Az univerzumunk különleges rendszer. A legkülönlegesebb jellemzője, hogy a tudományos álláspont szerint az életútja egy alacsony entrópiájú...
Az univerzumunk különleges rendszer. A legkülönlegesebb jellemzője, hogy a tudományos álláspont szerint az életútja egy alacsony entrópiájú kiindulási állapotban kezdődött. Ebből az állapotból kiindulva aztán az univerzum a születése utáni életét folytatva fokozatosan egyre nagyobb entrópiájú állapot felé halad, míg az életének a végén végül elér egy maximális entrópiájú állapotba.
Zárt rendszerek, mint amilyen definíciószerűen az univerzum is, életfolyamata fizikailag jól értelmezett módon jellemzően ezt az utat követi. Az univerzumunkkal kapcsolatban, amin definíció szerint nem létezik semmi más, alapvető, megválaszolatlan kérdésként áll fenn, hogy milyen módon volt lehetséges, állt elő a kezdeti alacsony entrópiájú állapot.
Ma erre a problémára a természettudomány csak spekulatív válaszokat tud adni. Ezek közül az entrópia folytonos növekedésének irányához leginkább illeszkedő elképzelés az örök inflációs univerzum feltételezése, amely logikailag illeszkedik az entrópia növekedésének feltételéhez, de egy olyan rendszer létezését igényli, amelynek fizikai valósága a tapasztalataink által kialakult világképünk léptékei szerint nézve zavaróan különleges feltételeket tartalmaz. Továbbá, bár az örök inflációs univerzum létezése logikailag megfeleltethető az entrópia növekedésével kapcsolatos elvárásoknak, az örök inflációs univerzum fizikailag zárt rendszerként való létezésének valósága nehezen értelmezhető, de látszólag szükségszerű feltétele ennek a modellnek is.
Az Occam borotvájának empirikus elve szerint, ha a valóság leírására többféle modell lehetséges, valószínűleg az áll közelebb a valósághoz, amely kevesebb, vagy egyszerűbb feltételezést igényel. Az alacsony kiindulási entrópiájú állapotú univerzumunknak elképzelhető-e az örök inflációs univerzumnál egyszerűbb, kevesebb feltételezést igénylő modellje, amely még megfeleltethető az általunk ismert valóságnak?
Az univerzumunk létezése megértéséhez szükséges legnagyobb megoldandó probléma a speciális kiinduló állapot létezése, az alacsony entrópiájú kiinduló állapot feltételének szükségszerűsége. Az univerzum létezésének lehetséges modelljét keresve az entrópia különböző fizikai definíciói közül szigorúan csupán az entrópia fogalmának szintén megfeleltethető rendezettség mértéke szerint vizsgáljuk az univerzum létezését. Határozottan kijelenthető, hogy az univerzum létezésének kezdetén nagy kellett, hogy legyen az univerzum rendezettsége, amely az univerzum életének folyamán folyamatosan egyre csökken.
A rendezettség csökkenésének törvényszerűsége azonban szembeötlően helytelennek látszik a környező világunkban. Ha körbenézünk azt láthatjuk, hogy a rendezettség nem csökken szükségszerűen és szigorúan.
Ezt a megfigyelésre épülő tapasztalatot az entrópia fogalmát felhasználva jellemzően úgy magyarázzuk, hogy ahol lokálisan az entrópia csökken, az annak az árán lehetséges, hogy máshol az entrópia még inkább növekszik, illetve, ahol a gravitáció szerepet játszik a rendezettség növekedésében, ott megjegyezzük, hogy a gravitáció jelenléte esetén a rendezettség spontán növekedése a teljes rendszerre nézve továbbra sem eredményezi az entrópia csökkenését.
Az univerzum létezését vizsgálva azonban maradjunk szigorúan a rendezettség vizsgálatánál, és szigorúan csak a rendezettség mértéke szerint vizsgáljuk az univerzum életét. Hitelesen feltételezhető, hogy az univerzum életének kezdetén az univerzum rendezettsége egy maximális értéken lehetett, amely állapot feltételezhetően valamilyen módon létrejött, amely szintén az univerzum életfolyamatának részeként kellett, hogy megvalósuljon.
Itt határozottan vonatkoztassunk el az idő fogalmától, amely a tudományos nézeteink szerint az univerzumunk keletkezésével jött létre, és csupán maradjunk az események sorrendjének a vizsgálatánál. Az időről elfogadott elméletünk alapján fizikailag nem zárható ki események bekövetkezése az idő létezése nélkül sem, ahogy az időről alkotott nézeteink szerint az univerzum születése sem az idő folyamatának a része. (Az idő fizikai létezése helyett helyesebbnek látszik az időt egy leíró jellemzőnek tartani.)
Ebből azt a logikai (nem a fizikai valóság megfigyelése által létrejövő) következtetést is le lehet vonni, hogy az univerzum a rendezettségének a maximális értékét egy kevésbé rendezett állapotból érte el. Csupán logikai módon, és szigorúan a rendezettség mértékét vizsgálva, ha alkalmas modelljét találnánk egy olyan fizikai rendszernek, amely egy maximálisan rendezett állapotból spontán módon rendezetlen állapotba kerül, majd folyamatosan a maximálisan rendezett állapot felé halad ismét, egy ilyen fizikai rendszer logikai megfontolások szerint lehetséges modellje lehetne a létező univerzumnak.
A feltételezett modellből következően egy ilyen rendszernek a maximálisan rendezett állapota a rendszer egyensúlyi állapota, és ha ez a rendszernek az instabil állapota is, ez az állapot spontán módon, önmagától megszűnhet, aminek következtében egy rendezetlen, és a teljes rendszerre nézve nem egyensúlyi állapot jön létre, amely a rendszer életútja során folyamatosan visszatér a rendezett, egyensúlyi állapotába.
Egy ilyen logikai modell az univerzumunk unorthodox, ciklikus viselkedésű, de az Occam borotvájának is esetleg megfeleltethető modellje lehetne. Milyen fizikai rendszer képes ilyen módon működni?
Sok, azonos részecskés, homológ struktúrájú rendszerek viselkedhetnek ilyen módon, ha a rendszert alkotó, egymással lokális fizikai kapcsolatban álló, az egymással történő kölcsönhatások által rögzített helyen tartózkodó alkotórészek önmagukban hasonló jellegű vibráló mozgást végeznek.
Egy ilyen rendszernek a teljes rendszerre kiterjedő szinkronizált rezonanciája lehet a rendszer egyensúlyi, de sérülékeny és instabil, rendezett állapota. Egy ilyen, globális rezonanciájú állapotban álló rendszerben ha a rendszert alkotó egy-egy részecske önálló vibrációs mozgása spontán módon eltér a globális rezonanciának megfelelő vibrációtól, a globális rezonanciában álló környezete ismét szinkronizált vibrációra kényszerítheti. Amikor azonban a rendszerre jellemző határértéknél több részecske vibrációs mozgása tér el spontán módon egyszerre a globális rezonanciának megfelelő vibrációtól, amikor már a szomszédos részecskék vibrációja nem tudja visszaállítani a globális rezonanciát, hirtelen a teljes rendszer deszinkronizált állapotba kerülhet, a teljes rendszeren megszűnik a globális rezonancia, a teljes rendszer a rendszer sajátosságainak megfelelő rendezetlen állapotba kerül.
A rendszernek a globális szinkronizált rezonancia, a teljes rendezettség az instabil egyensúlyi állapota. A globális rezonancia megszűnésével a rendszert alkotó részecskék vibrációja továbbra is fennmarad, de egymással nem szinkronizált módon történik, rendezetlen állapot alakul ki. Ez az állapot azonban a rendszernek nem az egyensúlyi állapota. A rendszerben, a rendszert felépítő részecskék vibrációja által meghatározott, a részecskék vibrációjára jellemző lokális rezonanciák alakulhatnak ki, és mozoghatnak a rendszerben, amelyek egymással találkozva egymáshoz kapcsolódva összetettebb rezonanciákat, struktúrákat alkothatnak, amelyek az adott rezonanciáknak megfelelő módon kölcsönhatnak egymással. A folyamat végeredményben ismét kialakíthat egy globális rezonanciát, a teljes rendszerre kiterjedő rendezett állapotot, és egy újabb ciklus ismétlődhet megint.
Az univerzum ezen elméleti modellje természetes magyarázatot adhatna a speciális, alacsony entrópiájú kiinduló állapotra. Ez a modell az univerzum grid modellje, amelyben értelmezhető más, jelenleg elméletekkel nehezen magyarázható további törvényszerűségei is a fizikai világunknak.
Ha pedig a modell valóban alkalmas modellje az univerzumunknak, minden más törvényszerűség és jellemző is értelmezhető kell legyen a grid modell alapján. Lehet a grid modell az univerzumunk valóságos modellje?
Nincsenek megjegyzések