הוקינג: תרמתי תרומה צנועה להתפתחות תחום הקוסמולוגיה בארבעים השנים האחרונות

הוקינג, החל את ביקורו בפני אולם מלא בבני נוער מכל רחבי הארץ,  והוא העדיף לספר להם על עבודתו המדעית

 הוקינג ושקף של הסטיקר שהודבק על דלת מעבדתו, אתמול במוזיאון המדע בירושלים  – חורים שחורים נמצאים מחוץ לתחום. היום הוא כבר לא סבור כך. התמונות – באדיבות שגרירות בריטניה בישראל.

היקום הוא הדבר הנפלא ביותר שאפשר לחקור. כך עולה מהרצאתו של סטיבן הוקינג בפני בני נוער אתמול במוזיאון המדע ע”ש בלומפילד בירושלים. המוזיאון היה מלא מפה לפה בבני נוער מצטיינים במדעים, ולחלקם, שלא יכלו להכנס לאולם, נמצא פתרון בדמות שידור וידאו במעגל סגור בקומת הכניסה למוזיאון.

באיחור של כשעה הגיע הוקינג, מלווה בחבריו לצוות  המחקר ובעוזרים אישיים וכן במלויו הישראלים. בתחילת הרצאתו סיפר הוקינג כי שקל לעבוד עם פרד הויל בתחילת הקריירה שלו. הויל היה מגדולי האסטרופיסיקאים בבריטניה, אך גם מאחרוני מגיני תורת המצב היציב. לאחר מכן אמר כי למזלו, לא היה להויל אפשרות לקלוט סטודנטים והוא הופנה לאסטרופיסיקאי שבדי שהיה אז אלמוני  – דניס סיאמה, שכן אחרת היה עליו להגן על תיאוריה זו שאמנם ניבאה כמה ניבויים שניתן היה לאושש, אך לא היתה מעולם בעלת יכולת לשרוד, משום שהיא דרשה ייצור כל הזמן של חומר ואנרגיה, וכל יתרונה היה בכך שהיא לא נזקקה למועד התחלה ליקום דבר שהושאר אז לחסדי הדת בלבד. בכל אופן, באותה התקופה היו בפיסיקה שתי אופציות – קוסמולוגיה ופיסיקת החלקיקים. התורה הראשונה קפאה על שמריה מאז שנות השלושים ועבודתו של איינשטיין על תורת היחסות הכללית ואילו התורה החיה והפעילה היתה פיסיקת החלקיקים. הוא החליט לבחור בקוסמולוגיה.
 

הוקינג ויו”ר מוזיאון המדע, פרופ' חנוך גוטפרוינד

הוקינג התפרסם בעולם הפיסיקה כאשר סיפק הוכחה מתמטית לתיאורית המפץ הגדול. תיאוריה זו הראה כי כל היקום התפשט מנקודה סינגורית – נקודה זעירה ביותר מבחינת גודלה, אך בעלת כוח משיכה אינסופי. הוקינג הצליח להוכיח זאת באמצעות טכניקות מתמטיות שפותחו בידי רוג'ר פנרוז (ובין היתר עוררו תמיהה, אמר הוקינג בהרצאתו, בזכות השימוש במילים הבלתי מובנות – זמן מדומה [Imaginery time]. לדבריו זה פשוט עוד ממד של היקום, בדיוק כמו שלושת ממדי המרחב וממד הזמן).
ואולם הטכניקות של פנרוז פותחו לא כדי לטפל בתחילת היקום אלא בחורים שחורים. המדענים חזו זה מכבר כי אם כוכב מספיק גדול יקרוס בסוף חייו, כל החומר שישאר בכוכב יקרוס לתוך נקודה אינפינטיסימלית ותהיה בעלת כוח משיכה אינסופי – נקודה סינגולרית. הוקינג הבין כי היקום כולו, הוא למעשה חור שחור במהופם, במקום חומר שיקרוס לתוך נקודה סינגולרית, היקום כול החל בנקודה סינגולרית והתרחב כדי ליצור את כל מה שאנחנו רואים סביבנו היום – החל מכוכבים לכוכבי לכת ולבני האדם. הוקינג הבין כי כדי להגיע להבנה שלמה של היקום, הוא חייב לחשוף את מסתרי החורים השחורים.

לדברי הוקינג, בעשור הבא, נחקר הנושא לעומק, והפיסיקאים החלו להבין את טבעם של החורים השחורים, ואולם הוקינג סבר כי משהו חסר. כל העבודות על החורים השחורים עד לאותה נקודה השתמשו בפיסיקה של קנה המידה הגדול של היקום – תורת היחסות הכללית והתעלמו מהפיסיקה של הכי קטן – תורת הקוונטים. הוקינג החליט לשלב בין שני הענפים הללו של הפיסיקה, דבר שאיש לא ניסה לפניו. הוא פיתח דרך חדשה לאלץ את פיסיקת הקוונטים לחיות בשלום עם תיאורית היחסות של איינשטיין בסביבת הכבידה העצומה של החור השחור. בתוך כמה חודשים הוא הגיע למסקנה מסעירה: המשואות שלו הראו כי יש דברים שיוצאים מתוך החור השחור. הדבר נראה בלתי אפשרי – הדבר היחיד שהמדענים חשבו שהם יודעים על חורים שחורים היה ששום דבר, אפילו לא האור עצמו יכול להימלט מהם. 
“חזרתי ובדקתי את המשוואות והשתכנעתי שצדקתי. הבנתי שקרינה מסוימת יוצאת מהחור השחור והדבר הוביל אותי להבנה כי הקרינה הזו (מאוחר יותר היא כונתה קרינת הוקינג) גורמת לחורים שחורים להתאדות ולבסוף להעלם.”
אף כי התיאוריה אודות התאדות חורים שחורים היתה מהפכנית, היא הפכה למקובלת, ואולם הוקינג הבין גם אז שלעבודתו השלכות הרבה יותר בסיסיות.
בשנת 1976 הוא פרסם מאמר בפיסיקל רוויו בשם “כשלון יכולת החיזוי בעת קריסה כבידתית”. במאמר זה הוקינג הבין שלא רק החור השחור נעלם. הוא אמר כי כל המידע אודות מה שהיה בחור השחור נעלם אף הוא. המסקנות של הוקינג נכונות לא רק לחורים שחורים אלא לכל התהליכים הפיסיקליים. לא עוד קשר ישיר בין סיבה למסובב, הפיסיקה עלולה לקרוס.
מאז אותו מאמר שעסק בפרדוקס המידע, הפך העניין לאחת הבעיות הקשות בפיסיקה. הפיסיקאים התחלקו לשתי מחנות – אלו שהאמינו שהוקינג טעה ושהמידע לא יכול ללכת לאיבוד והאחרים שהאמינו כי הפיסיקה צריכה להיכתב מחדש כדי לקחת בחשבון את חוסר הודאות אודות המידע שהוקינג חשף. במשך 20 שנה, התלהט הויכוח. אף צד לא הסכים להודות בתבוסה עד שהופיע נייר שכתב מתמטיקאי ארגנטינאי צעיר – חואן מלדקנה. מחקר זה טוען להוכחה מתמטית של המתרחש בתוך חורים שחורים – והראה שהמידע אינו אובד. הוקינג, כך נראה, נמצא בצד המפסיד. הוקינג התיישב לכתוב ביחד עם החוקר הצעיר כריסוף גאלפארד, כדי לנסות  להפריך את מאמרו של מלדנקה. הם סברו כי הם יכולים להשתמש באותן טכניקות מתמטיות שבהם השתמש מדלקנה, כדי להוכיח כי המידע אבד. ואולם לאחר שנתיים של עבודה, הם עדיין לא הצליחו להוכיח את התאוריה שלהם.
בינתיים החמיר מצבו של הוקינג. הוא חלה בדלקת ריאות והובהל לבית חולים והרופאים חששו לחייו. הוקינג אושפז למשך למעלה משלושה חודשים אך  בעוד כל הסובבים אותו דואגים לבריאותו הוקינג המשיך לחשוב, ולבסוף, הוא קם ממיטת חוליו והודיע כי פתר את הבעיה המציקה לו בשלושים השנים האחרונות ומצא פתרון לפרדוקס המידע.
הוקינג הבריא וחזר לעבודתו. ואז, ביולי 2004, באחת הועידות החשובות בפיסיקה, הוקינג ביצע הכרזה דרמטית. הוא טען כי פתר את פרדוקס המידע, אך להפתעת רבים הוא לא הגן על האמונה ארוכת השנים שלו כי המידע אובד בחור השחור. במקום זאת, הוא אמר כי הוא יכול להוכיח את ההפך.  עם זאת עדיין נותרו פיסקאים שלא השתכנעו.

“זה כמו לשרוף אנציקלופדיה. המידע קיים, בצורת אפר, רק שקשה לקרוא אותו”, אמר אתמול בכנס לפני בני הנוער הישראלים.

לדבריו, הוא שמח על תרומתו הצנועה לענף הקוסמולוגיה שהתפתח ב-40 השנים האחרונות. לסיכום דבריו, הוא החליט לומר משפט פחות חינוכי.  הוא השווה בין תגלית אלה מהסוג של “אאוריקה” כמשהו שדומה בתחושה של הסקס, אך היא אורכת הרבה יותר זמן.

לאחר מכן ענה הוקינג לשאלות של שלושה תלמידי תיכון מרחבי הארץ, וקרא להם לבוא ולהמשיך ולחקור בתחומי המדע השונים. בתשובה לשאלת התלמיד  סלים סבאג, בן 17 מבית הספר הפבטיסטי בנצרת, האם ישנה הוכחה לקיומו של המפץ הגדול והאם חוקי הטבע השוררים היום דומים לתנאים ששררו אז, ענה הוקינג:  “ההנחה הבסיסית של המדע היא שהיקום נשלט על ידי חוקי המדע, שאותם ניתן לבטא באמצעות משוואות מתמטיות. השונות בחוקי הטבע  ממקום למקום יכולה להיות מוסברת בקיומו של שדה המשתנה במקום ובזמן.  ואולם, לשדה כזה, אם היה קיים היו צריכות להיות תכונות שהיינו יכולים בעזרתם לגלות אותו. לפיכך אין כל עדות לכך שחוקי הטבע השתנו.

יונתן שלח, בן 17, תלמיד כיתה יב' בביה”ס ליידי דייויס בת”א הלומד פיזיקה מוגברת במרכז לחינוך מדעי בת”א (חמד”ע) שאל: לפני שנתיים הודעת שאתה חוזר בך מתיאוריה שתמכת בה במשך שלושים שנה. כיצד יתכן הדבר? “הרבה אנשים טוענים שמידע מנסה להימלט מהחור השחור אך אין לו דרך לצאת. חשבתי על הבעיה במשך שלושים שנה ואני סבור שכעת יש לי תשובה לשאלה זו.  “המדענים לא מודים בטעויות בקצב שבו היו צריכים להודות, אך הם מודים בטעויות לעיתים יותר תכופות מאשר פוליטיקאים.”

דוד בן טוב, תלמיד כיתה י' מיבנה: למה בחרת דווקא בקוסמולוגיה?

“החלטתי לחקור בתחום הקוסמולוגיה כי ביקשתי תשובות לשאלות הגדולות -מהיכן באנו, מדוע אנו כאן, ואני מעודד את הצעירים לעשות כמוני. יש משהו בגילוים, כאשר אתה מגלה משהו שאף אחד לא ידע לפניך.”