עד היום לא הוסכם על תיאוריה אחת, שתסביר מה היה בטרם היות המפץ הגדול. מומחים אוהבים לדבר על אפונה
עד היום לא הוסכם על תיאוריה אחת, שתסביר מה היה בטרם היות המפץ הגדול. מומחים אוהבים לדבר על אפונה. זה הדימוי שמאחוריו מסתתרת ההנחה הבאה: לפני המפץ היה כל היקום המוכר לנו כיום כלוא בנקודה אחת במשך זמן אינסופי. זו האפונה. אחר כך, פתאום, הוא התפשט. לרגע ההתפשטות קוראים 'המפץ הגדול'. בתיאוריה אחרת, מדובר על היקום המתנדנד: זו סדרה אינסופית, שחוזרת על עצמה, של מפץ, התפשטות, האטה, עצירה, נסיגה לאחור, קריסה לתוך נקודה אחת – ואז שוב מפץ, וחוזר חלילה. תיאוריה זו פחות מקובלת היום, עד כדי שלילתה. מרבית התיאוריות מסתפקות בהסבר, שלפיו הזמן החל עם המפץ הגדול. לפיכך, אין בעצם משמעות לשאלה מה היה קודם. אם אין זמן, אין קודם.
אינפלציה
פרופ' יעקב בקנשטיין, ממכון רקח לפיסיקה באוניברסיטה העברית, מסביר, כי למרות שמפרשים אותה כך, התיאוריה החדשה שפיתחו הוקינג וניל טורוק, אינה עוסקת במה שקרה לפני המפץ הגדול, אלא רק בניסוח התנאים שהביאו את היקום להיות כפי שהוא היום. על פי התיאוריה הנפוצה כיום, היקום הנוכחי הוא תוצאה של התפשטות אחת אדירה, שארכה רק חלקיקי שנייה, מיד לאחר המפץ הגדול – ואחר כך, של המשך התפשטות בקצב הנוכחי, האיטי יחסית. ההנחה שהיתה התפשטות מהירה כזאת – אינפלציה – אמורה לפתור כמה בעיות בקוסמולוגיה: אחת מהן היא השאלה, כיצד ייתכן שהיקום שמר על מידה של אחידות בהתפשטות, למרות שחלפו מיליארדי שנים מאז המפץ. אם מקבלים את ההנחה שרוב ההתפשטות היתה בעצם בבת אחת, בשבריר שנייה, קל הרבה יותר להבין את האחידות הזאת.
בתקופה האחרונה שקדו שני מדענים, סטיבן הוקינג וניל טורוק, על תיאוריה חדשה. הוקינג, דמות בעלת משקל ציבורי, בעיקר בזכות רב המכר 'קיצור תולדות הזמן', זוכה לתשומת לב רבה בכל צעד מדעי שהוא עושה, וגל הפרסומים הנוכחי סביב התיאוריה החדשה שלו מקדים בחודש כינוס מדעי בקליפורניה, שבו יציג את המאמר שכתב מלווה בהסברים. בקנשטיין מסביר, כי המאמר של הוקינג וטורוק מכיל שתי הנחות יסוד. הראשונה היא הנחה מתמטית: יריעת המרחב-זמן היא אינסופית ואין לה גבולות. ההנחה השנייה, קלה יותר להבהרה, קובעת, כי יקום שיתפתח ממצב של אינפלציה חייב להיות ידידותי לחיים. כלומר, יוכלו להיווצר בו היסודות הכימיים ההכרחיים להתפתחות חיים – פחמן, חמצן וכד'. לא בכל יקום יש זמן בדיוק בכמות הנחוצה לייצור היסודות הללו. כלומר, על פי הוקינג וטורוק: החיים מחייבים יקום אינפלציוני – וכזה שגם ממשיך להתפשט לנצח.
אחת הבעיות בטיעון הזה היא, שהסוף קובע את ההתחלה. מכיוון שיש חיים, אנחנו מניחים שהיתה אינפלציה במידה המתאימה. 'נראה מאוד מוזר', אומר בקנשטיין, 'שכדי להבין איך היקום התחיל, צריך לדאוג שהוא יהיה ידידותי לחיים. זהו ארגומנט אנתרופוצנטרי, שהאדם בבסיסו.לא כל המדענים מתייחסים לארגומנט כזה ברצינות'.
אומגה
ועכשיו לבעיה. פרופ' צבי פירן, אף הוא ממכון רקח, מסביר, כי תיאוריית היקום האינפלציוני המקובלת עומדת בסתירה לתצפיות. 'ישנו פרמטר מסוים שקוראים לו אומגה – פרמטר שעונה על השאלה האם היקום הוא פתוח (כלומר, ממשיך להתפשט) או סגור (כלומר, בשלב מסוים ייעצר או אפילו יתחיל להתכווץ). אם הפרמטר הזה גדול מאחד, משמע, שהיקום סגור. אם הוא קטן מאחד – היקום פתוח. בהנחה שהיקום סגור, לדוגמה, אם ניקח חללית וניסע כל הזמן, ישר קדימה, נחזור בסוף לאותו מקום שהגענו ממנו. כלומר, זה יקום סופי. ביקום פתוח – אם ניסע כל הזמן ישר – נמשיך לנצח להתרחק. ואם הוא פתוח הוא גם אינסופי'.
'האפשרויות הללו קשורות, מסיבות מאוד עמוקות, בעתיד של היקום. אם היקום הוא אינסופי בממדים המרחביים שלו, הוא גם ימשיך להתפשט לנצח. לעומת זאת, אם הוא סופי בממדים המרחביים שלו, ההתפשטות שלו תיעצר בשלב מסוים והוא יתחיל להתכווץ בחזרה, ותוך 20 מיליארד שנה הוא יגיע למשהו הפוך מהמפץ הגדול – וכל היקום יתרכז בנקודה אחת. שתי האופציות הללו ידועות כבר שנים.
פירן מסביר, שעל פי התיאוריות הקיימות עד היום, מצב של אינפלציה יכול לקרות כאשר אומגה שווה לאחד או קרוב מאוד לערך זה. ואולם מתצפיות על צפיפות היקום, אחד הערכים המגדירים את אומגה, עולה, כי ערכו של אומגה הוא .0.4 וכאן, בעצם, טמון המוקש. מצד אחד, תיאוריה סבירה של אינפלציה, החוזה אומגה של בערך אחד. מצד שני, תצפיות המתארות אומגה של .0.4 זו גם הסתירה שאותה ניסו הוקינג וטורוק לפתור.
פירן: 'בשנים האחרונות פיתח ניל טורוק מספר תיאוריות של אינפלציה שפותרות את הבעיה של אומגה קטן מ-,1 אבל כולן היו מלאכותיות ומאוד משונות. עכשיו הוא מצא יחד עם הוקינג ואריאציה שבאה מכיוון לגמרי אחר – אינפלציה שבאמת נותנת אומגה קטן מ-,1 ומצד שני נותנת אינפלציה כמו שצריכה להתקיים כדי להסביר את היקום הנוכחי'.
תיאוריה
פירן מסביר שמדובר במאמר שיש בו ממד ספקולטיווי. זה לא מאמר שקוראים אותו, ומסכימים מיד שאי אפשר אחרת. 'יש המון הנחות שטמונות בהרבה מקומות, וזו לא תורה שתתקבל מהיום למחר כתיאוריה המרכזית. אני מניח שיתייחסו לזה בשיא הרצינות בגלל שמדובר בהוקינג, אף שעל סמך שיקולים לא שונים בהרבה, הוקינג האמין בעבר שהיקום חייב להיות סגור'.
פרופ' אבישי דקל, ראש המכון לפיסיקה באוניברסיטה העברית, טוען, כי 'העבודה של הוקינג היא רק אחת מעבודות רבות סביב נושא היקום המוקדם. כשעוסקים בקוסמולוגיה יש את התחומים הספקולטיוויים אבל ההתחלה היא בתצפיות מטלסקופים. זה מתחיל מזה שאנחנו מקבלים עדויות לכך שהיקום פתוח. זה בכלל לא קשור להוקינג אלא נתון שאנחנו מקבלים מהתצפיות בכל מיני שיטות. הקבוצה שלנו בירושלים היא אחת המובילות בתחום'.
מבקרים אחרים טענו, כי התהודה שקיבל מאמרו המורכב של הוקינג בעיתונות הפופולרית הוא בסך הכל סוג של גימיק פרסומי. מהדורה חדשה של ספרו עומדת לצאת לאור, והמדען הנודע מקדם אותה. ואיך בכל זאת פתרו הוקינג וטורוק את הסתירה בין איפלציה לאומגה?
פירן: 'בתיאוריה המוכרת עד כה היה רגע של המפץ הגדול, שאיננו יודעים לתאר מה קרה בו. היקום היה בצפיפות אינסופית שמהווה את התחלת הזמן, ואחר כך, לאחר הרגע, באה אותה תקופה של אינפלציה שנמשכה מספר חלקיקי שנייה. מה שיפה בתיאוריה של הוקינג וטורוק הוא, שהם מבטלים את הצורך במפץ הגדול בצורה המקובלת כיום, ומדברים על יקום שמתחיל בנקודה התחלתית קטנה ופורץ לפתע בהתפשטות אינפלציונית. כל זמן שנמצאים בתוך הנקודה הזאת, אין משמעות לזמן. היקום מתחיל מכדור ארבעה ממדי, כאשר הממד הרביעי בתוך הכדור הוא ממד הזמן. אך רק ברגע שיוצאים מתוך אותה נקודה קטנטונת ומתחילה האינפלציה – הזמן מתחיל לקבל משמעות'. כלומר, בתיאוריה הקודמת דובר על מפץ שאחריו התפשטות אינפלציונית. בתיאוריה החדשה מדובר בהתפשטות בלבד – שהיא, בעצם, רגע המפץ.
אחר כך, כך התיאוריה העיקרית קובעת, התפשט החומר, ועם התקררותו, כתוצאה מההתפשטות, נוצרו החלקיקים התת-אטומיים, ומאוחר הרבה יותר נוצרו אטומי המימן וההליום. בשלב מסוים, כתוצאה מההתנגשויות בין החלקיקים, נוצרה גם קרינה חזקה שאת הדיה ניתן למצוא עד היום. קרינה זו מכונה קרינת רקע, ומספר לוויינים מנסים לאתר באיזה כיוון בחלל יש הבדלים בעוצמתה, למרות שבתצפיות נראה שהיא זהה בכל מקום.
היום היקום מתפשט בקצב מתון. אפשר להוכיח זאת על ידי תצפיות המראות שכל הגלקסיות נראות כמתרחקות מאתנו, והרחוקות – מתרחקות בקצב מאוד מהיר. תצפיות לעבר ראשית היקום – אל עבר גלקסיות הנמצאות במרחק של עשרה מיליארד שנות אור מכדור הארץ, מראות יקום שונה בהרבה מהנוכחי – אם כי גם הוא קרוב יותר לזה של היום מאשר לזה של אחרי המפץ הגדול. כלומר, כבר אז היו קיימים כוכבים וגלקסיות. בהרצאה שנתן לאחרונה פרופ' מריו ליביו (לשעבר מהפקולטה לפיסיקה בטכניון) מהמרכז המדעי של טלסקופ החלל, העורך מחקרים תוך שימוש בטלסקופ האבל, הוא הציג הדגמות של תצפיות שערך האבל כאשר הופנה לנקודות ריקות בשמים בחשיפה מאוד ארוכה, תוך צילום בכמה מסלולים. להפתעת המדענים, בכל שדה ראייה כזה נמצאו מאות גלקסיות 'פרימיטיוויות'. אוסף של כוכבים שעדיין לא הופרע בהתנגשויות בין גלקסיות לגלקסיות שכנות – אלה ההתנגשויות שיצרו גלקסיות על וצבירים כפי שהם מוכרים כיום.
באשר לסופו של היקום: לפי המצב היום, שבו אומגה שווה ל-,0.4 היקום יתפשט לעד. המאמר של הוקינג וטורוק מאפשר להניח שזה הנתון הנכון, פחות או יותר. הגלקסיות יחזיקו את הכוכבים בתוכן באמצעות כוח הכבידה, וכאשר תכלה האנרגיה של הכוכבים הם ימותו והיקום יהיה אפל.
מאת אבי בליזובסקי. הופיע ב'הארץ', 24/02/1998
