A közelgő - most már nyugodtan mondhatjuk, elkerülhetetlen - világvége ürügyén nem árt számba vennünk azokat a lehetőségeket, melyek holtbiztosan vezethetnek ahhoz, hogy létünk emlékei is eltöröltessenek. Akadnak köztük látszólag abszurd és hajmeresztő, ugyanakkor a modern fizika számára egyáltalán nem valószínűtlen forgatókönyvek is.
Már a vákuum se a régi
A vákuumot a köznapi értelemben a légüres tér metaforájaként szokás használni: olyan, zárt és "üres" térrészt jelölünk vele, ahonnan valamilyen ravasz módszerrel kiszippantottuk a gázt. A fizikusok - mintegy nehezítésként, s hogy a virtuális mutatvány még látványosabb legyen - előírják még a kiürítésre kijelölt térrész lehűtését abszolút nulla fokra. Az még hagyján, hogy teljesen "üres", "anyagmentes" térszeleteket technikailag szinte lehetetlen előállítani, ám a modern fizika alapteóriája, az elemi részecskék viselkedését leíró kvantumelmélet szerint ez elméletileg sem lehetséges. Utóbbi (illetve fizikai mezők és terek leírására általánosított formája, a kvantumtérelmélet) szerint vákuumállapotnak mindössze a lehető legkisebb energiával bíró kvantumállapotot hívjuk. Általában mondhatjuk, hogy a vákuum ilyenkor nem tartalmaz egyetlen részecskét sem, ámde a vákuumállapot ennek ellenére sem azonosítható a teljesen üres térrel. A kvantummechanika szerint ugyanis e látszólag üres és elhagyatott térrészben igen rövid élettartamú részecskék és antirészecskék (virtuális partikulák) keletkeznek, melyek azután hamarosan ki is oltják egymást - és akkor még nem is beszéltünk az iménti folyamatok révén keletkező gerjesztett elektromágneses sugárzásról.
Emiatt a vákuum - pontosabban: minden kvantumfizikailag értelmezett mező legkisebb energiájú állapota - többnyire (de nem kizárólag) egyfajta nullponti vagy zéró szintű energiával rendelkezik, amit eddig is megannyi alternatív energetikus próbált "kicsatolni".
Vákuumfluktuációnak hívják azt a jelenséget, melynek során (és a Heisenberg-féle határozatlansági elvből is következően) a tér egy-egy pontjában látszólag és átmenetileg sérül az energiamegmaradás elve, de éppen ez teszi lehetővé részecskék és antirészecskék átmeneti létrejöttét a "semmiből".
A kvantumfizika szerint minden mező (beleértve az elektromágneses mezőket is) fluktuációt mutat, ami azt jelenti, hogy a mező aktuális értéke egy bizonyos átlagérték körül változik. Még az abszolút nulla fokra lehűtött vákuum is rendelkezik ilyen változó fizikai terekkel, amelyek azután a vákuumfluktuáció előbb méltatott mutatványával szolgálnak.
A vákuum nullponti energiája tehát létezik, sőt számolni is lehet vele, még ha ennek mértéke egy általunk belátható, szerény nagyságú légköbméterre számítva nagyon kicsi is. Azonban ha univerzumunk teljes (felmérhetetlen) végtelenjét tekintjük, akkor ez a nullponti energia óriás értéket képvisel, s ez egyben magyarázatot kínál a kozmológiai konstans létére - a standard kozmológia szerint ez az állandó biztosítja a világegyetem folyamatos tágulását. A vákuum nullponti energiája (melynek létét leginkább a klasszikus vákuumba, egymás pár mikrométeres közelségébe helyezett két fémlemez között fellépő vonzerővel, azaz a Casimir-effektussal szokták igazolni) elválaszthatatlan a fent méltatott virtuális részecskék létének feltételezésétől. Ám ez utóbbiaknak létezniük kell, már csak a kvantummechanikát jellemző látszólagos paradoxonok, ez esetben leginkább az energia-idő határozatlanság miatt, mely lehetővé teszi, hogy részecskék egy rövid időre energiát "kölcsönözzenek" saját átmeneti létükhöz. A vákuumállapot tehát ott "kotyog", fluktuál, pulzál világunk alján: ezt kapjuk, ha kivonjuk belőle az összes tartós léttel bíró részecskét. Meglehet, Földünk és kis környezete igen gazdag "sűrű" matériában, de a világegyetem nagy részének kiürítéséhez nem is kéne oly sok munkát végeznünk: bizony, már most is jól közelíti eme vákuumállapotot.
S ez még nem minden. A fizikusok feltételezik, hogy a valódi vákuumállapotok mellett léteznek hamis vákuumállapotok is. Ez ugyan vákuum abban a tekintetben, hogy az adott körülmények között a lehető legkisebb energiasűrűséggel bíró állapot, de hamis is, hiszen léte csupán átmeneti. A hamis vákuumállapot magasabb energiaszinten van, mint a valódi vákuum, márpedig a természetben minden mérhető és megragadható entitás, rendszer, állapot és részecske (kissé leegyszerűsítve és némileg determinisztikus módon fogalmazva) a lehető legkisebb elérhető energiaállapot felé törekszik - ez megnyugtató lehet minden lusta ember számára! E tendencia csupán része egy általánosabb, jól matematizálható princípiumnak, melyet régebben a legkisebb hatás elvének neveztek, manapság leginkább Hamilton-elvnek hívnak.
A vákuum metastabil (csupán az adott kis környezetben, a maga szűk világában és átmenetileg stabilis) és valódi stabil állapota között nincs sima átmenet: egy komoly energiagátat, afféle sorompót kell legyőzni ahhoz, hogy a tér adott szelete hamisból valódi vákuummá alakuljon. A gát megkerülését szolgálják az úgynevezett kvantummechanikai alagúteffektusok. Ezek kétségtelenül a hétköznapi tudat számára látszólag paradoxnak tűnő kvantumfizikai jelenségek, a lényeg, hogy a hullámszerűen viselkedő anyagi részecskék a tér tőlük energetikai szempontból elzárt részén is előfordulhatnak, s a klasszikus mechanika szempontjából látszólag leküzdhetetlen akadályokat is áthághatnak.
Hamis vákuummal kapcsolatos megfontolások segítették Alan Guth jeles fizikust, aki jó három évtizede a "nagy bumm", azaz az univerzum keletkezése utáni rövid idő történetét szerette volna feltárni, s eközben magyarázatot találni a világ történetének első pár töredékmásodpercén belül bekövetkező gigantikus tágulásra. (A fizikusok máig nem álltak elő kellőképp meggyőző megoldással.)
Guth szerint a világegyetem az ősrobbanás után egy ilyen hamis vákuum csapdájába esett, s amikor ez a kamu üresség hirtelen átalakult stabil állapotúvá, akkor egy új, a korábbinál jóval nagyobb méretű vákuumbuborékká fúvódott fel. Mindez pedig exponenciális méretű, a gravitációs hatást is ellensúlyozó tágulással járt - így keletkezett világunk, melyet felületesen ismerni vélünk.
Guth megoldása (a hamis vákuum - meglehet, csak részleges - megszűnése által generált buborékuniverzumokról) ma már nem örvend osztatlan elismerésnek. Más fizikus kollégák rájöttek, hogy egy ilyen folyamathoz szükséges durva kvantumfizikai alagúteffektus során a világegyetem homogén és izotróp (minden irányban és minden fizikai jellemző szempontjából azonos eloszlású) jellege (erről lásd: Porból leszünk, Magyar Narancs, 2007. december 20.), sem maradhatna meg. Ám a hamis vákuumról szóló eszmefuttatások némileg riasztó távlatokra engednek kilátást. Az energiaviszonyok szempontjából metastabil vákuumállapot ugyanis a gyanú szerint nem veszett még ki a világunkból, sőt a részleges bomlással (feleződéssel) együtt ez is inflálódik, azaz fokozatosan felfúvódik. Mi van akkor, ha (feltéve, de meg nem engedve) mostani világunk, de legalábbis szűkebb asztronómiai környezetünk is csak egy afféle hamis vákuum?
Nos, ha a mi kicsiny, ámde ezek szerint hamiskás világunk valamilyen trükk árán, a küszöbenergiát legyőzve átlendülne a holtponton, és egy stabilis vákuumállapotba kerülne, akkor a mostani helyén egy új, nyilván szebb világ jönne létre, eddig még ismeretlen anyagi kondíciók és energiaállapot mellett - és egészen biztosan nélkülünk. Ráadásul akadnak olyan vélekedések, hogy nem is kell feltétlenül kvantumfizikai alagúthatás a hamis vákuumállapotból való kibillenésre. Ehhez elég, ha beindítjuk valamelyik részecskegyorsítónkat - mondjuk az LHC-t. Ennek működése során a tér bizonyos csekély kiterjedésű pontjain olyan energiasűrűségek jöhetnek létre, melyek révén már áttörhető a fent emlegetett energetikai sorompó, s ez elősegítené a hamis vákuum lebomlását és egy új vákuum létrejöttét. Szerencse, hogy más fizikusok (Piet Hut és Martin Rees) jóval szkeptikusabbak e forgatókönyv kapcsán. Feltevésük szerint a Föld légkörében történő (a kozmikus sugárzásnak köszönhető) részecskekarambolok sokkal nagyobb energiaszinten zajlanak, mint amit elő tudunk állítani kozmikus skálán mérve egyelőre szerény léptékű részecskegyorsítóinkban, de mégsem nyelte még el Földünket a féregjárat, hogy a túloldalán egy új, szebb, nagyobb, lakályosabb és alacsonyabb energiaszintű vákuum fogadja be porhüvelyünk elemi részecskéit. Sajnos itt már egyáltalán nem érvényesülnek fizikai világunk törvényei - éppen ezért nemcsak az általunk ismert élet válik lehetetlenné, de a kémia általunk ismert törvényszerűségei is mehetnek a kukába, nagy - bár csak pillanatnyi - elégtételére azoknak, akik eddig sem tanulták meg őket.
A jövőben persze a részecskegyorsítók energiája is meghaladhatja az általunk ismert legnagyobb energiájú kozmikusrészecske-karambolok energiaszintjét, ám ehhez becslések szerint majdnem másfél évszázad szakadatlan fejlődése szükséges. És mi tagadás, kevesen hiszünk abban, hogy világunkat, miközben tudatosan készül a hamis vákuumba való beleomlásra, idő előtt el ne sodorná valamilyen másik katasztrófa.
Lélegző, furcsa hajnalon
Az általunk közelebbről is jól ismert, nehéz súlyú anyagi részecskéket kvarkok építik fel, a kötőerőt szolgáltató mértékbozonok (jelen esetben gluonok) segítségével. Az egyaránt háromkvarkos protonokat és neutronokat például az elemi részecskék első osztályába tartozó u- és d-, azaz fel- és le-kvarkok építik fel - eltérő keverési arányban. Nos, a fizika jelenlegi állása szerint az anyagnak létezik más hipotetikus formája is - ezek volnának a strangeletek, azaz a furcsák. Az ilyen részecskéket a szokásos fel- és le-típusú kvarkokon kívül még s-, azaz furcsa típusú kvarkok alkotják. A hipotetikus strangeletek mérete parányi, pár femtométer (a méter billiomod részének ezredrésze). Ha egy nagyobb mennyiségű kvarkból épülő részecskegolyó mérete hirtelen elérné a méteres nagyságrendet, akkor ezt a gömböcöt már kvarkcsillagnak hívnánk. A strangelet volna az ún. furcsa anyag építőköve, ami abból a szempontból fontos, hogy ez lehetne az egyik legvalószínűbb megfejtés az univerzumunkban óriási mennyiségben jelen lévő, eddig megmagyarázatlan eredetű sötétség (anyag, sőt tán az energia) mibenlétére vonatkozólag. Ráadásul az asztrofizikában a furcsa anyag kétféle entitást is jelölhet. Az egyik egyszerűen "elfajult", melyben az óriási hőmérséklet és nyomás alatt a protonok és neutronok kvarkokká esnek szét, és a létrejövő kvarkos anyag az u- és d-típusúakon kívül már furcsa kvarkokat is tartalmaz. Ez, ha úgy tetszik, a furcsa anyag banális formája, ugyanis Bodmer és Witten jeles fizikusok hipotézise szerint létezik olyan, strangeletekből felépülő matéria, amely stabilisabb is, mint az általunk ismert - ezek szerint megint csak - metastabil világ. Ráadásul ez a tulajdonságuk ragályos: ha instabilabb részecskékkel találkoznak, azok átveszik tulajdonságaikat, és maguk is átalakulnak. Ha egy ilyen hiperstabil furcsa anyagtömeg (mondjuk egy sajátos kvarkcsillag) találkozna univerzumunkkal, hamarosan az egészet a maga arcára formálná, vagyis szofisztikált létformáink az élettelen természettel együtt mennének a levesbe.
Ezek alapján persze életbevágó volna tudni, hol is akadhatunk efféle strangeletekre. Egyes kutatók szerint léteznek eddig még nem detektált hibrid csillagok, melyek magja nagy nyomású furcsa anyagból áll, amit kívülről magában is elfajult neutronos anyag borít. De könnyen lehet, hogy azok a furcsa jelek (szokatlan mikrohullámú és gamma-sugárzás által formált ködszerű derengés), melyek akár saját galaxisunk közepéből származnak, s melyeket sokan a sötét anyag első fizikai megnyilvánulásának vélnek, akár zéró nyomás mellett is stabilis strangeletek masszív jelenlétéről tanúskodnak. Még az is lehet, hogy holmi kvantumfizikai féreg rágja belülről a világunkat, csak még nem vettük észre, miként alakul át mind nagyobb mennyiségben metastabil galaxisunk nekünk furcsának tűnő, valójában tökéletesebb, energetikailag nyugalmi állapotban lévő masszává, mely életet persze nyomokban sem tartalmaz. S persze a fenti elméletnek van egy még különösebb következménye. Ha az általunk ismert anyag metastabil, akkor lassan magától is elbomlik furcsa, azaz éppen hogy rendes anyaggá. Csakhogy ez a bomlásidő iszonyú hosszú lehet (akár az univerzum korához mérhető) - úgyhogy a nagy semmittevés közben kénytelenek vagyunk inkább valami más, drámaibb kataklizma után nézni.
