The Less Interesting TimesIn Search of a Better Tomorrow

2008/05/04 גיל היקום

אחת המחלוקות היותר גדולות בין המדע והדת, אחד הנושאים שאם אליו מגיעים הוא נוטה לשתק את הדיון או להביא אותו לאלימות (למזלי לא ראיתי יותר מאשר מילולית), הוא גיל היקום. יש מביניכם שיחשבו שקליפת השום יותר חשובה לאדם הממוצע מאשר בן כמה המרחב שבו הוא חי אך גיל היקום מגלם מספר קושיות נוקשות וכואבות יותר.
נתחיל בלהסתכל על ההבדל: המדע כרגע אומד את גיל היקום ב-13.73 מיליארד שנים עם אי-וודאות של 120 מיליון שנה. רוב הדתות בעולם נותנות לנו תאריכי בריאה אחרים: הנוצרים בדרך כלל, אך לא תמיד, דבקים ב-23 לאוקטובר 4004 לפנה”ס. התאריך המועדף על היהודים הוא ה-29 למרץ או ה-22 לספטמבר 3760 לפנה”ס. הביזנטיים קבעו שיעור פחות מדויק של 5509-8 לפנה”ס והמאיה טוענים שגלגל העולם האחרון התחיל ב-11 או 13 לאוגוסט 3114 לפנה”ס.
אם מתעלמים רגע מהמקורות לתאריכים, עדיין אפשר לראות שני הבדלים עיקריים בין סוגי התיארוכים: אחד הוא שתיאולוגים נותנים לנו יקום בן אלפים בודדים של שנים בעוד המדענים מעריכים את גילו בשלושה(!) סדרי גודל עתיק יותר. שני הוא שהתיאולוגים נותנים דיוק של ימים בדרך כלל ושנה במקרה הרע (יש נוצרים שגם ישמחו לציין את השעה המדויקת בה אלוהים יצר את כל הבריאה) בעוד המדענים בתחום מאפשרים מקום לטעות, מקום לדיוק טוב יותר ורק הסטייה האפשרית המוצעת כבר גדולה פי 24,000 בערך מהגיל המלא שיציעו רוב התיאולוגים. וכמו שכל סטטיסטיקן ישמח להגיד לכם, כשעוסקים בתחום כל כך גדול, לא פלא שהסטייה האפשרית גדולה גם כן.
מאלה שונים רק בודהיסטים והינדואיסטים מסוימים שטוענים שהיקום עוקב אחרי מחזור מעגלי של התרחבות והתכווצות ולכן “נוצר מחדש” בסוף כל התכווצות ותחילת כל התרחבות. זאת דעה הקרובה יותר לתיאוריות המדעיות התקפות כיום.

למה זה משנה מה גיל היקום? מאוד משנה. אם גיל היקום הוא 13 מיליארד שנים אז לא הייתה בריאה, אם הוא בן כמה אלפים אז אין את הזמן הנחוץ לברירה הטבעית. גיל היקום הוא כל כך משנה כך שמספיק לקבוע חד משמעית אם הוא נמדד בגיגה-שנים או רק בקילו ורוב הטיעונים מהצד השני (המדעי או הדתי) נופלים שדודים.

“עזוב את זה שלא היו בכלל בני אדם אז, איך מודדים את הגיל של דבר כמו היקום?” אתם בטח שואלים.
החישובים בנושא לא פשוטים (ולכן השינוי בהערכה מדי פעם) אבל הרעיון הכללי דווקא כן. אבל נתחיל מהקל ונעבור לקשה: איך היהדות יודעת מה גיל היקום? מהתנ”ך, כמובן. אבל זה לא היה קשה לנחש. איך בדיוק? בערך כך: התנ”ך מציין את בריאת העולם על ידי האל יהוה בשישה ימים כשבשביעי הוא נח. היצור האנושי הראשון שנוצר, לפי הסיפור, הוא אדם ואחריו חווה ומהם הושרץ כל המין האנושי. התנ”ך מתאר לרוב את שושלות בני האדם והגיל בו הם הולידו ילדים. לכן אפשר, כביכול, לעקוב אחרי הכרונולוגיה התנ”כית מיצירת היקום ולאורך כל מאורעות התנ”ך ועד זמנים היסטוריים.
עכשיו השאלה שצריכה להישאל ובטח בוערת בקרביכם היא, “אז אם הכל מגיע מאותו ספר יחיד, למה לא רק שיש הבדלים בין הערכות יהודיות לנוצריות (שאמורים לעבוד מאותו בסיס), אלא גם יש הערכות יהודיות שונות והערכות נוצריות שונות?”
אז זאת הבעיה. ההערכות תלויות בתאריכים וזמנים הניתנים בתנ”ך. הכרונולוגיה התנ”כית לא מציינת זמנים בכל מקום ורגע. חוץ מזה, התנ”ך עבר מספר תרגומים והסבות והוא כבר לא המקור היחיד. למרות זאת, ההתייחסות הזאת לא הכי מדויקת. התנ”ך הוא כן מקור יחיד וכל שאר הגרסאות נוצרו על ידי סוג של טלפון שבור של תרגומים, סיפורים, תיקונים ופרשנות. הכי חשוב זה נושא הפרשנות. הספר נשאר אותו הדבר אבל האנשים הקוראים בו משתנים וככל שמשתנים האנשים גם משתנה דרך הקריאה וכל אחד נותן את הדגש והטעם שמתאים לו.
עד כאן, הבנתם? אז הנה נקודת המבט שלי: בחיל המודיעין של צה”ל יש מספר מחלקות שונות שכל אחת עושה דברים אחרים. אז נניח שיש מחלקה שתפקידה לאסוף מידע ויש מחלקה שתפקידה לנתח את המידע ולהביא אותו לשימוש המפקדים. ושוב נניח ששמים מספר אנשים כאחראים על ניתוח של אותו פריט מידע כדי להפחית את הסיכון שפרט כלשהו יאבד. אז מה, אם בתור מפקד, מביאים לכם את המידע ואת הניתוח שנעשה לו על ידי ארבעה אנשים שונים. ואז אתם רואים שהפירוש שמציעים אותם אנשים למידע שונה ואולי אפילו סותר אחד את השני, את השלישי והרביעי? איך הייתם מתמודדים עם מצב בו אתם צריכים לנהל משימה לשטח אויב כשאחד אומר שהמארב יבוא ממערב, השני אומר שהמארב יבוא ממזרח, השלישי אומר שאין בכלל מארב והרביעי אומר שהמארב הוא בעצם זירת מטענים?

וכאן צריכה לבוא הצעקה הבאה: “אז אם הדת נותנת הערכות כל כך שגויות ומופרעות, איך זה שהאסטרונומים כל כך בטוחים להגיד שזה 13.73 אבל עדיין נותנים מרווח טעות?”
אז הסכיתו ואסביר לכם. הדת תלויה בספר ישן, מתבלה ובעל עשרות גרסאות, ובמקרה הגרוע גם באנשים שדעותיהם משתנות. המדע, לעומת זאת, תלוי רק בטבע. מה שמשתנה הוא הבנתנו אותו ודיוק התפיסה שלנו אותו. היכולת לקבוע את גיל היקום תלויה במספר “קבועים” קוסמולוגיים. הסיבה ששמתי את המילה קבועים במירכאות היא כי הם לא ממש קבועים (לפעמים הם קבועים במרחב אבל לא בזמן או להפך) וככל שהמכשירים שלנו משתכללים, אנחנו מסוגלים “לקבוע” אותם בדיוק גבוה יותר, כתוצאה ממדידה ותצפית על הטבע.
בנוסף לכך, ישנן מספר שיטות לקביעת גיל היקום ולכל אחת מהן הנחות בסיס: ההנחה שהקבועים שמצאנו נכונים, ההנחה שהמודל בו אנחנו משתמשים כדי לתאר את הטבע הוא נכון. ומה שלרוב האנשים קשה להבין הוא שזה שהמידע נראה נכון עכשיו לא בהכרח אומר שהוא, היה או יהיה נכון תמיד ובכל מקום. ההנחה היא שהמודל נכון כי הוא מתאים לכל התצפיות שיש לנו עד עכשיו, שהמרחב הוא זהה ואחיד בכל היקום כי הוא זהה ואחיד בכל מקום שאנחנו רואים, שחוקי הפיזיקה הם אותו הדבר בכל מקום ביקום כי זה מה שאנחנו רואים.
הסיבה שהמדע משאיר מקום לאי-ודאות בכל אפשרות היא כי כבר למדנו. למדנו שיש יותר מארבע יסודות (ושאש היא לא יסוד), למדנו שאנחנו לא רואים כי אור יוצא לנו מהעיניים, למדנו שאין תווך כזה שנקרא “אתר”, למדנו שמהירות נפילת גופים לא תלויה במשקל שלהם ולמדנו שמסה ואנרגיה מתחלפים ביניהם. החוקים שניוטון ניסח והתורה שהוא כתב עדיין עובדת ועדיין נכונה… בתנאים מסוימים. התיאוריה של איינשטיין מוסיפה ומרחיבה בשביל לתאר מצבים שניוטון לא חשב עליהם. באותה מידה, כל התיאוריות הכי גרנדיוזיות והכי נכונות שיש לנו היום יכולות להיות לא מדויקות מספיק או לא נכונות בכל מצב נתון ובכל זמן נתון. בעצם, אנחנו יודעים שהם לא נכונות במצבים מאוד מסוימים שנקראים ‘ייחודיות’ אבל על זה בהמשך.

בשביל לחשב את גיל היקום משתמשים בשלוש שיטות: מדידות התרחבות היקום מסופר נובות Ia, מדידות צפיפות היקום ופיזור חומר ומדידת טמפרטורת קרינת המיקרוגל ברקע. אני אסביר רק את האחרונה כי היא היותר מוכרת, יותר נפוצה ויותר פשוטה. ב-1965, כשהם משתמשים באנטנה שנועדה לתקשורת פסיבית, שני אסטרונומים בשם פנזיאס וווילסון גילו תופעה שנחזתה בצורה תיאורטית כמעט 20 שנה קודם לכן – קרינת המיקרוגל הקוסמית ברקע. בתרגום לעברית זה אומר שכל הזמן בחלל יש רעש רקע, סוג של קרינה שנמצאת בכל היקום בתדירות מסוימת, בעוצמה מסוימת, בטמפרטורה מסוימת. גילוי הקרינה הזאת אישש את תיאוריית המפץ הגדול. הקרינה הזאת היא האור שנשאר מהמפץ הגדול, מוסט למיקרוגל בגלל התרחבות היקום.
הקרינה שמגיעה אלינו מהרקע היא קרינה שמגיעה מגוף כדורי המיוצג על ידי אוסף נקודות במרחק של 46 מיליארד קילומטר מאיתנו. מה שעושים זה לחפש את השיא האקוסטי הראשון בקרינת המיקרוגל ברקע בשביל לקבוע את הגודל של היקום ברגע “ההתחברות”. ההתחברות היא הרגע שבו היקום היה מספיק קר ורגוע בשביל שאלקטרונים יוכלו להתחבר עם פרוטונים ושהאור יוכל לברוח. זה הוא אותו גוף כדורי, היקום הצעיר – בגיל של בערך 379,000 שנים. מזה מחשבים את הזמן שהאור צריך היה לקחת בשביל להגיע משם אלינו, או את הזמן שהיה צריך בשביל שהקרינה תגיע למצב שבו היא נמצאת היום, ומזה מסיקים את גיל היקום.
התחזית הזאת מתבססת על מדידות של גשוש שנקרא WMAP שאחראי למדידת הטמפרטורה של קרינת המיקרוגל ברקע. את הטמפרטורה מודדים במעלות קלווין (כמו צלזיוס רק כש-0 קלווין הוא האפס המוחלט, 276- מעלות צלזיוס). WMAP הוא תחליף למכשיר מוקדם יותר שהיה תחליף למכשיר מוקדם יותר והוא מודד את קרינת הרקע, כמו גם מספר דברים אחרים הנחוצים לחישוב גיל היקום כמו קבוע האבל, באופן מלא פעם בשישה חודשים. עם מכשירים יותר משוכללים ויותר מדידות, אנחנו מסוגלים להגיע לרמת דיוק יותר גבוהה. אז למה פלוס/מינוס 120 מיליון שנה? כי מדובר בדיוק של רק אלפיות או עשרת אלפיות המעלה לטווח של מיליארדי שנים.
זיהוי קרינת המיקרוגל היא השיטה הכי מוכרת, הכי נפוצה והתוצאה שהיא מפיקה היא זאת שנמצאת יותר בשימוש בקרב אסטרונומים.

לפני שאני פורץ בהסבר המפץ הגדול אני רק רוצה להגיד שאיך שאני רואה את זה, מפץ זה לא בדיוק הדרך שהייתי בוחר לתאר אותו. האם אי פעם ראיתם פרח נפתח בהילוך מהיר? אז זה מה שנראה לי קרה ליקום, פחות או יותר. זה היה פחות כמו פצצה מתפוצצת עם חום, אש והדף אלא יותר כמו עליי כותרת שסוף סוף שוחררו מכבליהם ונפתחו אל העולם, תופסים את המקום הראוי להם. תוסיפו לזה, כמובן, טמפרטורה של 3,000 מעלות, פרוטונים, אלקטרונים, באריונים ופלזמה.
אז קרינת המיקרוגל ברקע מעידה על המפץ הגדול. איך? חישובים נוספים בקשר לקרינה ולמקורות אחרים מאפשרים לנו לבנות תמונה משוערת של תחילת היקום – המפץ הגדול. שחזור עכשווי של ההיסטוריה לאחור מאפשר לנו להגיע לנקודה כלשהי בעבר הרחוק בה כל החומר היה מרוכז בצורה אינפיטסימלית (זאת אומרת, קטנה מכל שיעור). לנקודה הזאת אנחנו קוראים ייחודיות: נקודה בעלת קוטן אין-סופי, צפיפות אין-סופית, מסה אין סופית ואנרגיה אין-סופית.
כשמדברים על הכרונולוגיה של היקום אין ציון לנקודה אפס. יש ציון למיליונית השנייה אחרי כן אבל אין לרגע היצירה עצמו. הבעיה היא פחות פיזיקלית ויותר מתמטית. המתמטיקה שלנו לא מסוגלת להצהיר הצהרות חד-משמעיות כשמדובר על אין סוף לכיוון כזה או אחר. אפשר רק לשער. המשוואות המוכרות שלנו, המתארות נאמנה את היקום בו אנחנו חיים, מתפרקות לרסיסים בנקודות כל כך כאוטיות כמו תחילת היקום או אפילו בתוך חורים שחורים. כרגע, אין לנו את הכלים להתמודד עם הנושא ואולי לעולם לא יהיו לנו את הכלים. מה שאנחנו כן יכולים לעשות זה לשער, כמו שעושים עם פונקציות מתמטיות.
הפונקציה f(x)=1/x, לדוגמה, היא פונקציה חיובית מונוטונית יורדת. זאת אומרת, קחו x גדול ככל שתרצו והפונקציה (f(x תהיה קרובה לאפס ככל שתרצו. קחו x יותר גדול והיא תהיה קרובה יותר לאפס. אם x הוא אין סופי אז הפונקציה תהיה שווה לאפס. מבחינה רשמית אפשר לתפוס את זה, מבחינה נומרית אין הרבה הבדל בין אפס למספר נורא נורא קטן, אבל ממשית אי אפשר להגיע לזה. אותו הדבר מתקיים בצדדים האלו של הפיזיקה.

שאלה שעולה אצל אנשים דתיים שעקבו עד עכשיו (לא כולם מסוגלים, דתיים או לא) היא: “אז מה קרה לפני המפץ הגדול?”
התשובה הראשונה שאני מסוגל לחשוב עליה היא: “למי אכפת?” זה הרי קרה ואנחנו פה והדיון בנושא הוא כמו הדיון על מקור החיים. לא משנה מה הסיכויים שדבר כזה יקרה, בין אם זה יקום עם חוקים פיזיקליים מסוימים או חלבונים וחומצות בצורות מסוימות, אנחנו יודעים שיש לפחות דוגמה אחת שזה באמת קרה: אנחנו, היקום שלנו. אולי יש עוד אלפי, מיליוני, סקסטיליוני יקומים אחרים שלא יצאו כל כך טוב. אבל אנחנו גרים בזה. מכיוון שאנחנו בני אדם בעלי היכולת לדון בעצם קיומינו, הדיון הזה מתקיים. ולהלן מה שידוע ומה שמשוער.
התורה הפיזיקלית הקלאסית, מה שנקרא פיזיקה ניוטונית, מתייחסת לשלושת מימדי המרחב ולמימד נוסף של זמן. אחד הדברים שאיינשטיין עשה עם התיאוריה שלו היא לחבר את הזמן והמרחב למרקם אחד הנקרא ‘זמן-חלל’. הרעיון הוא שהחלל משפיע על הזמן והזמן משפיע על החלל בצורה שניתנת לתיאור כקשר חד-משמעי. מספיק חד משמעי כך שאפשר לקרוא להם, פחות או יותר, אותו הדבר. גופים בחלל מעקמים את המרחב ואת הזמן ביחד והתיאוריה הזאת עובדת. אז לכל מה שאמרתי קודם על הייחודיות בתחילת היקום, תוסיפו גם חלל אפסי וזמן אפסי. פיזיקלית אי אפשר לדבר על מה שקרה לפני כי לא היה חלל ולא היה זמן, לפחות לא בצורה בה אנחנו מדברים עליהם. לכן אין ביכולתנו למדוד (או לדעת, זה הינו הך) את היקום לפני היותו יקום והנושא שקול לניסיון לראות מה נמצא מצידו השני של משפך בעל זרבובית כל כך קטנה שאי אפשר לראות אותה אבל יודעים שהיא שם. אולי יש שם משהו ואולי אין אבל בשביל להגיע לשם כנראה שנצטרך להפר את חוקי הפיזיקה המוכרים לנו (כי אני לא יודע איך לדחוף חיישן דרך חור הקטן יותר מהחלקיקים המרכיבים אותו – זאת האנלוגיה).
אחת התיאוריות שהציעו לקיום היקום היא ממברנות בעל מספר ממדים כלשהו (לא בהכרח 4 כמו היקום שלנו ולא בהכרח יותר) בחלל 11 ממדי היוצרות “מפצים גדולים” כשהן פוגעות אחת בשנייה. אין דרך הרבה יותר פשוטה להסביר את זה וזה מסובך מספיק גם אם למדתם מכניקת קוונטים ותיאוריית מיתרים. לכן לא אפרט יותר מזה כי הידע שלי בנושא לא שלם. אם ברצונכם לדעת יותר אנא השלימו דוקטורט בפיזיקה, אסטרופיזיקה ו/או פיזיקת חלקיקים במוסד האקדמי הקרוב למקום מגוריכם. או שאפשר לראות או לקרוא ממגוון התוכניות והספרים בנושא. לפיזיקאים בריאן גרין, בריאן קוקס, לאונרד ססקינד, סטיבן ווינברג ואדוארד וויטן, כמובן, יש הרבה דברים מעניינים להגיד בנושא.

מעבר לדיון לגבי הוכחות מתאימות או לא, לפי דעתי הנושא סגור עתה. ואלה היו 60 כפול 9 שניות על קוסמולוגיה וגיל היקום.

Posted in No Category by Eran with 11 comments.