להירגע מול יופייה של הפיזיקה – הוכח מדעית כי צפייה בחוקי היקום משנה את המצב המנטלי

כיצד פרקטלים משפיעים על התודעה ומדוע אנו מוצאים הנאה בדפוסים הטבעיים?

אם נציץ במחברותיהם של פיזיקאים תיאורטיים גדולים כמו אלברט איינשטיין, נילס בוהר או רוברט אופנהיימר, סביר שנקבל מהקריאה הרבה דברים, אבל, אלא אם אנחנו בעצמנו פיזיקאים, נחת היא לא אחד מהם. הסיבה לכך היא שהדפים הללו עמוסים בנוסחאות מתמטיות המתארות את חוקי היסוד של היקום, מבנה המציאות ותיאוריות לגבי מרחב וזמן. אם לא די בכך שמתמטיקה כשלעצמה היא אתגר לא קטן, נסו לקרוא באמצעותה את תורת היחסות הכללית, את מכניקת הקוונטים או את חלקיקי היסוד של האטום.

הידע הפיזיקלי התיאורטי חיוני בראש ובראשונה למדענים אחרים שמנסים לבנות על הקיים ולהמשיך במשימת חשיפת הידע, ובמקביל למצוא דרכים מעשיות להשתמש בו. ואולם, גם האדם הממוצע יכול למצוא תועלת בידע על הפיזיקה של היקום, אם כי בדרכים שונות. אך עבורו, מדובר באתגר אחר לגמרי. מי שאינו חי את הפיזיקה או את המתמטיקה עלול למצוא את הנוסחאות ואת המושגים חסרי כל פשר. למעשה, סיכוי גבוה שהמפגש עם חומרי הגלם שמנפקים הפיזיקאים לא רק יניב תועלת אפסית עבורנו, אלא אף יבלבל, ובמקרים מסוימים גם ילחיץ אותנו.

את הפער הזה פותרות דמויות כמו ניל דה-גראס טייסון או מיצ'יו קאקו, פיזיקאים מוכשרים ששמו להם למטרה לתווך את הידע הפיזיקלי לקהל הרחב כך שכל אדם יוכל להבין את העולם ולעשות במידע שימוש לתועלתו. הפיזיקאים הללו – שלרוב ניחנו ברהיטות דיבור – מכונים "מדענים פופולריים", ובין שאר פעילותם דואגים להפיץ את הידע בשפה פשוטה ובצורה קליטה. בשנת 2014 נכנס לרשימה הזו פרופסור קרלו רובלי בעקבות פרסום הספר Seven Brief Lessons on Physics שהפך לרב מכר באיטליה ובארה"ב ותורגם ל-41 שפות.

אין סיבה להילחץ

רובלי, שבחוגי המדע מוכר כמי שעמל על אחת המשימות המרכזיות בקרב פיזיקאים – פיתוח תיאוריית גשר בין היחסות לקוונטים – מאמין בכל מאודו שמהידע המופשט הזה יכולה לצמוח תועלת לכל אדם. בריאיון במגזין Science of Us הוא שוטח את תפיסת עולמו ביחס לחשיבות המדע לכלל הציבור ומסביר כי לפני הכול, בפיזיקה קיים יופי עילאי שלכל אדם כדאי להיחשף אליו. כשנשאל האם וכיצד יכול לימוד פיזיקה להיות רלוונטי לחיי האדם, הסביר פרופסור רובלי כי לשיטתו קיימות שלוש רמות לגשת לשאלה.

ברמה השטחית ביותר, התשובה היא לא. "פיזיקאים חוקרים כבידה קוונטית, את גרגירי היקום ואת עומק הזמן. ומה שאנו מוצאים לא ישנה את מה שקורה לך או לי היום או מחר", מסביר רובלי. ברמה השנייה הוא מדבר על תרומת הפיזיקה לפיתוח טכנולוגי: "אפשר לטעון כי החיים המודרניים הם כולם תוצאה של המדע". כלומר, לפיזיקה יש השפעה, אך למי שאינו חוקר אותה בצורה מקצועית אין טעם מיוחד לעסוק בה. "אבל אלו הן שתי התשובות הקלות", ממשיך רובלי. "הגישה המורכבת יותר נוגעת באופן שבו הפיזיקה והמדע משפיעים על הנשמה שלך". זוהי הרמה השלישית שהוא מדבר עליה, ובה הראייה כבר רחבה ומופשטת יותר. רובלי מאמין כי העניין שאדם מגלה בשאלות הבסיסיות ביותר על המציאות, כמו ממה עשוי המרחב או כיצד נוצר חומר, "מסייעות לפתח גישה לחיים". הוא מסביר כי הצמא לידע חדש והעיסוק בו גורמים לאדם לשמור את ראשו פתוח לשינויים, ומונעים ממנו לקפוא על השמרים. לעיסוק בשאלות פיזיקליות, לדבריו, יש ערך פילוסופי קיומי. כלומר, כאשר אנו נחשפים לידע על האופן שבו המציאות שלנו פועלת, אנו יכולים להתאים את האופן שבו אנו פועלים וחיים בתוך מציאות זו, אם לא ברמה הפרקטית, לפחות ברמה התודעתית.

ואולם, הדברים אינם כה פשוטים כפי שהצגנו אותם. גם לאחר התיווך של אנשים מוכשרים כמו פרופסור רובלי, עדיין מדובר בתיאוריות מופשטות ומורכבות לתפיסה. הן מאתגרות את כל מה שחשבנו שאנו מבינים ואפילו את התפיסה החושית הבסיסית שלנו. רובלי מסכים כי שאלות פיזיקליות עשויות להיות מטרידות: "אכן, יש משהו מאוד מבלבל ומטלטל בכמה שאנחנו לא יודעים באמת. אבל אין לנו התחייבות להתמודד עם הכול, בכל יום. במקום זאת, יש לנו את הפריבילגיה לחשוב על כך". במילים אחרות, הוא מאמין כי חוסר ההבנה אינו סיבה להילחץ – להיפך, הוא דוחף אותנו לחשיבה עמוקה ומעשיר אותנו.

כל מה שאנחנו לא מבינים על היקום הוא בעצם הזדמנות, קריאה לחקירה.

נקודת הקסם של דפוסי הטבע

בעוד שרובלי מאמין כי הבנת הפיזיקה לא צריכה להלחיץ, מדענים אחרים גילו יותר מכך – בכוחן של תופעות פיזיקליות מסוימות להרגיע אותנו הלכה למעשה. אחת ההשפעות המרתקות של הפיזיקה על המצב המנטלי התחילה באופן מפתיע דווקא באמנות, וליתר דיוק בציוריו המופשטים של ג'קסון פולוק, האמן שפיתח את טכניקת השפרצת נטיפי הצבע על הקנבס, ובזכותה התפרסם. כפי שמספרת העיתונאית פלורנס וויליאמס במאמר במגזין Aeon, ריצ'רד טיילור – לימים פרופסור לפיזיקה – היה בן עשר כשפגש לראשונה ביצירותיו של פולוק והוקסם עמוקות.

ספק אם באותו רגע שיער בנפשו שיבוא יום והוא עצמו ייקח חלק בניסוי שיסביר באופן מדעי כיצד ומדוע היצירות המופשטות שבו את דמיונו. ואולם, מסלול חייו הוליך אותו אל סגירת המעגל בדרכים פתלתלות. פרופסור טיילור עוסק בחקר פרקטלים – התכונה של דפוסים טבעיים לחזור על עצמם בקנה מידה שונה בתוך אותו מבנה או מערכת. הדוגמה הנפוצה היא עץ: מהגזע יוצאים ענפים, מהם מתפצלים ענפים קטנים יותר, שמהם יוצאים נצרים ובסוף השרשרת צומחים עלים. הדפוס חוזר גם בתוך העלים עצמם, כשעורקי ההובלה מסודרים על פי אותה תבנית. פרופסור טיילור עוסק בחקר הדפוסים הפרקטליים של הולכה חשמלית. כדי למצוא פתרונות להולכה יעילה הוא חוקר דפוסים פרקטליים במגוון מופעיהם בטבע. וויליאמס מסבירה כי הוא "מתאר עצמו כחושב מהסוג שקופץ בין דיסציפלינות כדי לפתור בעיות", ואכן, הוא עובד על תכנון פאנלים סולאריים בהשראת הצמחייה. אך החיבור בין עולמות ידע אינו מסתכם ברמה הפרגמטית. טיילור שואף למצוא קשרים בין הפיזיקה ובין עולמות אחרים ולו מפאת היופי שבכך, מתוך סקרנות טהורה.

למשל, מספרת וויליאמס, "כשהיה בבית הספר לאמנות במנצ'סטר, בנה מטוטלת שהשפריצה צבע כשהרוח נשבה, כיוון שרצה לראות כיצד 'הטבע' מצייר". הציורים של פולוק, אם כן, תמיד היו ברקע, ויום אחד הכול התבהר בהברקה רגעית, כשעבד על פרויקט של ננו-אלקטרוניקה: "ככל שהסתכלתי על דפוסים פרקטליים, כך נזכרתי יותר בציורי ההשפרצה של פולוק, וכשהבטתי בציור שלו, הבחנתי שנתזי הצבע פרושים על פני הקנבס כמו זרימת החשמל במתקן שלנו". כשיצא לברר את ההשערה שלו באמצעות ציוד למדידת זרם חשמלי, גילה כי אכן, הציורים שהקסימו אותו בילדותו טומנים בחובם דפוסים פרקטליים. במאמר המדעי שחשף את הגילוי הוא ציין כי "פולוק צייר את הפרקטלים של הטבע 25 שנה לפני גילוים המדעי". וויליאמס מסבירה כי גילוי הפרקטלים התרחש ב-1975, כאשר נחשפו "חוקים מתמטיים פשוטים שתקפים למערך רחב של דברים שנראו ויזואלית מורכבים או כאוטיים". ככל שחקרו את הנושא גילו מדענים מקומות נוספים בטבע שבנויים בדפוסים פרקטליים – החל מעננים, דרך קווי חוף וגלי האוקיינוס ועד לצבירי גלקסיות. לטבע, כך מסתבר, יש נטייה לחזור על עצמו בגדול כבקטן.

גילוי הפרקטלים בציוריו של פולוק הביאו את טיילור לשער שייתכן כי בהם טמון ההסבר למשיכה האסתטית שהם יוצרים בצופה. מכאן הדרך לניסוי מדעי הייתה קצרה. טיילור מדד את התגובה הפיזיולוגית של אנשים שצפו בתמונות של דפוסים פרקטליים ומצא כי החוויה גורמת לנבדקים להתאושש ממתח. אבל הפרט המסקרן יותר הוא שהייתה משמעות לקנה המידה של הדפוס: טיילור הבחין כי קיים אזור ביניים, בין דפוס גס למעודן, שבו השפעת התופעה נמצאת בשיאה. כמו בסיפור זהבה ושלושת הדובים, העין שלנו נמשכת למקום טוב באמצע – לא לקנה המידה הגדול ביותר ולא לזעיר ביותר.

השלב הבא היה להבין מה בדיוק קורה במוח שלנו בזמן שאנו צופים בפרקטלים בעלי מורכבות ממוצעת. בסיועה של פסיכולוגית עם מומחיות בתפיסה אסתטית, ביצע טיילור סריקה לפעילות החשמלית המוחית של הנבדקים בזמן הצפייה. וויליאמס מציגה את תוצאות הניסוי: "הם גילו כי באותו אזור קסם, האונות הפרונטליות של הנבדקים ייצרו בקלות את גלי האלפא שגורמים להרגשה טובה במוח ומובילים למצב רגיעה בזמן ערות. זה קרה אפילו כשאנשים צפו בתמונות במשך דקה אחת בלבד". לאחר שהבינו את מצב המוח, המשיכו החוקרים בניסוי ובדקו אילו חלקים פעילים בזמן צפייה בפרקטלים באמצעות fMRI.  גם כאן ציפתה להם תגלית מפתיעה. מלבד אזורים האחראים על עיבוד ויזואלי וזיכרון מרחבי, שמעורבותם מובנת, גילו טיילור ועמיתתו כי הצפייה בפרקטלים עוררה גם אזורים הקשורים לוויסות רגשי הפעילים גם בעת האזנה למוזיקה. "ייתכן כי לצפייה באוקיינוס", מסבירה וויליאמס, "יש אותה השפעה רגשית עלינו כמו האזנה לברהאמס".

ייתכן כי האוקיינוס מרגיע אותנו בשל הדפוס הפרקטלי של גליו, מהאדוות ועד לגלי ענק.

חקר היקום הוא מראה לטבע האדם

על פי טיילור, המוח שלנו כנראה מחווט לזהות דפוסים פרקטליים, בין אם בטבע ובין אם מעשה ידי אדם. "ניתחנו את הדפוסים של פולוק באמצעות מחשבים והשווינו אותם ליערות, והם בדיוק אותו הדבר", הוא מסביר. מסקנתה של וויליאמס היא שמעבר לאפקט ההרגעה, הצפייה בפרקטלים בקנה מידה בינוני "שובה אותנו, מדהימה אותנו ומביאה אותנו להתבוננות עצמית".

ועדיין, החשיפות המרתקות הללו לא הניחו את דעתו של טיילור. החידה הבאה בתור לפיצוח הייתה – מדוע? אנחנו מבינים שהמוח מגורה בצורה מסוימת למראה פרקטלים, אבל למה התופעה הזו מתרחשת מלכתחילה? וויליאמס מסבירה כי לפרופסור טיילור יש תיאוריה מעניינת לגבי המנגנון. "נוסף על הריאות, הנימים והנוירונים, קיימת עוד מערכת אנושית שמסועפת בדפוס פרקטלי: מערכת הראייה כפי שהיא מתבטאת בתנועת הרשתית בעין". טיילור גילה ראיות לכך כאשר בדק את דפוס הסריקה של העין בזמן חשיפה לתמונות, הן בעלות דפוס פרקטלי כמו של פולוק והן אחרות. על פי הממצאים שהשיג באמצעות מכשיר למעקב אחר תנועת האישונים, הוא מצא כי "קודם העין סרקה את היסודות הגדולים בסצנה, ואז ביצעה מיקרו מעברים בגרסאות קטנות יותר של הסריקה הגדולה, והיא עשתה זאת בקנה המידה הבינוני". וויליאמס מסבירה כי דפוס הסריקה הזה נצפה גם בקרב אלבטרוסים העפים מעל האוקיינוס בחיפוש אחר מזון. "זו פשוט אסטרטגיית סריקה יעילה", היא מצטטת את הפיזיקאי.

אם לחבר את כל הנקודות – העין שלנו, כמו מערכות נוספות רבות בטבע, פועלת בדפוס פרקטלי. כאשר אנו עדים למחזה כשלהו – יהא זה האוקיינוס או ציור של פולוק – והמוח מזהה התאמה לטווח הפרקטלי של העין, נוצרת תגובה פיזיולוגית שבאה לידי ביטוי ברגיעה. המוח כנראה מבין שהוא מנתח דבר מוכר שקיים גם בו עצמו. "אם הסצנה מסובכת מדי, כמו מחלף עירוני, קשה לנו לתפוס ולעבד את הכול, וזה מוביל לחוסר נוחות, גם אם רק בתת-מודע", וויליאמס משערת. "הגיוני שאזור הראייה במוח ירגיש הכי בבית בחברת המאפיינים הטבעיים הנפוצים ביותר שלצדם התפתחנו". לדעתה, ייתכן כי מקור החיבה שלנו לטבע נובע מעיבוד ויזואלי המותאם לנו אישית. ואם לומר את אותו הדבר מזווית אחרת, ייתכן כי דפוסים פרקטליים הם מכנה משותף המגשר ומחבר אותנו לטבע, ולמעשה ליקום בכלל.

גילויים דוגמת אזור הקסם הפרקטלי הם בדיוק האופן שבו פיזיקה רלוונטית לחיינו. הם ממחישים את תפיסתו של פרופסור רובלי, שלפיזיקה יכולה להיות השפעה עמוקה על הנפש. כיוון שכשאנו חוקרים את חוקיו הבסיסיים של היקום, אנו חוקרים את החוקים הבסיסיים ביותר שלנו. במובן מסוים, ככל שנעמיק אל החלל כך נוכל לחדור עמוק יותר פנימה, לתוכנו.

תמונת כותרת: Stefano Buttafoco / shutterstock

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך:

היקום מדבר אלינו במוזיקה - פיזיקאים מסבירים מהם גלי כבידה ומה חשיבותם

נוירולוג מסביר: כיצד אמנות מופשטת מדליקה ניצוצות במוח ומה היתרונות הקוגניטיביים שלה

למה בעצם אנחנו צריכים פילוסופיה, והאם יש בה תועלת מעשית?

עוד מרדיו מהות החיים:

מה תפקידם של הספרים בחיינו? ואיך הם מחזיקים מעמד בים המילים הוירטואליות מסביבנו?