Rengeteg őrült ötlet születik a tudományban, olyanok is, amelyeket teljesen más területek inspiráltak, mint ahol végül alkalmazásra kerültek. A két univerzumos kozmológiai modell épp ilyen – a kutatók két grafén réteg tanulmányozásakor rukkoltak elő az ötlettel, még maguk sem tartják a dolgot biztosnak, viszont az már látszik, hogy ez a modell nagyon elegáns és kényelmes választ ad több problémára is – elsősorban a kozmológiai állandóval kapcsolatban – ismerteti a Joint Quantum Institute közleménye a Physical Review Research című lapban közzétett kutatás lényegét.

Kezdjük az elején! A grafén egy atomnyi vastagságú szénlemez, lényegében grafitréteg, amely ismétlődő hexagonális mintázatból áll. A kutatók pedig arra jöttek rá a kísérletek során, hogy a grafén új elektromos tulajdonságokat nyer, amennyiben két ilyen lemezt helyezünk egymás mellé – magyarán a két egyforma lemez kölcsönhatásának egyfajta új, egyedi fizika lesz a végeredménye, egy olyan fizika, amely külön-külön egyik lemezt sem jellemezte. A kutatók ezután arra gondoltak, hogy mi lenne ha ezt az alapelvet, amely a két lemez kölcsönhatását jellemzi, kozmológiai szintre bővítenénk – magyarán:

Születhet-e újfajta fizika ha a lemezeket egész univerzumokra, és a köztük lezajló interakciókra cseréljük?

A lemezek közötti kölcsönhatás egy speciális, az ismétlődő mintázatokkal kapcsolatos effektussal, a moiré-jelenséggel magyarázható. A jelenséget Ernst Moire, svájci származású fotósról nevezték el, és a fényképezés során ez egyébként egy nem kívánatos effektus. A moiré-jelenség az interferencia egy speciális formája, amely nem hullámok (mint mondjuk a rádióhullámok esetén), hanem eltérő térfrekvenciájú periodikus struktúrák egymásra hatásának eredményeként keletkezik – vagyis két különböző vonal- vagy alakminta átfedi egymást, és az interferencia emiatt alakul ki. A szakirodalom épp ezért sokszor mechanikus vagy geometriai interferenciának is nevezi ezt.

A moire-jelenség miatt létrejövő mintázat ismétlődési hossza jóval meghaladhatja az ezt kialakító alapmintákét. A grafén esetén (megfelelő elrendezés mellett) a moire-minta olyan hosszan ismétlődhet, amely akár 52-szer hosszabb, mint az egyes lapok mintahossza, és emiatt ez elektronok viselkedését szabályozó energiaszint is rohamosan zuhan, ami miatt tehát új tulajdonságok alakulhatnak ki, mint amilyen például a szupravezetés (ami miatt ezekre a kutatásokra jellemzően sor szokott egyébként kerülni). A kutatók ötlete tehát az volt, hogy ezt a működési elvet átültetik két darab kétdimenziós univerzum működési elvére, ahol az elektron időnként átugrik egyik univerzumból a másikba. Ha a dolog hátterében álló matematikát eléggé általánosítjuk, akkor a modell bármilyen univerzumokra alkalmazható – beleértve a saját 4-dimenziós univerzumunkat is.

Most már tehát értjük, hogy a moire-jelenség miatt két mintázatból miként alakulhat ki egy harmadik, amely új tulajdonságok felbukkanását is eredményezi, és azt is, hogy az ezzel kapcsolatos modellt át lehet ültetni univerzumokra is. Egy kérdés maradt csak:

Minek tennénk ilyet, milyen új tulajdonságok felbukkanására számítunk egymással interakcióba lépő univerzumok esetén?

A válaszhoz egy újabb gyors kitérőre lesz szükség a kozmológiai állandóval kapcsolatban. A kozmológiai állandót még Einstein vezette be (ő univerzális állandónak nevezte) 1915-ben, mint egy matematikai eszközt, amire szüksége volt az általános relativitáselmélettel kapcsolatos egyenleteihez. Hogy pontosan mi ez az állandó, azt senki sem tudja, de egyesek szerint egy olyan valami (anyag vagy energia), ami a gravitáció ellenében hat – ezért vélik többen úgy, hogy ez a sötét energia megfelelője az univerzumot leíró matematikai modellekben.

Tényleg haldoklik az Univerzum? Egy új tanulmány szerint rettentően hamar, jóval hamarabb, mint hogy a Nap kihunyna, megtorpanhat az Univerzum tágulása, amit a zsugorodás követ majd. Ez lesz az általunk ismert Mindenség vége? Akárhogy is, van rá esély, hogy nem ez az Univerzum az első, amivel ez történik.

Ha tehát a kozmológiai állandó ennyire fontos, akkor jó lenne minél pontosabban ismernünk, amihez csak az univerzum bizonyos részleteit kell megmérnünk. Vagy nem? A gond az, hogy az univerzum egyszerre tartalmaz relativisztikus és kvantumhatásokat is. Vagyis amikor a tudósok megpróbálják összekapcsolni az univerzum Einstein által adott relativisztikus felfogását a kvantumvákuummal kapcsolatos elméletekkel, problémákba ütköznek. Az egyik ilyen probléma, hogy ahányszor a megfigyeléseikből próbálják a kutatók megbecsülni a kozmológiai állandót, a kapott érték jóval kisebb, mint ami a teória egyéb részeiből következne. Sőt az állandó nevével ellentétben még összevissza is ugrál (méghozzá „drámai” mértékben) attól függően, hogy mennyi részletet vonnak be a kutatók a becslésbe. Ezt nevezik egyébként a kozmológiai állandó problémájának, illetve időnként vákuumkatasztrófának.

Mint az egyik kutató fogalmazott:

„Ez a legnagyobb – messze a legnagyobb – ellentmondás a tényleges mérés és a teória által megjósolt érték közt. És ez azt jelenti, hogy valami nincs rendben.”

Ha azonban visszaemlékszünk, a moire-jelenség lényege éppen az, hogy nagyságrendi eltérést vezet be az újonnan kapott mintázatba az eredetihez képest. A kutatók ezért egy olyan matematikai modellt dolgoztak ki (moire-gravitációnak nevezik amúgy), amelyben két „másolatot” készítettek Einstein elméletéből, amely arról szól, hogy az univerzum hogyan változik az idő múlásával, és olyan extra kifejezéseket vezettek be ebbe a matematikába, amelyek lehetővé teszik a két másolat kölcsönhatását. Ahelyett pedig, hogy a grafén energia- és hosszskáláit nézték volna, immár a kozmológiai állandókat figyelték.

Az eredmény a következő lett: ha két egymással kölcsönhatásban álló világmindenséget veszünk, melyek elég nagy kozmológiai állandóval rendelkeznek, akkor az interakció eredményeként felülírásra kerülhet mind a két univerzum saját kozmológiai állandója. A kölcsönhatás nyomán ugyanis kialakul egy közös, „effektív” kozmológiai állandó, amely egyébként jóval kisebb a két külön kozmológiai állandónál. Vagyis ez magyarázná, hogy a mérések és a teória miért produkál más eredményeket. Amikor a kutatók ezután még komplexebb világokat vizsgáltak, egyéb érdekességekre is felfigyeltek, például eddig ismeretlen energiamezőkre, sőt arra is, hogy ezen kettős-világ (bi-world) működése milyen egyedi „lenyomatként” jelenne meg a kozmikus háttérsugárzásban – az sem kizárt, hogy ezt a „lenyomatot” akár tényleges mérésekkel is ki lehetne mutatni. Vagy nem, ha az elmélet nem igaz.

A kutatók ugyanis vegyes érzésekkel viszonyulnak a saját modelljükhöz, amit a közleményből kihámozva a leginkább talán úgy lehetne összefoglalni, hogy az egész túl szép ahhoz, ahogy igaz legyen. Jelenleg ugyanis a modell már-már „gyanúsan” jól működik. Mint a kutatók elmondták: egy hamarosan publikálásra kerülő tanulmányukban például a modell segítségével az univerzum olyan alapvető jellegzetességei is természetesen magyarázhatóak, egyben a kettős-világ működéséből megjósolhatóak, mint például a Higgs-részecske.

(Fotó: Getty Images)