מדוע איינשטיין חשוב

פירות המחשבה של אדם אחד עיצבו את הציוויליזציה שלנו מעל ומעבר למה שנראה אפשרי * ההישגים המרכזיים הראשונים של איינשטיין התפרסמו ב-1905 בארבעה מאמרים פורצי דרך, כולל השלמת תורת היחסות הפרטית. מאת בריאן גרין

 

איינשטיין צוחק. איור: shutterstock
איינשטיין צוחק. איור: shutterstock

Akimov Igor / Shutterstock.com

עשר שנים לאחר מכן הוא הרחיב את התיאוריה כך שתכלול כבידה, ויצר את תורת היחסות הכללית. הרעיון מוטט את הפיזיקה של אייזק ניוטון והגדיר מחדש את תפיסות הזמן והמרחב שלנו. הוא השיק קווי מחקר חדשים שעדיין נחקרים והפך את יוצרו לכוכב.

במהלך המאה האחרונה רעיונותיו של איינשטיין התערבבו בתרבות ובאמנות ועיצבו את עולמנו באין-סוף דרכים ובאופן בלתי הפיך.

אלברט איינשטיין אמר פעם שיש רק שני דברים שעשויים להיות אין-סופיים: היקום והטיפשות האנושית והודה

אנחנו אולי מגחכים למשמע הדברים. או לפחות מחייכים. אבל לא נעלבים. הסיבה לכך היא שהשם "איינשטיין" מעלה בדעתנו דמות של דוד טוב־לב וחכם מימים קדומים. אנו רואים בעיני רוחנו את הגאון המדעי טוב המזג ובעל השיער הפרוע, שתמונותיו האייקוניות חרוטות בזיכרון התרבותי הקולקטיבי שלנו: רוכב על אופניים, חורץ לשון או נועץ בנו את מבטו החודר. איינשטיין מסמל את הטוהר ואת העוצמה של החקרנות האינטלקטואלית.

איינשטיין זינק אל התהילה בתוך הקהילה המדעית ב-1905, השנה שהוכתרה כ"שנת הפלאות" שלו – annus mirabilis. בעודו עובד שמונה שעות ביום, שישה ימים בשבוע, במשרד הפטנטים השווייצרי בעיר בֶּרן, הוא כתב בזמנו הפנוי ארבעה מאמרים ששינו את פני הפיזיקה. במארס אותה שנה הוא טען שאור, שעד אז תיארו אותו כגל, מורכב למעשה מחלקיקים, הקרויים פוֹטוֹנים, תובנה שהשיקה את מכניקת הקוונטים. חודשיים לאחר מכן, במאי, סיפקו חישוביו של איינשטיין תחזיות הניתנות לאישוש לגבי ההשערה האטומית. לאחר מכן, כשהתחזיות האלה אכן אוששו בניסויים, הן אישרו באופן נחרץ שחומר מורכב מאטומים. ביוני הוא השלים את תורת היחסות הפרטית, שחשפה שהחלל והזמן מתנהגים באופנים מדהימים שאיש לא צפה, ובקיצור: שמרחקים, מהירויות ומשכי זמן כולם יחסיים ותלויים בצופה. ולסיום, בספטמבר 1905, גזר איינשטיין מתוך תורת היחסות הפרטית משוואה שתיעשה למשוואה המפורסמת בעולם: E=mc2.

המדע לרוב מתקדם בצעדים קטנים. רק לעתים רחוקות מאוד צצות תרומות מדעיות המפעילות את פעמוני האזעקה המבשרים מהפכה קרובה. והנה, איש אחד בשנה אחת צלצל בפעמונים ארבע פעמים, התפרצות מדהימה של תובנה יצירתית. הממסד המדעי חש כמעט מיד שעבודתו של איינשטיין תהדהד ותזעזע את המסד של הבנת המציאות. אבל בשביל הציבור הרחב, איינשטיין עדיין לא נעשה איינשטיין.

זה השתנה ב-6 בנובמבר 1919.

בתורת היחסות הפרטית, קבע איינשטיין שדבר אינו יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור. הקביעה הזאת הכינה את הבמה לעימות עם תיאוריית הכבידה של ניוטון, שבה כוח המשיכה משפיע באופן מידי במרחב. הסתירה המאיימת הזאת הניעה את איינשטיין לשכתב, במידה רבה של חוצפה, את החוקים בני מאות השנים של הכבידה הניוטונית, משימה מטילת אימה שאפילו תומכיו הנלהבים ביותר סברו שהיא משולה למלחמה בטחנות רוח. מקס פְּלַנק, מראשי המדע הגרמני, אמר, "כחבר מבוגר יותר, אני חייב לייעץ לך להימנע מכך … לא תצליח, וגם אם תצליח, איש לא יאמין לך." איינשטיין, שמעולם לא נכנע לסמכות, המשיך. והמשיך. במשך כמעט עשר שנים.

לבסוף, ב-1915, הכריז איינשטיין על תורת היחסות הכללית שלו, ששכתבה בצורה מעמיקה את הכבידה והציגה אותה במונחים של רעיון חדש ומטלטל: עיוותים ועיקומים של המרחב והזמן. במקום הרעיון ולפיו כדור הארץ אוחז בכוס התה שנשמטה לנו מן היד ומושך אותה אל סופה המר על הרצפה, היחסות הכללית טוענת שכוכב הלכת שלנו מעקם את המרחב סביבו, וגורם לכוס להחליק לאורך מדרון של מרחב-זמן המכוון אותה אל הרצפה. הכבידה, הכריז איינשטיין, טבועה בגאומטריה של היקום.

המשוואה המפורסמת של איינשטיין, E=mc2, בכתב ידו ממאמר מאוחר שפורסם ב-1946. קרדיט: ארכיון אלברט איינשטיין, האוניברסיטה העברית בירושלים
המשוואה המפורסמת של איינשטיין, E=mc2, בכתב ידו ממאמר מאוחר שפורסם ב-1946. קרדיט: ארכיון אלברט איינשטיין, האוניברסיטה העברית בירושלים
במהלך 100 השנים שחלפו מאז שפיתח איינשטיין את התיאוריה הזאת, פיזיקאים והיסטוריונים חיברו סיפור עקבי, אם גם מורכב, על היווצרותה [ראו "כיצד המציא איינשטיין מחדש את המציאות" מאת וולטר אייזקסון, סיינטיפיק אמריקן ישראל]. בכמה מן הכתבים שלי, שנועדו לקהל הרחב, היה לי העונג לעקוב אחר הטיפוס מעלה של איינשטיין, החל בתמרונים אלגנטיים, דרך הליכה עקלקלה ולבסוף הגעה לפסגה. ואולם, במקום להסיר את המסתורין מן הקפיצות המחשבתיות היצירתיות של איינשטיין, המעקב אחר תהליך החשיבה שלו רק מוסיף זוהר לחדשנות המדהימה וליופי המשתק של הצעתו.

ב-6 בנובמבר, 1919, ארבע שנים לאחר שאיינשטיין השלים את תורת היחסות הכללית, דיווחו עיתוני העולם בכותרותיהם על מדידות אסטרונומיות חדשות שהוכיחו שכוכבים מסוימים בשמים מצויים במקום שונה מעט מן הצפוי על פי חוקי ניוטון, בדיוק כפי שחזה איינשטיין. התוצאות אישרו בתרועת ניצחון את התיאוריה של איינשטיין והזניקו אותו בן לילה למעמד של סמל. הוא נעשה האיש שהפיל את ניוטון ובה בעת גם קירב את המין האנושי צעד אחד ענק אל עבר האמיתות הנצחיות של הטבע.

וכאילו לא די בכך, איינשטיין היה להיט תקשורתי. בעודו ממצמץ לאור הזרקורים ומשלם מס שפתיים לרצונו העז להתבודד, הוא ידע כיצד לעניין את העולם בממלכתו המסתורית אך רבת החשיבות. הוא נהג לפלוט משפטים מתחכמים ("אני פציפיסט מיליטנטי") ולמלא בעליצות את התפקיד הציבורי של גאון הגאונים המבולבל. בהצגת הבכורה של הסרט "אורות הכרך", בעוד המצלמות מבזיקות אל עבר השטיח האדום, לחש צ'רלי צ'פלין לאיינשטיין משהו כעין זה: "האנשים מריעים לי כי כולם מבינים אותי, ומריעים לך כי איש לא מבין אותך." היה זה תפקיד שהלם את איינשטיין. והציבור הרחב, המותש ממלחמת העולם הראשונה, אימץ אותו בחום.

בעוד איינשטיין משתלב בחן במעגלים החברתיים, הרעיונות שלו על יחסות, לפחות באופן שבה דווח עליהם לציבור הרחב, עלו בקנה אחד עם מהפכות תרבותיות נוספות. ג'יימס ג'ויס וט' ס' אליוט ריסקו את מבנה המשפט. פבלו פיקסו ומרסל דושאן שיסעו את בד הציור. ארנולד שנברג ואיגור סטרווינסקי ניפצו את הסולם המוזיקלי. ואיינשטיין שחרר את המרחב והזמן מן המודלים המיושנים של המציאות שאליהם היו כבולים.

היו שהרחיקו לכת והציגו את איינשטיין כמקור ההשראה המרכזי לזרם האוונגרד של המאה ה-20, כבאר המדעית שהניבה חשיבה תרבותית מחודשת. רומנטי לחשוב שהאמיתות של הטבע הן שיצרו את הנחשול ששטף את שרידיה המאובקים של תרבות שהתחפרה בעמדותיה. אבל מעולם לא נתקלתי בעדויות משכנעות שקישרו את המהפכות האלה למדע של איינשטיין. אי הבנה נפוצה של היחסות, על כך שהיא מבטלת לכאורה את האמת האובייקטיבית, היא האחראית לציטוטים בלתי מוצדקים רבים של תורתו של איינשטיין בתחומי התרבות. למרבה העניין, איינשטיין עצמו היה בעל טעם שגרתי: הוא העדיף את באך ומוצרט על פני מלחינים מודרניים וסירב לקבל במתנה רהיטי באוהאוס חדשים שהיו אמורים להחליף את הרהיטים המסורתיים והמהוהים שהיו לו בביתו.

כל זה מלמד שיובל המאה לתורת היחסות הכללית רחוק מאוד מלהיות מבט אל העבר מתוך עניין היסטורי. תורת היחסות הכללית של איינשטיין ארוגה באופן הדוק באריג המחקר המדעי המוביל של ימינו.

אפשר להגיד שרעיונות מהפכניים רבים נישאו באוויר בתחילת המאה ה-20, ואין ספק שהם התערבבו זה בזה. וגם אין ספק שאיינשטיין היה דוגמה בולטת לאופן שבו שבירת מוסכמות ותיקות יכולה לחשוף נופים חדשים עוצרי נשימה.

כיום, מאה שנים לאחר מכן, הנופים שאיינשטיין חשף עדיין מלאי חיים ופוריים להפליא. תורת היחסות הכללית הולידה בשנות ה-20 את הקוסמולוגיה המודרנית החוקרת את המוצא ואת ההתפתחות של היקום כולו. המתמטיקאי הרוסי אלכסנדר פרידמן, ובאופן בלתי תלוי הפיזיקאי והכומר הבלגי ז'ורז' לֶמַטְר, השתמשו במשוואות של איינשטיין כדי להראות שהמרחב אמור להתרחב. איינשטיין התנגד למסקנה הזאת, ואפילו שינה את המשוואות שלו ושילב בהן את "הקבוע הקוסמולוגי" הידוע לשמצה, כדי להבטיח יקום סטטי. אבל תצפיות מאוחרות יותר שנערכו על ידי אדווין האבל, שהראו שכל הגלקסיות המרוחקות ממשיכות להתרחק, שכנעו את איינשטיין לחזור בו, ולקבל את המשוואות המקוריות שלו ועמן את העובדה שהיקום מתפשט. העובדה שהיקום מתפשט היום, פירושה שהוא היה קטן יותר ויותר בעבר, מסקנה המרמזת שמוצא היקום הוא בהתרחבות של גרגר ראשוני, "אטום קדמון" כפי שכינה אותו למטר. תיאוריית המפץ הגדול נולדה.

בעשרות השנים שחלפו מאז, התפתחה תיאוריית המפץ הגדול באופן ניכר (כיום הגרסה המקובלת ביותר היא תיאוריית התפיחה, או האינפלציה), ובעזרת כמה עידונים עמדה בכבוד בשלל תצפיות ומבדקים. תצפית אחת כזו, שהביאה לזכייה בפרס נובל לפיזיקה ב-2011, העלתה שבשבעת מיליארדי השנים האחרונות, לא זו בלבד שהיקום מתפשט, אלא גם שקצב ההתפשטות גדל. ההסבר הטוב ביותר? תיאוריית המפץ הגדול מחוזקת בגרסה של הקבוע הקוסמולוגי הזנוח של איינשטיין. אם תחכו די זמן, אפילו כמה מן הרעיונות המוטעים של איינשטיין יתבררו כנכונים [ראו: "הטעויות של איינשטיין", מאת לורנס מ' קראוס, סיינטיפיק אמריקן ישראל].

תובנה מוקדמת אף יותר, שמקורה בתורת היחסות הכללית, נובעת מניתוח שנעשה על ידי האסטרונום הגרמני קרל שְוַורצְשילד, במהלך שהותו בחזית הרוסית בעיצומה של מלחמת העולם הראשונה. בהפוגה מחישוב מסלולם של הפגזים, הגיע שְוַורצְשילד לפתרון המדויק הראשון של משוואות איינשטיין, וסיפק תיאור מדויק של עיקום המרחב-זמן על ידי גופים כדוריים כמו השמש. כתוצאת לוואי, חשפו חישוביו של שְוַורצְשילד משהו מוזר. אם תדחסו חפץ כלשהו לגודל קטן דיו, את השמש, למשל, לכדור בקוטר חמישה קילומטרים, עיקום המרחב-זמן יהיה חמור כל כך עד שכל דבר שיתקרב אל החפץ יותר מדי, כולל האור עצמו, יילכד. במונחים מודרניים, שְוַורצְשילד גילה את אפשרות קיומם של חורים שחורים.

באותה העת, חורים שחורים נחשבו בלתי סבירים, מוזרות מתמטית שאינה צפויה להיות בעלת משמעות במציאות. אבל תצפיות, לא ציפיות, הן שקובעות מה נכון, ונתונים אסטרונומיים מראים כיום שֶחורים שְחורים אכן קיימים ושהם מרובים. גם אם כיום הם רחוקים מדי מכדי לחקור אותם באופן ישיר, אין להם תחליף כמעבדות תיאורטיות. החל מחישוביו רבי ההשפעה של סטיבן הוקינג בשנות ה-70, פיזיקאים השתכנעו יותר ויותר שבשל האופי הקיצוני שלהם, חורים שחורים הם מגרש ההוכחות האידאלי בניסיונות לדחוף קדימה את גבולות תורת היחסות הכללית, ובעיקר לאחד אותה עם מכניקת הקוונטים. אכן, אחד הנושאים העיקריים המעורר מחלוקת כיום הוא כיצד תהליכים קוונטיים עשויים להשפיע על האופן שבו אנו מבינים את הגבול החיצוני של חור שחור, הקרוי אופק האירועים, וכן את טיבו של פנים החור השחור.

כל זה מלמד שיובל המאה לתורת היחסות הכללית רחוק מאוד מלהיות מבט אל העבר מתוך עניין היסטורי. תורת היחסות הכללית של איינשטיין ארוגה באופן הדוק באריג המחקר המדעי המוביל של ימינו.

כיצד אפוא עשה זאת איינשטיין? כיצד הצליח להשפיע כל כך הרבה ולאורך זמן כה רב? בעוד שמותר להתעלם מאיינשטיין כמקור לקוביזם או למוזיקה אטונאלית, הוא בהחלט הסיבה לכך שמותר לדמיין שמישהו או מישהי יכולים להעמיק במחשבות ולחשוף אמיתות קוסמיות. איינשטיין היה מדען חברתי, אבל פריצות הדרך הגדולות שלו היו רגעים פרטיים של "אהה!". האם התובנות האלה נבעו בשל ארגון ייחודי של מוחו? בשל השקפת עולם שאינה כפופה למוסכמות? בגלל יכולת עקשנית ובלתי מתפשרת להתמקד? ייתכן. כן. סביר להניח. האמת היא, כמובן, שאין לדעת. אנחנו יכולים לספר סיפורים על האופן שבו רעיונות צצים, אבל בסופו של דבר, ההשפעות המעצבות את המחשבה והתובנה הן רבות מכדי שיהיה אפשר לנתחן.

כדי להימנע מהפרזות, לכל היותר אנחנו יכולים להגיד שלאיינשטיין היה המוח הנכון בזמן הנכון כדי לפצח אוסף בעיות יסודיות בפיזיקה. וזה היה זמן ייחודי מאין כמוהו! תרומותיו הרבות אך הצנועות באופן יחסי של איינשטיין בעשורים שלאחר גילוי היחסות הכללית, מעידות על כך שסדרת הרעיונות המסוימים שהוא הנחיל לפיזיקה תמה.

עם כל הישגיו, והמורשת המתמשכת שהותיר, יש דחף לשאול שאלה ספקולטיבית נוספת: האם יוכל להיות איינשטיין נוסף? אם הכוונה לגאון-על שידחוף קדימה בעוצמה את המדע, אז התשובה היא לבטח כן. במחצית המאה מאז מותו של איינשטיין, היו בהחלט מדענים כאלה. אבל אם הכוונה לגאון-על שהעולם יישא אליו עיניים, לא בגלל הישגים בספורט או בעולם הבידור, אלא כדוגמה מרתקת למה שהמוח האנושי מסוגל להשיג, ובכן, השאלה הזאת מופנית למעשה אלינו, אל מה שהתרבות שלנו מחשיבה כיקר ערך.

על הכותבים

בריאן גרין
פרופסור לפיזיקה ולמתמטיקה באוניברסיטת קולומביה, החוקר את תורת מיתרי העל. הוא המחבר של ספרים רבים ואחד המייסדים והיו"ר של פסטיבל המדע העולמי.
לקריאה נוספת

Even=mc2: A Biography of the World’s Most Famous Equation. David Bodanis. Penguin, 2000
The Fabric of the Cosmos: Space, Time and the Texture of Reality. Brian Greene. Knopf, 2004
The Collected Papers of Albert Einstein. Princeton University Press
E=mc2 – סיפורה של התגלית הגדולה בהיסטוריה. דייוויד בודאניס. מאנגלית יניב פרקש, הוצאת כתר, 2002
מארג היקום: מרחב, זמן ומרקם המציאות. בריאן גרין. מאנגלית עמנואל לוטם. הוצאת מטר, 2006
ארכיון איינשטיין, האוניברסיטה העברית בירושלים

 

 

עוד על איינשטיין באתר הידען:

האיש ששינה את היקום

איינשטיין – האיש שהוציא אותנו מהמטריקס

התגלה כוכב לכת מחוץ למערכת השמש בשיטה העושה שימוש בתורת היחסות של איינשטיין

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

9 תגובות

  1. ייתכן

    http://www.scientificamerican.com/article/significance-e-mc-2-means/

    בלינק מתואר מסעו של פוטון הנפלט מגוף בתוך קופסה סגורה.

    אחת התוצאות של תאוריית מקסוול היא שלאור יש תנע. במילים פשוטות, אם תאיר על גוף – רצוי מראה – בחלל, תגרום לגוף לנוע. האור מפעיל כוח על הגוף, תוצאה שנמדדה בניסוי כבר ב1901.

    על פי חוק שימור התנע, אם גוף שקולט קרינה אלקטרומגנטית (אור במקרה שלנו אך גם כל קרינה אחרת) רוכש תנע בגלל אור שפגע בו, אז גוף שפלט את אותה הקרינה רוכש תנע בכיוון ההפוך.

    אם גוף (רדיום) מקרין על ראי, הראי יהדף לכיוון אחד והגוף להפוך.

    אז מה יקרה לגוף מקרין בתוך קופסה סגורה?

    התנע של הגוף + קופסה לא משתנה, הקופסה אינה נעה כי לא פועל עליה כוח חיצוני ולחץ הקרינה זהה לכל הכיוונים.

    אם תעקוב אחר מסע הפוטון בלינק, תראה שהאנרגיה שלו, שהגיעה מגוש הרדיום שווה על פי מקסוול ל:

    p=E/c. תנע הפוטון שווה לאנרגיה שלו מחולקת במהירות האור.

    או E= pc.

    p=mv על פי הגדרה. במקרה שלנו v=c או

    E=mc^2.

    זו הצורה הכללית והפשוטה ביותר להבנה, למרות שכמובן שאינה מושלמת. תוכל למצוא הרבה פיתוחים מורכבים ומדוייקים יותר אם תגגל.

  2. אני מתנצל על השיבוש בהקלדת השורה הראשונה, שצריכה להיות :

    תמיד תהיתי, איך אפשר להסיק בצורה תיאורתית את הנוסחה המפורסמת.

  3. ישראל שפירא,

    תמיד תהיתי, איך אפשר הסיק בצורה תיאורתית אטת הנוסה המפורסמת.

    במיוחד מעניין אותי מה עושה מהירות האור בתוך הנוסחה,
    ואולי הכניסו אותה לנוסחה בגלל שזה המספר הגדול ביותר שהיה
    אפשר להכניס לנוסחה ?

    אודה לך מאוד על הבהרת הנושא, שנראה לי כי אתה בקיא בו…

  4. תיקון קטנטן, או שאולי ענקנק:

    איינשטיין לא היה הראשון שהגיע ב1905 לנוסחה E=mc^2. קדם לו תעשיין איטלקי, Olinto De Pretto, שהגיע אליה כבר ב1903 מתוך תאוריית ה..אתר וגרביטציית לסאז׳!

  5. ישנה בעיה בהעתקת הכתבה מסיינטיפיק אמריקן ישראל. לדוגמה – חסרה ההשלמה של המשפט הבא:
    "מאלברט איינשטיין אמר פעם שיש רק שני דברים שעשויים להיות אין-סופיים: היקום והטיפשות האנושית והודה" (חסר: "שאינו בטוח באשר ליקום.").
    במקום התמונה של המשוואה המפורסמת בכתב ידו מופיע פעם נוספת הכיתוב שמתחת לתמונה.
    ממליץ לתקן ואח"כ למחוק את תגובתי.
    קישור לכתבה המקורית:
    http://www.sciam.co.il/%D7%9E%D7%93%D7%95%D7%A2-%D7%90%D7%99%D7%99%D7%A0%D7%A9%D7%98%D7%99%D7%99%D7%9F-%D7%97%D7%A9%D7%95%D7%91/

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן