top of page

איך יתכן שהמפץ הגדול נוצר מכלום?

מאת: Alastair Wilson

מקור: The Conversation


ההבנה של רובנו היא ששום דבר לא נובע מכלום. כדי שמשהו יתקיים, חייב להיות חומר או רכיב זמין, וכדי שהם יהיו זמינים, חייב להיות משהו אחר זמין. עכשיו השאלה היא: מאיפה הגיע החומר שיצר את המפץ הגדול, ומה קרה בשלב הראשון של היווצרות החומר הזה?


"הכוכב האחרון יתקרר לאט וייעלם. עם לכתו, היקום יהפוך שוב לריק, ללא אור או חיים או משמעות". כך הזהיר הפיזיקאי בריאן קוקס (Brian Cox) בסדרה Universe ששודרה לאחרונה ב-BBC. דעיכתו של אותו כוכב אחרון תהיה רק ​​תחילתו של עידן ארוך ואפל לאין שיעור. כל החומר יתכלה בסופו של דבר על ידי חורים שחורים מפלצתיים, שבתורם יתנדפו אל נצנוצי האור העמומים ביותר. החלל יתרחב כלפי חוץ עד שאפילו האור העמום הזה יתפשט מדי מכדי לקיים אינטראקציה. הפעילות תיפסק.


אכן כך? באופן מוזר, כמה קוסמולוגים מאמינים שיקום ריק אפל וקר כמו זה שנמצא בעתיד הרחוק שלנו יכול היה להיות המקור למפץ הגדול שלנו.

ציוני דרך עיקריים בהתפשטות היקום / Wikimedia

החומר הראשון

אך לפני שנגיע לזה, בואו נסתכל כיצד "חומר" - חומר פיזי - נוצר לראשונה. אם אנו מכוונים להסביר את מקורותיו של חומר יציב העשוי מאטומים או מולקולות, בוודאי שלא היה דבר כזה במפץ הגדול - וגם לא במשך מאות אלפי שנים לאחר מכן. למעשה, יש לנו הבנה די מפורטת של האופן שבו האטומים הראשונים נוצרו מחלקיקים פשוטים יותר ברגע שהתנאים התקררו מספיק כדי שחומר מורכב יהיה יציב, וכיצד האטומים הללו התמזגו מאוחר יותר ליסודות כבדים יותר בתוך כוכבים. אבל ההבנה הזו לא מתייחסת לשאלה האם משהו בא יש מאין.


אז בואו נחשוב אחורה יותר. חלקיקי החומר ארוכי החיים הראשונים מכל סוג היו פרוטונים ונויטרונים, שמרכיבים יחד את גרעין האטום. אלה נוצרו בסביבות עשרת אלפית השנייה לאחר המפץ הגדול. לפני שלב זה, לא היה באמת חומר במובן המוכר של המילה. אבל הפיזיקה מאפשרת לנו להמשיך להתחקות אחר ציר הזמן לאחור - לתהליכים פיזיקליים שקודמים לכל חומר יציב.


זה לוקח אותנו למה שנקרא "עידן האיחוד הגדול" ("Grand Unified Epoch"). עכשיו, אנחנו כבר נמצאים בתחום הפיזיקה הספקולטיבית, מכיוון שאיננו יכולים לייצר מספיק אנרגיה בניסויים שלנו כדי לחקור את סוג התהליכים שהתרחשו באותה תקופה. אבל היפותזה מתקבלת על הדעת היא שהעולם הפיזי היה מורכב ממרק של חלקיקים אלמנטריים קצרי מועד - כולל קווארקים, אבני היסוד של פרוטונים וניוטרונים. היה גם חומר וגם "אנטי-חומר" בכמויות שוות בערך: לכל סוג של חלקיקי חומר, כמו הקווארק, יש בן לוויה של "תמונת מראה" אנטי-חומר, שהוא כמעט זהה לעצמו, שונה רק בהיבט אחד. עם זאת, חומר ואנטי-חומר מחוסלים בהבזק של אנרגיה כשהם נפגשים, כלומר חלקיקים אלה נוצרו והושמדו ללא הרף.


אך איך הגיעו החלקיקים האלה לקיום מלכתחילה? תורת השדות הקוונטית אומרת לנו שאפילו וואקום, המתאים כביכול למרחב-זמן הריק, מלא בפעילות פיזית בצורה של תנודות אנרגיה. תנודות אלו עלולות לגרום לחלקיקים לצאת החוצה, רק כדי להיעלם זמן קצר לאחר מכן. זה אולי נשמע כמו מוזרות מתמטית ולא פיזיקה אמיתית, אבל חלקיקים כאלה זוהו באינספור ניסויים.


מצב הוואקום במרחב-זמן סוער בחלקיקים שנוצרים ונהרסים כל הזמן, כנראה "יש מאין". אבל אולי כל מה שזה באמת אומר לנו הוא שהוואקום הקוונטי הוא (למרות שמו) משהו ולא כלום. הפילוסוף דיוויד אלברט (David Albert) מתח ביקורת בלתי נשכחת על תיאורים של המפץ הגדול המבטיחים להשיג משהו מכלום בדרך זו.

סימולציה של תנודות ואקום קוונטיים בכרומודינמיקה קוונטית / Wikimedia - Ahmed Neutron

נניח שאנו שואלים: מאיפה צמח המרחב-זמן עצמו? אז נוכל להמשיך ולסובב את השעון אחורה עוד יותר, אל "עידן הפלאנק" הקדום באמת - תקופה כה מוקדמת בהיסטוריה של היקום עד שהתיאוריות הטובות ביותר שלנו לפיזיקה מתפרקות. עידן זה התרחש רק עשרה מיליון טריליון טריליון טריליונית שניה לאחר המפץ הגדול. בשלב זה, המרחב והזמן עצמם הפכו נתונים לתנודות קוונטיות. פיזיקאים בדרך כלל עובדים בנפרד עם מכניקת הקוונטים, השולטת בעולם המיקרו של החלקיקים, ועם תורת היחסות הכללית, החלה בקנה מידה גדול וקוסמי. אבל בכדי באמת להבין את עידן הפלאנק, אנו זקוקים לתיאוריה שלמה של כבידה קוונטית, הממזגת את השניים.


עדיין אין לנו תיאוריה מושלמת של כבידה קוונטית, אבל יש ניסיונות - כמו תורת המיתרים וכבידה קוונטית לולאתית (loop quantum gravity). בניסיונות אלה, מרחב וזמן רגילים נראים בדרך כלל כמתהווים, כמו הגלים על פני אוקיינוס ​​עמוק. מה שאנו חווים כמרחב וזמן הם תוצר של תהליכים קוונטיים הפועלים ברמה מיקרוסקופית עמוקה יותר - תהליכים שאינם הגיוניים עבורנו כיצורים המושרשים בעולם המאקרוסקופי.