KIP THORNE INTERSTELLAR ÉS A TUDOMÁNY

KIP THORNE AZ

I NT E R STE LL AR ÉS A TUDOMÁNY

໽

Az univerzumot irányító törvények

$YLO£JIHOW«UN«SH]«VH«VD௕]LNDW¸UY«Q\HLQHN megfejtése

A

௕]LNXVRNDV]£]DGWµOIRO\DPDWRVDQD]RQI£UDGR]QDNKRJ\ PHJIHMWV«ND]RNDWD௕]LNDLW¸UY«Q\HNHWDPHO\HNXQLYHU]Xmunkat formálják és irányítják. Hasonlóan ahhoz, ahogyan D]HXUµSDLIHOIHGH]ĒNPHJUDM]ROW£ND)¸OGW«UN«S«W£EUD 1506-ra Eurázsia mellett voltak már Dél-Amerika létezésére utaOµMHOHNLVUHDN«W$PHULNDNHU¾OWD]«UGHNOĒG«VN¸]«SSRQWjába, de nem tudtak még Ausztráliáról. 1744-re már intenzíven zajORWW$XV]WU£OLDIHOW«UN«SH]«VH«VD]$QWDUNWLV]OHWWD]֧LVPHUHWOHQI¸OG֦ (terra incognita). (]]HOV]LQWHDQDOµJPµGRQ£EUD UHD௕]LN£W1HZWRQ W¸UY«Q\HLKDW£UR]W£NPHJ$]HUĒDW¸PHJDJ\RUVXO£V«VD]D]RNDW összekapcsoló egyenletek, például az F = ma koncepcióján alapuló QHZWRQL W¸UY«Q\HN SRQWRVDQ OH¯UW£N D +ROG )¸OG N¸U¾OL «V D )¸OG 1DSN¸U¾OLNHULQJ«V«WHJ\UHS¾OĒJ«SPR]J£V£WHJ\K¯GIHO«S¯W«V«W «VDJ\HUHNHN¾YHJJRO\µLQDN¾WN¸]«VHLW$IHMH]HWEHQP£UWDO£O-

֍ ֍ , 1 7 ( 5 6 7 ( / / $ 5 9 $ / ' , 7 8 ' 2 0 1 < $ C S I L L A G O K K Ö Z Ö T T

$ = 8 1 , 9 ( 5 = 8 0 2 7 , 5 1 < 7 7 5 9 1 < ( . ֍ ֍

Rel

ativ

iszt iku s tö rbü rvé nye tág lt tér é uló k s uni idő, ver fek zu et fér e lyuk m, egj ára ak, tok ,…

Gö

Kva Az

ntu

m

uni gra v szin erzum vitá c gul arit szüle ió törvényei tés áso e, időutazás, … k,

1506 – Martin Waldseemüller

1570 – Abraham Ortelius

yeiskok, n é rv alax

tölagok, gidak, n to csil k, h …

w k, pe k, NeBolygreópülővgeéggolyó ü

Majdnem teljesen ismeretlen terület

Kv

a

Kva ntum n léz tumﬂ törvé er uk n eneek, nu tuác yek i ó k r g l led ia, k eári k, s ek, … émia,

3.1. ábra.�Világtérképek 1506-tól 1744-ig

1744 – Emanuel Bowen

koztunk a newtoni törvények egy példájával, a gravitáció inverz négyzetes törvényével. 1915-re Einstein és mások szilárd bizonyítékokat találtak arra, hogy a Newton-törvények nem érvényesek a nagyon gyors (közel fénysebességgel mozgó), a nagyon nagy (az univerzum mint egész) «V D QDJ\RQ HUĒV JUDYLW£FLµM¼ YLO£JEDQ S«OG£XO IHNHWH O\XNDNQ£O Az eltérések korrigálására Einstein forradalmian új elgondolásokat vezetett be, a ࣾ]LNDUHODWLYLV]WLNXVW¸UY«Q\HLW£EUD $J¸UE¾OWLGĒ «VDJ¸UE¾OWW«UNRQFHSFLµM£WIHOKDV]Q£OYDDPLWDN¸YHWNH]ĒIHMH]HWEHQ IRJRN EHPXWDWQL D UHODWLYLV]WLNXV W¸UY«Q\HN HOĒUH MHOH]W«N «V

meg is magyarázták az univerzum tágulását, a fekete lyukakat, a neutroncsillagokat és a féregjáratokat. 1924-re az is teljesen világossá vált, hogy a newtoni törvények a nagyon kicsi dolgok (molekulák, atomok és elemi részecskék) biroGDOP£EDQ LV FVĒG¸W PRQGDQDN 1LHOV %RKU :HUQHU +HLVHQEHUJ (UZLQ6FKU¸GLQJHU«VP£VRNDNYDQWXP௕]LNDW¸UY«Q\HLQHNPHJDOkotásával válaszoltak erre a problémára (3.2. ábra). A kvantumtörvéQ\HN ֝ DPHO\HN D]RQ D NRQFHSFLµQ DODSXOQDN PLV]HULQW Y«OHWOHQV]HUĲHQPLQGHQ௖XNWX£OLQJDGR]LN OHJDO£EEHJ\NLFVLWHUUĒOD IHMH]HWEHQ¯URNU«V]OHWHVHEEHQ H]HND௖XNWX£FLµNSHGLJ¼MU«V]HFVkéket és sugárzást hozhatnak létre ott is, ahol addig azok nem voltak ֝YH]HWWHNDO«]HUHNPHJDONRW£V£KR]DQXNOH£ULVHQHUJL£KR]DI«Q\kibocsátó diódákhoz és a kémiai folyamatok megértéséhez. UHD]RQEDQD]LVHJ\«UWHOPĲOHWWKRJ\DUHODWLYLV]WLNXVW¸UY«Q\HN«VDNYDQWXPW¸UY«Q\HNDODSMDLNEDQQHPHJ\H]WHWKHWĒN¸VV]H HJ\P£VVDO .¾O¸QE¸]Ē HJ\P£VQDN HOOHQWPRQGµ GROJRNDW MHOH]QHN HOĒUHRO\DQN¸U¾OP«Q\HNN¸]¸WWDPLNRUDJUDYLW£FLµQDJ\RQHUĒV«V

3.2. ábra.�Az univerzumot irányító ﬁzikai törvények


$ = 8 1 , 9 ( 5 = 8 0 2 7 , 5 1 < 7 7 5 9 1 < ( . ֍ ֍

D௖XNWX£FLµNLVQDJ\RN1,O\HQHNDYLV]RQ\RND]XQLYHU]XPV]¾OHW«VHNRUD]ĒVUREEDQ£VVRU£QIHMH]HW D*DUJDQWX£KR]KDVRQOµIHNHWHO\XNDNPDJM£EDQ«VIHMH]HW «VD]LGĒEHQYLVV]DIHO«W¸UW«QĒ utazáskor (30. fejezet). Ezekben a tartományokban az inkompatibilis UHODWLYLV]WLNXV «V NYDQWXPW¸UY«Q\HN ֧V]HQYHG«O\HV K£]DVV£J£EµO֦2 a kvantumgravitáció¼MW¸UY«Q\HLV]¾OHWQHN£EUD $NYDQWXPJUDYLW£FLµW¸UY«Q\HLWP«JQHPLVPHUM¾NYDQD]RQEDQ néhány impozáns elgondolásunk, például a szuperhúrelmélet (21. feMH]HW N¸V]¸QKHWĒHQDV]£]DGOHJNLHPHONHGĒEE௕]LNXVDLURSSDQW HUĒIHV]¯W«VHLQHN(QQHNHOOHQ«UHDNYDQWXPJUDYLW£FLµHJ\HOĒUHP«J PDMGQHP WHOMHVHQ LVPHUHWOHQ WHU¾OHW (] SHGLJ µUL£VL PR]J£VWHUHW KDJ\ D VFL௕ V]£P£UD DPHO\ PR]J£VWHUHW &KULVWRSKHU 1RODQ QDJ\ leleménnyel ki is használ a Csillagok között-EHQ֝IHMH]HW

Igazság, megalapozott feltételezések és spekulációk A Csillagok között௕]LN£MDQ«J\WHU¾OHWHW¸OHOIHODQHZWRQL«VDUHODWLYLV]WLNXV௕]LN£WDNYDQWXP௕]LN£W«VDNYDQWXPJUDYLW£FLµW(QQHNPHJIHOHOĒHQHJ\HVU«V]HLEL]WRVDQLJD]DNP£VRNPHJDODSR]RWW feltételezések, és természetesen vannak spekulációk is. Ahhoz, hogy igaz legyen, egy tudományos állításnak jól megalaSR]RWW௕]LNDLQHZWRQLUHODWLYLV]WLNXVYDJ\NYDQWXP௕]LNDL W¸UY«Q\HNHQNHOOQ\XJRGQLD«VHOHJHQGĒPHJ௕J\HO«VLW«Q\QHNNHOODO£W£PDV]WDQLD DKKR] KRJ\ EL]WRVDN OHJ\¾QN DEEDQ KRJ\DQ NHOO DOkalmazni a jól megalapozott törvényeket. ֍,O\HQWDUWRP£Q\RNEDQS«OG£XODI«Q\HQHUJL£M£QDNYDQQDNQDJ\NYDQWXP௖XNWX£FLµL 2O\DQ QDJ\RN KRJ\ Y«OHWOHQV]HUĲHQ «V QDJ\P«UW«NEHQ PHJJ¸UE¯WLN DWHUHW«VD]LGĒWLV$௖XNWX£OµJ¸UE¾OHWD](LQVWHLQI«OHUHODWLYLV]WLNXVW¸UY«Q\HNKDWµN¸U«QN¯Y¾OHVLNDJ¸UE¾OHWI«Q\UHJ\DNRUROWKDW£V£YDOSHGLJDNYDQtumos sugárzási törvények nem tudtak mit kezdeni. ֍$ ֧V]HQYHG«O\HV K£]DVV£J֦ NLIHMH]«VW PHVWHUHP -RKQ :KHHOHU DONRWWD DNL UHPHN¾O «UWHWW D GROJRN HOQHYH]«V«KH] 1HNL N¸V]¸QKHWM¾N D ֧IHNHWH O\XN֦ «V D ֧I«UHJM£UDW֦NLIHMH]«VHNHWLVLOOHWYHD]WDPRQG£VWKRJ\֧DIHNHWHO\XNQDNQLQFV KDMD֦«VIHMH]HW (J\V]HUHOPHV«OWHQHNHPDPµGV]HU«WJRQGRODWDLWV]DEDGRQ HQJHGYH µU£NRQ NHUHV]W¾O ¾O HJ\ N£G IRUUµ Y¯]EHQ P¯J U£ QHP WDO£O a helyes szóra vagy kifejezésre.

3.3. ábra.�Csillagok a Gargantua galaxisában, ahogyan a Gargantua árnyéka körül látszanak. A Gargantua a csillagokról érkező fénysugarakat elhajlítja, teljesen eltorzítva így galaxisának a megjelenését: „gravitációsan lencsézi” a galaxist

[A Double Negative

vizuális effektusokért felelős csapata által a könyv számára készített szimulációból]

Ebben az értelemben a neutroncsillagokra és a 2. fejezetben leírt P£JQHVHVWHU¾NUHWHWW£OO¯W£VRNLJD]DN0L«UW"(OĒV]¸ULVDQHXWURQcsillagok létét mind a kvantum-, mind a relativisztikus törvények KDW£UR]RWWDQMHO]LN0£VRGV]RUDFVLOODJ£V]RNU«V]OHWHNEHPHQĒHQWDnulmányozták a neutroncsillagok (pulzárok) sugárzását (a 2. fejezetben leírt pulzusokat a látható, röntgen- és rádiótartományban). Ezek D PHJ௕J\HO«VHN J\¸Q\¸UĲHQ «V SRQWRVDQ PDJ\DU£]KDWµN D NYDQWXP௕]LND«VDUHODWLYLW£VHOP«OHWW¸UY«Q\HLYHOKDDSXO]£UWIRUJµQHXWURQFVLOODJQDNWHNLQWM¾NP£VPDJ\DU£]DWSHGLJHGGLJP«JQHPO£tott napvilágot. Harmadszor, az elméletek szerint a neutroncsillagok szupernóva-robbanások eredményeként jönnek létre, a pulzárok peGLJ QDJ\ W£JXOµ J£]IHOKĒN V]XSHUQµYDPDUDGY£Q\RN FHQWUXPDLEDQ WDO£OKDWµN J\ QHN¾QN DV]WUR௕]LNXVRNQDN QLQFV N«WV«J¾QN hogy a neutroncsillagok valóban léteznek, és valóban az észlelt pulzársugárzást produkálják. Másik példa az igazságra a Gargantua fekete lyuk és a fény elhajlítása, amelynek során eltorzítja a csillagok képét (3.3. ábra). Ezt a tor]¯W£VWD௕]LNXVRN֧JUDYLW£FLµVOHQFV«]«VQHN֦QHYH]LNPLYHOQDJ\RQ


3.4. ábra.�Égő penészes kukorica

[A Csillagok között-ből,

a Warner Bros. Entertainment Inc. engedélyével]

KDVRQOµDKKR]DKRJ\DQS«OG£XOD]RSWLNDLOHQFV«N«VD֧J¸UEHW¾NU¸N֦WRU]¯WM£NDN«SHWDYLG£PSDUNHOYDU£]VROWNDVW«O\£EDQ (LQVWHLQ UHODWLYLV]WLNXV W¸UY«Q\HL HJ\«UWHOPĲHQ OH¯UM£N D IHNHWH O\XNDNPLQGHQWXODMGRQV£J£WDIHOV]¯Q¾NWĒONLIHO«KDODGYDEHOH«UWYH a gravitációs lencsézést is.3$FVLOODJ£V]RNPHJ௕J\HO«VLEL]RQ\¯W«NRNDWLVV]ROJ£OWDWWDNO«WH]«V¾NUHD*DUJDQWX£KR]KDVRQOµJLJDQWLNXV IHNHWHO\XNDN«UDLV%£UJUDYLW£FLµVOHQFV«]«V¾NHWP«JQHPVLNHU¾OW «V]OHOQL P£V REMHNWXPRN«W LJHQ S«OG£XO £EUD «V D PHJ௕gyelt lencsézés pontosan megfelel az einsteini relativisztikus törY«Q\HN £OWDO HOĒUH MHO]HWW N«SQHN (] SHGLJ W¸N«OHWHVHQ HOHJHQGĒ számomra. A Gargantua gravitációs lencsézése, ahogyan azt Paul Franklin Double Negative-csoportja szimulálta az általam szolgáltatott relativisztikus egyenletek alapján, igaz. Pontosan így nézne ki a valóságban is. Ezzel szemben a növényvész, ami a Csillagok között-ben az egész emberi fajt veszélyeztette (3.4. ábra és 11. fejezet), bizonyos értelemben megalapozott feltételezés, más értelemben viszont spekuláció. Megmagyarázom. ֍«VIHMH]HW

$ = 8 1 , 9 ( 5 = 8 0 2 7 , 5 1 < 7 7 5 9 1 < ( . ֍ ֍

URWWW¸UW«QHOPHVRU£QD]HPEHULV«J£OWDOWHUPHV]WHWWQ¸Y«Q\HNHW LGĒUĒO LGĒUH PHJW£PDGW£N PLNURE£N £OWDO RNR]RWW J\RUVDQ WHUMHGĒ IHUWĒ]ĒEHWHJV«JHN(]HNELROµJL£MDDN«PL£QD]YLV]RQWDNYDQWXPW¸UY«Q\HNHQDODSV]LN$WXGµVRNHJ\HOĒUHP«JQHPWXGM£NDN«PLD ¸VV]HV W¸UY«Q\V]HUĲV«J«W D NYDQWXP௕]LND W¸UY«Q\HLUH YLVV]DYH]HWQL E£UQDJ\U«V]¾NHWLJHQ «VIĒOHJQHPWXGM£NH]WDELROµJLD«VDN«PLDYLV]RQ\ODW£EDQ$PHJ௕J\HO«VHNEĒO«VN¯V«UOHWHNEĒOD]RQEDQD ELROµJXVRNVRNPLQGHQWWXGQDNDIHUWĒ]«VHNUĒO$]RNDIHUWĒ]ĒEHtegségek, amelyekkel az emberiség eddig találkozott, nem terjedtek olyan gyorsan egyik növényfajról a másikra, hogy az az emberi fajt LVYHV]«O\H]WHWWHYROQD'HVHPPLVHPJDUDQW£OMDKRJ\H]DM¸YĒEHQ VHPW¸UW«QKHWPHJ$]WHK£WKRJ\LO\HQIHUWĒ]«VOHKHWV«JHVmegalapozott feltételezés. Az, hogy egy nap meg is történik, spekuláció, amit DOHJW¸EEELROµJXVQHPWDUWQDJ\RQYDOµV]¯QĲQHN A Csillagok között-EHQ PHJMHOHQĒ JUDYLW£FLµV DQRP£OL£N «V 25. fejezet), például az, amikor a Cooper által feldobott pénzérme hirtelen a padlóra esik, spekulációk.8J\DQFVDNVSHNXO£FLµD]D]HOképzelés, hogy az anomáliák segítségével kolóniákat lehetne kiteleS¯WHQLD)¸OGUĒOIHMH]HW %£UDJUDYLW£FLµYDOIRJODONR]µN¯V«UOHWL௕]LNXVRNNLWDUWµDQNHUHVték azokat az eltéréseket, amelyek nem magyarázhatók a newtoni és DUHODWLYLV]WLNXVW¸UY«Q\HNNHOHJ\HWOHQPHJJ\Ē]ĒJUDYLW£FLµVDQRP£OL£WVHPVLNHU¾OWGHWHNW£OQLD)¸OG¸Q $NYDQWXPJUDYLW£FLµPHJ«UW«V«WF«O]µHUĒIHV]¯W«VHNHUHGP«Q\HN«QWYDOµV]¯QĲQHNWĲQLNKRJ\D]XQLYHU]XPXQNHJ\PHPEU£Q௕]LNXVRNQDNHJ\V]HUĲHQFVDN֧EU£Q֦ DPHO\HJ\PDJDVDEEGLPHQ]LµV ֧KLSHUW«UEH֦ £J\D]µGLN DPLW D ௕]LNXVRN DQJROXO ֧EXON֦QDN neveztek el (lásd 3.5. ábra és 4. és 21. fejezet).4 Amikor az Einstein-féle relativitáselmélet egyenleteit alkalmazzák erre a befoglaló térre, amint azt Brand professzor is teszi irodájának tábláin (3.6. áb-

֍$ bulk NLIHMH]«VUH ֝ HJ\«E PDJ\DU PHJIHOHOĒMH QHP O«Y«Q ֝ D WRY£EELDNEDQ a befoglaló tér és a hipertér NLIHMH]«VHNHW IRJMXN KDV]Q£OQL HOĒEELW IĒOHJ DNNRU amikor geometriai értelemben hivatkozunk rá, utóbbit pedig egyéb esetekben. (A fordító megjegyzése.)


$ = 8 1 , 9 ( 5 = 8 0 2 7 , 5 1 < 7 7 5 9 1 < ( . ֍ ֍

UD IHOIHGH]LNDJUDYLW£FLµVDQRP£OL£NOHKHWĒV«J«W֝D]DQRP£OL£N«W DPHO\HNHWDKLSHUW«U௕]LNDLPH]ĒLLG«]QHNHOĒ Korántsem vagyunk biztosak abban, hogy a befoglaló tér valóban létezik. Az is csupán megalapozott feltételezés, hogy ha létezik, akNRUD](LQVWHLQI«OHW¸UY«Q\HNXUDOM£N1LQFVVHMW«V¾QNDUUDYRQDW NR]µDQVHPKRJ\KDO«WH]LNYDMRQDKLSHUW«UE¯UHRO\DQPH]ĒNNHO amelyek gravitációs anomáliákat generálhatnak, és ha igen, akkor ezek felhasználhatók-e. Az anomáliák léte és kihasználhatóságuk PHJOHKHWĒVHQV]«OVĒV«JHVVSHNXO£FLµ'HRO\DQWXGRP£Q\RVDODSR NRQQ\XJYµVSHNXO£FLµDPHOO\HO«Q«VQ«K£Q\௕]LNXVW£UVDP«OYH]HW WHOIRJODONR]XQN֝KDP£VNRUQHPN«VĒHVWLV¸U¸]JHW«VN¸]EHQJ\ beleillenek azon irányelvek közé, amelyeket a Csillagok között száP£UDMDYDVROWDP֧$VSHNXO£FLµN֯YDOµGLWXGRP£Q\RVDODSSDOE¯U QDNRO\DQ¸WOHWHNEĒOV]¾OHWWHNDPHO\HNHWOHJDO£EEQ«K£Q\֣WHNLQW« O\HV֢WXGµVOHKHWV«JHVQHNWDUW֦IHMH]HW A könyvben, amikor a Csillagok között tudományos hátterét tárJ\DORPPLQGLJMHOH]QLIRJRPDQQDNVW£WXV]£W֝LJD]V£JPHJDODSR ]RWWIHOW«WHOH]«VVSHNXO£FLµ֝LVDIHMH]HWYDJ\U«V]HOHM«QHJ\V]LP bólummal:

3.6. ábra.�A gravitációs anomáliák lehetséges alapjait leíró relativisztikus egyenletek Brand professzor tábláján. A részletekért lásd a 25. fejezetet

3.5. ábra.�Univerzumunk

igazság megalapozott feltételezés spekuláció

a Nap szomszédságában kétdimenziós felületként vagy bránként ábrázolva, egy háromdimenziós befoglaló térbe ágyazódva. A valóságban bránunknak három térdimenziója van, a befoglaló térnek pedig négy. Az ábrát tovább magyarázzuk a 4. fejezetben, lásd még a 4.4. ábrát

7HUP«V]HWHVHQ HJ\ HON«S]HO«V EHVRURO£VD ֝ LJD]V£J PHJDODSR]RWW IHOW«WHOH]«VVSHNXO£FLµ֝Y£OWR]KDW«VLO\HQY£OWR]£VVDOD௕OPEHQ«VD könyvben is találkozhatunk. Cooper számára a befoglaló tér megalapozott sejtés, ami igazsággá válik, amikor odaér a hiperkockához (29. fejezet), a kvantumgravitáció törvényei pedig spekulációk egé-

a bránunk befoglaló tér (hipertér)

szen addig, amíg TARS meg nem szerzi azokat a fekete lyuk belsejéEĒO¯J\&RRSHU«V0XUSKV]£P£UDLJD]V£JJ£O«SWHNHOĒ«V fejezet). $V]£]DGL௕]LNXVRNV]£P£UDD1HZWRQI«OHLQYHU]Q«J\]HWHV JUDYLW£FLµV W¸UY«Q\ PHJN«UGĒMHOH]KHWHWOHQ DEV]RO¼W LJD]V£J YROW N¸U¾O D]RQEDQ IRUUDGDOPL PµGRQ ¾W¸WWH NL D Q\HUHJEĒO HJ\ NLFVLQ\DQRP£OLDDPHO\HWD0HUN¼U1DSN¸U¾OLS£O\£M£EDQ«V]OHOWHN (24. fejezet). Newton törvénye majdnem teljesen pontos az egész Naprendszerben, de csak majdnem. Ez az eltérés is segített kikövezni az utat Einstein 20. századi relativisztikus törvényeihez, amelyek ֝D]HUĒVJUDYLW£FLµVWHUHNHVHW«EHQ֝VSHNXO£FLµN«QWNH]GW«NPDMG PHJDODSR]RWW IHOW«WHOH]«VHNN« Y£OWDN DPLNRU HONH]GWHN J\ĲOQL D] «V]OHO«VLDGDWRNP¯JQHPUDD]HJ\UHSRQWRVDEE£Y£OµPHJ௕gyelések eredményeként igazsággá nemesedtek (4. fejezet).

$NRU£EELWXGRP£Q\RVLJD]V£JRNDWIHO¾O¯UµIRUUDGDOPDNUHQGN¯Y¾O ULWN£N'HDPLNRUEHN¸YHWNH]QHNIHQHNHVW¾OIHOIRUJDWKDWM£NDWXGRmányt és a technológiát is. )HOWXGXQNHLG«]QLDVDM£W«OHW¾QNEĒORO\DQVSHNXO£FLµNDWDPHlyek megalapozott feltételezésekké, majd igazsággá váltak? MegélW¾NHYDODKDKRJ\EL]WRVDODSRNRQQ\XJYµQDNKLWWLJD]V£JDLQNDOµO IRUUDGDOPLY£OWR]£VRNHJ\V]HUFVDNNLU£QWRWW£NDV]ĒQ\HJHW"

KIP THORNE INTERSTELLAR ÉS A TUDOMÁNY

Recommend Documents