הקרב על תורת המיתר

בעיני הציבור הרחב מצטייר המדע כעיסוק שכלתני, מסודר ואובייקטיבי, והמדענים כאנשי מקצוע מאופקים, אשר כל מטרתם להרחיב את גבולות הידע. המציאות בחזית המדע רחוקה מאוד מתדמית זו, ותורת המיתרים היא דוגמה מצויינת לכך 

ברק קול, גליליאו

בעיני הציבור הרחב מצטייר המדע כעיסוק שכלתני, מסודר ואובייקטיבי, והמדענים כאנשי מקצוע מאופקים, אשר כל מטרתם להרחיב את גבולות הידע. עוד בבית-הספר אנו לומדים כי בניגוד למקצועות ההומניים, “לכל שאלה מדעית ישנה תשובה נכונה יחידה”. אמנם יש בכך מידה של אמת כל עוד מדובר בתחומי מדע ותיקים ששורר בהם קונסנזוס בין אנשי המדע. אבל המציאות בחזית המדע רחוקה מאוד מתדמית זו, ובמקביל לעובדות ולהערכות מבוססות, רוחשים בה יצרים ורגשות, ומתקיימים עימותים, אינטרסים אישיים ושיקולים חברתיים, שאינם שונים בהרבה מהמוכר לנו משאר תחומי הפעילות האנושית.  
דוגמה טובה לכך היא העימות החריף המתחולל בימים אלה בחזית הפיזיקה התיאורטית סביב ערכה ומעמדה של תורת המיתר (יש הגורסים “תורת המיתרים”. ואולם צורת היחיד היא המדויקת יותר). עימות זה מתחולל לא רק מעל דפיהם של כתבי-עת מקצועיים, אלא על פי רוב בספרים, בעיתונות הכללית ואף בבמות החדשות של הבלוגים, ואפשר לכנותו “הקרב על תורת המיתר”.

בשנה האחרונה הופיעו שני ספרים המוקדשים להתקפה על תורת המיתר: “אפילו לא שגוי: כישלונם של תורת המיתר והחיפוש אחר אחדות בחוקי הטבע”, מאת פיטר ווייט (Woit), מתמטיקאי מאוניברסיטת קולומביה בניו-יורק, ו”הבעיה עם הפיזיקה: עלייתה של תורת המיתר, נפילתו של המדע, ומה הלאה”, מאת לי סמולין (Smolin), פיזיקאי ממכון פרימטר לפיזיקה תיאורטית שבקנדה. בזמן כתיבת שורות אלה, נמצאים שני הספרים במקום ה-78 ובמקום ה-15, בהתאמה, ברשימת רבי-המכר של אמזון בקטגוריית הפיזיקה. לעומתם, ספריו רבי-המכר של בריאן גרין (Greene), גם הוא מאוניברסיטת קולומביה שבניו-יורק, המתארים את תורת המיתר לקהל הרחב – “היקום האלגנטי” ו”מארג היקום” – נמצאים במקומות ה-8 וה-21 של אותה רשימה. נוסף על ספרו, כותב פיטר ווייט גם בלוג באינטרנט בעל שם ומטרה זהים לאלו של הספר. לעומתו מקיים לובוש מוטל (Lubos Motl), פיזיקאי מאוניברסיטת הרווארד, בלוג נגדי המכונה “מערכת הייחוס”.

בכדי להבין את המחלוקת ומה מונח על כף המאזניים, נצטרך לשאול תחילה: “מהי תורת המיתר?” כיום נסמכת הפיזיקה התיאורטית על שני עמודי תווך איתנים: מצד אחד תורת השדות הקוואנטיים, היא שפתו של המודל הסטנדרטי של החלקיקים האלמנטריים (התת-אטומיים); ומן הצד האחר תורת הכבידה של איינשטיין המוכרת בשם “תורת היחסות הכללית”. בעשורים שחלפו מאז הוצעו תורות אלו, הן אומתו במגוון ניסויים ונרכשה לגביהן הבנה תיאורטית רחבה. ואולם, בעקבותיהן גם עלו שאלות חדשות ועמוקות. נציין כמה מהמרכזיות שבהן.

כבידה קוואנטית: תורת הכבידה של איינשטיין אינה משולבת בתורת הקוואנטים (החוקים המפתיעים השולטים בעולם התת-אטומי). למעשה אפשר להראות כי במרחקים קצרים ממרחק פלנק, שערכו כ- ס”מ (דהיינו, קטן ממיליונית של מיליונית של מיליונית של מיליונית של אטום יחיד), חייבים חוקי הפיזיקה להיות שונים, או לפחות צריכים להצטרף אליהם חוקים חדשים. יחד עם זאת, אין כל הכרח שתורת הקוואנטים תעורר בעיה מעשית כל עוד לא פותחה טכנולוגיה שתאפשר הצצה למרחקים כה זעירים, וקשה להאמין שזו תעמוד לרשותנו בעתיד הנראה לעין.

איחוד הכוחות: כיום מסבירים את כל הכוחות הפיזיקליים כנגזרים מארבעה כוחות (אינטראקציות) בסיסיים: כבידה, חשמל, הכוח הגרעיני החלש (הגורם בין היתר להתפרקות ביתא הרדיואקטיבית) והכוח הגרעיני החזק (המחשק את הפרוטונים והניטרונים בגרעין למרות הדחייה החשמלית בין הפרוטונים). נשאלת אם כן השאלה: האם ישנם קשרים בין הכוחות השונים, או האם יש להם מקור משותף? (למעשה, עבור הכוח החשמלי והכוח הגרעיני החלש ידוע כבר קשר חלקי שכזה).
מנגנונים פיזיקליים למסה ולמטען: ידועות לנו תכונותיהם הבסיסיות של חלקיקים רבים, כגון מסה ומטען. אך מהו מקורם של אלו: האם קיימים מנגנונים פיזיקליים הקובעים אותם, או שמא יש לקבלם כאקסיומות במתמטיקה ואין משמעות לניסיון להבין את מקורם?

תורת המיתר היא תורה פיזיקלית המתייחסת לשאלות אלו. הרעיון הפיזיקלי המרכזי שלה הוא פשוט להפליא: נניח שכל חלקיק הוא לולאה קטנה של מיתר רוטט. הלולאה קטנה כל-כך עד שהיא נראית כנקודה. כל החלקיקים עשויים מאותו סוג של מיתר, ולתכונותיהם השונות אחראים אופני תנודה שונים, בדיוק כשם שצלילי הגיטרה השונים מופקים כולם מאותם מיתרים.

למרות פשטותו של הרעיון, עדיין נדרשו חישוביים קוואנטיים מורכבים לגילוי המפתיע כי תורת המיתר מתארת את כוח הכובד, ומכאן מעלתה העיקרית בהיותה, כנראה, תורה קוואנטית של הכבידה. נוסף על כך היא מציעה תשובות לשאלת איחוד הכוחות, לשאלת המנגנונים הפיזיקליים האחראים לתכונות החלקיקים ולשאלות מפתח נוספות המעוררות עניין רב בקרב חוקרים.

תכונות אלו של תורת המיתר משכו לתחום מספר גדול של מדענים מובילים, שאין חולק על כישוריהם: אדוארד ויטן (Witten) מפרינסטון, הנחשב לגדול הפיזיקאים התיאורטיים בזמננו; ג'ון שוורץ (Schwarz) מקאלטק; מייקל גרין (Green) מקיימברידג'; לאונרד סוסקינד (Susskind) מסטנפורד; החוקר הישראלי נתן זייברג מפרינסטון; ג'וזף פולצ'ינסקי (Polchinski) מסנטה ברברה; אנדרו סטרומינג'ר (Strominger) מהרווארד; ורבים אחרים, ובהם פיזיקאים כמעט בכל האוניברסיטאות בארץ. אך גם בין מבקרי התורה יש מדענים בכירים, וביניהם גם חתני פרס הנובל חרארד ט'הופט ('t Hooft) ושלדון גלשאו (Glashaw).

נסתפק בתיאור קצרצר זה של התורה ונשאל: אם לתורת המיתר ישנם הישגים רבים כל-כך, מהו מקור המחלוקת?

הבעיה המרכזית של התורה היא, שלמרות קרוב ל-40 שנות מחקר, מתוכן מחקר אינטנסיבי מאוד ב-22 השנים האחרונות, לא נמצאה לה עד כה כל עדות ניסויית. אמנם קיים סיכוי שהתורה תאושר באמצעות גילוי ישיר של המיתר, אם הוא גדול מספיק, באחד המאיצים שייבנו בעתיד הקרוב, או באופן עקיף, באמצעות מדידות סופר-מדויקות. ואולם, כל עוד אין מושג ברור על גודלו של המיתר, והוא יכול להיות קטן עד כדי גודל פלנק, הרי שייתכן מאוד שאף בעתיד הרחוק לא יהיה אפשר להכריע בדבר קיומו. מהלך השנים בחרו להצטרף לַתחום פיזיקאים תיאורטיים צעירים רבים, אך יחד עם זאת התרבו המתנגדים, והעימות שהחל כמדעי וענייני התלהט ועבר לפסים אישיים ו”פוליטיים”.

המתנגדים טוענים כי היעדר אישור ניסויי כיום, וכן בעתיד הנראה לעין, מוציא את התורה מתחום המדע הניסויי אל התחום המתמטי ואפילו אל תחום האמונה, בשל חוסר האפשרות המעשית לבחינה מכרעת של התורה בניסוי. הם טוענים שאין לקבל את בקשתם של החוקרים בתחום ל”זמן נוסף”, שכן חרף הזמן הרב שחלף מאז הוצעה לראשונה תורת המיתר, ולמרות ההתקדמות בהבנתה התיאורטית, היא לא התקרבה ולו במעט אל התחום הניסויי, בעוד ההסברים לכך השתנו פעם אחר פעם. המבקרים מוסיפים וטוענים שהחוקרים המובילים בתחום אינם מסוגלים להודות בטעותם, כפי שראוי שיורה להם מצפונם המדעי, בשל שיקולים של מעמד ויוקרה ובשל החשש מאיבוד משאבים, ובכלל זה תקציבי מחקר ותלמידים.

לעומתם, מצביעים התומכים של תורת המיתר על ההתקדמות התיאורטית הרבה שהושגה בהבנת התורה בעשורים האחרונים, על הרעיונות החשובים והתשובות שנתווספו (שאת חלקם כבר מנינו) ועל ההשפעה שנודעה לרעיונות אלו בתחומי המתמטיקה, כגון גאומטריה בממדים גבוהים, וכן על תחומים מסוימים בפיזיקה, כגון חורים שחורים וכן מודלים של החלקיקים והכוחות היסודיים שיוכלו להיבדק במאיץ החלקיקים שיושלם בקרוב בז'נבה. הם מדגישים את העובדה שמבקרים רבים של תורת המיתר אינם מכירים אותה לעומקה, וחלקם אף לא את עקרונותיה הבסיסיים. הם גם מצביעים על כך שרבים מן המבקרים הם פיזיקאים מבוגרים, שאיחרו לעלות על הרכבת, או פיזיקאים שניסו להשתלב ותוסכלו מחוסר הצלחתם, ואלה גם אלה מקנאים באנשי המיתר בשל תשומת הלב והמשאבים שהחלו לזכות בהם אחרי לכתם שנים רבות “במדבר המדעי”.

חלק מחסידי התורה אף הגדילו לעשות וטוענים שהגיע הזמן למהפכה במושג המדע עצמו. לשיטתם, מכיוון שבעתיד הנראה לעין לא תהיה אפשרות לערוך ניסויים במרחקי פלנק, אין לראות בעצם הניסוי את אמת המידה המרכזית לתורה פיזיקלית, אלא יש למצוא את התורה הנכונה בעזרת כוח ההיגיון בלבד.

אכן, זהו מאבק שבו נוטלים חלק חשוב המרכיב האישי והייצרי, בניגוד לתדמיתו ה”יבשה” והאובייקטיבית של המדע. בתקופה כזו טוב לזכור, כי הניסיון מראה שסופה של האמת המדעית לצאת לאור, וזו משכנעת הרבה יותר מאשר עימותים קולניים.
 לקריאה נוספת

“Not Even Wrong: The Failure of String Theory And the Search for Unity in Physical Law”, Peter Woit, Publisher: Basic Books (2006).

 “The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, The Fall of Science, and What Comes Next”, Lee Smolin, Publisher: Houghton Mifflin (2006).

“The Elegant Universe – Superstrings, Hidden Dimensions and the Quest for the Ultimate Theory”, Brian Greene, Publisher: Vintage (1999).

“The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality”, Briane Greene, Publisher: Alfred Knoph (2004).