Azgad.com » פיסיקאים רוקדם, מיתרים מנגנים
Azgad.com

מדע
פיסיקאים רוקדם, מיתרים מנגנים

יבשם עזגד | כתיבת תגובה »   Share on Facebook

.
כמו פוליטיקאים שמקווים לאחד כוחות, עסקני איגודים מקצועיים שקוראים ללכד את השורות, ואנשי
עסקים שחולמים בלילה על מיזוגי חברות, גם הפיסיקאים שואפים להראות שהעולם, ביסודו של דבר,
בנוי מסוג אחד של חלקיקים שביניהם פועל כוח אחד ויחיד. כדי להעיף מבט חטוף בעולם החלומות
הפשוט, הסימטרי, והאסתטי הזה, הם מחפשים, מעל ומתחת לאדמה, דרכים שונות להעמיק מספיק
אל נבכי החומר. וכשהטכנולוגיה מציבה מולם את גבולותיה המרגיזים, הפיסיקאים חוזרים אל
היסודות: נייר, עיפרון, מחשבה. אם אי אפשר להשיג הוכחה "בעין", הם יסתפקו בהוכחה נסיבתית.
אבל גם הוכחות כאלה אינן קלות כל כך להשגה. זהו משחק קשוח, מול יריב (הטבע) שנהנה מיתרון
ביתיות מכריע, אבל פה ושם מצליחים גם כוחותינו לחלץ תובנות מקוריות מעודדות.
.
הבעיה היא שלפעמים קשה למדי להפנים את התובנות האלה. הנה, למשל, בשנת 1985 פשטה במכון
ללימודים מתקדמים בפרינסטון שמועה על "הרצאה מהפכנית" שעומד לשאת הפיסיקאי הצעיר אד
ויטן. כך, כשעלה ויטן לדוכן המרצה, הוא גילה מולו אודיטוריום מלא. בקהל ישבו פיסיקאים בעלי
שמות עולמיים, חלקם חתני פרס נובל. כולם עצרו את נשימתם כשוויטן הצליח – בתעלולי מתמטיקה
מרהיבים – להציג ולהסביר את צדקת טיעוניהם של שני פיסיקאים שלא זכו עד אז לפרסום רב,
מייקל גרין וג'ון שוורץ, באשר לתכונותיה של תורת המיתרים. "ברכת הדרך" של ויטן הצליחה
לחדש את ימיה של התורה הזאת שנחשבה עד אז לכישלון, אבל, כפי שהעיר הפיסיקאי
פרימן דייסון בספרו "אינסופי לכל עבר": "כולם יצאו
מהחדר בעוגמת נפש מסוימת, כשהם שואלים את עצמם מהו, בעצם, 'מיתר-על', והאם יש קשר
בין המושג המעורפל הזה לבין המציאות החומרית של העולם שאנו חיים בו".
.
מצוקה
.
מיתרי-העל נולדו למעשה מתוך מצוקה שעלתה מניסויים שהראו כי בטבע קיימים הרבה מאוד
חלקיקים הדרונים (דוגמת הפרוטון והניטרון). בשביל מי ששואפים לראות עולם של חלקיק
אחד וכוח אחד, זהו מצב בלתי נסבל בעליל. מצב דומה הביא בעבר להנחת קיומם של חלקיקים
יסודיים ומעטים יותר, המרכיבים את הפרוטונים והניטרונים (קווארקים). כך, פחות או יותר,
נולד "המודל הסטנדרטי", התיאוריה המקובלת והמבוססת ביותר עד כה על מבנה החומר,
המחלקת את חלקיקי החומר לכמה "משפחות" והמתארת ארבעה כוחות: הכבידה, כוח
הצבע, הכוח האלקטרו-מגנטי והכוח החלש (השניים האחרונים נובעים, למעשה, מכוח קדום ובסיסי
יותר הקרוי "הכוח האלקטרו-חלש").
.
ההצלחות בניסוחו של המודל הסטנדרטי הגבירו את תיאבונם הבלתי ניתן להשבעה של הפיסיקאים,
שהחלו להאמין כי המציאות החומרית המוכרת לנו, אינה אלא סימטריה שבורה ששורשיה נעוצים
במצב יסודי סימטרי יותר, שבו היקום נראה
זהה מכל נקודת מבט שממנה מביטים בו, כך שלמעשה אין שוני גדול כך כך בין החלקיקים
השונים וגם לא בין הכוחות הפועלים עליהם. כמו שאומר יהודי דתי בתפילת מנחה של שבת:
אתה אחד ושמך אחד.כלומר, כל השוני החומרי ביקום, כל החלקיקים שאנו מכירים היום, הם,
למעשה,מופעים ותוצרים של "מרכיב קדום" אחד; וכל הכוחות הפועלים בטבע, אינם אלא
היבטים שונים של כוח קדמון אחד ויחיד, שמנקודות מבט שונות יכול להיראות כמו כוח הכבידה,
או הכוח החלש, או הכוח האלקטרו-חלש. ממש כמו הפיל,שקבוצת עוורים מנסה לתאר אותו
על סמך מישוש איבריו השונים.
.
"המרכיב הקדום" הזה, הקרוי "מיתר", שונה מכל החלקיקים שהכרנו עד כה בכמה מובנים. ראשית,
הוא קטן יותר. פרימן דייסון אומר שמיתר קטן מאטום באותו יחס שבו אטום בודד קטן ממערכת השמש.
שנית, כל החלקיקים ה"רגילים" הם (מנקודת מבטם של הפיסיקאים), "נקודתיים" במובן הגיאומטרי
של המלה. כלומר, הם חסרי ממדים. אין להם אורך, לא רוחב ולא עומק האופי החומרי של החלקיקים
האלה נובע מתהליכי "הלבשה" שבהם נעטפים החלקיקים בשדות שונים ונצמדים לחלקיקים אחרים .
לעומת זאת, המיתר, לפי תיאורי מציעיו, הוא בעל מבנה אופייני וממד אחד (אורך). הוא מסוגל להתקיים
רק במערכות בעלות אנרגיה רבה מאוד, כמו זו שהתקיימה בשברירי השנייה הראשונים לאחר המפץ
הגדול, ומכיוון שאין להניח שנצליח לשחזר את תנאי המערכת הזאת על פניו של כדור-הארץ, נראה
שבעתיד הנראה לעין יקשה עלינו מאוד להוכיח את קיומם של המיתרים.
.
לפי התפיסה הזאת, כל חלקיקי החומר המרכיבים את היקום, נוצרים כתוצאה מרטיטת המיתרים
בתהודה הנמוכה ביותר שלהם, כשהם נעים, מתלכדים, נפרדים ורוחשים במרחב-זמן. במלים אחרות:
המציאות החומרית היא ה"מוסיקה" שמנגנים המיתרים. המיתר יכול להיות סגור (טבעתי) או פתוח
(ישר או מפותל), וכשהוא נע במרחב-זמן, הוא "פורש" בו יריעה ומטיל עליו אילוצים שונים. הכל טוב
ויפה, אלא שהניסיונות להסביר את ריבויים של החלקיקים ההדרונים באמצעות תורת המיתרים לא
צלחו, והיא נזנחה. אמנם, תכונה אחת של התיאוריה הזאת נראתה מושכת במיוחד: במערכות של
אנרגיות נמוכות יחסית, המיתרים מתאפיינים בתכונות שעד לאותו זמן נחשבו ל"נחלתו" של חלקיק
אחד בלבד, האמור לשאת את כוח הכבידה: הגרוויטון (שטרם נצפה ישירות); אבל כנגד זאת נראה
היה שהיא לוקה ב"מחלה סופנית" שאינה מאפשרת לה להתקיים לאורך זמן בעולמנו. בנקודה הזאת
באו שוורץ וגרין והראו שעל אף הכל, יש לתיאוריה הזאת "זכות קיום בעולמנו". ויטן, כאמור, העניק
לממצאים האלה את "האישור הרשמי", וכך, תורת המיתרים שנכשלה בניסיון להסביר את ריבויים
ואת תכונותיהם של החלקיקים ההדרונים, "דילגה לליגה גבוהה יותר", והציעה תיאור משכנע למדי
של הכוח החמקמק בטבע, הכבידה, בהתאמה לתורת היחסות הכללית של איינשטיין אבן מאסו
הבונים הייתה לראש פינה.
.
על התובנה המלהיבה הזאת העיבו שתי עננות. האחת היא תיאוריית סימטריית-העל, שלפיה מיתרים
יכולים להתקיים ולנוע רק בעולם שקיימים בו חלקיקים רבים מאוד שטרם התגלו, והשנייה נובעת
מתחשיבים שלפיהם תורת המיתרים יכולה להתקיים ולתאר נכונה את המציאות רק ביקום שיש בו
26 ממדים. בהמשך התברר שאם משלבים את המיתר בסימטריית-העל (מה שמוליד את הכינוי
"מיתר-על"), מספר הממדים יורד מ- 26 ל- 10.
.
עולם נמלה
.
כיצד יכולה תיאוריה המדברת על יקום בעל עשרה ממדים לתאר את מציאות חיינו הארבע
ממדית? האם ייתכן שבמציאות יש יותר ממדים מכפי שנראה לנו? הפיסיקאים החוקרים את
תורת המיתרים מראים בחישוביהם כי מצב כזה הוא בהחלט בגדר האפשר, אם רק מוכנים
להניח שלצד ארבעת הממדים המוכרים (שלצורך הפשטה אפשר לראות כל אחד מהם
כקו), מקופלים" ששה ממדים אחרים. לפי התחשיבים האלה, אם קוטר ה"קיפול" של הממדים
הנוספים האלה קטן מאוד, קיומם לא יסתור את תמונת המציאות החומרית כפי שהיא נראית
לנו. כדי להבין מהם "ממדים מקופלים", אפשר לחשוב על נמלה שנמצאת על צינור שקוטרו,
נאמר, חצי מטר אם היא תלך לאורך הצינור, היא תבחין בממד אחד של עולמה: אורך. אם
היא תלך מסביב לקוטרו, היא תחזור למקום שממנו יצאה למסעה ותבחין בממד נוסף, שונה.
אבל, אם קוטרו של הצינור יהיה קטן מאוד, הרבה יותר קטן מגודלה של הנמלה עצמה, היא
לא תוכל ללכת עליו, ולא תבחין בו. הפיסיקאים החוקרים את תורת המיתרים מציעים תמונת
מציאות שקיימים בה ששה ממדים "מקופלים" ו"מכווצים" עד כדי כך שאיננו יכולים להבחין
בהם. במלים אחרות, אם התיאוריה הזאת נכונה, הרי שבמובנים מסוימים, צר עולמנו כעולם
נמלה.
.
מעודדים מהתחשיבים האלה, החלו הפיסיקאים לנסות להראות כיצד תמונת מציאות המתאימה
ל"מודל הסטנדרטי", כלומר, לעולם שבו אנו חיים, יכולה להיווצר ולהתקיים במסגרתה (או,
ליתר דיוק, בשוליה), של תורת מיתרים. התוצאה הבלתי נמנעת של הפעילות הזאת הייתה
הופעתן של תורת מיתרים רבות, דבר שיצר אצל הפיסיקאים תחושה של התרחקות מהמטרה
(יקום אחד, חלקיק אחד, כוח אחד, ותיאוריה אחת המתארת את כל אלה). באחד מהניסיונות
להראות כיצד "דברים" מציאותיים, או קרובים למציאותיים, יכולים להתקיים במסגרתה של תורת
מיתרים, הראו הפיסיקאי האיראני קומרון ואפה והפיסיקאי היהודי אנדי סטרומינג'ר (שניהם
מהרווארד), כיצד תורת מיתרים מסוימת עשויה לאפשר את קיומם של חורים שחורים מיוחדים
(שלא קיימים ביקום שבו אנו חיים). טיעון דחוק למדי.
.
אל המצב הזה נכנס בשנת 1992 חואן מאלדסנה, שנולד בשנת 1968 בבואנוס איירס, ארגנטינה.
אביו היה מהנדס, ובילדותו סבר שגם הוא יהיה מהנדס לכשיגדל. "לא ידעתי אז שום דבר על
פיסיקה", הוא משחזר. בשנת 1992, לאחר שקיבל תואר ראשון ושני בארגנטינה, נחת הכוכב
הצעיר באוניברסיטת פרינסטון. ומאז, כמו שאומרים, תיאוריית מיתרי-העל שוב לא תהיה כשהייתה.
כבר בעבודת הדוקטורט שלו, בהנחייתו של קורט קאלאן, הצליח מאלדסנה לצאת מהיקום
הבלתי מוכר של ואפה וסטרומינג'ר, ולהראות כיצד תורת מיתרים עשויה לאפשר את קיומם של
חורים שחורים "אמיתיים". במלים אחרות, הוא הצליח לחזור ולהציב את רגליה של הפיסיקה
התיאורטית על קרקע המציאות.
.
קריאות התפעלות
.
בשנת 1996 קיבל מאלדסנה תואר דוקטור בפרינסטון. "הוא הדוקטורנט הטוב ביותר במחזור שלו
וגם בכל המחזורים שלפניו", קבע קורט קאלאן בטופס ההערכה שהתבקש למלא. זמן קצר לאחר
מכן, בהיותו בן 30 בלבד, התקבל "הדוקטורנט הטוב ביותר של אוניברסיטת פרינסטון לדורותיה",
כפרופסור באוניברסיטת הרוורד מאז הצליח להביא את תורת המיתרים לגבהים שחילצו מעמיתיו
קריאות התפעלות. עיקר תהילתו באה לו כשהראה – בחישוב מפורט – כיצד תורת מיתרים, יכולה
להכיל תופעות המתחוללות ביקום שבו אנו חיים. כהמשך טבעי לעבודת הדוקטורט שלו, בחר
מאלדסנה בתופעה הקרויה "הולוגרפיה", הבאה לידי ביטוי בקרבת חורים שחורים. תופעה זו,
שתוארה לראשונה בידי פרופ' יעקב בקנשטיין מהאוניברסיטה העברית, מתבטאת בדחיסת
מידע תלת-ממדי (נפח) למשטח דו-ממדי.

למעשה, מאלדסנה הגדיל לעשות והראה שתי דרכים שבהן התופעה ה"אמיתית" הזאת יכולה
להתקיים במסגרתה של תורת מיתרים. האפשרות הראשונה מתבססת על יקום מיוחד הכולל
עשרה ממדים,
שמהם חמישה ממדים "מקופלים" כך שאיננו יכולים להבחין בהם, וחמישה ממדים "גדולים"
(דוגמת שלושת ממדי המרחב וממד הזמן הידועים לנו). במלים אחרות, בסביבתנו הקרובה עשוי
להתקיים ממד "גדול" נוסף, המצפה שנגלה אותו. האפשרות השנייה מדהימה עוד יותר. היא
מתארת יקום בעל ארבעה ממדים שמתקיימות בו גם כבידה וגם תורה הדומה מאוד לתורת
כוח הצבע שבאמצעותה הצליחו הפיסיקאים בעולמנו להסביר את ריבויים של החלקיקים
ההדרונים ולנסח את תיאוריית המודל הסטנדרטי. כך נסגר למעשה מעגל עלילתי המזכיר
את סיפורו של רמבו החוזר לשדות הקרב של ויטנאם כדי לסגור כמה עניינים שהושארו פתוחים.
הנמשל: תורת המיתרים שבתחילת דרכה לא הצליחה להסביר את ריבויים של החלקיקים
ההדרונים בעולמנו, ועקב כשלונה זה הושלכה מבעד לחלון, חזרה, הודות למאלדסנה אל
מרכז הזירה המדעית והראתה כי בסופו של דבר, היא הבסיס לפתרון שנמצא לבעיית ריבוי
ההדרונים בעבר (תורת כוח הצבע), אלא שאז לא השכלנו לגלות את הקשר הזה.
.
שיר תהילה
.
עבודה זו זיכתה את מאלדסנה הצעיר בפרסים ובמענקים בין-לאומיים רבים. פיסיקאים
בכינוסים מדעיים כבר חיברו לכבודו שיר תהילה על פי לחן של פזמון פופולרי (הלהיט
הברזילאי "מאקרנה"), ולאחר מכן התחרו ביניהם בביצועים מוסיקליים-מילוליים מעל דוכן
המרצה. את מלות הלהיט המדעי הזה כתב פרופ' ג'פרי הארווי מאוניברסיטת שיקאגו.
פרופ' אליעזר רבינוביץ מהאוניברסיטה העברית, שקבוצת המחקר שלה תרמה כמה
תובנות באשר לתכונות ה"עמימות" של תורות המיתרים, מספר כי פיסיקאים שהשתתפו
בכינוס מדעי בסנטה ברברה שרו בדבקות את מלותיו של הארווי, כשאת הפזמון
"אההה מאקרנה", הם מחליפים ב"אההה מאלדסנה", בעוד רגליהם בוטשות ברצפת אולם
הכינוסים במה שנראה דומה למדי לריקוד. מכל אלה נראה שהעולם המדעי זכה בכוכב
חדש, שלשם שינוי הוא אפילו צעיר, בריא, ויחסית, אפילו די עשיר.
.
אבל האם כל מה שאנחנו רואים הוא באמת לא יותר מה"מוסיקה" של המיתרים? האם אנו
מתקרבים לקרקעית החבית של סודות הטבע? האם נצליח אי פעם להבין, באמת, ממה
הכל עשוי? מאלדסנה עצמו, גבר מופנם, שקט, מקפיד על גינוני צניעות אם כי ניכר שהוא
מכיר בערך עצמו: "כדי לענות על השאלות האלה יידרשו לפחות עשרים, ואולי אפילו
שלושים שנים", הוא אומר. "יש לנו רמזים טובים למדי שאנחנו על המסלול הנכון. אבל
אולי לא".
.




כתיבת תגובה משלך לקטע