“קיבלנו מסר חשוב משברירי השניה הראשונים של היקום לאחר המפץ הגדול”

כך אמר בראיון לאתר הידען, פרופ’ מרק קמיונקובסקי, פיסיקאי תאורטיקן מאוניברסיטת ג’ון הופקינס, שהציע את עריכת הניסוי בקוטב הדרומי פרופ’ קמיונקובסקי התארח באוניברסיטה העברית ונשא את ההרצאה על שם ארנולד רוזנבלום במכון רקח לפיסיקה באוניברסיטה העברית.

“גילוי התבנית בקרינת הרקע הקוסמית, ובשל כך הוכחת האינפלציה היא התגלית החשובה ביותר בקוסמולוגיה, אבל הוא יצר שאלות חדשות אודות מה שקדם לאינפלציה וכיצד היא התנהלה בכל שלביה”. כך אומר פרופ’ מרק קמיונקובסקי, פיסיקאי תאורטיקן מאוניברסיטת ג’ון הופקינס, שהציע את עריכת הניסוי בקוטב הדרומי בראיון לאתר הידען, פרופ’ קמיונקובסקי התארח אצל פרופ’ צבי פירן במכון רקח לפיסיקה באוניברסיטה העברית ונשא את ההרצאה על שם ארנולד רוזנבלום בפני חוקרי המכון, הרצאה שעסקה כמובן בתגלית החשובה של גילוי גלי הכבידה בקרינת הרקע הקוסמית.

כזכור במסיבת עיתונאים בה השתתף גם פרופ’ קמיונקובסקי ב-17 במרס, הכריזו אסטרונומים ממרכז הארווארד סמיתסוניאן לאסטרופיסיקה במסצ’וסטס, מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (CALTECH) ומהמעבדה להינע סילוני של נאס”א בקליפורניה, שגילו לפי חישוביהם עדויות לקיומם של גלי כבידה – אדוות במרקם של המרחב-זמן. מדובר בעדות הישירה הראשונה לכך שהיקום עבר התפשטות קצרה אך עצומה של התפשטות מהירה, מיד לאחר המפץ הגדול.

התוצאה התקבלה בסריקת מקטע של השמים תוך חיפוש שינויים זעירים בתבנית קרינת הרקע הקוסמית, ההד של המפץ הגדול שנראה כיום בכל כיוון בשמים בתחום המיקרוגל, בטמפרטורה של שלוש מעלות קלווין. פרופ’ קמיונקובסקי הציע עוד בסוף שנות התשעים להציב טלסקופ בקוטב הדרומי, כדי לבחון את קרינת הרקע הקוסמית, תגלית שבוצעה בסופו של דבר בצפיות רצופות במשך שלוש שנים 2010-2012 בידי הצוות שהודיע על הממצאים לפני כשבועיים.

“התגלית של האינפלציה הקוסמית מפתיעה ומספרת לנו דברים שלא ידענו בעבר. זו ללא ספק התגלית הגדולה ביותר מאז הקבוע הקוסמי (והעובדה שהיקום מתפשט באורח מואץ) ב-1998. לדעתי עם הזמן יתגלה שזו אפילו תגלית חשובה יותר. בכל מקרה, שתי התגליות היו בלתי צפויות ולמדנו באמצעותן פרטים חדשים אודות היקום וכיצד הוא מתנהג.

אם פירשנו את האותות נכונה, מדובר בדרישת שלום מהיקום כאשר היה בן טריליונית-טריליונית של טריליונית השניה לאחר המפץ הגדול. אנו יודעים שזה רק קצה הקרחון. רשימת הדברים שאנחנו לא יודעים תמיד תהיה יותר ארוכה מרשימת הדברים שאנו כבר מכירים וזה מרגש לגלות כל פעם דבר חדש.

מוודל האינפלציה הנוכחי ניבא באופן גנרי את קיומם של גלי הכבידה, אך לא ידענו כמה חזקים האותות שנראה, ברגע שגילינו את הסימנים ואנו יודעים את עוצמתם יהיה קל יותר למקד את החיפושים ולענות על שאלות חשובות נוספות כגון כיצד התפתחה התנפחות היקום שלב אחרי שלב, ובפרט מה קדם לה, כי לאינפלציה יש תכונה שהיא מוחקת את כל המידע שהיה לפני התרחשותה.

מה גרם לאינפלציה?

“זו שאלה טובה. כפי שציינתי, התצפיות שבוצעו במסגרת המחקר, נותנות לנו סיבה להאמין שהיתה אינפלציה. יש הרבה תיאוריות שמנסות להסביר מדוע ההיא התרחשה אנחנו עדיין לא יודעים מהי התיאוריה האינפלציונית הנכונה, אבל טווח האפשרויות הצטמצם ובאמצעות מחקר ומדידות נוספים נדע מדוע היא התרחשה.”

מדוע בעצם היה צורך להרחיק לקוטב הדרומי, האם זה בגלל שיש שם לילות רצופים של חצי שנה, האם זה לא מייקר את המחקר?

“העלות של טלסקופ בקוטב הדרומי אינה כל כך גדולה. קשה להעריך אצת עלותו המדוייקת משום שהקרן הלאומית למדע (ה-NSF) ממילא כבר מפעילה את התחנה בקוטב הדרומי לצרכים אחרים, כך שהיתה כבר תשתית לניסוי כזה. העלות של הטלסקופ והניסוי עצמו אינם כל כך גדול, בהשוואה למחקרים קוסמולוגיים. אכן, חברי הצוות ירדו לשם בחורף שלנו – שזה הקיץ בחצי הכדור הדרומי, והם עוזבים בחורף האנטרקטי, פרט לחוקר תורן שמפעיל את המערכות בחורף, עבודות התצפית עצמן בוצעה מרחוק. מכיוון שמדובר בגלי רדיו, אין חשיבות ליום או לילה, פרט לשעות שבהם השמש ממש מעליך ובתצפיות שנערכו במשך שלוש שנים. בנוסף, מדובר באיזור נקי מהפרעות”.

“הנתונים שלהם משתרעים מ-2010-2012. הם גם השתמש ו בנתונים ממחקר קודם שבוצע (במיכשור פחות מתקדם) בשנים 2006-9 ושיתפו פעולה עם מחקר אחר שגם תוצאותיו הוכנסו לחישוב.”

הם גילו תבנית בקיטוב של קרינת הרקע הקוסמית המכונה BMODE, שהיא ההוכחה לקיומם של גלי כבידה. עם זאת, הם צפו בחלק קטן מאוד של השמים, פחות מ-1% משטח פני השמים. אנחנו יכולים לנסות למדוד את התבנית באיזורים גדולים יותר של השמים. ממה שהבנו עד כה יש איזשהו קוד בתבנית הזו ועד כה קראנו רק רק פיסה קטנה מהמסר. הצעד הבא יהיה למפות שטח גדול יותר של השמים. כאמור זה הספיק כדי להקבל הוכחה שהאינפליה התרחשה, אך מדידות נוספות יגלו לנו כיצד היא התפתחה עם הזמן, ואת המנגנון שקדם לה. יש סוגים שונים של פיסיקה בתחומים בהם התנאים היו שונים לגמרי מאלו שבהם אנו חווים כיום את ארבעת כוחות הטבע. מדידת התבניות הללו על חלק גדול יותר של השמים עשויה לתת עדות כיצד הדבר התרחש.”

האם יש לאינפלציה השפעה על דרך יצירת הגלקסיות?
פרופ’ קמיונקובסקי: “התשובה היא לא הרבה. הגילוי הנוכחי לא שינה את הידע שיש לנו באשר לשאלה כיצד הגלקסיות נוצרו, אבל הוא כן מעלה שאלה בדבר השפעת ההתפנחות על פיזור הגלקסיות ביקום. ייתכן שנוכל לענות על שאלה זוב אמצעות סקר גלקסיות מקיף.”

מה דעתך על תיאוריות הרב-יקום?
“הפתרון של רב-יקום הוא אחד ההסברים התיאורטיים לשאלה מדוע נוצרה האינפלציה. אחת הבעיות עם האינפלציה היא שהיא מוחקת כמעט כל סימן למה שהיה קודם לכן. הגילוי החדש לא מספר לנו מה קדם לאינפלציה אבל אני מקווה שניסויים עתידיים יתנו לנו תשובות בענין. עם זאת, רעיון הרב-יקום הוא רעיון תיאורטי לא בשל. התיאורטיקנים מפנים אליו את כל הסוגיות שאין לנו עליהם תשובה. אני מקווה שהמדידות החדשות ימצאו תשובות לשאלות שעדיין פתוחות, בין אם יוכיחו תיאוריה זו או אחרת. אינני יודע עדיין מה הן יהיו. זה טוב כי ההפתעות הם הדבר הכי טוב במדע. הפתעות בהגדרתן לא יכולות להיות חזויות.”

האם אתה מאמין לתוצאות, או שמא עדיין יש מקום לספק?
“כן מדובר בתוצאות בעלות השלכות מדהימות. שאם הטענה נכונה, היא יוצאת דופן מכל טענה אחרת במדע, היא דורשת הוכחה יוצאת דופן, כי שאמר לא אחת קארל סייגן המנוח. הדבר הבא הוא כמו בכל תגלית מדעית שקבוצות אחרות תבצענה את אותן מדידות, ושחבריהם יבדקו שוב את כל ההנחות, ואז נוכל לקבוע בוודאות גבוהה יותר אם מה שרואים אכן נמצא שום. הצוות הנוכחי העלה את הסוגיה. הם עשו עבודה טובה ובחנו בשבע עיניים את התוצאות. הם בדקו כל הסבר חלופי ודחו כמה מהם. תוצאות בקנה מידה כזה צריכות להיבדק שוב, ואני מאמין שתוך שנה שנתיים יהיה לנו מידע נוסף שיאפשר לנו להוכיח זאת.”

פרופ’ אבי לייב מאוניברסיטת הארווארד ואתה התבטאתם כי זו תגלית בסדר גודל של פרס נובל, האם זה משהו שמתקרב לבוזון היגס שעליו זכו היגס ואנגלר בנובל לפני כחצי שנה?

“זו אפילו תגלית יותר חשובה מההיגס. עד שההיגס התגלה התיאוריה כבר היתה מבוססת, רבות מהחלופות הוסרו וזו היתה רק שאלה של בניית מכשיר מורכב שיוכל לספק את התוצאה. במקרה הנוכחי, כפי שציינתי, גם גילינו דברים שלא ידענו, ולפיכך זו תיאוריה מרגשת יותר.”