מסע אל מחוזות הכלום

חגי נצר ועמי בן בסט 29.11.2020

שיחה בין ספקן ומדען על גבולות היקום, על מה היה קודם, על הזמן שלפני הזמן (והמרחב), ועל האפשרות שהיקום שלנו הוא רק אחד מתוך אינסוף יקומים שלעולם לא נוכל לראותם. מתוך הספר "מפגשים בשביל החלב, חיפוש אחר חיים תבוניים ביקום" (בהוצאת ספרי עליית הגג, ידיעות אחרונות. ינואר 2020).

חגי נצר הוא פרופסור אמריטוס באוניברסיטת תל אביב, מבכירי הפיזיקאים בישראל. פרסם מאות מאמרים בנושאי אסטרופיזיקה ומספר ספרי מדע. עמי בן בסט הוא סופר מדע, בלוגר ויועץ לחדשנות, ומגדיר את עצמו כ"ספקן וסקרן כפייתי".   

---

ספקן

בלילה שעבר חשבתי מעט על הכוח שיש למילים. כמה נפלאה השפה שלנו. אנחנו מגלגלים לנו מילים בהבל פה ויוצרים ובוראים עולמות שלמים. קח לדוגמה את המילה "יקום". בלשון רבים אנחנו אומרים "יקומים". בשפה העברית זה פשוט למדי, כמובן, אבל במציאות, אם מנסים לחקור את הממשות הפיזית שנקשרת למילה, העניינים מתחילים להסתבך. אני מתנצל מראש על הפלפול, אבל כשאני שומע על אפשרות קיומם של יקומים נוספים, ואולי אפילו מספר אינסופי של יקומים כאלה, אני חש סחרחורת קלה. באופן כללי, המונח "יקום", או "קוֹסְמוֹס", סימל מאז ומתמיד את המהות העצומה שמכילה בגבולות שלה את כל מה שיש או אין. כשמדברים על יקומים נוספים, לפחות בהיגיון הארצי שלנו, צריך גם להניח איזשהו מרחב בגודל פנטסטי שהיקומים האלה מתקיימים בו.

נו? אז איך מתקדמים מכאן? עוד לפני שמנסים להסביר את כל ה"פלאות" הביולוגיות והמלאכותיות שאולי נוצרות או מתרחשות בתוך המרחב האינסופי הזה, צריך אולי להתחיל בשאלות מוקדמות יותר, אלא שאין לי מושג מה לשאול, וגם לא במה להטיל ספק…

מדען

אולי באמת זה הזמן לקצת פיזיקה אלמנטרית. גם כאן, כמו בדקדוק, יש שורה של כללי תחביר וחוקים שנראה שהם תקפים בכל מקום. לצערי, אצלנו יש יותר שאלות מתשובות, אבל זה לא בהכרח מזיק. הפיזיקה השלטת בשבריר השנייה הראשון לחיי היקום חייבת להיות בנויה על שני נדבכים שונים, שכל אחד מהם מהווה אבן יסוד של הפיזיקה בת זמננו וכל אחד מהם קשור לתורה פיזיקלית שונה. הראשון הוא תורת היחסות הכללית של איינשטיין, שהוצגה ב-1915. התורה הזאת עוסקת בגופים גדולים יחסית ובמרחקים וזמנים גדולים יחסית. היא נבדקה פעמים אינספור ועמדה בכבוד בכל המבחנים. התורה הזאת מסבירה היטב אילו תהליכים מתרחשים כאשר החומר הולך ומתכווץ וכאשר כוחות הכבידה הולכים ומתחזקים. כאן גם מוכרחים להשתמש במושגים כמו "חורים שחורים". פשוט, צפיפות החומר סמוך לתחילת המפץ הגדול הייתה גבוהה כל כך, שהיא "מחייבת" אותנו להשתמש בחוקים של תורת היחסית הכללית כדי לתאר את התנאים ביקום שזה עתה נוצר.

הנדבך השני הוא תורת הקוונטים. גם היא נבדקה באלפי ניסויים וגם היא עומדת על קרקע מוצקה. התורה הזאת דרושה לנו כדי לתאר את הפיזיקה של החלקיק הקטן ביותר, כולל אזורים במרחב שגודלם קטן מן הפרוטון, מן האלקטרון ומחלקיקים אחרים המוכרים לנו. תקופת האינפלציה היקומית, ובוודאי התקופה שלפניה, דורשות תורה פיזיקלית שיכולה לטפל בשילוב של שני הנדבכים האלה, בעיקר במצבים שבהם מעורבים חלקיקים קטנטנים וכוחות כבידה אדירים הפועלים באנרגיה ובצפיפות עצומה.

עדיין אין לנו תורה של "גרביטציה קוונטית", או "כבידה קוונטית", וכך אין לנו שום אפשרות לענות על שאלות מהותיות כמו מה בדיוק קרה לפני תחילתה של התפיחה הגדולה. לכן אני לא יכול לסייע הרבה לגבי כל אותן השערות מסעירות כמו זאת שמדברת על קיומם של יקומים נוספים. הבנת הכבידה הקוונטית היא אתגר מדעי-אינטלקטואלי אדיר, ואנחנו עדיין צריכים לראות איך, אם בכלל, המוח המוגבל שלנו יוכל להתמודד עם אתגר כזה. אני מאמין שנצליח, אבל עד אז תצטרך להתאזר בסבלנות.

ספקן

סבלנות היא לא הבעיה. הבעיה היא אולי ה… תקשורת בינינו, אנשים בלי רקע מדעי, שנאחזים בעיקר בתבונה, באינטואיציה ובהיגיון הפשוט, לביניכם, האסטרופיזיקאים. לפעמים אתם מדברים כמעט בדרך אגב על מושגים שנראים לנו לא פחות ולא יותר מאשר יצירת יש מאין. לפעמים נדמה כי מבחינתכם, דברים שנראים לנו פנטסטיים ובל ייאמנו הם לכל היותר אירועים פיזיקליים בסביבה קיצונית.

ואולי זה בכלל משהו אחר? אני לא יכול להתאפק מלהזכיר את הסיפור על חלום הביעותים של אנשי המדע: קבוצת מדענים מחפשת כל העת את האמת הסופית, ובמסגרת החיפושים האלה המדענים מטפסים על הרים גבוהים ומגלים שוב ושוב עוד ועוד פסגות שעליהן צריך לטפס. לבסוף הם מגיעים לְמה שנראה כפסגה הגבוהה מכולן. הם מותחים את גופם במאמץ אחרון ומרימים את הראש, ואז מגלים שבפסגה עצמה יושבת קבוצה של רבנים, של קאדים מוסלמים ושל כמרים.

מדען

סיפור נחמד, אבל רק סיפור. מה שאני מבקש להציג בפניך הוא מכלול של עובדות ושל השערות הנשענות עליהן, גם אם כמה מהן נראות פרועות במיוחד. אני לא מנסה להתחמק מאף שאלה שהעלית ומשום רמיזה שלך. בעצם, אני אציג לך תשובה אפשרית אחת, ואחר כך אתה תצטרך לענות על שאלה שלי. התשובה שלי היא כי בשעון הקוסמי שלנו, לפני המפץ הגדול, לפני הרגע המכונה "אפס זמן", לא היה דבר – לא זמן ולא מרחב. בוא נישאר רגע עם האפשרות הזאת. הסיפור המתפתח של המפץ הגדול מבוסס על מרחב שייתכן כי הוא סופי או אינסופי. בתקופת ההתפשטות, בכל רגע ורגע, ממדי המרחב גדולים מכפי שהיו ברגע שקדם לו. כשאנחנו מבקשים ללכת אחורה בזמן, אנחנו מסתכלים כל העת על החלק של היקום שבתוך האופק. בכל צעד, היקום כולו יהיה קטן יותר, שנת אור אחת, דקת אור, שניית אור, ראש סיכה, אלקטרון… המרחב כולו הולך ומתכווץ. מובן שאם היקום אינסופי, הוא היה כזה מאז ומעולם, אבל צריך לזכור שאנחנו מסתכלים רק על מה שבתוך האופק הנצפה, האזור הנגיש לעינינו בגלל המהירות הסופית של האור. לחלופין, בוא ננסה לחשוב על יקום סופי, כזה שגודלו לעולם לא עולה על ערך מסוים. ברור כי יקום כזה היה מוכרח להתחיל ממרחב קטנטן, אולי מנקודה סינְגוּלָרית אחת. כלומר, ביקום סופי, אם ממשיכים ללכת לאחור עוד ועוד,  מגיעים אל הרגע שאותו אני מכנה "ההתחלה" ולגודל אפס, שפירושו, בשפה שווה לכל נפש, שלא היה יקום, כלומר, לא היה מרחב. עכשיו, שים לב למסקנה הבאה: מאחר שעל פי תורת היחסות זמן ומרחב קשורים זה לזה קשר בל יינתק, משמעות הדבר היא כי אם נעלם המרחב – נעלם איתו גם הזמן.

עוד רגע ברשותך! בוא נעבור עכשיו אל המוח שלנו. האיבר הזה, ששנינו נסכים מן הסתם שהוא מוגבל, אומר לנו שהיה צריך להיות גורם כלשהו, משהו "לפני כן", לפני זמן אפס. כך אנחנו חושבים, וזה מה שאומרת לנו האינטואיציה שלנו. אלא שהפיזיקה שלנו, הבנויה על אלפי משוואות שהוכח כי הן מתארות במדויק את היקום וכל אשר בו, אומרת שהמרחב והזמן לא היו אז. המוח אומר דבר אחד, והפיזיקה אומרת דבר אחר. שתי האפשרויות, כך נראה, מנוגדות לחלוטין זו לזו. וכאן באה השאלה שלי. עכשיו, כספקן, עליך לבחור. אם תבחר באפשרות הראשונה תמוטט את יסודות הפיזיקה כולה, או לפחות את תורת היחסות; אם תבחר באפשרות השנייה תיאלץ להודות שהמוח הוליך אותך שולל. באיזו אפשרות אתה בוחר?

ספקן

אני בוחר בספק, כמובן, לפחות לצורך הוויכוח שלנו. הפילוסוף היווני פּירוֹן מאֵליס, שנחשב למייסד זרם הספקנות בפילוסופיה היוונית, טען שאדם לא יכול לדעת הכול, ולכן צריך לחקור כל דבר ולא לקבל דבר כמובן מאליו. לתפיסתו, אי אפשר להגיע לוודאות מפאת חולשת החושים, והרי תפקיד הבּינה הוא לספק ידע ודאי. אפשר אם כן להעמיד במבחן הספק גם את האמירה הזאת של הפיזיקה, בלי קשר לזה שהיא בנויה על אלפי משוואות: לא היה מרחב ולא היה זמן.

מדען

זה נכון. הטלת הספק כשלעצמה היא חלק ממה שמניע את המדע. אבל בינתיים בוא ננסה להתקדם בעניין שלנו. אתה בעצם מדבר על מושג ה"כלום", שמבחינה לשונית, כפי שציינת בהזדמנות קודמת, פירושו "שום דבר". אם כן, הרשה לי להזמין אותך למסע קצר למחוזות הכלום. במקרה הזה אני מדבר על אירועים שאולי התרחשו כשגילו של היקום היה פחות  מ10^-34 שניות. מדובר במשך זמן כה זעיר עד שמבחינת החושים שלנו הוא בעצם אפס. וכאן אני מרשה לעצמי להעלות השערה שעונה לפחות באופן חלקי על השאלה על היווצרות של יקום שלם מ"כלום". התשובה שאני מציע קשורה לכלום – ואקוּם, או "רִיק", המצב שלכאורה אין בו דבר. אלא שהיום אנחנו יודעים ברמה גבוהה של סבירות שהוא רועש וגועש. הרִיק היקומי מלא התרחשויות, הבזקי אור, חלקיקים שנוצרים ומושמדים בפרקי זמן קצרצרים, ושדות כוח משתנים שחלקם עדיין לא מוכרים לנו. התופעה שעליה אני מדבר, הרִיק הגועש, מגיעה מתחום תורת הקוונטים וקשורה לעיקרון הידוע בשם "עקרון אי-הוודאות". בדרך כלל מנסחים אותו במושגים של מקום ומהירות: ככל שתוכל למדוד מיקום של חלקיק בצורה מדויקת יותר, כן תלך ותתמעט היכולת שלך למדוד את המהירות שלו בצורה מדויקת. אבל יש גם דרך שבה ניתן לנסח את זה בהקשר של פרקי זמן ואנרגיה, או של שדות כוח. בשפה פשוטה:  כל חלקיק, קטן או גדול, יכול להיווצר מן הרִיק, מן ה"כלום" שעליו אנחנו מדברים, ואחר כך להיעלם. למעשה, נוצר זוג חלקיקים, החלקיק והאנטי-חלקיק שלו. נהוג לכנות אותם "חלקיקים וירטוּאליים". פרק הזמן שבו חלקיק וירטואלי יכול להתקיים תלוי במסה שלו. ככל שהיא גדולה יותר, פרק הזמן קצר יותר, ומייד לאחריו הוא ייפגש החלקיק עם האנטי-חלקיק שלו ושניהם ייעלמו מן העולם. כך גם השדות – הם מופיעים ונעלמים כל הזמן. במילים אחרות, הרִיק הוא לא ממש רִיק.

עכשיו בוא נְדמה לרגע כי שדה כוח מסוים הקשור לאנרגיה וללחץ מופיע ונעלם מתוך הרִיק במקומות שונים במרחב. אם האנרגיה והלחץ האלה הם בעלי ערך גבוה מסוים, הם עשויים לגרום להתפשטות אדירה של האזור ביקום שבו הם הופיעו.

הנה, תיארתי לך ב"שפה קוונטית" איך יקום שלם היה יכול, אולי, לצוץ מן הרִיק. רגע אחד יש כלום, ואחרי רגע יש יקום שלם. כך, בעזרת עקרון אי-הודאות של הפיזיקה הקוונטית, אפשר לנסות ולהסביר איך יום אחד מופיע לו יקום שלם מכלום. האם אנחנו יודעים את פרטי התהליך? בוודאי שלא. האם נדע ונבין את זה בעתיד? לדעתי כן.

ספקן

"אֵין בּוּם אֵין מֵאוּם, רַק יְּקוּם שֶׁמַּתְחִיל מִכְּלוּם".

מדען

מה זה?

ספקן

סתם שורה שנכנסה לי למקלדת. סוג של שירה קוונטית, אבל אני מבקש להחזיר אותך ליקום –  או בלשון רבים, יקומים. מהדברים שלך יוצא שיש לנו שפע של רִיק, גם ברגע שבו "המפץ הגדול" יצא לדרכו וגם אחר כך, בתוככי היקום החדש שנוצר. ואם התהליך הזה אפשרי, ואת זה הרי אנחנו יודעים מהקיום של היקום שלנו, מדוע שלא יתרחש שוב ושוב במקומות אחרים? מדוע שלא נראה עוד מפצים גדולים ועוד יקומים? עוד אחד ועוד אחד ועוד אחד…?

מדען

אתה צודק. אין שום סיבה נראית לעין שהסיפור הזה לא יחזור על עצמו. יש תיאוריה שנקראת "אינפלציה נצחית" ומדברת בדיוק על זה. צריך רק להוסיף שני דברים חשובים. האחד הוא שקצב התפשטות היקום בתקופת האינפלציה מהיר כל כך שהוא עשוי ליצור בסופו יקום בעל אופק גדול אלפי ומיליוני מונים מהיקום שלנו. בהחלט ייתכן שהייתה תפיחה גדולה נוספת, ונוצר יקום אחר, אבל כל זה קרה במרחק כה רב מאיתנו עד שאין לנו דרך לראות אותו. ואם זה נשמע לך מורכב, יש עוד אפשרות, מסובכת הרבה יותר. במקרה הזה אנחנו מדברים על יקומים נוספים, כלומר על מרחב נוסף וזמן נוסף, אם תרצה "מרחב אחר" ו"זמן אחר" שנוצרו ברגע מסוים. יקומים כאלה, בעלי מרחב-זמן אחר, יהיו מנותקים מאיתנו לחלוטין, ואין ולא תהיה לנו שום דרך לתקשר איתם או לצפות בהם. הם "מחוץ" ליקום שלנו.

ספקן

נראה שככל שאנחנו מסתכלים רחוק יותר ומבינים טוב יותר, הגבולות בין האסטרופיזיקה התיאורטית והמדע הבדיוני הולכים ומיטשטשים. אולי צריך להביא את זה לתשומת ליבם של אנשי המדע הבדיוני, למרות שהם, מן הסתם, עוקבים מקרוב אחרי מה שקורה.  אני מניח שאני צריך אולי לוותר על השאלה: יכול להיות שגם ביקומים האחרים מפכים חיים, ואולי אפילו חיים תבוניים?

מדען

לא הייתי מוותר על שאלה מעניינת כזאת. מכיוון שאתה מעלה את האפשרות הזאת לקיום של עוד יקומים, מעניין לבדוק או לתהות אם הם שונים מהיקום שלנו. יש רעיון מעניין שלפיו קיים שוני, והשוני הוא בחוקים, או במה שמכנים "הקבועים של הטבע". לדוגמה, קבוע הכובד, שמעוגן בחוק ניוטון ומתאר את המשיכה בין שני גופים. לקבוּע הזה, שנהוג לסמן אותו באותG , יש ערך מסוים ביקום שלנו. הוא מה שקובע את עוצמת כוח הכבידה בין שני אטומים, ולכן גם את הגודל של כוכבים וגלקסיות – התוצאה הישירה של פעולת כוח הכבידה ביקום הצעיר. אם באחד היקומים הדמיוניים שלנו הקבוע הזה (G) יהיה קטן הרבה יותר, ביקום הזה לעולם לא ייווצרו כוכבים, פלנטות וגלקסיות, גם אם כמות החומר בו תהיה דומה לכמות החומר ביקום שלנו. וממילא גם לא ייווצרו שם חיים, לפחות לא כאלה המוכרים לנו.

ומה במקרה שבו קבוע הכובד ביקום תיאורטי כזה יהיה דווקא גדול הרבה יותר מאשר הערך שלו כאן? גם במקרה כזה, הצפי לגבי חיים הוא דומה. אנחנו יודעים כי מה שבולם את התפשטות היקום אחרי תקופת האינפלציה הוא כוח הכבידה. ביקום שלנו, לדוגמה, ההתפשטות הלכה והאטה בקצב מתון במשך כמה מיליארדי השנים הראשונות, מספיק זמן להיווצרות של חיים. ביקום ההוא, כוחות הכבידה חזקים כל כך עד שהם יאטו ואפילו יעצרו לחלוטין את ההתפשטות. בתוך זמן קצר מאוד היקום הזה יקרוס ויצטמצם לנפח קטן כל כך, ולצפיפות וטמפרטורה גבוהים כל כך, עד שלעולם לא ייווצרו בו חיים במתכונת המוכרת לנו. אפשר להעלות תהיות דומות גם לגבי תנאים אחרים הנדרשים כדי לקבל יקום תומך חיים, למשל צפיפות "מתאימה" של החומר ועוד ועוד.

ספקן

אתה רומז שרק ביקום זהה לשלנו מבחינת חוקי הטבע – אפשרות שלמיטב הבנתי היא ממש לא  סבירה – יכולים להיווצר חיים? שוב! מה קורה כאן? איך זה שהמזל משחק רק לנו, כאילו הוא משתף פעולה עם "יד מכוונת" שדואגת שאנחנו נהיה "נזר הבריאה"?

מדען

זוהי באמת שאלת השאלות. היא מעמידה בפנינו בעיה פילוסופית כבירה. למיטב ידיעתנו, אין שום סיבה שקבוע הכובד, או צפיפות החומר, או האנרגיה האפלה, יהיו בעלי ערך מסוים. נראה כאילו כולם התלכדו ליקום שהוא "בדיוק בסדר" לחיים. לא קל לענות על השאלה הזאת, במיוחד כאשר  התנאים וחוקי הפיזיקה המסוימים ביקום המסוים שלנו מייצגים מקרה אחד בלבד מתוך מיליוני מיליארדי אפשרויות, שכולן סבירות באותה מידה. תחשוב מה הסיכוי שאנחנו חיים בדיוק באחד שמתאים?

ספקן

אני יכול לשמע את הבריאתנים עולצים ומוחאים כף…

מדען

ובכל זאת, לפני שאתה הופך לשוחר הבריאה, הנה הצעה אפשרית אחת (יש כמה) לתשובה שעשויה אולי להקל את עוצמת התמיהה. היא קשורה לזה ששגינו בדרך שבה הצגנו את השאלה.  צריך לזכור כי בכל יקום אחר שבו לא היו מתקיימים חיים, ממילא לא היה מי שישאל את השאלה. עובדת היותנו כאן, והיכולת שלנו להציג שאלה כזאת, מחייבות קיומם של תנאים מסוימים, כאלה שמאפשרים חיים תבוניים. ומתוך כך, כל דיון בשאלות הנוגעות לקיום של חיים תבוניים ביקום צריך להביא בחשבון עיקרון חשוב הקרוי "העיקרון האַנְתְרוֹפּי", כלומר "העיקרון האנושי". לעיקרון הזה יש כמה ניסוחים אפשריים, אבל במהותו הוא קובע כך: "אם היקום, והחוקים הפיזיקליים השולטים בו, לא היו כפי שהם, לא היו מתפתחים חיים תבוניים שיכולים לדון בחוקים האלה."

ספקן

העיקרון הזה תמיד נשמע לי חמקמק ולא נוח.

מדען

הוא אכן לא חביב על פיזיקאים רבים, וגורם להם לתחושת אי-נוחות שקשורה להתאמה המופלאה של התנאים ביקום שלנו לקיומם של חיים תבוניים. אי אפשר לומר שזה לא אפשרי, אבל הטבע בכללותו, כמו שאנחנו מכירים אותו, שוויוני למדי ולא נוטה להעדיף צירוף מסוים של תנאים על פני צירופים אחרים. הסיכוי להתקיימות של תנאים "בדיוק מתאימים לחיים" הוא זעיר מאוד, ולכן גם מעורר את החשד שבתמונת העולם שלנו חסר מרכיב מרכזי. גם כאן יש מספר תשובות אפשריות תשובה אפשריות, ואני מודע לכך שאנחנו מדברים הרבה מאוד על אפשרויות ופחות על עובדות.

ספקן

באפשרות יש הרבה קסם. אמר את זה סֶרְן קירְקֵגוֹר, פילוסוף דני מן המאה התשע-עשרה, שפעם טען כי אילו דרשו ממנו לבקש משהו, הוא לא היה מבקש עושר או כוח אלא "את אותה תחושה מלאה תשוקה של האפשרי… ההנאה מאכזבת, האפשרות – לעולם לא. איזה יין", הוא שאל, "כה תוסס, כה ריחני, כה מְשַׁכֵּר כמו האפשרות?"

מדען

נאה דרשת. ואם להמשיך ברוח זו, תשובה זמנית אפשרית, ולא ברוח העיקרון האַנְתְרוֹפּי, טוענת בערך כך: אם אומנם יש יקומים נוספים, מספרם חייב להיות עצום ורב. רק אם המספר מספיק גדול – ויש כאלה שמדברים על 10⁵⁰⁰ יקומים! – חלק קטן מהם, שבריר קטנטן של אחוז, יהיו מתאימים לחיים. ברור שאפילו חלק זעיר מהמספר האסטרונומי הזה הוא עדיין מספר גדול, אפילו עצום. כך בראנו, לפחות בדמיון, אינספור יקומים מתאימים לחיים מתוך מספר גדול הרבה יותר של יקומים שלא מתאימים לחיים. לכן לא מפתיע, לפחות בתסריט הזה, שאנחנו מוצאים את עצמנו באחד מהיקומים הרבים שבהם יש חיים תבוניים.

ספקן

עולמות ובהם יצורים שאין שום דרך להתקשר אליהם…

מדען

לא רק להתקשר אליהם, אלא גם לדעת בוודאות אם הם קיימים.

---

הבלוג של עמי בן בסט: עולם ללא קופסאות