הינך נמצא כאן

חולשתו של הכוח החלש

01.03.2010

ד"ר גלעד פרז. רב-יקום

"מה היה קורה אילו", היא אחת השאלות העומדות לנגד עינינו תמיד. מה היה קורה אילו ניצחה גרמניה במלחמת העולם השנייה? מה היה קורה אילו חיים ויצמן היה כורת בשנות הארבעים של המאה הקודמת הסכם שלום בר קיימא עם המלך עבדאללה ועם העולם הערבי? מה היה קורה אילו פגשנו, בחלל, יצורים תבוניים מעולם אחר? מה היה קורה אילו ה"ביטלס" לא היו מפרקים את הלהקה?
 
לרוע המזל, אין לנו יכולת אמיתית לענות על השאלה הזאת. יש מציאות אחת, ועלינו להסתגל אליה. סופרי מדע בדיוני בחרו לעקוף את המכשול הזה בסיפורים על יקומים מקבילים שבהם הכל זהה לחלוטין ליקום שלנו, למעט פרט אחד (למשל, ביקום המקביל, זוג אנשים מסוים לא נפגש ולא נישא). לפי הרעיון הזה, כל החלטה הופכת לצומת שממנו מתפצלים שני יקומים מקבילים. זה רעיון שעשוי להוות נחמה מסוימת, לפעמים, אבל לא יותר מזה.
 
מכאן לא צריך להבין שמקומו של רעיון היקומים המקבילים יכירנו אך ורק בשדות הפנטסיה הנצחיים של המדע הבדיוני. למעשה, ד"ר גלעד פרז מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה הראה, שקיומם של יקומים מקבילים שבהם ייתכנו תנאים פיסיקליים שונים - אבל לא שונים מדי - מהתנאים השוררים ביקום המוכר לנו, הוא אפשרי לפחות מההיבט התיאורטי.
 
עבודתו של ד"ר פרז נבעה משתי התפתחויות תיאורטיות. האחת קשורה לתופעה שהתחוללה ככל הנראה בהיסטוריה הקדומה של היקום שלנו, שהתבטאה בהתפשטות מהירה מאוד של היקום, ומכונה "אינפלציה". מודלים שונים הכוללים את ה"אינפלציה" מובילים לתוצאות, שלפיהן ביקום האינפלציוני נוצרו מעין "כיסים" שהתרחקו זה מזה במהירות עצומה עד למצב שבו הם אינם יכולים לתקשר זה עם זה. במילים אחרות, נוצרו יקומים שונים המתקיימים בעת ובעונה אחת - יקומים מקבילים או רב-יקום.
 
נקודת המוצא השנייה למחקרו של ד"ר פרז היא העובדה הפיסיקלית הידועה, שהסביבה משפיעה על התכונות הפיסיקליות. למשל, מהירות הקול משתנה לפי חומר התווך שבו עובר הקול. לפי תורת המיתרים, באזורים שונים של הרב-יקום ייתכנו תכונות פיסיקליות שונות למאסות החלקיקים, חוזק הכוחות הבסיסיים ועוד.
               

ה"פיספוס" הגדול

עכשיו אפשר לחזור לרגע ליקום המוכר לנו, שבו אנו חיים. אחרי שהתרגלנו לרעיון שהיקום מתפשט ללא הרף, הופתענו לגלות שלמעשה, קצב ההתפשטות שלו מואץ. לפני שנים לא רבות התברר, להפתעת רבים, שהיקום מתפשט במהירות גדלה והולכת. התופעה הזאת הובילה להנחה בדבר קיומו של "קבוע קוסמולוגי" הפועל, למעשה, ככוח אנטי-כבידתי. הבעיה היא, שמדידות שונות הראו שגודלו של הקבוע הזה קטן פי 10 בחזקת 120 מהגודל שיוחס לו בתיאוריה. מדובר ב"פיספוס" הגדול ביותר של תחזית תיאורטית בתולדות הפיסיקה, והמסקנה העולה ממנה היא, שהתיאוריה הבסיסית של החלקיקים ו/או של הכבידה פועלת באופן שונה במרחקים גדולים מאוד.
 
למה זה חשוב? מכיוון שקבוע קוסמולוגי חיובי וגדול יגרום לכך שהחומר ביקום יתפשט במהירות עוד בטרם יתפתחו גלקסיות, שמשות וכוכבי-לכת. במילים אחרות: הוא יגרום לכך שלא יתפתחו חיים, וש"לא יהיה לנו איפה לגור". לעומת זאת, קבוע קוסמולוגי שלילי יגרום לכך שהיקום יקרוס במהירות, ושוב לא יתפתחו גלקסיות, כוכבים וכוכבי-לכת, כלומר, שוב לא יתפתחו חיים. סטיבן ויינברג, שזכה בפרס נובל בפיסיקה בשנת 1979, הציע בשנת 1987 (לפני גילוי ההאצה הקוסמולוגית), שעצם העובדה שאנחנו נמצאים כאן כדי לשאול את השאלה הזאת, מראה שהקבוע הקוסמולוגי הוא קטן.
 
בתקופת ה"אינפלציה" נוצרו מבנים שונים, או יקומים שונים, שברובם התקיימו קבועים קוסמולוגיים חיוביים גדולים, או שליליים. המקרה שבו התפתח היקום המוכר לנו - שבו מתקיים כנראה קבוע קוסמולוגי חיובי קטן - הוא, לפי התפיסה הזאת, מקרה נדיר מאוד בין טריליוני ניסיונות. גורם נוסף שמייחד את היקום שלנו, שבו התפתחו חיים, הוא קיומו של כוח חלש "חזק". בטבע פועלים ארבעה כוחות יסודיים. החזק שבהם הוא כוח ה"צבע" שממנו נובע הכוח ה"חזק". השני הוא הכוח האלקטרו-מגנטי, השלישי הוא הכוח ה"חלש", והרביעי הוא כוח הכבידה. ביקום שלנו, הכוח ה"חלש" חזק אלפי מונים מהכוח הבא בתור אחריו, כוח הכבידה. מדוע, בעצם, הכוחות האלה אינם שווים בחולשתם? הכוח החלש מעורב בתהליכי הפקת האנרגיה בשמש (היתוך גרעיני), ובלעדיו יסודות כבדים שונים לא ייווצרו ולא יוכלו להתקיים לאורך זמן. לכן, התפיסה הרווחת אמרה שביקום ללא כוח חלש "חזק" לא יתקיימו חיים.
 

חיים אחרים

אבל ד"ר פרז, רוני הרניק ממעבדות פרמי שליד שיקאגו, וגרהם קריבס מאוניברסיטת אורגון, הראו שביקום שאין בו כוח חלש כלל (שאפשר שהוא אחד ממערך של יקומים מקבילים), ייתכנו בכל זאת חיים וקיום הדומים למדי (מבחינה פיסיקלית) לחיים שלנו, ביקום המוכר. הם בנו מודל שמתחיל את תהליך המיזוג הגרעיני, שבאמצעותו מפיקה השמש את האנרגיה שלה, בדויטריום (השמש "שלנו" מפיקה אנרגיה בתהליך מיזוג של גרעיני מימן). אבל כיצד אפשר לספק לשמש דויטריום בכמות שתספיק "להבעיר" את השמש? ד"ר פרז מציע לשנות לשם כך (במודל של יקום מקביל אפשרי) את היחס הכמותי בין הפרוטונים לפוטונים ביקום הבראשיתי, כך שיתקיימו בו פחות פרוטונים מכפי שהתקיימו ביקום המוכר שלנו, ויותר פוטונים. כתוצאה מכך תגדל משמעותית כמות הדויטריום ביקום המקביל התיאורטי. למעשה, כעשרה אחוזים מהחומר ביקום הזה יהיו דויטריום. לפי המודל שבנו ד"ר פרז ושותפיו למחקר, שמש שמתחילה את תהליכי המיזוג הגרעיני עם 90% מימן ו-10% דויטריום, תפעל ביעילות ותספק אנרגיה לסביבתה במשך מיליארדי שנים
.
אותו מודל מאפשר גם את קיומן של סופרנובות (כוכבים מתפוצצים) מסוג מסוים (Ia). סופרנובות הן "סוכני ההפצה" של חומרים כבדים ביקום, והן, למעשה, ספקיות החומר העיקריים החיוניים להיווצרות תנאים שמאפשרים התפתחות חיים.
 
מחקר תיאורטי זה מאפשר למדענים להבין טוב יותר את צפונותיו של הכוח החלש ה"חזק" הקיים ביקום שלנו, ומציע שמאיץ החלקיקים הגדול, LHC, שהחל לפעול באחרונה במעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים, סר"ן, שליד ז'נבה, יביא להבנת הסיבה ל"חוזקו" באמצעות גילוי של פיסיקה חדשה.  
 
 

אישי

ד"ר גלעד פרז נולד בישראל בשנת 1970, קיבל תואר ראשון בפיסיקה ומדעי המחשב מאוניברסיטת בר-אילן (1996), ותואר שני (1999) ושלישי (2003) בפיסיקה ממכון ויצמן למדע (בהנחיית פרופ' יוסף ניר). לאחר מכן ביצע מחקר בתר-דוקטוריאלי באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, ועמד בראש קבוצת מחקר באוניברסיטת ניו-יורק בסטוני ברוק. בשנת 2008 הצטרף למכון ויצמן למדע.
 ד"ר פרז מתגורר במכון ויצמן למדע עם רעייתו, יסמין, ועם בתם רום, שנולדה בשנת 2006. בשעותיו הפנויות הוא אוהב לנגן בגיטרה בס בסגנונות בלוז, ג'ז ורוק מתקדם

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם