Címkearchívumok: finomhangoltság

Az élet különlegességének rejtélye

Tudomány, , , ,

Az Univerzum egyik legfurcsább tulajdonsága, hogy rendkívüli módon szerencsés. Egyre több alapvető állandóról derül ki, hogy ha valamennyivel több, vagy kevesebb lenne az értéke, az Univerzum nem létezhetne. És ez a „valamennyivel”, ez bizony meghökkentően kis mennyiséget jelent, 10-60, 10-120 nagyságú számok fordulnak elő például a gravitációs állandó és a kozmológiai állandó esetében.

És ha az Univerzumról elmondható, hogy szerencsés, az életre ez még inkább jellemző. Hiszen az élethez természetes módon szükség van az Univerzumra, de ez persze még nem elegendő. Végtelen számú Univerzumot tudunk elképzelni úgy, hogy benne az élet legkisebb szikrája sincs jelen. Az élethez kellenek atomok, kellenek csillagok, bolygók, és jó néhány egyéb feltételnek kell még teljesülnie ahhoz, hogy az élet komplex formái megjelenhessenek. Egy bolygó felszínén például nagyon szűk korlátok között változhat a hőmérséklet, és a felszíni gravitáció sem lehet sem túl erős, sem túl gyenge.

Az élet tehát különleges. Nem egyszerű módon az, hanem elképesztő, megdöbbentő és egyelőre megmagyarázhatatlan módon az. Annyi mindennek kell nagyon nagy pontossággal meghatározottnak lennie, hogy azt mondhatjuk, az Univerzum az élet hordozására született.

Csak néhány példa ennek alátámasztására:

  • a tágulás és a gravitáció összehangoltsága: ha a tágulás túl gyors, az Univerzum felhígul, kiürül és óriásivá tágul, mielőtt bármi kialakulhatna benne. Ha túl lassú, akkor az Univerzum összeomlik, mielőtt a komplex struktúrák kialakulhatnának benne
  • az anyagban lévő sűrűségingadozások az Ősrobbanás kezdeti szakaszában nem lehetnek sem túl nagyok, sem túl kicsik. Az előbbi esetben csak fekete lyukak léteznének, az utóbbi azt jelentené, hogy nem lennének nagyléptékű struktúrák, galaxisok, galaxis halmazok, filamentek.
  • a gravitációs és az elektromágneses kölcsönhatás erősségének aránya: ha túl erős a gravitáció, a bolygók felszínén nem alakulhatnak ki élőlények, ha túl gyenge, a bolygók nem képesek a légkört és a vizet megtartani
  • a gravitáció és az erős kölcsönhatás erősségének aránya: ha túl erős a gravitáció, a csillagok összeomlanak, mielőtt energiát termelhetnének, ha túl gyenge, a csillagokban nem indul be a fúzió, mert nincs elegendő nyomás
  • ha nincs a kvantummechanika alagúteffektusa, akkor nincs lassú fúzió a csillagokban. A csillagok pillanatszerűen alakítanák át a kisebb atomokat nagyobbakká, és sok milliárd évig működőképes csillagok nem léteznének, talán még a néhány száz éves csillag is ritka lenne, hiszen a gyors fúzió szétrobbantaná a frissen született csillagokat is. Ez a tulajdonság azért is kiemelkedően különleges, mert itt nem egy fizikai állandó rendkívüli módon szerencsés értékéről van szó, hanem a fizika egy amúgy is nagyon furcsa tulajdonságáról, ami lehetővé teszi azt, hogy részecskék néha olyasmiket is véghezvigyenek, amire egyébként nem lehetnének képesek. Át tudnak lépni olyan potenciálgátakat, amiknek a leküzdéséhez nincs elegendő energiájuk. És azt, hogy erre mikor képesek, pusztán a vak szerencse dönti el (mai tudásunk szerint)
  • a szén kialakulása a csillagokban: az élet szempontjából ez egy különlegesen érdekes folyamat. A szén létrejöttéhez ugyanis a csillagokban egy speciális rezonancia állapot megléte szükséges, ez egy közbenső lépcső a fúziós folyamatban, ha ez nem lenne, akkor a szén nem alakulhatna ki a csillagokban, ennek következtében a nehezebb elemek hiányoznának az Univerzumból. Szén hiányában pedig élet nincsen, és persze a nehezebb elemek hiánya is akadálya lenne az élethez szükséges bonyolult molekulaszerkezetek felépülésének.
  • a 3 dimenzió léte is meghatározó az élet szempontjából, mert ez teszi lehetővé a stabil bolygópályák létezését. Több dimenzióban nem lennének stabilak a pályák, kevesebb dimenzió pedig a komplexitás akadálya lenne. Tehát éppen 3 a megfelelő dimenziószám, ami persze megint csak megdöbbentően érdekes koincidencia.

Folytathatnánk még a furcsábbnál furcsább tulajdonságok felsorolását, de már ez is elég ahhoz, hogy megerősítsük az előbbi megállapításunkat, az Univerzum olyan, mintha az élet hordozására hozták volna létre. Ez egy meglehetősen erős érv az intelligens tervezés elmélete mellett, de most nem ebből a szempontból vizsgáljuk a kérdést. Az intelligens tervezés elmélete ugyanis egy szinttel feljebb tolja a problémát, immár nem az Univerzum és az élet eredete a kérdés, hanem az intelligens tervező léte és eredete. Ettől még természetesen létezhet az intelligens tervező, de ez innentől már nem vizsgálható tudományosan.

Vajon az egyetlen és kiválasztott?

Az Univerzum finomhangoltságának jeleit tehát most nem az intelligens tervezés bizonyítására használjuk fel, hanem arra, hogy felhívjuk a figyelmet egy ezzel kapcsolatos rejtélyre: ha ugyanis az Univerzum olyan, hogy a finoman hangolt és nagyon valószínűtlen tulajdonságai teszik lehetővé az élet létezését, azaz az Univerzum determinálja az élet megszületését és virágzását, akkor vajon miért nem látunk az Univerzumban mindenfelé életet?

Ez a kérdés már korábban is felmerült, és Fermi-paradoxonként vált ismertté. A probléma akkor vált nyilvánvalóvá, amikor a Drake formulával megpróbálták megbecsülni az intelligens civilizációk számát a Galaxisban és az Univerzumban, és a józan becslések is nagyszámú civilizációt jósoltak már a Galaxisban is. Ennek akkor sem, és az óta sem látjuk semmilyen jelét. Tehát nyilvánvaló ellentmondás van a becslés és a valóság között.

Ez a paradoxon még erősebb lesz akkor, ha tekintetbe vesszük az Univerzum jól hangoltságát is. A helyzet olyan, mint egy nagyváros, amiben életerős, termőképes férfiak és nők élnek, élelemmel, vízzel jól ellátva, meleg és kényelmes otthonokban, amelyekben több gyerekszoba, bölcsők, kiságyak, játékok és minden egyéb jelen van, a városban óvoda, bölcsőde, iskola, játszótér várja a gyerekeket, de nincsenek gyerekek. A város tehát jól hangolt a gyerekek megszületésére és felnevelésére, de gyerekek valamiért nem születnek.

Az Univerzum egy ponton más, mint az előző példában szereplő város: itt van élet, mégpedig a Föld nevű bolygón, a Naprendszerben, a Galaxisban. Mintha az előző jól hangolt városban csak egyetlen gyermek született volna.

A paradoxon tehát sokkal, de sokkal érdekesebb és különlegesebb. Nem arról van szó tehát, hogy egy minden szempontból életre hangolt Univerzumban ne lenne élet, hanem a helyzet az, hogy van élet, de egyetlen példányban. Ez számomra egy sokkal nagyobb rejtély, amit valahogy mégis csak meg kellene próbálni megmagyarázni.

Az első lehetőség, hogy a Földön kívül is van élet, de még nem találtuk meg. És most hagyjuk a rengeteg történetet a földönkívüliek látogatásairól, az UFO észlelésekről és az elrablásokról, mert én ezeket nem tekintem valódi bizonyítéknak. Tény, hogy valami magyarázatot ezekre is kellene találni, de amíg az egész földi civilizáció fel nem veszi a kapcsolatot egy kétségkívül földön kívüli másik civilizációval, addig én a „magányos élet” verziót fogadom el, azaz, az Univerzumban egyedül a Földön létezik élet.

Miért vagyok ezen az állásponton? Egy 13 milliárd éves Univerzumban az értelmes civilizációk fejlődésében 1-2 ezer év különbség nem tűnik nagy időnek. Ha belegondolunk abba, hogy a Galaxisban körülbelül ugyanakkor jöhettek létre a csillagok és a bolygórendszerek, mint amikor a Nap és a Föld kialakult, akkor nem tűnik túlzásnak az elképzelés, hogy az életnek is nagyjából azonos időben kellett volna létrejönnie a bolygórendszerekben. Ha a környezetünkben, 1-2 ezer fényév sugarú körben bárhol létezne olyan civilizáció, amelyik 1-2 ezer éve már eljutott a rádiózásig, az általuk kibocsátott jeleket már észlelnünk kellett volna. Ha figyelembe vesszük, hogy mostanában csak a szűk környezetünkben mennyi exobolygót találtak, akkor nem túlzó a feltételezés, hogy néhány ezer fényév sugarú gömbön belül is lennie kellene néhány ezer évvel előttünk járó civilizációnak. Nagyon úgy tűnik tehát, hogy egyedül vagyunk.

Az életre hangolt Univerzum csodája mellett még meglepőbb lenne az, ha azért nem találnánk másutt életet, mert az Univerzumban mi vagyunk a legelső olyan faj, akinek az értelmes élet keresése egyáltalán az eszébe juthat. Persze, akárhogyan is alakult ki, lennie kell legelső értelmes fajnak, de hogy ezek pont mi legyünk, az egy újabb, nagyon furcsa szerencsés véletlen lenne.

Sokkal meglepőbb viszont a probléma, ha elfogadjuk az intelligens tervező elméletet, és azt mondjuk, az Univerzum életre hangolt, mert egy Teremtő tervezte. Ebben az esetben a „magányos élet” verzió egyszerűen elfogadhatatlannak tűnik, hiszen nem tudunk arra okot mondani, hogy egy mindenható Tervező miért elégedne meg egy ekkora Univerzumban, egyetlen élő bolygóval. És ebben az esetben felmerül a gazdaságosság kérdése is: nem túl nagy luxus egy ekkora Univerzum egyetlen élő bolygó számára? A kérdés megalapozott: ha igaz a „magányos élet” feltételezés, akkor miért van szükség ekkora Univerzumra?

Megállapíthatjuk tehát, hogy a „magányos élet” egy mindenféle módon az életre hangolt Univerzumban több mint érthetetlen és rejtélyes, inkább irracionális és felfoghatatlan.

Alexander Ant fotója a Pexels oldaláról

De térjünk vissza egy pillanatra az intelligens tervezés lehetőségéhez. Elképzelhető ugyanis, hogy azért vagyunk egyedül, mert nagyon különleges szerepet szánt nekünk a Teremtő, talán azt, hogy mi magunk is részt vegyünk a teremtésben, és mi magunk hozzunk létre más életet ebben az Univerzumban. Azt hiszem azonban, az emberiség mai állapotát nézve, valószínűbb az, hogy elpusztítjuk ezt az egyetlen élő bolygót is, mint hogy magunk is teremtővé váljunk. Az is tény, hogy fiatal az emberiség, van még mit tanulnia, és talán szellemileg, spirituálisan is fejlődik, még ha ez nem is nagyon látszik a technikai fejlődés árnyékában.

Összefoglalva tehát:

  • eddig földön kívüli életet sem értelmeset, sem alacsonyabb szervezettségűt nem találtunk, bár tőlük érkező rádióhullámokat már észlelnünk kellett volna
  • egyelőre el kell fogadnunk, hogy egyedüliek vagyunk az Univerzumban
  • az Univerzum olyan, hogy a fizikai állandók rendkívüli módon finoman hangoltak, azaz mind az Univerzum, mind pedig az élet létezése elképesztően valószínűtlen
  • ennek ellenére létezik az Univerzum és létezik az élet, méghozzá értelmes élet
  • a legnagyobb rejtély mégsem a finomhangoltság, hanem az, hogy ha már ez így van, akkor miért vagyunk egyedül?
  • a „magányos élet” még az intelligens tervezést elfogadva sem érthető, sőt akkor tűnik igazán furcsának. Valahogy az intelligens tervezéshez jobban illene egy élettől hemzsegő Univerzum, mint egy olyan, amiben egyetlen civilizáció van csak, aminek az esetleges kihalásával az egész Univerzum finomhangoltsága értelmét vesztené.

Az élet különlegességének rejtélye egyelőre megfejthetetlennek tűnik.

Nyíregyháza, 2016. június 11.

A természet számai

Tudomány, , , , ,

Hogy a Világegyetem ebben a jelenlegi formájában létezhessen és benne még gondolkodó lények is élhessenek, az néhány kulcsfontosságú természeti állandó pontosan hangolt értékének köszönhető. A kozmológia, a csillagászat és a fizika egyenleteiben szereplő állandókról van szó, ezek értéke nem függ semmi mástól, sőt még az időben sem változnak. A legmeglepőbb azonban az, hogy jelenlegi ismereteink szerint, ha ezen állandók akár csak egyikének is más értéke lenne, a világunk gyökeresen más képet mutatna, annyira, hogy nem lennének galaxisok, vagy nem lenne szénatom, így élet sem.

Hogy ez miért érdekes? Hát azért, mert ha ezek az állandók minden egyébtől függetlenek, márpedig most úgy néz ki, hogy ez a helyzet, akkor annak az esélye, hogy pontosan a kellő értékük legyen, hihetetlenül, csillagászati számokkal kifejezhető mértékben kicsi. És itt nemcsak arról van szó, hogy egy kis változás ezekben az értékekben kicsit más Univerzumot eredményezne! Némely állandó esetében már egy elenyészően kicsi változás is élettelen Univerzumot jelentene!

A tudósok egy része a szőnyeg alá söpri a kérdést, azzal, hogy természetesen, csak az gondolkodhat azon, vajon mennyire kicsi volt az esélye a jelen Univerzum kialakulásának, aki éppen egy ilyen Univerzumban él, ahol van élet, és vannak gondolkodó lények, akik ezen elgondolkodhatnak.

Ez persze nem magyaráz meg semmit. Hiszen a világ lehetne olyan is, hogy az állandók értékeinek bármilyen kombinációja mellett is kialakulhatna és létezhetne élet az Univerzumban. A csoda az, hogy az állandók igen szűk intervalluma eredményez csak élhető Univerzumot. A másik csoda pedig az, hogy az állandók éppen ebben az intervallumban vannak.

Lumina Obscura képe a Pixabay -en

Egy példával világítanám meg, talán így jobban érthető lesz: Képzeljük el, hogy egy koncertre megyünk, majd odaérve azt látjuk, hogy egy hatalmas fal választja el a koncertteret és a kívül várakozó tömeget, ráadásul nincs kapu a falon. Ott tipródunk és mérgelődünk a tömegben, azon gondolkodva, hogyan juthatnánk be. Majd egyszer csak legnagyobb meglepetésünkre belül találjuk magunkat a falon, előttünk a zenekar éppen elkezdi a koncertet. Örömünk persze nagy, de azonnal eszünkbe jut a kérdés, vajon hogyan kerültünk ide anélkül, hogy emlékeznénk arra, hogy átjöttünk a falon. Egy, a finomhangoltság kérdését a szőnyeg alá söprő tudós azt mondaná: „Nincs ebben semmi különös, ha nem lennénk itt bent a koncerten, fel sem tehetnénk a kérdést, hogy hogyan kerültünk ide, hiszen nem is lennénk itt.” Azonnal látszik, mennyire téves ez a magyarázat. Hiszen találhatnánk akár racionális okot is, egy rejtekajtó például, aminek nekidőltünk, és mielőtt felfogtuk volna, mi történt, már bent voltunk. Vagy okolhatnánk az alagúteffektust, ami ebben az esetben, nemcsak mikroszkopikus szinten, de makroszkopikus mértékben is megmutatta magát. Találhatnánk még rengeteg okot, de ha magát a gondolkodást vetjük el azzal, hogy semmi rendkívülit nem találunk a helyzetünkben, akkor esélyünk sem lesz rá, hogy valamit kiderítsünk.

Pontosan ilyen a finomhangoltság kérdése. A koncertterem az Univerzum és az élet. A fal a valószínűtlenség fala, az odakint tobzódó tömeg a káosz, az összes lehetséges valóság. És mi valahogy belül kerültünk a falon, míg az Univerzum lehetőségeinek végtelenszer végtelen sora odakint rekedt. Ha ezt természetesnek vesszük, nagy hibát követünk el.

Elveszítjük az esélyét is annak, hogy valaha is rájöjjünk, miért élünk ilyen speciálisan jól hangolt világban.

Az első ilyen állandóra nem is szoktunk fizikai konstansként tekinteni. A tér dimenzióinak a száma, a 3 annyira természetes része életünknek, hogy valószínűleg nem sokan gondolkodnak el azon, miért éppen háromdimenziós térben élünk, és mi lenne, ha ez a szám nem 3 lenne, hanem valamilyen más egész szám.

Háromnál kevesebb dimenziójú térben nincs esély a bonyolult struktúrák kialakulására, háromnál több dimenziójú térben pedig nem lennének stabilak a bolygópályák. Ez ennyire egyszerű. Hihetetlen, de egyetlen szám jöhet csak szóba, és ez éppen a három.

Az atomi struktúrák és a kozmikus léptékű objektumok közötti arányszám, az elektromos erő és a gravitációs erő aránya, ami elképesztően nagy szám, 10 harminchatodik hatványa. Azaz, ennyiszer erősebb az elektromos erő a gravitációs erőnél, még pontosabban két proton ennyiszer jobban taszítja egymást a töltésüknek köszönhetően, mint amennyire vonzzák egymást a gravitációjukból kifolyóan.

Már ennek a számnak a nagysága is megdöbbentő, de még érdekesebb az, hogy sokkal kisebb nem lehetne, mert akkor a gravitáció uralná a világunkat, sokkal, de sokkal zsarnokibb módon, mint ahogyan azt most teszi. A Nap sokkal kevesebb ideig sugározna, a bolygók közelebb lennének hozzá, és nagyobbak lennének. Szárazföldi élet nem lehetne, mert az élőlényeket összeroppantaná a saját súlyuk. A gravitáció és a többi kölcsönhatás egyesítése is azért nehéz többek között, mert a gravitáció ennyivel gyengébb, mint a többi kölcsönhatás. Gondoljunk bele, a 10 után harminchat nulla, és egyáltalán nem mindegy az élet szempontjából, hogy egy-két nullával több, vagy kevesebb. Ha nekünk kellene egy ilyen pontosságú rendszert megtervezni, nagy bajban lennénk.

Az egyik legérdekesebb állandó következik, ez pedig a nukleáris hatásfok, ez megmondja, hogy a hidrogén atomok a fúzió során, amikor hélium keletkezik belőlük, tömegük mekkora részét alakítják át energiává. Ennek az értéke 0.007, azaz 7 ezrelék. Az élet szempontjából ez a legfontosabb állandó, és talán ennek az értéke a legmisztikusabb, mégpedig azért, mert a szén kialakulásában létfontosságú szerepe van, 4 százalékos változás az értékében, és nem létezne szénatom, azaz élet sem. A szén ugyanis a csillagok belsejében jön létre magfúzió során, amikor is könnyebb atommagok egyesülnek nehezebb elemek magjaivá. Ebben a kialakulási sorban van egy kritikus pont, és ez éppen a szén. Ha nem lenne a szén atommagjának egy bizonyos rezonanciaállapota, akkor az instabil berilliumból soha nem keletkezne szén. És ez a rezonanciaállapot rendkívül érzékenyen függ a nukleáris hatásfok értékétől. Az is érdekes, hogy a további fúziós lépéseknél nincs szükség ilyen rezonanciára, egyedül a szén kialakulásához szükséges ez a különleges feltétel.

Még egy szám bemutatására szeretnénk kitérni, ez pedig a gravitáció és a Világegyetem tágulásának az arányát fejezi ki. Ha gyors a tágulás, egy nagy, de sivár Univerzum a végeredmény, ha lassú, akkor a gravitáció összehúzza az Univerzumot, mielőtt bármi érdekes kifejlődhetne benne. Ennek a két, egymás ellen dolgozó hatásnak tehát szintén egészen jól hangoltnak kell lennie, hogy a végeredmény egy élhető Univerzum legyen. Nagyon úgy néz ki, hogy az Ősrobbanás idején szinte végtelen pontossággal, 1-gyel kellett egyenlőnek lennie a kritikus sűrűség és az aktuális sűrűség arányának, ezért lehet, hogy ez az érték most is ennyi, és a Világegyetem nagy léptékben sima.

Aztán ott van az entrópia, a rendezetlenség mértéke, ami a termodinamika második törvénye szerint állandóan növekszik. A Világegyetemnek nulla entrópiával kellett keletkeznie ahhoz, hogy most ne csupán egy kaotikus leves legyen, hanem legyenek benne rendezett struktúrák. És itt most ne csak a földi életre gondoljunk, hanem azokra a többmilliárd fényév nagyságú filamentekre is, amelyek a legnagyobb rendezett struktúrák a világunkban.

Ne feledkezzünk meg a neutronról sem, amely a legérdekesebb építőköve világunknak. Semleges töltésű, úgy gondolhatnánk, nem sok szerepe lehet, de éppen ellenkezőleg. Semleges volta miatt tud az atommagba beépülni, és mivel a protonokkal az erős kölcsönhatás kapcsolja őket össze, így képesek a protonok egymás közti taszítását ellensúlyozni. Ha nem lenne a semleges neutron, amely részt tud venni az erős kölcsönhatásban, nem lennének atomok, és persze élet sem. Ráadásul a neutron nem örökéletű. Szabad állapotában nem stabil, kb. 14 perc alatt elbomlik. Egészen más a helyzet az atomon belül, ott a stabil atommagokban örökéletű, csak a radioaktív magokban bomlik béta-bomlással. Gondoljunk bele, ha minden atommagban megtartaná az instabilitását, semmilyen állandó atomi struktúra nem létezne, az elemek folyamatosan átalakulnának egymásba. Így az élet elképzelhetetlen lenne.

Még a legközönségesebbnek gondolt anyag, a víz is csodákat rejt. Az egyetlen anyag, amely fagyott állapotában könnyebb, mint folyékonyan, így a jég úszik a vízen. Ezért nem fagynak be a tengerek, a folyók, a tavak teljesen. Ha a víz nem ilyen lenne, az élet nem alakulhatott volna ki a tengerekben, és onnan nem hódíthatta volna meg a szárazföldet.

Hogy ezek a számok és tulajdonságok egy Intelligens Tervező létezését jelentik, avagy csupán a véletlennek köszönhető a jól hangoltságuk? Én úgy gondolom bármi is legyen a következtetés, ezek a számok még akkor is furcsa, borzongató tiszteletet kelthetnek bennünk, ha pusztán a véletlennek tulajdonítjuk a létezésüket.

Nyíregyháza, 2008. február 19. – 2013. augusztus 24.