האם אנחנו אינטליגנטים מספיק כדי להבין את היקום?
לפעמים אפשר להגיש את היקום הנצפה על צלחת, כפי שעשה לאחרונה המוזיקאי פבלו קרלוס בודסי כששילב מפות לוגריתמיות של אוניברסיטת פרינסטון ושל נאס"א לדיסק צבעוני אחד. זהו מודל גיאוצנטרי - כדור הארץ נמצא במרכז הלוח, ופלזמת המפץ הגדול נמצאת בקצוות.
הדמיה טובה כמו כל אחת אחרת, ואפילו טובה מאחרות, כי היא קרובה לנקודת המבט האנושית. קיימות תיאוריות רבות לגבי המבנה, הדינמיקה והגורל של היקום, ונראה שהפרדיגמה הקוסמולוגית המקובלת במשך עשרות שנים מתקלקלת מעט לאחרונה. לדוגמה, נשמעים יותר ויותר קולות המכחישים את תיאוריית המפץ הגדול.
היקום הוא גן של מוזרויות, שצויר במהלך השנים ב"זרם המרכזי" של הפיזיקה והקוסמולוגיה, מלא בתופעות מוזרות כמו קוואזרים ענקיים עף מאיתנו במהירות מסחררת, חומר אפלשאיש לא גילה ושאין בו סימנים של מאיצים, אבל הוא "הכרחי" כדי להסביר את הסיבוב המהיר מדי של הגלקסיה, ולבסוף, פיצוץ גדולמה שדן את כל הפיזיקה למאבק עם הבלתי מוסבר, לפחות כרגע, תכונה.
לא היו זיקוקים
מקוריותו של המפץ הגדול נובעת ישירות ובאופן בלתי נמנע מהמתמטיקה של תורת היחסות הכללית. עם זאת, יש מדענים הרואים בכך תופעה בעייתית, מכיוון שמתמטיקה יכולה להסביר רק מה קרה מיד לאחר... - אבל היא לא יודעת מה קרה באותו רגע ממש מוזר, לפני הזיקוקים הגדולים (2).
מדענים רבים נרתעים מתכונה זו. ולו רק בגלל, כפי שניסח זאת לאחרונה עלי אחמד פארח מאוניברסיטת בן במצרים, "חוקי הפיזיקה מפסיקים לפעול שם". פרג עם עמית סאוריה דאסם מאוניברסיטת לטברידג' בקנדה, הוצג במאמר שפורסם ב-2015 ב-Physics Letters B, מודל שבו ליקום אין התחלה ואין סוף, ולכן אין ייחוד.
שני הפיזיקאים קיבלו השראה מעבודתם. דיוויד בוהם מאז שנות ה-50. הוא שקל את האפשרות להחליף את הקווים הגיאודזיים המוכרים מתורת היחסות הכללית (הקווים הקצרים ביותר המחברים בין שתי נקודות) במסלולים קוונטיים. במאמרם, פאראג ודאס יישמו את מסלולי הבוהם הללו על משוואה שפותחה ב-1950 על ידי הפיזיקאי אמאלה קומארה רייצ'ודוריה מאוניברסיטת כלכותה. רייצ'אודורי היה גם המורה של דאס כשהיה בן 90. באמצעות המשוואה של רייצ'אודורי, עלי ודאס השיגו את התיקון הקוונטי משוואת פרידמןאשר, בתורו, מתאר את התפתחות היקום (כולל המפץ הגדול) בהקשר של תורת היחסות הכללית. למרות שמודל זה אינו תיאוריה אמיתית של כבידה קוונטית, הוא כולל מרכיבים הן של תורת הקוונטים והן של תורת היחסות הכללית. פאראג ודאס גם מצפים שהתוצאות שלהם יתקיימו גם כאשר תגובש לבסוף תיאוריה שלמה של כוח הכבידה הקוונטית.
תיאוריית פאראג-דאס לא חוזה לא את המפץ הגדול ולא התרסקות גדולה לחזור לייחודיות. המסלולים הקוונטיים שבהם השתמשו פאראג ודאס לעולם אינם מתחברים ולכן לעולם אינם יוצרים נקודה יחידה. מנקודת מבט קוסמולוגית, מסבירים המדענים, ניתן להתייחס לתיקונים קוונטיים כקבוע קוסמולוגי, ואין צורך להחדיר אנרגיה אפלה. הקבוע הקוסמולוגי מוביל לכך שהפתרון של משוואות איינשטיין יכול להיות עולם בגודל סופי וגיל אינסופי.
זו לא התיאוריה היחידה בתקופה האחרונה שמערערת את רעיון המפץ הגדול. לדוגמה, יש השערות שכאשר הזמן והמרחב הופיעו, הם נוצרו ו היקום השנישבו הזמן זורם לאחור. חזון זה מוצג על ידי קבוצה בינלאומית של פיזיקאים, המורכבת מ: טים קוזלובסקי מאוניברסיטת ניו ברונסוויק, שוקי פלביו היקף המכון לפיזיקה תיאורטית ו ג'וליאן ברבור. שני היקומים שנוצרו במהלך המפץ הגדול, בתיאוריה זו, צריכים להיות תמונות מראה של עצמם (3), אז יש להם חוקי פיזיקה שונים ותחושה שונה של זרימת הזמן. אולי הם חודרים זה לזה. האם הזמן זורם קדימה או אחורה קובע את הניגוד בין אנטרופיה גבוהה לנמוכה.
בתורו, המחבר של הצעה חדשה אחרת על המודל של הכל, וואן-ג'י שו מאוניברסיטת טייוואן הלאומית, מתאר זמן ומרחב לא כדברים נפרדים, אלא כדברים הקשורים זה לזה שיכולים להפוך זה לזה. לא מהירות האור ולא קבוע הכבידה אינם משתנים במודל זה, אלא הם גורמים להפיכת זמן ומסה לגודל ולמרחב עם התפשטות היקום. אפשר כמובן לראות בתיאוריית שו, כמו הרבה מושגים אחרים בעולם האקדמי, פנטזיה, אבל גם המודל של יקום מתרחב עם 68% אנרגיה אפלה שגורם להתפשטות הוא בעייתי. יש המציינים שבעזרת תיאוריה זו, מדענים "החליפו מתחת לשטיח" את החוק הפיזיקלי של שימור האנרגיה. התיאוריה של טייוואן אינה מפרה את עקרונות שימור האנרגיה, אבל בתורה יש בעיה עם קרינת רקע במיקרוגל, הנחשבת לשריד של המפץ הגדול. משהו בשביל משהו.
אתה לא יכול לראות את החושך והכל
מועמדים לשם כבוד חומר אפל מִגרָשׁ. חלקיקים מאסיביים בעלי אינטראקציה חלשה, חלקיקים מאסיביים בעלי אינטראקציה חזקה, ניטרינו סטריליים, ניטרינו, אקסיות - אלו הם רק חלק מהפתרונות לתעלומת החומר ה"בלתי נראה" ביקום שהוצעו על ידי תיאורטיקנים עד כה.
במשך עשרות שנים, המועמדים הפופולריים ביותר היו היפותטיים, כבדים (פי עשרה מפרוטונים) בעלי אינטראקציה חלשה חלקיקים הנקראים WIMPs. ההנחה הייתה שהם היו פעילים בשלב הראשוני של קיומו של היקום, אך ככל שהוא התקרר והחלקיקים התפזרו, האינטראקציה ביניהם התפוגגה. חישובים הראו שהמסה הכוללת של WIMPs הייתה צריכה להיות פי חמישה מזו של חומר רגיל, שזה בדיוק כמו חומר אפל שהוערך.
עם זאת, לא נמצאו עקבות של WIMPs. אז עכשיו יותר פופולרי לדבר על חיפוש ניטרינו סטרילי, חלקיקי חומר אפל היפותטיים עם אפס מטען חשמלי ומסה קטנה מאוד. לפעמים ניטרינו סטריליים נחשבים לדור הרביעי של ניטרינו (יחד עם נייטרינו אלקטרונים, מיאון וטאו). התכונה האופיינית שלו היא שהוא מקיים אינטראקציה עם החומר רק תחת פעולת הכבידה. מסומן בסמל νs.
תנודות ניוטרינו עשויות באופן תיאורטי להפוך את הנייטרינו המיוונים לעקרים, מה שיפחית את מספרם בגלאי. זה סביר במיוחד לאחר שקרן הנייטרינו עברה דרך אזור של חומר בצפיפות גבוהה כמו ליבת כדור הארץ. לכן, גלאי IceCube בקוטב הדרומי שימש כדי לצפות בניטרינו המגיעים מחצי הכדור הצפוני בטווח האנרגיה שבין 320 GeV ל-20 TeV, שם היה צפוי אות חזק בנוכחות ניטרינו סטרילי. לרוע המזל, ניתוח הנתונים של אירועים שנצפו איפשר לשלול את קיומם של נויטרינו סטריליים באזור הנגיש של מרחב הפרמטרים, מה שנקרא. רמת ביטחון של 99%.
ביולי 2016, לאחר עשרים חודשים של ניסויים בגלאי הקסנון התת-קרקעי הגדול (LUX), למדענים לא היה מה לומר מלבד ש... הם לא מצאו דבר. באופן דומה, מדענים ממעבדת תחנת החלל הבינלאומית ופיזיקאים מ-CERN, שסמכו על ייצור החומר האפל בחלק השני של מאיץ ההדרונים הגדול, אינם אומרים דבר על החומר האפל.
אז אנחנו צריכים להסתכל הלאה. מדענים אומרים שאולי החומר האפל הוא משהו שונה לחלוטין מ-WIMPs ונייטרינו או מה שזה לא יהיה, והם בונים את LUX-ZEPLIN, גלאי חדש שאמור להיות רגיש פי שבעים מהנוכחי.
המדע מטיל ספק אם יש דבר כזה חומר אפל, ובכל זאת אסטרונומים צפו לאחרונה בגלקסיה שלמרות שיש לה מסה דומה לשביל החלב, היא 99,99% חומר אפל. מידע על התגלית נמסר על ידי מצפה הכוכבים V.M. קקה. זה על גָלַקסִיָה שפירית 44 (שפירית 44). קיומו אושר רק בשנה שעברה כאשר מערך הטלפוטו של שפירית צפה בחלקת שמים בקבוצת הכוכבים ברניס ספיט. התברר שהגלקסיה מכילה הרבה יותר ממה שנראה במבט ראשון. מכיוון שיש בו מעט כוכבים, הוא יתפרק במהירות אם משהו מסתורי לא יעזור להחזיק יחד את העצמים המרכיבים אותו. חומר אפל?
דוּגמָנוּת?
השערה היקום כהולוגרמהלמרות העובדה שאנשים בעלי תארים מדעיים רציניים עוסקים בו, עדיין מתייחסים אליו כאל אזור ערפילי על גבול המדע. אולי בגלל שגם מדענים הם אנשים, וקשה להם להשלים עם ההשלכות הנפשיות של המחקר בנושא זה. חואן מלדאסנההחל מתורת המיתרים, הוא הציג חזון של היקום שבו מיתרים רוטטים במרחב התשעה מימדי יוצרים את המציאות שלנו, שהיא רק הולוגרמה - השלכה של עולם שטוח ללא כוח משיכה..
תוצאות מחקר של מדענים אוסטרים, שפורסם ב-2015, מצביעות על כך שהיקום צריך פחות ממדים מהצפוי. היקום התלת-ממדי עשוי להיות רק מבנה מידע דו-ממדי באופק הקוסמולוגי. מדענים משווים את זה להולוגרמות שנמצאות בכרטיסי אשראי – הן למעשה דו מימדיות, למרות שאנו רואים אותן כתלת מימדיות. לפי דניאלה גרומילרה מאוניברסיטת וינה לטכנולוגיה, היקום שלנו שטוח למדי ויש לו עקמומיות חיובית. גרומילר הסביר ב-Physical Review Letters שאם ניתן לתאר את הכבידה הקוונטית במרחב שטוח בצורה הולוגרפית על ידי תורת הקוונטים הסטנדרטית, אז חייבות להיות גם כמויות פיזיקליות שניתן לחשב בשתי התיאוריות, והתוצאות חייבות להתאים. במיוחד, תכונה מרכזית אחת של מכניקת הקוונטים, הסתבכות קוונטית, צריכה להופיע בתורת הכבידה.
חלקם הולכים רחוק יותר, מדברים לא על הקרנה הולוגרפית, אלא אפילו על דוגמנות מחשב. לפני שנתיים, אסטרופיזיקאי מפורסם, חתן פרס נובל, ג'ורג' סמוט, הציג טיעונים לפיהם האנושות חיה בתוך הדמיית מחשב כזו. לטענתו, הדבר אפשרי, למשל, בזכות התפתחותם של משחקי מחשב, המהווים באופן תיאורטי את ליבת המציאות המדומה. האם אנשים ייצרו אי פעם סימולציות מציאותיות? התשובה היא כן", אמר בראיון. "ברור שהושגה התקדמות משמעותית בנושא הזה. רק תסתכל על ה"פונג" הראשון והמשחקים שנעשו היום. בסביבות 2045 נוכל להעביר את המחשבות שלנו למחשבים בקרוב מאוד".
היקום כהשלכה הולוגרפית
בהתחשב בכך שאנו כבר יכולים למפות נוירונים מסוימים במוח באמצעות הדמיית תהודה מגנטית, שימוש בטכנולוגיה זו למטרות אחרות לא אמורה להוות בעיה. אז מציאות מדומה יכולה לעבוד, המאפשרת מגע עם אלפי אנשים ומספקת סוג של גירוי מוחי. ייתכן שזה קרה בעבר, אומר סמוט, והעולם שלנו הוא רשת מתקדמת של סימולציות וירטואליות. יתר על כן, זה יכול לקרות אינסוף פעמים! אז אנחנו יכולים לחיות בסימולציה שנמצאת בסימולציה אחרת, הכלולה בסימולציה אחרת כלומר... וכן הלאה עד אינסוף.
העולם, ויותר מכך היקום, למרבה הצער, לא ניתן לנו על צלחת. במקום זאת, אנחנו עצמנו חלק, קטנים מאוד, ממנות שכפי שחלק מההשערות מראות, אולי לא היו מוכנות עבורנו.
האם אותו חלק זעיר של היקום שאנו - לפחות במובן החומרני - אי פעם נדע את כל המבנה? האם אנחנו אינטליגנטים מספיק כדי להבין ולהבין את מסתורין היקום? סביר להניח שלא. עם זאת, אם אי פעם החלטנו שבסופו של דבר ניכשל, יהיה קשה שלא לשים לב שזו גם תהיה, במובן מסוים, סוג של תובנה סופית לגבי טבעם של כל הדברים...
