מדען אורח פרופ' אהוד בכר

החיפוש אחר רוחות גלקטיות חושף את האטומים האבודים של היקום ועשוי לפענח את תעלומת התפתחותן של גלקסיות
X זמן קריאה משוער: 7 דקות

מהי, לדעתך, פריצת הדרך המשמעותית או המסקרנת ביותר שנעשתה בתחום המחקר שלך בשנים האחרונות?

פריצת הדרך המשמעותית באסטרופיזיקה מהשנים האחרונות, פתחה דלת לתעלומה סתומה ביותר, ללא ספק אחת המוזרות ביקום המוכר לנו.
אחת השאלות הקיומיות הבסיסיות ביותר שעולות על הדעת, אפילו אצל ילדים, היא שאלת ה"מה יש אחרי שזה נגמר?" או "מה יש מעבר לנקודה הרחוקה ביותר שניתן להעלות על הדעת?" כשמדובר ביקום אינסופי השאלה הזו מטרידה במיוחד- מהו גורלו של היקום? ניסוח השאלה במונחים פיסיקליים היה תמיד פשוט מאוד: עד כמה כוח המשיכה חזק לעומת התפשטות היקום מאז המפץ הגדול. כלומר, האם הוא חזק דיו כדי למשוך בסופו של דבר את הכל חזרה או שהיקום ימשיך להתפשט לעד? פריצת הדרך הגדולה מהתקופה האחרונה, היא הגילוי שלא רק שהיקום ממשיך להתפשט, אלא שההתפשטות הולכת ומאיצה. זו תגלית שזיכתה שלושה מדענים שאחראיים על התגלית בפרס נובל בפיסיקה לשנת 2012 וחשוב להסביר, באופן בסיסי, למה תגלית זו כל כך חשובה לפיסיקה.

העובדה כי היקום מאיץ מהפכנית משום שאין כוח בעולם שאנחנו מכירים שיכול לגרום לתאוצה כזאת, מה שרומז שקיים עוד כוח בטבע שאיננו מכירים כלל הדוחף הלכה למעשה את היקום החוצה, והשפעתו הפוכה לכח המשיכה. חוסר הבנתינו המוחלט את פשרו של כוח זה זיכתה אותו בשם "אנרגיה אפלה", המהווה כיום כ- 70% מסך האנרגיה של היקום. לכן, ניתן לומר כי למרות שהתגלית פורצת הדרך פתחה בפנינו דלת חדשה, אף אחד עוד לא ממש חצה את המפתן.

אגב, מעניין לציין שהאסטרונומיה מגלה כדרך קבע תופעות המקדימות את זמנן במובן שרק לאחר שנים, פענוחן מוביל להבנה פיסיקלית עמוקה של הטבע. למשל, את מסלולי כוכבי הלכת מדד קפלר לפני שניוטון הסביר אותם באמצעות חוק הגרביטציה העולמי.

מהם המחקרים שמעסיקים אותך בתקופה זו?

ישנן שלוש תופעות באסטרופיסיקה שבשנים האחרונות מושקעים מאמצים להבינן ולהוכיח את קיומן. האנרגיה האפלה שדוחפת את היקום החוצה, אותה ציינתי קודם, היא הדבר הכי מפתיע ורחוק מההבנה שלנו. בדרגת מוזרות פחותה יותר, אפשר למקם את החומר האפל, שלמרות שאין לנו הבנה ממה הוא עשוי, פעולתו היא כוח המשיכה אותו אנחנו מכירים. קיומו מסביר, בין השאר, את מסלולי הכוכבים סביב מרכזי גלקסיות, כי גם אם לוקחים בחשבון את כל הכוכבים שבגלקסיה, מגיעים למסקנה שאין מספיק מסה כדי שתחזיק את הכוכבים במסלולם.

התעלומה השלישית, זו שעומדת במרכז המחקר שלי בשנתיים האחרונות, היא חומר מוכר לנו – יסודות מהטבלה המחזורית – אבל כזה שאיננו מצליחים בינתיים לראותו, מה שקיבל את השם האטומים החסרים.
כיום אנחנו יודעים לחשב כמה אטומים יש ביקום. אפשר להסיק זאת, למשל, מתכונות קרינת הרקע הקוסמית. עכשיו הבעיה היא פשוטה: האטומים שאנחנו רואים בגלקסיות, הם רק עשרה אחוז מהכמות שאמורה להיות. אז איפה כל החומר החסר? איפה עוד 90%?

ההשערה היא שהחומר האבוד הזה לא באמת אבוד, אלא מפוזר בין הגלקסיות באופן דליל עד כדי כך, שאי אפשר לראותו. ובכל זאת, עיקר המחקר שלי מתמקד בניסיון לאתרו. אחת השיטות היא להתבונן במקור אור רחוק מאוד, ב"קצה היקום" ממש. בגלל המרחק, אנו משתמשים במקורות אור חזקים מאוד, כמו קווזרים או התפרצויות קרינת גאמא. לוּ קרני האור היו עושים את דרכם בוואקום מוחלט, הספקטרום שלהם היה נשמר מן המקור ולאורך כל הדרך. אך לא זה מה שמתקבל בפועל. הספקטרום הנצפה, גורם לנו להסיק שיש מסנן בתווך- כלומר, חומר שבולע חלק מהאור בדרכו הארוכה. לצורך ההמחשה, אפשר להקביל זאת לחלקיקים באטמוספירה שלנו, שאיננו יכולים להבחין בהם בעין אך כשמתבוננים דרכם אל האופק, הם מסננים את אור השמש הצהוב, ואל עינינו מגיעים בעיקר הגוונים האדומים.

מעבר לכך שזו תעלומה – סיבה מספקת לכשעצמה כדי לגרום למדען לשאול שאלות ולהתחיל לחקור – יש סיבה חשובה לחקירה הזו. יש לנו סיבות להאמין שהחומר הבין-גלקטי האבוד ירמוז על פתרון בעיה בלתי פתורה אחרת באסטרונומיה, והיא האופן בו גלקסיות נוצרות ומתפתחות. המודלים הקיימים לא מצליחים לשחזר ולהסביר זאת באופן מלא. אחת המסקנות שעולות מהמחקרים שלנו, היא שגלקסיות פולטות החוצה אטומים, "רוחות גלקטיות", וזהו בסופו של תהליך אותו חומר דליל שאנחנו מחפשים. כדי לאתר את החומר הבין-גלקטי, כאמור, אנחנו משתמשים במקורות אור רחוקים ביותר. כדי ללכוד את הרוחות הגלקטיות, אנו מודדים את קרינת הרנטגן שנפלטת ממרכזי גלקסיות קרובות. העוצמה והאופן בהם הרוחות הגלקטיות משפיעות על קרינה זו, מאפשרים לנו לאתר וללמוד אותן. גלקסיות מתפתחות כתוצאה מהמאזן בין חומר שנפלט מהן לבין חומר שמתווסף לתוכן. אבל בינתיים, רב הנסתר על הנגלה: למרות שאנחנו מזהים את פליטת החומר מגלקסיות, טרם זיהינו באופן ישיר חומר כזה שמתווסף להן.

כיצד אתה רואה את העתיד של תחום המחקר שלך?

למרות מה שהיינו רוצים להאמין (ויש מדענים שאכן מאמינים בכך), מדע האסטרופיזיקה לא באמת סולל את כיווני התקדמותו לפי ההיפותזות של מדענים, אלא בעיקר לפי מה מתאפשר למדוד. וזה כבר תלוי בהתפתחות הטכנולוגית.
מה למשל היינו מצליחים לראות ללא שיגור לוויינים, טכנולוגיה שבכלל פותחה במקור לצורכי מלחמה. ואם לתת דוגמה ספציפית יותר, פריצת הדרך שתיארתי קודם התאפשרה בזכות המצאת המצלמה הדיגיטאלית. תגלית האצת היקום היתה כרוכה בצפייה בפיצוצי כוכבים רבים (סופרנובה) שעליהם אין לנו כל התרעה מוקדמת. בגלל שסופרנובה פולטת אור בעוצמה ידועה, אפשר להעריך באופן אמין את מרחקה מאיתנו. ברגע שהצליחו לתפוס הרבה סופרנובות, ראו שמרחקן המדוד אומר שהתפשטות היקום מאיצה. לא הצליחו להבחין בכך בעבר, כי לא היה כיסוי טלסקופי רחב שדה ורציף, המלווה בעיבוד תמונה יעיל ודיגיטלי, שיקלוט את הסופרנובות בזמן אמת. לפני המצלמות הדיגיטאליות, מגבלות החומרה (השימוש בפילם) הכתיבו צילום מועט וספציפי.
אז עקרונית, כיוון שהיקום מלא בהפתעות שאינן מתרחשות על פני כדור הארץ, הרבה מאוד מהתגליות מפתיעות אותנו ומתאפשרות בזכות מה שניתן למדוד שם בחוץ וכך יהיה גם בעתיד. באופן כללי, כיסוי השמים הולך ומתפתח: צילום רובוטי רציף ועמוק יותר מניב כמויות אדירות של מידע, שלצדם מתפתח ומשתכלל ניתוח מתוחכם של מידע זה. התפתחות ודיוק ומהירות הצילום, למשל, עשויה לאפשר למדענים ללכוד סופרנובה ברגע שהיא מתפוצצת ולהבין סופסוף כיצד זה מתרחש.

מהו ההסבר האלגנטי, העמוק או היפה ביותר בעיניך לתופעה כלשהי?

אחת התופעות הפיסיקליות המוזרות ועל כן המעניינות ביותר – לא בחלל החיצון אלא כאן, מתחת לאפנו – קשורה לתורת הקוונטים בפרשנות קופנהגן, שהגו נילס בוהר ותלמידיו.

תורת הקוונטים מתארת מציאות פיסיקלית עם סיטואציה סימולטנית: קיום של חלקיק שברמה הקוונטית (כלומר, ברמה קטנה מאוד, תת אטומית) נמצא במצב של גם וגם, בעת ובעונה אחת. רק לאחר שתכונותיו של החלקיק נמדדות, רק אז מתקבעות תכונות מצבו (מבחינת מיקום, תנע...) באופן מוחלט.
זו טענה מתעתעת מאוד. שרדינגר המחיש את האבסורד שבפרשנות קופנהגן באמצעות פרדוקס החתול המפורסם: אם חתול נמצא בתיבה בה יש חומר שיכול להרגו בהסתברות של 50%, מצבו של החתול לפני שהחוקר פותח את הקופסה הוא "גם חי וגם מת".
איינשטיין התנגד לפרשנות קופנהגן, ולא רק בטענה המפורסמת ש"אלוהים לא משחק בקובייה" (בוהר, אגב, ענה לו במשפט שנעשה מפורסם לא פחות: "איינשטיין, אל תגיד לאלוהים מה לעשות"). כדי להסביר את האקראיות של התנהגות החלקיקים הקוונטיים, איינשטיין הציע כי קיימים "משתנים חבויים" הקובעים את המצב הפיסיקלי בוודאות. איינשטיין היה מוטרד מכך, שכל עוד אלה יישארו חבויים, מכניקת הקוונטיים לא תהיה שלמה, כלומר לא תצליח להסביר את העולם באופן דטרמיניסטי.

ההסבר האלגנטי והיפה שהוכיח שהמציאות הפיסיקלית היא אכן מאוד מוזרה, הוא משפט קוכן-ספקר (Kochen-Specker) שהבהיר כי ה"חתול" (אם להיצמד לאנלוגיה של שרדינגר לחלקיקים הקוונטיים) הוא ממש "גם חי וגם מת" כל עוד לא התבצעה תצפית שהובילה למצב חד-ערכי. אין "משתנים חבויים" שאמורים לסדר את העניינים וגם שיטות מדידה מפותחות בדרגה אינסופית לא ישנו את העובדה המתמטית שהמציאות הפיסיקלית, במשמעותה העמוקה ביותר, אינה חד-משמעית. עד שלא נתבונן בה, היא תישאר כך. המשפט מוכיח זאת על ידי כך שהוא מראה שהנסיון לתת ערכים מסוימים לכמה גדלים פיסיקליים מדידים (ללא הקשר של מדידה כלשהי) מביא בהכרח לסתירה פנימית.

מה שמעניין לא פחות – ולזה עדיין ככל הידוע לי אין הסבר עמוק, אלגנטי ויפה – הוא הצד השני של המטבע: מדוע המציאות הפיסיקלית הקוונטית, שהיא מעורבבת ולא מוחלטת, אינה באה לידי ביטוי בעולם המקרוסקופי שאנחנו מכירים מחיי היום יום. זה מוזר גם משום שלפחות מבחינה קוגנטיבית ופילוסופית אנו מכירים היטב מצבים מעורבבים (גם טוב וגם רע, גם נכון וגם לא נכון, גם רוצים וגם לא רוצים).

לגבי מה אתה אופטימי?

התקווה והחשש הגדולים של מדען הם שיום אחד כל התעלומות ייפתרו. מדי פעם לאורך ההיסטוריה יש תחושה כזאת, כמו למשל בתקופה שלאחר תיאוריית היחסות הכללית והפרטית. היתה מין אופוריה והיו מדענים שחשבו שאנחנו קרובים לפיענוח סודות הטבע ושנותר רק לפתור כמה סוגיות שוליות ברמה התת-אטומית. ואז באה מכניקת הקוונטים, טרפה את הקלפים והרסה את המסיבה. או למעשה, נתנה את האות למסיבה חדשה.

ישנם תחומים, בעיקר טכנולוגיים, בהם התרחיש הזה מתממש: לפעמים חוקרים תחום שאכן ממצה את עצמו. איך, למשל, נראה בעבר תחום הפיסיקה הגרעינית לעומת היום? ישנם תחומים שעלייתם ונפילתם היא שאלה של אופנה, וזמן "התפוגה" שלהם יכול להיות קצר מועד.
באסטרופיזיקה, לעומת זאת, ניתן להתבדח שאנו מתחרים על תואר המקצוע העתיק בעולם. מאז שהאדם נשא את מבטו לשמיים לא נגמרו נושאי המחקר. אז אפשר להגיד שאני אופטימי שאסטרופיזיקה תמיד תישאר באופנה, שלעולם לא יגמרו לנו השאלות, ושאני לא אהיה מחוסר עבודה. אפילו את מממני המחקרים אפשר לזרז בטענה שהתפשטות היקום הרי הולכת ומאיצה- אין לנו הרבה זמן.

מחשבה זו התפרסמה באלכסון ב


תגובות פייסבוק

3 תגובות על פרופ' אהוד בכר