פיסיקאים החוקרים את ההיסטוריה של היקום, מסוגלים היום
לחשב את הטמפרטורות, הלחצים והתנאים השונים ששררו בשניות הראשונות
לקיומו של היקום, לאחר התחוללותו של המפץ הגדול. כידוע, תיאוריית
המפץ הגדול אומרת כי לפני 10 – 20 מיליארד שנים, היה היקום כולו
מרוכז ב"נקודה" אחת זעירה, שבה שררו תנאי חום ולחץ אדירים. זוהי
נקודת הסינוגולריות (יחודיות) שבה, קרוב לוודאי, לא היה תוקף לחוקי
הטבע הבסיסיים המוכרים לנו והמושלים בתופעות הפיסיקליות השונות
המתרחשות ביקום "שלנו". מתוך אותה נקודה ייחודית, התפוצץ המפץ הגדול
והחומר והאנרגיה נזרקו לכל עבר והתפשטו במהירות מסחררת, כשהם יוצרים
את החלל והזמן. מאוחר יותר נוצרו ביקום הגלקסיות, וזמן רב לאחר מכן,
נוצרו בתוך הגלקסיות מערכות השמש וכוכבי-הלכת.
על אף יכולתנו לחשב את התנאים ששררו בשברירי השנייה הראשונים
לאחר פרוץ המפץ, קשה מאוד (ויש אומרים שאי-אפשר), לדעת מדוע התפוצץ
המפץ הגדול, ומה היה לפניו. תשובה אחת לשאלה זו אומרת כי בראשית היה
תוהו ובוהו ורוח אלוהים ריחפה, עד שאלוהים אמר "ויהי אור", ואז
התחיל הכל. תשובה אפשרית אחרת, מקורה בהצעה שהעלה הפיסיקאי האמריקאי
אדוארד טריון. תשובה זו אומרת בקיצור ש"היקום נוצר באופן ספונטני
משום-דבר". טענתו המפתיעה של טריון (שבמבט ראשון נראה כי היא
מהווה הפרה בוטה של חוק שימור האנרגיה), אפשר להעלות כמה שאלות ולהציע מספר תשובות.
.
מה היה לפני המפץ הגדול?
.
אין לנו תשובה לשאלה זו, אבל אם ברצוננו לדון בכך באופן מדעי,
עלינו להניח שהיה שם' משהו 'שבו מתקיימים חוקי טבע מוגדרים. את
ה'משהו 'הזה נוכל לכנות, לצורך השיחה, בשם מטא-יקום או יקום-על.
ובכן, לפי ההצעה של טריון, לפני המפץ הגדול, יקום-העל היה ריק, אלא
שלפי תורת השדות הקוואנטית, לא יכול להתקיים מצב של ריק (ואקום)
מוחלט. המצב הקרוב ביותר לריק מוחלט, נקרא בתורת הקוואנטים' מצב
יסוד', או' שדה ריק'. במצב הזה מתרחשות תנודות מסוימות, מעין
גלים, או קרינה, שבדרך כלל קשה להבחין בהשפעתם על מכשירי מדידה,
אבל באמצעים ובתחשיבים שונים, אפשר להוכיח את קיומם של השדות
האלה באופן ישיר.
במצב היסוד השורר ב'יקום-העל', יכולים להופיע, יש מאין,
חלקיקים שונים ואפילו עצמים שונים המהווים, בעצם, צביר חלקיקים.
כך, בריק הכמעט מוחלט השורר ביקום-העל, יכול להופיע יקום, כמו היקום
שלנו, שלא יהיה אלא שינוי אקראי וזמני בשדה הריק.
.
האם אין כאן הפרה של חוק שימור האנרגיה?
.
תורת הקוואנטים, באמצעות עקרון אי-הוודאות, מאפשרת תופעות
הנראות כאילו שהן כרוכות באי-שימור אנרגיה לזמן קצר. כך מתאפשרת,
למשל, הופעתם של החלקיקים נושאי הכוח האחראים להפעלת הכוחות הפועלים
בין החלקיקים האלמנטריים השונים של האטום. חלקיקים אלה מכונים
'חלקיקים וירטואליים', דמיוניים, אבל למעשה הם מציאותיים לחלוטין:
במעבדה אפשר לחוש במציאותם ובפעילותם באופן שאינו משתמע לשתי פנים.
חלקיקים כאלה ואחרים יכולים להופיע ב'שדה הריק 'של יקום-העל,
כחלק מהפעילות המתקיימת המצב היסוד הזה. האם הם יופיעו והיכן, זו
שאלה שלפי תורת הקוואנטים אפשר לענות עליה רק באופן הסתברותי.
כלומר, הסיכוי שיופיע חלקיק בודד, גדול בהרבה מהסיכוי שלפתע יופיע,
יש מאין, צביר חלקיקים, כמו, למשל, ספר. ההסתברות שזה יקרה היא קטנה
מאוד, ויחד עם זאת, אם נחכה מספיק זמן, הסיכוי להופעתו של הספר
עולה.
.
ואם נחכה מספיק זמן, יש סיכוי סביר שיופיע שם, יש מאין,
יקום שלם כמו היקום שלנו?
.
בדיוק כך. הדברים הללו מבוססים על מה שידוע לנו על מצב היסוד
ביקום שלנו. את הידע הזה אנחנו משליכים על יקום-העל, מתוך הנחה שגם
בו מתקיימת בריק פעילות כזאת. ההסבר של טריון להיווצרות היקום,
מבוסס על הנחה כי היקום שלנו אינו אלא שינוי מקרי וזמני בריק הכמעט
מוחלט השורר ביקום-העל. כאן צריך לזכור שהחלקיקים המופיעים במצב
היסוד אינם מתקיימים זמן רב. למעשה, בדרך כלל הם נעלמים כלעומת שבאו
בתוך שברירי שנייה.
.
והיקום שלנו מתקיים כבר 10 – 20 מיליארד שנים?
.
כן. אלא שמשך הקיום של החלקיקים האלה, או של המערכת, או אפילו
של היקום השלם המופיע יש מאין, תלוי בכמות האנרגיה שהם נושאים, כך
שככל שכמות האנרגיה שלהם קטנה יותר, משך הקיום שלהם יכול להיות ארוך
יותר. כלומר, אם היקום שאנו מכירים, על כל הגלקסיות והעולמות שבו ,
אינו אלא תנודה בשדה הריק של יקום-העל, עלינו להניח שהאנרגיה הכללית
שלו חייבת להיות קרובה מאוד לאפס. רק כך אפשר להסביר את קיומו של
היקום במשך זמן רב כל כך, כמו 10 – 20 מיליארד שנים. בנוסף לכך, עלינו
להניח שכל הגדלים ביקום, שלפי מיטב ידיעתנו הם נשמרים, כמו מטען
חשמלי, גם הם מסתכמים באפס. במבט ראשון, נראה שהופעתו של היקום מן
הריק, מחייבת גם סימטריה בין כמויות החומר והאנטי-חומר הכלולות בו.
אנטי-חומר הוא מעין תמונת ראי של החומר, במטען חשמלי הפוך.
פרוטון של חומר רגיל נושא תמיד מטען חשמלי חיובי, ואילו פרוטון של
אנטי-חומר (המכונה אנטי-פרוטון), נושא מטען שלילי. אלקטרון של חומר
רגיל נושא תמיד מטען חשמלי שלילי, ואלקטרון של אנטי-חומר נושא מטען
חיובי (ומכונה בשל כך פוזיטרון). ברגע שחומר בא במגע עם
אנטי-חומר, שניהם מתאיינים (נעלמים), ובמקומם מופיעה אנרגיה.
.
האם סך כל המטען החשמלי בעולם באמת שווה לאפס? האם
מתקיימת סימטריה בין החומר והאנטי-חומר ביקום?
.
ככל שידוע לנו, ביקום שלנו, מספרם של הפרוטונים, הנושאים מטען
חשמלי חיובי, קרוב מאוד למספרם של האלקטרונים הנושאים מטען חשמלי
שלילי, כך שהם מקזזים אלה את אלה וסך כל המטען החשמלי ביקום אכן
קרוב מאוד לאפס. אשר לשוויון הדרוש בין חומר לאנטי-חומר, המצב שונה.
ידוע לנו שכמות החומר ביקום עולה בהרבה על כמות האנטי-חומר המצויה
בו. עם זאת, אי הסימריה הזאת אינה סותמת את הגולל על הרעיון של
יצירת יש מאין. כך מתברר מהניסיונות הנעשים באחרונה לפיתוח תורה
פיסיקלית מאוחדת של חלקיקים אלמנטריים. בניסיונות אלה התברר כי
אפשר להתחיל במצב של סימטריה מלאה בין חומר לאנטי-חומר, ולהגיע
בהמשך למצב לא סימטרי, כמו המצב הקיים היום ביקום שלנו. כלומר,
יתכן שמיד לאחר המפץ הגדול אכן התקיימה סימטריה בין חומר
לאנטי-חומר, אלא שבמשך הזמן שחלף מאז, בעקבות שינויים ותהליכים
שונים שהתחוללו ביקום, השתנה המאזן, עד שהגיע למצבו הנוכחי.
.
ומה באשר לאנרגיה?
.
על-אף שקשה להגדיר את אנרגיית היקום, נראה כי במובן מסוים,
האנרגיה הכללית של היקום אכן קרובה מאוד לאפס. למרכיבים השונים
ביקום אפשר לייחס אנרגיה קינטית (אנרגיה של תנועה). אנרגיה זו קשורה
להתפשטות היקום. מצד שני, אפשר לייחס לחומר שביקום גם אנרגיה
גרוויטציונית פוטנציאלית (אנרגיית כבידה). אנרגיית הכבידה היא
שלילית, והיא מקזזת, לפחות בחלקה, את האנרגיה הקינטית.
השאלה אם האנרגיה הכוללת של היקום שווה לאפס או שונה מאפס,
שקולה לשאלה האם היקום שבו אנו חיים הוא סגור, פתוח, או שטוח. ביקום
פתוח, האנרגיה הקינטית גוברת על הכבידה, כך שסכום האנרגיה ביקום הוא
חיובי, והיקום יתפשט לנצח. ביקום סגור, הכבידה גוברת, כך שאפשר לומר
שהאנרגיה שווה לאפס. בסוף התפשטותו של יקום כזה, תבוא התכנסות חזרה
לנקודת הייחודיות, כך שהמפץ הגדול יחזור על עצמו בהילוך אחורי, במה
שמכונה' הריסוק הגדול'.
התיאוריות המקובלות כיום, אומרים כי אנו חיים, בקירוב, ביקום שטוח,
שהוא מעין מצב ביניים, בין יקום סגור לפתוח. טריון אומר שסך כל
האנרגיה הכבידתית הפוטנציאלית, 'דומה מאוד 'לסך כל האנרגיה הקינטית
של המפץ הגדול, כך שהסכום הכולל של האנרגיה ביקום יכול להיות קרוב
מאוד לאפס. ככל הידוע לנו היום, אין סתירה בין הטענה הזאת לבין התצפיות
הקוסמולוגיות מהשנים האחרונות.
.
אם סכומו הכולל של המטען החשמלי בזמן המפץ היה
שווה לאפס, וסכום האנרגיה-חומר ביקום גם הוא' דומה מאוד לאפס , כי אז…
.
כי אז, היקום שבו אנו חיים יכול היה להופיע, יש מאין, כמעין
תנודה הסתברותית בשדה הריק של יקום-העל.
.
אבל בשדה הריק של יקום-העל מתרחשות כל הזמן תנודות.
.
כן, וזה אומר שיקומים שונים יכולים להופיע במקומות שונים
ובזמנים שונים ביקום-העל. המסקנה מכך היא שבעת ובעונה אחת יכולים
להתקיים ביקום-העל יקומים רבים ושונים זה מזה. למעשה, אין לנו כל
ידיעה על אופיו הפיסיקלי של יקום-העל. איננו יודעים כמה ממדים
יש בו ואפשר להניח כי מספרם עולה בהרבה על ארבעת המימדים המוכרים
לנו (אורך, רוחב, עומק-גובה, וזמן). כלומר, היקומים המקבילים ליקום
שלנו, המתקיימים ממש ברגע זה ביקום-העל, יכולים להיות בעלי מספר לא
ידוע של ממדים שאין לנו שום יכולת לנחש את מהותם.
ואכן, הפיסיקה העכשווית מתייחסת ליקום שבו אנו חיים, על חוקי
הפיסיקה המושלים בו, הגלקסיות, מערכות השמש וכוכבי-הלכת, כאל חלק,
חלק בלבד מן ההוויה הכללית. אנו יודעים שיכולים להתקיים הרבה דברים,
יקומים ועולמות מעבר ליקום שלנו, אלא שאין לנו, ולא נראה שאי-פעם
תהיה לנו, דרך ממשית לחקור אותם.
רעיון דומה, הנדון באחרונה בהקשר שונה, אומר שיקומים חדשים
אכן מופיעים ומתאיינים (נעלמים) ללא הרף. יקומים כאלה, מופיעים
בצמוד ליקום שלנו, מתנתקים ממנו ואחר כך חוזרים ומתמזגים בו, עוד
לפני שיספיקו לפתח מפץ גדול משל עצמם. מכיוון שהיקומים הללו מתחסלים
עוד בהיותם בגודל מיקרוסקופי, אנו מכנים אותם' יקומים תינוקות'.
.
כיצד אנו יכולים להבחין בקיומם?
.
איננו יכולים ממש להבחין בהם, אבל התהליך המתמשך של בריאתם
והתחסלותם, יכול להוות הסבר לתופעה מסוימת, שאין לה, נכון לעכשיו,
הסבר מספק אחר. מדובר באי-ההתאמה בין הגודל התיאורטי הצפוי של הקבוע
הקוסמולוגי, לבין גודלו העולה מתצפיות אסטרונומיות.
נתחיל מן ההתחלה: כידוע, תורות פיסיקליות רבות מכילות גדלים
קבועים מסוימים המכונים קבועי טבע. קבועים אלה קובעים את חוזק
הכוחות השונים בטבע, כמו, למשל, קבוע הגרוויטציה, קבוע המטען
החשמלי, ועוד. תורת היחסות מאפשרת להוסיף קבוע קוסמולוגי, המשפיע על
הגרוויטציה (הכבידה) בין הגופים השונים ביקום. כאמור, גודלו המדויק
של הקבוע הזה, עדיין אינו ידוע. יחד עם זאת, אנחנו יכולים לשער מה
צריך להיות סדר הגודל שלו, המתחייב מתיאוריות החלקיקים של מבנה
החומר היסודי. אלא שמתוך התצפיות הקוסמולוגיות, עולה כי הקבוע הזה
קטן בהרבה סדרי גודל מן המצופה.
אחד ההסברים לתופעה זו, מתבסס על הידיעה שתנודות ותהליכים
וירטואליים בריק, יכולים לשנות את קבועי הטבע. ערכם הסופי של קבועים
אלה, כפי שהוא בא לידי ביטוי במדידות, מושפע מהפעילות בשדה הריק.
באותו אופן פליטה ובליעה של' יקומים תינוקות (בדומה לפליטה ובליעה
של חלקיקים על-ידי חלקיקים אחרים), יכולות לשנות את הקבוע
הקוסמולוגי, ולתת לו את ערכו הסופי, כפי שהוא עולה מהתצפיות
הקוסמולוגיות.
.
אמרנו שככל שהאנרגיה של המערכת, ובמקרה שלנו מדובר ביקום,
היא קטנה, מתרבה משך הזמן שבו היא יכולה להתקיים ביקום-העל.
ראינו שסך-כל האנרגיה ביקום שלנו, יכול להיות קרוב מאוד לאפס,
אבל יתכן שאינו אפס מוחלט. מה אפשר להסיק מזה על סופו של היקום?
.
המסקנה המתבקשת היא שסופו של היקום להיעלם כלעומת שהופיע,
ולהיטמע ביקום-העל. בבחינת מן האין באת, ואל האין תשוב.