לא חשבתי שאכתוב רשומה חדשה בסמוך כל כך לקודמת, אך נראה שאין ברירה - ביממה האחרונה מתפשטת כתבת מדע פופולרי במרחב הוירטואלי שאני חלק ממנו, ונראה שהרבה אנשים סקרנים לגביה (היא זכתה כמעט לאותה כמות שיתופים כמו הידיעה על העזיבה של ג'ון סטיוארט). וזה לא מפתיע - הכותרת מכריזה על כך שיתכן ותאוריית המפץ הגדול אינה נכונה, ושהתאוריה החדשה שמציגים החוקרים מסבירה חומר אפל ואנרגיה אפלה; כותרת מרעישה ללא ספק. כמעט כרגיל עם כותרות שכאלה, הסיפור הוא שונה מאוד. בתור התחלה אתן הסבר קצרצר של מה נאמר בכתבה, ולאחר מכן אסביר היכן אני רואה בעיות בעסק. לבסוף, למי שמעוניין, אני מצרף הסבר מפורט יותר של הרקע.
אם כך, גרסת האמל"ק של הכתבה:
מדען מצרי ושותף קנדי ניסחו מחדש את משוואת פרידמן, משוואה בסיסית ביותר בקוסמולוגיה, על ידי שימוש במשהו שנקרא "מסלולים קוונטיים". בניסוח המחודש הזה המשוואה מראה שהיקום נשאר בגודל סופי, ושחומר ואנרגיה אפלים נובעים באופן טבעי מהמודל.
ראשית, לפני שאעבור לדבר על הבעיות בכתבה, עלי לציין שאני לא עוסק בקוונטים, בוודאי שלא במסלולים קוונטיים, ושלא קראתי את המאמר המדעי המקורי במלואו, כך שאני לא טוען דבר על הפיתוח המתמטי עצמו; בהחלט יתכן שהניתוח המתמטי תקף, ויתכן שהוא אף יביא לפיזיקה חדשה ומעניינת. הבעיות שאציג כאן קשורות למסקנות שמוסקות מהפיתוח הזה.
אז מה לא בסדר כאן, בעצם? ובכן, כמה דברים.
* בעוד שאיני עוסק בתחום, למיטב הבנתי מהכתבה ומשיחות עם מישהו שכן עוסק בתחום, "מסלולים קוונטיים" הם המצאה של הפיזיקאי דיוויד בוהם משנות השישים, ומאז לא ממש נכנסו לשימוש. העובדה ששני המדענים החיו פורמליזם משנות השישים שלא השתמשו בו עד היום היא כמובן לא עדות שהעניין שגוי, אבל היא מחשידה, מחשידה מאוד. לרוב כשיש המצאות בתחום מסויים שלא משתמשים בהן, זה נובע מסיבה מסויימת.
* מדובר כאן על שימוש באלמנט מתורת הקוונטים בתוך המסגרת של יחסות כללית, אך מבלי ליצור תורה מאוחדת שלמה. זה כמובן לא מפתיע, היות ותורה שמאחדת בין יחסות כללית לקוונטים היא דבר שמנסים להגיע אליו כבר עשרות שנים (תורה כזו מכונה רוב "כבידה קוונטית", והיא נחוצה מאוד היות שבסביבות מאוד מיוחדות בהן גם יחסות כללית וגם תורת הקוונטים אמורות לתפוס שתי התורות מנבאות התנהגויות מאוד שונות), אך זה גם הופך את הפיתוח לבעייתי מאוד, היות ואין דרך לדעת אילו אפקטים יהיו בתור תורה מאוחדת שכזו, ויתכן בהחלט שתחת התורה המאוחדת המלאה יהיו אפקטים אחרים שיהיו משמעותיים בהרבה ממה שנובע מהפיתוח הנאיבי הזה.
* חומר אפל הוא משהו שנחקר במשך זמן רב, ויש רעיונות די ברורים כיצד הוא צריך להתנהג כדי שיוכל להסביר מגוון שלם של תצפיות. הרעיון החדש לחומר האפל שמוצע במאמרים הוא שונה מאוד ממה שאני מכיר, ואני לא בטוח שזה מתאים למה שמצופה מחומר אפל.
אבל בסופו של דבר הביקורת המשמעותית ביותר שיש לי על הכתבה ועל המסקנות שמסיקים מחברי המאמר, היא שיש כאן פשוט התעלמות מתצפיות קיימות. המפץ הגדול היא תאורייה שיש לה הרבה מאוד ראיות תומכות, וכל תיאוריה חדשה חייבת להסביר את התצפיות הללו. זה כלל בסיסי במדע - בשביל שתאוריה חדשה תוכל להחליף תאורייה קיימת, היא חייבת להיות מסוגלת להסביר טוב באותה מידה את מה שהתאורייה הקיימת כבר מסבירה, אחרת היא למעשה מצעידה אותנו אחורה. יש הרבה תאוריות אלגנטיות שמסבירות היטב משהו מסויים, במקרים רבים אף טוב יותר מהתאוריה הנוכחית, אך אינן מסוגלות להסביר את שאר התופעות הידועות. דוגמה טובה לכך היא MOND, שהיא תורת כבידה מעט שונה מזו של איינשטיין שהמציא הפיזיקאי הישראלי מוטי מילגרום בשנות השמונים, ושנועדה למצוא פתרון למספר שאלות קוסמולוגיות ללא שימוש בחומר אפל. MOND מתאימה היטב לתצפיות אותן נועדה להסביר, ולמספר תצפיות נוספות, אך יש הרבה מאוד תצפיות אחרות שהיא אינה מסוגלת עדיין להסביר ושהתאוריות הנוכחיות (אלו שכוללות חומר אפל) דווקא מסבירות היטב. מסיבה זו מרבית הקוסמולוגים אינם משתמשים בMOND, על אף שהיא תורה אלגנטית.
אם כן, בעוד שיתכן שהמאמר המדובר יפרוץ דרך לרעיונות ותאוריות חדשות בפיזיקה, במצבה הנוכחי של התאוריה המוצעת עלי לפקפק ביכולתה להחליף את התאוריות המקובלות, ולא הייתי ממהר לקבור את המפץ הגדול (אם כי יתכן שהתיקונים הללו יוכלו להסביר את האנרגיה האפלה, ואלו יהיו חדשות טובות מאוד).
וכעת, לאלו מכם שמעוניינים, אנסה להסביר בצורה מפורטת יותר את הרקע לכתבה ואת מה שמופיע בה. עלי להתנצל מראש - מדובר בנושא שמשלב הרבה נושאים סבוכים בפיזיקה, שעם חלקם ההיכרות שלי היא מועטה מאוד, ועל כן ההסבר עלול להיות פחות מובן ממה שהייתי רוצה. אני מקווה שאלו מכם שיקראו אותו בכל זאת יקבלו מושג על מה מדובר, או לפחות ילמד כמה מושגים חדשים.
אז במה בעצם מדובר? ובכן, אחת המשוואות הבסיסיות ביותר בקוסמולוגיה היא משוואת פרידמן, שמתארת את התנהלות היקום בסקלות הגדולות ביותר. מבלי להיכנס לפרטים (שדורשים רקע רחב בפיזיקה, כולל הכרות עם יחסות כללית והידרודינמיקה), ניתן להגיד שהמשוואה מתחלקת לכמה חלקים, שמגיעים ממקורות שונים - חלק שקשור לצפיפות הקרינה ביקום, חלק שקשור לצפיפות החומר ביקום, וחלק נוסף, שמכונה "הקבוע הקוסמולוגי", ושהיום מקושר לצפיפות האנרגיה האפלה. החלקים הללו השתנו עם התפתחות היקום, ועל כן ההשפעה שלהם בתקופות שונות של היקום הייתה שונה (יתכן ושמעתם את הביטויים "יקום נשלט קרינה" או "יקום נשלט חומר" - מכאן הם מגיעים). משוואת פרידמן מגיעה מפתרון של המשוואות הבסיסיות של תורת היחסות הכללית (משוואות איינשטיין) תחת ההנחה שהיקום הומוגני ואיזוטרופי (דבר המכונה העיקרון הקוסמולוגי - בפשטות, זה אומר שאין מקום מיוחד ביקום, אלא שבכל מקום חוקי הפיזיקה זהים כך שאין אזור או כיוון מועדף ביקום). המשוואה הזו מתנהגת שונה עבור יקום מתרחב לנצח (מפץ גדול), עבור יקום סטטי, ועבור יקום שיקרוס בסופו של דבר (מעיכה גדולה). על ידי מדידת פרמטרים קוסמולוגיים שנכנסים למשוואה ניתן להסיק באיזה סוג של יקום אנחנו נמצאים.
דבר נוסף שמאוד בסיסי ביחסות כללית הוא הרעיון שמסה מעקמת את המרחב, ועל כן המסלול הקצר ביותר בין שתי נקודות הוא לאו דווקא קו ישר. מסלול שכזה מכונה גיאודזה; הדוגמה הקלאסית שתורמת להבנה של גיאודזות היא תנועה על פני שפת כדור (למשל, תנועה על פני כדור הארץ). כאשר רוצים לנוע מנקודה אחת לשניה על פני הכדור, ולא ניתן לעבור דרך הכדור עצמו, הדרך הקצרה ביותר בין שתי הנקודות אינה קו ישר, כפי שאנו רגילים, אלא קשת על פני הכדור. כמובן, זו דוגמה מופשטת. כאשר מדובר על מרחב תלת מימדי קשה יותר לדמיין את הדברים.
החוקרים שחתומים על המאמר למעשה החליפו את הגיאודזות של היחסות הכללית ב"מסלולים הקוונטיים" שהזכרתי למעלה. לא הכרתי את המושג הזה עד שנתקלתי בו בכתבה הזו, אולם מהמעט שהצלחתי ללמוד מאז, מדובר ברעיון שהעלה דייויד בוהם בניסיון לפתור את בעיית המדידה במכניקה קוונטית, ועל פי הרעיון הזה לכל חלקיק יש מסלול יחיד, אך המסלול הזה נקבע על ידי פונקציית הגל שלו (כפי שציינתי, זה ממש לא התחום שלי, ועל כן זה ההסבר הטוב ביותר שאני מסוגל לתת). ככל הנראה המסלולים הקוונטיים הללו מתנהגים שונה מאשר הגיאודזות, ועל כן פיתוח דומה של משוואת פרידמן נותן משוואה שונה במקצת, שבה הקבוע הקוסמולוגי וגם חלק מצפיפות הקרינה מגיעים מתוך התיקונים הללו. אם הבנתי נכון את טענות החוקרים, כאשר משתמשים בפרמטרים הקוסמולוגים שנמדדו במשוואה החדשה, מתקבל שאנו חיים ביקום סטטי, ועל כן אין צורך במפץ גדול. לבסוף, המודל מניח קיום של גרביטון - חלקיק בסיסי שמעביר את כוח הכבידה, ושקיומו משוער כבר זמן רב, אך אין לנו את הכלים למצוא אותו. לטענת החוקרים, חלקיק שכזה יכול בהחלט לתפקד כחומר אפל, אך גם שהחומר הזה יהיה במצב צבירה מיוחד שנקרא "התעבות בוזה-איינשטיין".
זהו, אני מקווה שמשהו מכל זה בכל זאת היה מובן.
אם כך, גרסת האמל"ק של הכתבה:
מדען מצרי ושותף קנדי ניסחו מחדש את משוואת פרידמן, משוואה בסיסית ביותר בקוסמולוגיה, על ידי שימוש במשהו שנקרא "מסלולים קוונטיים". בניסוח המחודש הזה המשוואה מראה שהיקום נשאר בגודל סופי, ושחומר ואנרגיה אפלים נובעים באופן טבעי מהמודל.
ראשית, לפני שאעבור לדבר על הבעיות בכתבה, עלי לציין שאני לא עוסק בקוונטים, בוודאי שלא במסלולים קוונטיים, ושלא קראתי את המאמר המדעי המקורי במלואו, כך שאני לא טוען דבר על הפיתוח המתמטי עצמו; בהחלט יתכן שהניתוח המתמטי תקף, ויתכן שהוא אף יביא לפיזיקה חדשה ומעניינת. הבעיות שאציג כאן קשורות למסקנות שמוסקות מהפיתוח הזה.
 |
| הקריקטורה הקלאסית שמתארת את המפץ הגדול והתרחבות היקום. |
* בעוד שאיני עוסק בתחום, למיטב הבנתי מהכתבה ומשיחות עם מישהו שכן עוסק בתחום, "מסלולים קוונטיים" הם המצאה של הפיזיקאי דיוויד בוהם משנות השישים, ומאז לא ממש נכנסו לשימוש. העובדה ששני המדענים החיו פורמליזם משנות השישים שלא השתמשו בו עד היום היא כמובן לא עדות שהעניין שגוי, אבל היא מחשידה, מחשידה מאוד. לרוב כשיש המצאות בתחום מסויים שלא משתמשים בהן, זה נובע מסיבה מסויימת.
* מדובר כאן על שימוש באלמנט מתורת הקוונטים בתוך המסגרת של יחסות כללית, אך מבלי ליצור תורה מאוחדת שלמה. זה כמובן לא מפתיע, היות ותורה שמאחדת בין יחסות כללית לקוונטים היא דבר שמנסים להגיע אליו כבר עשרות שנים (תורה כזו מכונה רוב "כבידה קוונטית", והיא נחוצה מאוד היות שבסביבות מאוד מיוחדות בהן גם יחסות כללית וגם תורת הקוונטים אמורות לתפוס שתי התורות מנבאות התנהגויות מאוד שונות), אך זה גם הופך את הפיתוח לבעייתי מאוד, היות ואין דרך לדעת אילו אפקטים יהיו בתור תורה מאוחדת שכזו, ויתכן בהחלט שתחת התורה המאוחדת המלאה יהיו אפקטים אחרים שיהיו משמעותיים בהרבה ממה שנובע מהפיתוח הנאיבי הזה.
* חומר אפל הוא משהו שנחקר במשך זמן רב, ויש רעיונות די ברורים כיצד הוא צריך להתנהג כדי שיוכל להסביר מגוון שלם של תצפיות. הרעיון החדש לחומר האפל שמוצע במאמרים הוא שונה מאוד ממה שאני מכיר, ואני לא בטוח שזה מתאים למה שמצופה מחומר אפל.
 |
| דיאגרמת האבל - העדות התצפיתית הראשונה למפץ הגדול |
אם כן, בעוד שיתכן שהמאמר המדובר יפרוץ דרך לרעיונות ותאוריות חדשות בפיזיקה, במצבה הנוכחי של התאוריה המוצעת עלי לפקפק ביכולתה להחליף את התאוריות המקובלות, ולא הייתי ממהר לקבור את המפץ הגדול (אם כי יתכן שהתיקונים הללו יוכלו להסביר את האנרגיה האפלה, ואלו יהיו חדשות טובות מאוד).
וכעת, לאלו מכם שמעוניינים, אנסה להסביר בצורה מפורטת יותר את הרקע לכתבה ואת מה שמופיע בה. עלי להתנצל מראש - מדובר בנושא שמשלב הרבה נושאים סבוכים בפיזיקה, שעם חלקם ההיכרות שלי היא מועטה מאוד, ועל כן ההסבר עלול להיות פחות מובן ממה שהייתי רוצה. אני מקווה שאלו מכם שיקראו אותו בכל זאת יקבלו מושג על מה מדובר, או לפחות ילמד כמה מושגים חדשים.
אז במה בעצם מדובר? ובכן, אחת המשוואות הבסיסיות ביותר בקוסמולוגיה היא משוואת פרידמן, שמתארת את התנהלות היקום בסקלות הגדולות ביותר. מבלי להיכנס לפרטים (שדורשים רקע רחב בפיזיקה, כולל הכרות עם יחסות כללית והידרודינמיקה), ניתן להגיד שהמשוואה מתחלקת לכמה חלקים, שמגיעים ממקורות שונים - חלק שקשור לצפיפות הקרינה ביקום, חלק שקשור לצפיפות החומר ביקום, וחלק נוסף, שמכונה "הקבוע הקוסמולוגי", ושהיום מקושר לצפיפות האנרגיה האפלה. החלקים הללו השתנו עם התפתחות היקום, ועל כן ההשפעה שלהם בתקופות שונות של היקום הייתה שונה (יתכן ושמעתם את הביטויים "יקום נשלט קרינה" או "יקום נשלט חומר" - מכאן הם מגיעים). משוואת פרידמן מגיעה מפתרון של המשוואות הבסיסיות של תורת היחסות הכללית (משוואות איינשטיין) תחת ההנחה שהיקום הומוגני ואיזוטרופי (דבר המכונה העיקרון הקוסמולוגי - בפשטות, זה אומר שאין מקום מיוחד ביקום, אלא שבכל מקום חוקי הפיזיקה זהים כך שאין אזור או כיוון מועדף ביקום). המשוואה הזו מתנהגת שונה עבור יקום מתרחב לנצח (מפץ גדול), עבור יקום סטטי, ועבור יקום שיקרוס בסופו של דבר (מעיכה גדולה). על ידי מדידת פרמטרים קוסמולוגיים שנכנסים למשוואה ניתן להסיק באיזה סוג של יקום אנחנו נמצאים.
דבר נוסף שמאוד בסיסי ביחסות כללית הוא הרעיון שמסה מעקמת את המרחב, ועל כן המסלול הקצר ביותר בין שתי נקודות הוא לאו דווקא קו ישר. מסלול שכזה מכונה גיאודזה; הדוגמה הקלאסית שתורמת להבנה של גיאודזות היא תנועה על פני שפת כדור (למשל, תנועה על פני כדור הארץ). כאשר רוצים לנוע מנקודה אחת לשניה על פני הכדור, ולא ניתן לעבור דרך הכדור עצמו, הדרך הקצרה ביותר בין שתי הנקודות אינה קו ישר, כפי שאנו רגילים, אלא קשת על פני הכדור. כמובן, זו דוגמה מופשטת. כאשר מדובר על מרחב תלת מימדי קשה יותר לדמיין את הדברים.
 |
| גאודזות על פני כדור הארץ. המסלול הקצר ביותר מפריז לוונקובר הוא קשת. |
החוקרים שחתומים על המאמר למעשה החליפו את הגיאודזות של היחסות הכללית ב"מסלולים הקוונטיים" שהזכרתי למעלה. לא הכרתי את המושג הזה עד שנתקלתי בו בכתבה הזו, אולם מהמעט שהצלחתי ללמוד מאז, מדובר ברעיון שהעלה דייויד בוהם בניסיון לפתור את בעיית המדידה במכניקה קוונטית, ועל פי הרעיון הזה לכל חלקיק יש מסלול יחיד, אך המסלול הזה נקבע על ידי פונקציית הגל שלו (כפי שציינתי, זה ממש לא התחום שלי, ועל כן זה ההסבר הטוב ביותר שאני מסוגל לתת). ככל הנראה המסלולים הקוונטיים הללו מתנהגים שונה מאשר הגיאודזות, ועל כן פיתוח דומה של משוואת פרידמן נותן משוואה שונה במקצת, שבה הקבוע הקוסמולוגי וגם חלק מצפיפות הקרינה מגיעים מתוך התיקונים הללו. אם הבנתי נכון את טענות החוקרים, כאשר משתמשים בפרמטרים הקוסמולוגים שנמדדו במשוואה החדשה, מתקבל שאנו חיים ביקום סטטי, ועל כן אין צורך במפץ גדול. לבסוף, המודל מניח קיום של גרביטון - חלקיק בסיסי שמעביר את כוח הכבידה, ושקיומו משוער כבר זמן רב, אך אין לנו את הכלים למצוא אותו. לטענת החוקרים, חלקיק שכזה יכול בהחלט לתפקד כחומר אפל, אך גם שהחומר הזה יהיה במצב צבירה מיוחד שנקרא "התעבות בוזה-איינשטיין".
זהו, אני מקווה שמשהו מכל זה בכל זאת היה מובן.
פעם קראתי בספר מדע פופולרי שמתמטיקה לא חייבת דבר וחצי דבר למציאות. אפשר "להוכיח" מתמטית שהירח עשוי גבינה, ושאסטרונאוטים צריכים להצטייד בקרקרים בפעם הבאה שהם נוחתים שם.
השבמחק