Fizikai Szemle nyitólap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2000/5. 178.o.

Az ÉLET KELETKEZÉSE ÉS A VILÁGEGYETEM EMBERARCÚSÁGA

Gondolatok Paul Davies: The Fifth Miracle és
Székely László: Az emberarcú Világegyetem című könyvekben írottakról

Végh László
MTA ATOMKI, Debrecen

Amikor a NASA egyes terveiről, mint a marsi élet, általában a Naprendszerben való élet utáni kutatásáról olvasunk, nem is nagyon tudatosul bennünk, mennyire izgalmas és ellentmondásos kérdéssel találkozunk. A NASA kutatói, amikor abból indulnak ki, hogy a Marson is vagy a Naprendszer más tartományaiban is lehetséges az élet és annyira közönséges jelenség, hogy az életműködések jelei vagy maradványai akár a mai eszközeinkkel is felfedezhető lehet, akkor az élet mibenlétéről, eredetéről olyan feltételezést tesznek, amely egyáltalán nem nyilvánvaló. Amikor a Galileo űrszonda képeit értékelve a Jupiter holdján, az Európán 1997 áprilisában felfedezték az első Földön kívüli óceánt, a hírmagyarázók számára magától értetődőnek tűnt, hogy mivel ott van víz, az élet is jelen lehet. Mintha a földihez hasonló körülmények, a víz, a szerves vegyületek jelenlétéből következne az, hogy ott is kifejlődhet az élet. Ez a szemlélet, amely biológiai determinizmusként fogható fel, hallgatólagosan azt foglalja magában, hogy a fizika matematikai alakban megfogalmazható törvényei valamilyen módon kedvezőek az élet kialakulásához, annak ellenére, hogy a puszta valószínűségek mérlegelése ez ellen szól.

A földönkívüli értelmes lények után kutató SETI program még ennél is továbbmegy, mert feltételezi, hogy a természet törvényei nemhogy az élet, hanem egyenesen az értelmes élet megjelenésének is kedveznek. Drámaibb kifejezést használva, mintha az értelem lehetősége bele lenne foglalva a természet törvényeibe, azaz a törvények egyelőre ismeretlen módon ugyan, de előírják az őket felfogni, megérteni képes rendszerek kialakulását is.

A biológiai determinizmus képviselői elsősorban fizikusok, vegyészek, csillagászok, a biológusok nagy többsége hallani sem akar erről. Valóban, ha kiderülne, hogy vannak bizonyos, eddig még nem eléggé értett vagy ismert törvényszerűségek, amelyek az élet és az értelem felé mutató fejlődést írják elő, az alapjaiban kérdőjelezné meg azt a nézetet, miszerint az evolúcióban nincs semmi elrendeltség, minden csupán a céltalan véletlenek és a természetes kiválasztódás összjátékának az eredménye. A földönkívüli értelmes lények kutatásáról 1996-ban folytatott vitában a biológus Ernst Mayr így érvelt a SETI-párti Carl Sagan ellenében: A Földön milliószámra létező fajok, leágazások, a talán 50 milliárd fajképződési esemény közül eddig egyetlen egy vezetett értelmes lényhez. Ennélfogva az értelem keresése máshol reménytelennek látszik. Stephen Jay Gould szerint ha egy kozmikus katasztrófa a mikróbák szintjéig megsemmisítené a földi élővilágot, az újrainduló evolúciós folyamatban semmi sem garantálná azt, hogy az újra az ismert módon zajljék le, azaz a halakon, kétéltűeken, hüllőkön, emlősökön keresztül elvezessen az értelmes emberig.

Paul Davies legújabb könyve, “The Fifth Miracle" (Penguin, 1998) a fenti kérdéskörrel, az egyelőre ismeretlen törvényszerűségek létezésének esélyeivel foglalkozik. Azontúl, hogy a könyv áttekinti az élet kialakulására vonatkozó legújabb elképzeléseket, számos kérdést eredeti módon, a fizikus szemszögéből értelmez, és ezzel számos olyan elgondolást, ötletet vet fel, amelyek érdemesek lehetnek a továbbgondolásra. Paul Davies szerint az élet eredetének megértéséhez nem csupán bizonyos technikai részletek megértése hiányzik, hanem valami nagyon alapvető tényezőre eddig még nem figyeltünk fel és ezért a megfelelő elmélet kidolgozásához néhány teljesen új ötlet szükséges.

Bár az élet kémiai jelenség, Davies szerint az élet lényegét nem a kémiában, a kémiai folyamatok tanulmányozásában, hanem az informatikai jellemzőkben kellene keresni, mivel az élőlény egy nagyon összetett, információt feldolgozó rendszer. Központi kérdés, honnan ered az élőlény által, a DNS örökítő anyagában hordozott információ. A választ a véletlen mutáció és a természetes kiválasztódás folyamatának tanulmányozása adja meg. A DNS örökítő anyagának csak azon mutációi maradhatnak meg, amelyeket a természetes kiválasztás úgymond visszaigazol, utalván arra, hogy a keletkezett változat életképes. Így az információt a környezet a természetes kiválasztódás közvetítésével írja be a DNS-ige. Azonban a mutációk, mint zajszerű képződmények, zavarják az információk átvitelét, azok elvesztését is eredményezhetik. Minél összetettebb a DNS, az információtartalma annál védettebb, vagyis a biztos információátvitel nagyobb fokú összetettséget, azaz minél több információ átvitelét követeli meg. Emiatt nem világos, hogyan jöhettek létre az első élőlények, amelyek örökítő állománya nyilván jóval kevesebb információt tartalmazott, ezért örökítő anyaguk továbbadását a mutációk okozta zaj igen erősen zavarhatta. Ez az ellentmondás egyike annak a számos paradoxonnak, amelyek az első élőlény kialakulásának modelljeit jellemzik.

Végül is honnan származik az élőlények hordozta információ? Az információ magától nem jön létre, keletkezéséhez munka szükséges. A kozmikus háttérsugárzás mért spektruma arról tanúskodik, hogy valaha az Univerzum pontosan a termodinamikai egyensúly állapotában volt, ez pedig az entrópia maximális értékének felelne meg. Hőmérsékleti egyensúly esetén az Univerzum információtartalmát egyetlen szám, a hőmérséklet értéke adja meg, ha pedig ez így van, a Mindenség kezdetben szinte egyáltalán nem tartalmazott információt. A mai Világegyetem viszont tartalmaz információt, ugyanis nincs a termodinamikai egyensúly állapotában. Honnan a munka, ami az információt termelte? A szükséges energia az egyensúlyi állapotot megszüntető gravitációs folyamatok során szabadult fel. Az anyag összecsomósodásakor a negatív gravitációs energia abszolút értékben egyre nagyobb lesz, a felszabaduló pozitív előjelű energiák, mint a csillagok kisugározta energia szolgál az információ forrásául. Ezért azt mondhatjuk, hogy bár a kozmikus háttérsugárzás spektruma termodinamikai egyensúlyra utal, a gravitáció miatt nem beszélhetünk igazi egyensúlyról, a korai Univerzum entrópiája nem a maximális, hanem egy alacsony entrópiájú állapot volt. Azaz az egyenletesen eloszló, szerkezet nélküli gáztömeg valahogy hatalmas mennyiségű információt hordoz. Ahogy a rendszer a gravitációs csomósodás közepette fejlődik és távolodunk az egyensúly állapotától, úgy a gravitációs mező rejtette információ átkerül az anyagba és egy része mint biológiai információ rögződik.

Mivel az ismert kémiai folyamatok annyira valószínűtlenné teszik az első élőlény kialakulását, Davies szerint a Földön kívül létező élet felfedezése arra utalna, hogy az élet léte nem pusztán a véletlenek eredménye, hanem eddig ismeretlen fizikai törvények működése vezet az élet kialakulásához. A könyvének jó részében a földönkívüli élet létezésének esélyeivel foglalkozik. A mai ismereteink szerint az első élők nem egy meleg vizű tavacskában, hanem a radioaktivitás által hajtott vulkanikus tevékenységek környezetében keletkezhettek. Ilyen helyeken ugyanis bőséggel rendelkezésre állhatnak a megfelelő szerves vegyületek, és a termodinamikai feltételek is jóval kedvezőbbek. Az utóbbi évtizedekben kiderült, hogy mélyen a talaj szintje alatt is vannak élőlények és akár több kilométer mélyen is léteznek a hőenergiát vagy kémiai energiákat felhasználó mikroorganizmusok. Ezek a szervezetek nagyon ősiek. Ilyen szervezetek bármely bolygón, ahol van vulkanikus tevékenység, megélhetnek s mivel ilyen bolygók szerte az Univerzumban gyakran előfordulhatnak, az akár hemzseghet az ilyen mikróbaszintű élettől. A felszínen kialakuló, fotoszintézisre épülő élet már jóval ritkább lehet, mivel ennek megjelenéséhez és megmaradásához számos feltétel teljesülése szükséges. Értelmes élet pedig csak hosszabb evolúciós fejlődés során alakulhat ki, ami megköveteli, hogy a kedvező feltételek egész hosszú időn keresztül fennálljanak. Ezért az értelmes élet megjelenésének esélye csekély.

A kőzetekben élő mikroorganizmusok átkerülhettek, át is kerülhetnek egyik bolygóról a másikra. A felszínre becsapódó kozmikus törmelék kőzetdarabokat robbanthat ki és ezek a bolygó vonzásából kiszabadulva más bolygók felszínére juthatnak. Ilyen módon a bolygók folyamatos kölcsönhatásban állnak egymással és a viszonylag védett környezetben, a nagyobb meteoritkövek belsejében utazó betokozódott mikroorganizmusok a teljes Naprendszerben elterjedhettek. Sőt, az üstökösök közvetítésével akár naprendszerek között is közlekedhetnek életet hordozó kőzetdarabkák. 3,8 milliárd éve, amikor a Föld és a Mars felszíni viszonyai hasonlóak voltak, a mikroorganizmusok átkerülhettek egyik bolygóról a másikra és ott elterjedhettek. Így ha a Marson Föld-típusú élet maradványait fedeznék fel, Davies szerint nem okozna különösebb meglepetést, mivel ilyen életformának a Marson valaha léteznie kellett. Ezért csak az ismerttől eltérőnek mondható életforma utalhatna biztonsággal a földitől független élet létezésére.

Létezik-e, vagy létezhet-e egyáltalán a Föld-típusú élettől különböző élet, vagy az ismert életforma egy helyen, vagy különböző helyeken alakult-e ki, alapvetően fontos, tisztázásra váló kérdés. Ha a megfigyelésekből kiderül, hogy az élet az Univerzumot jellemző általános jelenség, és az egyes bolygókon akár egymástól függetlenül is kialakulhat, akkor az élet felé fejlődését előíró eddig ismeretlen törvényszerűségek létére találunk bizonyítékot.

<>

Az élet és a Világegyetem kapcsolatának egy másik vonatkozásával az antropikus elv foglalkozik. Az antropikus elv alapja az, hogy az Univerzum kialakulását, a csillagok fejlődését és más folyamatokat tárgyaló fizikai modellek eredményei nagyon érzékenyen változnak, ha megváltoztatjuk a modellekben szereplő alapvető fizikai állandók értékeit. Ilyen alapvető fizikai állandók az elektron, a proton és a neutron tömegei valamint az erős, elektromágneses, gyenge és erős kölcsönhatások erősségei. Ezek az állandók finomhangoltaknak tekinthetők abban az értelemben, hogy értékeiknek, pontosabban a belőlük valamint a fénysebességből és a Planck-állandóból képzett dimenzió nélküli számok értékeinek nagyon kis változása olyan Világegyetem létének felelne meg, amelyben nem fejlődhetne ki az élet.

Az antropikus elvet tárgyaló leírások az élet feltételéül csupán a kellően hosszú ideig létező, elég sok energiát sugárzó csillagok valamint az élet számára alapvető atomi építőkövek, mint a hidrogén, szén, oxigén, foszfor, kén stb. létezését szabják meg. Ezek nélkül nemhogy másféle élet, hanem kifinomultabb szerkezetű, nagyobb mennyiségű információt tárolni képes rendszerek sem létezhetnének. A számítógépes modellek ugyan azt mutatják, hogy bármely rendszer, amely elég sok elemet és kölcsönhatást tartalmaz, spontán módon előbb-utóbb a szervezett összetettség valamely állapotába jut. Azonban ez önmagában nem teszi nyilvánvalóvá az élet megjelenését. Az élet felmérhetetlenül többnek és bonyolultabbnak tűnik, mint az ismert egyszerű önszerveződő rendszerek, viszont nem világos, hogy az élet bonyolultságát illetően mennyire fontos az, hogy hányféle atomból tevődnek össze a DNS és egyéb, biokémiai szempontból fontos vegyületek.

A finomhangoltság akár a paraméterek százalékos, vagy azon belüli pontos beállítottságát követeli meg. Friss példa erre az a nukleon-nukleon kölcsönhatásokból kiinduló, mikroszkopikus 12-test számolás, amely a szénatommag keletkezésének mechanizmusát vizsgálja (H. Oberhummer, A. Csótó, H. Schattl, Astro-Ph 23 Aug 1999). A modell szerint a magkölcsönhatás erősségének csupán 0,4%-os változtatásával a szénalapú élet lehetetlenné válna, mivel a csillagokban vagy csak szén vagy csak oxigén keletkezhetne, de a két elem együtt már nem.

Meg kell jegyeznünk, nem tudjuk igazából megmondani, mennyire erős a fizika alapvető állandóinak finomhangoltsága. Nem jelenthetjük ki teljes bizonyossággal, hogy a különböző modelleket együttesen tekintve vannak-e vagy nem az alapvető állandók sokparaméteres tartományában még másutt is összetettebb rendszerek megjelenését megengedő, antropikusnak nevezhető környezetek. Az ilyen vizsgálatok túlságosan nehezek és ráadásul megbízhatatlanok, erősebben modellfüggőek lennének. Az antropikus elv az állandók finomhangoltságának létezésén alapul és két változata létezik, a gyenge és az erős antropikus elv. A gyenge antropikus elv szerint a világot vizsgáló értelmes lény nem is láthatja más szerkezetűnek az Univerzumot, mint amilyennek észleli. A megfigyelő puszta léte ugyanis megszorításokat jelent arra nézve, mit figyelhet meg, és értelmes szemlélő a finomhangoltság szerint csak az alapvető állandók bizonyos pontosan meghatározott értékei mellett létezhet. Az erős antropikus elv azt mondja ki, hogy a Világegyetemnek olyannak kell lennie, hogy fejlődésének valamely szakaszában megengedje megfigyelők kialakulását. Ez magában foglalja azt, hogy a természet törvényeinek olyanoknak kell lenniük, hogy az általuk vezérelt világban létezhessen élet.

Az antropikus elv, főleg annak erős változata nagy érdeklődést váltott ki nemcsak a kozmológusok és fizikusok, hanem a nagyközönség körében is. A nyolcvanas években vált ismertebbé, a tudományos ismeretterjesztő irodalom egyik felkapott témájává vált és a filozófusok, teológusok már számos cikket, könyvet írtak róla, használták, használják érveléseikben. Az antropikus elv értelmezését ezért is nagyon sok zavar kíséri. Székely László könyve, “Az emberarcú Világegyetem" (Áron Kiadó, Budapest, 1997) sokat segíthet az antropikus elv tartalmának tisztázásában. A filozófus szerző, akinek mellesleg programtervező matematikus végzettsége is van és számos elméleti fizika kurzust is hallgatott, avatott módon közelít a kérdéshez. Rámutat arra, hogy az antropikus elv körüli félreértések fő forrása a módszertani és a lételméleti értelmezések keveredése. Székely könyve meggyőző módon érvelve mutatja meg, hogy míg ez az egybemosódás a gyenge antropikus elv esetén nem gond, addig az erős antropikus elv lételméleti tartalommal való felruházása - ez jellemzi például John D. Barrow és Frank Tipler enciklopédikus tartalmú nagy monográfiáját is -, nem szükségszerű. Az erős antropikus elv egyszerűen felfogható úgy is, hogy pusztán módszertani-ismeretelméleti értelmezést tulajdonítunk neki, azaz úgy fogalmazunk, hogy a Világegyetemről alkotott modelljeinkben tekintettel kell lenni arra, hogy a modell ne zárja ki az élet feltételeinek kialakulását. Az erős antropikus elv ebben az értelmezésben arra hívja fel a figyelmünket, hogy létezésünk kozmikus előfeltételei egyáltalán nem magától értetődőek. A Székely László által adott elemzés szerint a gyenge antropikus elvben és az erős antropikus elv ismeretelméleti értelmezésében az “antropikusság" ellenére semmi olyan nincs, amelyben akár a legszigorúbb természettudományos módszertan is kivetni valót találhatna.

<>

Ha az erős antropikus elvet lételméletileg értelmezzük, akkor Székely László könyve szerint a filozófia, ennek részeként a metafizika területére lépünk, ahol a természettudományos módszer már nem alkalmazható. A metafizika tárgya a lét végső kérdésekről való gondolkodás, miért létezik egyáltalán a világ, miért éppen olyan, amilyen, van-e értelme az életnek és az emberi létnek, és így tovább. Ha a metafizika nem akar a fizikára és más természettudományra tartozó kérdések eldöntésébe beleszólni, nem feltétlen káros és értelmetlen foglalatosság.

Mi lehet az antropikus elv metafizikai jelentősége, segíthet-e annak az ősrégi kérdésnek az eldöntésében, minek az eredményeképpen jött létre a világ? A válaszok, ahogy Székely László részletesen áttekinti, két nagyobb csoportra oszthatók. A világ egyfelől értelmesnek, tervezettnek, teleologikusnak tűnik, ezt sugallja a világ egészének lenyűgöző harmóniája, Platón örökkévaló ideái és Arisztotelész végső céljai erre az értelemre utalnak. Ugyanakkor a világban nagyon sok az esetlegesség, a változékonyság és a káosz, emiatt mások, kezdve a görög atomistákon, úgy látják; a világból hiányzik az értelem, irracionális, a világot a szükségszerűség és a vak véletlenek formálják. A természet törvényeinek felfedezése sem sokat segített a kérdés megválaszolásában. Az értelmes világ, a teleológia filozófiájának hívei a törvényekben az isteni teremtés és szándék eszközeit látják, míg a materialista számára a törvények vakok, teleológiától mentesek.

A világ értelmességének kérdése az élet eredetéről folytatott tudományos viták hátterében is ott van. Ha az evolúció folyamatában nem csupán a véletlenek és a természetes kiválasztódás összjátékáról van szó, hanem valamilyen eddig még rejtett törvény is jelen van abban, hogy a mutációk merre felé vihetik az élet fejlődését, akkor van helye a biológiai szükségszerűségnek, fejlődési iránynak. Ez pedig már nagyon úgy hangzik, mintha célszerűségről, teleológiáról lenne szó. A még rejtett törvények felfedezése azt jelentené, hogy világunkat inkább az értelem, mint a káosz uralma határozza meg, hiszen az Univerzum keletkezésétől fogva egyre összetettebb rendszerek alakulnak ki, és a törvények végül is az értelmes élet felé hajtják a világot. Természetesen a biológiai determinizmus esetleges megalapozása, a törvények léte alapjaiban nem rendítené meg a materializmus érvrendszerét, csupán emberarcúbbá tenné azt.

Hasonlóképpen az antropikus elv, a természeti állandók finomhangoltsága egyaránt lehet érv a teleológia és vak véletlenek kormányozta irracionális világ léte mellett.“... az antropikus hangoltságok rendszere, illetve az e rendszer által felénk mutató antropikus kozmikus nyíl mintegy a létező létezésének eredendő misztikuma mellé rajzolt metaforikus felkiáltójelként bukkan föl előttünk." - írja Székely László. Ugyanakkor a Világegyetem finomhangoltsága az állandóan a káosz peremén tántorgó, az életet épphogy csak megengedő világ képét is felidézheti, ekkor az antropikus elv a számtalan lehetséges Világegyetem közül az egyedül életadóban élő ember kozmikus magányosságának és idegenségének a megfogalmazója. Ezért megszívlelendő Székely László következtetése: “A két koncepció, az értelemre alapozott racionális, és a vak anyagra alapozott irracionális világ között csak hitünk alapján választhatunk, míg a természettudományok szempontjából az egyedüli tudományos álláspont, ha tudatosítjuk, hogy az anyagi világ végső törvényeinek jellegére, eredetére vonatkozó kérdések már túl vannak a természettudományos megismerés elvi határain." Valóban, a természettudomány a megfigyelés, kísérletezés, modellalkotás segítségével megfogalmazhatja a természet törvényeit, felfedezheti az egymásra épülő törvények rendszerét, eljuthat a fizika legalapvetőbb törvényeinek a kimondásához is, ám azt, hogy a legalapvetőbb törvények miért léteznek és miért éppen olyanok, amilyenek, már nem válaszolhatja meg. Székely László könyvének üzeneté abban foglalható össze, hogy az antropikus elv sem adhat komolyabb segítséget a metafizika alapkérdésének, a heideggeri kérdésnek: “Miért van egyáltalában létező, nem pedig inkább a semmi?" megválaszolásában.