בריאן קוקס: לראשונה, פיזיקת החלקיקים לא יודעת מה מעבר לפינה
"אני חושב שלראשונה אפשר כנראה לומר שבפיזיקת החלקיקים אנחנו לא יודעים אם יש עוד משהו ממש מעבר לפינה. וזה רע — אבל זה גם טוב." — בריאן קוקס
יש משהו נדיר בשיחה הזו: שני מדענים בכירים, במקום להבטיח פריצות דרך, יושבים ומודים במה שאינם יודעים. ניל דה-גראס טייסון מארח ב-StarTalk את בריאן קוקס — פרופסור לפיזיקת חלקיקים מאוניברסיטת מנצ'סטר — והשאלה הפותחת פשוטה: מה קורה בחזית פיזיקת החלקיקים היום?
התשובה מפתיעה.
החלקיקים שלא הגיעו
כדי להבין את התשובה צריך לדעת מה קרה קודם. חלקיק ההיגס נחזה בשנות השישים על בסיס מתמטי כמעט טהור — כהסבר לאופן שבו חלקיקים יסודיים מקבלים מסה. חמישים שנה אחר כך, מאיץ החלקיקים הגדול ב-CERN מצא אותו בדיוק כפי שנחזה.
קוקס מדגיש עד כמה זה מדהים: "זה הישג מדהים שקלענו לזה." הוא מפנה לחיבור הידוע של יוג'ין ויגנר על "היעילות הבלתי-סבירה של המתמטיקה במדעי הטבע".
אבל רוב הפיזיקאים ציפו לעוד. תיאוריית הסופר-סימטריה חזתה שקיים כפול ממספר החלקיקים היסודיים שאנחנו מכירים — והחלקיקים האלה גם היו מועמדים מצוינים להסבר החומר האפל. הם לא הופיעו.
"אני חושב שלראשונה אפשר כנראה לומר שבפיזיקת החלקיקים אנחנו לא יודעים אם יש עוד משהו ממש מעבר לפינה. וזה רע — אבל זה גם טוב. בסופו של דבר זה לא רע ולא טוב, זו פשוט הדרך שבה הטבע מתנהג."
המשפט האחרון הוא כל הרוח המדעית בשורה אחת. טייסון מוסיף שמי שמכריז שלא נשאר מה לגלות בפיזיקה מופיע כל כמה עשורים, וטועה בכל פעם.
מאיץ חלקיקים הוא לא פטיש — הוא מיקרוסקופ
טייסון שואל את השאלה שכולם חושבים עליה: מי בכלל חשב שרעיון טוב לרסק את הטבע לתוך עצמו? "אני לא לוקח כיסאות ומרסק אותם זה בזה ונשאר עם כיסאות. נשאר לי ערימת קרשים."
קוקס מציע דרך אחרת להבין את זה. כשמתנגשים חלקיקים, מה שקורה בפועל הוא שאלקטרון פולט פוטון — חלקיק של אור — שפוגע ביעד. אורך הגל של האור הזה, שקובע כמה קטן הדבר שאפשר לראות, תלוי באנרגיה.
"ככל שמנפצים אותם מהר יותר, ככל שהאנרגיה גבוהה יותר — כך קטנים יותר הדברים שאפשר לראות."
במילים אחרות: מאיץ החלקיקים הוא מיקרוסקופ. וזה בדיוק מה שאפשר לארנסט רתרפורד לירות חלקיקים לתוך רדיד זהב בתחילת המאה העשרים ולגלות את גרעין האטום.
יש גם צד שני, שנובע מ-E=mc². בהתנגשות באנרגיה גבוהה מספיק, האנרגיה עצמה יכולה להתגלגל לחלקיקים חדשים וכבדים — כאלה שלא היו שם קודם. כך "מייצרים" חלקיק היגס. הוא לא היה חבוי בתוך הפרוטון.
וכמה מהר זה קורה? הטבעת ב-CERN היא באורך 27 קילומטרים, והפרוטונים משלימים אותה 11,000 פעמים בשנייה — 99.999999 אחוז ממהירות האור.
למה לא פשוט לבנות מאיץ חזק יותר
כאן מגיעה מגבלה מעשית. קוקס מסביר שאי אפשר להגדיל בקלות את האנרגיה של המאיץ הקיים — זה היה מחייב שינוי מהותי במכונה. מה שכן עושים נקרא שדרוג בהירוּת: פשוט מתנגשים יותר פרוטונים.
ההיגיון סטטיסטי. אירועים מעניינים הם נדירים להחריד — רק אחת מכל מיליארדי התנגשויות מייצרת משהו ששווה מבט. יותר התנגשויות פירושן יותר חלקיקי היגס לחקור, וגם סיכוי לתפוס תופעה נדירה עוד יותר שפשוט לא הופיעה במדגם הקודם.
טייסון מנסח את האנלוגיה: כמה אנשים צריכים לחיות בעיר לפני שנתקלים במישהו בגובה שני מטרים ועשרה?
ועוד פרט שרוב האנשים לא יודעים: רוב הטבעת של CERN נמצאת בכלל בצרפת, לא בשווייץ.
"זו לא חומר אפל. זו כבידה אפלה"
הרגע החד ביותר בשיחה הוא תיקון מונחים. קוקס מתחיל לתאר את החומר האפל בהגדרה המקובלת — יש ביקום הרבה יותר חומר ממה שאנחנו רואים — וטייסון עוצר אותו:
"אני הייתי מנסח את זה אחרת. זו לא חומר אפל, זו כבידה אפלה. אנחנו רואים את זה רק דרך האינטראקציה הכבידתית שלו."
והנימוק שלו מעשי: כל עוד אנחנו לא יודעים מה זה, לא היה לנו שום עסק לקרוא לזה "חומר" מלכתחילה. אחרת מתקבלות כותרות מטעות בסגנון "עלינו לזנוח את רעיון החומר האפל" — כשלמעשה המדידה עצמה עדיין שם. גלקסיות עדיין מסתובבות מהר מדי.
בהמשך מגיע נתון שקשה לעכל: הקבוע הקוסמולוגי, אותה "אנרגיה" שגורמת להתפשטות היקום להאיץ, הוא לפי קוקס כנראה המספר הקטן ביותר בכל הפיזיקה — בסדר גודל של 10 בחזקת מינוס 122. והשאלה שמטרידה את הפיזיקאים היא לא למה הוא קטן, אלא למה הוא לא אפס. אילו היה מעט גדול יותר, היקום היה נקרע ואנחנו לא היינו כאן.
הלקח של קפלר: יופי הוא לא ראיה
השניים מגיעים לשאלה עדינה — האם יופי מתמטי הוא מדריך אמין. קוקס מציין שהמודל הסטנדרטי נבנה על רעיונות של סימטריות, ושיש בו חוש אסתטי מובהק. טייסון מציב סייג מניסיון תחומו.
הדוגמה שהוא מביא היא יוהנס קפלר, שהיה משוכנע שמסלולי כוכבי הלכת מסודרים לפי הגופים האפלטוניים המושלמים — הפירמידה, הקובייה וכן הלאה. הוא בילה בזה עשר שנים.
ואז זנח את הרעיון, על בסיס הנתונים.
"לכן אנחנו דורכים בזהירות כשמישהו אומר: יש לי רעיון יפהפה."
מה שיצא מהוויתור הזה היו חוקי תנועת כוכבי הלכת — ובעקבותיהם חוק הכבידה של ניוטון. כלומר: היופי האמיתי התגלה רק אחרי שקפלר ויתר על היופי שדמיין.
הפיזיקאי שהיה כוכב רוק
ולבסוף, הביוגרפיה שאי אפשר להתעלם ממנה. לפני שהיה פרופסור, קוקס דחה את הלימודים כדי לנגן בלהקת רוק. הלהקה חתמה על חוזה תקליטים גדול, הקליטה באולפן של ג'וני מיטשל בלוס אנג'לס, ופתחה בהופעות עבור ג'ימי פייג'.
אחר כך, בלהקה אחרת, הגיע להיט מספר 1 בבריטניה ובאוסטרליה: "Things Can Only Get Better" — שיר שהפך להמנון הקמפיין של טוני בלייר ב-1997. קוקס מציין בהנאה גלויה שהשיר סותר את החוק השני של התרמודינמיקה. "ברור שזה לא נכון."
ומדוע פיזיקאי מחליט בכלל לצאת מהמעבדה ולדבר עם הציבור? קוקס מספר שהתשובה הגיעה ממשבר תקציבי: כשהממשלה קיצצה בתקציבי המחקר, התברר שהסיבה הייתה שלא חשבו שלמישהו אכפת.
הוא מצטט את ריצ'רד פיינמן, שהגדיר מדע כ"פילוסופיה מספקת של בורות" — מתחילים מנקודת אי-הידיעה — וכתב שחובתם של מדענים היא לא רק לגלות, אלא גם להכריז על חופש המחשבה ולהגן עליו עבור הדורות הבאים.
מה לוקחים מזה
- "אנחנו לא יודעים" היא תשובה מדעית לגיטימית. לפי קוקס, פיזיקת החלקיקים נמצאת לראשונה בלי מפת דרכים ברורה — והוא מסרב להציג את זה כטוב או כרע. "זו פשוט הדרך שבה הטבע מתנהג."
- תחזית שנכשלת היא מידע. הסופר-סימטריה חזתה כפול חלקיקים; הם לא נמצאו. זה לא כישלון של המדע אלא תוצאה שלו.
- שמות מעצבים חשיבה. ההבחנה של טייסון בין "חומר אפל" ל"כבידה אפלה" אינה קטנוניות: המדידה ודאית, הפרשנות אינה — והשם מטשטש את ההבדל.
- יופי מתמטי הוא רמז, לא הוכחה. קפלר ויתר על התיאוריה היפה שלו בגלל הנתונים — ורק אז מצא את החוקים שהחזיקו מעמד.
הבא בשבילכם
מדע וטכנולוגיה2:00:00⟶12′אילון מאסק אצל ג'ו רוגן: יותר מדי אנשים חכמים הולכים למשפטים ולפיננסיםבפרק ממאי 2020 מאסק מסביר למה בית לא נבנה, איך נראה שתל המוח הראשון של נוירלינק, ולמה לדעתו הכישרון בארה"ב מוקצה לתחומים הלא נכונים. הכול חוזר לשאלה אחת: לאן הולך המאמץ.לקריאה ←