איך נברא היקום יש מאין?
האם אנחנו יודעים פחות ממה שחשבנו על המפץ הגדול ובריאת העולם? מחקר חדש מאוניברסיטת חיפה מנסה לשפוך אור על השאלה - איך נוצר יש מאין?
תיאוריה חדשה, של שני מדענים מאוניברסיטת חיפה - ד"ר מאיה לינקולן וד"ר אבי וסר, אמורה לשפוך אור חדש מזווית מעניינת על אחת מהשאלות הפיזיקליות והפילוסופיות הגדולות ביותר העומדות בפני המין האנושי – כיצד, ובעיקר ממה, נוצר היקום.
החלקיקים שיצרו את הכל
הרעיון שאנרגיה יכולה להפוך למסה ולהיפך, היא אחד מהעקרונות הבסיסיים שעומדים בבסיס הפיזיקה המודרנית. הנוסחה המפורסמת של איינשטיין – E=MC² מוכרת לכולם ולפיה, אפשר להפוך מסה לאנרגיה ולהיפך – וככל שהאנרגיה המעורבת בתהליך גדלה – כן גדלה גם המסה הנוצרת ולהיפך. אפשר להראות שבמקרים מסוימים, פוטונים (שהם הפן החלקיקי של קרינה אלקטרומגנטית, שהאור הוא חלק קטן ממנה) יכולים להפוך לחלקיקים ממשיים.
העיקרון שבריק נוצרים חלקיקים מאנרגיה ומייד מתאיינים (מתאיינים מלשון אין - הצמדים הנוצרים הם חומר ואנטי חומר, המושמדים בעת התנגשות בינם ובין עצמם והופכים לאנרגיה) וחוזר חלילה הוא הבסיס של המבנה הקוונטי של היקום. אותו תהליך הולך גם אחורה למפץ הגדול, כאשר במרחב שנוצר, האנרגיה האדירה שהשתחררה בעת המפץ הגדול יצרה זוגות חלקיקים.
מאין הגיע כל החומר ביקום?
מאידך, היקום הלך והתקרר במהירות. מסת צמדי החלקיקים הנוצרים ומתאיינים קטנה ככל שהאנרגיה בה הם נוצרו הולכה וקטנה. לכאורה, בסוף כל התהליך, מושמד הצמד האחרון של זוגות החלקיקים שנוצרו והושמדו ונותרת אנרגיה בלבד. אם כך, נשאלת השאלה – מאין הגיע כל החומר ביקום? ההסבר הוא ב"שבירה ספונטנית" של סימטריה, כאשר בהסתברות מסוימת, תהליכים סימטריים (למשל – יצירה והשמדה של זוג), "נשברים" בהסתברות קטנה מאוד. ההסתברות המאוד קטנה של שבירת סימטריה מסבירה גם את היחס המאוד גדול בין האנרגיה הקיימת ביקום (תהליכים שבהם לא נשברה הסימטריה וזוגות החלקיקים שהתאיינו לבסוף), לבין החומר, שהוא תוצאה של שבירת סימטריה. מאמר של החוקרים ד"ר לינקולן וד"ר וסר מאוניברסיטת חיפה דן באופן של שבירת סימטריה מזווית אחרת.
האופן שבו נותר לבסוף חומר ביקום מביא אותנו לשאלה נוספת. השאלה "מה היה קיים לפני שהיקום נוצר?" ריתקה את המין האנושי מאז ומעולם ועוררה מחקר אינטנסיבי בנושא. התיאוריה המקובלת כיום ביחס להיווצרות היקום היא תיאוריית "המפץ הגדול", הגורסת כי תחילת היקום בנקודה בודדת - בה רוכזו כל החומר והאנרגיה הקיימים. בעקבות המפץ נוצר היקום אותו אנו מכירים כיום, כמו גם ממדי הזמן והמרחב הפיסיקליים. אולם, תיאוריית המפץ אינה יכולה להיחשב שלמה, מאחר שהיא מניחה תנאים מקדימים טרם ההיווצרות, ולפיכך אינה מסבירה בריאה יש מאין- או בעצם מכלום. בניסיון לפתור בעיה זו, תיאוריות שונות כבר הציעו כי היקום נוצר מ"כלום", כשהכלום הזה השתנה מהצעה להצעה – אך בכל אופן לא היה באמת נקי מתוכן באופן מוחלט. תמיד היה "משהו".
קצת כמו המטריקס
האם אפשרית בריאה של עולם יש מאין? מה היה לפני המפץ הגדול בעקבותיו נוצר היקום? התיאוריה החדשנית שהוצגה על ידי ד"ר מאיה לינקולן וד"ר אבי וסר, מספקת מענה מקיף בנוגע לאחת מהשאלות המרכזיות והעתיקות ביותר של המדע. התיאוריה, “Creatio ex Nihilo” , שפורסמה בכתב העת “Physics of the Dark Universe” מתבססת על עקרונות מחקר מעולם מערכות המידע – תחום התמחותם של שני החוקרים, ומסבירה כיצד היקום נוצר מ"כלום".
"ישנן תיאוריות המתייחסות ליקום הנוכחי כאל מערכת מידע עצמאית, המתופעלת על ידי תוכנה שמזינה את עצמה. כלומר, ניתן לדמות קיום 'קוד מקור' שעל פיו חוקי הפיזיקה מתנהלים", מסבירה ד"ר לינקולן כיצד היא וד"ר וסר הגיעו בכלל לחשוב על היווצרות היקום. יש שייראו במערכת הזאת דמיון למטריקס - ייקום שמבוסס על מידע שאנחנו קולטים בחושים - ושונה מאיך שבעלי חיים אחרים קולטים אותו.
לדברי החוקרים, במונחים של מערכות מידע, ניתן להציג "כלום" כשווה ערך למערכת הכוללת אינסוף מידע ואינסוף מידע נגדי, אשר מתקיימים בו-זמנית ולכן בפועל מבטלים זה את זה. "מערכת כלום" כזו כוללת אינסוף של שני סוגי המידע הזה, כשהתוצאה של מכלול המערכת היא העדר חומר, העדר אנרגיה ולמעשה קיום פיזי של שום דבר במונחי מידע. על פי התיאוריה החדשה, טרם בריאת העולם, נמצאה מערכת זו בסימטריה – כאשר אינסוף רכיבי המידע ורכיבי המידע ההופכי מנטרלים זה את זה.
אולם, תופעה ידועה מתחום הפיזיקה היא שבמערכות מסוג זה נוצרות "שבירות ספונטניות" של סימטריה, כאשר ביט של מידע לא מתחבר עם ביט מידע הופכי המבטל אותו. שבירה מסוג זה מייצרת אינפורמציה ובעקבותיה אנרגיה, והופכת למעשה את מערכת המידע מ"מערכת כלום" למערכת חומרית. בנקודה זו מתחברת התיאוריה לתיאורית המפץ הגדול ולתיאוריות המקובלות להיווצרות היקום, בעצם מהשלב שבו היקום הופך לחומרי.
"גם כיום ישנן תופעות פיזיקליות ביקום – המדגימות היווצרות 'יש מאין', מה שמחזק עוד יותר את התיאוריה שלנו בדבר השבירות הספונטניות של הסימטריה בין רכיבי המידע ורכיבי ה'אנטי מידע'. על פי התיאוריה שלנו, היקום הוא מכונה בעלת הזנקה עצמית (“Self-excited machine”), שמייצרת מידע ויודעת לקרוא את 'הקוד של הטבע' וכך ממשיכה ליצור עוד ועוד שינויים, ועוד ועוד מידע חדש", ציינה ד"ר לינקולן.
התיאוריה החדשנית מסבירה היטב תופעות נוספות מתחום הפיזיקה התיאורטית – שחלק מהן נחשבו בלתי פתירות עד היום– כמו עצם קיומו של החוק השני של התרמו-דינאמיקה, התופעה מתחום פיסיקת הקוואנטים בדבר היווצרות של חלקיקים וירטואליים בריק, תופעת ה"חומר" ו"אנטי-חומר" ועוד תופעות אותן מתעתדים החוקרים להסביר במחקרי המשך.
- מידע על אירועים בשמי ישראל וכן מפת כוכבים מסתובבת להורדה ואת ספר השנה האסטרונומי לשנת 2014, הכולל את כל האירועים האסטרונומיים לשנת 2014 אפשר למצוא בלוח השנה האסטרונומי לשמי ישראל.
ד"ר יגאל פת-אל, קוסמוס טלסקופים , יו"ר האגודה הישראלית לאסטרונומיה, מנהל מצפה הכוכבים בגבעתיים ומנהל פורום אסטרונומיה ב-ynet .
לפנייה לכתב/ת 
