מהשעון הקוסמי של ניוטון, דרך הזמן היחסי של איינשטיין, ועד ללייזרים שמעניקים הצצה לטווחי זמן שטרם נצפו – מסע ברחבי הזמן אל עולם שבו כל חלקיק של שנייה משנה את חוקי היקום כפי שאנו מכירים אותם.
זו הייתה שעה לא נוחה לקיים בה ריאיון עיתונאי – 05:00 בבוקר. איני חובבת את שעות השחר המוקדמות, ובכל זאת נרתמתי למשימה וראיינתי את יו"ר ענקית ההשקעות האמריקאית שזה עתה נעל את ישיבת הדירקטוריון. דרך הזום ראיתי את שמי הלילה השחורים של ניו יורק נפרשים מבעד לחלונות הזכוכית במשרדו, כחותמים את היום. מחוץ לחלון שלי שרר שקט מופתי; והזריחה טרם הפציעה.
היו"ר סיפר לי על מודל ההשקעות הייחודי של החברה, שהזניק במהלך העשור האחרון את הרווחים בשלושה אפסים והעביר אותה ממיליונים למיליארדי דולרים. זה היה מלהיב, ובכל זאת, המוח המנומנם שלי התקשה לעבור למוד פיננסי בשעה המוקדמת הזו. במקום זה נדדו מחשבותיי למושגים של זמן. השעה בניו יורק הייתה 22:00 בלילה. אצלי בישראל 05:00 בבוקר. היום שלו עומד להסתיים, והיום שלי עדיין לא התחיל. כל אחד מאיתנו פועל לפי השעון המקומי שלו – המחשבה הפשוטה הזו מייצרת הבנה חדה: אנחנו נשלטים על ידי הזמן, כל הזמן.
הזמן הוא יחסי ובעיני המתבונן
הזמן – "מספר (או מידה) של תנועה ביחס ללפני ואחרי", כהגדרת אריסטו – הוא חלק בלתי נפרד מהמהות שלנו. הוא יוצר את ההבחנה בין ילדות, בגרות וזקנה, בין היום, אתמול ומחר; בין בוקר, צהריים ולילה וכן הלאה. תפיסת הזמן מבססת את ההיגיון והסדר בחיינו: לכל אירוע יש רגע. למעשה, אפילו המושג 'חיינו' מתאר פרק זמן נתון. ובאותה נשימה, נדמה שאנחנו חיים במרוץ מתמיד אחריו: להגיע בזמן, לעצור את הזמן, להחזירו לאחור – חרף העובדה שאיננו יכולים להשיב אפילו שנייה שחלפה. אנו נישאים בזרם הזמן, וכל שנותר הוא להשלים, בעל כורחנו, עם אובדנו.
בסוף המאה ה-17 קבע הפיזיקאי אייזק ניוטון כי הזמן זורם ללא הרף, במהירות קבועה, ללא התייחסות לדבר מבחוץ. בעיני רוחו הונחה היקום כולו בידי שעון קוסמי יחיד, שמחוגיו נעים בקצב אחיד מהעבר האינסופי אל העתיד האינסופי. העבר גולש לאחור ונמוג אל השכחה, העתיד הופך לזמן העכשווי ונדחק לאחור על ידי ההווה הממהר קדימה אל האינסוף. תיאוריית הזמן והמרחב המוחלטים של ניוטון החזיקה בעצמה לא מעט זמן – יותר מ־200 שנה – עד שגדול המדענים, אלברט איינשטיין, ניגש בעצמו לחקור את הזמן וחזר עם תיאוריה מהפכנית ששינתה את כל מה שהעולם חשב שידע קודם לכן על זמן ומרחב.
כחלק מתורת היחסות הפרטית שפיתח, קבע איינשטיין שהזמן אינו מוחלט אלא יחסי – כלומר תלוי בנקודת המבט של הצופה. הוא המחיש זאת, בין היתר, באמצעות ניסוי מחשבתי של "שעון אור", שבו פעימת אור נעה בין שתי מראות – מראה עליונה ומראה תחתונה – ומסמנת "תקתוק" בכל פגיעה במראה. כאשר השעון היה בתנועה, הזמן בין תקתוק לתקתוק התארך – כלומר האור נאלץ לעבור מסלול ארוך יותר בין המראות. המשמעות של כך היא שתנועת השעון משנה את הזמן שלו עצמו.
הרעיון ש'שנייה' אינה תמיד 'שנייה' הוא אחד הממצאים המפתיעים ביותר של איינשטיין. עיקרון זה הוכח שוב ושוב, למשל בניסוי "הייפלי-קיטינג", שפורסם במגזין Science ב-1972, ובו מדענים הטיסו ארבעה שעונים אטומיים פעמיים סביב כדור הארץ: פעם אחת מזרחה ופעם אחת מערבה. כאשר השעונים שהיו בתנועה הוחזרו אל הקרקע, השוו המדענים את הזמנים שלהם עם שעונים אטומים נייחים ומצאו שהשעונים שהוטסו 'איחרו' בחלקיקי שנייה, בדיוק לפי תורת היחסות. הזמן עבורם חלף לאט יותר וההאטה הייתה יחסית לריבוע המהירות.
איינשטיין היה מחלוצי הרעיון שהתפיסה הליניארית שלנו אינה משקפת את ממד הזמן כאשורו. צילום: Jorge Alejandro Rodríguez Aldana on Unsplash
ברוכים הבאים לעולם של ה"אטו־שנייה"
על פניו שונות הזמן בין שעון מוטס ובין שעון נייח זניחה. מי מאיתנו מסוגל בכלל לתפוס את הפרשי הזמן האלה? ואולם, ככל שמתקרבים למהירות האור גדלה המשמעות של יחידות זמן זעירות. ב-1911 תיאר הפיזיקאי פול לאנג'וויין נוסע שיוצא מכדור הארץ למסע בן שנה אחת אל החלל, וחזרה שתימשך שנה נוספת, בתוך טיל שנע ב-99.995% ממהירות האור. לדברי לאנג'וויין, הנוסע יגלה כי בזמן שאצלו בתוך הטיל חלפו שנתיים, על פני כדור הארץ חלפו בזמן זה 200 שנה.
אך כיוון שהמציאות הקיומית שלנו מתרחשת על פני כדור הארץ, ומערכי הייחוס שלנו נתונים לאותו כוח כבידה, קצב הזמן של כולנו זהה, וכולנו נעים באיטיות קיצונית בהשוואה למהירות האור. ככל שמביטים רחוק יותר, כך מתברר שתפיסת הזמן האנושית היא רק גרסה מקומית מאוד של מציאות רחבה בהרבה.
הגילויים הללו הולידו בקרב פיזיקאים שאלות רבות על התפיסה האנושית והיחס שלה למציאות הממשית ולטבע היקום. באחת ההסתעפויות של חקר התחום הגיעו לשאלה: מה קורה בטווחי הזמן הקצרים ביותר – אלו שאיננו מסוגלים לתפוס בחושינו, ואיננו חשופים אליהם בשגרה?
"ככל שמביטים רחוק יותר, כך מתברר שתפיסת הזמן האנושית היא רק גרסה מקומית מאוד של מציאות רחבה בהרבה".
כשאדם ממוצע חושב על טווחי זמן קצרים במיוחד, לרוב הוא ידמיין שנייה. ספורטאים אולימפיים, כבר יורדים לרזולוציות של מאיות ואלפיות השנייה – די בהפרש זה כדי להכריע בין מדליית זהב לכסף. אך המדע לקח את זה רחוק הרבה יותר.
שוו בנפשכם שקיבלתם 'מיקרוסקופ זמן' המספק לכם חלון הצצה למתרחש בפרקי זמן קצרים יותר מאלו המוכרים והידועים לנו. סטיבן לאונה, פרופסור לכימיה ופיזיקה באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, וצוות עמיתיו החוקרים, הצליחו להפוך את הדמיון למציאות.
בשנת 2023 פרסם כתב העת Annual Review of Physical Chemistry את מאמרו של פרופסור לאונה שבו תיעד את הישגם פורץ הדרך: צילום תהליכים המתרחשים בקצב המהיר ביותר שנמדד אי-פעם, אטו־שנייה. זוהי יחידת זמן של מיליארדית-מיליארדית השנייה (קווינטיליון). ההישג שהתקבל בזכות טכנולוגיה מתקדמת שהם פיתחו לאורך השנים, פרץ למעשה את גבולות טווחי הזמן שלנו, ופותח צוהר לתהליכים שמעולם לא נראו בעין אנושית.
טווח הזמן שבו נוצרים כל התהליכים הבסיסיים
טכנולוגיית הלייזר המתקדמת פותחה במיוחד עבור מחקר קרני רנטגן אטוסקונדיות, ובאמצעותה משוגרים הבזקי לייזר אולטרה־מהירים וקצרים במיוחד. הפולסים הללו מאפשרים לצפות בתנועת האלקטרונים החיצוניים של אטום תוך כדי תנועה, ולמעשה 'לתפוס' את הרגע שבו אור חוצה את רוחבו של אטום – תהליך הנמשך אטו־שנייה אחת בלבד. "כשיש לך פולס קצר מספיק אתה לא רק רואה מולקולות – אתה רואה את האלקטרונים עצמם זזים", מסביר לאונה, "אלה הרגעים שבהם קשרים כימיים נוצרים או נשברים. זה חשף פרטים על סוג של תנועה […] שיכולה לשלוט בתכונות במערכות רבות".
בטווח הזמן החדש שחשפו לאונה וצוות חוקריו, נוצרים התהליכים הכימיים והפיזיקליים הבסיסיים ביותר – אלו שמרכיבים את כל מה שקיים בעולם שלנו. זהו טווח הזמן שבו אור ואלקטרונים נפגשים ומקיימים ביניהם אינטראקציה המווסתת את מידת האנרגיה שהם מספקים, ואטומים נקשרים זה לזה בתהליך יצירת מולקולות חדשות.
"בטווח הזמן החדש שחשפו לאונה וצוות חוקריו, נוצרים התהליכים הכימיים והפיזיקליים הבסיסיים ביותר – אלו שמרכיבים את כל מה שקיים בעולם שלנו".
בזמן של אטו-שנייה פוטונים משתנים אף הם תוך שהם מקיימים אינטראקציה עם חומרים אחרים, והחשיפה החדשה לכך מאפשרת למדענים לקבל מידע על תכונות נוספות של חומרים, שעד עתה היה סגור בפניהם.
ככל שמבינים שמדובר ביכולת חדשה לנתח מיקרו-חומרים נסתרים המעורבים בכל תהליך כימי בעולם שלנו – החל מפוטוסינתזה בעלים, דרך יצירה ושבירה של קשרים מולקולריים העומדים בבסיס התעשייה הכימית הנאמדת בטריליוני דולרים, ועד להבנה מדויקת יותר של חומרים ביולוגיים ורפואיים – חשיפת טווח הזמן החדש מתגלה כבעלת פוטנציאל עצום למדע ולקדמה.
אבל מה המשמעות לכך בהיבט האנושי? איך זה תורם לנו במרדף האינסופי אחר הזמן, ובמערכת היחסים שלנו עם התכונה הזו של המציאות?
האם טווחי זמן קצרים משנייה מעניקים לנו הזדמנות שנייה?
אם המדע מצליח להיכנס לעולם שבו כל קווינטיליון שנייה קובע את מהלך האירועים, הייתכן שגם בעולמנו האנושי מתרחשות החלטות, רגשות ושינויים מכריעים בפרקי זמן שאיננו מודעים לקיומם? כמו שבאטו-שנייה אחת אלקטרון מחליף מצב אנרגיה ומשנה את כל התוצאה הכימית, אולי באופן דומה – ברגע חמקמק של מבט, מחשבה, או מילה – עשוי להיווצר שינוי מסלול בחיים שלמים? הרי המוח שלנו כפוף בדיוק לאותם חוקים פיזיקליים.
אם החיים עצמם אינם אלא רצף אינסופי של "אטו-רגעים", אולי בסופו של דבר נגלה שיש לנו הרבה יותר זמן ממה שחשבנו, אינספור טווחי זמן קצרים מאוד שבהם אנחנו יכולים לשנות את מהלך האירועים הבאים. כמובן שכרגע אנחנו רחוקים מכך שנות אור, אבל ימים יגידו.
תמונת כותרת: Photoholgic on Unsplash
כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך:
תנועה מחוללת את החיים, עצירה מאפשרת אותם
האומנם כל רגע חולף לבלי שוב? מחלוקת המשתרעת על פני 2,500 שנה מעוררת סימני שאלה
פיזיקאים מתלבטים: האם הזמן באמת עובר או שהשינוי הוא אם כל האשליות?
עוד מרדיו מהות החיים:
