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

מהיכן הופיע המפץ הגדול? פיזיקאים מנסים להסביר מה קדם ליקום כפי שהוא היום


שאלת היווצרות היקום היא הדבר הכי קל והכי מסובך בו זמנית. ההסבר המקובל ששולט בכיפה כבר עשרות שנים הוא המפץ הגדול – הייתה נקודה קטנה, דחוסה ולוהטת שהתפשטה ליקום שאנו מכירים עכשיו. עד כאן באמת פשוט. הסיפור מסתבך לחלוטין עם שאלה קטנה שמפליא באיזו קלות מתעלמים ממנה – מאין באה הנקודה הזו?


בועז מזרחי | 16 באוגוסט, 2021

דמיינו את עצמכם בסירה בלב האוקיינוס, הים חלק כמראה ומזג האוויר מושלם. אתם שוכבים להנאתכם על גבכם, העיניים מופנות לשמיים, היד טובלת במים ומחשבות ברומו של עולם ובקרקעיתו של אוקיינוס נישאות עם משבי הרוח הקלים. אתם תוהים לעצמכם – מהו גוף המים העצום הזה שעל פניו אתם שטים? איפה הוא מתחיל ואיפה הוא נגמר?

האוקיינוס משמש פעמים רבות כנקודת ייחוס לחלל בהקשר לידע שלנו עליו: נהוג לומר שאנו יודעים יותר על מרחבי היקום מאשר על המתחולל בחלקים האפלים של האוקיינוס. ואולם, לפחות בדבר אחד סודות היקום מתעלים על סודות הים – נקודת ההתחלה.

בחזרה על הסירה, אתם צוללים עם המחשבות מטה-מטה, פוגשים בדרך יצורים מופלאים עד הגיעכם לקרקעית. כאן, אתם יודעים, מתחיל הים, או נגמר, תלוי מאיזה כיוון אתם בוחרים להסתכל. אבל ברור לכם שמעבר לקרקעית אין ים. ההתייחסות לאוקיינוס מתחילה בנקודת האפס הזו.

בכיוון השני, מעל ראשיכם, הדברים פחות ברורים. איפה הם מתחילים? או יותר נכון, איפה מתחיל היקום?

הקרב על תחילת הזמן

בערך משנות ה-30 של המאה ה-20 שוררת הסכמה כמעט גורפת בקרב הקהילייה המדעית לגבי נקודת ההתחלה של היקום – המפץ הגדול. על-פי התיאוריה, אי שם, לפני קצת פחות מ-14 מיליארד שנה, התפשטה בפתאומיות נקודה לוהטת בעלת צפיפות אינסופית, יש המשערים בגודל של כדור טניס, במהירות העולה פי כמה מיליונים על מהירות האור, וממנה נוצר היקום שאנו מכירים, על כל החומר והאנרגיה הקיימים בו. הגלקסיות, הכוכבים, כדור הארץ, אנחנו.

ואולם, בשנים האחרונות החל המחנה מתפצל לשניים. פרופסור לפילוסופיה של המדע טים מאודלין מאוניברסיטת ניו-יורק מסביר בסרטון של Aeon כי סלע המחלוקת נמצא ממש ברגע המפץ: חלק גורסים כי זוהי נקודת האפס – הקרקעית אם תרצו – שמעבר לה אין דבר. ואילו אחרים אומרים – רגע, מאיפה צצה הנקודה הלוהטת? אין לפסול את האפשרות שקדם לה משהו.

כאן המקום לציין שלקוסמולוגים וליתר חוקרי היקום יש שני אמצעים להתבונן בחלל: תצפיות טלסקופיות מאפשרות לגלות דברים שנמצאים בטווח האור, ואת כל היתר מדענים מתארים באמצעות תיאוריות ומודלים מתמטיים. עד 380 אלף שנים אחרי המפץ הגדול יש בידינו כלים משתי האפשרויות, אך כל מה שאירע מרגע זה אחורה אל המפץ הגדול ומה שקדם לו, אם קדם לו, נופל לקטגוריה השנייה – ידע תיאורטי בלבד. שכן נדרשו ליקום 380 אלף שנים להתקרר לטמפרטורה שבה החומר והאנרגיה שהיו דחוסים יחד יכלו להיפרד. הקרינה שהשתחררה מכונה "קרינת הרקע הקוסמית" והיא העדות העיקרית שאנו יכולים לאתר באמצעים טכנולוגיים ושעליה מושתתת הנחת המפץ הגדול.

"סלע המחלוקת נמצא ממש ברגע המפץ: חלק גורסים כי זוהי נקודת האפס – הקרקעית אם תרצו – שמעבר לה אין דבר. ואילו אחרים אומרים – רגע, מאיפה צצה הנקודה הלוהטת? אין לפסול את האפשרות שקדם לה משהו".

העניין עם תיאוריות הוא שהן אומנם יכולות לספק לנו תמונה מבוססת, אבל עדיין משוערת. ולכן, כפי שמסביר מאודלין, כששואלים האם היה משהו לפני המפץ הגדול, "התשובה כרגע היא שאנחנו לא יודעים. כל האפשרויות על השולחן".

מה אומרת לכם האינטואיציה? האם היה איזשהו מצב לא ידוע קודם למפץ הגדול, או שלא היה דבר? זוהי שאלה מכשילה שכן היא מציבה בעיה לוגית בלי פתרון ברור. מאודלין מסביר כי המצדדים בתיאוריית המפץ הגדול כנקודת אפס אבסולוטית טוענים כי שם "התחילו המרחב והזמן עצמם", ולכן השאלה מה קדם לזמן אינה קוהרנטית. "לא היה דבר לפני זה, כי 'לפני' לא היה לפני זה". זה לא שהיקום צמח מכלום, אלא הוא עצמו "הטוטליות המוחלטת".

כלומר, חייבת להיות נקודת התחלה לזמן, שאם לא כן המשמעות היא שהזמן הולך אחורה עד אינסוף. אז נשאלת השאלה "איך ייתכן שמשך זמן אינסופי כבר עבר? איך הגענו עד כאן אם היה דרוש אינסוף זמן כדי להגיע הנה?"

מצד שני, המחשבה שאיזה שעון עצר החל לפעול באקראי היא רעיון תמוה, מסביר מאודלין. "אם אתה הולך אחורה בזמן עד נקודה מסוימת – ואז עוצר, אנשים יגידו 'זה מוזר, איך הזמן עצמו יכול להתחיל?'" מה נתן לדבר הזה שהתחיל תכונות של שעון? האם זמן הוא תופעה אקראית שנוצרה מאליה באופן ספונטני?

בסופו של דבר, הוא אומר, "לא משנה מה תעשה, אנשים יכעסו".

חללים בעלילה

ומכיוון שאנחנו לא רוצים לכעוס, בואו נחזור לסירה הנינוחה שלנו. אתם שוכבים שם ומהרהרים על הדמיון בין קרקעית האוקיינוס והמפץ הגדול כנקודות האפס של המרחבים העצומים הללו. אבל משבי הרוח הקלילים שעליהם נישאות המחשבות לא מאפשרים למוחכם להרפות. מה זאת אומרת הים מתחיל בקרקעית? החול שבה הרי ספוג מי ים, אז אולי האוקיינוס מתחיל מנקודה נמוכה יותר, בחלק היבש של הקרקעית? כדי לדעת מה יש שם נצטרך לחפור, אבל אם נעשה זאת המים יזלגו אל הגומחה ויציפו אותה. אז האם הים למעשה יתחיל משם? פתאום עולה השאלה האם ים יכול בכלל להיות מוגדר במנותק מהיבשה, ולא ברור אם יש לכך תשובות חד משמעיות.

כאלה הן התיאוריות לגבי המפץ הגדול. בשנים האחרונות, כאמור, מדענים החלו לתהות איך ייתכן שהמפץ הגדול הוא ראשית כל הראשים. זו לא שאלה שהתעוררה בעקבות שיט חסר דאגות על מי מנוחות, אלא בעקבות חורים תיאורטיים בהסברים הנוכחיים, תצפיות שלא מתיישבות עם המודלים, פערים בין גישות. הרי הזכרנו, מדובר בתיאוריות ושם העובדות משולות לחבל הקשור לגופנו בעודנו מגששים דרכנו בערפל: אי אפשר להתפזר לגמרי, אבל בהחלט אפשר ללכת לכל מיני כיוונים.

מה הם חלק מהחורים בהנחה שלא היה כלום לפני המפץ הגדול? פול סאטר, אסטרופיזיקאי מאוניברסיטת סאני ברוק בניו-יורק, מסביר במגזין Space.com כי "הסימן הראשון שיש לנו עוד קרקע לחקור הוא נוכחותה של 'סינגולריות', או נקודה של צפיפות אינסופית בתחילת המפץ הגדול [...] זה כמובן אבסורד". נטלי וולקובר מציגה ב- Quanta Magazine את מחקרו של ניל טורוק, קוסמולוג העומד בראש מכון פרימטר לפיזיקה תיאורטית, ובו כתב כי התיאוריה הזו, שנציגה המובהק הוא סטיבן הוקינג, לא מסתדרת עם תיאוריות פיזיקליות אחרות. "גילינו כי היא נכשלה בצורה אומללה [...] לא היה אפשרי מבחינת מכניקת הקוונטים שהיקום ייווצר בצורה שהוא דמיין".

חור בולט נוסף – זוכרים את קרינת הרקע הקוסמית, האור הראשון שהשתחרר לאחר המפץ הגדול? התצפיות עליה מגלות כי הקרינה די אחידה בכל אזור בחלל, ועל פי חיים ברק מהמחלקה לפיזיקת חלקיקים ואסטרופיזיקה של מכון ויצמן זה מחייב להניח שגם היקום היה אחיד בראשיתו ולכן חייב להיות אחיד גם בהתפשטותו. אך כפי שהוא כותב, היקום שלנו מאוד לא אחיד. המסקנה המתבקשת היא שלאו דווקא המפץ הגדול, המקור לקרינה הזו, הוא תחילתו המוחלטת של היקום.

מה יש בצדו השני של המפץ הגדול?

אלה הן רק דוגמאות מייצגות למגמה שמסתמנת בעולם הפיזיקה לגבי המפץ הגדול. ההנחה שהוא ראשית היקום ולפניו לא היה דבר היא כבר לא בדיוק סטטוס קוו קדוש. אז אילו אלטרנטיבות מציגים המדענים שמטילים ספק במפץ הגדול כנקודת אפס אבסולוטית? פאטצ'ן בראס מציג ב- BBC Future שניים מהבולטים שבהם: תיאוריית הקפיצה הגדולה (the big bounce) ותיאוריית המראה.

חשוב לציין שהתיאוריות לא שוללות את עצם קיומו של המפץ הגדול, אלא מעמידות אותו בהקשר וכרונולוגיה שונים. תיאוריית הקפיצה הגדולה גורסת כי "במקום להיות ראשית המרחב והזמן [המפץ הגדול] היה רגע של מעבר משלב קודם שבמהלכו המרחב היה בהתכווצות". לפי התיאוריה הזו, החלל נמצא בתנועה דמוית קפיץ באופן נצחי, כך שבשלב מסוים המרחב שנפתח במפץ הגדול 'שלנו', ישוב ויתכווץ. התיאוריה הזו פותרת חלק מהבעיות שמדענים הציפו ביחס להנחת ראשית הצירים של המפץ הגדול, אבל מעצם היותה תיאוריה היא מעלה בעיות אחרות. גרסה דומה מציעה גם היא יקום נצחי, רק במקום שלבי ההתכווצות הוא נמצא בהתרחבות נצחית.

"לפי תיאוריית 'הקפיצה הגדולה', החלל נמצא בתנועה דמוית קפיץ באופן נצחי, כך שבשלב מסוים המרחב שנפתח במפץ הגדול 'שלנו', ישוב ויתכווץ".

עמדה נוספת שמדענים חוקרים היא היקום כמראה. לפי הנחת עבודה זו המפץ הגדול אינו ההתחלה של היקום, אלא נקודת האמצע בדיוק בין שני צדדים של היקום המתפשטים לכיוונים מנוגדים, כמו תמונת מראה. אפקט המראה הוא לא רק בכיוון, אלא כפי שמסביר בראס, גם ממש בתכונות: התיאוריה הזו חוזה כי "יקום אחר שנשלט בידי אנטי-חומר, אבל כפוף לאותם חוקים פיזיקליים כשלנו, מתרחב החוצה בעברו השני של המפץ הגדול".

ויודעים מה, אפילו מי שלא מטיל כל ספק במפץ הגדול כראשית היקום שלנו כבר לא בטוח שלפניו לא היה דבר. בהרצאה שנשא פרופסור חגי נצר, מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה של אוניברסיטת תל-אביב, הסביר כי בעשור האחרון צוברות תאוצה תיאוריות שרואות את המפץ הגדול שלנו כאחד מסדרה של מפצים גדולים: "אירועים כאלה, שהשם המתאים להם ביותר הוא ללא ספק המפץ הגדול, יכול להיות שהתרחשו בעבר מספר פעמים ויכול להיות שממשיכים ומתרחשים כל הזמן".

התיאוריה של הכול? אולי של חלק

רעיונות אלה עלולים להישמע לחלק מהאוזניים כמעט כבדיות של פיזיקאים שרק מנסים להצדיק את משלח ידם. ניסיון פרובוקטיבי להיות רלוונטי. אבל זה לא המצב. מדובר במדענים מהשורה הראשונה שמבססים את התיאוריות שלהם בדיוק על אותם עמודי תווך שעליהם מבוססות התיאוריות הדומיננטיות: תצפיות ומודלים מתמטיים.

לא מדעית היא אפוא הלקות של תיאוריית הקפיצה הגדולה, תיאוריית המראה ותיאוריית המפץ הגדול כנקודת האפס. כולן עומדות בכללי המשחק של היפותזה מדעית. כי דווקא כשהעובדות נגמרות מתחיל החלק המעניין. עובדות לכאורה הן לחם חוקו של המדע, אבל למעשה הדלק של מדע הוא סימני שאלה. במקום שבו הם קיימים המדע נמצא בשיא חיותו. הרי על עובדות אין מה להתווכח, מרגע שהוכחנו משהו הוא הולך לארכיון. מה שהופך את המדע למקום תוסס ומבעבע הוא דווקא היעדרן של עובדות.

הבעיה שלהן נמצאת במישור אחר, כנראה יסודי ופילוסופי יותר. כפי שמסביר פרופסור מאודלין: עצם הניסיון להסביר את 'הכול' – מהות טוטלית – באמצעות 'משהו' – מהות מוגבלת – מבטיח כשל פנימי. "קנה המידה הקוסמי בא עם בעיות מולדות", הוא אומר, "לא יכול להיות שדרוש הסבר נוסף כשמנסים להסביר את הכול, כי אם אתה צריך הסבר נוסף, מלכתחילה לא לקחת את הכול בחשבון".

תמונת כותרת: Andrea Danti / shutterstock

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך:

היקום מדבר אלינו במוזיקה - פיזיקאים מסבירים מהם גלי כבידה ומה חשיבותם

האם המציאות, ואנחנו בתוכה, היא למעשה הולוגרמה? האמת מסתתרת בחורים שחורים

מדוע עוד לא פגשנו חייזרים? פרדוקס פרמי מציע תשובה מדעית

עוד מרדיו מהות החיים:

סולמות בזמן – על הקשר המרתק שבין פיזיקה למוזיקה