שבע שאלות המטרידות את מנוחת הפיסיקאים

למה מתקיימים דווקא חוקי הטבע הקיימים, ממה עשוי הכל, כיצד התפתחה המורכבות ומהי מהות הסינגולריות במפץ הגדול. אלה רק חלק מהשאלות הנמצאות כיום בחזית הפיסיקה, כפי שתוארה בפאנל פיסיקאים בכירים במסגרת כנס שנערך בקנדה

פאנל של הפיסיקאים המובילים בעולם שהתכנס לאחרונה במכון פרימטר באוניברסיטת ווטרלו בקנדה דן בשאלה מה מפריע להם לישון בלילה. הדיון התקיים במסגרת אירוע מהקוונטום עד לקוסמוס, כינוס פיסיקאים שנמשך לא פחות מעשרה ימים.

מדוע היקום הזה עם חוקי הטבע הקיימים?

בחיפושם אחר החוקים היסודיים של הטבע, הפיסיקאים עובדים תחת פרדיגמה ארוכת שנים: הסבר מדוע היקום חייב להיות כפי שאנו רואים אותו. ואולם אם ניתן לחשוב על חוקים אחרים, מדוע שהיקומים שאותם חוקים מתארים לא יתקיימו במקום אחר בחלל?

יתכן שנמצא שאין חלופה ליקום שאנו מכירים, אומר שון קרול מקאלטק. "ואולם אני חושד שדבר לא נכון." קארול אומר כי קל לדמיין טבע המאפשר למספר יקומים להתקיים תחת חוקים שונים. "לפיכך ביקום שלנו השאלה הופכת להיות מדוע החוקים הללו ולא אחרים?"

ממה עשוי הכל?

היום ברור שהחומר הרגיל ביקום – אטומים, כוכבים וגלקסיות מורכב מכ-4% מכלל האנרגיה ביקום. שאר ה-96% מטרידים את מנוחתה של קטרין פריז מאוניברסיטת מישיגן. במיוחד היא עוסקת בחומר האפל, ולדעתה נושא זה עשוי להיפתר. היא הצביעה על נתונים חדשים מניסויים כגון אלו שערכה נאס"א באמצעות הלווין פרמי המשדרים עקביות עם הרעיון שחלקיקי החומר האפל בגלקסיה שלנו מתאיידים זה עם זה בקצב הניתן למדידה, ותהליך זה מאפשר לחשוף את תכונותיהם.

ואולם גילוי האנרגיה האפלה, שנראה כי היא מאיצה את התפשטות היקום יצרה סדרה חדשה של חידות שלהן אין תשובות מידיות באופק. בין היתר כוללות חידות אלה את טבע האנרגיה האפלה עצמה ואת השאלה למה יש לה ערך כל כך קטן, שמאפשר את היווצרותה גלקסיות, הכוכבים ואת הופעת החיים.

כיצד התפתחה המורכבות?

מההתנהגות הבלתי צפויה של השווקים הפיננסים ועד לעליית החיים מתוך החומר הדומם, ליאו קדאנוף, פיסיקאי ומתמטיקאי שימושי באוניברסיטת שיקאגו, גילה כי השאלה המעניינת ביותר נמצאת בעליתן של מערכות מורכבות. קדאנוף מודאג מכך שפיסיקאי חלקיקים וקוסמולוגים מחמיצים טריק חשוב מכיוון שהם מתמקדים בקטן מאוד ובגדול מאוד. "עדיין איננו יודעים כיצד שומרת זכוכית רגילה על צורתה." אמר קדאנוף. "החקירה של הדברים המוכרים חשובה לא פחות בדרך להבנה." החיים עצמם, אמר, יובנו אך ורק באמצמעות פיענוח כיצד מרכיבים פשוטים עם קשרים הדדיים פושוטים ביניהם יוכלו להוביל לתופעה מורכבת.

האם תיאורית המיתרים נכונה?

הפיסיקאי דייויד טונג מקיימברידג' מתלהב מהיופי המתמטי של תיאורית המיתרים – הרעיון לפיו חלקיקי היסוד שאנו צופים בהם אינם נקודות דמויות גרגרי אבק אלא מיתרים זעירים. ואולם הוא מודה כי הדבר הביא אותו למשבר פילוסופי כאשר הבין כי יתכן שהוא עשוי לחיות את כל חייו מבלי לדעת האם זהו התיאור האמיתי של כל המציאות. אפילו ניסויים כגון ה-LHC והלוויין פלאנק,הנמצאים בעמדה לחשיפת פיסיקה חדשה, לא יוכלו לומר שום דבר מוחלט אודות המיתרים. טונג מצא נחמה בידיעה כי שיטות תיאוריות המיתרים יכולות לסייע בפתרון בעיות פחות בסיסיות, כגון התנהגות הקווארקים והמתכות האקזוטיות. "מדובר בתיאוריה שימושית" אמר. "לפיכך אני מנסה להתרכז בכך".

מהי הסינגולריות?

מנהל מכון פרימטר, הקוסמולוג ניל טורוק, המסתורין הגדול הוא זה שהחל את הכל – המפץ הגדול. התיאוריה המקובלת מצליחה להגיע אחורנית ולזהות מצב חם ודחוס שבו החל היקום, שבו אנו יודעים שחוקי הפיסיקה המוכרים נשברים. "איננו יודעים כיצד לתאר אותו." אמר טורק. "כיצד יכול מישהו לטעון שיש לו תיאוריה של הכל בלא התייחסות למה שקרה אז?" טורוק מקווה כי תורת המיתרים והתפתחויות ידועות המכונות העקרון ההולוגרפי, המראה כי לסינגולריות בשלושה ממדים יכולה להיות מתורגמת לישות מתמטיקת שניתן לטפל בה בשני ממדים (דבר המראה כי הממד השלישי וכוח המשיכה עצמם הם אשליה). "כלים אלה נותנים לנו דרך חדשה לחשוב על הבעיה, והדבר משביע רצון, מבחינה מתמטית." אמר.

מהי המציאות באמת?

החומר עשוי, ברמה מסוימת, להימצא מתחת להבנתנו, אך אנטון זלינגר, פרופסור לפיסיקה באוניברסית וינה, מקווה כי הפיסיקה תוכל לגרד את פני השטח של משהו גדול יותר. זלינגר מתמחה בניסויים קוונטיים המראים כי נראה שיש השפעה של הצופה על עיצוב המציאות. "יתכן שפריצת הדרך האמיתית תגיע כאשר נתחיל להבין את הקשרים בין הממציאות, הידע והפעולות שלנו." אמר. התפיסה נראית מעוותת אך היא מבוססת במציאות. זלינגר ואחרים הראו כי חלקיקים נפרדים זה מזה יכולים איכשהו להיות במצבים קוונטיים קשורים, כך שתצפית על אחת תשפיע על התוצאה של השני. איש לא חקר עדיין כיצד נראה שהיקום יודע שמבוננים בו."

לאן יכולה הפיסיקה לקחת אותנו?

יתכן שהשאלה הגדולה מכולן היא האם התהליך של החקירה שחשף עד כה כל כך הרבה פרטים אודות היקום מאז תקופתם של גלילאו וקפלר נמצא לקראת מבוי סתום? "אני חושש מכך שאנו מגיעים לקצה היכולת של המדעים האמפיריים" אומר לורנס קראוס מאוניברסיטת מדינת אריזונה. במיוחד, תוהה קראוס אם יידרש ידע על יקומים אחרים, כגון אלו שהציע קארול, כדי להבין מדוע היקום שלנו הוא כפי שהוא. אם ידע כזה יהיה בלתי נגיש, הדבר יסמן את הסוף של היכולת להעמיק את הבנתנו הלאה.

טורוק אמר כי זו הסיבה לקיומו של מכון פרימטר, כדי לאפשר מחשבה של המוחות הצעירים המבריקים בעולם בסביבה שאינה לוחצת. באמצעות אופטימיזציה של התנאים ליצירת מחשבה, יתכן שיהיה ניתן להמנע ממבוי סתום זה.

"אנו רגילים לחשוב על תיאוריות פיסיקליות כתאונות" אמר טורוק. "אנו נדרשים לשאול האם ישנן דרכים אסטרטגיות להאצת ההבנה והתגליות. יתכן שאז, כל הפיסיקה הבעייתית תוכל להגיע למעט מנוחה – או לפחות להתקדם לעבר פתרון בעיות ארציות יותר.

http://www.youtube.com/watch?v=QePNKlCpgl4