Útban az időutazás felé

Hawking a világ legismertebb tudósa. Könyve, Az idő rövid története igazi szenzáció volt, és hosszabb ideig maradt az eladási listák élén mint bármelyik másik könyv a közelmúltban, írta a BBC. Hawking akkor vált világhírűvé, amikor előadta matematikailag bizonyított ősrobbanás-elméletét, mely harminc éve izgalomban tartja a tudósvilágot.

Minden egy pontból

Teóriája szerint a ma ismert univerzum szingularitásból keletkezett - egy végtelenül kicsi pontból, melynek sűrűsége és gravitációs ereje szintén végtelen. Ilyen állapottal találkozunk a fekete lyukak belsejében is. Ha egy megfelelően nagy csillag élete végéhez közelít, a bent rekedt anyag saját súlya alatt összeroskad egy végtelenül kicsi ponttá, végtelen gravitációval és sűrűséggel - szingularitás keletkezik.

Hawking szerint ugyanez igaz az univerzum keletkezésére is, csak fordítva: kezdődött minden a szingularitással, majd ebből a végtelenül kicsi pontból szóródott szét az ismert világ összes anyaga és energiája az ősrobbanás után. Ebből lettek a bolygók, a csillagok, minden.

Hawking belátta, hogy a világegyetem keletkezésének megértéséhez először a fekete lyukak rejtélyét kell feltárni. A hetvenes-nyolcvanas években tudóscsapatával végig ezen a kérdéskörön dolgozott.

Kvantummechanika

De a hosszú munka során Hawkingnak feltűnt, hogy valami hiányzik a képből. Addig a relativitáselmélet alapján folyt a kutatás. A tudós megértette, hogy a fekete lyukak megismeréséhez a kisléptékű világegyetemet, a kvantumfizikát is használniuk kell. A kvantumfizika a szubatomikus részecskék mozgását vizsgálja.

A legkomolyabb problémát az jelentette, hogy soha senkinek nem sikerült egyesítenie ezt a két elméletet, még Einsteinnek sem, és ez a probléma a mai napig megoldatlan maradt. Pedig a várakozások szerint a nagy egységes elmélet megalkotása elképesztő áttörést jelenthetne a fizikában. Ez ugyanis a világegyetem összes mikro- és makrójelenségére magyarázatot adna.

De ez az apróság nem rettentette el Hawkingot. Egységes elmélet nélkül az einsteini relativitáselméletet és a kvantumfizikai hatásokat vizsgálta egy fekete lyuk gravitációs mezejében.

Párolog

Aztán több hónapig tartó kutatás után az egyenletekből végül azt lehetett kiolvasni, hogy a fekete lyukak mégsem megkérdőjelezhetetlen csapdák: mintha szivárogna belőlük az anyag. Ez azonban ellent mondott mindannak, amit korábban hittek - az egyetlen dolog, amiben nem volt vita fizikusok között az volt, hogy semmi, még a fény sem tud kiszökni a fekete lyukakból.

Aztán kiderült, hogy Hawkingnak mégis igaza van: a fekete lyukak vizsgálatával bebizonyosodott, hogy valamilyen sugárzás képes kitörni a gravitációs börtönből. Ez a sugárzás pedig azt bizonyította, hogy a fekete lyuk párolog, és előbb-utóbb eltűnik. Bár Hawking elmélete a párolgó fekete lyukakról forradalminak számított, hamarosan széles körben elfogadottá vált.

Impotens tudomány

Aztán még tovább ment: egy 1976-os publikációjában azt állította, hogy nem csak a fekete lyuk tűnik el, hanem minden információ is, ami valaha bele került. Hawking elmélete szerint a klasszikus- és a kvantumfizikában érvényesülő mikroreverzibilitás, vagyis az események megfordíthatósága a fekete lyuk világában sérül: a fekete lyukak a visszafordíthatatlanság forrásai a természetben.

Ez azonban ellentmondott a fizika egyik legfőbb igazságának, mely szerint az információ sosem tűnhet el teljesen. Ha mégis megtörténhet, sosem ismerhetjük meg biztosan a múltat, és nem következtethetünk a jövőre sem. Ebben az esetben a tudományt falak közé szorítanák, a fizika impotenssé válna. Hawking úgy vélte, az információ azért veszhet el, mert a fekete lyukak erős gravitációs mezeje érvényteleníti a kvantumfizika törvényeit.

Elmélete komoly felháborodást okozott, és hosszú időn keresztül nem is foglalkoztak vele. Aztán egy konferencián, ahol Hawking az információvesztésről beszélt, Gerard t'Hooft és Leonard Susskind fontos megállapítást tett: ha Hawkingnak igaza lenne, úgy a probléma nem csak a fekete lyukakban, hanem minden körülmények között jelentkezne. Ebben az esetben azonban az energia-megmaradás sem teljesülhet. Ha Hawkingnak igaza lenne, akkor a Világegyetem hőmérséklete a másodperc törtrésze alatt 10³¹ fokra emelkedne, az információvesztés miatt hatalmas energiamennyiség keletkezne.

Új megoldás

A tudóstársadalom két táborra oszlott. Az egyiknek Susskind lett a vezetője, szerintük Hawking tévedett, és az információ nem veszhet el, míg Hawking továbbra is azt állította, hogy újra kell gondolnunk az egész fizikát.

Hosszas viták következtek, de egyik tábor sem győzte le a másikat, aztán egy briliáns fiatal argentin matematikus, Juan Maldacena megjelentette tanulmányát. Ebben megkérdőjelezhetetlen matematikai bizonyítékok támasztották alá azt az elképzelést, hogy a fekete lyukban sem veszhet el az információ. Hawking úgy tűnt, rossz lóra tett, de nem adta fel. Maldacena matematikai módszerével próbálta bebizonyítani, hogy az argentin téved, de kétévnyi munka után sem tudta igazolni tézisét. Aztán tüdőgyulladással korházba került, kis híján bele is halt a betegségbe.

Ám míg környezete az életéért aggódott, Hawking gondolkozott. Miközben sokan már temették, megoldást talált az információs paradoxonra.

A fekete lyukak nem pusztítják el a beléjük jutó információt, hanem roncsolják azt, mondta el később, tavaly júliusban Dublinban, felülbírálva saját harminc éve hangoztatott álláspontját. Hawking módosított elmélete szerint, az információ mégis meg tud szökni a fekete lyukakból.

Nem scifi

"Sajnálom, hogy ki kell ábrándítanom a scifirajongókat, de ha az információ megmarad, nem lehet a fekete lyukakat más univerzumokba való utazásra használni. Ha beleugrunk egy fekete lyukba, a tömegünk visszakerül a mi univerzumunkba, de roncsolt formában; az információ meglesz arról, hogy néztünk ki, csak felismerhetetlen állapotban" - mondta a fizikus előadásában.

Hawking - nagyon leegyszerűsítve - úgy jutott az új eredményre, hogy végiggondolta, mi történik a különböző típusú fekete lyukakkal végtelen idő alatt, és kimutatta, hogy a kezdeti és a végső információmennyiség megegyezik. Arról azonban nem szólt, hogy mi történik az információval időközben.

Egy évvel az előadás után azonban még mindig nem tárta a nyilvánosság elé újabb elméletének teljes matematikai bizonyítását, amit sokan makacsságával magyaráznak: ha úgy dönt, hogy sutba dobja harminc évig hangoztatott nézeteit, akkor ragaszkodik hozzá, hogy ő választhassa meg a bizonyítás idejét és módját. Ráadásul súlyosbodó állapota (már teljesen béna, csak ujjait tudja mozgatni) és kommunikációs problémái (gégemetszés miatt beszédképtelen, számítógép köti össze a külvilággal) ellenére még mindig dolgozik kollégáival a bizonyítás befejezésén.