סיפור על דבר והיפוכו – האם חומר שלילי מביא בהכרח למערכות יחסים שליליות?

 

הכל, אם רוצים, נמצא במקום כלשהו על רצף בין שני קטבים. בין דבר להיפוכו. היהדות מציבה את הסיטרא אחרא (הדרך האחרת) למול האל הטוב, הקדוש-ברוך-הוא. בנצרות ובאיסלאם מתקיים הניגוד בדרג נמוך יותר, דרגת המשיח, נציג האל. כך מול ישו ניצב ה"אנטי-כריסט" ומול המהדי של המוסלמים, "המונחה בידי האל", ניצב דג'אל, הדומה לו בצורתו אך ההפוך ממנו בתכונותיו המוסריות.

באחד מהספרים היותר ידועים בתרבות המערב, ספר שנכתב כביכול לילדים, אך מבוגרים נהנים ממנו יותר, "אליס בארץ המראה" מאת לואיס קרול  (המשך של "אליס בארץ הפלאות"), חודרת הגיבורה, הילדה אליס לעולם שמעבר למראה שבביתה. עולם המראה נראה בדיוק כמו העולם שלנו – אלא שהוא הפוך. שמאל הוא ימין, ימין הוא שמאל, כדי להישאר במקום אחד יש לרוץ מהר מאוד, ועוד היפוכים לוגיים שמאתגרים את הקוראים בני כל הגילים.

 

אמיליו סגרה

 

במיתולוגיה העברית, בספר הזוהר, מסופר על לילית, אשתו הראשונה של אדם הראשון (האדם הראשון שנברא על-ידי האל בתהליך בריאת העולם). לילית הייתה גורמת צרות מקצועית. היא התווכחה עם אדם על התנוחה הראויה ליחסי מין ודרשה שוויון זכויות גם (לא רק) בתחום זה. באחת מהמריבות הקולניות, עזבה הגברת את גן העדן שבו שיכן אותם האל הטוב, בורא העולם, בטריקת דלת. מאז היא נחשבת לצרה צרורה, איום על "הסדר הטבעי" בעולם, סמל לאינטואיציה הנשית, המהות הנשית, החזותית, הרגשית, "הרואה דברים בחלום" (אנימה). בקיצור, טיפוס שלילי, מבשרת רע. לילית מייצגת עוצמה ועצמאות נשית. ועם זאת, היא בודדה, מרתקת, מפתה, מסתורית ובעלת תבונה. לילית, לפי ספר הזוהר היא ה"אחר" המושלם.

בעולם הפיסיקה, קיימת זוגיות היפוכית דומה, בין חומר ל"אנטי-חומר". היא נוצרה במפץ הגדול, כבר ברגע לידתו של היקום שבו אנו חיים – ומאז היא נשברת והולכת בהדרגה. אהבה גדולה מעולם לא שררה בין החומר לאנטי-חומר. למעשה, כל מפגש ביניהם מלווה פיצוץ כה עז, עד שכדי לשרוד, עליהם להקפיד על קיום נפרד. כך, מי שחי חיים רגילים בעולם חומרי, כמעט שאינו יכול לשער שביקום יש גם אנטי-חומר.  עובדת יסוד זו, הגיעה לתודעתו של המין האנושי כרעיון תיאורטי מופשט שעלה בדעתו של הפיסיקאי האנגלי פול דיראק, שניסה, בשנת 1928,  למצוא דרך לאיחוד שיטתי של מכניקת הקוונטים מיסודם של נילס בוהר, ורנר הייזנברג וארווין שרדינגר, עם תורת היחסות של אלברט איינשטיין.

זו הייתה ההצעה הראשונה בתחום זה, (ויש לקוות שלא האחרונה). היא התבססה על ניתוח מתמטי מקורי של האירועים המתרחשים במעטפת האלקטרונים של האטום, והובילה לביטול ההפרדה שהייתה נהוגה עד אז במכניקת הקוונטים, בין ממד הזמן לבין שלושת ממדי המרחב.

במבט ראשון זו נראית אולי הצעה הגיונית, אבל אחת מהתוצאות שנבעו ממנה הייתה הנחת קיומה של "אנרגיה קינטית שלילית". מהי אנרגיה שלילית? התשובה שהוצעה לשאלה זו מזכירה את השיטה הישראלית לניהול התקציב המשפחתי: אם אין לי כסף, ואני רוצה להתנהג כאילו שיש לי, אני יכול לעשות זאת – ובלבד שארשום סימן מינוס קטן ליד המספר המציין את היתרה בחשבון הבנק שלי. שיטה זו (המכונה "אוברדראפט"), מבוססת על כך שמדי פעם, נניח, כשמתקבלת המשכורת, הופכת כמות מסוימת של "אנרגיה שלילית", ל"אנרגיה חיובית". בעולם הפיסיקה יכול תהליך כזה להתרחש כתוצאה מהופעה של זוג חלקיקים מנוגדים ה"מאזנים" זה את זה. למשל, אלקטרון ו"מינוס אלקטרון" (כלומר, אנטי-אלקטרון), או פרוטון ואנטי-פרוטון.

הפרוטון וה"אנטי-פרוטון" הם הזוג המושלם, או אולי הניגוד המושלם. הם שווים כמעט בכל תכונותיהם הפיסיקליות, אלא שמטעניהם החשמליים מנוגדים. כלומר, מכיוון שמטענו החשמלי של הפרוטון הוא חיובי, הרי שמטענו החשמלי של ה"אנטי-פרוטון", חייב להיות שלילי.  במלים אחרות, מדובר בחלקיקים שכל אחד מהם מהווה מעין תמונת ראי חשמלית של משנהו.

המודל הסטנדרטי של מבנה החומר, מחלק את החלקיקים היסודיים לשלוש קבוצות עיקריות: לפטונים, קוורקים ובוזונים. בקבוצת הלפטונים חברים ששה חלקיקים: האלקטרון ושתי הגרסאות המאסיביות יותר שלו, המיואון וחלקיק הטאו, שכל אחד מהם קשור ב"קשר משפחתי" לחלקיק ניטרינו שונה. גם בקבוצת הקוורקים חברים ששה חלקיקים: הקוורקים "גבוה", "נמוך", "חן", "מוזר", "עליון", ו"תחתון". כל חלקיקי החומר הידועים (שאינם לפטונים) מורכבים משילובים שונים של ששת הקוורקים האלה. בין חלקיקי החומר, נעים חלקיקים "נושאי כוח", הקרויים בוזונים. לדוגמה, הפוטון הוא הבוזון הנושא את הכוח האלקטרו-מגנטי; הגלואונים ("דבקנים"), הם הבוזונים הנושאים את הכוח הגרעיני החזק. חלקיקים אחרים נושאים את הכוח החלש, וגרביטונים (שטרם נצפו בניסוי), אמורים לשאת את הכוח הרביעי, הכבידה.

מול התמונה המורכבת הזאת מציג הטבע מראה שבה מתקיימים, שוב, אותם חלקיקים – בהיפוך מטענים חשמליים. עולם והיפוכו. איש אינו יודע כיצד ומדוע נקבעו המטענים החשמליים של החלקיקים בעת היווצרות היקום. ייתכן שאי שם במרחבי היקום, סובבות על ציריהן גלקסיות המורכבות מ"אנטי-חומר", שבהן נוצרו כוכבי "אנטי-חומר", כוכבי-לכת של "אנטי-חומר", ואולי אפילו חיים של "אנטי חומר". כאמור, במקום שבו שולט החומר, אין קיום ל"אויבו", האנטי חומר. כוכב של אנטי חומר לא יוכל להתקיים זמן רב בגלקסיה של חומר, ובאותה מידה, חלקיקי אנטי חומר לא יתקיימו זמן רב בתוך "קופסה", או כלי אחר, העשויים מחלקיקי חומר. כיצד, אם כן, אפשר להיות בטוחים שבעולם אכן קיים אנטי-חומר ושאין המדובר ברעיון תיאורטי-פילוסופי יפה שאין לו אחיזה במציאות?

כמה ניסיונות לייצור והפקת אנטי-חומר נעשו במשך השנים, בהצלחה חלקית, או רגעית, אבל ההתרגשות בעולם המדע גאתה כאשר בשנות ה-50 של המאה ה-20, הושגה ההוכחה המשמעותית הראשונה, כאשר הפיסיקאי היהודי-איטלקי אמיליו סגרה הצליח, יחד עם אוון צ'מברליין ושותפים נוספים למחקר, לגלות ולהפיק אנטי-פרוטונים. תגלית זו זיכתה את סגרה וצ'מברליין בפרס נובל בפיסיקה לשנת 1959.

אמיליו סגרה נולד בטיבולי שבאיטליה בשנת 1905, היא "שנת הפלאות" שבה פירסם אלברט איינשטיין את מאמריו פורצי הדרך על תורת היחסות הפרטית, עקרון השקילות בין מאסה לאנרגיה, ועוד. ילדותו עברה ללא אירועים מיוחדים. בבגרותו החל ללמוד הנדסה אך תוך זמן קצר עבר לפיסיקה, ובשנת 1928 קיבל תואר דוקטור בפיסיקה. את מחקר הדוקטורט עשה בהנחיית הפיסיקאי האיטלקי אנריקו פרמי. הוא שירת זמן קצר בצבא איטליה, השתחרר, חזר לאקדמיה ולאחר שיתופי פעולה עם מספר מדענים באירופה, קיבל משרה אקדמית עצמאית ראשונה באוניברסיטת רומא. באותו זמן הצטרף סגרה לקבוצת מדענים צעירים שפעלה בראשות פרמי, וכונתה בשם הציורי "הבחורים מוויה פניספרנה". שם הקבוצה נגזר משם הרחוב בו שכן המכון לפיסיקה של האוניברסיטה – סן לורנצו אין פניספרנה – על-שם מנזר מהמאה ה-14 הממוקם בו. ב-1936 התמנה סגרה למנהל מעבדת הפיסיקה של אוניברסיטת פלרמו. לאחר שקיבל מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי בארצות-הברית, חומר רדיואקטיבי בשם "מוליבדן", הצליח להראות שחלק מהרדיואקטיביות של חומר זה נובעת מהיסוד טכנציום. בעבודה זו הצליח סגרה, להפיק, לראשונה, יסוד כימי באופן מלאכותי.

בשנת 1938, בעת שהיה בביקור שנועד לביסוס שיתופי פעולה מדעיים בארצות הברית, נחקקו באיטליה חוקים אנטישמיים. המפלגה הפשיסטית האיטלקית, בהנהגת בניטו מוסוליני, שראתה עצמה כתנועה-אחות למפלגה הנציונל-סוציאליסטית הגרמנית שהונהגה בידי אדולף היטלר. בעוד הנציונל-סוציאליסטים הגרמנים (נאצים) חרתו על דגלם את טוהר הגזע הגרמני, שאיפה להשתלטות על "שטחי מחייה" בכל העולם, והשמדה מלאה ומוחלטת של כל היהודים; קבעו הפשיסטים האיטלקיים את מטרתם בשימור טוהר הגזע האיטלקי, ובמסגרת פעולות שנועדו למטרה זו, פרסמו מסמך שנודע בשם "ההצהרה אודות הגזע" שבין היתר קבי הגבלות חמורות על היהודים, על המקומות שבהם מותר או אסור להם לגור בהם, מקצועות שבהם מותר או אסור להם לעסוק, ועוד. הגבלות אלה, שלוו ברוחות מלחמה שנשבו אז באירופה (ואכן, הובילו בתוך זמן לא רב לפריצת מלחמת העולם השנייה), לא הותירו לסגרה ברירה. הוא לא יכול היה לחזור לאיטליה, וקיבל מעמד של פליט בארצות-הברית. הוא נאלץ לעבוד כעוזר מחקר – ירידה משמעותית במעמדו – במעבדה הלאומית לורנס ברקלי בקליפורניה, שם היה שותף בגילוי היסוד הכימי הרדיואקטיבי אסטטין, ומאוחר יותר גם בגילוי הפלוטוניום-239, החומר הרדיואקטיבי שעליו התבססה פצצת הביקוע הגרעינית האמריקאית הראשונה. הוא היה ראש צוות מחקר בפרויקט מנהטן לפיתוח הנשק הגרעיני האמריקאי במהלך מלחמת העולם השנייה. באותן שנים קיבל אזרחות אמריקאית.

אחרי המלחמה חזר כמרצה ומדען לאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, שם עבד, בין היתר, במאיץ החלקיקים שנבנה באוניברסיטה, שנקרא "בווטרון". בסדרת ניסויים שבוצעו בשנת 1955, שיגרו אמיליו סגרה,  אוון צ'מברליין, ועמיתיהם, קרן של פרוטונים לעבר מטרת חומר נייחת. ההתנגשות האנרגטית פירקה את הפרוטונים לרסיסים והפיקה מהם שלל חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה וזמן קיום קצר ביותר, ובין אלה נצפו לראשונה גם אנטי-פרוטונים. תגלית זו, שביססה ואישרה לראשונה בניסוי מתועד היטב את קיומו של "אנטי-חומר", זיכתה את המגלים בפרס נובל בפיסיקה לשנת 1959.

זכייתם של סגרה וצ'מברליין בפרס נובל, העלתה אל פני השטח מאבק בלתי צפוי. הפיסיקאי אורסטה פיצ'יוני טען כי בתקופה שקדמה לביצוע הניסוי שעליו ועל תוצאותיו זכו סגרה וצ'מברליין בפרס נובל, הוא עבד במעבדות מאיץ החלקיקים של ברקלי, ושיתף פעולה עם השניים.  לדבריו, הוא מילא תפקיד מרכזי בפיתוח מתכונת הניסוי שבו נתגלו האנטי-פרוטונים לראשונה, וכי הניסוי בוצע רק לאחר שהוא עצמו עזב את מעבדות מאיץ החלקיקים. על-אף זאת, נאמר בכתב התביעה, נמנעו
מבצעי הניסוי מלרשום את שמו של פיצ'יוני  כאחד ממחברי המאמר שפירסמו על תוצאות הניסוי.

סגרה וצ'מברליין לא התכחשו לחלקו של פיצ'יוני בתכנון הניסוי, אך טענו שבאותם ימים קבעו נוהלי העבודה בברקלי, שרק חוקרים המועסקים באוניברסיטה יכולים להופיע כמחברי דו"חות מחקר המתארים מחקרים שבוצעו במתקני ברקלי, וכאמור, הניסוי בוצע לאחר שפיצ'יוני עזב את ברקלי. נציגי אוניברסיטת קליפורניה אישרו את קיום הנוהל הזה, אך נמנעו מלנמק את סיבת קיומו. בסופו של דבר זוכו סגרה וצ'מברליין במשפט, אבל הכרתם האישית בעוול שנעשה לפיצ'יוני באה לידי ביטוי
בנאומים שנשאו בטקס קבלת פרס נובל, ובאירועים נלווים אחרים, שבהם תיארו בפירוט את חלקו במחקר.

מאז שסגרה וצ'מברליין הפיקו במעבדה אנטי-פרוטונים, ניסו מדענים רבים ליצור במעבדה אטומים שלמים של אנטי חומר. כלומר, כאלה שבגרעינם ממוקמים אנטי-פרוטונים, שסביבם סובבים אנטי-אלקטרונים. ניסיונות אלה נתקלו בקושי בסיסי, שנובע מכך שכאשר חומר פוגש אנטי-חומר, שניהם "מתאיינים". כדי להתגבר על הקושי הזה, רתמו מספר פיסיקאים למשימה את מאיץ החלקיקים של המעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים – CERN. בשלב הראשון הם הפיקו אנטי-פרוטונים בדרך דומה לדרך שהראו סגרה וצ'מברליין. כדי למנוע מהאנטי-פרוטונים להתנגש בדפנות הכלי העשויות חומר רגיל (דבר שעלול לגרום ל"התאיינותם"), הפעילו החוקרים שדות מגנטיים חזקים משני עברי ה"מלכודת", שפעלה בטמפרטורה של חצי מעלה בלבד מעל לטמפרטורת האפס המוחלט. במלכודת זו עלה בידיהם  לקיים אטומי אנטי-חומר במשך 16 דקות.

אבל המעבדה האמיתית לחקר תעלומת היעלמו של האנטי-חומר מהיקום המוכר לנו, הייתה ונותרה החלל הבין גלקטי. כאמור, שם, בהפרדה ראויה מהגופים העשויים חומר רגיל,  יכולים להתקיים – עקרונית – כוכבים העשויים אנטי-חומר, ואפילו גלקסיות שלמות של אנטי-חומר. לפי השערות מסוימות, הקוואזארים שהם גופים שמימיים הפולטים כמויות גדולות ולא מוסברות של קרינה, אינם אלא איזורים שבהם כמויות פחות או יותר שוות של חומר ואנטי-חומר ("אמביפלאסמה"), מצויות בעיצומם של תהליכי חיסול הדדי. לפי השערה אחרת, מטאורים של אנטי-חומר עלולים לפגוע ולהתנגש בגופים העשויים חומר רגיל. ייתכן, למשל, שההתפוצצות הגדולה שהתחוללה בטונגוסקה שבסיביר הצפונית בשנת 1908, נגרמה כתוצאה מהתנגשות של מטאור עשוי אנטי-חומר, בכדור-הארץ. כתוצאה מההתנגשות נעקרו עצים בשטח גדול מאוד ונמדדו הפרעות בשדה המגנטי של כדור-הארץ. על-אף כל אלה, לא נוצר במקום מכתש ולא נמצאו שום רסיסים של חומר מטאורי, ולפיכך עלתה השערה שהמטאור שפגע בטונגוסקה היה עשוי אנטי-חומר, שהתחסל הדדית עם כמות מקבילה של חומר ארצי.

לפי ההנחה המקובלת, בעת בריאת היקום במפץ הגדול, נפוצו לכל עבר כמויות שוות של חומר ואנטי-חומר. ואז, מסיבה לא ידועה, התפתח אי שוויון מספרי קל ביניהם וחלקיקי החומר הפכו לרוב יחסי. לאחר מכן, כל חלקיקי האנטי-חומר התנגשו בחלקיקי חומר, דבר שגרם "חיסול הדדי" המוני, והיעלמות של כל חלקיקי האנטי-חומר, יחד עם כמות שווה של חלקיקי חומר. כך, לאחר שלא נותרו עוד חלקיקי אנטי-חומר, נותרו ביקום חלקיקי החומר ה"עודפים" – שמרכיבים את כל החומר
הקיים כיום ביקום הידוע.

בשנות ה-70 של המאה ה-20, החל סגרה לעסוק, בנוסף לעבודתו המחקרים, גם בהיסטוריה של המדע. הוא כתב ספר ביוגרפי על הפיסיקאי אנריקו פרמי ("אנריקו פרמי – פיסיקאי"); ספר על תגליותיהם של מספר פיסיקאים ממניחי היסודות לפיסיקה המודרנית ("מקרני רנטגן ועד קוורקים"); וספר שלישי, על התפתחות הפיסיקה ("מגופים נופלים ועד גלי רדיו"). אישיותו הרבגונית לא ידעה מנוח, והוא התעניין גם בצילום וליווה בתצלומיו אירועים שונים בדברי ימי הפיסיקה. תצלומים אלה מצויים כיום במכון האמריקאי לפיסיקה.

כתיבת תגובה

כתובת הדוא"ל לא תפורסם.