מה קרה לפני המפץ הגדול?

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

מה גרם ליקום להתעורר? הסיבה העיקרית חייבת להיות מיוחדת, אומרים מדענים. אבל אם מייחסים את תחילתו של הכל למפץ הגדול, נשאלת השאלה: מה קרה לפני כן? המחבר מציע נימוק מרתק לגבי ראשית הזמן.

לשאול את המדע מה היה לפני הזמן זה כמו לשאול "מי היית לפני שנולדת?"

המדע מאפשר לנו לקבוע מה קרה בטריליון שניה לאחר המפץ הגדול.

אבל כמעט אף פעם לא נדע מה גרם למפץ הגדול.

זה מאכזב, אבל חלק מהדברים אינם ניתנים להבנה לחלוטין. וזה טוב.

בואו נהיה כנים: די מוזר לחשוב שההיסטוריה של היקום התחילה במעין יום הולדת לפני 13.8 מיליארד שנים. הדבר עולה בקנה אחד עם עקרונות דתיים רבים, לפיהם הקוסמוס נוצר באמצעות התערבות מלמעלה, אם כי המדע אינו אומר דבר על כך.

מה קרה לפני תחילת הזמן?

אם לכל מה שקרה יש קשר סיבתי, אז מה גרם להופעתו של היקום? כדי לענות על שאלה קשה מאוד לגבי הסיבה הראשונה, מיתוסים דתיים על בריאת העולם משתמשים במה שאנתרופולוגים תרבותיים מכנים לפעמים "הוויה חיובית" או תופעה על טבעית. מכיוון שלזמן הייתה התחלה בשלב מסוים בעבר הרחוק, הסיבה הראשונה חייבת להיות מיוחדת. זו חייבת להיות סיבה חסרת סיבה, תופעה שזה עתה קרתה, ושום דבר לא קדם לה.

אבל אם מייחסים את תחילתו של הכל למפץ הגדול, נשאלת השאלה: מה קרה לפני כן? כאשר אנו עוסקים באלים בני אלמוות, זהו עניין אחר לגמרי, שכן עבורם נצחיות אינה שאלה. אלים קיימים מחוץ לזמן, ואנחנו לא. אצלנו אין דבר כזה "לפני הזמן". לכן, אם נשאל את השאלה מה קרה לפני המפץ הגדול, זה יהיה קצת חסר טעם, גם אם נצטרך למצוא את המשמעות. סטיבן הוקינג השווה את זה פעם לשאלה "מה זה מצפון לקוטב הצפוני?" ואני אוהב את המשפט "מי היית לפני שנולדת?"

אורליוס אוגוסטינוס שיער שהזמן והמרחב הופיעו יחד עם בריאת העולם. מבחינתו זו הייתה כמובן השגחה אלוהית. ולמען המדע?

במדע, כדי להבין כיצד היקום נוצר, התפתח והתבגר, אנו חוזרים אחורה בזמן, מנסים לשחזר את מה שהתרחש. כמו פליאונטולוגים, אנו מזהים "מאובנים", כלומר שרידי החומר מימים עברו, ולאחר מכן בעזרתם אנו לומדים על תופעות פיזיקליות שונות שהיו קיימות באותה תקופה.

אנו מניחים בביטחון שהיקום מתרחב כבר מיליארדי שנים, ושהתהליך הזה נמשך כעת. במקרה זה, "התרחבות" פירושה שהמרחקים בין הגלקסיות גדלים; גלקסיות מתרחקות זו מזו במהירות שתלויה במה שהיה בתוך היקום בתקופות שונות, כלומר, איזה חומר מילא את החלל.

המפץ הגדול לא היה פיצוץ

כשאנחנו מדברים על המפץ הגדול וההתרחבות, אנחנו מדמיינים את הפיצוץ שהתחיל הכל. לכן קראנו לזה כך. אבל זו תפיסה מוטעית. הגלקסיות מתרחקות זו מזו, משום שהן ממש מופרדות על ידי מתיחה של החלל עצמו. כמו בד אלסטי, החלל נמתח ונושא עמו גלקסיות, כפי שזרם של נהר סוחף עמו בולי עץ. אז אי אפשר לקרוא לגלקסיות פסולת שעפה מפיצוץ. לא היה פיצוץ מרכזי. היקום מתפשט לכל הכיוונים, והוא דמוקרטי לחלוטין. כל נקודה חשובה באותה מידה.מישהו בגלקסיה רחוקה רואה את הסרתן של גלקסיות אחרות באותו אופן שאנו רואים.

(הערה: לגלקסיות סמוכות יש סטיות מהזרימה הקוסמית הזו הנקראת "תנועה מקומית". זה נגרם על ידי כוח הכבידה. לדוגמה, ערפילית אנדרומדה מתקרבת אלינו.)

חזור אל העבר

אם נסובב את הסרט הקוסמי לאחור, נראה איך החומר נסחט יותר ויותר במרחב המצטמק. הטמפרטורה עולה, הלחץ עולה ומתחילה ריקבון. מולקולות מתפרקות לאטומים, אטומים לגרעינים ואלקטרונים, גרעיני אטום לפרוטונים ונייטרונים, ואז פרוטונים וניוטרונים לקווארקים. הפירוק הרציף הזה של החומר למרכיביו הבסיסיים והיסודיים ביותר מתרחש כאשר השעון מתקתק בכיוון ההפוך לקראת הפיצוץ.

לדוגמה, אטומי מימן מתפוררים כ-400,000 שנים לפני המפץ הגדול, גרעיני אטום תוך כדקה אחת, ופרוטונים עם נויטרונים תוך מאית השנייה (במבט הפוך, כמובן). איך אנחנו יודעים זאת? מצאנו את שרידי הקרינה מהתקופה בה נוצרו האטומים הראשונים (קרינת רקע מיקרוגל), והבנו כיצד הגרעינים הראשונים של אטומי האור הופיעו כשהיקום היה בן דקות ספורות בלבד. אלו הם בדיוק המאובנים הקוסמיים שמראים לנו את הדרך בכיוון ההפוך.

נכון לעכשיו, אנו יכולים לדמות בניסוי את התנאים שהיו קיימים כשהיקום היה טריליון שניה. זה אולי נראה לנו ערך זניח, אבל עבור חלקיק קל של פוטון, זהו זמן ארוך, המאפשר לו לעוף למרחק שהוא פי טריליון מקוטר של פרוטון. כאשר אנו מדברים על היקום המוקדם, עלינו לשכוח מסטנדרטים אנושיים ורעיונות לגבי זמן.

כמובן, אנחנו רוצים להתקרב כמה שיותר לרגע שבו הזמן היה שווה ל-0. אבל בשלב מסוים אנחנו נתקלים בחומת הבורות ויכולים רק להחדיר את התיאוריות הנוכחיות שלנו בתקווה שהם יתנו לנו לפחות כמה רמזים להתרחשות בתחילת הזמן, באנרגיות ובטמפרטורות כאלה שאיננו יכולים ליצור במעבדה. אבל אנחנו יודעים דבר אחד בוודאות. כשהזמן קרוב לאפס, התיאוריה הנוכחית שלנו לגבי תכונות המרחב והזמן, שהיא תורת היחסות הכללית של איינשטיין, לא עובדת.

זהו תחום מכניקת הקוונטים, בה המרחקים כה קטנים עד שעלינו לדמיין את החלל לא כיריעה רציפה, אלא כמבנה גרגירי. למרבה הצער, אין לנו תיאוריה איכותית המתארת גרעיניות כזו של המרחב, מכיוון שאין חוקי כבידה פיזיקליים בקנה מידה קוונטי (הידוע ככבידה קוונטית). המועמדים, כמובן, הם, למשל, תורת מיתרי העל וכוח הכבידה הקוונטית בלולאה. אבל כרגע אין עדות לכך שהם מתארים נכון תופעות פיזיקליות.

הקוסמולוגיה הקוונטית לא עונה על השאלה

אף על פי כן, סקרנותו של אדם מחייבת לקרב את הגבולות לערך האפס של זמן. מה אתה יכול לומר? בשנות ה-80 הציעו אלכסנדר וילנקין, אנדריי לינדה וג'יימס הארטל וסטיבן הוקינג שלושה מודלים של קוסמולוגיה קוונטית, שבהם היקום קיים כאטום והמשוואה דומה לזו המשמשת במכניקת הקוונטים.

במשוואה זו היקום הוא גל של הסתברות, שבעצם מקשר בין האזור הקוונטי הנצחי לזה הקלאסי, שבו יש זמן, כלומר עם היקום שבו אנו גרים, ואשר כעת מתרחב. המעבר מקוונטים לקלאסיקות פירושו, פשוטו כמשמעו, הופעת החלל, מה שאנו מכנים המפץ הגדול. לפיכך, המפץ הגדול הוא תנודה קוונטית חסרת סיבה, אקראית כמו ריקבון רדיואקטיבי: מהיעדר זמן ועד לנוכחותו.

בהנחה שאחד מהמודלים הפשוטים הללו נכון, האם זה יהיה הסבר מדעי של הסיבה הראשונה? האם נוכל להיפטר מההכרח לסיבה לחלוטין על ידי שימוש בהסתברויות של פיזיקת הקוונטים?

למרבה הצער לא. כמובן, מודל כזה יהיה הישג אינטלקטואלי מדהים. זה יהיה צעד אדיר קדימה בהבנת מקור הכל. אבל זה לא מספיק. המדע לא יכול להתקיים בחלל ריק. היא זקוקה למנגנון מושגי, מושגים כמו מרחב, זמן, חומר, אנרגיה. היא זקוקה לחישובים, היא זקוקה לחוקי שימור של כמויות כמו אנרגיה ומומנטום. אי אפשר לבנות גורד שחקים מרעיונות, כמו שאי אפשר ליצור מודל בלי מושגים וחוקים. לבקש מהמדע "להסביר" את הסיבה הראשונה זה כמו לבקש מהמדע להסביר את המבנה שלו. זוהי בקשה לספק מודל מדעי שאינו משתמש בתקדימים, אין מושגים קודמים לנתח עליהם. המדע אינו יכול לעשות זאת, כפי שאדם אינו יכול לחשוב ללא מוח.

חידת השורש נותרה בלתי פתורה. כתשובה, אפשר לבחור בדת ובאמונה, ואפשר גם להניח שהמדע יבין הכל עם הזמן. אנחנו יכולים גם, כמו הספקן היווני הקדום פירו, להכיר בענווה שיש גבולות לידע שלנו. אנחנו יכולים לשמוח על מה שהשגנו ולהמשיך להבין, תוך כדי ההבנה שאין צורך לדעת הכל ולהבין הכל. מספיק שנמשיך להתעניין בסקרנות.

סקרנות ללא חידה היא עיוורת, וחידה ללא סקרנות היא פגומה.