ilyen például az urán atommag. A két fizikus elméletének kulcsa a kvantumfizikai alagútjelenség.

Mint ismeretes, a kvantumok szintjén semmi sem határozható meg teljes pontossággal előre. Képzeljük el, hogy egy részecske falakkal körül van véve. Ez a fal választja el az alacsonyabb energiaszintű állapottól. Ahhoz, hogy a falat megmássza, energiára van szüksége. Ezen a ponton lép be a Heisenberg-féle határozatlansági elv: egy részecske spontán módon energiatöbblethez jut, amelyet később (nagyon rövid idő múltán) "vissza kell fizetnie". Elvileg ezzel az energiatöbblettel megmászhatja a falat, és átjuthat az alacsonyabb energiaszintű állapotba. Aki arra gondol, hogy az lehetetlen, azt el kell keserítenünk, hiszen a tudomány több olyan rendszert ismer, amelyben ez a folyamat lejátszódik. Ilyen például a radióaktív alfa-bomlás.

De térjünk csak vissza az eredeti gondolathoz! Tételezzük fel, hogy a Világegyetem jelenlegi energiaszintje nem a legalacsonyabb. Ebben az esetben lehetséges, hogy egy részecske akkora energiatöbblethez jut, amellyel megmászhatja a falat. És ekkor jön el a vég. Ha a bomlás megindult, akár csak mikroszkopikus mértékben is, akkor folyamatosan gyorsulva kezdi elnyelni a teret a hamis vákuum elől. A két állapot közötti energiakülönbség óriási lehet. Amikor ez az energia felszabadul,   hatalmas lökéshullámként seper végig az Univerzumon. Az általunk ismert élet lehetetlenné válik, de még maga az anyag is megsemmisül.

Nos, valóban elszomorító a gondolat, hogy esetleg hamis vákuumban élünk. Ha ez így lenne, komoly bajban lennénk. Mert lehet, hogy tíz-húsz milliárd éven keresztül nem bomlott el ez a vákuum, ám ez valójában csak azért van, mert ennek nagyon kicsi a valószínűsége. De kétségkívül van valószínűsége. Ha tehát Coleman és DeLuccia feltevése igaz, a hirtelen halál akármikor bekövetkezhet. Akár most, a következő pillanatban is.