talán vágom. talán?

Ezeket a teóriákat kontextus nélkül tényleg meglehetősen nehéz feldolgozni.

A kvantumjelenségek a nagyon kis méretek tartományában jelentősek, egy szingularitás közelében azonban a két lépték közel azonossá válik, jelentősek lesznek a kvantumgravitációs hatások, ha meg akarjuk érteni az Univerzum kezdetét és sorsát akkor a kvantumgravitációs elméletre van szükségünk.

Kvantumelmélet (Maxwell- és Yang-Mills-elmélet, gravitáció kvantumelmélete)

A végtelen számú részecskékből álló rendszerek kvantumelméletét az 1920-as években Heisenber, Schrödinger és Dirac dolgozták ki és nehézségekkel találták szembe magukat, amikor a kvantumelméletet ki akarták terjeszteni az elektromosságot, mágnesességet és fényt leíró Maxwell-térre.

A Maxwell-tér különböző hullámhosszú hullámok összességeként képzelhető el (a hullámhossz a hullám két szomszédos csúcsa közötti távolság). A hullámban a térre jellemző fizikai mennyiség értéke két szélső érték között ingadozik, az inga lengéséhez hasonlóan.

A kvantumelmélet szerint az inga alapállapota, vagyis legalacsonyabb energiájú állapota nem az, amikor az inga pályája a legalacsonyabb energiájú pontjában nyugalomban van, és függőlegesen lefelé lóg. Ebben az esetben ugyanis az inga helye és sebessége (ami értelemszerűen nulla) egyaránt pontosan meghatározott mértékű lenne. Ez viszont megsértené a Heisenberg határozatlansági elvet, ami megtiltja, hogy pontosan ismerjük a helyet és a sebességet. A hely bizonytalansága és az impulzus bizonytalansága szorzatának nagyobbnak kell lennie a Planck-állandónak nevezett mennyiségnél.

Ennek megfelelően az inga energiája alapállapotában nem nulla. Éppen ellenkezőleg, az ingának vagy bármilyen más rezgő rendszernek még alapállapotában is rendelkeznie kell valamilyen minimális energiával, amit nullponti fluktuációnak nevezünk. Ez azt jelenti, hogy az inga mindenkori helyzetét csak valószínűségek eloszlásával lehet megadni.

Hasonló jelenség következik be a Maxwell-tér esetében is, még vákuumban, tehát a legalacsonyabb energiájú állapotában sem tűnnek el teljesen a hullámok.

A Maxwell-tér és az elektron terének alapállapotú fluktuációjára vonatkozó számítások szerint az elektron tömegének és töltésének végtelenül nagynak kellene lennie, ami ellentmondásban van a megfigyeléseinkkel. Az 1940-es években a fizikusok konzisztens eljárásokat dolgoztak ki arra, miként lehet ezeket a végteleneket eltüntetni és csak a megfigyelt, véges tömeggel és töltéssel dolgozni. Ezek közé tartozik a Yang-Mills-elmélet, amely a Maxwell-elmélet kiterjesztése, a gyenge és erős kölcsönhatásokat írja le.

Az alapállapot fluktuációinak azonban a gravitáció kvantumelméletében sokkal komolyabb hatása van. Ebben az esetben is minden hullámhosszhoz valamilyen alapállapoti energia tartozik. Mivel a Maxwell-tér hullámhosszának nincs alsó határa, ezért a téridő bármely tartományában végtelen számú, különböző hullámhosszú hullám helyezkedhet el, amelyeknek együttesen végtelen nagyságú alapállapoti energiájuk van. Minthogy az energiasűrűség, akárcsak az anyag a gravitáció forrása, ez a végtelen energiasűrűség azt kellene jelentse, hogy elegendő gravitációs vonzás van az Univerzumban ahhoz, hogy a téridőt egyetlen ponttá zsugorítsa össze, ami viszont nyilvánvalóan nem történt meg.

Ezt az ellentmondást annak kijelentésével lehetne elkerülni, hogy az alapállapot fluktuációinak nincs gravitációs hatása, ez azonban nem lehetséges. Az alapállapot fluktuációinak energiáját a Casimir-effektus révén lehet kimutatni. Ha két, egymással párhuzamos fémlemezt egymás közelébe helyezünk, akkor a lemezek közelségének hatására csökken a két lemez között elhelyezkedni képes hullámok száma, ahhoz képest amit a lemezen kivül megfigyelhetünk. Ez azt jelenti, hogy az alapállapot fluktuációinak energiasűrűsége a lemezek között továbbra is végtelen ugyan, de mégis valamilyen véges mennyiséggel kisebb a lemezeken kivüli energiasűrűségnél. Az energiasűrűségek közötti különbség hatására a két lemez kötött vonzóerő ébred, amit sikerült kísérleti úton megfigyelni.
Az általános relativitáselméletben az erők, akárcsak az anyag a gravitáció forrásai, ezért nem lenne következetes ha elhanyagolnánk ennek az energiakülönbségnek a gravitációs hatását.

Egy másik megoldásként feltételezhetjük, hogy létezik egy olyasféle kozmológiai állandó, amilyet Einstein annak idején bevezetett, amikor egyenleteiből az Univerzum statikus modelljét szerette volna eredményül kapni. Ha ez az állandó végtelenül nagy, negatív értékű, akkor pontosan kiegyenlítené a szabad tér alapállapotának végtelenül nagy, de pozitív energiáját.

Összefoglalva: Alapállapotban is van fluktuáció, minden hullámhosszhoz alapállapoti energia tartozik. A téridő minden tartományában végtelen számú (a Maxwell-térnek nincs alsó határa), különböző hullámhosszú hullám helyezkedhet el, amelyeknek együttesen végtelen nagyságú alapállapoti energiájuk van, ami nem lehetséges a gravitációs hatás miatt (Casimir-effektus kimutatja az alapállapoti fluktuációk energiáját, ami az általános relativitáselmélet szerint gravitációs hatással kell járjon), a kozmológiai állandó bevezetése az egyetlen lehetőség.

Azaz az alapállapot fluktuációinak végtelenekből eredő problémáját a Maxwell- és a Yang-Mills-elméletek képesek voltak megoldani (az anyagot a kvantumelmélet előírásainak megfelelően viselkedőnek tekintjük), a gravitáció kvantumelmélete azonban nem.

Az 1970-es évektől aztán a szuperszimmetriával alaposan megváltoznak a dolgok, ezeket mindjárt összefoglalom.

Kvantumelmélet ((szupergravitációs elmélet, húrelmélet -> pébránok) -> M-elmélet)

Az 1970-es években teljesen új típusú szimmetriát sikerült felfedezni, amely természetes, fizikai mechanizmust nyújt az alapállapot fluktuációiból eredő végtelenek kiküszöbölésére. A szuperszimmetria a korszerű, matematikai modellek egyik jellegzetssége, amely több, különféle módon is leírható. Az egyik lehetőség, ha kijelentjük, hogy a téridőnek az általunk észlelteken kívül további dimenziói is léteznek. Ezeket Grassmann-dimenzióknak nevezzük, mert jellemzésükre nem a közönséges valós számokat, hanem a Grassmann-változókat használjuk. A közönséges számok kommutatívak (mindegy milyen sorrendben szorozzuk össze őket), a Grassmann-változók azonban antikommutatívak.

A szuperszimmetriát elősször olyan téridőkben alkalmazták az anyagi terek és a Yang-Mills-terek végtelenektől történő megszabadítására, amelyekben a közönséges számokkal kifejezett dimenziók és a Grassmann-dimenziók egyaránt síkok, tehát nem görbületek voltak. Magától értetődő volt később az elmélet kiterjesztése a görbült, közönséges számokkal kifejezett és Grassmann-féle dimenziókra is. Így alakult ki az együttesen szupergravitációnak nevezett számos elmélet, amelyek különböző mértékű szuperszimmetriát tartalmaznak.

Minden részecskének van egy spinnek nevezett tulajdonsága ami azzal kapcsolatos, milyennek látszik a részecske különböző irányokból nézve. Minél nagyobb a spin, a teljes körülfordulásnak annál kisebb hányada elegendő ahhoz, hogy a részecske ugyanolyannak nézzen ki, mint alaphelyzetében. Ez játékkártyával szemléltethető, a pikk ász csak akkor azonos önmagával ha egy teljes fordulatot, azaz 360 fokot fordítunk rajta, ezért azt mondhatjuk, hogy ennek a lapnak 1 a spinje. A kőr dámának két feje van, ezért az eredetivel megegyezőnek látjuk akkor is, ha csak fél fordulattal, azaz 180 fokkal fordítjuk el, így ennek a lapnak a spinje 2. Vannak olyan részecskék is amelyek csak akkor azonosak kiindulási önmagukkal, ha legalább két teljes fordulatot hajtunk végre rajtuk, ezek a feles (1/2) spinű részecskék.

Az Univerzum minden ismert részecskéje két csoport valamelyikébe, a fermionok vagy a bozonok közé tartozik. A fermionok feles (1/2) spinű részecskék, ezek építik fel a közönséges anyagot, alapállapotú energiájuk negatív. A bozonok egész spinű (0, 1, 2 stb.) részecskék, ezek teszik lehetővé a fermionok közötti kölcsönhatásokat (gravitáció, fény stb.), alapállapotú energiájuk pozitív. A szupergravitációs elméletek feltételezése, hogy minden fermionnak és bozonnak létezik egy szuperpárja, amelynek spinje 1/2-el nagyobb vagy 1/2-el kisebb a részecske saját spinjénél.
Minthogy azonos számú bozon és fermion létezik a legnagyobb végtelenek kiesnek a szupergravitációs elméletből.

1985-ig azt hitték, hogy a legtöbb szupergravitációs elmélet mentes a végtelenektől. Akkor azonban hirtelen új helyzet állt elő. egyesek kijelentették, hogy semmi okunk sincs azt feltételezni, hogy a szupergravitációs elméletek mentesek a végtelenektől, ami egyúttal azt is jelentette, hogy ezek az elméletek katasztrofiálisan hibásak. Ezzel szemben azt állították, hogy csakis egy új, szuperszimmetrikus húrelmélet képes egyesíteni a gravitációt és a kvantumelméletet.

A húrok egydimenziós, kiterjedt objektumok. Csak hosszuk van. A húrelméletben a húrok a téridő hátterében mozognak. A húrok fodrozódásait értelmezzük elemi részecskékként.
Ha a húroknak a közönséges dimenziójuk mellett Grassmann-dimenzióik is vannak, akkor fodrozódásaik bozonoknak és fermionoknak felelnek meg. Ebben az esetben a pozitív és negatív alapállapoti energiák olyan pontosan kiegyenlítik egymást, hogy a legcsekélyebb mértékben sem fordulhatnak elő végtelenek.
A szuperhúrok jelenthetik a Mindenség Elméletét, állították.

Néhány éven keresztül a húrok voltak az egyeduralkodó sztárok, a szupergravitációt pedig csak kis energiákon érvényes elméletnek tekintették, ekkor viszont nem lehetett volna az Univerzum alapvető elméletének tekinteni, ehelyett feltételezték, hogy az alapjául szolgáló elmélet egyik az öt lehetséges szuperhúrelméletnek. De vajon az öt húrelmélet közül melyik írja le a mi Univerzumunkat? Miként lehet a húrelméletet matematikai formába önteni azon a közelítésen túl, amely szerint a húrokat egy térbeli és egy időbeli dimenziójú felületeknek képzeljük el, amelyek a jelenségek hátteréül szolgáló sík téridőben mozognak? Nem görbítenék meg a húrok a háttérben lévő téridőt?

Fokozatosan nyilvánvalóvá vált, hogy a húrelmélet nem adja a valóság teljes képét. Felismerték, hogy a húrok csupán az objektumok egy nagyobb osztályának egyetlen képviselői, amelyek egynél több dimenzióra is kiterjeszthetők. Paul Townsend a pébrán nevet adta ezeknek az objektumoknak.

A pébránnak p irányban van kiterjedése, ennek megfelelően p=1 esetén (1-brán) a húrnak felel meg, míg p=2 esetben a brán egy felületet, vagyis membránt jelent és így tovább.
Az összes pébrán előfordul a szupergravitációs elméletek egyenleteinek 10 vagy 11 dimenzióban történő megoldása esetén. Minthogy 10 vagy 11 dimenzió alig emlékeztet a téridőre, amelyről közvetlen tapasztalataink vannak, ezért az is felmerült, hogy a többi 6 vagy 7 dimenzió olyan kicsire feltekeredett, hogy azokat észre sem vesszük, csak a több négy, nagy és hozzávetőlegesen sík dimenzióról van tudomásunk.

Stephen Hawking eleinte úgy vélte, hogy nincsenek olyan megfigyelések amelyek értelmezéséhez extra dimenziókra lenne szükségünk. Sok más kollégájával végül akkor adta be a derekát amikor kiderült, hogy az extra dimenziókat tartalmazó modellek között dualitásoknak nevezett váratlan kapcsolatok hálózata áll fenn. Ezen dualitások tanúsága szerint a modellek lényegében egyenértékűek, vagyis csupán különböző nézőpontból szemlélt megnyilvánulásai ugyanannak, a dolgok mélyén húzódó elméletnek, amelynek az M-elmélet nevet adták.

A dualitások tanúsága szerint mind az öt szuperhúrelmélet ugyanazt a fizikát írja le, és fizikailag egyenértékűek a szupergravitációval, ugyanannak a dolgok mélyén fekvő elméletnek a megnyilvánulásai, amelyek mindegyike különböző helyzetekre vonatkozó számítások esetén használható.

Összefoglalva: A kvantumelmélet egyik következményeként a téridő tele van kvantumfluktuációkkal. A szuperszimmetrikus elméletekben ezeknek az alapállapotú fluktuációknak a pozitív és negatív energiái a különböző spinű részecskék között kiegyenlítődnek. A szupergravitációs elméletek mégsem voltak mentesen a végtelenektől, ezért a húrelméletek léptek elő, amelyek azóta mindössze objektumok egy nagyobb osztályának, a pébránoknak a képviselői, amelyek között dualitásoknak nevezett kapcsolatok hálózata áll fenn, és amelyek a szupergravitációval együtt ugyanannak az elméletnek az egyenértékű megnyilvánulásai, amit M-elméletnek neveznek.

Még lesz egy összefoglalás az egyesített elmélet megalkotására tett próbálkozásokról, képzetes időről és holográfiáról, bránokról, M-elméletről és sötét anyagról.

Mindenek előtt tudni kell, hogy az M-elmélet egy a több elmélet közül, a nem kevésbé megalapozott Causal dynamical triangulation (CDT) és a Loop quantum gravity (LQG) alapvetően eltérően közelítik meg a gravitáció kvantumelméletét, ahogy mindegyik elméletnek számos más megközelítése is elérhető a lentieken kivül.

http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_gravity

Kvantumelmélet (M-elmélet)

Az M-elméletnek mai ismereteink szerint nem létezik egyetlen, egységes megfogalmazása, ehelyett egymástól látszólag független elméletek egész hálózatát sikerült felfedezni, amelyek valószínűleg ugyanannak az alapvető elméletnek a különböző határfeltételek esetén érvenyes közelítései, amint a Newton-féle gravitációelméletet Einstein általános relativitáselmélete gyenge gravitációs terek esetén érvényes közelítésének tekinthetjük.

Lehetséges, hogy az M-elmélet lesz az egyesített elmélet.

Az M-elméletet határoló elméletekről ma már meglehetősen pontos elképzelésünk van, az M-elmélet közepén azonban továbbra is hatalmas lyuk tátong. Nem jelenthetjük ki, hogy megtaláltuk a Mindenség Elméletét, amíg nem sikerül kitölteni azt a lyukat.

A XX. század kezdetén a természet működését a klasszikus fizikai törvényei segítségével tudtuk megmagyarázni, amely feltételezi, hogy az anyag folytonos közeg, amelynek rugalmassághoz és viszkozitáshoz hasonló tulajdonságai vannak.
Később egyre több bizonyíték látott napvilágot, miszerint az anyag nem folyamatos, hanem szemcsés szerkezetű: apró, atomoknak nevezett építőkövekből áll.
Hamarosan megállapították azonban, hogy az atomokat protonokból és neutronokból álló atommag, valamint körülötte keringő elektronok építik fel.
A század első harminc évében az atomfizika területén elért eredményeknek köszönhetően felismertük, hogy a protonok és neutronok is a kvarkoknak nevezett kisebb részecskékből épülnek fel.
A legújabb magfizikai és nagy energiájú fizikai kutatások a további egymilliárdszor kisebb léptékek világába vezettek el bennünket. A sorozatnak azonban határa van, mint ahogy az orosz matrjoska babák sem férnek el egymás belsejében végtelen sokaságban. Végső soron elérkeztünk a legkisebb babához, amelyet már nem lehet szétszedni, a fizikában ezt Planck-hosszúságnak nevezik.
A Planck-hosszúságnál kisebb távolságok világát már csak olyan nagy energiájú részecskékkel lehetne megszondáztatni, amelyek csak fekete lyukak belsejében fordulhatnak elő és egyhamar nem leszünk képesek akkora részecskegyorsítót építeni, amelyikkel az ilyen parányi távolságok világa megszondáztatható (egy ilyen berendezésnek nagyobbnak kellene lennie az egész Naprendszernél).

A matematikai modellek M-elméletnek nevezett hálózatában a téridő 10 vagy 11 dimenziós. Egészen mostanáig azt gondolták, hogy a 6 vagy 7 extra dimenzió szorosan felcsavarodott, olyan lenne tehát a szerkezete, mint az emberi hajsszálé. Ha erős nagyítóval megvizsgálunk egy hajszálat akkor érzékeljük a vastagságát, szabad szemmel viszont olyan vonalnak látszik, amelynek csak hossza van, a többi dimenzió irányában nincs kiterjedése.
A téridő szerkezete is hasonló lehet: az emberi, az atomi, sőt még a részecskefizikai távolságskálán is négydimenziósnak és csaknem síknak látszhat. Másrészt viszont, ha rendkívül nagy energiájú részecskék segítségével megpróbálunk behatolni a kis méretek világába akkor ott már a téridőt 10 vagy 11 dimenziósnak láttnánk.

Ha minden további dimenzió nagyon kicsi lenne, akkor nagyon nehéz lenne a megfigyelésük. Egy újabban felmerült elgondolás szerint azonban az extra dimenziók közül egy vagy kettő viszonylag nagy, vagy akár végtelen kiterjedésű is lehet. Ennek az elképzelésnek az a nagy előnye, hogy a részecskegyorsítók következő generációjával vagy a gravitációs erő nagyon érzékeny, kis hatótávolságú mérésével ellenőrizhető lehet. Az efféle megfigyelések vagy megcáfolják az elméletet, vagy pedig kísérleti úton igazolják a további dimenziók létezését.

A nagy kiterjedésű extra dimenziók létezéséből következne, hogy egy bránvilágban élünk, vagyis egy magasabb dimenziószámú világban létező 4 dimenziós felületen, más néven bránon. Az anyag és a nem gravitációs jellegű erők (elektrosztatikus erő stb.) a bránra korlátozódnának. Ennek következtében a gravitáció kivételével minden úgy viselkedne, mintha négy dimenziós lenne a világunk.

Másrészt viszont a gravitáció a görbült tér formájában áthatná az egész sokdimenziós téridőt. Ez azt jelentené, hogy a gravitáció a természetben megfigyelhető összes többi kölcsönhatástól eltérő viselkedést mutatna. Mivel a gravitáció az extra dimenziókba is kiterjedne, ezért a távolság növekedésével a vártnál rohamosabban csökkenne a nagysága, ennek következtében nagy távolságban a bolygópályák instabilak lennének.
A mi bránvilágunk közelében lévő másik brán megakadályozná, hogy a gravitáció messze behatoljon az extra dimenziókba, ami azt jelentené, hogy a bránok egymástól való távolságánál nagyobb távolságban a gravitáció távolságfüggése éppen olyan lenne, amilyenre négy dimenzióban számítanánk, egyúttal a stabil bolygópályák létezéséhez megfelelő távolságfüggést is mutatna.

Ebben a bránvilágban mi az egyik bránon élnénk, ám lenne valahol a közelünkben egy másik árnyékbránvilág. Minthogy a fény terjedése az egyes bránokra korlátozódna, a két brán közötti térben nem tudna terjedni, ezért nem láthatnánk az árnyékvilágot. Éreznénk viszont az árnyékbrán által az anyagra gyakorolt gravitációs hatást. A mi bránunkon belül úgy tűnne, mintha ezt a gravitációs erőt olyan valóban "sötét" objektumok keltenék, amelyek létezéséről semmilyen más módon nem szerezhetünk tudomást, csakis gravitációs hatásuk révén.

A különböző kozmológiai megfigyelések erőteljesen alátámasztják azt a véleményt, amely szerint a galaxisokban sokkal több anyagnak kell jelen lennie annál, mint amennyit megfigyelünk ha meg akarjuk magyarázni az egyes csillagoknak a galaxisunk középpontja körüli keringési sebességét. A kozmológusok jelenleg úgy gondolják, hogy miközben a spirálgalaxisok központi vidéke túlnyomórészt csillagokból áll, addig a külsőbb részeken a közvetlenül nem látható, sötét anyag az uralkodó. A hiányzó tömegről kiderülhet, hogy valamilyen egzotikus részecskék formájában létezik, ám egy más magyarázat szerint az anyagot tartalmazó árnyékvilág létezése melletti bizonyítékként is felfoghatók.

A másik bránon véget érő extra dimenziók helyett az is lehetséges, hogy a dimenziók végtelenek, de erősen görbültek (mint egy nyeregfelület). A Randall-Sundrum-modell szerint egy ilyen típusú görbület inkább második bránként működik: egy objektumnak a bránra gyakorolt gravitációs hatása a brán szűk környezetére korlátozódik, nem terjed ki a végtelenig az extra dimenziókban. Akárcsak az árnyékbránmodellben, a gravitációs térnek nagy távolságok esetén itt is megfelelő távolságfüggése van ahhoz, hogy a bolygók pályáját és a gravitációs térre vonatkozó laboratóriumi kísérletek eredményeit meg lehessen magyarázni, a gravitáció azonban rövid hatótávolságokon sokkal gyorsabb változást mutat.
Van azonban egy lényeges különbség a Randall-Sundrum-modell és az árnyékbránmodell között. A gravitációs térben mozgó testek gravitációs hullámokat keltenek, vagyis a téridő görbületének a téridőben fénysebességgel tovaterjedő fodrozódásait hozzák létre. Az elektromágneses hullámokhoz hasonlóan a gravitációs hullámok is energiát szállítanak. Ezt az elméleti előrejelzést a PSR1913+16 kettőspulzárra vonatkozó csillagászati megfigyelések igazolták is.

A két egymás körül keringő csillag által keltett gravitációs hullámok hullámhossza sokkal nagyobb lenne, mint az extra dimenzióban előforduló nyereg alakú felületek görbületi sugara. Ez azt jelentené, hogy csak a brán közvetlen környezetére korlátozódnának - akárcsak maga a gravitációs erő -, így nem tudnának számottevő mértékben behatolni az extra dimenziókba, aminek megfelelően csak kevés energiát tudnának elszállítani a bránról.

Másrészt viszont az extra dimenziók görbülete jellemző mértékénél rövidebb hullámhosszú gravitációs hullámok könnyűszerrel elszökhetnének a bránok közeléből. A rövid hullámhosszú gravitációs hullámok egyetlen számottevő forrásai a fekete lyukak lehetnek. A bránon lévő fekete lyuk kiterjed egy az extra dimenziókba átnyúló fekete lyukba.

A kvantummechanika értelmében a fekete lyukak nem teljesen feketék, részecskéket és különféle sugárzásokat bocsájtanak ki, akárcsak a forró testek. A részecskék és a sugárzásszerű fény a brán mentén sugározódna ki, mert az anyag és a nem gravitációs erők (pl. az elektromos kölcsönhatás) a bránra korlátozódik. A fekete lyukak azonban gravitációs hullámokat is kibocsájtanak, ezek viszont nem korlátozódnak a bránra, hanem az extra dimenziókban éppúgy terjednek. Ez azt jelentené, hogy a fekete lyuk energiát veszít, mégpedig olyan ütemben, mint amit a négydimenziós téridőben várnánk egy fekete lyuktól. A fekete lyuk lassan elpárolog és összezsugorodik, egészen addig míg sugara kisebb lesz a nyeregszerű extra dimenziók görbületénél. Ezen a ponton a fekete lyuk által kibocsátott gravitációs hullámok elkezdenek szabadon elszökni az extra dimenziókba. A bránon tartózkodó megfigyelő számára a fekete lyuk úgy tűnne, mintha sötét sugárzást bocsátana ki, vagyis olyan sugárzást, amely a bránon közvetlenül nem figyelhető meg, ám amelynek létezésére abból a tényből következtetünk, hogy a fekete lyuk tömeget veszít.
Ez azt is jelentené, hogy az elpárolgó fekete lyuk végső megsemmisülését kísérő lökésszerű sugárzás gyengébbnek látszik annál, mint amilyen ténylegesen volt. Ez lehet az egyik magyarázat arra, miért nem figyeltünk meg az égen olyan gammasugár-felvillanásokat, amelyek az elpusztuló fekete lyukaknak tulajdoníthatók. Másfelől lehetséges, hogy azért nem látunk ilyeneket, mert nincs elegendően sok fekete lyuk, amelynek tömege olyan kicsi, hogy az Univerzum eddigi története elég lett volna a párolgással történő megsemmisülésükhöz.

A bránvilág fekete lyukjaiból érkező sugárzás a bránon lévő és az azon kivüli részecskék kvantumfluktuációiból ered, ám a bránok, mint minden az Univerzumban, maguk is kvantumfluktuációt mutatnak. Ennek következtében a bránok spontán módon tudnak keletkezni és megszűnni.

A határozatlansági elv lehetővé teszi, hogy a semmiből buborékok formájában olyan bránvilágok pattanjanak elő, ahol a buborék felszínét a brán alkotja, belsejét pedig magasabb dimenziójú tér tölti ki. A nagyon kis buborékok általában összeomlanak, de az a buborék amelyik a kvantumfluktuációknak köszönhetően egy kritikus méretnél nagyobbra nőtt valószínűleg tovább fog növekedni. A bránon, tehát a buborék felszínén lévő megfigyelők úgy érzékelik, mintha az Univerzum tágulna. Olyan ez, mintha galaxisokat festenénk egy léggömb felületére, majd elkezdenénk felfújni a lufit. A galaxisok távolodnak egymástól, de közülük egyetlenegyet sem lehet kijelölni a tágulás középpontjaként.

Képzetes idő, holográfia

A valóságos idővel szemben, amelynek csak kezdete vagy vége lehet a képzetes idő az, amelyben az időnek alakja van. Képzeljünk el egy olyan képzetes időt tartalmazó téridőt, amelyik gömb alakú, mint a Föld felszíne. Tételezzük fel, hogy a képzetes időnek a szélességi körök felelnek meg. Ekkor a képzetes időben az Univerzum története a Déli-sarkon kezdődik. Nincs értelme megkérdezni: "Mi történt a kezdet kezdete előtt?", mert ott még csak nem is definiáltuk az időt, éppúgy, ahogy a Földön sem találunk a Déli-sarknál délebbre fekvő pontokat. A Déli-sark a földfelszín tökéletesen szabályos pontja, ugyanazok a törvényszerűségek érvényesek rá, mint a földfelszín bármely más pontjára. Ebből arra következtethetünk, hogy az Univerzum kezdete a képzetes időben a téridő egyik teljesen szabályos pontja lehet, amelyre kezdetben pontosan ugyanazok a törvények vonatkoznak, mint az Univerzum többi részére.

Egy másik lehetséges viselkedés ha a képzetes időnek a Föld hosszúsági köreit feleltetjük meg. Az összes hosszúsági kör az Északi- és a Déli-sarkon metszi egymást. Ennek következtében ott megáll az idő, legalábbis abban az értelemben, hogy a képzetes idő növekedése, ami a földrajzi hosszúság növekedésének felel meg nem jár helyváltoztatással. Nagyon hasonló ez ahhoz, amint a közönséges idő is megállni látszik a fekete lyukak peremén. Rá kell jönnünk, hogy a valós és képzetes időnek ez a megállása (akár mindkettő megáll, akár egyik sem) azt jelenti, hogy a téridőnek is van hőmérséklete, amint azt a fekete lyukak kapcsán Stephen Hawking már korábban felfedezte. A fekete lyuknak azonban nemcsak hőmérséklete, de entrópiája is van. Az entrópiának nevezett fizikai mennyiség azoknak a belső állapotoknak a száma, amelyek a fekete lyukban előfordulhatnak anélkül, hogy a külső megfigyelő az általa megfigyelhető fizikai paraméterekben (tömegben, forgásban és töltésben) bármi változást észlelne. E szerint gyökerező kapcsolat áll fenn a kvantumgravitáció és a termodinamika között. Mindebből az is következik, hogy a kvantumgravitációban megjelenik a holográfiának nevezett jelenség.

Az a felismerés, mely szerint a fekete lyukat körülvevő eseményhorizont felülete összefüggésben áll a fekete lyuk entrópiájával annak a kijelentésére vezetett, hogy a tér bármely zárt tartományának maximális entrópiája nem haladhatja meg a térrészt körülvevő felület nagyságának negyedrészét. Ebből arra következtethetünk, hogy a háromdimenziós világ összes jelenségére vonatkozó minden információ elraktározható annak kétdimenziós határfelületén.

Kvantumelmélet (M-elmélet)

Egy bránvilág spontán keletkezésének a történetét a képzetes időben dióhéjhoz hasonló alakzat írná le. A felület négydimenziós gömb lenne, olyan, mint a Föld felszíne, csak kettővel több dimenzióban. A brán képzetes időbeli története olyan négydimenziós gömb lenne, amelyik egy ötdimenziós gömb határfelületét alkotja, miközben a többi öt vagy hat dimenzió szorosan, nagyon kicsire fel van csavarodva.
A brán képzetes időbeli története meghatározza a valós időbeli történetét. A képzetes időbeli buborék legvalószínűbb története egy tökéletesen sima, gömbölyű dióhéj lenne. Ez azonban olyan bránnak felel meg, amely a valós időben örökké felfúvódó módon tágul. Egy ilyen bránon nem alakulnának ki galaxisok.
Másrészt viszont a nem tökéletesen sima és gömbölyű képzetes időbeli történelmek olyan valós időbeli viselkedésnek felelnek meg, amelynél a brán történetének kezdetben van egy inflációsan, gyorsulva táguló szakasza, azonban később a tágulás üteme lelassul. A lassuló tágulás szakaszában kialakulhatnak a galaxisok.

A brán tágulásával a belsejében lévő, többdimenziós tér térfogata növekszik. Végső soron hatalmas buborék alakul ki, amelyet az általunk lakott brán határol. A holográfia elve értelmében egy adott tartomány eseményeire vonatkozó információ a tartomány határfelületén kódolható. Lehetséges, hogy azért élünk egy négydimenziós világban, mert mi csak a bránra vetülő árnyai vagyunk mindannak ami a buborék belsejében történik.

Mi van a bránon kívül? Lehet, hogy kívül nincs semmi. El tudunk képzelni egy olyan matematikai modellt, amely nem más, mint egyetlen brán, amelynek a belsejében magasabb dimenziószámú tér van, rajta kivül viszont abszolút nincs semmi, még üres tér sem.
Ezzel egyenértékű modellünk is lehet, amelyben a buborékon kívüli világ hozzáragad egy másik buborékon kívüli világhoz.
A buborék tágulhat egy olyan térben, amelyik nem tükörképe mindannak ami a buborék belsejében történik. Más buborékok is kialakulhatnak és tágulhatnak. Ha a táguló buborékok összeütköznének akkor annak katasztrofális következményei lennének. Lehetséges, hogy maga az Ősrobbanás is bránok összeütközése eredményeképpen jött létre.

A bránmodellek felettébb spekulatívak, azonban olyan újfajta viselkedéseket kínálhatnak amelyeket megfigyelésekkel ellenőrizni lehet. Magyarázatot adhatnak arra miért tűnik gyengének a gravitáció. Az alapvető elméletben a gravitáció meglehetősen erős lehet, azonban a gravitációs kölcsönhatás szétterjedése az extra dimenziókban azt eredményezi, hogy az általunk lakott bránon nagy távolságokban gyenge lesz a gravitáció.
Ennek az lehet a következménye, hogy a Planck-hosszúság (az általunk a fekete lyuk létrehozásának veszélye nélkül tanulmányozható legkisebb távolság) sokkal nagyobb lehet, mint amilyennek a mi négydimenziós bránunkon a gravitáció gyengesége alapján tűnik.

A részecskegyorsítókkal és más berendezésekkel és pl. a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásra vonatkozó megfigyelésekkel képesek lehetünk meghatározni, hogy egy bránon élünk-e vagy sem. Ha igen akkor az azért van így, mert az antropikus elv kiemeli a bránmodelleket az M-elmélet által megengedett világegyetemek hatalmas állatkertjéből.

Összefoglalás:

Ha egy bránvilágban élünk az az M-elmélet által megengedett nagy kiterjedésű extra dimenziók létezéséből következne. A nem gravitációs jellegű erők a bránra korlátozódnának, miközben a gravitáció az extra dimenziókba is kiterjedne.
Az árnyékbránmodell szerint a mi bránvilágunk közelében lévő másik brán megakadályozná, hogy a gravitáció messze behatoljon az extra dimenziókba, a sötét anyag az árnyékbránban lévő anyag gravitációs hatása.
A Randall-Sundrum-modell szerint a gravitációs hullámok hullámhossza nagyobb lenne, mint az extra dimenzióban előforduló felületek görbületi sugara, így nem tudnának számottevő mértékben behatolni az extra dimenziókba, a fekete lyukakból származó rövid hullámhosszú gravitációs hullámok azonban képesek lennének. Az elpárolgó fekete lyuk addig zsugorodik, amíg a sugara kisebb lesz az extra dimenziók görbületénél, ezen a ponton a fekete lyukak által kibocsájtott gravitációs hullámok az extra dimenziókba szöknének, azaz a fekete lyuk sötét sugárzást bocsájtana ki amely a bránon nem figyelhető meg.
A bránok kvantumfluktuációt mutatnak, ez és a határozatlansági elv lehetővé teszi, hogy spontán a semmiből buborékok formájában bránok keletkezzenek, ahol a buborék felszínét a brán alkotja, belsejét pedig magasabb dimenziójú tér tölti ki. A kvantumgravitáció és a termodinamika között kapcsolat áll fenn, a kvantumgravitációban megjelenik a holográfia. A holográfia elve értelmében egy adott tartomány eseményeire vonatkozó információ a tartomány hatráfelületén kódolható. Lehetséges, hogy a brán az extra dimenziók kivetülése, árnyéka.
Mindezen spekulatív bránmodellek részecskegyorsítóval és más berendezésekkel, megfigyelésekkel ellenőrizhetőek lehetnek.

Konklúzió: Lehet, hogy egy spontán keletkező szapanbuborék 5D-s belsejének a felszínen tartózkodó 4D-s árnyékai, kivetülései vagyunk, de éppen annyira lehetséges, hogy mégsem vagy, hogy ennél a valóság még sokkal összetettebb (és szórakoztatóbb).