Miért csak előre halad az idő, miből áll a sötét anyag, mi van egy fekete lyuk belsejében, és hol húzódnak a részecskefizika standard modelljének határai? A fizika számos sikeres elméletet alkotott, ám néhány alapvető kérdésre továbbra sincs biztos válasz.

## Miért halad előre az idő, és miért nő a káosz?

Az idő egyik legrejtélyesebb tulajdonsága, hogy iránya van. A klasszikus fizikában a téridő modellje az egydimenziós idő és a háromdimenziós tér együttese, az idő pedig csak előrefelé halad.

Jó példa erre egy tojás: feltörhetjük, és készíthetünk belőle rántottát, a rántottából viszont aligha állíthatjuk helyre az ép tojást. Ez az entrópia fogalmával írható le. Nagyon leegyszerűsítve a világegyetem rendezetlenségének mértékéről van szó, amely folyamatosan növekszik. Az ép tojás rendezett állapotot képvisel, a feltört tojás pedig az ezt követő rendezetlenebbet. Hasonló folyamatok az egész világegyetemben végbemennek, és nem fordíthatók vissza.

Ez látszólag világos, de felvet egy nehéz kérdést. Ha az entrópia mindig csak nő, miért volt a világegyetem kezdetben sokkal rendezettebb, amikor óriási mennyiségű energia összpontosult igen kis térben? És mi történik majd, amikor minden káosszá válik?

## Mi a sötét anyag?

A sötét anyagot közvetlenül egyelőre nem lehet megfigyelni, és azt sem tudjuk, pontosan micsoda. Továbbra is hipotetikus fogalom, mivel magát a sötét anyagot még nem észlelték. A fizikusok mégis biztosak a létezésében, mert megfigyelhető a látható anyagra, a sugárzásra és a világegyetem szerkezetére gyakorolt gravitációs hatása.

Az elméleti fizikusok szerint a sötét anyag a világegyetem teljes tömeg-energia tartalmának 22 százalékát alkotja. Úgy vélik, ez a rejtett anyag áthatja a galaxisok külső vidékeit, és gyengén kölcsönható, nagy tömegű részecskékből, úgynevezett WIMP-ekből (Weakly Interacting Massive Particle) állhat. Ezeket a feltételezett részecskéket azonban szintén nem sikerült még megfigyelni.

## Mi van egy fekete lyuk belsejében?

A fekete lyukak az asztrofizikusokat éppúgy foglalkoztatják, mint a tudományos-fantasztikus történetek alkotóit. Ma még senki sem tudja pontosan, mi történik odabent, ez a bizonytalanság pedig számos feltételezést és vitát szült.

Egyes elképzelések szerint a fekete lyukakon át párhuzamos világegyetemekbe lehetne jutni. Mások galaxisok közötti átjáróként képzelik el őket, megint mások szerint a múltban létező fehér lyukakhoz kapcsolódnak. A hollywoodi változatban akár egy könyvespolc hátsó fala és Matthew McConaughey is várhat a túloldalon. Ezek azonban látványos sci-fi történetek, nem bizonyított tudományos állítások.

A fő elmélet szerint a fekete lyuk egy elpusztult csillag maradványa. A csillag összeomlik, a rendkívül sűrű anyag pedig magával ragadja a téridőt. A gravitációs tér annyira erőssé válik, hogy még a fény sem tud kijutni belőle.

A fekete lyuk külső határát eseményhorizontnak nevezik. Aki vagy ami ezt átlépi, már nem tud kiszabadulni. Befelé haladva egyre erősebben görbül a téridő, míg a leírás szerint görbülete végtelenné nem válik. Ezt a pontot gravitációs szingularitásnak nevezik.

Fekete lyukat már sikerült lefényképezni, ám valójában nem magát az objektumot, hanem az árnyékát örökítették meg. A belsejébe vezető utazás lehetőségéről ezért még korai beszélni.

## Mi van a standard modellen túl?

A standard modell a fizika egyik legsikeresebb elmélete. Négy évtized alatt számos kísérlet igazolta, hogy működik. Leírja a körülöttünk lévő részecskék viselkedését, és többek között arra is magyarázatot ad, miért van tömegük a részecskéknek.

A Higgs-bozon 2012-es felfedezése történelmi mérföldkő volt, mert igazolta a részecske létezésére vonatkozó régi előrejelzést. A standard modell összesen 61 részecske – köztük kvarkok, gluonok, fotonok és a Higgs-bozon – felfedezésében segítette a kutatókat.

Sikerei ellenére a legtöbb fizikus egyetért abban, hogy a standard modell nem teljes. Több elmélet is pályázik arra, hogy átfogóbb leírást adjon a fizikai világról; ezek egyike a húrelmélet. E modellek egyikét sem sikerült azonban mindeddig kísérletekkel véglegesen igazolni.