השבוע קיבל הפיזיקאי הוותיק, פרופסור אנדריי לינדה, דפיקה בדלת. בצד השני חיכה לו צ'או לין קואו, קולגה מאוניברסיטת סטנפורד, ובפיו בשורה: המודלים אותם פיתח לינדה בשנות השמונים, אשר תיארו את התרחשות המפץ הגדול, הם נכונים. יש מי שאומר שהמבט של לינדה, בזמן שקיבל את ההודעה לה חיכה שלושים שנה, שווה את כל הגילוי הזה.
המבט של לינדה די מתאר את ההתרגשות הכללית ששררה בעולם כולו בעקבות הגילוי המדעי המרעיש מתחילת השבוע. קבוצת מחקר, שהשתמשה בטלסקופ שהוצב בקוטב הדרומי, גילתה גלי כבידה שמספקים הוכחה לתיאורית הניפוח – או ה"אינפלציה" – המשלימה את ההיסטוריה הידועה שלנו על היקום ברגעים הראשונים שלאחר המפץ הגדול. הקהילה המדעית סערה, וזה היה מרגש כל כך שאפילו אתרי החדשות המיינסטרימיים הקדישו לנושא כותרות ראשיות – גם אם אף אחד לא הבין מילה מהדיווחים.
כל הדיבורים האלה על "תחילת היקום", ו"גלים" ו"גדילה מואצת" וכאלה נשמעים יותר כמו משהו שמישהו ימלמל בעקבות צריכה של חומרים בלתי חוקיים מאשר כמו מדע רציני. אבל ככה זה: במה שנוגע לקוסמולוגיה, חקר ההיסטוריה של היקום והפינות הכי רחוקות, הכי עתיקות והכי ענקיות בו, התיאוריות המדעיות הרציניות ביותר נשמעות לעתים קרובות כמו הזיה. לפניכם כמה מאותם רעיונות, מושגים ותעלומות אמיתיים לחלוטין – חלקם מקובלים כעובדה מדעית, חלקם שרויים במחלוקת – שיעשו לכם מפץ גדול במוח.
1. האינפלציה
אז ה"גלים הכבידתיים" האלה שכולם דיברו עליהם השבוע, למה הכוונה בעצם?
המחקר שהתפרסם השבוע סיפק, כאמור, את ההוכחה לתאוריה שאינה חדשה – Cosmic Inflation, או בתרגום עצלני, "אינפלציה קוסמית" – שנועדה לסתום כמה חורים בתאורית המפץ הגדול. את הסיפור הבסיסי כולם מכירים: היקום שלנו כולו היה פעם, לפני כמעט 14 מיליארד שנה, מכווץ בנקודה זערערורית. אבל אז היה בום גדול, ומאז אנחנו מתפשטים, והמרחב הולך וגדל כל הזמן. אלא שקצב ההתפשטות לא היה אחיד. תאורית האינפלציה הקוסמית – שהממצאים החדשים מאשרים – אומרת שבחלקיק השניה הראשון לקיומו של היקום – פרק זמן הרבה יותר קטן מ"הרף עין", ושאלפית שניה היא עידן לעומתו – היקום צמח מאוד מהר. מאוד. מאוד מאוד מהר. מהר במידה פנטסטית, פסיכית וקרועה לחלוטין על כל השכל.
למעשה בניסיון לתאר את פרק הזמן הזה בחיי היקום השפה כושלת: שום היפרבולה, שום סופרלטיב ושום הגזמה לא מספיקים כדי לתאר את המהירות שעליה אנחנו מדברים. הדבר היחיד שנוכל לעשות הוא להשתמש במספרים: אנחנו מדברים על מיליארדית של מיליארדית של מיליארדית של מיליונית השניה. במשך אותו הזמן – שהוא, במקרה שלא שמתם לב, באמת לא מאוד ארוך – החלל ביקום התפשט לפחות פי 10 בחזקת 26, כלומר – פי עשרה מיליון מיליארד מיליארדים. אם לפני האינפלציה אטום אחד היה מרוחק מהאחר מרחק של מילימטר אחד, אחרי אותו פרק זמן כמעט אפסי, הם היו מרוחקים זה מזה מרחק של מאה אלף שנות אור. ואתם חשבתם שהאינפלציה בארץ בשנות השמונים היתה בעייתית.
הרעיון, כתאוריה, אינו חדש; הבעיה היא שקשה להוכיח שמשהו אכן קרה לפני 13.8 מיליארד שנים. אף אחד מאיתנו לא היה שם. ובכל זאת, התגלית מהשבוע מספקת לראשונה ראיות לכך שהאינפלציה אכן קרתה. צריך כנראה תואר או שניים בפיזיקה כדי להבין בדיוק את ההוכחות האלה: בגדול, המתיחה המטורפת הזאת גרמה ל"גלים" של כבידה ביקום. הגלים האלה כבר דעכו ושכחו מזמן (בכל זאת, 13 מיליארד שנה הם הרבה זמן), אבל את ההשפעה שלהם עדיין אפשר לראות על קרינת הרקע הקוסמית – קרני אור שמגיעות אלינו רק עכשיו, אבל יצאו לדרכן כשהיקום היה צעיר מאוד, ועדיין היה בשלבי ההתאוששות ("וואו, אנשים, זה היה אדיר") מהאינפלציה.
2. חומר אפל
כבר לפני עשרות שנים הפיזיקאים הגיעו למסקנה מביכה: ביקום אין מספיק דברים. אנחנו חושבים שאנחנו יודעים כמה חומר יש ביקום: אנחנו רואים ויכולים לספור את הגלקסיות, ויכולים להעריך כמה כוכבים יש בכל גלקסיה, וכמה אטומים יש בכל כוכב. אבל כשמנסים לבנות מודלים ממוחשבים של גלקסיות על פי כמות החומר שאנחנו רואים, הגלקסיות האלה נקרעות לגזרים ומתפוררות יותר מהר מלהקות בנים של מודחי ריאליטי. הכובד של כל החומר שאנחנו רואים לא מספיק – אפילו לא קרוב – כדי להחזיק את עצמו יחד ולהתגבש לכדי גלקסיות יציבות. כדי שהגלקסיות לא יתפרקו, צריך להיות שם חומר נוסף: משהו שישמש כדבק שמחזיק את כל הכוכבים במקום. אבל באיזה מין חומר מדובר בדיוק? (מיונז?) הדבר היחיד שאנחנו יודעים על החומר הזה הוא שאנחנו לא יודעים מה הוא: אי אפשר לראות אותו, לשמוע אותו, להריח אותו או להרגיש אותו בשום דרך אחרת שאנחנו מכירים. אנחנו מסיקים שהוא קיים רק מהעובדה שהגלקסיות אכן קיימות, ועדיין לא התפוררו. התופעה קיבלה את הכינוי "חומר אפל" כי זה נשמע יותר מגניב מ"הדבר הזה שאין לנו שום מושג מה הוא".
הנקודה שבה כל העסק הופך למביך באמת: החומר החסר הזה הוא לא איזה פרט שולי ביקום, משהו שאפשר להחליק, לעגל פינה ולהתעלם ממנו. להיפך. למעשה, יש הרבה, הרבה יותר חומר אפל מכל חומר אחר. הפרוטונים, הנייטרונים, האלקטרונים וכל שאר החלקיקים שמרכיבים את כל מה שאנחנו מכירים – כולם ביחד מהווים כ-16 אחוז מהמסה ביקום. כל היתר הם חומר אפל. מתברר שהדבר הזה שאין לנו מושג מה הוא – הוא העיקר ביקום; אנחנו, וכל מה שאנחנו מכירים, זה הפרט השולי.
צפו עוד: הסבר קומיקסי על חומר אפל:
3. אנרגיה אפלה
אוקיי, אז יש חומר אפל, אז עכשיו היקום שוב הגיוני, כן? כל הגלקסיות מתנהגות יפה? אז זהו, שעדיין לא. אם מסתכלים על היקום בקנה מידה גדול עוד יותר, נתקלים שוב בבעיה דומה, רק הפוך.
כאמור, מאז המפץ הגדול הייקום הולך ומתפשט; כל צבירי הגלקסיות מתרחקים זה מזה. אבל המסה של כל החומר ביקום – אפל, בהיר, ווטאבר – אמורה להספיק כדי לגרום להתפשטות היקום להאט, ובסופו של דבר להיעצר ולהתהפך: לגרום ליקום ליפול אל תוך עצמו, ל"קריסה גדולה" – ההיפך מהמפץ הגדול. זה בסדר, זה לא יקרה בקרוב – זה אמור היה לקחת עוד עשר-עשרים מיליארד שנים. רק שמתברר שזה לא יקרה בכלל, כי היקום לא מתנהג כמו שמצפים ממנו. במקום שהגדילה שלו תאט, או תיעצר, היא עושה את ההפך – הגלקסיות לא רק ממשיכות להתרחק זו מזו, אלא מאיצות.
מה גורם להתפשטות היקום להאיץ? התשובה – שוב – היא שאין לנו מושג. אפשרות אחת היא שישנה סוג של אנרגיה בלתי מוכרת – שקיבלה את הכינוי "אנרגיה אפלה", כמה מקורי – שדוחפת את הגלקסיות קדימה. בואו נתעכב על זה רגע: אנחנו מדברים על משהו שמפעיל כח על כל הגלקסיות ביקום, ומספיק כדי להתגבר על כח הכבידה של... הכול. כלומר, כמות האנרגיה האפלה ביקום היא גדולה יותר מכל החומר ביקום – רגיל, אפל, ירוק, ווטאבר. שוב, החלק של היקום המוכר לנו מתברר כמיעוט. ושוב, אין לנו מושג מה היא בעצם אותה אנרגיה. ייתכן שהיא בכלל לא קיימת, ושהסיבה לכך שהיקום לא מתנהג כפי שאנחנו מצפים ממנו היא פשוט שאנחנו לא מבינים את החוקים השולטים בו היטב כפי שחשבנו. נראה שהאפשרויות הן: או שאנחנו ממש ממש זניחים, או שאנחנו ממש ממש טיפשים.
4. זרימה אפלה
אז כל הגלקסיות בורחות מהר אל כל קצוות היקום. אבל גם כאן יש מוזרויות: יש אזור אחד שבו צבירי גלקסיות נעים מהר יותר מבכל מקום אחר, וכולם נעים לכיוון אחד מסוים בשמים. למה? כרגיל, התשובה היא "אנחנו לא יודעים". התנועה הבלתי מוסברת הזאת קיבלה את הכינוי "זרימה אפלה" ("Dark Flow"), מכיוון שכשמדענים מוצאים מילה שמוצאת חן בעיניהם הם נדבקים אליה. יש יותר דברים "אפלים" ביקום מכותרות של ספרי פנטזיה לנוער.
מה יכול לגרום לגלקסיות למהר כל כך לכיוון הספציפי הזה? גרביטציה פשוטה יכולה להסביר את זה: אולי הן כולן נעות לאותו כיוון מכיוון שיש שם משהו שמושך אותן. זה צריך להיות משהו מאוד, אבל מאוד, גדול וכבד. הבעיה היא שאותו דבר (משקולת? פיל? אמאש'ך?) נמצא מחוץ לגבולות היקום הנראה; אנחנו לא יכולים לראות אותו ולעולם לא נוכל. מכאן שהמקור לזרימה האפלה, אם היא קיימת (וגם על כך, כמובן, קיים ויכוח) יישאר כנראה תמיד בגדר סימן שאלה.
5. חור ביקום
בקנה מידה מאוד מאוד גדול, היקום הוא די אחיד. גלקסיה פה, צביר שם, אבל בסך הכל – כשמסתכלים מאוד מרחוק, הצפיפות בכל איזורי היקום היא פחות או יותר אותו הדבר.
עם יוצא מהכלל אחד. ישנו אזור אחד בשמים, שנצפה מחצי הכדור הדרומי, שנראה "קר" באופן חריג במפות קרינת הרקע הקוסמית – הקרינה שמגיעה מכל מקום ביקום. למה, מכל השמים, כל כך קר בנקודה הספציפית הזאת? נחשו מה: אף אחד לא יודע. כמה הסברים הוצעו לתופעה, בדרגות שונות של מוזרות. ההסבר שנשמע על פניו השפוי ביותר הוא שבחלק הזה של היקום יש חור; אזור בגודל של קרוב למיליארד שנות אור שהוא פשוט ריק.
_i.jpg "טלסקופ בקוטב הדרומי (צילום: ap)")
היקום באופן כללי נוטה להיות די ריק. הכוכבים הם רק נקודות זערוריות בתוך ים ענק ועצום של שום דבר. אבל האזור הזה ריק באופן מיוחד: ריק מצבירי גלקסיות, ריק מכוכבים, מיליארד שנות אור של כלום. החור הזה, אם הוא אכן קיים, הוא הדבר הגדול ביותר ביקום הנראה, ככל שאפשר לקרוא לאזור מוגדר של ריקנות "דבר".
זאת חריגה עצומה מהאחידות הכללית של היקום. חור כזה לא יכול להיווצר במקרה – אבל אף אחד עדיין לא הצליח להסביר מה לכל הרוחות קרה לאזור המסוים הזה של היקום, שגרם לו להיות כל כך לא פופולרי. נבדקת האפשרות שמישהו הפליץ שם.
6. יקום בחור
חורים שחורים הם דבר שכל צופה ב"סטאר טרק" מודע לקיומו. על פי הסרטים, חורים שחורים דומים קצת לקקי של כלבים על המדרכה, כיוון שהתכונות העיקריות שלהם הם: א. הם שחורים. ב. מאוד לא כדאי לדרוך עליהם.
תיאור קצת יותר הולם של חור שחור הוא אזור בחלל שבו צפיפות החומר גדולה כל כך שהוא קורס לתוך עצמו, ושום דבר – אפילו אור – לא יכול לברוח ממנו. בהגדרה, אי אפשר לראות מה קורה בתוך חורים שחורים – כי הם, אתם יודעים, שחורים – אבל על פי התחזית, בכל אחד מהם מתחבאת סינגולריות כבידתית – כלומר, נקודה שבה הצפיפות אינסופית, הזמן נעצר וחוקי הפיזיקה שאנחנו מכירים מכריזים על פוס משחק ופורשים.
אבל אם זה לא מספיק מעקם-מח, יש עוד: המילה הזאת, "סינגולריות", מוכרת לכל מי שקרא קצת על המפץ הגדול. סינגולריות כבידתית היא אותה נקודה בודדה שבה התחיל הפיצוץ הזה שהתחיל הכל. ואולי בעצם שתיהן הן אותו הדבר? קיימת השערה (שלמען ההגינות צריך לציין שהיא אינה מקובלת על מרבית הפיזיקאים, והיא בעיקר הבייבי של מדען אחד, ד"ר ניקודם פופלאוסקי) שעל פיה מרכזו של כל חור שחור הופך למפץ גדול משלו – ומכאן, ליקום שלם משל עצמו, ש"מחובר" ליקום שלנו בנקודת הסינגולריות שמרכז החור השחור. במילים אחרות: כל חור שחור הוא פתח אל יקום אחר. הדבר היחיד שמעיב על הרעיון לעבור בשער קסום אל יקום שונה (נרניה?) היא העובדה שכדי לעבור דרכו תצטרכו להיקרע, להימערך, להידחס ולהיטחן לאטומים. אבל בקטנה.
7. יקום בחור 2
אם החורים השחורים שלנו הם פתחים ליקומים אחרים, עולה השאלה המובנת מאליה: מה איתנו? יהיה גאוותני מצידנו להניח שהיקום שלנו הוא ה"אמיתי" היחיד, אם כל היקומים. מה אם הוא נולד באותה צורה בדיוק?
ובכן, באמת אין סיבה לחשוב כך. אם השערת היקומים-בחורים-שחורים נכונה, אין סיבה שלא לחשוב שגם היקום שלנו כולו שוכן, בעצם, בתוך חור שחור. ובעצם לא כל כך רע כאן.
הרעיון מוביל הלאה והלאה, כמובן: לכל יקום יש אמא, ולכל יקום יכולים להיות בנים. נוצר פה אילן יוחסין גדול של יקומים, שאינם בהכרח זהים זה לזה – ייתכן שמדור לדור של יקומים מתרחשת "אבולוציה". יקומים בעלי נטיה ליצור חורים שחורים הם אלה שיקימו הכי הרבה צאצאים, כמובן, ולכן הם אלה שישגשגו במערכת האבולוציונית הזאת. מתברר שבדיוק כמונו, גם היקום "רוצה" ילדים, וה"תכלית" שלו – אם אפשר לקרוא לה ככה – היא לייצר חורים שחורים רבים ככל האפשר. אוו. איזה חמודים.
8. יקום אינסופי
החלק של היקום שאנחנו יכולים לראות הוא מעין בועה בקוטר של כ-46 מיליארד שנות אור. שום דבר רחוק יותר מזה אנחנו לא יכולים, ולעולם לא נוכל, לראות. אבל זה לא אומר, כמובן, שבנקודה זאת היקום נגמר, בדיוק כפי שהים לא נגמר באופק; הוא נמשך גם מעבר למה שאנחנו יכולים לראות. היקום הנראה הוא כנראה רק חלק זעיר מהיקום כולו, אבל מה גודלו של החלק שאנחנו לא רואים, אנחנו לא יודעים, וכנראה גם לא יכולים לדעת – כי לעולם לא נוכל להסתכל אל מעבר לגבולות ה"בועה" המקומית שלנו. ככל הידוע לנו, בדיוק מטר אחד מעבר לגבול היקום הידוע עשויים לשבת הרבה יצורים ירוקים שמצביעים עלינו וצוחקים. אנחנו לא יודעים אפילו אם יש משמעות לשאלה "מה הגודל של היקום": יותר קל להניח שאין לו "סוף", אלא שהוא פשוט ממשיך. מדענים רבים - כמו למשל פרופ' ג'וזף סילק מאוקספורד - מרגישים בנוח במידה מפתיעה עם ההשערה שהיקום שלנו לא נגמר אף פעם – שהוא, פשוטו כמשמעו, אינסופי.
9. יקומים אינסופיים
רעיון אחר – שנתמך על ידי האישור לתאורית האינפלציה – הוא שהיקום אכן נמשך ללא גבול ולכל כיוון, אבל לא כמקשה אחת, אלא כאוסף של בועות-יקומים נפרדים. אם נגדיר את היקום שלנו כולו כבועה אחת, ייתכן שקיימות גם בועות אחרות שבהן יקומים אחרים וכולם משובצים באותו מולטי-יקום כמעין ניילון-פצפצים קוסמי. בין הבועות נמצאים מרווחים בלתי נתפסים של לא-כלום, לא-חומר, לא-מימד, ובאופן כללי, לא.
היקומים האחרים עשויים להיות דומים לזה שלנו – וייתכן שהם לגמרי לא. חוקי הטבע בהם עשויים להיות שונים מעט; באחד כח הכבידה מעט יותר חזק, באחר מהירות האור קצת יותר איטית. ההבדלים האלה עשויים להיות קריטיים: ביקום שלנו, הקבועים הפיזיקליים שמאחורי הקלעים הם כאלה שמאפשרים את היווצרותם של כוכבים, גלקסיות, בני אדם ופינגווינים. אילו היו שונים במעט, שום דבר מכל זה לא היה יכול להתקיים. תאורית היקומים המרובים יכולה לספק לכך הסבר: זה לא שמישהו דאג לנו ליקום בעל חוקים נוחים לנו, זה פשוט שמבין כל מיליארדי היקומים האפשריים, אנחנו קיימים בזה שמאפשר לנו להתקיים.
10. אתם. שוב.
מבין כל הדברים המוזרים באמת שאפשר – אולי – למצוא ברחבי החלל והזמן, זה אולי המוזר ביותר. ביקום אינסופי, אם תחפשו מספיק טוב ומספיק רחוק, תמצאו בסופו של דבר את עצמכם.
זה עניין של הגיון פשוט. אם היקום הוא אכן אינסופי – וזאת, אמרנו, אפשרות שבהחלט נלקחת בחשבון – הוא כולל מספר אינסופי של גלקסיות שבהן מספר אינסופי של כוכבים שסביבם מספר אינסופי של פלאנטות. ישנן הרבה, הרבה, הרבה דרכים אפשריות שבהן גלקסיות, שמשות ופלאנטות יכולות להתגבש ולהתפתח, אבל המספר הזה אינו אינסופי. מכאן ההגיון הפשוט גורס שבשלב כלשהו, הם חייבים לחזור על עצמם.
מה כל זה אומר בתכלס? זה אומר שאי-שם ביקום – במרחק בלתי נתפס מאיתנו – נמצאת שמש זהה לחלוטין לזו שלנו. מסביבה מסתובב כוכב לכת זהה, עד האטום האחרון, לכדור הארץ. באותו כוכב לכת, שתושביו מכנים אותו בשם המוזר "כדור הארץ", נמצאות יבשות זהות ומדינות זהות לאלה שלנו, בהם חיים אנשים זהים לחלוטין. יאיר לפיד שם. גם לברון ג'יימס. גם מדונה. וגם אתם. על אותו כוכב לכת חיים מישהו או מישהי הזהה לכם בדיוק. בכל פרט. בגוף ובנפש. הם קוראים ממש עכשיו את המשפט הזה. הם עושים בדיוק את מה שאתם עושים, מגרדים באף כשאתם מגרדים, וממש עכשיו הם חושבים בדיוק את מה שאתם חושבים.
מה הסיכוי שקיים כוכב כזה? זערורי – אבל אינסוף הוא דבר גדול. תשאלו את מקס טגמרק, פרופסור ב-MIT. ביקום אינסופי, כל דבר שיכול לקרות, ולא משנה עד כמה זערורי הסיכוי, קורה בסופו של דבר. כפיל מדויק של כדור הארץ, שעליו חיים כפילים מדויקים שלכם, הם לא דבר שיכול להיות נכון – אם היקום אינסופי, זה חייב להיות נכון.
והם לא התאומים היחידים שלכם; הקטע עם האינסוף הוא שהוא לעולם לא נגמר. ישנם אינסוף עותקים זהים לחלוטין שלכם ביקום. ובמקום אחר, בעולם אחר, ישנו גם אדם שזהה לכם בדיוק, רק שהוא צבע אתמול לבלונד.