היקום מבפנים: מה שמדענית NASA לא מפסיקה להתרגש ממנו
"אסטרופיזיקה היא הסיפור של קצה האף שלך, ממש. אנחנו חלק מהדבר הגדול והיפה הזה." — מישל ת'אלר
מישל ת'אלר בילתה את רוב הקריירה שלה ב-NASA כאסטרופיזיקאית ודוברת מדע, ויש לה כישרון נדיר: לקחת את הדברים המוזרים ביותר ביקום ולגרום לכם להרגיש שהם מתרחשים ממש מתחת לאף — כי הם באמת מתרחשים. שיחתה עם ג'ו רוגן נעה בין גלקסיות, GPS, חורים שחורים ובינה מלאכותית, בצורה שמאפשרת גם למי שאינם מדענים להבין מה בדיוק עומד על הפרק.
כמה גדול בעצם שביל החלב?
ת'אלר פותחת בהשוואה שנחרתת בזיכרון: אילו השמש — שבתוכה אפשר לדחוס מיליון כדורי ארץ — הייתה בגודל של נקודה בטקסט מודפס, גלקסיית שביל החלב הייתה גדולה בהרבה מכדור הארץ כולו. לא הכוכבים שבתוכה, לא זרוע ספירלית אחת — הגלקסיה כולה.
היא מדגישה שאפילו מדענים אינם מסוגלים לדמיין זאת באמת:
"אף אחד לא יכול לדמיין מה זו גלקסיה באמת. אפשר לצלם אותן, אפשר לומר את המילה גלקסיה — אבל לאנשים אין מושג איזה מפלצות הן."
המוח האנושי מתרגל להשתמש במספרים ובמונחים, אבל התרגלות אינה הבנה. ות'אלר, שחייה בתוך הנתונים האלה, אומרת שתמונות מטלסקופ ג'יימס ווב עדיין מסמרות לה את השיער — ולדעתה, זו בדיוק הנקודה.
אחד הדברים שהיא מציינת הוא אובדן הפלא שגרם זיהום האור: הערים הסתירו את שביל החלב, ורוב האנשים רואים אותו רק בחופשה, בהפתעה. מדי לילה, מעל הראש שלנו, מתרחש הדבר המרהיב ביותר שעין אנושית יכולה לראות — ואנחנו רגילים אליו מכדי לשים לב.
הזמן שלכם ושל ה-GPS שלכם אינם זהים
אחד הקטעים החדים בשיחה עוסק ביחסות הזמן. ת'אלר מסבירה שיש שני גורמים המשפיעים על קצב הזמן: מהירות ומרחק מגוף גרביטציוני. לווייני GPS נמצאים רחוק מכדור הארץ, ולכן הזמן שם זורם מעט מהר יותר מאשר אצלנו — אבל גם מואט בגלל מהירותם. בלי תיקון מדויק לשני האפקטים האלה, הניווט היה מוטעה בכ-10 ק"מ בכל יום.
רוגן שואל: אז כשאנחנו מסתכלים על שעון, מה אנחנו בעצם מודדים? ת'אלר עונה שזו בדיוק השאלה שאינשטיין שאל לפני יותר מ-120 שנה — וזו הפכה את הפיזיקה על פיה. בניסוי מחשבה מפורסם, אינשטיין בנה שעון משתי מראות ואור הקופץ ביניהן. כשהשעון נע במהירות גבוהה, הקו שהאור עובר הופך לאלכסוני וארוך יותר — כלומר האור "מאחר". ומכאן שכל מה שמודד זמן, מכל סוג שהוא, משתנה עם התנועה.
"אינשטיין אמר בצורה מפורסמת שהעבר, ההווה והעתיד הם אשליות מעצבנות בעיקשות."
ת'אלר מוסיפה שגם הגובה משנה: יש לנו שעונים מדויקים כל כך, שאפשר לזהות הפרש זמן בין שעון על השולחן לשעון שהוזז 60 ס"מ למעלה. הראש שלנו ורגלינו חיים בקצבי זמן שונים, ממש עכשיו.
שזירה קוונטית: הדבר המוזר שהוא גם אמיתי
ת'אלר מקפידה להדגיש: שזירה קוונטית (quantum entanglement) אינה השערה. אינשטיין עצמו קרא לה "פעולה מרחוק מפחידה" ולא אהב אותה, אבל ניסויים שנעשו מאמצע שנות ה-90 הוכיחו שהיא אמיתית.
העיקרון: שני אלקטרונים שהסתובבו באותו מסלול סביב הגרעין חייבים להסתובב בכיוונים הפוכים. כשמפרידים אותם — לכמה סנטימטרים, לאורך ניסוי, ולפי העיקרון גם לאורך גלקסיות — הם נשארים "אותה מערכת". שינוי הספין של האחד גורם לשני להגיב מיידית, ללא עיכוב, ללא קשר למרחק.
"אם אתה לוקח שני אלקטרונים ומפריד אותם — ואתה יודע שהם סובבים בכיוונים מנוגדים — ומפעיל שדה חשמלי כדי לשנות את הספין של אחד, השני משתנה מיד בתגובה."
ת'אלר שואלת בקול: אם המפץ הגדול דחס את כל החומר לנפח אחד, האם אנחנו שזורים בכל דבר? האם חלק ממני נמצא כרגע ברמה הקוונטית בגלקסיית אנדרומדה? "כנראה שכן" — זו התשובה שלה. ולדעתה, כאן הוא המקום שבו הפיזיקה והמטפיזיקה מתחילות להיפגש.
החורים השחורים שמשנים את הכללים
במרכז גלקסיית שביל החלב יש חור שחור בעל מסה של כ-4 מיליון מסות שמש. זה אינו גדול במיוחד בקנה המידה הגלקטי — בגלקסיות אחרות יש חורים שחורים בעלי מסה של עשרות מיליארדי מסות שמש, ואופק האירועים (event horizon) שלהם גדול כמסלול פלוטו. ת'אלר מתארת כיצד גילינו את מיקום החור השחור שלנו: כוכבים נעו סביב נקודה ריקה לכאורה, כמו נחיל דבורים כועסות. כוכב בשם S2 מגיח ממסלול אליפטי ומגיע למהירויות עצומות בנקודת הקרבה המרבית:
"כוכב S2 מגיע למהירות של כמעט 20 מיליון מייל לשעה כשהוא מתנגנב סביב החור השחור. ועכשיו מצאנו כוכב נוסף שמגיע ליותר מ-50 מיליון מייל לשעה."
טלסקופ אופק האירועים (Event Horizon Telescope) — שהוא למעשה טלסקופ בגודל כדור הארץ, שנבנה בתיאום של שמונה מצפי-כוכבים בו-זמנית — צילם את הצל של אופק האירועים. ת'אלר מספרת שהיא עצמה לא האמינה שזה יצליח: כדי לקבל את התמונה, כל המצפים היו צריכים לתפוס את אותו פוטון בדיוק — אותה חזית-גל של אור, שאורך הגל שלו הוא חלקיק ממיליון מהמטר, נוסע במהירות האור. מצפה אחד היה בקוטב הדרומי, ונתוניו הועברו פיזית על גבי כוננים קשיחים במשקל של טון.
לגבי מה שיש בתוך חור שחור — ת'אלר ישירה: הפיזיקה שלנו פשוט מפסיקה לעבוד שם. הזמן והמרחב כפי שאנחנו מכירים אותם אינם קיימים מעבר לאופק האירועים.
ה"נקודות האדומות הקטנות" ומה שג'יימס ווב מגלה
אחת השאלות הפתוחות הגדולות ביותר באסטרונומיה כיום: כיצד נוצרו החורים השחורים הענקיים שבמרכזי הגלקסיות? לא אמור להיות מספיק זמן ליצירתם מכוכבים מתים בלבד.
טלסקופ ג'יימס ווב מצא גופים שת'אלר מכנה בחיבה "הנקודות האדומות הקטנות" — כינוי אסטרונומי אופייני לתופעה דרמטית. הם נראים כ-400 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול, בעלי מסה של כמיליון מסות שמש, ומציגים סימנים לחומר המסתובב במהירות עצומה סביב מרכזם. ההסבר המתגבש כיום מציע כי ייתכן שהדור הראשון של הכוכבים לא היו כוכבים רגילים כלל, אלא ענני גז עצומים שקרסו ישירות לחורים שחורים. אלה חיממו את הגז שסביבם, יצרו מבנה הדומה לכוכב אך מונע על ידי חור שחור במרכזו — ובהדרגה, כוחות הכבידה גרמו למיזוגם לכדי חורים שחורים גדולים יותר ויותר.
ת'אלר מציינת שממצאים אחרונים מראים שחלק מהגופים האלה פולטים קרינת רנטגן — בדיוק מה שהיה מצופה אילו יש חומר שנשאב לתוך חור שחור. "אולי מצאנו את התשובה לשאלה מהיכן מגיעים החורים השחורים הגדולים."
מה לוקחים מזה
- היקום בנוי מאיתנו, לא מולנו. הכימיה של כל גוף חי — פחמן, חמצן, ברזל — נוצרה אך ורק בתוך כוכבים. אנחנו לא מסתכלים על משהו חיצוני; אנחנו חלק ממנו.
- יחסות הזמן אינה תיאוריה מופשטת. היא מתוקנת בכל שנייה בלווייני GPS, ניתנת למדידה בהפרש גובה של 60 ס"מ, ומשפיעה על כל גוף בתנועה — כולל הראש שלנו לעומת רגלינו.
- שזירה קוונטית היא עובדה אמפירית מוכחת שאינשטיין עצמו לא אהב, אבל לא יכול היה להפריך. מה שהיא אומרת על גבולות המרחב והזמן — אנחנו עדיין לא יודעים.
- יש שני מקומות ביקום שבהם הפיזיקה שלנו כשלה לחלוטין: בתוך כוכבי נייטרונים ובתוך חורים שחורים. לא מדובר בפערים קטנים — המשוואות פשוט מפסיקות לתת תשובות נכונות. הפיזיקה הבאה עדיין לא נכתבה.
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 ←