אייזיק ניוטון, האיש שניסח את החוק המתימטי המתאר את התופעות
הקשורות לכוח הכבידה (גרביטציה), אמר פעם ש"שום אדם נבון לא יכול
להעלות על דעתו שגוף אחד יפעיל כוח על גוף אחר, בלי שמשהו יתווך
ביניהם". ואכן, ניוטון הסתפק (בלית ברירה), בתיאור מתימטי של תופעת
הכבידה. החוק שלו חסר את החלק הפיסיקלי של תופעת הכבידה, אותו חלק
האמור לתאר את דרך פעולתה של הכבידה, או את המנגנון המונח בבסיסו
של חוק הכבידה. חוק הכבידה הניוטוני, קובע, בפשטות, שעוצמתו של כוח
הכבידה משתנה בהתאם למאסתם של הגופים השונים, ולמרחקים שביניהם.
שום גורם נוסף לא מופיע במשוואה הידועה הזאת, הנחשבת לאחת מאבני
היסוד של הפיסיקה המודרנית. האמת היא שדעתו של ניוטון לא הייתה נוחה
מחוק הכבידה שלו, שרמז על קיומו של דבר מה ערטילאי כמו "כוח" הפועל
בין גופים שונים במרחב. כשנדרש לעניין החוק הזה, השיב בנימה מתגוננת,
באימרתו הידועה: "אינני בודה השערות מלבי".
כוח הכבידה הוא אוניברסלי, כלומר, הוא פועל בין כל שני גופים
במרחב. באנציקלופדיה העברית, תחת הערך "גרביטציה", כתוב בין היתר
שהכבידה היא אחת מתופעות היסוד של המציאות הגשמית כולה, והציר שעליו
סובבת המכניקה הארצית והשמימית. לא פחות. כוח הכבידה הוא הכוח
הפיסיקלי הראשון שתואר על-ידי הפיסיקאים במידה מספקת של אמינות.
אחריו באו (לפי הסדר) הכוח האלקטרו-מגנטי, הכוח הגרעיני החזק והכוח
החלש. הכבידה היא החלשה מכל הכוחות הפיסיקליים האחרים. היא
ניכרת רק כאשר היא פועלת בין שני גופים בעלי מאסה גדולה יחסית (למשל,
כדור-הארץ והירח). בעולם החלקיקים התת-גרעיניים, הכבידה היא כוח
זניח, המתבטא רק כאשר המערכת התת-אטומית היא בעלת אנרגיה גבוהה
מאוד.
הכבידה נבדלת מהכוחות הפיסיקליים האחרים גם בכך שהחלקיקים
הנושאים אותה טרם נצפו. כל כוח פיסיקלי נישא על-ידי חלקיקים.
הכוח האלקטרו-מגנטי, למשל, נישא על-ידי פוטונים. כאשר שני גופים
"מתמסרים" ביניהם בפוטונים, פועל ביניהם הכוח האלקטרו-מגנטי. באותה
דרך (עקרונית) נישא הכוח החזק על-ידי שמונה חלקיקים שונים, הקרויים
גלואונים, והכוח החלש נישא על-ידי שלושה חלקיקים אחרים. מסיבות
שונות מאמינים הפיסיקאים שגם כוח הכבידה נישא על-ידי חלקיקים, שכבר
זכו לכינוי "גרביטונים", אלא שבינתיים הכינוי הזה ריק מתוכן, מכיוון
שהחלקיקים נושאי הכוח האלה, טרם נצפו.
כוח הכבידה אינו אחראי רק לנפילת תפוחים, וגם לא רק לתנועתם של
כוכבי-הלכת במסילותיהם. בעיני פיסיקאים לא מעטים, הוא נחשב האחראי
להיווצרות הגלקסיות והשמשות. לפי התיאוריות הקוסמולוגיות הללו,
כאשר התרחש המפץ הגדול, התפזר החומר לכל עבר, במידת פיזור שווה.
היו אלה עננים ענקיים של חלקיקים תת-אטומיים, ואחר כך, של אטומי
מימן. אבל כיום, כידוע, תמונת היקום אינה דומה כלל לערפל אחיד של
חלקיקים זעירים המפוזרים בפיזור אחיד. מה גרם לחלקיקים רבים להתרכז
באיזורים קטנים וצפופים יחסית, תוך שהם מותירים חלקי יקום אחרים
ריקים כמעט לחלוטין?
לפי ההשערה, לאחר שהחומר היה מפוזר ביקום במרקם אחיד, החלו
החלקיקים להתקרב אלה לאלה בהשפעתו של כוח הכבידה. כך החלו ענני
החומר להתכווץ, ונפרדו מעננים אחרים שהתכווצו גם הם. ענני החומר
המתכווצים, יצרו, למעשה, את הגלקסיות. בתוך הגלקסיות המשיך כוח
הכבידה לפעול, וכתוצאה מכך החלו להתכווץ ולהתלכד גופים קטנים יותר,
עד שהקריסה הכבידתית יצרה גופים צפופים וחמים, שבהם החלו להתקיים
התנגשויות אטומים שהגיעו לכדי מיזוג גרעיני מימן (תהליך שמתבטא
בשחרור אנרגיה רבה). כך נוצרו השמשות.
תורת היחסות הכללית של אינשטיין, שהיא תורה יחסותית של כבידה,
מראה בהצלחה רבה את התופעות השונות ביקום שהכבידה היא הכוח העיקרי
הקובע את מבנהו. אבל מצד שני, אי היכולת לגשר בין תורת הקוונטים,
המסבירה את פעולתם של הכוח החזק, הכוח החלש והכוח האלקטרו-מגנטי
(בעולם התת-גרעיני), לבין תורת היחסות הכללית המסבירה את התופעות
השונות ביקום, מוסיפה לחוסר הנוחות שחשים פיסיקאים לא מעטים,
הנדרשים לתופעת הכבידה. מכל אלה, אפשר להבין שחייהם של אותם
פיסיקאים היו נעשים קלים לאין שיעור, אילו כוח הכבידה היה נעלם
מתמונת עולמם, ואם אפשר היה להסביר את כל התופעות המיוחסות לכוח
הזה (שמהן אי-אפשר להתעלם), באיזושהי דרך אחרת, פשוטה יותר.
וכך, זה 200 שנה מנסים פיסיקאים רבים למצוא הסבר חלופי
לעובדה שגופים שונים במרחב מושכים זה את זה בעוצמה שיש יחס
קבוע בינה לבין מאסתם של הגופים הללו ולמרחק ביניהם.
דוגמה למשיכה הפועלת בין גופים, ללא כוח כבידה, אפשר לראות
בתופעה הידועה בכינוי "אפקט קזימיר". כדי להיווכח בקיומה של התופעה
הזאת, מקרבים שני לוחות מתכת זה לזה, עד למרחק של מיקרונים בודדים.
במצב כזה, אפשר לחוש בכוח מסוים המושך את לוחות המתכת זה אל זה.
ההסבר לתופעה הזאת מבוסס על מושג שדה הריק. שדה ריק הוא מושג שנטבע
בתורת היחסות הפרטית, השוללת את אפשרות קיומו של ריק מוחלט. במקומו
היא מציעה את "שדה הריק" שהוא המצב האנרגטי הנמוך ביותר האפשרי של
נפח מסוים. שדה ריק כזה היה קיים לפני היווצרות היקום, והוא ימשיך
להתקיים גם אם וכאשר היקום יגווע. קרינתו של השדה הזה קיימת בכל
מקום ובכל כיוון, גם באיזורים שכביכול שורר בהם ריק (שבהם היא
דומיננטית), וגם באיזורים אחרים, שבהם היא נוספת לשלל הקרינות
האחרות.
אם נחזור לשני לוחות המתכת המעורבים באפקט קזימיר, נראה שהם
מוקפים מכל עבר בקרינות שונות, ובמקרה המינימלי, הם סופגים את קרינת
שדה הריק. כאמור, הקרינה מגיעה אליהם מכל העברים בעוצמה שווה, אבל
בשל קרבתם הרבה של לוחות המתכת זה לזה, נוצר ביניהם איזור שבו
יכולים להתקיים רק גלים בעלי אורך גל מסוים, וכל שאר הגלים, פשוט
אינם קיימים בו. במלים אחרות, עוצמת הקרינה שבין הלוחות פחותה
מהקרינה החיצונית. וכך, הלחץ החיצוני גדול מהלחץ הנגדי שבין הלוחות,
והתוצאה היא, שהם נדחפים זה אל זה בלחצה העודף של הקרינה החיצונית
-תופעה הנראית במבט כללי כאילו שהיא נובעת מכוח משיכה כבידתי.
אבל, ניסיונות שונים להראות את התופעות המיוחסות לכוח הכבידה
כתופעות מורחבות ומוכללות של אפקט קזימיר, לא עלו יפה, מכמה סיבות,
שהעיקרית בהן היא העובדה שכוח המשיכה הזה אכן תלוי במרחק שבין
הגופים שביניהם הוא פועל (אם כי באופן שונה מהתלות במרחק של תופעות
הכבידה), אבל הוא אינו תלוי כלל במאסתם. הכוח הפועל בין לוחות כבדים
יהיה זהה בעוצמתו לכוח הפועל בין לוחות קלים, תופעה שאינה מתאימה
לדרך שבה פועלת הכבידה.
רעיון אחר, שגם הוא מבוסס על שדה הריק, אומר שהגופים השונים
המצויים בשדה הריק מעוותים אותו ובכך הם משפיעים על התנהגותם של
גופים אחרים בשדה. גוף מאסיבי וכבד, ייצור בשדה (שאפשר לדמותו
ליריעת גומי מתוחה), "בור כבידה" שגופים שונים יימשכו אליו. כך נראה
שהכבידה אינה כוח פיסיקלי, אלא מעין אפקט של קרינת שדה הריק. במבט
ראשון, הרעיון הזה מזכיר במשהו את התורה היחסותית של הכבידה מבית
היוצר של אינשטיין, הרואה את תופעת הכבידה כעיקום של המרחב. מצד
שני, אפשר לראות במודל הזה מעין ניסיון לחזור אל רעיונו הישן של
דיקארט, בדבר חומר תווך כלשהו (שהוא קרא לו "אתר"), הממלא את היקום.
זהו אותו חומר שהיה חסר לניוטון כדי להסביר באמצעותו את הדרך שבה
גופים שונים משפיעים זה על זה ממרחק. השדה, הלא ריק לחלוטין, ממלא
כאן את מקומו של חומר התווך. מכל מקום, התופעות המתרחשות במודל הזה,
למרות שהן קשורות למאסתם של הגופים ולמרחקים ביניהם, אינן מתאימות
לתופעות הכבידתיות המציאותיות.
אחד מהניסיונות האחרונים למצוא תחליף מובן יותר לכוח הכבידה,
משלב את שדה הריק עם תופעה המכונה "הצללת קרינה" המתקיימת בקרינת
הרקע של שדה הריק עצמו (או בקרינת רקע של שדה אחר, כלשהו), ההודפת
את כל הגופים המצויים בו, בעוצמה שווה, בכל הכיוונים.
גוף שיימצא לבדו בקרינה כזאת, יספוג קרינה בעוצמה שווה מכל
הכיוונים, ולכן יעמוד במקומו ללא ניע. אבל, אם יניחו במרחק מה ממנו
גוף נוסף, תתרחש תופעה הדומה לאפקט קזימיר: כל אחד מהגופים הללו יצל
על משנהו מפני הקרינה הבאה מכיוונו. כתוצאה מכך, לחץ הקרינה שיפעל
על הגוף בכיוונו של הגוף השכן, יפחת. אלא שבמקרה זה, שלא כמו במקרה
של אפקט קזימיר המקורי, תתרחש התופעה גם בין גופים מרוחקים: הלחץ
העדיף של הקרינה שבאה מכל הכיוונים האחרים, יהדוף את הגופים זה
לעומת זה. בתנאים מסוימים, מתקבלת בדרך זו התנהגות המתאימה לחוק
הכבידה של ניוטון, כלומר, המשיכה שבין הגופים מתאימה למסת הגופים
ולמרחק שביניהם.
כדי שתתקיים ההתאמה הזאת, צריך שדה הריק להיראות שווה
ואיזוטרופי לא רק בכל הכיוונים, אלא גם לצופה נח ולצופה שנע בשדה.
כלומר, הוא צריך להיות מורכב מרצף אחיד ואין-סופי של מהירויות
וצפיפויות. משמעות הדבר היא, שצופה שינוע בשדה הזה, לא יבחין כלל
שהוא נע. אם שדה הריק אכן ניחן בתכונות הללו, ייתכן שהוא, באמת,
מהווה את המקור לכוח הכבידה ולכל התופעות הקשורות בו. כלומר, ייתכן
שבאמת לא קיים כוח כבידה נפרד, והגופים השונים מושכים זה את זה
כתגובה לנוכחותו של השדה הזה.
אז מדוע התפוח נופל מהעץ? מודל הצללת הקרינה אומר שהתפוח
וכדור-הארץ, שניהם, מצויים בשדה הריק. למעשה, שדה הריק מצוי בין כל
חלקיקי התפוח לבין כל חלקיקי כדור-הארץ והוא מקיף אותם מכל עבריהם.
התפוח וכדור-הארץ מצלים זה על זה, וכך הם מפחיתים את לחץ הקרינה
שביניהם, ולכן הקרינה שבאה מכל הכיוונים האחרים, הודפת אותם זה
לעומת זה. לאדם שיושב למרגלות העץ, עשויה השתלשלות האירועים הזאת
להיראות כאילו התפוח שניתק מהענף נופל על האדמה היציבה. אך למעשה,
שני הגופים הללו, התפוח וכדור-הארץ, נעים זה לקראת זה. התפוח אולי
רוצה ליפול, אבל כדור-הארץ לא פחות מעוניין בפגישה הזאת.
.
נכתב בעקבות שיחה עם מוטי מילגרום.
