האם למעשה אין לנו כלל מושג איך פועל היקום? ממצאים חדשים אינם מתיישבים עם חוקי הפיזיקה

חלקיקים ממקור לא ידוע שחורכים את שמי אנטרקטיקה, חומר מסוג חדש שמתנהג בניגוד לחוקי ניוטון ותוצאות ניסויים שמאיימות להפוך את ספר החוקים של הפיזיקה על פניו – אלו רק חלק מן הממצאים האחרונים שמוכיחים לנו שוב שיש שאלות לגבי היקום שייתכן שלעולם לא נוכל לענות עליהן. האם זה אומר שאנו צריכים להפסיק לחפש?

ירדן להבי | 21 יוני, 2021

"אסטרונומים מצהירים שאין צורך במחקר נוסף", מכריזה הכותרת הראשית של מאמר שהתפרסם במגזין Cosmos. כותרת המשנה מפרטת כי "אסטרונומים מרחבי העולם חושפים שלמדנו את כל מה שיש לדעת לגבי היקום". במבט ראשון, כותרת כזאת עשויה להיראות תמוהה ואף כמעט עומדת בסתירה לעקרונות החקר המדעי המוכרים לנו. ואכן, בחינה שנייה ומדוקדקת של הכתבה מגלה לנו את התאריך שבו היא עלתה לאוויר: 1 באפריל.

למעשה, הצהרה כזו מפי מדענים לא יכולה להיות רחוקה יותר מן האמת. "כל מה שאני יודע הוא שאיני יודע", גורס ציטוט המיוחס לסוקרטס, ומגלם בתמציתיות את הרוח שעומדת מאחורי הגישה המדעית. בפתיח הסדרה Cosmos: A Spacetime Odyssey מפרט האסטרופיזיקאי ניל דגראס טייסון את עקרונותיה כפי שהוא תופס אותם: "בחנו רעיונות על-ידי ניסוי ותצפית, התבססו על הרעיונות שעוברים את המבחנים הללו ודחו את אלו שנכשלים בהם, לכו בעקבות הראיות – לא משנה לאן יובילו אתכם – והטילו ספק בכל דבר. קבלו את התנאים האלו, והיקום יהיה שלכם".

הממצאים שהוכיחו את עצמם בכל פעם מחדש ושרדו את מבחן הזמן לוקטו אט-אט במשך דורות וגיבשו אסופות חוקים שעליהם המדע מתבסס בניסיונו להסביר את דרך פעולתו של העולם. 'שלושת חוקי התנועה', למשל, שפרסם אייזק ניוטון בספרו עקרונות מתמטיים של פילוסופיית הטבע (1687) עומדים בבסיסה של הפיזיקה כולה ומשמשים את כולנו עד היום בהבנתנו את המציאות היומיומית. חוקים אלו יעילים עד כדי כך, שכאשר נצפו במאה ה-20 חלקיקים ברמה התת-אטומית שהתנהגו בצורה שונה מן המוכר, המכניקה של ניוטון לא נדחתה לגמרי, אלא שמה עודכן ל"פיזיקה קלאסית". יותר מכך, היא ממשיכה למשול בעולמנו ברמה האטומית, לצד המכניקה החדשה שנצפתה ברמה התת-אטומית, שזכתה לכינוי "פיזיקה קוואנטית".

"באופן מדהים, במקום להאיץ כאשר מופעל עליו כוח בכיוון מסוים – הוא נשאר במהירות קבועה, ובכך מפר את חוק התנועה השני של ניוטון. נכון להיום, מה שאנו יודעים הוא מעט מאוד ממה שיש לדעת".

דוגמה נוספת ל'ספר חוקים' קנוני הוא המודל הסטנדרטי שפותח בשנות ה-70 של המאה ה-20 ומהווה מסגרת המאגדת את כל הידע שנצבר על אודות החלקיקים שמרכיבים את היקום והכוחות ששולטים בהם. על-פי אתר מכון מחקר החלקיקים CERN, המודל – שמסתמך על תיאוריות ותגליות של אלפי פיזיקאים מאז שנות ה-30 של המאה ה-20 – הסביר בהצלחה כמעט כל תוצאה ניסיונית וניבא בדייקנות מגוון רחב של תופעות. עם הזמן ובאמצעות מבדקים רבים, התבסס המודל הסטנדרטי כתיאוריה פיזיקלית מוכחת ומקובלת.

עם זאת, ההיסטוריה מלאה ב'עובדות' לגבי המציאות שנחשבו בעבר לאמת מוצקה והופרכו בהמשך הדרך, כמו למשל המודלים שלפיהם הארץ שטוחה או שכדור הארץ הוא מרכז היקום ושאר הכוכבים סובבים סביבו. האם גם החוקים הפיזיקליים שלתפיסתנו היום שולטים ביקום עלולים להתברר בהמשך כשגויים? ומה זה אומר לגבי המשך החקר המדעי?

החוקים חקוקים בסלע – אך הסלע מתפורר

קחו לדוגמה כמה ממצאים עכשוויים שגורמים למדענים לגרד את ראשם בפליאה, ולשקול בשנית את מה שהם חושבים שהם יודעים על אודות העולם.

על-פי מאמר שפרסמה אוניברסיטת לסצ'סטר במגזין SciTechDaily, מדענים זיהו לאחרונה חומר אקטיבי ומסקרן מסוג חדש, והעניקו לו את השם "סווירלון". מה שמבלבל את המדענים במיוחד הוא שנראה שהסווירלון אינו מציית לחוקי התנועה של ניוטון – חוקים שנלמדים ברבות ממדינות העולם בבתי הספר התיכוניים ואף מוקדם יותר. באופן מדהים, במקום להאיץ, כאשר מופעל עליו כוח בכיוון מסוים – הוא נשאר במהירות קבועה, ובכך מפר את חוק התנועה השני של ניוטון. "נכון להיום, מה שאנו יודעים הוא מעט מאוד ממה שיש לדעת", מספר למגזין פרופסור איבן טיוקין, מנהל המחקר במתמטיקה יישומית באוניברסיטת לסצ'סטר. "תופעת הסווירלון היא רק קצה הקרחון של ידע חבוי. הוא מותיר אותנו עם השאלה הנצחית: 'מה עוד אנו לא יודעים'"?

בדומה, גם מעמדו של המודל הסטנדרטי מתחיל להיות מוטל בספק. ידיעה שהתפרסמה באתר Live Science למשל, מדווחת על חלקיקים משונים שהתגלו באנטרקטיקה. מאז 2016, כבר 3 פעמים זוהו פרצים של חלקיקי ניוטרונים בעלי אנרגיה גבוהה במיוחד באמצעות שני גלאים שונים: האחד שממוקם בעומק שכבת הקרח, והשני שמרחף על גבי בלון בשמי היבשת הקפואה. המסקנה: חלקיקים אלו עברו דרך שכבת כדור הארץ ופרצו השמיימה. הבעיה: הממצא הזה אינו מתיישב עם המודל הסטנדרטי.

"כל גוף שפועל עליו כוח חיצוני משנה את מהירותו ביחס ישר לכוח וביחס הפוך למסתו". סווירלון תכיר: החוק השני של ניוטון.

תמונה: Peshkova on Shutterstock

"הסיכויים של נויטרונים בעלי אנרגיה גבוהה במיוחד לחדור ולעבור את שכבות הארץ הם אפסיים", מפרט המאמר. "לכן הממצאים כה מפתיעים". בנוסף, כל הניסיונות להסביר את מקור החלקיקים על-פי המודל הסטנדרטי עלו בתוהו. "המסר שאנו רוצים להעביר לציבור", מספרת הפיזיקאית אנסטסיה ברבאנו בהמשך הידיעה, "הוא שההסבר האסטרופיזיקלי של המודל הסטנדרטי לא עובד, לא משנה איך מסובבים אותו".

אותו מודל סטנדרטי גם נכשל להסביר ממצאים חדשים לגבי התנהגותם של חלקיקים הנקראים מיואונים. "אם התוצאות יאושרו", כותב סת' רובינזון ל-Phys.org, "זו תהיה התגלית הגדולה ביותר בתחום החלקיקים התת-אטומיים מאז גילויו של 'חלקיק האלוהים' בוזון-היגס". במחקר ארוך טווח אחד התגלה כי השדה המגנטי שלהם שונה ממה שחזה המודל, ובשני התברר כי בניגוד למה שהמודל מנבא, מיואונים מופיעים ביחס נמוך הרבה יותר מהצפוי בתהליך ההתפרקות של חלקיקים המכונים קווארקים.

ייתכן שלרובנו הממצאים האלו לא נשמעים מלהיבים במיוחד, אך לדברי הפיזיקאי התיאורטי דייוויד קפלן שצוטט בהמשך המאמר, אם התוצאות ימשיכו לעמוד לאורך זמן הן יהפכו על ראשם "כל חישוב אחר שנעשה" בעולם פיזיקת החלקיקים.

האם יוהרה היא לשאול, או להפסיק לשאול?

אז האם הגיע הזמן לזרוק את ספרי החוקים המדעיים מהחלון ולכתוב כמה חדשים? ומה מבטיח לנו שהעקרונות החדשים שנעגן לא יופרכו גם הם בהמשך הדרך? ואולי בכלל אם ההיסטוריה מוכיחה לנו כל פעם מחדש שהאמיתות שאנחנו מחזיקים בהן מתבררות בסוף כלא נכונות, אז אין טעם להמשיך ולחקור – מפני שנראה שלעולם לא נוכל להגיע לתשובות?

את הסוגיה המעניינת הזו העלה רוברט קרולוויץ', מעיתונאי המדע המשפיעים בני זמננו, בדיון במגזין הדיגיטלי של NPR. במאמרו הוא מציג את ספריהם בעלי הגישות המנוגדות, ויש שיגידו מייצגות, של כתב המדע המנוח מרטין גארדנר והמרצה לפילוסופיה פטרישה צ'רצלנד.

גארנדר מעיד על עצמו שהוא משתייך לזרם המכונה "מסתוראים" (Mysterians). בספרו הוא כותב כי אלו מאמינים שישנם דברי שהם כה מורכבים במהותם עד שלנצח יישארו נשגבים מבינתנו. "אנו מאמינים כי זהו שיאו של ההיבריס [חטא היוהרה]", מצטט קרולוויץ' את גארדנר, "להניח שדברים כאלה יהיו אי פעם מובנים במלואם". לפי גישתו מרחיקת הלכת, מכיוון שעל חלק מהתעלומות המדע לא יהיה מסוגל אי-פעם לענות, ייתכן שעליו להפסיק לחקור אותן. "שאלות אלו מתעלות כל-כך מעבר ליכולות האנושיות שלנו, עד שלהטריד את עמנו בהן נראה מגוחך כמו להתעקש לגרום לכלב להבין את תורת היחסות", הוא כותב.

"מכיוון שעל חלק מהתעלומות המדע לא יהיה מסוגל אי-פעם לענות, ייתכן שעליו להפסיק לחקור אותן. שאלות אלו מתעלות כל-כך מעבר ליכולות האנושיות שלנו, שלהטריד את עצמינו בהן נראה מגוחך כמו להתעקש לגרום לכלב להבין את תורת היחסות"

לעומתו, צ'רצלנד מחזיקה בדעה הפוכה. לגישתה, העובדה שאנחנו לא יודעים את התשובה לשאלה כלשהי לא מצביעה על כך שהיא תישאר מסתורית לנצח, ודווקא טענה כזאת היא שנחשבת בעיניה ליהירה. "יש משהו מתנשא במחשבה שסוברת ש'אם אני [בן האנוש], עם המוח האדיר המופלא שלי, לא יכול לדמיין את הפתרון שיסביר תופעה מסוימת, אז בהכרח התופעה לא יכולה להיות בעלת הסבר", היא כותבת. "מה שאני לא יכול לדמיין הוא עובדה פסיכולוגית המעידה עליי בלבד. זוהי לא עובדה מטאפיזית עמוקה המעידה על טבעו של היקום".

על כן, לדעתה של צ'רצ'לנד עלינו להמשיך ולחקור את הלא-נודע. במשך דורות היו בעיות שמוסדות שונים הכריזו שפתרונן נמצא מעבר לבינתנו, ולכן אל לנו לחקור אותן. אך מי שהתעקש, מצא פעמים רבות את התשובה. על כן זה בלתי נמנע, לטענתה, שלבסוף נסיר את מעטה המסתורין מכל התופעות שלא מובנות לנו עדיין. "לוותר מראש על החיפוש […] משמעותו להתחבא מן האמת".

אז איך ניתן ליישב בין שתי הגישות המנוגדות? קרולוויץ' מציע פשרה מעניינת: סביר שאכן יש שאלות שלעולם לא נוכל לענות עליהם באופן מלא, אך עלינו להמשיך לשאול. "בשבילי, זהו היופי שבמדע", הוא מסכם. "לדעת שלעולם לא תדע את כל מה שישנו לדעת, אך לעולם לא לרצות להפסיק לנסות ולגלות. שכאשר אתה לומד משהו חדש, אתה מרגיש לרגע חכם להפליא, ואז שוב טיפש לגמרי כששאלות חדשות צצות ועולות […] זה משחק שלעולם לא מסתיים […] גירוי שלנצח רוצים לגרד". לעיתים, כך נראה, עצם השאלה חשובה יותר מן התשובה.