„Rengeteg olyan dolog van a valóságban, amit a legtöbb ember a sci-fi vagy akár a fantasy világához kötne” – mondta Bruno Bento brit fizikus, aki az idő természetét tanulmányozza a Liverpool Egyetemen. Legújabb munkájában a kvantumgravitáció új elméletét alkalmazta: ez az úgynevezett kauzális, vagyis ok-okozati halmazelmélet, amelyben a tér és az idő a tér-idő kontinuum apró darabjaira oszlik. Ezen ok-okozati elmélet szerint létezik a tér-idő alapvető mértékegysége – írja a ScienceAlert.

Bento és munkatársai ezt a megközelítést alkalmazták az univerzum kezdetének feltárására, és azt találták: lehetséges, hogy a világegyetemnek nem volt kezdete, hogy mindig is létezett a végtelen múltban, csak átalakult, és ezt nevezzük mi ősrobbanásnak.

Az univerzumnak két rendkívül hatékony elmélete van: a kvantumfizika és az általános relativitáselmélet. A kvantumfizika a négy alapvető természeti erő közül három – elektromágnesesség, gyenge erő, erős erő – sikeres leírását készítette el a mikroszkopikus skálákig.

Az általános relativitáselmélet viszont a gravitáció legteljesebb leírása. Ám minden erőssége ellenére hiányos: az univerzum legalább két meghatározott helyén – a fekete lyukak központjában, illetve az univerzum kezdetén – összedől, és nem nyújt megbízható eredményeket.

Ezeket a meghatározott helyeket „szingularitásoknak” nevezik, amelyek olyan helyeket jelentenek a tér-időben, ahol a jelenlegi fizikai törvényeink összeomlanak és az általános relativitáselmélet is elbukik. Mindkét említett szingularitáson belül a gravitáció már egy nagyon rövid skálán is hihetetlenül erős. A szingularitások rejtélyeinek megoldásához a fizikusoknak az erős gravitáció mikroszkopikus leírására van szükségük – ezt nevezik kvantumgravitációs elméletnek is, amelynek azonban rengeteg versenyzője van, beleértve a húrelméletet és a hurokkvantum-gravitációt is.

És létezik még egy másik megközelítés is, amely teljesen átírja a tér és idő viszonyát.

A jelenlegi fizikai elméletekről elmondható: szerintük a tér és az idő folyamatos. Sima szövetet alkotnak, amely a mindenség alapját képezi. Egy ilyen folytonos tér-időben két pont lehet a lehető legközelebb egymáshoz a térben, és két esemény lehet a lehető legközelebb egymáshoz az időben.

De van egy további megközelítés is: az ok-okozati halmazelmélet, amely a tér-időt apró darabok, vagy úgynevezett tér-idő „atomok” sorozataként képzeli el. Ez az elmélet szigorú korlátokat szabna ahhoz, hogy az egyes események milyen közel lehetnek egymáshoz térben és időben, hiszen számításba kellene venni az „atom” méretét.

Vegyünk egy példát! Ha a képernyőt nézi, és ezeket a sorokat olvassa, minden simának és folyamatosnak tűnik. Azonban, ha elővesz egy nagyítót és azon keresztül nézi a képernyőt, akkor láthatja a teret felosztó képpontokat, és azt tapasztalhatja, hogy lehetetlen a képernyő két választott pontját egyetlen képponttál közelebb hozni egymáshoz. Nos, ez az elmélet foglalkoztatta Bentót.

„Nagyon izgatott lettem, amikor rátaláltam erre az elméletre.” A lehető legalapvetőbb próbálkozás a kvantumgravitáció megközelítésében és a tér-idő fogalmának újragondolásában, és arra kérdez rá, mit is jelent valójában az, hogy telik az idő, hogy „mennyire fizikai dolog a múltad, és hogy a jövő létezik-e már vagy még nem” – mondta Bento.

Az ok-okozati halmazelmélet fontos hatással van az idő természetére. „A filozófiájának jelentős része az, hogy az idő múlása valamiféle fizikai dolog és nem tulajdonítható semmiféle illúziónak vagy olyan folyamatnak, ami az agyunkban megy végbe és arra késztet bennünket, hogy azt érezzük, telik az idő. Az idő múlása e fizikai elmélet megnyilvánulása” – fogalmazta meg Bento. Hozzátette: „tehát az ok-okozati halmazelméletben az oksági halmaz egy „atomot” növeszt egy időben, ami egyre nagyobb és nagyobb lesz.”

Ez a megközelítés gyakorlatilag kizárja az ősrobbanás szingularitásának problémáját – hiszen ebben az elméletben nem léteznek szingularitások. Lehetetlen, hogy az anyag végtelenül apró pontokba tömörüljön, hiszen e pontok nem lehetnek kisebbek, mint egy tér-idő „atom” mérete.

De hogyan is néz ki univerzumunk kezdete az ősrobbanás nélkül? Itt vették fel a fonalat Bento és munkatársa, Stav Zalel, a londoni Imperial College végzős hallgatója, akik azt vizsgálták, mit mond a világegyetem kezdetéről az ok-okozati halmazelmélet. (Munkájuk eredményeit szeptemberben publikálták.)

Tanulmányukban azt vizsgálták, hogy vajon „szükség van-e egyáltalán kezdetre az ok-okozati halmaz megközelítésében”. Bento úgy fogalmazott: „az ok-okozati halmaz eredeti felfogásában klasszikus értelemben egy oksági halmaz nő a semmiből abba az univerzumba, amelyet ma látunk. Ehelyett azonban a mi munkánk szerint nem létezne az ősrobbanás, mint kezdet, mivel az ok-okozati halmaz végtelen lenne múltban, így mindig lenne valami előtte.”

Munkájuk tehát azt sugallja, hogy az univerzumnak talán nem volt kezdete – hogy egyszerűen csak mindig létezett. Az, amit mi ősrobbanásnak nevezünk, lehet, hogy csak egy bizonyos pillanat volt ennek a mindig létező ok-okozati halmaznak a fejlődésében, nem pedig valamiféle valódi kezdet.