ההד של בראשית: איך זוג יונים ורעש מוזר ברדיו חשפו את סודות המפץ הגדול
- גור זיו
- לפני 13 דקות
- זמן קריאה 5 דקות
בטח אתם או הוריכם זוכרים את ה"שלג" המרצד בטלוויזיות הישנות כשלא הייתה קליטה. מסתבר שכ-1% ממנו היה שידור חי משחר היקום. סיפור מדהים על שני מדענים, אנטנת ענק אחת, וזוג יונים עקשן במיוחד, שהובילו במקרה לתגלית הגדולה ביותר של המאה ה-20 - ההד של המפץ הגדול. סיפור שהתחיל ברעש מטריד ונגמר בתמונת הילדות של הקוסמוס. קראו על הרחש שהפך לרגע של בראשית.
זה התחיל כרחש. רחש קבוע, עיקש, כמו לחישה קוסמית שמסרבת להיעלם. בשנת 1964, על גבעות הולמדל שבניו ג'רזי, שני פיזיקאים צעירים, ד"ר ארנו פנזיאס וד"ר רוברט וילסון, מצאו את עצמם נאבקים בתעלומה מתסכלת. הם עבדו במעבדות בל, חוד החנית של הטכנולוגיה העולמית, והכלי שלהם היה יצירת מופת הנדסית: אנטנת הקרן של הולמדל (Holmdel Horn Antenna). מפלצת מתכת דמוית שופר באורך 15 מטרים, שנבנתה במקור כדי לתקשר עם לווייני התקשורת הראשונים מסדרת "אקו". כעת, כשהפרויקט ההוא הסתיים, האנטנה הרגישה הועמדה לרשותם לצורך מחקר ברדיו-אסטרונומיה. משימתם הייתה למפות אותות רדיו משביל החלב, אך במקום סימפוניה של גלים מהגלקסיה, הם שמעו רעש רקע מונוטוני ועקשן. לא משנה לאן כיוונו את האנטנה, לא משנה מה הייתה השעה ביום או העונה בשנה, הרחש היה שם. הוא לא הגיע מכיוון מסוים, הוא פשוט... היה. בכל מקום.
המחשבה הראשונה של כל מדען שמכבד את עצמו היא שמשהו לא בסדר עם המכשור. פנזיאס ווילסון, מדענים קפדניים ומדויקים, החלו במסע בלשי מפרך כדי לאתר את מקור ההפרעה. הם בדקו כל מעגל חשמלי, כל חיבור, כל מגבר. הם כיוונו את האנטנה לכיוון העיר ניו יורק, בתקווה לזהות "זיהום רדיו" מהכרך הסואן, אך הרעש לא התחזק. הם שקלו הפרעות אטמוספיריות, אך האות היה יציב מדי. בשלב מסוים, חשדם נפל על זוג יונים שמצאו בית חם ונעים בתוך מבנה הקרן העצום. היונים, ו"החומר הדיאלקטרי הלבן" שהשאירו מאחוריהן - תיאור מדעי מנומס ללשלשת ציפורים - הפכו לחשודות העיקריות. המדענים לכדו את היונים וניקו בקפדנות את האנטנה, בתקווה שהשקט יחזור. אך היונים, כפי שסיפר מאוחר יותר וילסון, היו עקשניות לא פחות מהרעש עצמו. "לקחנו את היונים, שמנו אותן בקופסה, ושלחנו אותן בדואר הכי רחוק שיכולנו בניו ג'רזי... הן חזרו תוך יום או יומיים", סיפר בראיון. הייאוש הגיע לשיא כשהשניים הבינו שאין ברירה אחרת. "ובסופו של דבר, נאלצנו להיכנס עם רובה ציד... זה לא משהו שאני שמח לגביו, אבל זו נראתה הדרך היחידה לצאת מהדילמה שלנו". אך גם לאחר סילוקן הסופי של היונים וניקוי יסודי נוסף, הרחש נשאר. הוא היה שם, בלתי משתנה, בלתי ניתן להסבר. בהרצאת הנובל שלו, שנים לאחר מכן, תיאר פנזיאס את התסכול המדעי שלהם: "התוצאה המאכזבת הזו, היעדר כל שינוי נצפה, הייתה הרמז הראשון שלנו לכך שהקרינה אינה ממקור גלקטי. הקרינה הייתה ככל הנראה איזוטרופית". המילה "איזוטרופית", שמשמעותה אחידה בכל הכיוונים, הייתה המפתח לתעלומה כולה. זו הייתה התכונה שהפכה את הרעש הזה ממטרד טכני לתגלית היסטורית.
במרחק של כ-60 קילומטרים משם, בקמפוס המוריק של אוניברסיטת פרינסטון, התנהלה במקביל דרמה מדעית שונה לחלוטין. צוות של פיזיקאים תיאורטיים, בראשותו של ד"ר רוברט דיקי (Robert H. Dicke) הכריזמטי, היה עסוק בתכנון ניסוי שאפתני. דיקי ועמיתיו הצעירים, ד"ר ג'יימס פיבלס (James Peebles), ד"ר פיטר רול (Peter G. Roll) וד"ר דייוויד וילקינסון (David T. Wilkinson), לא חיפשו רעשים מוזרים במקרה; הם ידעו בדיוק מה הם רוצים למצוא. הם היו שקועים עד צוואר בתיאוריית המפץ הגדול. לפי המודל, היקום החל בנקודה לוהטת וצפופה לאין שיעור, ומאז הוא מתפשט ומתקרר. התיאורטיקנים של פרינסטון חישבו שאם המודל הזה נכון, אז היקום הצעיר, כ-380,000 שנים לאחר המפץ הגדול, היה צריך להתקרר מספיק כדי לאפשר לאור לחמוק לחופשי בפעם הראשונה. האור הזה, שהיה בתחילה זוהר מסנוור, היה אמור להתמתח ולהתקרר יחד עם התפשטות היקום עצמו. הגלים היו אמורים לעבור "הסחה לאדום" קוסמולוגית קיצונית, עד שהיום, כמעט 14 מיליארד שנים מאוחר יותר, הם יופיעו לא כזוהר נראה, אלא כקרינת מיקרוגל קרה וחלשה, המגיעה מכל כיוון בשמיים. הם עמדו לבנות רדיומטר משלהם כדי לצאת ולצוד את ההד העתיק הזה, את הזוהר השיורי של הבריאה.
היקום, כדרכו, אוהב אירוניה. בעוד צוות פרינסטון בונה ציוד כדי למצוא את מה שהם חזו, פנזיאס ווילסון כבר מצאו אותו במקרה, וניסו נואשות להיפטר ממנו. הגורל התערב בדמות שיחת טלפון. פנזיאס שוחח עם עמית, אסטרונום אחר, וסיפר לו על הרעש המטריד. העמית, במקרה, שמע על עבודתו של דיקי בפרינסטון. הוא הציע לפנזיאס להתקשר אליהם. השיחה שהתקיימה בין מעבדות בל לפרינסטון הייתה אחד מרגעי ה"יוריקה" הגדולים בתולדות המדע. בצד אחד של הקו, פנזיאס תיאר את המדידות המדויקות של הרחש המיסתורי. בצד השני, אנשי פרינסטון הבינו מיד שהרעש הזה אינו רעש כלל. זוהי התגלית שהם עמדו להקדיש לה את השנים הבאות. האגדה מספרת שמיד לאחר השיחה, פנה דיקי לעמיתיו ואמר במבט יודע: "ובכן, חבר'ה, הקדימו אותנו".
התוצאה הייתה שיתוף פעולה מדעי אלגנטי. ביולי 1965, פורסמו שני מאמרים, גב אל גב, בכתב העת היוקרתי Astrophysical Journal. המאמר הראשון, מאת פנזיאס ווילסון, היה דיווח יבש ועובדתי שתיאר את "מדידת טמפרטורת אנטנה עודפת". המאמר השני, של דיקי, פיבלס, רול ווילקינסון, סיפק את ההקשר הקוסמי וקבע כי הרעש הזה הוא "קרינת הרקע הקוסמית" - ההוכחה התצפיתית החזקה ביותר עד אז לתיאוריית המפץ הגדול.
התגלית הזו שינתה את הקוסמולוגיה ממדע ספקולטיבי למדע תצפיתי מדויק. היא הייתה המסמר האחרון בארונה של תיאוריית המצב היציב המתחרה, שגרסה כי היקום תמיד היה קיים ונראה כפי שהוא נראה היום. בשנת 1978, הוענק פרס נובל לפיזיקה לארנו פנזיאס ולרוברט וילסון על תגליתם. באופן מעורר מחלוקת, צוותו של דיקי, שסיפק את המסגרת התיאורטית החיונית, לא זכה לכבוד דומה (אם כי ג'יימס פיבלס זכה בפרס נובל שנים רבות לאחר מכן, ב-2019, על תרומתו הכוללת לקוסמולוגיה).
אך מהי אותה קרינת רקע קוסמית? ד"ר ג'ון מאת'ר, מדען בכיר בנאס"א וזוכה פרס נובל בעצמו עבודתו על בתחום קרינת הרקע הקוסמית, היטיב לתאר זאת: "זוהי תמונת הילדות של היקום. זהו שריד החום מהמפץ הגדול. כשהיקום היה צעיר מאד, הוא היה חם וצפוף מאד, והוא זהר. זהו הזוהר שאנו רואים". קרינת הרקע הקוסמית היא למעשה אור, אך אור עתיק כל כך שהתפשטות היקום מתחה את גליו עד שהפכו לגלי מיקרו. זהו צילום של היקום כפי שהיה כשהיה בן 380,000 שנים בלבד - תינוק במונחים קוסמיים. מאז תגליתם של פנזיאס ווילסון, לוויינים מתקדמים כמו COBE, WMAP ו-Planck מיפו את הקרינה הזו ברזולוציה מדהימה, חשפו בה שינויים זעירים בטמפרטורה, ומתוך המיפוי הזה למדנו על גיל היקום (13.8 מיליארד שנים), על הרכבו (רק 5% חומר רגיל, השאר חומר אפל ואנרגיה אפלה), ועל הגיאומטריה שלו.
אך הסיפור לא נגמר בלוויינים משוכללים ובמעבדות מתקדמות. באופן מדהים, רובנו נתקלנו בהד של בראשית באופן אישי. אם אתם מבוגרים מספיק כדי לזכור טלוויזיות אנלוגיות, אתם ודאי זוכרים את תופעת ה"שלג" - הנקודות השחורות-לבנות המרצדות על המסך כאשר לא הייתה קליטה של תחנה. אותו "שלג" היה ברובו רעש אקראי ממקורות ארציים, אך מחקרים הראו שכאחוז אחד ממנו, נקודה אחת מכל מאה שריצדה על המסך, לא הגיעה מהאנטנה על הגג או מהפרעות חשמליות. מקורה היה הפוטונים העתיקים של קרינת הרקע הקוסמית, שחצו את היקום במשך 13.8 מיליארד שנים רק כדי לסיים את מסעם על גבי מסך הטלוויזיה שלכם בסלון, רגע לפני שמצאתם את הערוץ הנכון. הטלוויזיות הדיגיטליות המודרניות כבר לא מראות לנו את זה; מסך כחול החליף את הרחש הקוסמי. אך לרגע קצר בהיסטוריה, כל אחד מאיתנו יכול היה, באמצעות מכשיר ביתי פשוט, לצפות בשידור החי העתיק ביותר ביקום - שריד זוהר מהרגע שבו האור נולד.
מקורות:
תגובות