הרב מכר ״לממש את הטוב שבך״ עכשיו בחנויות הספרים, לרכישה לחצו כאן X

ההרצאה השבועית של TED: האם הידע שלנו על היקום הגיע לקצה גבול היכולת?


21 בינואר, 2016

בועז מזרחי

נדמה לנו שהיקום נצחי, שהמציאות היא יסוד קבוע שאין לערער עליו, שאתנו או בלעדינו יהיה קיום כלשהו. צריך כושר דמיון מפותח מאוד כדי לנסות להבין מה הוא ריק, או אין מוחלט, מצב שבו הקיום פשוט איננו. מורכב אפילו לתפוס את עצם הרעיון. כדי להתמודד עם האתגר המחשבתי הזה, לפיזיקאים יש שני כלים מנצחים – חישובים מתמטיים ומאיץ החלקיקים CERN.

קרוב לוודאי שהתחום החם ביותר בפיזיקה כיום הוא חקר היקום. מדענים מנסים לפענח את סודות הטבע - במובנו הרחב ביותר - באמצעות תצפיות לחלל, שיגור גשושיות לכוכבים ולשביטים, ניסויים במעבדות על פני כדור הארץ והרבה מאוד חישובים תיאורטיים. אחד הפרויקטים האנושיים הגדולים ביותר הוא הניסיון למצוא את התיאוריה המאחדת – תורה פיזיקלית שתוכל להסביר את כל תופעות המציאות והיקום, מרמת החלקיקים התת-אטומיים ועד לגבולות התפשטות היקום.

המאמץ המושקע בתיאוריה זו הוא כביר, והנתיב העיקרי של פיזיקאים מכל העולם כיום הוא ניסיון למצוא את החוליה המקשרת בין תורת היחסות הכללית של איינשטיין ובין מכניקת הקוונטים. פיזיקאי החלקיקים ד"ר הארי קליף נמנה עם אותם מדענים שעומדים בחזית חקר היקום. חלק נכבד מזמנו הוא מבלה במתקן CERN שבשוויץ, מאיץ החלקיקים הגדול בעולם. הניסויים שביצע שם יחד עם צוותים בינלאומיים הביאו אותו – ואת האנושות כולה – לנקודה בה נשאלת השאלה: האם הפיזיקה הגיעה לקצה גבול היכולת שלה? הוא טוען כי "השנים הבאות אולי יגידו לנו אם נהיה מסוגלים להמשיך להגדיל את ההבנה שלנו את הטבע, או אם אולי, בפעם הראשונה בהיסטוריה של המדע, נעמוד בפני שאלות שאנחנו לא יכולים לענות עליהן".


שני מספרי הפלא של היקום

בקוסמולוגיה ההינדית האמינו בעבר שהעולם ניצב על גביהם של ארבעה פילים שעומדים על צב ענק. בקוסמולוגיה המודרנית יודעים שהיקום ניצב על שני מספרים: חלקיק היגס-בוזון ואנרגיה אפלה. הערכים של מספרים אלה "הם תכונות של היקום שאנחנו יכולים למדוד, והם מאוד מסוכנים מפני שאם הם היו שונים, אפילו במעט, אז היקום כמו שאנחנו מכירים אותו לא היה קיים".

לא בכדי זכה חלקיק היגס-בוזון לכינוי "החלקיק האלוהי". מציאתו אפשרה למדענים להבין את שדה האנרגיה של היקום. "שדה היגס נותן מסה לחלקיקים הבסיסיים שאנחנו עשויים מהם", מסביר קליף. "אם הוא לא היה פה לחלקיקים האלה לא הייתה מסה, ואף אטום לא היה יכול להיווצר - ואנחנו לא היינו". כלומר, החלקיק האלוהי הוא שדה אנרגיה שמאפשר את קיומו של כל החומר ביקום.

לחלקיק היגס-בוזון יש ערך מספרי קבוע בכל מקום ביקום. הערך הזה הוא אחד הסודות הגדולים ביותר ביקום. חוקי הפיזיקה קובעים כי לחלקיק יש שני מצבים: דלוק וכבוי. במצב הראשון, הערך של החלקיק הוא עצום לאין שיעור. מדובר במספר שהמוח האנושי לא מסוגל לעבד. במצב זה אטומים לא היו יכולים להיווצר. ואילו במצב השני, הכבוי, הערך של החלקיק הוא אפס, וגם אז אטומים לא יכולים להיווצר. אבל הערך הקבוע של חלקיק היגס-בוזון בכל פינה ביקום 'תקוע' על מצב ביניים, בין כבוי לדלוק. דימוי הולם יהיה של כפתור תאורה שמצוי על מצב מעומעם - "לא אפס, אבל חלש פי 10,000 טריליון מהערך הדלוק המלא שלו". קליף מוסיף כי המספר הזה קריטי, מפני ש"אם הוא היה שונה במעט, לא היה מבנה פיזי ליקום". במובן מסוים, החלקיק מתנהג 'בניגוד' למדע והכוונון העדין שלו הוא ההבדל בין יש לאין.

המספר השני שמוסיף מסתורין לתעלומה הקוסמית קשור למה שמכונה "אנרגיה אפלה". "עכשיו, כל פעם שאתם שומעים את המילה 'אפל' בפיזיקה", אומר קליף בבדיחות הדעת, "אתם צריכים להיות מאוד חשדניים, מפני שזה כנראה אומר שאנחנו לא יודעים על מה אנחנו מדברים". יחד עם זאת, לפיזיקאים יש מושג כלשהו לגבי האנרגיה הזו, וההשערה היא שמדובר באנרגיה של הריק עצמו, של הוואקום של החלל. אסטרופיזיקאים ערכו תצפיות בחלל וגילו את הערך המספרי של האנרגיה האפלה. מובן שהכול עדיין בגדר תיאוריות והשערות, ולכן הם גם חישבו מה אמור להיות הערך 'הטבעי' של האנרגיה האפלה, באמצעות מכניקת הקוונטים. כמו במקרה של החלקיק האלוהי, הערך הקיים שונה בהרבה מהערך המצופה. קליף מפליג בתיאור הפער בין מה החישובים לתצפיות: "האנרגיה האפלה הזו צריכה להיות 10 בחזקת 120 חזקה יותר מהערך שהבחנו בו אסטרונומית. זה אחד עם 120 אפסים אחריו. זה מספר גדול בצורה כל כך מטמטמת שזה בלתי אפשרי להבין אותו. אנחנו משתמשים הרבה במילה "אסטרונומי" כשאנחנו מדברים על מספרים גדולים. ובכן, אפילו זה לא יעבוד פה. המספר הזה גדול יותר מכל מספר באסטרונומיה. הוא גדול באלף טריליון טריליון טריליון פעמים ממספר האטומים בכל היקום".


יקומים מקבילים ושאלות פתוחות

אם האנרגיה האפלה הייתה בפועל אפילו קרובה למספר שחישבו החוקרים, "היקום היה נקרע לגזרים", אם להשתמש במילים של קליף. שני המספרים הללו מלמדים אותנו שהקיום עצמו תלוי על בלימה והכוחות שמאפשרים את הקיום הזה מכוונים בדיוק מעורר תמיהה ו'בניגוד' לתיאוריות הקיימות. פיזיקאים תיאורטיים עמלים כל העת כדי להסביר את חוסר ההתאמה בין מכניקת הקוונטים ותורת היחסות ובין המציאות, וזה האתגר הגדול ביותר שהפיזיקה ניצבת מולו לדעת קליף. ב-CERN אף יזמו פרויקט שרותם את האמנות למאמץ המדעי, במטרה לקבל זוויות חשיבה יצירתיות. אם יצליחו למצוא את החוליה שמקשרת בין שתי התיאוריות הללו עשויה להיפרץ דרך לתשובה. אלא שכרגע התיאוריה המאחדת בין הקוונטים ליחסות היא תורת החלקיקים, והיא לוקה בהרבה יותר מדי סימני שאלה מכדי שתוכל לספק תשובות קונקרטיות.

ואולי לא בהכרח. "למעשה", אומר קליף, "יש 10 בחזקת 500 גרסאות שונות של תיאוריות מיתרים. כל אחת מתארת יקום אחר עם חוקים שונים של פיזיקה". אז מצד אחד אי אפשר להקיש ממנה על היקום שלנו, אבל מצד שני, יש התומכים בגרסת המולטי-יקום, ואז תורת המיתרים מסבירה את חוקי הפיזיקה של המוני יקומים מקבילים. הגרסה הזו מיישבת במעט את מוזרותם של ערכי החלקיק האלוהי והאנרגיה האפלה: אנחנו חיים ביקום הספציפי שבו ערכי המספרים מכוונים כדי לאפשר חיים, ואילו ביקומים אחרים המספרים הללו מקבלים ערכים שלא מאפשרים לחומר להיווצר, או שהם קורעים את המרחב לחתיכות. אנו, במובן הזה, זכינו בלוטו הקוסמי, בהגרלה עם סיכויים ביחס של אחד למי יודע כמה...

כאן פחות או יותר נגמר השביל המדעי, לדבריו של ד"ר קליף, משום ש"אם נעקוב אחרי קו החשיבה הזה, לעולם לא נהיה מסוגלים לענות על השאלה "למה יש משהו ולא כלום?" ברוב המולטי-יקום אין כלום, ואנחנו חיים באחד המקומות הבודדים שבהם חוקי הפיזיקה מאפשרים שיהיה משהו". נכון להיום אנחנו אפילו לא מתקרבים להבנה מהותית של קצה גבול היקום שלנו, קל וחומר מגישה ליקומים מקבילים. אנו אפילו לא מבינים את מבנה המציאות שלנו לאשורו, כך שלהבין יקומים אחרים זו משימה בלתי נתפסת. עדיין.

כדי להתקדם לשלב הבא בידע האנושי על המציאות ועל הקיום נדרשת פיזיקה חדשה. מאיץ החלקיקים CERN הוא חזית המחקר התיאורטי, והוא סיפק מידע שלא יסולא בפז. ואולם, מאז גילוי חלקיק היגס-בוזון ב-2012 לא חלה התקדמות משמעותית בתחום. קליף טוען שאם בשנים הקרובות האנושות לא תצליח להפיק מידע חדש על היקום, "אולי ניכנס לדור חדש בפיזיקה: דור שבו יש תכונות מוזרות של היקום שאנחנו לא יכולים להסביר; דור שבו יש לנו רמזים שאנחנו חיים במולטי-יקום שנמצא באופן מתסכל מעבר להשגתנו לתמיד; דור שבו לעולם לא נהיה מסוגלים לענות על השאלה למה יש משהו ולא כלום?"

בינתיים אנחנו יכולים להתנחם בעובדה שאנו ברי מזל בצורה שלא ניתן לתאר. המבנה המציאותי שבו אנו חיים תלוי על חוט השערה – ולנו הזדמן להיות עדים לפלא הזה.

 

תמונת כותרת: NASA

 

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך:

ההרצאה השבועית של TED: מדוע יש משהו במקום כלום? התשובה תפתיע אתכם...

מיהו החתול שמשגע פיזיקאים בעולם עם שאלות קיומיות?

7 תיאוריות שמאתגרות את כל מה שחשבתם על המציאות

 

עוד ממהות החיים

09.07.20
ההרצאה השבועית של TED: השינויים הפיזיולוגיים שתרגול יוגה מחולל בגופנו
08.07.20
מזון למחשבה – כיצד הבישול הופך אותנו לאנושיים
06.07.20
האומנם כל רגע חולף לבלי שוב? מחלוקת המשתרעת על פני 2,500 שנה מעוררת סימני שאלה
01.07.20
ציפיות מטילות צל על צידי אישיותינו המגוונים – מדוע וכיצד להוציא אותם אל האור?
01.07.20
ההרצאה השבועית של TED: כשהאדם הקדמון עולה על הנתיב המהיר
30.06.20
מתחת למעטה המסתורין של ההיפנוזה שוכן כלי טיפולי מוכח מדעית
29.06.20
הפעם ההיא שהבטתם ביצירת אומנות והרגשתם שמשהו בתוככם השתנה
25.06.20
ההרצאה השבועית של TED: הצרכים הבסיסיים שסיפוקם עשוי למנוע דיכאון
24.06.20
תנו לקוף מקלדת ומתישהו הוא יכתוב מחזות טוב יותר משייקספיר - זה בלתי נמנע
23.06.20
מינימליזם – כשבוחרים בפחות, עשויים לגלות שאנו נשארים עם יותר
22.06.20
כולנו הולכים על לולאת שמונה חוזרת – מדוע זו דווקא הזדמנות לצמיחה?
18.06.20
ההרצאה השבועית של TED: כיצד למנוע מהדאגות של העבודה להשתלט על חיינו?
17.06.20
בשלות רגשית – כיצד ניתן למנוע מעולמנו הפנימי להאפיל על זה החיצוני?
15.06.20
בין הדמיוני לממשי – מה החלום יכול ללמד אותנו על המציאות
11.06.20
ההרצאה השבועית של TED: שמיים זרועי כוכבים חיוניים לנו, ולא רק בגלל היופי שלהם
10.06.20
כשאנו מדברים עם הידיים משהו שונה מתרחש במוח – כך מחוות גוף משפיעות על התפיסה שלנו
08.06.20
ההחלטות שלנו מוכרעות ב-5 השניות הראשונות – כך ניתן לנצל זאת נגד דחיינות
04.06.20
ההרצאה השבועית של TED: כיצד תרבות אבותינו משפיעה על בריאותנו?
03.06.20
מהו סגנון קבלת ההחלטות של ילדיכם וכיצד לעזור להם להוציא ממנו את המיטב
03.06.20
אל הלא נודע – 4 תובנות לצליחת תקופות של חוסר ודאות ו-10 שאלות לגיבוש פתרונות