אפשר להשקיף על המדע במאה העשרים משני כיוונים: מצד ההישגים המדעיים ומצד התקוות הנכזבות. המאה החלה בסדרה מרשימה של תגליות מדעיות שירשה מהמאה התשע־עשרה. הבולטות שבהן היו: גילוי המבנה האטומי של היסודות הכימיים, גלגולי האנרגיה, ההתנהגות החשמלית והמגנטית של החומר, חוקי השימור, איחוד הכוח המגנטי עם הכוח החשמלי, ושלל ממצאים חדשים שעתידים היו להבשיל לתגליות ולתאוריות מדעיות במאה העשרים. בסוף המאה התשע־עשרה נרשמו שלוש תגליות חשובות בתוך שלוש שנים בלבד: ב־1895 נתקל וילהלם קונרד רנטגן בקרינה אלקטרומגנטית, העתידה להיקרא על שמו; שנה לאחר מכן גילה אנטואן אנרי בקרל רדיואקטיביות בטבע; וב־1897 חשף ג’וזף ג’ון תומסון את האלקטרון – החלקיק התת־אטומי הראשון. בעקבות תגליתו איבד האטום את מעמדו עתיק היומין כישות חומרית בלתי נחלקת. חסידי ההשגחה האלוהית ראו בגילוי האלקטרון אישוש לעמדתו של דקארט, שאסור לבני אדם להציב גבול סופי לאפשרות התחלקותו של החומר, פן תשתמע ממנו כוונה לגרוע מכוח הכל יכול של האלוהים.

גם המאה התשע־עשרה לא טמנה ידה בצלחת, לא בתחום המדעי ולא ביישומיו הטכנולוגיים. ב־1825 עברה רכבת נוסעים את המהירות המרבית של מרכבות סוסים בשני קמ"ש. עשר שנים לאחר אותו תמרור היסטורי הופרכה אזהרת המומחים, כי בנסיעה מעל חמישים קמ"ש עלולים נוסעי הרכבת למות בחנק מהריק שייווצר בחזית הקטר, עקב הבקעה מהירה מדי של האוויר. שנות הארבעים של המאה התשע־עשרה היו עדות לפיתוחה של המצלמה הראשונה, המצאה שנודעה לה השפעה עמוקה לא רק על האמנות, על המדע ועל הטכנולוגיה, כי אם גם על תפישת המציאות ותובנת הזמן. ב־1858 הושקה אוניית הקיטור הראשונה בבריטניה. באותה שנה הופעלה מערכת טלגרף אלקטרומגנטית שהעבירה אלפיים תווים בדקה – פי מאה יותר ממהירותו של הטלגרף האופטי שקדם לה. בשנת 1879 הזמין אדיסון אורחים למשרדו לחזות במופע תאורה של 25 נורות חשמליות. היתה זו הפעם הראשונה שמיצג חשמלי כזה הוצג בפני הציבור הרחב. בשנת 1885 נבנתה המכונית הראשונה בעלת מנוע שריפה פנימי. “הישגיו הנפלאים של המדע”, כתבה ברברה טוכמן¹, “העלו את הגזע האנושי לשלב של רווחה חומרית, כהוכחה לכאורה לאמונתה של המאה התשע־עשרה, שככל שייטב מצבו של האדם כן תפחת אלימותו. הוא [האדם] נהנה עתה ממים זורמים ומרחובות מוארים, ממערכות ביוב, ממזון משומר ומקורר; היו לו מכונות תפירה, מכונות כביסה, מכונות כתיבה, מכסחות דשא, פונוגרף, טלגרף, טלפון […]”. הישגיו המופלאים של המדע הותירו רושם עמוק על הוגי הדעות של התקופה. אלפרד ראסל ואלאס, בן דורו של צ’רלס דארווין ועמיתו לניסוח עקרונות האבולוציה, העריך כי המאה התשע־עשרה עולה מבחינה טכנולוגית על כל קודמותיה; הוא ראה בה את ראשיתו של עידן חדש של קידמה. ב־1874 כתב הזואולוג והוגה הדעות ארנסט הקל, כי מאחורי דגלו הבהיר של המדע ניצבים חירות המחשבה והאמת, השכל והתרבות, האבולוציה והקידמה. דברים נלהבים אלה היו הד לאמונתם של מייסדי החברה המלכותית הבריטית ב־1660 ביכולתו של המדע לחשוף את פלאי הבריאה האלוהית ולחתור לשיפור מצבו של האדם. אוזן רגישה לא תתקשה לגלות בהם את צליליה של האוטופיה האפלטונית, אשר גרסה כי האושר יושג עלי אדמות כאשר גורל העולם יופקד בידי אנשי מדע ופילוסופים.

מה עומד מאחורי אמונה ארוכת ימים זו בכוחו הבלתי מוגבל של המדע? תשובה חלקית אפשר למצוא בספרו של ישעיה ברלין², הדן בשורשיה ובמשנותיה החברתיות והפילוסופיות של האינטליגנציה הרוסית במאה התשע־עשרה. “עיקר אמונתה של ההשכלה במאה השמונה־עשרה”, כותב ברלין, “היה שהסיבות הראשיות למצוקה, לעוול ולדיכוי נעוצות בבערותו של האדם ובסכלותו”. וביתר פירוט: “הידיעה המדויקת של החוקים השולטים בעולם הגשמי, אשר נתגלתה ונוסחה על ידי ניוטון האלוהי, עתידה לתת לבני האדם את האפשרות להשתלט בבוא השעה על הטבע”. הואיל וכך, “הם יחיו בטוב ובאושר ככל שאפשר לחיות בעולם כפי שהוא”. המדע הצטייר אפוא לא רק כמחולל תובנות חדשות על טבע העולם, כי אם גם כמפתח להבנת טבע האדם. הבטחה זו מילאה את הבריות באופטימיות יתרה. הד לכך אפשר למצוא בספר אחר של ישעיה ברלין³. הוגי התקופה, כותב ברלין, האמינו שאפשר לשפר את החיים עלי אדמות אם האדם ייעשה “רציונלי יותר, ולפיכך חכם יותר, צדיק יותר, משופע יותר במידות טובות ומאושר יותר”. יעקב טלמון⁴ מציג את הסופר והוגה הדעות הרוסי, איש המאה התשע־עשרה, ניקולאי צ’רנישבסקי, כמי שתלה את תקוותו במדע המודרני, שיעשה את האדם טוב יותר, שכן מדעי הטבע התפתחו במידה כזו, “שאפשר לשאוב מהם חומר רב כדי להגיע לידי פתרון מדויק של בעיות מוסר”.

אליזה רקלי, אחד ממנהיגי האנרכיסטים במאה התשע־עשרה, כתב על ציפיותיו ללידתו של סדר חדש: “המאה שראתה תגליות כבירות כה רבות בעולם המדע אינה יכולה לחלוף בלי להנחיל לנו כיבושים גדולים עוד יותר” (טוכמן, הערה 1). נקל להבין תחושה זו, במיוחד לאחר אירועי טבע דרמטיים, כמו הופעתו של כוכב שביט גדול בשמי אנגליה ב־1682. אדמונד האלי (Halley) חקר את עברו של כוכב זה (העתיד להיקרא על שמו), אשר נזכר לראשונה בכתבי התוכנים הסינים משנת 240 לפסה"נ והותיר רושם גדול על תושבי אנגלי בשנת 1067. האלי חישב את מסלולו, מצא שהוא מופיע במחזוריות של כ־75 שנה (1456, 1531, 1607 ו־1682) וניבא את ביקוריו הבאים בשנים 1758 ו־1835. הופעתו ב־1759 היתה בעיני רבים עדות מובהקת לקיומו של סדר קוסמי, וליכולתו הבלתי מוגבלת של המדע. שכן, אם בכוחם של חוקי ניוטון לחשוף את הסדר האלוהי שמאחורי תנועתם של גרמי השמים במרחבים האינסופיים של היקום, אפשר שהמדע מחזיק בידו גם את המפתח להבנת הגורל המתעתע באדם, המצוקות הפוקדות אותו, העצב, החולי ואולי גם הזיקנה והמוות. משעה שמצוקות אלה ניתנות להבנה, לא מן הנמנע שיימצא להן פתרון, תיקון, מענה, משהו. ואמנם, “בכל ימי המסורת המרכזית של המחשבה המערבית” היתה סברה “שכל השאלות הכלליות הן מסוג לוגי אחד: שאלות עובדתיות – לפיכך ניתנות לתשובה”⁵.

השימוש במדע לביסוס משנות פוליטיות, חברתיות, אמנותיות ופילוסופיות, שב ומופיע לסירוגין במרוצת המאה התשע־עשרה. גנרלים גרמנים ראו במלחמה בעמים “נחותים” את זכותו וחובתו של הגזע האציל, החזק והנעלה יותר, להחיל את שלטונו עליהם. ברברה טוכמן (הערה 1) מציינת כי תורת דארווין סיפקה את הבסיס הפילוסופי לתזה מיליטנטית. המלחמה אינה רק מובנית בטבע כי אם גם מרוממת את בעליה, באשר היא מייצגת עימות ששורד בו הגזע החזק והנעלה יותר, “ובכך היא [המלחמה] מקדמת את התרבות”. ברוח דומה התייחס הסופר הנודע תומס מאן למלחמת העולם הראשונה שזה עתה פרצה. “הוא ראה בה הזדמנות להתעלות, לטהר את הנפש ולהימלט מה’חומרנות' וה’רקק האינטלקטואלי' של ‘עולם השלום הנורא’”⁶. שנה לפני פלישתו לאתיופיה (1935) הכריז מוסוליני: “המלחה לגברים [היא] כמו האמהות לנשים, ורק היא עשויה לגלות את סגולות היסוד של הגזע האיטלקי”⁷. הואיל וכך, אמר כעבור זמן, איטליה תוכל לשמור על חוסנה רק אם תצא למלחמה מדי 25 שנה.

פיוטר קרופוטקין, נסיך רוסי, גאוגרף ומהדמויות הבולטות בתנועה האנרכיסטית הבינלאומית, דגל באנטיתזה לתפישה זו. לא היריבות עומדת ביסוד היחסים בין בעלי החיים, כבהשקפה הדארווינית, אלא עזרה הדדית ושיתופיות. שתי אלה, גרס קרופוטקין, הן עקרונות הפעולה המרכזיים של החיים בטבע. ספרו על עזרה הדדית בעולם החי והאדם⁸ זכה לתהודה נרחבת בזמנו, אך לקורא בן ימינו נראים טיעוניו לא יותר ממשאלות לב משוללות בסיס עובדתי. עם זאת, קרופוטקין הצביע בעקיפין על ההטיה התרבותית החבויה בתאוריות המתיימרות לאובייקטיביות גמורה. ואכן, פראנס דה ואל מראה (New Scientist, 15 December 2001) עד כמה התאוריה הדארווינית נגועה בהטיה כזו. המערב, אומר דה ואל, נוטה לתאר את הטבע כעשוי משיניים ומטפרים אדומים, בניגוד לראייה ההרמונית ונטולת ההיררכיה של המזרח. אולי לא מקרה הוא שרעיונות השוק החופשי, מאבקי הקיום והקפיטליזם צמחו באותו זמן ומקום, וכך גם ניסוח השאלות האבולוציוניות בהיבטים של רווח והפסד. ההיסטוריון יהושע אריאלי מייחס אף הוא למדע תפקיד מרכזי בעיצובן של השקפות עולם פוליטיות. “התקופה המודרנית, למן ההשכלה הרציונליסטית של המאה השמונה־עשרה”, הוא כותב, “נטעה באדם את האמונה שבכוחו להיות אדון לגורלו ולעצב את עתידו. המדע והטכנולוגיה נועדו לאשש אמונה זו. על חזון זה קמו התנועות ההומניסטיות הגדולות, הדמוקרטיה הליברלית, הסוציאליזם, התנועות לשחרור עמים ולהבטחת זכויות האדם. על חזון זה קמה גם הציונות”⁹.

ב־1895 הודיע אלפרד נובל על כוונתו להקדיש נתח מהונו לייסוד פרס שיוענק מדי חמש שנים לאדם אשר יתרום את התרומה היעילה ביותר לשלום באירופה. נובל העריך כי חלוקת הפרס תסתיים אחרי שישה מחזורים. הוא סבר שאם תוך שלושים שנה החברה האנושית לא תבריא, היא תשקע באורח בלתי נמנע ביוון הברבריות. מאז פרצו שתי מלחמות עולם הרסניות, אבל האמונה בכוחות הנאורים הגנוזים במדע לא התפוגגה, אולי אף התחזקה.

ב־1928 כתב הביולוג הנודע הולדיין, כי אם אנו רוצים לשפר את מצבה העלוב של החברה האנושית אין תקווה אלא במדע. באופן פרדוקסלי הוא צדק, שכן משאלתו של נובל, “ליצור חומר או מכונה שיהיו יעילים בגרימת השמדה המונית במידה כזאת שהמלחמה תיהפך לדבר בלתי אפשרי לחלוטין”, התממשה חמישים שנה אחרי מותו לא על ידי הדינמיט שהמציא, אלא באמצעות פצצת האטום. כוח ההרתעה של הפצצה הגרעינית אפשר שמנע מלחמת עולם שלישית, אבל הותיר כתם מכוער על מצחו של המדע. דבריו של רוברט אופנהיימר, שהצדיק את השתתפות עמיתיו הפיזיקאים במיזם הגרעיני (“אם אתה מדען אינך יכול לעצור דבר כזה”)¹⁰, החמירו את קלונם המוסרי. הפיצוץ המוקדם, שנערך במדבר ניו מקסיקו ב־16 ביולי 1945, הוכיח הלכה למעשה את האמת המדעית בדבר הפיכת חומר לאנרגיה. אמת זו היתה אכן כפויה על הפיזיקאים, אבל להטלת הפצצה על הירושימה ב־6 באוגוסט 1945, לא היה שום קשר למדע. בצדק אפוא ניקה אינשטיין את משוואתו המפורסמת (E=mc²) מכל אחריות לפיתוחה של פצצת האטום, בעוד אדוארד טלר ניסה לפטור את הפיזיקאים מאחריותם המוסרית לפיתוחה של פצצת המימן בהנמקה מתחסדת, שהם “אינם אחראים לחוקי הטבע”. תפקידם, אמר, “למצוא איך חוקים אלה פועלים”.

ניסיונם של אופנהיימר וטלר להציג את הפיזיקאים כשליחי האמת המדעית או, לחלופין, כשבויים תמימים בידי יצריהם המדעיים, היה לא רק מופרך כי אם גם מביך. לא הכל נהגו כמותם. במארס 1945 שלח אינשטיין איגרת שנייה לנשיא רוזוולט, ובה התריע מפני התוצאות ההרסניות של הטלת פצצת האטום. אחד הפיזיקאים הבכירים בפרויקט מנהטן, יוג’ין ויגנר, העיד כי רבים מעמיתיו לא רצו שהפצצה תוטל על הירושימה ונגסאקי, אלא מעל שטח פתוח, כדי שהמדענים היפנים יוכלו להתרשם מהנשק הנורא שבידי האמריקנים ולשכנע את ממשלתם לחתום על הסכם שלום. אפילו טלר גילה בשלב מסוים אחריות לתוצאות מחקרו. במהלך פיתוח פצצת האטום הוא ערך חישובים כדי לבדוק אם כדור האש מהפיצוץ האטומי מסוגל להצית את האטמוספרה של כדור הארץ ולשרוף אותה כליל. תוצאות חישוביו הותירו רושם קשה על עמיתיו. אחדים חששו שלא יהיה אפשר לשלוט בהתפוצצות וכי היא עלולה לקרוע לגזרים את כדור הארץ, אם לא מעבר לו¹¹. החרדה התפוגגה לאחר שהנס באתה הראה כי טלר טעה בחישוביו וכי כדור האש שייווצר מהפיצוץ האטומי לא אמור להתפשט אל מעבר לרדיוס מסוים. ללמדך שאפילו טלר לא באמת חשב שהפיזיקאים אחראים רק לחוקי הטבע.

כלום אפשר אחרת? אם פיזיקאים פטורים מכל אחריות לתוצאות מעשיהם, גם ביולוגים וכימאים אינם אמורים לסרב לפתח חומר המסוגל להמית באורח סלקטיבי תינוקות וקשישים של מדינת אויב. ניסיון כזה של מדענים לרחוץ בניקיון כפיהם עומד במרכז מחזהו של דירנמאט, הפיזיקאים¹², המתרחש במוסד סגור לחולי נפש. אחד החולים, המתחזה לניוטון, פוטר עצמו מאחריות לתוצאות החוקים שהוא מגלה בטבע, בטענה שהוא עוסק בנוסחאות מופשטות. מישהו אחר בונה מהן מכונה, ואחר כך בא אדם שלישי, היודע רק ללחוץ על הכפתור ומפעיל את המכונה. דירנמאט מציב מולו את מביוס, המתחזה למשוגע כדי להימנע ממימוש תגליתו העלולה להמיט אסון על המין האנושי. דירנמאט לועג לניוטון, אבל אינו מתפתה לפתרון הקל של מביוס. ברי לו שאי אפשר לשמור רעיונות ותגליות בסוד ולאורך זמן. במוקדם או במאוחר המדינה משתלטת על רעיונותיהם של אנשי המדע ועושה בהם שימוש כראות עיניה. מסקנתו של דירנמאט פסימית, אבל איננה מחויבת המציאות.

פול ברג, ביוכימאי מאוניברסיטת סטנפורד, הוכיח ב־1973 שאפשר אחרת. ברג, מאבות ההנדסה הגנטית, עסק בניסויי הצרפה (רקומבינציה), שבהם החדיר גנים זרים לחיידקים ולתאי אדם באמצעות גן של נגיף קופים מסוף SV40. נגיף זה אינו מזיק לקופים, אבל כאשר הועבר לתרבית של בני אדם ואוגרים גרם להם להתמרה סרטנית. מאחר שחיידק הניסוי היה מסוג אי. קולי (Escherischa Coli), ששכיחותו גבוהה במעיהם של בני אדם, חשש ברג שהחיידק הטרנסגני עלול להסתנן דרך מערכת הביוב אל מחוץ לכותלי המעבדה ולחולל מגפת סרטן המונית. הוא שיגר מכתב אזהרה לעמיתיו, ולאחר מכן יזם ועידה בינלאומית של ביולוגים ומשפטנים באסילומר, קליפורניה, כדי לגבש פרוטוקול חדש של אמצעי זהירות בניסויי הצרפה מסוג זה. אחד הביולוגים, סידני ברנר, הגיע לכינוס לאחר שערך ניסוי בגופו. הוא שתה חלב מזוהם בחיידקי קולי מהונדסים, ומצא כי הדנ"א של הגן הנגיפי מתפרק בקיבה של בני אדם ועל כן לא נשקפת ממנו כל סכנה. אולם רוב משתתפי הכינוס לא השתכנעו. הנהלת הכינוס ניסחה תנאים מגבילים לביצוע ניסויים בהנדסה גנטית בהתאם לחומרת הסכנה העלולה לנבוע מהם. בכך הוכיח ברג שהוא לא רק היפוכו של דוקטור מורו¹³, כי אם גם הפרכה חיה להשקפתו המפלצתית, ש"חקר הטבע גורם לאדם להיות נטול נקיפות מצפון כמו הטבע".

ההנדסה הגנטית היא חלק בלתי נפרד מההתפתחות המדעית, ואין מחשבה נואלת יותר מזו שניתן לבטלה או לאסור על פעילותה. אבל אפשר לדחות טכנולוגיות מסוימות ולקצוב להן מכסת זמן נוספת למחקר ולניסוי, כדי למזער את סכנותיהן ולתת שהות לחברה לבחון את שיקוליה המוסריים, לשקול את מכלול השלכותיהן על החברה, על הסביבה, על הכלכלה ועל איזונים גאו־פוליטיים. גם אם טכנולוגיות שנויות במחלוקת חברתית נראות בטוחות לחלוטין, יש לתת לחברה פסק זמן להבשלת מוכנותה לקבלן.

עם זאת, יש לקצוב גם לחברה מועד נקוב לסיום תהליך המוכנות וההבשלה, שאם לא כן הקיים יקודש והקיפאון המדעי־טכנולוגי יונצח. אל לנו לשכוח את ההתנגדות הציבורית העזה להשתלת הלב הראשונה של כריסטיאן ברנרד ב־1967, ויותר מזה ללידת תינוקת ראשונה בהפריה חוץ־רחמית ב־25 ביולי 1978. התקשורת הרעישה עולמות, ורבים חרדו לבריאותה של התינוקת וליכולתה להתמודד בעתיד עם נסיבות לידתה. בשנת 2003 מלאו 25 שנה ללואיז בראון, תינוקת המבחנה הראשונה, והיא נראית בריאה מבחינה גופנית ונפשית ככל בנות גילה. ייתכן מאוד שגם טכנולוגיית השיבוט תעבור תהליך דומה של הבשלה רפואית ושל מוכנות חברתית, שהוא לעולם ארוך ואיטי יותר מהיכולת הטכנולוגית. לראיה, ההתנגדות העממית לשיבוט נוטה להתמקד דווקא בטעמים הלא נכונים, דוגמת החשש מיצירת כפילים אנושיים זהים בהתנהגותם ובתוארם. באשר לחששות האחרים משיבוט בני אדם, כגון פיחות הערך האנושי, פגיעה במשמעות החיים וסכנה לשלמות התא המשפחתי, ימים יגידו. התא המשפחתי עובר בימינו שינויים מרחיקי לכת, וכלל לא בטוח שכולם לרעה. במקרים רבים השפעת ההורים על ילדיהם היא הרסנית ומאמללת יותר מכל מה שאפשר לייחס בשלב זה להשפעה הגנטית. ספק גם אם צריך לקחת ברצינות את אזהרתו של לאון קאס, מדובריה הבולטים של הביו־אתיקה, כי “השיבוט מאיים על כבודה של הרבייה האנושית, בכך שהוא נותן לדור אחד שליטה גנטית חסרת תקדים על הדור הבא”. קאס אמור היה לדעת שהרבייה האנושית שואבת את כבודה מעצם הבאת יצור אנושי חדש לעולם ומכיבוד זכויותיו – ולא מטכניקות רבייה.

אין להבין מכך שיש להקל ראש באפשרות של הולדת ילדים בשיבוט. די לציין כי ילד משובט הוא בה בעת אח והורה לאחיו, בן ואח להוריו. אבל טעות היא לחשוב שהרגישות האתית מוגבלת אך ורק לשיבוט. ב־1987 ילדה פונדקאית מדרום אפריקה שלושה תינוקות מביציות של בתה שהופרו בידי בעלה, והיתה בכך לאישה הראשונה בהיסטוריה שילדה את נכדיה. בחודש יולי 2003 הוצאו ביציות מנפלי עוברים אנושיים לשימש בטיפולי הפריה. בכל אותם מקרים שטיפולי ההפריה הצליחו, נולדו לאותן נשים תינוקות שהם ילדיהן הביולוגיים של אמהות שלא ילדו. עם זאת, השיבוט פותח אפשרויות רחבות יותר מהקיימות בטכניקות האחרות, מה שמחייב משנה זהירות ביישומו.

קשה לראות היום הצדקה מוסרית להבאת ילדים לאוויר העולם במטרה להיות כפיליהם של תורמי תאים, או לשמש להם מחסן חלפים חי של רקמות. איש אינו רוצה לחיות בצל הידיעה שקיומו נועד מלכתחילה למלא חלל שהותיר אחריו בן שנפטר, או שערך חייו נמדד על פי תרומתו לריפויו של אח חולה או להארכת חייו של תורם התא. עם זאת, כשם שילדים הנולדים היום מתרומת זרע ייטיבו להתמודד עם ידיעה זו מקודמיהם לפני שלושים שנה, דבר דומה עשוי לקרות לילדים משובטים. בכל מקרה, עלינו להיות ערים לכך שתהליך העיכול וההבשלה של רעיונות חברתיים איטי יותר מקצב החידושים הטכנולוגיים. המשמעות המיידית היא, שהשאלה שהוצגה לפיזיקאים ולביולוגים, על נכונותם לשאת באחריות למעשיהם, נכונה היום יותר מבעבר, שכן הטכניקות רבות ומגוונות יותר.

בניגוד לעמדתו של ישעיהו ליבוביץ, שפטר את איש המדע מאחריות לתוצאות מחקרו, בטענה שאין “לבלום את ההכרה המדעית מחשש מפני תוצאותיה”¹, ההשלכות מרחיקות הלכת של ההנדסה הגנטית מחייבות את הרופאים והביולוגים במאה העשרים ואחת לקבל על עצמם אחריות לתוצאות מחקרם. המדע והטכנולוגיה הצליחו אמנם עד כה להציע פתרונות, ולו דחוקים, לקלקולים שהם חוללו במו ידיהם. אבל, כמו באימרה הידועה על ההבדל בין חכם לפיקח, הביולוגים יידרשו לחשוב היטב לפני שישליכו לבאר את המולקולות שלהם – שאך הודות לפיקחותם יוכלו אולי לחלצן משם. לביולוגים במאה זו יתרון בולט על פני הפיזיקאים במאה העשרים. כי בניגוד לדילמה שניצבה לפני הפיזיקאים בשלהי מלחמת העולם השנייה, הביולוגים אינם עומדים בפני ברירה אכזרית בין המשך מלחמה עקובה מדם לסיומה המהיר באמצעות פצצת אטום. הדילמה העומדת לפני הביולוגים אינה חורבן העולם אלא הגנה על שפיותו.

בפתח המאה העשרים הפיזיקאים היו עדיין חפים מדילמות אלה. קצבם המהיר של התגליות המדעיות והפיתוחים הטכנולוגיים היה לרבים אות וסימן לעתיד ורוד יותר, אבל גם עדות מתמשכת לכישלונם של המדענים לחזות את ההתפתחויות המדעיות והטכנולוגיות. “ב־1900”, כותב ג’ון מדוקס, “המשוואה E=mc^2 טרם נולדה”². אבל הוא שכח לציין שגם לאחר ניסוחה, כעבור חמש שנים, איש לא שיער (לרבות אינשטיין עצמו) שהיא תעמוד בבסיס פיתוח פצצת אטום. קרל סייגן³ עומד על המסלול העקלקל שעובר רעיון עיוני מהמדע הבסיסי ליישום הטכנולוגי. ניוטון לא חלם על טיסות בחלל או על תקשורת לוויינים כאשר הסביר את מסלול הירח, ואילו מקסוול לא חשב על רדיו, על רָדָר ועל טלוויזיה כאשר ניסח את משוואות היסוד של האלקטרומגנטיות. המחשה ספרותית לקצב ההתפתחויות המדעיות הטכנולוגיות מספק לנו אחד מגיבורי ספרו של אלדוס האקסלי⁴. ידידו של ד"ר זיגמונד אוביספו שואל אותו מנין לו שאין גיהנום, וכיצד יוכל להוכיח את כפירתו. אוביספו יודע כמובן שאינו יכול להוכיח את אי קיום הגיהנום, אבל בטכניקה מוכרת לנו הוא משיב בשאלה: “האם תוכל להוכיח שהצד האחורי של הירח אינו מיושב בפילים ירוקים?” תשובתו מכה את בן שיחו באלם. שבע שנים בלבד לאחר צאת ספרו של האקסלי לאור, ב־1959, התקבלה תשובה חד משמעית מ"לונה 3", החללית הראשונה שהקיפה את הירח: אין פילים ירוקים בצדה האפל של הלבנה.

טבעו העלום של ההליך המדעי, המוליד בדרך עקלקלה פיתוחים טכנולוגיים, היתל לא אחת בתחזיותיהם של הוגי דעות ומדענים מראשיתה של החשיבה המדעית. במאה הרביעית לפסה"נ הודיע אריסטו שהמדע היישומי והטכנולוגיה מיצו את עצמם. למרבה האירוניה הוא קבע באותה עת שהמוח משמש מכל קירור לדם הזורם מהלב, וכי לנשים יש פחות שיניים מאשר לגברים (אף שהיה נשוי פעמיים). בימי הביניים האמינו שהאמת הסופית מיוצגת על ידי שלושה תחומים: כתבי הקודש, הגאומטריה האיקלידית והפיזיקה של אריסטו. באורח פרדוקסלי, תחושה זו של מיצוי הידע התחזקה ככל שתכפו התגליות המדעיות וההמצאות הטכנולוגיות. איזידור אוגוסט קונט, פילוסוף וסוציולוג מהמאה התשע־עשרה, ניבא שלעולם לא נוכל לדעת ממה עשויים הכוכבים, אבל לא חזה את המצאת הספקטרוסוקופ, שבאמצעותו גילה הפיזיקאי הגרמני פון פרהונהופר את ההרכב הגזי של הכוכבים כעבור שנים אחדות.

ב־1871 הביע המתמטיקאי הנודע ג’וזף לגראנז' את חששו כי המתמטיקה הגיעה לסוף דרכה. ב־1875 נזכר הפיזיקאי הדגול מקס פלנק (Planck) בימי תלמודו, עת מוריו אמרו לו כי כל הבעיות החשובות בפיזיקה נפתרו. ב־1900 הצהיר הפיזיקאי ויליאם תומסון (לורד קלווין) שלא נותר לגלות שום דבר חדש בפיזיקה, למעט שני עננים המרחפים מעל ראשי הפיזיקאים: התוצאות השליליות שהתקבלו מהניסוי של מייקלסון ומורלי⁵, והכישלון של חוק ריילי־ג’ינס לחזות את התפלגות קרינת האנרגיה מגוף שחור⁶. דייוויד בוהם כותב: "חייבים להודות שהלורד קלווין ידע לבחור את ‘העננים’ שלו, שכן שני אלה ייצגו בעיות שהובילו בסופו של דבר לשינויים המהפכניים במושגי הפיזיקה של המאה העשרים בהקשר של תורת היחסות ותאוריית הקוואנטים⁷. ב־1903, שנתיים בלבד לפני פרסום תורת היחסות, שהפכה את רוח הרפאים של האתר לבלתי רלבנטית, כתב מייקלסון, כי כל העובדות וחוקי היסוד החשובים ביותר בפיזיקה נתגלו, והם כעת מבוססים כל כך, עד כי רחוקה מאוד האפשרות שיידחקו הצדה מחמת תגליות חדשות.

המציאות, כמנהגה, היתלה במומחים. ב־1903 המריא וילבור רייט במטוסו מול רוח נגדית של 43 קמ"ש ונחת כעבור 59 שניות ו־260 מטר, כשהוא מקרקע את הכרזתו של לורד ריילי (העתיד לזכות כעבור שנה בפרס נובל בפיזיקה), כי אין להעלות על הדעת טיסה במכונה כבדה מהאוויר. ריילי לא היה בודד בדעתו. האסטרונום האמריקני סימון ניוקומב הצהיר כי הטסת מכונה כבדה מאוויר תהיה אפשרית רק אם יֵדעו כיצד לנטרל את כוח הכבידה. טיסתם המוצלחת של האחים רייט לא נטרלה את כוח הכבידה, אבל סימנה את ראשיתו של אביב מדעי וטכנולוגי חסר תקדים.

ב־1905 הראה אינשטיין שהאור בנוי מזרם של חלקיקים, ביסס באמצעות התנועה הבראונית את קיומם של האטומים, הכריז על המרה חופשית של חומר לאנרגיה, בהראותו שאנרגיה וחומר הם פנים שונות של אותו דבר, קבע כי החומר אינו יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור, והציג את תורת היחסות המצומצמת. קביעה זו סתרה את תחושתו העמוקה של האדם שהזמן הוא אחד, אחיד ומוחלט בכל מקום ביקום. ב־1911 הפציץ ראתרפורד עלה זהב בחלקיקי אלפא. החלקיקים התפזרו לכל עבר והעידו כי מסת האטום אינה מחולקת באורח שווה על פני כל שטחו, כפי שסברו, אלא מרוכזת בגרעינו. ראתרפורד לא העלה בדעתו שתגליתו תסלול את הדרך לפצצות האטום שיוטלו על הירושימה ונגסאקי. ואמנם, עוד ב־1932 הוא התייחס לאפשרות של שחרור אנרגיה מביקוע גרעין האטום כאל “שטויות במיץ עגבניות”.

חיזוי שגוי היה גם מנת חלקם של הביולוגים. ב־1969 ראה אור ספרו של גונתר סטנט¹, שניתח את קצב התגליות בתחומי המדע השונים וקבע כי גם אם רמת הידע המדעי בשנות השישים מייצגת אלפית מהידע המדעי המלא, נגיע בשנת 2160 לגבול הסופי של הידיעה המדעית. גם ריצ’רד פיינמן, מגדולי הפיזיקאים של המאה העשרים, הגיע למסקנה דומה. את אמריקה, הסביר פיינמן, אפשר לגלות רק פעם אחת. קרי, כל תגלית חדשה מקטינה את סך כל התגליות העתידיות האפשריות. הנה לקט קטן של תחזיות ביולוגיות שהתבדו עוד בימי חייהם של מי שהגו אותן: “הבנת הטבע האמיתי של הגן היא מעבר ליכולתם של בני אלמוות” (1935); “אין אפשרות לקבוע את הרצף המלא של הגנום האנושי” (1974); “לא ניתן לשנות גן ספציפי בעובר” (1984); “אין שום אפשרות לקרוא את המידע הגנטי המיוצג בתא עוברי בודד” (1985); “בלתי אפשרי לשבט אנשים מתא בוגר” (1996).

אכן, קצב הגילויים המדעיים והפיתוחים הטכנולוגיים במאה העשרים הותיר גם את המומחים פעורי פה. במרוצת המאה הקודמת חדרנו לנבכי האטום עד עומק של טריליונית הסנטימטר ויצרנו במעבדה עשרים יסודות כימיים חדשים שלא קיימים בטבע. המאה העשרים נפתחה עם יקום בן 500 מיליון שנה וגלקסיה אחת בת מיליון כוכבים, ונחתמה עם יקום בן 14 מיליארד שנה, שקוטרו 156 מיליארד שנות אור ותכולתו מאה מיליארד גלקסיות, שכל אחת מהן מכילה בממוצע מאה מיליארד כוכבים. היקום, שבתחילת אותה מאה נחשב נייח ונצחי, התגלה כעולם דינמי, סוער ואלים, שבו גלקסיות גדולות בולעות את אחיותיהן הקטנות. עולם המאוכלס כוכבים בעלי שמות משונים (ענקים אדומים, ננסים לבנים, גמדים חומים, חורים שחורים), וגרמי שמים קטנים יחסית (קוואזרים), המפיקים אנרגיה פי מאה עד פי אלף מגלקסיית שביל החלב. יקום שכוכבים מתים בו מיתות שונות ומשונות: חלקם גוועים בלחישה איטית, חלקם מתאיידים בהתפוצצויות אדירות המאירות את השמים בעוצמה גדולה מאורה של גלקסיה שלמה, ומספקות אגב כך חומרים לבניית כוכבי לכת וליצירת חיים. התפוצצויות אלה מותירות אחריהן כוכבי ניטרונים זעירים ודחוסים, שמשקל סמ"ק שלהם שקול למיליארד טון, או לחלופין מתאיינים ב"חורים שחורים" שמסתם משתווה למיליארד שמשות.

ב־1932 גילה ג’יימס צ’דוויק שגרעין האטום מורכב מפרוטון בעל מטען חיובי ומניטרון ניטרלי, נטול מטען חשמלי. התמונה היתה פשוטה וברורה להפליא. הטבע מתממש באמצעות שני כוחות: כוח הכבידה והכוח האלקטרומגנטי. החומר עצמו בנוי משלוש אבני יסוד: אלקטרונים, פרוטונים וניטרונים. אלא שהתמונה הפשוטה והבהירה הזאת לא התיישבה עם המציאות. ראשית, האנרגיה שמספקת השמש גדולה לאין ערוך מזו שיכול הכוח האלקטרומגנטי להפיק באמצעות בעירה כימית. שנית, העובדה שהפרוטונים בעלי המטען החשמלי החיובי נשארים מלוכדים בגרעין, למרות הדחייה החשמלית ביניהם, וכן העובדה שהניטרון הניטרלי מבחינה חשמלית כבול לפרוטונים בגרעין (בעלי מטען חשמלי חיובי), העלו חשד לקיומו של כוח אחר הקושר אותם יחד. כך היתוסף לטבע כוח שלישי, “הכוח הגרעיני החזק”, הקושר יחד את חלקיקי הגרעין. יתרה מזאת, שמו לב שהאטומים פולטים אלקטרונים לא ממעטפות האלקטרונים הסובבים את גרעין האטום, אלא מתוך הגרעין עצמו. למעשה, ניטרון פולט אלקטרון והופך עקב כך לפרוטון. ומאחר שאלקטרונים אינם מגיבים לכוח החזק, צריך להימצא כוח נוסף בגרעין האחראי לפליטת האלקטרון מהניטרון. כוח זה, שהוא חלש מהכוח הגרעיני החזק ובעל טווח פעולה קצר יותר, כונה “הכוח הגרעיני החלש”.

הפיזיקאים ניצבו, אם כן, לפני תמונה חדשה של טבע, הכפוף לארבעה כוחות. אך השאלות לא תמו: האומנם בנוי החומר משלוש אבני יסוד בלבד – אלקטרונים, פרוטונים וניטרונים? ב־1947 עלה מספר החלקיקים האלמנטריים לשישה, וב־1951 עמד מספרם על 15. עם הפעלתם של מאיצי חלקיקים בשנות החמישים נפרץ הסכר, ועל ראשי הפיזיקאים נחת מטח של חלקיקים חדשים, עד כדי חשש שלא יהיה להם סוף. הנה כי כן, מה שהיה מקשה אחת בראשית המאה נתפש בסופה כמתחם רוגש וקוצף של חלקיקים, של אנטי חלקיקים ושל נושאי כוח, הנפרדים ומתחברים ללא הרף, במין מחול קואדריל בקצב הרוקנ’רול, אשר טיב יחסיהם רחוק מלהיות מובן וברור. אפילו המטען החשמלי של האלקטרון, שנחשב מאז ומתמיד ליחידת יסוד בלתי נחלקת, עשוי בתנאים מסוימים להתחלק לשברים.

תהליך דומה אירע בביולוגיה. בעשור הראשון של המאה התגלו מחדש חוקי התורשה של גרגורי מנדל. גורמי התורשה העמומים שלו שויכו תחילה לכרומוזומים ולאחר מכן לגנים. בשנות העשרים והשלושים התגבש הנאו־דארוויניזם, אשר קיבל בשנות הארבעים את ניסוחו הסופי ב"סינתזה המודרנית". תהליך הנאו־דארוויניזם הושלם ב־1953, עם פיצוח הקוד הגנטי בידי ג’יימס ווטסון ופרנסיס קריק. חשיבותה של “הסינתזה המודרנית” היתה בשילוב תורת האבולוציה הדארווינית, שבמרכזה ניצבת הברירה הטבעית, עם תאוריית הגנים מיסודם של מנדל, ויסמן, מורגן, דה פריס (De Vries) ואחרים. בעקבות תגליתם של ווטסון וקריק חשו הביולוגים כי הם מחזיקים במפתח המיוחל להתפתחותן של תכונות פיזיולוגיות והתנהגותיות חדשות בקרב בעלי החיים, לרבות היווצרותם של מינים חדשים. למפתח זה היו שלושה ראשים: שינוי אקראי בחומר הגנטי באמצעות מוטציות ושחלוף גנים (המשנה את תדירות הופעתם של גנים מסוימים באוכלוסייה נתונה של אורגניזמים), התאמה לסביבה וברירה טבעית.

במרוצת המאה העשרים נעשתה התמונה האבולוציונית יותר ויותר מורכבת. תרמו לכך גילוי המוטציות הנגרמות מסיבות פנימיות (כגון טעויות בשכפול הדנ"א), ובעיקר התפקיד המרכזי שממלאים גורמים לא גנטיים ביצירת תכונות חדשות ובשינוי דפוסי התנהגות. הביולוגיה, שהתנהלה עד הרבעון האחרון של המאה הקודמת בצלה הגדול של הפיזיקה, התעוררה לחיים וסיפקה כותרות מרעישות. בעיקר עשתה זאת ההנדסה הגנטית, שפרצה מחסומים טבעיים בני מאות מיליוני שנים ואיפשרה שינוע דו־כיווני של גנים בין חיידקים, בני אדם, נגיפים וצמחים. אולם פתיחת השערים לצירופים גנטיים בלתי נדלים עוררה חששות כבדים מפני מדרון חלקלק.

בסיומה של המאה הקודמת ידענו על הטבע לאין שיעור יותר מאשר בתחילתה. במהלכה הוכפל המידע המדעי כל שבע שנים. יותר מחמישים אחוז ממיליון המאמרים שפורסמו עד היום בתחום המתמטיקה ראו אור ב־25 השנים האחרונות שלה. תשעים אחוז מכלל המדענים בכל הזמנים חיים אתנו היום, ומפרסמים 25,000 מאמרים מדעיים חדשים מדי יום, חלקם הגדול בתחומים ובנושאים שאיש לא חזה אותם לפני מאה שנה.

ב־1899 ראתה אור המהדורה הראשונה של המדריך הרפואי המהולל, מֶרֶק. המדריך, שמנה אז 192 עמוד, המליץ לחולי אסטמה לעשן סיגריות כדי להקל על קוצר נשימה, ולבעלי קרחות הציע למרוח את פדחתם באמוניה. ב־1999 יצאה המהדורה ה־17 של המדריך. 2,833 עמודיו משקפים את כברת הדרך שעשתה הרפואה. הגידול המרשים בידע המדעי והטכנולוגי שהושג במאה העשרים היה אמור לקרב אותנו לנקודת השיא של מעטפת הוודאות, ולהציב אותנו כמטחווי קשת מהתשובות הסופיות של הטבע. בפועל, רבות מתשובות הביניים חשפו דלתות סתרים לתהיות חדשות ולמסלולי מחקר עצמאיים. התמונה היום מורכבת יותר, ובמקרים לא מעטים גם עמומה וחסרת ודאות יותר. כדברי הקוסמולוג מייקל טרנר, “אנחנו יודעים הרבה, אבל מבינים מעט מאוד”.

מורכבותן הגדלה והולכת של התאוריות המדעיות, שנועדו לתאר את המציאות, אינה מתיישבת עם אחד הכללים החביבים על אנשי המדע, “התער של אוקם”¹.

על פי כלל זה, כאשר עומדות לפני המדען שתי השערות לאותה תופעה, עליו לבחור בפשוטה יותר. אבל אם המודלים התאורטיים של המציאות מתאפיינים במורכבות גדלה והולכת, התער של אוקם חדל להיות רלבנטי. יתרה מזאת, אחת הבעיות בסוגיית המורכבות היא איך למדוד את המורכבות עצמה. בריאן גודווין² קושר את המורכבות באסימטריה. דהיינו, ככל שהסימטריה גדלה המורכבות קטנה (ועמה קטנה גם כמות המידע הנדרשת לתיאורה). לדוגמה, ביצית מופרית היא מבנה בעל סימטריה גבוהה, אך שיעור הסימטריה שלה קטֵן ככל שמתפתחים בה האברים והמבנים המורכבים של העובר. מדד הסימטריה עולה בקנה אחד עם אלה הרואים במורכבות מדד להיררכיה של המינים בתהליך האבולוציוני, תהליך שראשיתו בחד־תאים וסופו במורכבותו העילאית של היצור האנושי. אלא שמוסכמה זו מעלה קושיות לא קלות. האומנם מפתחת האבולוציה אורגניזמים מורכבים יותר ככל שהיא מתקדמת בזמן? האם מורכב יותר משמעו מתקדם יותר מבחינה אבולוציונית? מעבר לכך, מהי המשמעות האבולוציונית של מושגי הקידמה והמורכבות? האם היונקים מורכבים יותר מהציפורים שקדמו להם, ואלה מורכבים יותר מהזוחלים שהתפתחו לפניהם, ואלה מורכבים יותר מהדו־חיים ומהדגים שהופיעו לפניהם?

דומה שאין לשאלות הללו מענה חד־משמעי, בראש ובראשונה משום שאיננו יודעים כיצד למדוד מורכבות. יש המציעים למנות את מספר סוגי התאים באורגניזם (ומכאן מספר הפונקציות השונות שהוא יכול לבצע) כדי לקבוע את רמת מורכבותו. דן מקשי (McShea) מאוניברסיטת מישיגן (New Scientist, 5 February 1994) החליט להעמיד סוגיה זו למבחן באמצעות עמוד השדרה של יונקים. בקרב בני מחלקה זו קיים שוני בחוליות באזורים השונים של עמוד השדרה. אבל כאשר הוא בדק את עמוד השדרה של חמישה מינים של יונקים, הוא לא מצא בו מגמת עלייה במורכבות בשלושים מיליון השנים האחרונות. מקשי אינו כופר בעובדה שהטבע היום מורכב יותר מאשר לפני 500 מיליון שנים, עת הופיעו האורגניזמים הרב־תאיים הראשונים, אך הוא טוען שמגמה כללית זו אינה משתקפת באופן עקבי בכל קווי ההתפתחות של משפחות בעלי החיים. יתר על כן, יש תופעות של מורכבות יתר בבעלי חיים, שאינן תורמות תרומה חיובית לכושר הסתגלנות של בעלי החיים, ובמקרים לא מעטים אף גורעות ממנו. כאלה הן, למשל, תכונות המתפתחות בלחץ התחרות המינית. זנבם המפואר של טווסים ופסיונים יעיד על כך. תוספת מרהיבה זו תורמת תרומה חשובה לכשירותם הדארווינית, בכך שהיא מצליחה לפתות נקבות להזדווג עם זכרים בעלי זנבות זוהרים וארוכים יותר. אבל הצלחתם המינית לא עושה אותם מתקדמים יותר מבחינה אבולוציונית.

סטיבן ג’יי גולד הקדיש מחשבה רבה לסוגיה זו³. אין זה מקרה, הוא טוען, שהתיאורים המופיעים בספרים ובמאמרים על התפתחות המינים בטבע טעונים מסר חיובי של עליונות המין האנושי על פני יתר בעלי החיים. השימוש השכיח במונחים שיפוטיים, כגון “במעלה סולם האבולוציה”, רומז בעקיפין על כך שלאבולוציה יש כיוון, ולפיכך ראש הסולם מייצג קידמה רבה יותר מאשר תחתיתו. יתרה מזאת, אם האדם הוא האורגניזם המפותח והמתקדם ביותר בטבע, לא נותר אלא למקם את שאר בעלי החיים “במורד סולם האבולוציה”, על פי קירבתם הטקסונומית או הגנטית אליו. אבל, הוא קובל, האבולוציה אינה סולם שרגליו נטועות באדמת האורגניזמים הפשוטים וראשו תקוע בחבורת הפרימאטים. יתר על כן, על פי הקריטריון הדארוויני של הסתגלות (התאמה) לסביבה, ראויים כל המינים המצליחים לשרוד לזכות במעמד פחות או יותר שווה. על פי הנחה זו היה צריך למקם את החרקים, המונים מיליוני מינים, במקום טוב באמצע הסולם ולא בתחתיתו. במקום זאת החוקרים שומרים את המקום המרכזי ליונקים, למרות שהם מונים 4,000 מינים בלבד; ואילו האדם, שהופיע אך לפני 200,000 שנה ומיוצג על ידי מין אחד, מוצג כענף מרכזי בצמרת העץ האבולוציוני ולא כזלזל דק וזעיר בתוך העלווה הסבוכה של היונקים.

זיקה זו בין התאמה לסביבה וקידמה אינה מתחייבת מהדארוויניזם, וודאי אינה מביאה בחשבון את התפקיד שממלאים אירועים מקריים בהישרדותם ובהכחדתם של מינים שונים. דומה שהיא גלויה רק לעינם של המאמינים בשרשרת המושלמת של החיים, מהאורגניזם הפשוט ועד המפותח ביותר, הרואים באבולוציה מסע פרוגרסיבי מרכיכות ליונקים, ומאלה להגמוניה של האדם. אולם הברירה הטבעית מסבירה רק כיצד משתנים האורגניזמים בתגובה לשינויים סביבתיים, ואינה מתייחסת לקידמה. לראיה, היכחדותן של חיות בעלות פרווה קצרה בעידן הקרח אינה מציבה אותן במקום נמוך יותר בסולם הקידמה האבולוציוני מאשר חיות ארוכות פרווה, שהרי המהפך האקלימי שחל מאז החזיר את היתרון ההסתגלותי לחיות קצרות הפרווה.

לסוגיית המורכבות נדרש גם מיינרד סמית, מגדולי הביולוגים האבולוציוניים של המאה העשרים. הנחת המוצא שלו פשוטה: כשמתחילים, אין דרך אחרת אלא לעלות. הוא דן (The New York Review of Books, 21 Decenber 2000) בשתי גישות מרכזיות לטיפול במורכבותם של אורגניזמים חיים. האחת מייחסת את פעילותם למורכבותם, ולפיכך כל ניסיון לפשטה מעקר אותה מעיקרה (רוצה לומר: אם תפשט את המורכבות לא תבין דבר; אם תתעלם ממה שעשוי להיראות כפרטים, הנך עלול לסיים בהשלכת התינוק ובשמירת מי האמבט). הגישה השנייה, הקרובה יותר ללבו, היא לחפש הסברים פשוטים לתופעות מורכבות: “אני מחפש מודלים פשוטים של העולם, אשר את משמעויותיהם אני יכול להבין. אם לשם כך אני צריך להתעלם מפרטים מסוימים, אין לי אלא להצטער”. ככלות הכל, אין שום יתרון בהחלפת עולם לא מובן במודל בלתי מובן שלו.

עם זאת, דומה כי הבחירה בדרך הפשטות, אשר שירתה להפליא את המדע למן המהפכה המדעית והזניקה אותו להישגים מרשימים, סילקה אמנם את המורכבות מהדלת הראשית, אבל קיבלה אותה בחזרה מהדלת האחורית. יתרה מזאת, במהלך המאה העשרים הבנו שלעולם לא נוכל להגיע לידיעה מלאה של המציאות החומרית. לא רק בגלל אי־הוודאות המובנית בטבע, אלא גם מפני שתאוריות מדעיות, אשר רק באמצעותן מתפרשים העובדות, התופעות והאירועים, הן לעולם ארעיות. כי יהיה מספר הממצאים הניסויים והתצפיתיים המאשרים תאוריה מסוימת גדול ככל שיהיה, תמיד עשוי להתגלות ממצא קריטי שיקרקע את תקפותה ויביא עקב כך להחלפתה בתאוריה אחרת. בכל זאת, נוכח הצלחתה הפנומנלית של שיטת החשיבה המדעית למן המאה השבע־עשרה, כלום לא נוכל לומר, למצער, שתהליך אינסופי זה של החלפת תאוריות ישנות בחדשות מייצג התקדמות מתמדת לעבר האמת הסופית? התשובה היא, כמובן, לא. כל עוד איננו יודעים מהי האמת הסופית, אין אנו רשאים לומר אם התקדמנו לקראתה או התרחקנו ממנה. אך אם אלה הם פני הדברים, מדוע אנו טורחים להחליף תאוריה קיימת בחדשה? על כך יש תשובות מלומדות רבות, אך אין להוציא מכלל חשבון את תשובתו המבודחת של מקס פלנק. אמת מדעית חדשה, אמר פלנק, אינה מנצחת משום שמתנגדיה משתכנעים באמיתותה, אלא משום שיריביה עוברים בזה אחר זה מן העולם. אינשטיין העיד על עצמו שאין שום מושג בפיזיקה שהוא בטוח בנצחיותו. גם מעמדה של המתמטיקה לא שפר בעיניו. ככל שחוקי המתמטיקה מתייחסים למציאות, אמר אינשטיין, אין הם ודאיים, ואילו ככל שהם ודאיים הם אינם מתייחסים למציאות.

בהיעדר תרבויות מחוץ לכדור הארץ, שעשוי להיות להן מבנה מנטלי שונה משלנו, יחידותה של הקוגניטיביות שלנו אוסרת עלינו לקבל כמובנת מאליה אפילו את ההנחה שהמציאות הנגלית לעינינו על פני כדור הארץ היא רציונלית. אפשר שהאפיונים הרציונליים שלה קיימים בתודעתנו בלבד, ולא מחוץ לה. ואם רציונליות זו אכן לא יצאה מעולם מד' אמותיה של התודעה, אין תימה שאנו נוטים, אולי אפילו אנוסים, לזהות תופעות ואירועים בעלי דפוס רציונלי, ולהתעלם מאופני השגה והמשגה אחרים.

הערכה זו עשויה להסביר מדוע המתמטיקה העיונית, שאין לה דבר עם המציאות הפיזיקלית, תואמת את המציאות בפועל ואף חושפת מעת לעת את חוקיה ואת מופעיה עוד לפני שהיא מתגלה בתצפיותינו ובניסויינו. שהרי התאוריות הפיזיקליות אינן כתובות בטבע, הן פרי המצאתנו. למעשה, הן הייצוגים החומריים של המתמטיקה שעטינו על הטבע. אלן לייטמן, פיזיקאי וסופר⁴, מציע הסבר לתאימות המפתיעה בין המתמטיקה למציאות הפיזיקלית באמצעות הקבלה למשחק השחמט: “העצמים הפיזיקליים שאנו רואים, כמו האלקטרונים או הגלקסיות, הם המופעים החומריים של תוכנית מתמטית, כפי שמצבי לוח וסידורי כלי במשחק השחמט הם ייצוגים של חוקי המשחק המופשטים”. הווי אומר, שכשם שחוקי השחמט מתיישמים לפתיחות משחקים ולמסעי כלים, כך החוקים המתמטיים מתיישמים לתאוריות פיזיקליות ולניסוחים מתמטיים של תופעות טבע. על פי האינטרפרטציה של לייטמן, המציאות המתמטית והמציאות הפיזיקלית הן חלקים של מציאות אחת, אף שהן נראות שונות.

ומה באשר לרציונליות שהזכרנו לעיל? האסטרונום הנודע ארתור אדינגטון, ניסה להגדיר כלל רציונלי אוניברסלי באמצעות משל על גוליבר, שאינו תלוי במבנה חשיבתנו, אלא כפוי עליו. ראייתו של גוליבר את הליליפוטים כגמדים, אמר, וראייתם של הליליפוטים אותו כענק, עולים בקנה אחד עם ההיגיון; אבל אם הוא היה רואה אותם כגמדים והם היו רואים אותו כגמד, זה לא היה מתיישב עם השכל הישר. אף שאין דופי בהיסק הגיוני זה, ניטיב לעשות אם ננקוט בלשון זהירה ונאמר “ההיגיון שלנו”, שכן איננו יודעים עד כמה הוא תקֵף בתרבויות אחרות ביקום שלנו, לא כל שכן אצל יצורים נבונים ביקומים אחרים, שעשויים להיות להם מבנים קוגניטיביים שונים משלנו, ולפיכך גם רציונליות שונה. הסיפור “עמק העיוורים” מאת ולס⁵ מספק לנו דוגמה, אם כי חלקית, לאפשרות כזאת. תושבי העמק חיים דורות רבים בבידוד מוחלט מהעולם שמעבר להרים הגבוהים הסוגרים עליו. כעיוורים מלידה, שגדלו וחיו אך ורק במחיצת עיוורים, הם אינם מודעים לעיוורונם ואף אינם מסוגלים להבין את מושג הראייה, שכן אינם חשים בחסרונו, כשם שאנחנו איננו מרגישים בחסרון החושים הייחודיים לנחשים, לדבורים ולעטלפים.

אין להוציא מכלל אפשרות שהעולם נראה לנו היום מורכב מאשר בעבר לא משום שהוא באמת מורכב יותר, אלא מפני שחשיבתנו עליו נעשתה מורכבת יותר. הפיזיקאי והוגה הדעות פרימן דייסון⁶ כותב שעלינו להביא בחשבון את האפשרות שהמדע, כפי שהוא מוכר לנו היום, לא יתקיים בעוד אלף שנה. זאת משום שצורת החשיבה של מדענים באלף השלישי עשויה להיות זרה לנו, כפי שתורת היחסות של אינשטיין ומכניקת הקוואנטים היו נתפסות בידי תומס מאקווינס במאה השלוש־עשרה ככתב חרטומים, למרות שהמדע המודרני התפתח מהפילוסופיה שלו. סטיבן ויינברג סבור שניבויינו לגבי עתיד העולם אינם ודאיים, בגלל אי־ידיעתנו את החוקים הסופיים של הטבע. אבל לא רק אי־ידיעה זו מסבירה את הקושי לחזות מה נגלה ומתי, אלא גם התהליך המפותל של הגילוי המדעי. שלושה גורמים מרכזיים מאפיינים תהליך זה: הכמוס, הסרנדיפי והמקרי. הכמוס מבשיל ברובו בתת־הכרתנו, בתהליך לא מודע של אינקובציה; הסרנדיפי מגלה דברים היכן שלא מחפשים אותם, בדומה לשאול המלך שיצא לבקש אתונות ומצא מלוכה; המקרי – כשמו כן הוא – נוצר ממצבים מקריים ובלתי צפויים.

קווין דאנבר, מאוניברסיטת מקגיל שבמונטראול, חקר ומצא שעד שישים אחוז מתוצאות המחקרים אינם תומכים בהנחות המוצא של החוקרים בעת תכנון הניסוי. אפילו בתהליך הגלוי והלכיד, לכאורה, של שיטת המחקר הקונוונציונלית, המכונה בפי הפיזיקאי מוריס גולדהבר “שביל כלבי הציד”⁷, הבלתי צפוי הוא בן לווייתו של הצייד. בתהליך זה החוקר מזהה ומגדיר כיוון מחקר מבטיח, ומשהוא עולה על השביל הנכון הוא מרחרח אחר כל רמז אמפירי או תאורטי היכול להובילו למחבואה של התגלית הגדולה. הבעיה היא, אם הבנתי את גולדהבר, שהרמזים נשקלים ומנותחים על ידי הצייד בהתאם להנחות המוקדמות שלו. דהיינו, אם הציד נערך בגליל הוא מצפה למצוא עקבות של חיות טיפוסיות לאזור: זאבים, דרבנים, תנים, צבועים, צבאים וכיוצא באלה. אי לכך, גם אם ייתקל בעצים שבורים למכביר משני צדי השביל, לא יעלה בדעתו להניח שעבר שם פיל, שהרי על פי הנחת העבודה שלו אין פילים בגליל.

במילים אחרות, “שביל כלבי הציד” נמנה עם אותם קיבעונות מחשבתיים העלולים לגרום לחוקר להחמיץ את תגלית חייו. זה מה שקרה לאנריקו פרמי, מגדולי הפיזיקאים במאה העשרים. ב־1932 הפציץ פרמי אטום של אורניום בניטרונים. את התוצאה שקיבל פירש כיסוד חדש, כבר מהאורניום. פרמי לא העלה בדעתו שהוא האדם הראשון אשר הצליח לבקע את האטום. קהילת הפיזיקאים סמכה ידה על הפירוש השגוי של פרמי. ליזה מייטנר לא השתכנעה, וככל שבדקה את מאזני האנרגיה של תוצאות הניסוי גברו ספקותיה. בסוף 1938, לאחר מחקר מאומץ שנמשך ארבע שנים, הגיעו ליזה מייטנר, אוטו האן ואוטו פריש למסקנה שפרמי טעה: הוא לא יצר יסוד חדש, אלא ביקע את גרעין האורניום. התוצאות המעשיות של מסקנתם התבטאו בפטריות הלוהטות מעל הירושימה ונגסאקי באוגוסט 1945. פרשה זו הסתיימה באקורד אישי עצוב בעבור מייטנר, שב־1939 נאלצה לברוח מגרמניה הנאצית. ממקומה בנכר היא שיגרה להאן ולשטרסמן את ההסברים התאורטיים להשלמת התאוריה, אבל תרומתה הוסתרה בשל יהדותה.

ב־1944 קיבל אוטו האן פרס נובל לכימיה על גילוי ביקוע האטום. מייטנר נותרה בצל. בגיל תשעים, שלושים שנה אחרי תגליתה החשובה, היא נפטרה ללא הכרה רשמית בתרומתה.

אם מייטנר היא הדמות העצובה של הפרשה, פרמי הוא הדמות המפתיעה. מבחינות רבות הוא הפיזיקאי האחרון שאפשר היה לצפות כי יולך שולל על ידי הקונצפציה של “שביל כלבי הציד”, ותעיד על כך פרשת הנֵיטרינו. חלקיק זה נולד בדמיונו של וולפגנג פאולי ב־1930, בעקבות משבר עמוק שהתגלע בפיזיקה: סך כל האנרגיה שקיבלו הפיזיקאים מהתפרקות רדיואקטיבית בתהליך ביתא (תהליך שבו הניטרון בגרעין האטום הופך לפרוטון על ידי פליטת אלקטרון וניטרינו) היה קטן מהחזוי. המצב היה כל כך מביך, עד כי נילס בוהר הציע לפטור מקרה ספציפי זה מציות לחוקי שימור האנרגיה והמומנטום. פאולי מחה. הוא הציע לחלץ את הפיזיקה מהמשבר בעזרת חלקיק תאורטי, בלתי נראה, הנפלט מהגרעין יחד עם האלקטרון. על פי חישוביו, חלקיק זה היה אמור להיות נטול מסה ומטען חשמלי, ולפיכך סמוי למכשירים (מאחר שאינו מגיב לחומר). אבל נוכחותו בתהליך ביתא איפשרה להחזיר את האיזון המיוחל למשוואת האנרגיה. יש לזכור שמודל האטום באותה עת כלל רק את הפרוטון והאלקטרון (הניטרון התגלה על ידי ג’יימס צ’דוויק כעבור שנתיים). פאולי נזקק אפוא למנה גדושה של חוצפה מדעית כדי להכריז על קיומו של חלקיק חדש בעל תכונות אקסצנטריות כל כך. לאון לדרמן, שב־1988 עתיד היה לקבל פרס נובל לפיזיקה על גילוי הניטרינו של המואון (אחד משלושת בני הלוויה של משפחת הלפטונים), היטיב לתמצת את חוסר הנחת מאופיו התימהוני של הניטרינו. חלקיק שאינו יוצר שום ריאקציה עם חומר אחר, אמר, לא ניתן לגלותו; הוא יהיה פיקציה. פאולי היה מודע היטב לטבע הרפאים של הניטרינו. במכתב ששלח לאחד מידידיו, כתב: “עשיתי מעשה נורא. המצאתי חלקיק שלא ניתן לגלותו”.

ואמנם, קמה חזית רחבה של פיזיקאים, שראו בחלקיק המדומה תופעה לא ראויה בעולמה של הפיזיקה. אבל היה גם קול אחר, קולו של הפיזיקאי אנריקו פרמי. ב־1934 הוא אימץ את החלקיק התאורטי של פאולי, ושילב אותו בנוסחה הסופית של התפרקות ביתא בגרעין האטום. הוא תיאר את החלקיק החדש כניטרלי מבחינה חשמלית, קטן יותר מהניטרון, ועל כן כינה אותו ניטרינו, כלומר הזעיר הניטרלי. כתב העת המדעי היוקרתי Nature דחה את מאמרו של פרמי בטענה שהוא ספקולטיבי מדי, והוא פורסם בעיתון איטלקי קטן ובלתי מוכר. בסופו של דבר אימצו הפיזיקאים את הניטרינו, בעיקר משום שנוכחותו השלימה להפליא את פרשנותו של פרמי לתהליך התפרקות ביתא. למעשה, התאוריה של פרמי סיפקה את ההסבר לכוח הגרעיני החלש, עד שהוחלפה ב־1967 במודל של גלאשו, ויינברג וסלאם, שאיחד את הכוח האלקטרומגנטי עם הכוח הגרעיני החלש לכוח אחד: הכוח האלקטרו־חלש. גם במקרה זה ניבאה התאוריה את המסה והאנרגיה של חלקיקים תאורטיים, האמורים לשאת את הכוח החדש, 16 שנה לפני שהתגלו בפועל. ב־1979 זכו גלאשו, ויינברג וסלאם בפרס נובל לפיזיקה על התאוריה המבריקה שניסחו, אף כי חלקיקי הכוח החלש היו עתידים להתגלות במאיץ החלקיקים האירופי צרן (CERN) שבז’נבה רק כעבור ארבע שנים. הניטרינו ניצח, והוא החלקיק היחיד שחובר לו חמשיר, “חוצפה קוסמית”, פרי עטו של ג’ון אפדייק:

הניטרינו, חלקיק כה קטנטן,

אין לו מסה ואף לא מטען,

לפעולות הגומלין הוא אינו שותף;

את הארץ כולה מבתר הוא ביעף

כאילו היתה סתם כדור שאנן.

נכונותנו לקבל קיומם של חלקיקים תאורטיים עוד טרם גילויָם בפועל היא תופעה מעניינת, המעידה על משקלה המכריע של התאוריה בתהליך המדעי, ובמיוחד על היחסים המורכבים השוררים בין עובדות לתאוריות, שהרי אנו מסרבים לא אחת להכיר כבעובדה גם בדברים שאנו רואים במו עינינו. נכונות זו חלה לא רק על הניטרינו, כי אם גם על האנטי־חומר. ב־1927 פירסם פיזיקאי צעיר, פול דיראק, משוואה המתארת את התנהגות האלקטרון. הבעיה היתה שלמשוואה היו שני פתרונות: האחד תיאר את האלקטרון המוכר, בעל המטען החשמלי השלילי, והשני הציג חלקיק תאום, אבל בעל מטען חשמלי חיובי. דיראק החליט לדבוק במשוואתו ובאנטי־אלקטרון (פוזיטרון) שגזר ממנה. חמש שנים לאחר השערתו המפתיעה התגלה הפוזיטרון. לאנטי־פרוטון ציפתה המתנה ארוכה יותר. הוא התגלה 27 שנה אחרי הפוזיטרון, ורק ב־1987 הוא נלכד בפועל. המתנה דומה עברה על הניטרינו. 26 שנה אחרי לידתו בדמיונו של וולפגנג פאולי, זיהו הפיזיקאים ריינס וקואן (Reines and Cowan) ב־1956 את עקבותיו של החלקיק החמקמק בכור גרעיני שבדרום קרולינה. הם שיגרו מברק לפאולי, ששהה במאיץ החלקיקים שבצרן: אנו שמחים להודיעך כי זיהינו סופית את הניטרינו. פאולי הגיב בו בלילה: תודה על הידיעה. הדברים הטובים קורים למאריכי רוח. ריינס זכה ב־1995 בפרס נובל לפיזיקה על גילוי הניטרינו.

האירוניה היא שמה שהתחיל כחלקיק דמיוני לחלוטין נעשה במרוצת הזמן אבן הראשה של המציאות החומרית. לניטרינו יש כיום שלושה נציגים במודל הסטנדרטי של החלקיקים הפיזיקליים, המשקף את כל החומר המוכר לנו באמצעות 12 חלקיקים וארבעה כוחות יסודיים. הניטרינו הוא גורם מרכזי בהיווצרות הפרוטונים, שהם אבני הבניין העיקריות של החומר הגלוי ביקום, וממלא תפקיד מרכזי גם בתהליכי הבעירה הגרעינית בכוכבים. ללא הניטרינים, כוכבים מסיביים לא היו מתפוצצים כסופרנובות, ורבים מן החומרים הבונים את חיינו לא היו נוצרים. יתר על כן, זה עשרים שנה תולים הקוסמולוגים בחלקיק זה, נטול המסה לכאורה, את תקוותם לפענוח אחת התעלומות הגדולות בטבע: תעלומת המסה החסרה ביקום.

כבר בשנות השלושים המוקדמות של המאה הקודמת הגיע האסטרונום פריץ צוויקי למסקנה שחלק ממסת החומר ביקום נסתר מעינינו. הוא עקב אחרי צביר קטן של שבע גלקסיות¹, ועמד על כך שמהירות התנועה ההיקפית של הגלקסיות החיצוניות היתה צריכה לקרוע אותן מהצביר בגין הכוח הצנטריפוגלי. העובדה שזה לא קורה עשויה להעיד על קיומה של מסה חבויה, הקושרת באמצעות כוח הכבידה שלה את הגלקסיות לצבירים ואת הכוכבים לגלקסיות. השערתו של צוויקי היתה כה מפתיעה, עד כי הקהילה האסטרונומית התעלמה ממנה במשך עשרות שנים, מה גם שמסקנותיו הסתמכו על קירובים גסים למדי. אבל שאלת המסה החסרה סירבה להיעלם. לא בכדי, שכן היא מחזיקה בידה את המפתח לעתיד היקום. בכוחה לפסוק בשאלה אם אנחנו חיים בעולם שיתפשט עד קץ כל הימים או ביקום שתנועתו תיעצר בעוד כמה עשרות מיליארדי שנים, ואז ישוב על עקבותיו ויימעך בנקודה המיקרוסקופית של מפץ גדול נוסף. אישוש סופי לקיומה של מסה אפלה נמצא בסוף שנות השישים, בעקבות מדידותיה השיטתיות והפרטניות של ורה רובין, ממכון קרנגי שבוושינגטון.

מוסכם היום שכמות החומר האפל שקולה ל־23 אחוז ממסת היקום, אולם טיבו של חומר זה נותר חידה. במהלך השנים הועלו שמותיהם של מועמדים שונים. בין השאר הוצעו חלקיקים הנעים במהירות האור (אקסיונים), חלקיקים בעלי קוטב מגנטי יחיד (מונופולים), WIMPS, MACHO² ו"חורים שחורים". מבין המועמדים הרבים בלטו הניטרינים, אשר בגין קיומם המוכח ומספרם העצום במרחבים הבין־גלקטיים, די שתהיה להם מסה זעירה ביותר, קטנה פי מיליון מזו של האלקטרון (החלקיק האלמנטרי הקל ביותר), כדי לפתור חלק נכבד מבעיית המסה החסרה ביקום. הבעיה היתה שהניטרינו אמור להיות נטול מסה. את המוצא מדילמה זו סיפקה השמש.

על פי חישובים תאורטיים של תהליכי הבעירה הגרעינית בשמש, היינו אמורים לספוג מנה כפולה של ניטרינים מכפי שנרשמו על פני כדור הארץ בעשרים השנים האחרונות. מסקנה: התאוריה שגויה או שאיננו מבינים לאשורם את התהליכים המתחוללים בשמש ובכוכבים. קיימת גם אפשרות שלישית. מתאוריית החלקיקים האלמנטריים נובע שכל אחד משלושת הבנים במשפחת הלפטונים (האלקטרון, המואון והטאו), הנבדלים זה מזה במסותיהם, מלווה בניטרינו חסר מסה ובמטען חשמלי. אבל אם חלק מהניטרינים האלה משנה את זהותו בדרכו מהאטמוספרה לכדור הארץ (הניטרינו של המואון הופך לניטרינו של הטאו), אזי על פי תורת הקוואנטים התמרה זו יכולה להתאפשר רק אם יש לניטרינים מסה.

ואכן, בקיץ 1998 נערך ביפן ניסוי בגלאי־על בקאמיוקנדה, וכעבור ארבע שנים בקנדה. הניסויים הראו שחלק מהניטרינים של האלקטרון עוברים התמרה לניטרינים של מואון ושל טאו. מה שהיה אך לפני עשר שנים ספקולציה גרידא קיבל מעמד של אחת התגליות המדעיות החשובות בפיזיקה של המאה העשרים. אמנם המסה של ניטרינים מותמרים אלה זניחה מאוד, עד פי מיליון מהמסה של האלקטרון, אבל מאחר שיש כמיליארד ניטרינים בכל מטר מעוקב של מרחב, די במסה זעירה זו כדי להשוות את תרומתם הכוללת למסה של היקום לתרומתן של כל הגלקסיות הנצפות.

גילוי הניטרינים המסיביים חילץ מהקוסמולוגים אנחת רווחה, אבל נלוותה לו מועקה לא קלה. אם לניטרינו יש מסה, אזי משהו לקוי במודל המרכזי של מבנה החומר (המודל הסטנדרטי), המתאר את שיעורי המסות ואת זיקות הגומלין בין חלקיקי החומר האלמנטריים והכוחות הפועלים ביניהם (למעט כוח הכבידה). שכן על פי המודל הסטנדרטי, הניטרינו חייב להיות נטול מסה. משמעות הדבר, אומר חתן פרס נובל לפיזיקה לשנת 1979, שלדון גלאשו, שצריך להכניס שינויים במודל הסטנדרטי, אבל הכנסתם עלולה להפר את הסימטריה בין שתי המשפחות הגדולות של החלקיקים: הלפטונים והקווארקים.

מה שנראה בסוף המאה התשע־עשרה כקץ הפיזיקה היה, אם כן, מסלול המראה למערך שלם של תובנות ותגליות חדשות, שהגיעו לשיאן בשלוש תורות מהפכניות: תורת היחסות המצומצמת (1905), שהציבה את תנועת האור כמהירות עליונה ומוחלטת בטבע והפכה את מושגי המרחב, הזמן והבו־זמניות ליחסיים; תורת היחסות הכללית (1915), שהציגה את כוח הכבידה כפועל יוצא של גאומטריית המרחב ולא כתכונה פנימית של החומר; מכניקת הקוואנטים (1925), שחשפה את אי־הוודאות המובנית בטבע והעניקה למקריות מעמד של חוק בעולם התת־אטומי. אינשטיין מילא תפקיד מרכזי בשלוש מהפכות אלה. שתי הראשונות נשאו אותו על כנפי התהילה. השלישית פסחה עליו, כי הוא סירב להפנים את משמעויותיה של המציאות הקוואנטית, שהוא נמנה עם האבות המייסדים שלה. מהפכה זו הותירה אותו בסוף ימיו בודד, דמות אנכרוניסטית על סף הפתטיות.

עד 1904 כתב אינשטיין שלושה מאמרים שעסקו בסטטיסטיקה מכנית ובשדות אלקטרומגנטיים, שלא הרשימו את הקהילה הפיזיקלית. אבל במרוצת 1905 הוא פירסם ארבעה מאמרים מהפכניים, שהראשון בהם עסק בתוצא הפוטו־אלקטרי. מניסויים קודמים של היינריך הרץ בשנת 1888, נמצא שכאשר משגרים אלומת אור אחיד (בעל אותו אורך גל) לעבר לוח מתכת, נפלטים ממנו אלקטרונים, אבל – במפתיע – האנרגיה שלהם אינה מושפעת מעוצמת האור, אלא מאורך הגל שלו. ככל שאורך הגל קטן יותר (לכיוון אור סגול) גדלה האנרגיה של האלקטרונים הנפלטים, ואילו ככל שאורך הגל גדול יותר (לכיוון אור אדום), מספר האלקטרונים הנפלטים נמוך (אם בכלל) ודל אנרגיה, גם כאשר מגדילים את עוצמת האור. תוצא זה לא התיישב עם המבנה הגלי של האור.

את ההסבר לדיסוננס זה סיפק אינשטיין בספרון קטן שחיבר עם ליאופולד אינפלד¹. כאשר מאירים לוח מתכת באור אחיד ומגבירים את עוצמתו, כתבו השניים, “מן הדין לצפות שמהירות האלקטרונים העקורים תגדל עם עוצמתו של האור. אך הניסוי סותר את הנבואה שלנו. […] התוצאה הניסיונית, כמו שהיא, מפתיעה מנקודת הראות של תורת הגלים. האלקטרונים בתצפיותינו נעים כולם באותה מהירות. לכולם אותה אנרגיה שאינה משתנה עם הגדלת עוצמתו של האור. […] ברור שמתוך תאוריית הגלים אין אנו יכולים להסביר כיצד זה אנרגיית האלקטרונים אינה תלויה בעוצמתו של האור”. כדי להשתכנע בכך די להסתכל על גלים הנשברים על מזח של אבני חצץ. ברור לכל שככל שהגלים מתעצמים, כן גדלה מהירותן של אבני החצץ הניתזות מהמזח.

אינשטיין ניגש לבעיה זו מזווית שונה. בניגוד לדעה הרווחת, הוא הניח שהאור הוא בעל מבנה גופיפי, ברוח סברתו של ניוטון, אבל ייחס לו אופן פעולה קוואנטי, משל היה עשוי מנות בדידות של אנרגיה, בדומה לקוואנטות הקרינה של גוף שחור (שעליהן הצביע מקס פלנק חמש שנים קודם לכן). אינשטיין הניח שהאלקטרון יכול לבלוע בכל זמן נתון רק מנת אור אחת (פוטון). הואיל וכך, אנרגיית האלקטרון נעשית תלויה ברמת האנרגיה של הפוטון שפגע בו, ומאחר שבאלומות אור אחידה יש לכל הפוטונים אותה רמת אנרגיה, אזי גם לכל האלקטרונים העקורים צריכה להיות אותה רמת אנרגיה. על פי התפישה החלקיקית של האור, אומרים אינשטיין ואינפלד, “הגדלת עוצמתו של האור פירושה […] הגדלת מספר הפוטונים המתנגשים. במקרה זה יגדל מספר האלקטרונים שייעקרו מתוך לוח המתכת”, אך האנרגיה שלהם לא תשתנה. מכאן ניתן להבין מדוע העצמתה (קרי, הגדלת מספר הפוטונים) של אלומת אור אדום (דל האנרגיה) אינה מעלה בהכרח את מספר האלקטרונים הנעקרים מלוח המתכת, לא כל שכן מדוע אין בה כדי להעניק להם אנרגיה יתרה. הניגוד בין שתי התפישות היה חד וברור: על פי התפישה הגלית אור אחיד הוא בעל אורך גל מסוים, ואילו על פי התפישה הקוואנטית אור אחיד הוא אלומה של פוטונים בעלי אנרגיה מסוימת.

טענתו של אינשטיין בדבר אופיו הקוואנטי של האור חוללה זעזוע עמוק בקהילת הפיזיקאים. למן המאה השבע־עשרה איבדה התאוריה הגופיפית (מבית מדרשם של דקארט וניוטון) בהדרגה את תומכיה. כבר בני דורו של ניוטון, רוברט הוק וכריסטיאן הויגנס, העלו טענות משכנעות בעד המבנה הגלי של האור. אמנם הויגנס נדרש בטיעוניו לאֶתֶר כתווך לגלים, אבל יש לזכור שגם רבים וטובים אחריו עשו שימוש בחומר ערטילאי זה כדי להסביר את התפשטות גלי האור. ניסוייו המבריקים של תומס יאנג (1801) ועבודתו התאורטית של אוגוסטין פרנל אישרו את התזה שלו. יאנג הוכיח באורח נחרץ כי אלומות אור מגלה תכונות של עקיפה והתאבכות, כגל מים לכל דבר. ואז בא הניסוי של זַ’ן פוקו (1850), שמדד את השוני במהירות האור במים ובאוויר, ונעץ את המסמר האחרון בארון הקבורה של תאוריית האור החלקיקית. אם נותר למישהו ספק כלשהו בסוגיה זו, סיפק ג’יימס קלרק מקסוול אישור משכנע לתורה הגלית של יאנג, כאשר איחד (1862) את התופעות המגנטיות עם התופעות החשמליות לכוח אחד, בעל מבנה פעולה גלי: הכוח האלקטרומגנטי.

מאמרו של אינשטיין הציב אפוא את הפיזיקאים בפני דילמה קשה: על פי פוקו, יאנג ומקסוול יש לאור מבנה גלי, ואילו על פי אינשטיין הוא בעל מבנה חלקיקי. היתה זו סתירה רבתי, שהפיזיקאים התקשו לסכון עמה. גל הוא מבנה רציף והמשכי, ואילו אלומת חלקיקים היא מבנה מקוטע המורכב מגופיפים בדידים. שני התיאורים לא התיישבו זה עם זה. אף על פי כן, אינשטיין עמד על דעתו ששניהם נכונים: האור מציג תכונה גלית כאשר אלומתו מרוכזת, ותכונה חלקיקית כאשר אלומתו דלילה. כבר ב־1909 הוא העריך כי צפויה לקום תאוריה חדשה של האור, אשר תאחד את התפישה הגלית עם התפישה החלקיקית ותוכיח בכך ששתי התאוריות אינן סותרות בהכרח. אולם אינשטיין לא חזה כי אחד ממופעיה היותר מוזרים של מכניקת הקוואנטים יציב אותו מול עובדה בלתי נתפשת בשכל הישר: פוטון יחיד המציג תכונה גלית. ההיבט העמוק הזה של שניות החומר נחת על אינשטיין בהפתעה גמורה.

שום תגלית אחרת של אינשטיין לא קוממה עליו פיזיקאים רבים כל כך, זמן רב כל כך, כמו קביעתו שהאור מורכב ממנות בדידות (קוואנטות). יתרה מזאת, אינשטיין ראה בקוואנטות אלה חלקיקי יסוד ממשיים, שמהם עשויים כל סוגי הקרינה האלקטרומגנטית והרדיואקטיבית, באותו מובן שהחומר עשוי מאטומים. פלנק, האיש שחשף ב־1900 את המבנה הקוואנטי של פליטת אנרגיה מגופים שחורים לוהטים, התייחס לקוואנטות שלו כאל גורמים סטטיסטיים והיפותטיים ולאו דווקא קונקרטיים, וסבר שאינשטיין הרחיק לכת בהחלת המבנה החלקיקי על גלי האור ועל כלל הקרינה האלקטרומגנטית. לא בכדי הוא כינה את ההגבלה שהחיל על האטום, לפלוט אנרגיה במנות בדידות, “צעד של ייאוש”. ואמנם, העלאת התאוריה החלקיקית של האור כמעט הכשילה את חברותו של אינשטיין באקדמיה הפרוסית למדעים. הוועדה, שדנה ב־1913 במועמדותו, המליצה לקבלו על סמך הישגיו המפוארים בתחום הפיזיקה, למרות מה שכינתה “הספקולציה הלא מוצלחת שלו” בדבר האופי הגופיפי של האור².

רוברט אנדרוז מיליקן הקדיש עשר שנים מחייו לבדיקת השערתו של אינשטיין. ב־1915 הוא נאלץ להסכים לה, בניגוד לדעתו, מפני שהיא שסתרה את התופעה הידועה לכל של התאבכות האור. ב־1923 אישר ארתור קומפטון סופית את פרשנותו של אינשטיין לתוצא הפוטו־אלקטרי, אבל עוד קודם לכן השלים הממסד הפיזיקלי עם הרעיון הגופיפי, וזיכה את הפוטון בהכרה כחלקיק היסודי של האור. ב־1921 הוענק לאינשטיין פרס נובל לפיזיקה על תרומותיו לפיזיקה התאורטית, שבמרכזן – אכן כן – הסברו לתוצא הפוטו־אלקטרי. בהרצאה שנשא הפיזיקאי ויקטור ויסקופף (Weisskopf) באקדמיה המדעית של הוותיקן ב־1979, ליום הולדתו המאה של אינשטיין, הצביע על השניות בין גלים לחלקיקים כעל אחד משלושת הישגיו הגדולים. אינשטיין היה מודע למשמעויות הרבות של פרשנותו, אבל לא רווה נחת מהתמונה שנחשפה לעיניו. בשנת 1951 כתב לאחד ממקורביו, כי חמישים שנות התעמקות בנושא לא קירבו אותו לתשובה מהן הקוואנטות של האור. לבטח לא שיער בראשית דרכו, כי קוואנטות אלה הן הסנוניות של תורה פיזיקלית חדשה, שתנכר אותו מהפיזיקה המודרנית, וכי הן עתידות להיות הסוס הטרויאני שבאמצעותו תסלק מכניקת הקוואנטים את הוודאות והסיבתיות מהטבע ותחדיר במקומן את אי־הוודאות ואת האקראיות.

ב־1905 רבץ עדיין הפולמוס על אי־הוודאות רדום בחיק העתיד. למען האמת, גם הדיונים הסוערים על התנועה הבראונית ועל מבנה האור חלפו מעל לראשו של הציבור הרחב כמו היו אוויר פסגות. לגבי דידו, האור היה יכול להישאר גלי עוד מאה שנה. מה שסימר את שער ראשו היה מאמרו השלישי של אינשטיין על האלקטרודינמיקה של גופים נעים, או בשמו היותר מוכר: תורת היחסות המצומצמת. מסקנותיה של תורה זו זיעזעו את התחושה הפנימית הכי עמוקה של האיש ברחוב, שהזמן הוא אחד ואחיד בעבור כל האנשים והאירועים, בכל עת ובכל מקום בעולם, כניסוחו של ניוטון 300 שנה קודם לכן. לשון אחר, שעה אחת שלי שווה שעה אחת של כל אדם אחר ביקום, בין אם אני נייח ובין אם אני נע ביחס אליו. תפישה חדשה זו של הזמן עמדה לחשוף קרע עמוק בין המדע לאינטואיציה.

קרע זה, שהחל עם התאוריה ההליוצנטרית של קופרניקוס (השמש נמצאת במרכז העולם, והארץ נעה סביבה, בניגוד למראה העיניים), נמשך בקביעתו המפתיעה של גלילאו שעצמים במשקל שונה והעשויים מחומרים שונים, נופלים בריק במהירות שווה, בניגוד לדעה המקובלת למן ימיו של אריסטו. לא בכדי ראה גלילאו בקופרניקוס את גיבורו: “אין גבול להערצתי את האופן שבו התבונה [של קופרניקוס] הצליחה לאנוס את חושיו”¹. התייחסותו של אינשטיין לאנרגיה כאל פן של המסה (ולהפך), ברוח המשוואה המפורסמת של המאה העשרים (E=mc²), העמיקה את השבר הזה. כי אם אנרגיה יכולה להתממש במסה, פירוש הדבר שחלקיק הנע במהירות רבה – ולפיכך בעל אנרגיה קינטית גבוהה – יכול להמיר אותה למסה בעקבות התנגשותו בחלקיק אחר. התוצאה – נשורת של חלקיקים, שסך מסותיהם גדול מהמסה של שני החלקיקים המקוריים. הווי אומר: הפוסטולט בן יותר מאלפיים שנה של אֵיקלידס, כי השלם שווה לסך חלקיו וגדול מכל אחד מהם, התרסק לרסיסים.

בשכל הישר נתפשת משוואתו של אינשטיין כאבסורד גמור, משל אמרנו שמשקל שברי כוח מנופצת גדול יותר ממשקלה לפני התנפצותה, או שמשבריה של כוס אחת ניתן לבנות ארבע כוסות. אבל בעולם של מהירויות גבוהות, שבו אנרגיה יכולה להתממש למסה (ולהפך), יש לאמירה זו כיסוי בנקאי מלא. יתרה מזאת, בעקבות עקרון השקילות, חוק שימור המסה־אנרגיה של אינשטיין החליף את חוק שימור המסה של ניוטון. כי תוספת המסה שמקבלת הכוס מתקזזת עם האנרגיה הגבוהה של תנועתה בעת ההתנפצות. יוצא אפוא שהמסה והאנרגיה, שהיו גדלים מוחלטים אצל ניוטון, הלכו בדרכם של המרחב והזמן, שהפכו אף הם לגדלים יחסיים בידיו של אינשטיין.

למען הגילוי הנאות צריך לומר שלורנץ, פיצג’רלד, פואנקרה ומקסוול הקדימו את אינשטיין בהנחות המרכזיות של תורת היחסות המצומצמת באשר להשפעתה של התנועה על המסה, על האורך ועל הזמן של גופים הנעים במהירות האור. ואכן, אינשטיין הכיר בתרומתם ואף כינה את תגליתו “פיתוח שיטתי של האלקטרודינמיקה של מקסוול ולורנץ”. אולם הוא ייחס להתקצרותם של גופים נעים ולהאטת הזמן משמעות מובנית, מתוקף היותם חלק ממרחב־זמן בעל ארבעה ממדים, ועל כן שונה מהותית מתפישת קודמיו בכל הקשור לעיקרון היחסותי. לדוגמה, אצל אינשטיין מהלך הזמן בכלי רכב אחד, מנקודת תצפיתו של צופה בכלי רכב שני, נקבע על פי מהירותו של כלי הרכב הראשון ביחס לשני. אצל לורנץ מהלך הזמן בשני כלי הרכב תלוי במהירות תנועתם כלפי מערכת ייחוס מוחלטת: האֶתֶר. מטעם זה יכול היה אינשטיין לטעון, כי “עבודתי ב־1905 היתה עצמאית”². ואמנם, חמש שנים לאחר פרסום תורת היחסות המצומצמת אמר עליה מקס פלנק, כי “מבחינת התעוזה, קרוב לוודאי שהיא מעל ומעבר לכל מה שהושג עד כה במדעי טבע ספקולטיביים, ולמען האמת גם בפילוסופיה קוגניטיבית. הגאומטריה הלא איקלידית היא משחק ילדים בהשוואה אליה” (שם).

מה היה כה מזעזע בתגליתו של אינשטיין? אצל ניוטון, ספן המהלך על ספינה ואדם הצופה בו מהחוף עשויים להיות חלוקים ביניהם לגבי המרחק שעבר הספן ועל מהירות הליכתו, אבל לא על אורך הספינה ולא על הזמן שחלף מתחילת הליכתו ועד סופה. שכן בעולמו של ניוטון המרחק והזמן הם גדלים מוחלטים. זו גם תחושתנו הסובייקטיבית והאינטואיטיבית. לא בכדי פסק קאנט, שקביעותם של מושגי המרחב והזמן טבועים בהכרתנו כהנחות יסוד של תפישת המציאות. על הכס הרם של הערכים המוחלטים, שהתפנה מהזמן של ניוטון, הושיב אינשטיין את האור. לא הזמן מוחלט, קבע אינשטיין, אלא מהירות האור. האור מייצג את המהירות העליונה בטבע (300,000 קילומטר בשנייה בחלל ריק), ואין בלתו. ממשוואתו המפורסמת E=mc^2 נובע כי גוף חומרי יכול להתקרב למהירות האור, אבל לא להדביק אותה. הפיזיקאי דיוויד בוהם ממשיל את מהירות האור לאופק, קרי: אפשר לנוע לעברו, אבל לעולם לא להתקרב אליו. כדי להאיץ אלקטרון במהירות האור נדרשת כמות אינסופית של אנרגיה, כי ככל שמהירותו מואצת כך גדלה גם המסה שלו, וככל שזו גדלה גדל הקושי להגביר את מהירותו. משלב מסוים, כל תוספת אנרגיה מתורגמת למסה ולא למהירות. מאיצי החלקיקים מספקים הוכחה חותכת לקושי זה. כאשר אלומת פרוטונים, הנעה במהירות של 99 אחוז ממהירות האור, מוחדרת למאיץ חלקיקים, המאיץ מגביר את האנרגיה שלה פי מאה. אף על פי כן, תוספת אנרגיה מרשימה זו מגדילה את מהירותה של אלומת הפרוטונים בפחות מאחוז אחד.

אינשטיין הגיע למסקנה המפתיעה שהאור אינו כפוף לעיקרון של חיסור וחיבור מהירויות כבר בהיותו בן 16. הוא דימה בעיני רוחו נוסע רכוב על אלומת אור, המשגר אלומת אור בכיוון תנועתו. הוא שאל את עצמו מה יקרה לאלומת האור של הפנס – האם היא תנוע במהירות כפולה, מכיוון שמהירותה מתחברת למהירותה של אלומת האור שעל גבה רוכב הנוסע? ניוטון היה משיב, כמובן, בחיוב, שהרי המהירויות אצלו לעולם מתחברות או נגרעות. אבל גם ללא ניוטון, פשוט על פי השכל הישר, כלום אפשר אחרת? כל מי שראו נוסעים משליכים חפץ כלשהו ממכונית נוסעת יודעים כי מהירותו של החפץ המושלך גדולה הרבה יותר מהמהירות שהיתה לו אם היה נזרק ממצב מנוחה, ולהפך: מהירותו היתה מואטת אם היה נזרק בכיוון מנוגד לכיוון הנסיעה. והנה בא אינשטיין ופסק, כי אם החפץ המושלך היה פוטון של אור הוא היה פוגע בקרקע באותה עוצמה, בין אם הושלך בכיוון הנסיעה ובין אם בניגוד לה. משמעות הדבר היא שאם אסטרונאוט, הנע במהירות של 99 אחוז ממהירות האור, ירדוף אחרי קרן לייזר, הקרן תתרחק ממנו לא בשיעור של אחוז אחד ממהירות האור, אלא בכל מאת האחוזים. עד כמה שהדבר בלתי מתקבל על הדעת הוא מתחייב מתורת היחסות, שכן זו קובעת שמהירות האור שווה לכל הצופים, יהיו מהירותם וכיוון תנועתם אשר יהיו.

הפקעת האור מעקרון חיבור וחיסור המהירויות מילאה תפקיד מכריע בסילוק הזמן ממעמדו המוחלט. כי אם מהירות נסיעתו של כלי רכב היתה מתחברת למהירותה של אלומת אור היוצאת ממנו, כפי שזה קורה אצל ניוטון, אזי משקיף על פני כדור הארץ, העוקב אחרי אלומת האור המגיחה מנורה חשמלית בטבורה של חללית וחוצה במהירות גבוהה את שדה הראייה שלו, היה רואה את אלומת האור מגיעה לחרטום החללית ולירכתיה בו־זמנית. לפיכך, עדויות הראייה של האסטרונאוט בחללית ושל המשקיף על פני כדור הארץ היו זהות לחלוטין. לעומת זאת, אם מהירות האור קבועה, ואין היא מתחברת ולא מתחסרת, אזי מתבטלת הבו־זמניות: המשקיף על פני כדור הארץ יראה שנדרש לאלומת האור יותר זמן כדי להגיע לחרטום החללית מאשר לירכתיה, מאחר שהחללית כולה נעה באותה עת קדימה – ועל כן חרטומה מתרחק מאלומת האור העושה דרכה לעברו. מכאן שאם מהירות האור קבועה, ואם נדרש לאלומת האור יותר זמן כדי להגיע לחרטום החללית מאשר לירכתיה, פירוש הדבר שהזמן בחללית נע לאט יותר מאשר על פני כדור הארץ. עדותו של האסטרונאוט בחללית תהיה כמובן שונה מזו של המשקיף, שהרי לגבי דידו המרחק בין הנורה לחרטום החללית לא השתנה, ועל כן הוא יראה את אלומת האור פוגעת בו־זמנית בשני הקירות המנוגדים³.

הכרעתו של אינשטיין לקבע את מהירות האור התעלמה לחלוטין מקיומו של האֶתֶר, אותו תווך נייח וסמוי מעין, המרווה את החלל. הוא סבר שחבל להשחית זמן בוויכוח עקר על תווך מסתורי שאיש לא הוכיח את קיומו, כפי שהראה הניסוי של מייקלסון ומורלי ב־1887. התעלמותו של אינשטיין מהאתר ראויה לשבח, אף שהיא מתחייבת מתורתו (בעולמו היחסותי אין מערכות זמן מוחלטות), שכן בתקופת לימודיו הוא עצמו האמין באתר כמחולל המגנטיות. יתר על כן, ישות ספק רוחנית ספק חומרית זו נהנתה מהכרה גורפת יותר מאלפיים שנה. היא הוכרה על ידי ניוטון כגורם מסייע לכוח הכבידה וגויסה על ידי דקארט למערבולות שלו כתווך גרירה של כוכבי הלכת סביב השמש. יתר על כן, גם מקסוול ולורנץ – מאבות הפיזיקה המודרנית – האמינו בנחיצותו של האתר להתפשטות הגלים האלקטרומגנטיים ולמדידת מהירות האור. “אין צל של ספק”, אמר מקסוול ב־1878, “שהמרחבים הבין־כוכבים והבין־פלנטריים אינם ריקים כי אם מאוכלסים בתווך חומרי”. אולם הזמן, כמו במקרים רבים אחרים, עשה את שלו. תוך עשר שנים מפרסום תורת היחסות המצומצמת של אינשטיין, איש לא התייחס ברצינות לאפשרות קיומו של האתר.

גורל שונה לחלוטין ציפה להאטת הזמן. אמנם, תנועה במהירות האור משפיעה לא רק על הזמן, שכן אורכו של מוט הנע במהירות האור אמור להתכווץ לאפס, אבל האפשרות שהזמן מאט את מהלכו הציתה את הדמיון והולידה ויכוחים סוערים בציבור. על פי תורת היחסות, בחללית הנעה ביחס לצופה נייח במהירות של 85 אחוז ממהירות האור, הזמן ינוע ב־50 אחוז לאט יותר מאשר אצל הצופה. פער הזמן בין השעונים בחללית לבין השעונים על פני כדור הארץ יגדל ככל שמהירות הטיסה תגבר. כך, למשל, נוסע בחלל, הנע במהירות הקרובה למהירות האור, יגלה בשובו לכדור הארץ ממסע בן עשר שנים (על פי השעון בחללית), כי חלפו 100,000 שנה. איש לא היה מתרגש מפער הגילים בין הנוסע בחללית לבין אחיו התאום בכדור הארץ אילו תלו את הזדקנותו האיטית בהשפעת הנסיעה המהירה על חילוף החומרים בגופו או על פעימות לבו. אבל האינטואיציה שלנו, ששורשיה נטועים בעומק הזמן האחיד והמוחלט של ניוטון, מתקוממת למחשבה שהתאום בחללית נשאר צעיר מכיוון שמהירות הטיסה האריכה את הזמן. עוד יותר היא מתקשה להשלים עם קיומן של שתי מערכות זמן אמיתיות ונכונות בה בעת: זו שבחללית וזו שעל הקרקע. ייתכן, מעלה בעל האינטואיציה הצעת פשרה, שהסתירה לכאורה נובעת ממדידות לא מתואמות, שהרי על פי התצפיות מכאן על אלומת האור בחללית, הזמן מאט שם את מהלכו, ואילו על פי המדידות הנערכות על ידי התאום בחללית לא חל שום שינוי בסביבתו. הווי אומר שמחוגי השעון נעים באותו קצב כמו לפני מסעו בחלל, ושער זקנו צומח באותו שיעור. כיוון שכך, מקשה בעל האינטואיציה בזהירות מרבית, למה צריך הנוסע בחלל להיות מושפע ממדידת הזמן בחללית על ידי אחיו התאום בכדור הארץ? אולי האטת הזמן היא בעיני המסתכל, קרי בעיני אחיו התאום שעוקב אחריו מכדור הארץ? אם כל ניסוי שהוא עורך ברכב החלל שלו אינו מגלה האטת זמן, מדוע הוא יהיה צעיר יותר מאחיו בשובו מהמסע?

בניסיון להיחלץ ממצוקה קוגניטיבית זו, תולה בעל האינטואיציה הניוטונית את תקוותו באפשרות שהאטת הזמן היא אך תרגיל מחשבתי, שאינו קורה בעולם הממשי. אולם הפיזיקאים אינם מרפים ממנו. הם מצביעים על תוספת החיים המפתיעה שזוכים לה חלקיקים מסוימים (מואונים), הנוצרים בגובה עשרה קילומטרים מעל פני כדור הארץ, בעקבות התנגשות של קרניים קוסמיות באטומי מימן וחמצן של האטמוספרה. ניסויים מעבדתיים מראים שאורך חייהם של חלקיקים אלה הוא שתי מיליוניות השנייה. בשבריר זמן זה הם יכולים לעבור מרחק של לא יותר מ־600 מטר, אבל תנועתם המהירה באטמוספרה מאטה את מערכת הזמן שלהם, ומאפשרת להם לעבור מרחק גדול פי 17 מהמרחק התאורטי, ועקב כך לנחות על פני כדור הארץ. האטת הזמן היא אפוא עובדה ניסויית מוכחת. הסיבה שאיננו מרגישים בה בחיי היום־יום נובעת מאיטיותם של כלי התחבורה שלנו. ואכן, ג’ו טאנר, ששוגר לחלל ב־1994 במעבורת “אטלנטיס” ועשה בה מרחק של שבעה מיליון קילומטר, היה מתקשה לשכנע את אחיו התאום, דיוויד טאנר, שהוא חזר ממסעו צעיר ממנו ב־321 מיליוניות השנייה.

אם אין במיקרו־שניות אלה כדי להפיס את דעתו של בעל האינטואיציה הניוטונית, אולי הדוגמה הבאה תעשה זאת, כי היא מציעה הקבלה בין העולם הניוטוני, שבו המהירויות מתחברות, לבין עולמו של אינשטיין, שבו מהירות האור בריק לעולם קבועה. נוסעים ברכבת, המתבוננים מבעד לחלון בנוסעי הרכבת הסמוכה, מתקשים לקבוע אם הרכבת שלהם נעה או שמא הרכבת הסמוכה. למעשה, מאחר ששתי הרכבות נעות בתנועה קצובה, שום ניסוי שיעשו לא יוכל לגלות אם הם נעים או נחים. הוא הדין בתאומים שלנו. מנקודת מבטו של התאום בחללית, כדור הארץ חולף על פניו ואילו הוא נשאר נייח. על כן מסקנתו הפוכה מזו של אחיו התאום. דהיינו, על פי חשבונו האח שעל פני כדור הארץ יזדקן לאט ממנו. לכאורה, שני התאומים צודקים, כל אחד במערכת שלו⁴. ואמנם, כך הדבר כל עוד הם אינם יוצאים ממערכותיהם.

זה גם מה שקורה לנוסע בקרון האחרון של רכבת ולאיש על הרציף, הצופה בו בעת שהרכבת חולפת על פניו. אם אורך הרכבת מאה מטר, והיא נוסעת במהירות של מאה קמ"ש, ואם בעת נסיעתה קם הנוסע בקרון האחרון ורץ במהירות של עשרים קמ"ש לכיוון הקטר, עשוי לפרוץ ויכוח בינו לבין הצופה ברציף לגבי מהירות ריצתו והמרחק שעבר. הנוסע יטען, בעזרת שעון עצר וסרט מדידה, שהוא רץ במהירות של עשרים קמ"ש ועבר מאה מטר; הצופה יטען לעומתו, שהוא רץ במהירות של 120 קמ"ש ועבר מרחק של 605 מטר (505 של הרכבת ומאה של ריצתו). שניהם כמובן צודקים – כל אחד במערכת שלו. לראיה, אם הרכבת תבלום לפתע והנוסע ירד ממנה (קרי יעבור מהמערכת הדינמית של הרכבת למערכת הנייחת של הרציף), הוא ייווכח לדעת כי עבר מרחק של 605 מטר. ולהפך, אם הצופה יעבור מהרציף לרכבת, הוא ימצא שהנוסע עבר מרחק של מאה מטר בלבד. הוא הדין לגבי החללית. אם התאום הארצי יצטרף לאחיו האסטרונאוט במסעו הבא בחלל, הוא ייווכח בצדקת טענתו של אחיו, שהזמן בחללית מתנהג כמו על פני כדור הארץ. דהיינו, חימום האוכל אורך שלוש דקות, הרתחת מחם המים שתי דקות וחליצת המגפיים חצי דקה, בדיוק כזמן הנדרש לפעולות אלה על פני כדור הארץ. אולם באותה מידה עצמה נכונה גם טענת התאום הארצי על האטת הזמן בחללית. שכן האח האסטרונאוט יחזור מהמסע בחלל צעיר כמעט כפי שהיה בעת שיצא לדרכו. למעשה, הוא יחזור ממסעו היישר אל עתידו. שכן, אף כי נעדר שנה אחת (על פי שעונו), על פני כדור הארץ חלפו עשר שנים. בתו, שהיתה תלמידת תיכון כשיצא למסע בחלל, היא כבר אישה נשואה ואם לשני ילדים; במקום הצריף ליד ביתו נבנתה ספרייה ציבורית; אשתו סיימה לכתוב בתקופת היעדרו רב מכר על בדידותה של אשת אסטרונאוט. כל האירועים הללו צפונים, מבחינתו, בחיק העתיד.

סילוק הזמן ממעמדו המוחלט, ותביעתו של אינשטיין לראות בו ממד שווה ערך לשלושת ממדי המרחב, ערערו את היציבות המופלאה של “העולם הישן”, וקראו תיגר על תחושת הרצף והזרימה של הזמן, לרבות הבו־זמניות. הזמן הפך ממוחלט למקומי, והמקומי שלי אינו בהכרח המקומי שלך, כי הזמן חולף בקצבים שונים, בעבור צופים שונים, במערכות שונות, הנעות בתנועה יחסית זו כלפי זו. אי לכך, השעה 12:00 בצהריים לפי צופה אחד עשוייה להיות אתמול עבור צופה שני ומחר עבור צופה שלישי.

הנפגעת העיקרית מתמורות מפליגות אלה היתה תחושת הזרימה הרציפה של הזמן. תורת היחסות המצומצמת, אומר הפיזיקאי פול דיוויס, מסרבת להעניק משמעות מיוחדת לרגע ההווה. “על פי תורה זו”, כותבים פול דיוויס וג’ון גריבין¹, “הזמן אינו מתרחק דקה־דקה; הוא פרוס בכל היקפו, כמו המרחב. הזמן פשוט שם”. לשון אחר, הדינמיות של הזמן (עבר־הווה־עתיד) אינה אלא אשליה, בדומה לרצף של 24 תמונות בשנייה בסרט קולנוע. התמונות אמנם נייחות, אבל קצב המעבר בין תמונה נייחת אחת לרעותה מקנה לצופה תחושה של תנועה. יתר על כן, כאשר מוצגות לנו שתי תמונות עוקבות, שבאחת מהן מחזיק אדם ביצה טרייה בידו, ובשנייה רואים חביתה מבעבעת במחבת, נוכל לקבוע בוודאות איזו תמונה קדמה לרעותה, מכיוון שעל פי החוק השני של התרמודינמיקה רמת אי־הסדר בעולם הדומם גדלה בהתמדה (עקרון האנטרופיה). מטעם זה קוביית סוכר בתוך כוס תה מאבדת את צורתה המאורגנת, ככל שהמולקולות שלה מתמוססות בנוזל. תהליך אנטרופי בלתי הפיך זה לא מאפשר לקבל קוביית סוכר מכוס תה ממותק, כשם שמחביתה לא ניתן לקבל ביצה טרייה. אף על פי כן, לא נוכל לומר שאירעה תנועה של זמן בין תמונת הביצה הטרייה לבין תמונת החביתה. כל שנוכל לומר הוא ששני האירועים נמצאים זה לפני זה על פני המרחב־זמן.

גישה זו לאירועי העבר והעתיד, משל היו פרוסים בקיפאון מוחלט זה אחרי זה על פני המרחב, מחסלת כמובן את תפישת הזמן האינטואיטיבית שלנו. היא אינה מעניקה עדיפות לרגע מסוים בזמן לשמש כהווה, ואינה מאפשרת לתהליך כלשהו להעביר אירועים מהעתיד להווה ולאחר מכן לעבר. הפיזיקה המודרנית מסכימה לקיומו של רצף אירועים בעל קשר מוגדר של לפני־אחרי, אבל היא כופרת בקיום עבר־הווה־עתיד, שכן עברו של אחד הוא ההווה של שני ועתידו של שלישי. הזמן אינו חולף ואינו זורם, השינוי הוא אשליה והדברים אינם מתהווים; הם פשוט ישנם. משל למה הדבר דומה? לנוריות החשמל הצבעוניות המבליחות ונכבות בשלט חוצות. הנוריות כמובן נייחות, אבל סדר כיבוין והדלקתן יוצר אשליה כאילו אותיות השלט נעות ימינה או שמאלה, מעלה או מטה.

שינוי קיצוני זה במעמדו של הזמן קיבל ביטוי בתגובתו של אינשטיין על מות חברו הקרוב מישל בסו (Besso), ב־15 במארס 1955. אינשטיין שלח למשפחתו של הנפטר מכתב ניחומים: “הוא הקדים אותי מעט בהסתלקותו מעולם מוזר זה [אכן, אינשטיין נפטר ב־18 באפריל 1955]. אין לכך חשיבות. בעבורנו, הפיזיקאים, האבחנה בין עבר, הווה ועתיד אינה אלא אשליה” (פולסינג, הערה 34). אבל אם האבחנה בין עבר ועתיד היא אשליה, ואם כל האירועים פרוסים זה ליד זה וזה אחרי זה על פני המרחב, האם גם כל מעשינו העתידיים רשומים מראש על פני המרחב? כי אם כאלה הם פני הדברים, אזי אנו חיים בעולם דטרמיניסטי, למרות שאיננו יכולים לראות את פריסת האירועים ועל כן גם לא לחזות את התרחשותם.

מורכבות זו של הזמן נותנת משנה תוקף לאמירתו של אוגוסטינוס הקדוש, כי כאשר אין שואלים אותו מהו הזמן הוא יודע, אבל כאשר מבקשים אותו להסביר מהו – הוא אינו יודע. הקפאת הזמן אך הוסיפה נופך של זרות למעמדו, החריג ממילא, של הזמן בקרב המושגים הפיזיקליים. שכן מה פירושה של זרימה זו? ביחס למה זורם הזמן – ביחס לעצמו? הכל מבינים את כוונת המשפט: המכונית נעה במהירות של חמישים קמ"ש, שכן מודדים מרחק ביחס לזמן או מודדים זמן ביחס למהירות הנסיעה של המכונית ולמרחק שהיא עברה. אבל אין שום משמעות לאמירה שהזמן נע במהירות של חצי שעה בשעה, או במהירות של שעה בשעה. פול דיוויס (הערה 37) משוכנע שאיננו צופים בתנועה של זמן, אלא במצבים מאוחרים ומוקדמים של העולם, השונים זה מזה. כאשר אדם סב סביב עצמו פעמים מספר הוא מרגיש סחרחורת, ודומה לו שהעולם חג סביבו. אבל זה לא באמת קורה; תחושת הסחרור היא אשליה הנגרמת מתנועת הנוזל באוזן הפנימית. הוא הדין לגבי הזמן. קיימת אסימטריה בין עבר לעתיד, הנובעת מהחוק השני של התרמודינמיקה, והיא זו שמעוררת בנו את אשליית הזרימה של הזמן מעצם העובדה שהיא מבדילה בין מצב מוקדם סדור למצב מאוחר, פחות סדור. המציאות גדושה תהליכים פיזיקליים בלתי הפיכים, דוגמת הביצה הטרייה והחביתה, המממשים את החוק השני של התרמודינמיקה. מאחר שהם חד־כיווניים, אנחנו רואים בהם הוכחה חותכת לקיומו של חץ הזמן; אלא ששומה עלינו לאמץ דימוי זה בזהירות רבה. חץ הזמן פונה אמנם אל העתיד, אבל אין בכך הוכחה שהזמן עצמו נע לעבר העתיד, כפי שמחוג המצפן המצביע צפונה אינו מעיד על המצפן שהוא נע לעבר הצפון. חץ הזמן מראה על אסימטריה של העולם בזמן, לא על זרימה של זמן. את התיוגים עבר ועתיד אפשר לייחס לכיוונים ארעיים, בדומה למונחים “מעלה” ו"מטה" במרחב.

הפיזיקאי ג’וליאן בַּרבּור מוליך תפישה זו למחוזות קיצוניים. ברבור מאמין ביקום נטול עבר ועתיד (Discover, December 2000), עולם שבו הזמן הוא אשליה וכל תושביו בני אלמוות. ביקום של ברבור כל דקה בחיי אדם – הלידה, המוות וכל מה שביניהם – אינה משתנה (“כל דקת חיים שלנו היא במהותה נצחית”). לשיטתו, העבר, ההווה והעתיד מתקיימים בנפרד לעולמי עד. איננו חיים ביקום בודד העובר דרך הזמן, אומר ברבור. אנחנו, או גרסאות אחרות שלנו, השונות מאתנו במעט, מאכלסים בו־זמנית מספר גדול של יקומים נטולי זמן. כל אחד מיקומים קפואים אלה מייצג “עכשיו” בלתי משתנה, כמו ברצף הקולנועי: כל תמונה בסרט לוכדת הווה אפשרי אחד העשוי להכיל כל אחד מאתנו, אבל דבר אינו זז או משתנה בכל אחת מהתמונות הללו.

הצגה זו של מציאות קפואה בזמן, שבה כל האירועים פרוסים על פני המרחב לפי סדר התרחשותם, מזכירה את התנהגותה של הסטר, אחת החולות של אוליבר סאקס². הסטר, הלוקה במחלת שינה נדירה, נהגה מפעם לפעם לעצור על מקומה למשך שניות, דקות ואפילו שעה, כמו תמונה קפואה בסרט קולנוע. באחד הימים נזעק סאקס לחדרה. הוא מצא אותה עומדת קפואה במקומה, בחדר אמבטיה מוצף מים. בתשובה לתמיהתו הסבירה שפתחה את ברז האמבטיה, ראתה שהמים מרטיבים את קרקעיתה, ופתאום שמה לב שהרצפה כולה מוצפת מים. הזמן אצל הסטר קפא. פעמים אחרות הוא התנהל בקצב של 4־3 תמונות בדקה, קצב שאינו מאפשר היווצרות אשליה של תנועה, ולפיכך המציאות נראתה לה כתמונות נייחות מתחלפות. ואכן, הדלקת המקטרת בידי אחיה נתפשה על ידה לא כרצף של תנועות, אלא כסדרה של תמונות נייחות עוקבות: הדלקת הגפרור, אחזקתו במרחק מה מהקופסה, ליחוך הטבק במקטרת על ידי להבת הגפרור וכן הלאה. עוד מספר סאקס, שהסטר חזתה את הצתת המקטרת תמונות אחדות לפני שהטבק הוצת בפועל, משל נקלעה לעולם שבו התמונה נעה מהר יותר ממהירות האור. “היא ראתה במובן מסוים את העתיד”, כותב סאקס בתדהמה, ולא בכדי, שהרי הזיכרון שלנו קושר תמונות הנמצאות בעברנו ולא בעתידנו.

שבץ מוחי עשוי להוליד תופעות דומות. מאחר שהתנועה, הצבע והמידות של עצם מעובדים בנפרד, באזורים שונים במוח, אדם הלוקה בשבץ באזור של עיבוד התנועה עלול בנקל להידרס על ידי מכונית. הוא יראה אמנם את המכונית, ואפילו יזהה את צבעה, אבל לא יבחין בתנועתה לעברו. כל שיוכל לראות הוא שהיא נמצאת במקום אחר כל אימת שהוא חוזר להסתכל לעברה. על מקרה דומה מספר דונלד הופמן מאוניברסיטת קליפורניה (The New York Times, 21 September 2000). מטופלת שלו, שהחלימה משבץ מוחי, איבדה את היכולת לזהות תנועה. היא התקשתה למזוג תה לספלה, מפני שלא הצליחה לראות את זרימתו מהקומקום לספל; עיניה קלטו רק את השתנות גובה פני הנוזל בספל בעת המזיגה. בחברת אנשים היא נקלעה לא אחת למבוכה למראה בני אדם הנעלמים ומופיעים בחדר כאילו משום מקום: רגע אחד היו בו ורגע שני נעלמו ממנו.

ג’ון הרטל (Hartle) מאוניברסיטת קליפורניה מציע גישה שונה לזרימת הזמן. תחושת הזרימה, גורס הרטל, נובעת לא מהזמן עצמו, אלא מתנועת המידע ומאופן עיבודו. המידע נע במוחנו מנקודות אחסון למרכזי זיכרון, ומשם לאזור המחזיק במודל של העולם ובכללי הטיפול בו. מעבר זה בין התחנות השונות במוחנו יוצר בנו תחושה של זרימת הזמן, זרימה שאינה סותרת את התמונה הקפואה של הפיזיקאים, מפני שאין מדובר בזרימה של הזמן, אלא של המידע. תפישה מעגלית של זמן, השוברת את הסדר עבר־הווה־עתיד, מציגה קטינקה רידרבוס³. במיתוסים של הודו ויוון העתיקה, אומרת רידרבוס, הזמן המעגלי בא במקום החלוקה הלינארית לעבר־הווה־עתיד. ומאחר שהזמן המעגלי מייצג מחזוריות נצחית אי אפשר לפתח במסגרתו שום מושג אמיתי של היסטוריה, שהרי אירוע בעתיד נמצא בו־זמנית גם בעברו של אותו עתיד. אלא שבעבור מרבית האנושות ההיסטוריה היא עניין אמיתי. לא בכדי היא מפרנסת מהלכים מדיניים בהווה וסכסוכים מזוינים בעתיד. עם זאת, הפרדת הזמן על פי סדר לינארי של עבר־הווה־עתיד, היא במידה רבה סכמטית ואינה עולה בקנה אחד עם ניסיון החיים שלנו. לגבי דידנו, העבר איננו מציאות קפואה ואובייקטיבית, אלא זירה דינמית המשפיעה על החלטותינו בהווה, ולא פחות מכך על התנהגותנו בעתיד. יעדים שבכוונתנו להשיג בעתיד משפיעים על התנהגותנו בהווה, ואילו עמדותינו בהווה משפיעות לא רק על הפשר שאנו נותנים לעבר, כי אם גם על סדר הופעתם של אירועים בו ולעתים אף על העלמתם.

ההווה הוא החמקמק מבין שלושת הזמנים, שהרי די לחשוב עליו כדי להפוך אותו לעבר. אף על פי כן הוא ניתן למדידה מדעית. ממחקרו של ארנסט פפל⁴ עולה כי ההווה נמדד באלפיות השנייה: קולות המופרדים בפחות משתי אלפיות שנייה נתפשים באוזנינו כאירוע אחד, ואילו אירועים המופרדים בפחות משלושים אלפיות שנייה זה מזה נתפשים בעינינו כבו־זמניים. חרף מדידותו, ההווה הוא החוליה הבעייתית במערך הזמנים עבר־הווה־עתיד. הוא הווה מתמשך כל עוד אין נותנים עליו את הדעת, אך עבר מיידי ברגע שמודעים לו. על כן אפשר להקפיאו בתצלום, אבל לא בתודעה. לכל אירוע בעבר היה הווה, לכל אירוע בעתיד יהיה הווה, רק להווה אין הווה ואין לו זיכרון, כי הוא מייצג את רגע התרחשותם החולף של הדברים. רק משעה שהוא הופך לעבר נוצק בו התוכן שנחווה מבלי דעת בהווה. תוכן זה מתחבר לעכשווים האחרים, אלה שהפכו זה עתה לעבר ואלה שהפכו מזמן לעבר, ומהאינטראקציה של כל מה שהיו פעם עכשווים נבנים הזיכרונות – אלה שנמחקים מיד, אלה שנשארים תלויים ועומדים לזמן מה ואלה שנשמרים לאורך ימים. הווה חסר תוכן הוא נטול חשיבות כשלעצמו. כמוהו כאותה נמלה שביחידותה אינה יודעת דבר, והיא מתרוצצת ללא מטרה לכל עבר, אבל משעה שהיא מצטרפת לקבוצה של נמלים היא מגלה את ייעודה הקיבוצי וחייה מתמלאים במטלות ובמשמעות.

מבנה מדורג זה של עבר־הווה־עתיד, אשר סדר אבריו כמו נקבע בבריאת העולם, לא היה תמיד כזה. היה רגע קסום וייחודי, בשבריר זמן זעיר מכל דמיון, בין “המפץ הגדול” לבין 10^־43 של השנייה הראשונה, שבו ארבעת כוחות הטבע ושלושת סדרי הזמן היו מאוחדים בכוח אחד. באותו שבריר זמן ייחודי היו העבר, ההווה והעתיד מאוחדים בזמן אחד. על הרגע הקסום הזה ועל תפישתו המהפכנית של אינשטיין את הכבידה בפרק הבא.

אינשטיין נמנה עם אותם אנשי סגולה, שנוכחותם מעניקה משמעות מיוחדת למאה שלהם, בדומה לאפלטון ולאריסטו במאות הרביעית והחמישית לפסה"נ, לקופרניקוס במאה השש־עשרה, לניוטון במאה השבע־עשרה ולדארווין במאה התשע־עשרה. מעבר לכך, אינשטיין היה אל נכון היחיד מבין אנשי המדע של המאה העשרים שלא היה לו תחליף. אמנם, לעדותו, “מאך ודאי היה מגיע לתורת היחסות (המצומצמת) אילו, בעודו צעיר, שאלת מהירותו של האור הייתה מעסיקה את הפיזיקה”¹, אבל גם אם הערכתו נכונה לגבי תורת היחסות המצומצת, ספק אם אפשר להחילה על תורת היחסות הכללית.

אינשטיין הכיר, כמובן, את הגאומטריות הלא־איקלידיות של פואנקרה, גאוס ולובצ’בסקי שפותחו במאה התשע־עשרה. אבל גם כאשר מביאים בחשבון את חובו הגדול לרימן, שסיפק את הבסיס המתמטי לגאומטריה של מרחב עקום (אבל לא של מרחב־זמן עקום), ואת הצעתו של מינקובסקי למרחב־זמן ארבעה־ממדי, אי אפשר שלא להתפעל מהראייה המקיפה של אינשטיין, שנעצה את המסמר האחרון בארון הקבורה של הזמן והמרחב הניוטונים. דעה פיקנטית על גאונותו של אינשטיין השמיע המתמטיקאי הדגול, בן המאה העשרים, דיוויד הילברט, בכינוס של מתמטיקאים, שרבים בהם פקפקו בבקיאותו המתמטית של אינשטיין: “אתם יודעים מדוע אמר אינשטיין את הדברים המקוריים והעמוקים ביותר שנאמרו בדורנו על החלל והזמן? משום שלא למד דבר על הפילוסופיה והמתמטיקה של הזמן והחלל”². דומה כי פרפרזה על דבריו של הביוכימאי ארווין צַ’רגָף, שהצביע על שונותה של האמנות מהמדע, מיטיבה להמחיש את ייחודו של אינשטיין. צ’רגף אמר כי שום צייר מלבד פיקסו לא היה מצייר את העלמות מאוויניון. לעומת זאת, את הקוד הגנטי היו מגלים בכל מקרה. בשינוי קל אפשר לומר על אינשטיין, כי את כוח הכבידה כתכונה גאומטרית של המרחב איש לא היה הוגה זולתו. אפשר כמובן לחלוק על אמירה זו. ייתכן שרעיון זה היה צץ בשלב זה או אחר של החשיבה המדעית גם ללא אינשטיין, אבל אין ספק שתורת היחסות הכללית מייצגת תפישה מדהימה במקוריותיה.

אין קושי לעקוב אחר החשיבה האינטואיטיבית של אריסטו, שייחסה את כוח המשיכה של כדור הארץ לשאיפתם של כל הגופים החומריים לחזור לכור מחצבתם במרכז העולם (שהוא כדור הארץ). קל לעמוד על האנלוגיה של ויליאם גילברט ב־1600 בין הכוח המגנטי לכוח הכבידה (כדור הארץ הוא מגנט גדול). אפשר לעקוב אחר קו מחשבתו של קפלר, שנדרש לבחור בין שני הסברים להבדלים במהירות תנועתם של כוכבי הלכת סביב השמש³, או אחר מחשבתו המבריקה של ניוטון כשהחיל את הכבידה המקומית על היקום בכללותו. אבל היגיון אינטואיטיבי זה נשבר אצל אינשטיין. הוא הגביל את התפשטות כוח הכבידה למהירות האור, ופירוש הדבר הוא כי כוכבים שאנו רואים בשמים אינם מעידים בהכרח על קיומם בהווה אלא על זמן כלשהו בעבר, כאשר אורם – הנקלט עכשיו בעינינו – יצא לדרכו. לפי ניוטון, אם השמש תתפוצץ לפתע ותיעלם – כל כוכבי הלכת במערכת השמש יתפזרו לאלתר לכל עבר, שכן הסוכנים העלומים של הכבידה הניוטונית נעים במהירות אינסופית בחלל. לפי אינשטיין, תושבי כדור הארץ יחושו בהיעלמות השמש כעבור שמונה דקות מרגע ההתפוצצות – שזה הזמן הנדרש לגלי הכבידה לעבור את 150 מיליון הקילומטרים מהשמש שלנו.

על פי המשוואה של אינשטיין, E=mc², מתקיימים יחסי התמרה מוגדרים בין מסה לאנרגיה. שנייה אחת של קרינת אור עולה לשמש באובדן מסה של ארבעה מיליון טון. לפי ניוטון, לפוטונים של אור, שהם בעלי אנרגיה אבל חסרי מסה, אין שום השלכה על מסת השמש ועל הכבידה שלה. יתר על כן, הוא הראה שכוח המשיכה בין שני גופים חומריים פועל ביחס ישר למכפלות מסותיהם וביחס הפוך לריבוע המרחק שביניהם. אבל מהי אותה תכונה פנימית של החומר, היוצרת את כוח המשיכה, הוא לא ידע להסביר. במיוחד התקשה להבין איך הוא פועל בין שני גופים הרחוקים זה מזה מרחק רב. “אין זה מתקבל על הדעת”, כתב ניוטון, “שחומר גס ודומם יפעל על חומר אחר וישפיע עליו ללא תיווך של משהו אחר, שאיננו חומר – ללא מגע הדדי […]. האפשרות שכבידה היא עניין מולד, פנימי ומהותי לחומר, כך שגוף אחד יוכל לפעול ממרחק על גוף אחר דרך החלל הריק, ללא תיווך של משהו אחר, אשר באמצעותו עוברים הכוח והפעולה מאחד לשני, היא בעיני אבסורד כל כך גדול, עד כי אינני מאמין שאדם בעל חשיבה סבירה בעניינים פילוסופיים יוכל להיכשל בו”. הואיל וכך, ניוטון ייחס את מקור המשיכה ואת פעולתו המסתורית מרחוק לאלוהים, כפי שהיה משוכנע כי תנועת כל הפלנטות בכיוון אחד לא היתה יכולה להיעשות על ידי גורל עיוור, אלא על ידי התערבות אלוהית.

היה זה המתמטיקאי והאסטרונום הצרפתי לַפּלַס (Laplace), במאמרו לאקדמיה למדעים ב־1773, שהוכיח מתמטית כי מערכת השמש יציבה ואינה זקוקה לעזרתו של האל לשמירת יציבותה. אינשטיין פיענח את המסתורין של מנגנון הכבידה מכיוון שונה לחלוטין. הוא הציע לראות בכבידה לא תכונה פנימית של החומר, כגרסתו של ניוטון, אלא תוצר של המרחב, המתעקם סביב מסות של חומר. בהצעה זו היה טמון השבר האינטואיטיבי השני שחולל אינשטיין.

כשאנחנו מנתרים באוויר, זורקים אבן או עוקבים אחרי תנועת כוכבי הלכת, איננו רואים מרחב עקום. אין שום רמז שיקשור באופן אינטואיטיבי את עקמימותו של המרחב לגובה הניתור שלנו, להאצת האבן הנופלת על הארץ או למסלולי הכוכבים בשמים. המעבר מהתפישה האינטואיטיבית של הכבידה לתפישה הגאומטרית של אינשטיין מחייב הינתקות מחשבתית נועזת מאופני חשיבה מוסכמים. דרושה מחשבה מקורית מאין כמוה כדי להניח שהכבידה איננה תכונה פנימית של החומר (הגורמת לעצמים חומריים להימשך זה אל זה), אלא של מרחב המתעקם סביבה ויוצרת מעין מכתש, שאליו נופלים כוכבי הלכת כמו כדורים בגלגל הרולטה, או בדומה ליריעת גומי המתעקמת סביב משקולת המונחת בחיקה. למען הדיוק, האנלוגיה בין יריעת הגומי והמשקולת לבין מסה המעקמת סביבה את המרחב היא פשטנית, שכן המסה מעקמת את המרחב מכל עבריו ולא רק מכיוון אחד. יתרה מזאת, על פי אינשטיין אי אפשר לעקם מרחב בלי להשפיע על הזמן, באשר שלושת ממדי המרחב וממד הזמן כרוכים יחד במרחב־זמן בעל ארבעה ממדים. העיקרון היחסותי, שאליו התוודענו בתורת היחסות המצומצמת, חוזר אפוא ומופיע גם בתורת היחסות הכללית. המרחב, כמו הזמן, הוא ישות יחסית, ולא קבועה ומוחלטת. את השוני המהותי הזה היטיב להגדיר ג’ון וילר, מהפיזיקאים הבולטים של המאה העשרים: “החומר אומר למרחב איך להתעקם; המרחב אומר לחומר איך לנוע”.

לדברי סטיבן הוקינג, תורתו של אינשטיין שינתה כליל את התייחסותנו למרחב. לפני אינשטיין, אומר הוקינג, המרחב והזמן נתפשו כזירה שבה מתרחשים אירועים, בעוד היא עצמה אינה מושפעת מהמתרחש בה. אינשטיין הפך את המרחב והזמן מרקע פסיבי למשתתפים פעילים ביקום דינמי. אינשטיין היה מודע למהפכה המחשבתית של הגותו, לפיה מסה ואנרגיה מעקמים את המרחב־זמן, תפישה שהבשילה במוחו שלב אחר שלב, בעמל רב. לפיזיקאי ארנולד זומרפלד הוא כתב, בין השאר: “אני עוסק עתה כמעט אך ורק בבעיית הכבידה. […] דבר אחד ודאי, מעולם לא עיניתי את עצמי במשהו דומה לו. […] בהשוואה לבעיה הזאת, היחסות המקורית [המצומצמת] היא משחק ילדים” (פויר, הערה 41).

בנובמבר 1915 הציג אינשטיין את הגרסה האחרונה והסופית של תורת היחסות הכללית. כמו גרסאותיה הקודמות גם זו עוררה מחלוקת, אבל זמן קצר לאחר פרסומה התברר שעיקום המרחב־זמן מסביר אנומליה טורדנית במסלולו של כוכב הלכת חמה. אינשטיין לא היה זקוק לכוכב הלכת חמה כדי להשתכנע באמיתות תורתו. היא כל כך יפה, אמר, שהיא חייבת להיות נכונה. מקס פלנק נמנה עם אלה שנשבו בקסמיה. הקשר ההדוק בין יופי, אמת ומציאות, כתב לאינשטיין, הוכיח עצמו פעם נוספת כאפקטיבי. ג’ון וילר הצטרף להערכתו של פלנק, אבל קבל על כך שתורת הכבידה של אינשטיין היא גן עדן לתאורטיקנים וגיהנום לנסיינים. שום תאוריה לפניה, אמר, לא הציבה קשיי בוחן גדולים כל כך. מצדדיה ומתנגדיה של היחסות הכללית הסכימו שאפשר להפריך או לאשש את התפישה הגאומטרית של הכבידה באמצעות אחד מניבוייה, לפיו קרן אור שתחלוף ליד גוף מסיבי, דוגמת השמש שלנו, תימשך לעברו ולפיכך תוטה ממסלולה.

בהכללה, ניבוי זה הציב את היחסות הכללית בהתנגשות חזיתית עם תורת הכבידה של ניוטון, שכן בהיות חלקיקי האור (הפוטונים) נטולי מסה, על פי ניוטון הם אמורים להיות אדישים לכוח הכבידה של השמש, ואילו על פי אינשטיין מסת השמש מעקמת את המרחב סביבה, ועקמימות זו אמורה לגרום לקרן האור לסטות מנתיבה הישר ולנטות לעבר השמש, בין שחלקיקיה מסיביים ובין שלא. להמחשה: אם נציב בטבורה של טרמפולינה משקולת כבדה, ומצד אחד של הטרמפולינה נגלגל כדור טניס בקו ישר לצדה הנגדי, ניווכח שמסלול הכדור מתעקם בחצותו את השקע שיוצרת המשקולת באריג. הואיל וכך, אם נתייצב בצד הנגדי ונתבונן מגובה הטרמפולינה בכדור המתעקם לעברנו, נראה כאילו הכדור יצא מימין למקומו האמיתי, בקו ישר הממשיך את הקטע האחרון של מסלולו. מכאן שאם תצפית תראה שחלה תזוזה ימינה במיקומו של כוכב, אשר קרני אורו חולפים ליד גוף מסיבי בדרכן אלינו, תהיה זו הוכחה ניצחת לעיקום המרחב על ידי מסת חומר.

השמש, שהיא כוכב השֶבת הקרוב ביותר אלינו, היא גוף אידיאלי לעריכת הניסוי, שכן בעת ליקוי חמה מלא ניתן לראות אם קרני אורם של כוכבים רחוקים, הממוקמים בקו ישר מאחוריה, אכן מוטות לעברה בעת שהן חולפות לידה. בין השנים 1912 ל־1918 נערכו בחצי האי קרים, בארגנטינה ובארצות הברית ניסיונות שמטרתם היתה למדוד את כמות ההטיה בעת ליקוי חמה מלא. המאמצים כשלו מחמת עננות גבוהה, ציוד לקוי, ובמקרה של חצי האי קרים עקב פריצת מלחמת העולם הראשונה. אינשטיין נקט עמדה של שוויון נפש כלפי ניסיונות אלה. “לאחר שהצלחתי להוכיח מעל לכל ספק את משוואות הכבידה”, אמר למקורביו, “לא חשוב מה יראו התצפיות” (פולסינג, הערה 34). בפועל הוא עקב בעניין רב אחר הכנותיהן של המשלחות, ביודעו שהאישוש המלא לתורתו יבוא מהן. הוא הפעיל לחץ כבוש על ידידיו לבצע את התצפיות הדרושות, ואף היה מוכן ב־1914 לממן מכיסו חלק מהוצאותיה של המשלחת לאי קרים.

ההכנות לתצפית, העתידה להיות היסטורית, החלו ב־29 במאי 1919 ברגל ימין. הליקוי המלא של השמש היה אמור להתחיל במזרח האוקיינוס השקט, לעבור לדרום אמריקה ולדרום האוקיינוס האטלנטי, ולהסתיים לקראת ערב באפריקה. בראש המשחת עמד ארתור אדינגטון, פרופסור לאסטרונומיה ולפילוסופיה בקיימברידג', האיש הנכון בעיתוי הנכון. בגיל 36 כבר קנה לעצמו מעמד ציבורי מיוחד לא רק כאסטרונום הבריטי החשוב בדורו, כי אם גם כהוגה ופילוסוף דעתן. כאשר החמיאו לו שהוא אחד משלושה אנשים בעולם המבינים את תורת היחסות, הגיב אדינגטון לאחר שתיקה קצרה, שהוא תוהה בלבו מיהו האדם השלישי⁴. כסרבן מלחמה מוצהר, מתוקף אמונתו הקווייקרית, סירב אדינגטון להיענות לגיוס הכללי שהוכרז בבריטניה לקראת סוף מלחמת העולם הראשונה⁵. מי שגאל את הממשלה הבריטית מהמצב המביך של העמדת אדינגטון לדין היה פרנק דייסון, התוכן המלכותי של בריטניה ומנהל המצפה בגריניץ'. הוא הסביר לרשויות שאדינגטון עסוק בהכנות לשיגור משלחת חשובה (ביוזמתו של דייסון) לאימות תורתו של אינשטיין. ואכן, אדינגטון נערך היטב למסע המדעי. הוא אסף מבעוד מועד סכום כסף נכבד למימון ההוצאות, וכדי למנוע ממזג האוויר לחבל במשימתו הרכיב שתי משלחות: אחת, בראשותו, לאי פרינצ’יפה, מול חוף גאבון באפריקה, והשנייה לעיר סוברל, בצפון מזרח ברזיל. למעשה, אדינגטון היה כה משוכנע בנכונותה של תורת היחסות, שהוא לא היה טורח לשגר את המשלחות לאימות התאוריה אם היה הדבר תלוי בו.

אינשטיין חשב כמוהו. עם קבלת התוצאות החיוביות מפרינצ’יפה הוא הגיב בנימה מאופקת: “ידעתי כל הזמן שהתאוריה נכונה”. וכאשר נשאל כיצד היה מגיב אילו הממצאים היו מפריכים את תורתו, השיב: “במקרה כזה הייתי מצר בצערו של האל, מפני שהתאוריה נכונה” (פולסינג, הערה 34). אינשטיין היה מיטיב לעשות לו אמר שהוא היה מצר בצערו של אדינגטון, שכן אלמלא אמונתו הנחרצת של האחרון בתורתו של הראשון ספק אם תורת היחסות הכללית היתה זוכה לאישוש באותה שנה גורלית.

כבר בתצלומים שנערכו בעת ליקוי החמה בארצות הברית, שנה קודם ליציאת משלחתו של אדינגטון, התגלתה סטייה במאות אחוזים של קרן האור מהניבוי של אינשטיין. גם הממצאים משתי המשלחות של אדינגטון הצביעו על סטייה שבין 0.9 ל־1.8 שניות של הקשת, בעוד שהתאוריה של אינשטיין ניבאה סטייה של 1.7. למעשה, בידי אדינגטון היו שלוש מערכות של לוחות צילום משתי המשלחות. החדות ביותר היו דווקא מסוברל, והן הראו על סטייה של 1.98 שניות, כלומר גדולה יותר מהחיזוי של אינשטיין. יתרה מזאת, לדעת דניס אוברביי – העורך המדעי של הניו יורק טיימס – גם הכבידה הניוטונית יכולה לגרום לקרן אור להתעקם, אם משלבים בה את העיקרון היחסותי של אינשטיין לגבי שקילות המסה והאנרגיה. שכן, אם לאור יש אנרגיה, אזי יש לו גם מסה, ולפיכך הוא עשוי לחוש בכבידה הניוטונית. ואמנם, מכשיר האסטרוגרף בסוברל, אשר סיפק את הממצאים החדים יותר, הראה על סטייה קרובה יותר לחיזוי הניוטוני מאשר לניבוי של אינשטיין. הממצאים לקו אפוא בעמימות רבה, מה שלא הפריע לאדינגטון להטיל את מלוא כובד משקלו לטובת אינשטיין. הוא ביטל את ממצאי האסטרוגרף בטענה המפוקפקת שחום השמש השפיע על דיוק המדידה, ומיצע רק את הממצאים של המכשירים האחרים. התוצאה שקיבל היתה 1.75 שניות, קרובה מאוד לניבוי של אינשטיין. הכרעתו של אדינגטון שיקפה את גישתו, לפיה “אין לתת אמון בשום ניסוי עד שיאושש על ידי התאוריה”, קל וחומר על ידי תאוריה שהיה לו אמון מלא בנכונותה. מבקריו מחו בחריפות על התעלמותו מהאסטרוגרף בסוברל, אבל כוחם לא עמד להם מול הברית אדינגטון־דייסון.

לכינוס המיוחד של החברה המלכותית לאסטרונומיה, שהתקיים ב־6 בנובמבר 1919, הגיעו גדולי המדענים של בריטניה. תורת הכבידה של אינשטיין הוכרה בו כתורה מוכחת. תומסון, נשיא החברה המלכותית, סיכם את הכינוס בדברי הלל על תורת היחסות הכללית. הוא תיאר אותה כאחד ההישגים הגדולים של המחשבה האנושית. התקשורת הבריטית יצאה מגדרה. כותרות ענק בעיתונים הלונדוניים בישרו בתדהמה ובפליאה על אישוש תורתו של אינשטיין, לצד תגובות פושרות ואפילו עוינות, בעלות נימות אנטישמיות ולאומיות. אינשטיין, שנתפש כספק גרמני ספק שוויצרי, אבל בוודאות יהודי, לא היה מושא אידאלי להערצה במדינה שליקקה עדיין את פצעיה מהמלחמה האכזרית באויב הגרמני. יתר על כן, תורתו של אינשטיין קראה תיגר על חוקי הפיזיקה הנצחיים של בן אומתם הדגול, ניוטון, ואיימה על מעמדו האלוהי. ואמנם, טיימס הלונדוני הכתיר את עמודו הראשון בכותרת: “מהפכה במדע – אינשטיין נגד ניוטון”. התבערה התקשורתית חצתה בהרף עין את האוקיינוס האטלנטי. ב־10 בנובמבר יצא הניו יורק טיימס בכותרת באותיות קידוש לבנה: “התאוריה של אינשטיין חוגגת את ניצחונה”. תמונתו עיטרה את העמודים הראשונים של מרבית העיתונים, ויומני החדשות בקולנוע תיעדו חזור ותעד את הופעותיו הציבוריות. ביולי 1920 הכריז כתב העת המדעי סיינטיפיק אמריקן על פרס של 5,000 דולר (שווה ערך ל־50,000 דולר היום) לכתבה שתסביר בדרך שווה לכל נפש את תורת היחסות הכללית. כאשר הגיע אינשטיין לביקור ראשון בניו יורק, ב־1921, ניצבו המונים בצדי הרחובות שבהן עברה שיירת המכוניות שלו וערכו לו קבלת פנים השמורה לגיבורי האומה. תוך זמן קצר היה לכוכב עליון בשתי היבשות. צ’רלי צ’פלין, שהזמין את אינשטיין להקרנת הבכורה של סרטו אורות הבמה, סקר את הקהל שקידם את פניהם בתשואות סוערות ולחש באוזנו: “הם מוחאים לי כפיים כי כולם מבינים אותי. לך מוחאים כפיים כי אף אחד לא מבין אותך” (פולסינג, הערה 34).

בדיעבד, התצפיות מפרינצ’יפה איבדו מחשיבותן כראיות מכריעות לאמיתותה של תורת היחסות הכללית, שאיחדה מרחב, זמן, מסה, אנרגיה, תנועה ואור במסגרת אחת. פוריותה המדהימה של תורה זו ביססה את מעמדה בקהילה המדעית והקנתה לה מעמד איתן. בין השאר הולידה תורת היחסות הכללית ישויות מוזרות, כגון כוכבים המכונים “חורים שחורים”⁶, “הנקודה הסינגולרית” (נקודת האנרגיה הייחודית הנמצאת בלב חורים שחורים וביסוד היקום הבראשיתי), “המפץ הגדול”, “מחילות תולעים” (מנהרות במרחב־זמן, היוצרות קיצורי דרך בין שני אזורים מרוחקים בחלל והמאפשרות נסיעה לאחור בזמן וחיבור בין יקומים מקבילים) ו"הקבוע הקוסמולוגי" (כוח דחייה, המכונה גם “אנרגיה אפלה”, האחראי להתפשטות מואצת של הקיום).

ב־1907, בפרק הזמן שבין תורת היחסות המצומצמת לתורת היחסות הכללית, הגה אינשטיין ניסוי מחשבתי שהוכיח את עקרון השקילות (האקוויוולנטיות) בין תאוצה לכבידה. לא בכדי ציין אינשטיין עיקרון זה כמחשבה המשמחת ביותר שהגה, שכן לא זו בלבד שהיא הראתה כי הכבידה היא תכונה של המרחב ולא של החומר, ובכך סללה את דרכו לגיבוש תורת היחסות הכללית, היא גם הצטיינה במקוריות רבה. ככלות הכל, כבידה היא תכונה מהותית של החומר (אליבא דניוטון) או של המרחב (אליבא דאינשטיין), ואילו תאוצה היא תוצר של תנועה. אף על פי כן אינשטיין לא ראה בשוני הזה עניין מהותי. לראיה, בהיעדר כבידה, אדם העולה במעלית אטומה מקומת הקרקע לקומה העליונה אינו יכול לקבוע אם הכוח המצמיד את רגליו לרצפה נובע משדה הכבידה של כדור הארץ או מתאוצת המעלית. שכן במעלית המואצת בקצב של 9.8 מטרים בשנייה – הזהה לקצב התאוצה של גופים הנופלים בנפילה חופשית על פני כדור הארץ – הכוח המרתק את הנוסע לרצפה זהה לכוח שמפעילה עליו הכבידה בשעה שהמעלית נמצאת במנוחה.

לעקרון השקילות היו השלכות חשובות על הקוסמולוגיה, שהמרהיבה בהן התגלתה באזור הכבידה הקיצוני של החורים השחורים. על פי עקרון השקילות, הזמן מואט לא רק על ידי תנועה מואצת, כי אם גם על ידי הכבידה. זו מאטה את מהלך הזמן של גוף המתקרב לאזור אופק האירוע של חור שחור⁷, עד עצירתו המוחלטת. אם נעקוב אחרי אסטרונאוט ביש מזל שהתקרב מדי לחור שחור, נראה את מחוג השניות שלו מאט את מהלכו, ובהגיעו לאופק האירוע הוא קופא על מקומו.

לאינשטיין היו סיבות טובות לחוש קורת רוח מתורתו המהפכנית. היקום שנשקף לעיניו ב־1917 היה מורכב מאסופת הכוכבים של גלקסיית שביל החלב, שייצגה עולם איזוטרופי (דומה בכל כיוון) והומוגני (דומה בכל מקום). היה זה עולם נייח, נצחי, סופי במרחב ואינסופי בזמן. אבל כאשר אינשטיין החיל את משוואותיו על עולם זה התקבלה דווקא תמונה דינמית של יקום מתכנס או מתפשט, בשום פנים לא נייח. הואיל וכך הוא הוסיף אבר מתמטי למשוואתיו (הקבוע הקוסמולוגי), המנטרל מהן את הנטייה הדינמית של היקום. מאחורי קבוע קוסמולוגי זה, המסומן באות היוונית למדא, ניצבה ההנחה שלמרחב יש אנרגיה המתנגדת הן להתכנסות (עקב כוח הכבידה) והן להתפשטות (עקב התמתחות המרחב). אינשטיין האמין שהאבר החדש לא רק מיישב את משוואותיו עם נייחות היקום, כי אם גם נותן מענה לפרדוקס ישן, שכבר ניוטון עמד עליו: הכוח הצנטריפוגלי הסביר מדוע כוכבי הלכת אינם נופלים לתוך השמש, אבל לא היה בה כדי להסביר למה המשיכה ההדדית בין כוכבי השבת אינה גורמת להם לקרוס אל מרכז היקום. פרדוקס דומה ניצב לפני היינריך אולברס ב־1823. אולברס הציג שאלה תמימה כביכול: מדוע השמים חשוכים? אם אור היום נובע מהשמש, ואם השמש היא אך כוכב אחד מאינספור כוכבים הפזורים באופן אחיד ביקום אינסופי, אזי כל קו דמיוני שנמתח מהעין לכל נקודה בשמים חייב לפגוש בדרכו כוכב. לפיכך היקום חייב להיות מואר. אף על פי כן הוא חשוך.

פרדוקסים אלה הציקו גם לאינשטיין. אם היקום נייח, אזי עליו לקרוס, אבל אם יקרוס – משמע שאינו יציב, כמתחייב מהמודל הקוסמולוגי שהוא צידד בו. ולהפך, אם היקום מתפשט משמע אינו נייח, ואולי גם אינו נצחי, שכן אי שם בעברו, לפני שהחלה ההתפשטות, היתה חייבת להיות לו התחלה. אינשטיין האמין שהקבוע הקוסמולוגי נותן מענה לפרדוקס הזה, אבל רבים חלקו עליו. האסטרונום דה סיר הראה ב־1917 כי ניתן לקבל פתרון של מרחב־זמן עם הקבוע הקוסמולוגי גם בהיעדר חומר, ועל כן היקום אינו בהכרח סטטי. ב־1922 פיתח המתמטיקאי אלכסנדר פרידמן מודלים של עולמות מתפשטים ומתכנסים ללא סיוע הקבוע הקוסמולוגי. גם אדינגטון הראה ב־1930 שהיקום של אינשטיין אינו סטטי. אינשטיין הוסיף לעמוד על שלו גם כאשר דה סיטר הציג לו מידע ממצפה לאוול שבאריזונה, אשר רמז על התרחקותן המהירה של ערפיליות רחוקות. הוא דחה את הסתייגויות מתנגדיו בטענה שהם טעו בחישוביהם. מי שהצליח לשכנע את אינשטיין כי המפתח לקושיות של ניוטון, של אולברס ושלו נמצא בהתפשטות היקום, היה האסטרונום אדווין האבּל (Hubble).

כבר זמן רב לפני האבל זיהו אסטרונומים גופים שמימיים מוזרים בתוך גלקסיית שביל החלב, שכונו ערפיליות ספירליות¹. ב־1925 שהה האבל במצפה הכוכבים בהר וילסון שבקליפורניה, שבפסגתו ניצב הטלסקופ הגדול ביותר באותה עת. הוא גילה בזרועותיה של הערפילית הספירלית אנדרומדה מספר ניכר של כוכבים פועמים (ספיאדים), המשנים את זוהרם במחזוריות קבועה. על פי עוצמת האור של כוכבים אלה חישב האבל את מרחקם והגיע למספר מפתיע: מיליון שנות אור לערך. תגלית זו שיכנעה סופית את האבל שאנדרומדה וערפיליות אחרות, חיוורות ורחוקות ממנה, אינן עננות זניחות של גזים וגם לא גרמי שמים אינטגרליים של גלקסיית שביל החלב, כפי שסברו, אלא גלקסיות עצמאיות לכל דבר המאכלסות את מרחבי היקום. מסקנתו של האבל סתרה את הדעה הרווחת ששביל החלב היא הגלקסיה היחידה ביקום, ולמעשה – היקום כולו.

ב־1929 פירסם האבל את תגליתו העיקרית, שהנציחה את שמו בפנתאון אנשי המדע הדגולים בכל הזמנים, אשר לפיה היקום מצוי בהתפשטות מתמדת וכי הגלקסיות המאכלסות אותו מתרחקות זו מזו. בהתאם לאפקט דופלר² הראה האבל, שככל שהגלים מתארכים הם סוטים לכיוון האדום, ולהפך – ככל שהם מתקצרים תדירותם עולה, והם נוטים לכיוון הכחול. הואיל וכך, צבע הקרינה של גלקסיה יכול לגלות לנו אם היא נעה לעברנו או מתרחקת מאתנו. האבל ניסח חוק הקרוי על שמו, חוק האבל, שלפיו ההיסט של הגלקסיות לאדום גדל באופן מתכונתי (פרופורציוני) למרחקן מאתנו. כלומר גלקסיה א', הרחוקה מאתנו פי שניים מגלקסיה ב', מתרחקת מאתנו במהירות כפולה. בכך סיפק האבל לאסטרונומים סרגל קוסמי למדידת מרחקם של גרמי השמים מאתנו ביקום דמוקרטי להפליא, שבו כל אחד ממיליארדי מיליארדי הכוכבים המאכלסים אותו הוא מרכז היקום. שכן העובדה שמנקודת התצפית שלנו על פני כדור הארץ אנו רואים את הגלקסיות בורחות מאתנו אינה ייחודית לנו. אילו ניצבנו בכל נקודה אחרת ביקום היינו רואים אותה תמונה עצמה, משל היתה הגלקסיה שלנו נקודה אחת מני נקודות רבות מספור על פני בלון מתנפח³. בכך השלים עיקרון קוסמי זה של הומוגניות ואיזוטרופיות את התהליך שפתח בו קופרניקוס: לא זו בלבד שכדור הארץ איננו מרכז היקום, גם הגלקסיה שלנו לא שוכנת בטבורו.

אינשטיין הסתייג ממסקנותיו של האבל, והמשיך לצדד במודל היציב והנייח של העולם. רק ב־1932, בפגישתם בהר וילסון, השתכנע מהממצאים התצפיתיים שהוצגו בפניו וקיבל עליו את המודל הדינמי של היקום. בהזדמנות זו הודה באוזני האבל שהקבוע הקוסמולוגי שלו היה שגוי, וכי מודל היקום המבוסס על הפתרונות של פרידמן למשוואותיו הוא הנכון (פולסינג, הערה 34). בספר הפואמות של טניסון מופיעים שני שירים על היקום, שווים במשקלם, אך מנוגדים בתוכנם⁴. שיר אחד (Nothing Will Die) מציג תמונה של עולם נצחי, עולם שלא נולד ולעולם לא ימות, עולם משתנה אבל לא נעלם, שפלגי המים ממשיכים לזרום בו, שהרוח ממשיכה לנשוב בו, שהעננים מוסיפים בו לברוח והלב ממשיך בו לפעום. בשיר השני (All Things Will Die) רואה טניסון בעיני רוחו כיצד הנחלים חדלים לזרום, הרוח חדלה לנשוב, העננים חדלים לברוח והלב חדל לפעום, כי כל הדברים חייבים למות. אינני יודע אם אינשטיין קרא את הפואמות של טניסון, אבל אין ספק שהשיר הראשון קולע לתפישתו המקורית, לא רק משום האסתטיות והניקיון של יקום נצחי, אלא גם מפני שעולם ללא התחלה פטור מסוגיית הבורא והבריאה. אך המציאות אילצה אותו לאמץ את השיר השני. לימים הודה אינשטיין, כי הכנסת הקבוע הקוסמולוגי היתה השגיאה הגדולה ביותר של חייו. הוא לא שיער שבסוף שנות התשעים יאשימו אותו כי שגה פעמיים: בפעם הראשונה כאשר הכניס את הקבוע הקוסמולוגי למשוואותיו, ובפעם השנייה כאשר הוציא אותו משם. ב־1998 הראו תצפיות בסופרנובות רחוקות על התפשטות היקום במהירות אינפלציונית, ברוח הקבוע הקוסמולוגי שהגה אינשטיין שמונים שנה קודם לכן. אבל מבקריו שכחו לציין, כי אנרגיית הדחייה של שנות התשעים לא נבעה ממשוואותיה של תורת היחסות הכללית, אלא מתוצאיה של תורת הקוואנטים.

דבקותו של אינשטיין בתמונת עולם סטטית סיכלה אולי את סיכוייו לצרף את מודל היקום הדינמי לרשימה המפוארת של הישגיו, אבל זו לא היתה החמצתו היחידה. ב־1932, לאחר ששני המודלים שהציג עם דה סיטר לא השכילו לתת תיאור תקף של העולם, הציעו השניים מודל אחר, המבוסס אף הוא על משוואות תורת היחסות הכללית. עיקרי הצעתם התבטאו ברציונל זה: אם היקום מתפשט, אזי צריכה להיות בעברו הרחוק נקודת זמן שבה הוא היה מכונס במקום אחד ואשר ממנו החלה התפשטותו. אולם בנקודה זו תקף את השניים עיוורון חלקי, שנקל לעמוד עליו בחוכמה שלאחר מעשה. שכן אם מחברים את שתי התמונות – זו של נקודת ההתכנסות וזו של התפשטות היקום – צריך, לכאורה, להתגלות חסרונה של חוליה מחברת, זו שחוללה את ההתפשטות. אולם אינשטיין ודה סיטר לא הבחינו במשתמע לכאורה מחיבורן של שתי התמונות, ובכך החמיצו הזדמנות להירשם בדפי ההיסטוריה כאבות “המפץ הגדול”.

גם ז’ורז' למטר (Lemaître), כומר בלגי וחבר באקדמיה האפיפיוריות למדעים בוותיקן, שחילק את זמנו בין תאולוגיה, מתמטיקה וקוסמולוגיה, פתר ב־1927 באופן עצמאי את משוואותיו של אינשטיין בדרך דומה לפרידמן, אבל ביתר פירוט. הוא גלגל בראשו את תנועת ההתפשטות של היקום לאחור, והגיע למסקנה שהעולם התחיל את דרכו ככדור דחוס של חומר ואנרגיה, גדול פי שלושים מקוטר השמש. את כדור החומר הבראשיתי הזה, שכל סמ"ק שלו אמור לשקול מאה מיליון טון, כינה למטר “האטום הקדמון”. על פי תסריטו, האטום הקדמון התפרק בהדרגה, ומרסיסיו נוצרו תחילה הגלקסיות והערפיליות, ולאחר מכן הכוכבים. למטר גם עשה שימוש בקבוע הקוסמולוגי של אינשטיין כדי להסביר כי אחרי תקופת נייחות ששרתה על היקום במשך חמישה מיליארדי השנים הראשונות לקיומו, הקבוע הקוסמולוגי גבר על כוח המשיכה בין גושי החומר והתניע שלב של התפשטות מהירה. בכך הקדים למטר בשבעים שנה כמעט את רעיון ההתפשטות האינפלציונית של היקום. הרעיון האחר, התפוצצותו של “האטום הקדמון”, אומץ עוד בימיו.

ג’ורג' גאמוב, פיזיקאי אמריקני צעיר ממוצא רוסי, פיתח את הרעיון של למטר והציב אותו במרכז הקוסמולוגיה המודרנית. גאמוב חישב ומצא כי התפשטות היקום נבעה מקריסת כל החומר במרחב לנקודה אחת וכי צפיפות האנרגיה ביקום הבראשיתי יצרה טמפרטורה עצומה, ששימשה כור היתוך ליצירת האטומים של החומר. בכך ניסה לפתור את חידת היווצרותם של 92 היסודות הכימיים הקיימים בטבע, לרבות התפלגותם השונה כל כך במרחבי היקום, לעומת שכיחותם על פני כדור הארץ. התצפיות הראו שהחומר ביקום מורכב ברובו המכריע ממימן ומהליום, ביחס של 75 אחוז מימן וכ־24 אחוז הליום; כל שאר היסודות מסתכמים באחוז אחד בלבד. לאיש לא היתה תשובה לשאלה מדוע אין בטבע חלוקה שווה של אטומים מכל סוג, החל במימן, בעל פרוטון בודד בגרעינו, וכלה באורניום המגושם, המכיל 92 פרוטונים. לפי התסריט של גאמוב, החומר הלוהט והדחוס של היקום בשניות הראשונות להתהוותו היה מורכב מפרוטונים, מניטרונים ומאלקטרונים חופשיים. על כל פרוטון או ניטרון התרוצצו עשרה מיליארד פוטונים, ואלה היו כל כך אנרגטיים, עד כי סיכלו לאלתר מיזוג פרוטונים וניטרונים לגרעינים כבדים יותר, לא כל שכן סיפוח אלקטרונים סביב הגרעין לצורך יצירת אטומים. רק עם ירידת הטמפרטורה (בעקבות התפשטות היקום) אל מתחת למיליארד מעלות צלזיוס, נרגעו הפוטונים עד לרמה שאיפשרה לפרוטונים ולניטרונים להתמזג וליצור גרעינים של מימן והליום.

התהליך, כפי שהוא מוכר לנו היום, התנהל כך: כאשר היקום היה בן פחות משנייה, החליפו ביניהם הפרוטונים והניטרונים חלקיקים הקרויים ניטרינים ושינו את זהותם בלי הרף. הפרוטונים סיפחו לעצמם אלקטרונים והפכו ניטרונים, ואלה שבו והתפרקו לפרוטונים. אבל מאחר שהניטרון כבד מעט יותר מהפרוטון, ועל כן תובע יותר אנרגיה להרכבתו, נוצרו יותר פרוטונים מניטרונים. חלק מהניטרונים הצליחו להסתפח לפרוטונים לפני שהתפרקו, ויצרו אתם גרעינים של מימן כבד. שלוש דקות לאחר המפץ הגדול, כאשר הטמפרטורה של היקום ירדה למיליארד מעלות צלזיוס, החל תהליך מיזוגם של שני גרעיני מימן כבד לגרעין הליום (המורכב משני פרוטונים ומשני ניטרונים). העודף המכריע של המימן לעומת הליום נבע בעיקרו מכך שעל כל גרעין הליום שנוצר נשארו שבעה עד עשרה פרוטונים חופשיים, אשר שימשו גרעינים לאטומי מימן. לפי גאמוב נמשך תהליך ההיתוך הגרעיני עד שנוצרו כל היסודות, לרבות האורניום. היום אנו יודעים שגאמוב טעה. קצב ההתפשטות וההתקררות המהיר של היקום מנע היווצרות צירופים אטומיים מורכבים וכבדים יותר ממימן, מהליום ומכמות זעומה של ליתיום (האחרון מורכב משלושה פרוטונים ומארבעה ניטרונים). אף על פי כן, באמצעות מודל מרכזי אחד סיפק גאמוב תשובה לחידת נוכחותם הדומיננטית של ההליום והמימן ביקום, ולמגוון שאלות אחרות.

ב־1948 סיימו גאמוב ועמיתו, ראלף אלפר, את מערכת החישובים של הכדור הלוהט הקדמון ושל תהליך בישול היסודות הכימיים בתוכו. גאמוב, שנודע בחוש ההומור שלו, שיכנע את הפיזיקאי הנס באתה לצרף את שמו למאמר של אלפר ושלו, כדי שיוכל להתפרסם בחתימת שלוש האותיות הראשונות של האלף־בית היווני (אלפא, ביתא, גמא), כיאה למאמר שדן בראשית היקום. לסיפור הזה יש גם פואנטה. בשלב מסוים אחרי פרסום המאמר, באחד באפריל (צירוף מקרים פיקנטי כשלעצמו) התגלו קשיים במודל שהציעו. באתה הודיע לגאמוב שהוא שוקל לשנת את שמו לזכאריאס (Zacharias), המתחיל באות האחרונה של האלף־בית הלועזי, כדי להסתלק מהחתימה המשותפת⁵.

המאמר, אף שעורר עניין לא מועט, זכה ליחס פושר. פרד הויל לא השתכנע מהמודל החדשני של גאמוב וכפר בו בפומבי. הגדיל לעשות הרמן בונדי, שהדביק לו את הכינוי הלעגני “המפץ הגדול”, ובכך טבע שלא במתכוון את שמו של אחד המודלים הקוסמולוגיים החשובים של המאה העשרים. ב־1948 הציגו הויל, בונדי ותומס גולד את “היקום העמיד”, מודל חלופי למפץ הגדול. לשיטתם, היקום קיים מקדמת דנא, אין לו התחלה בזמן ולא סוף. אמנם, גם במצבו העמיד היקום מתפשט, אבל צפיפות הגלקסיות בו נשארת קבועה, משום שחומר חדש, שנוצר ללא הרף, ממלא את המרווחים הבין־גלקטיים הנפערים במהלך התרחקותן של הגלקסיות זו מזו. חישוביהם הראו, שכדי לשמור על צפיפות יציבה של חומר ביקום המתפשט די ביצירת אטום מימן אחד לכל ליטר של מרחב אחת למיליארד שנה.

היקום העמיד של בונדי, הויל וגולד זכה לקבלת פנים אוהדת יותר מהיקום האלים והדינמי של המפץ הגדול. רוב הפיזיקאים, וביניהם אינשטיין, צידדו בו. ככלות הכל, יקום עמיד ונצחי חוסך את הבעייתיות של אִתחול העולם מלא כלום, כפי שמציע המפץ הגדול. אבל אליה וקוץ בה. על פי המודל של הויל ועמיתיו, היסודות הכימיים נוצרים בתהליכי הבעירה הפנימיים של הכוכבים, אלא שאין בכור מצרף זה כדי להסביר את הכמויות העצומות של מימן והליום המרוות את היקום. אמנם גאמוב ועמיתיו נתנו מענה (שגוי) לחידה זו, אבל הויל התריס נגדם: אם היה מפץ גדול, היכן האודים העשנים שלו? דהיינו, היכן שרידי הקרינה של אותו מפץ לוהט, אשר על פי חישוביו של גאמוב היו אמורים להצטנן עקב התפשטות היקום עד חמש מעלות צלזיוס מעל האפס המוחלט?⁶ מה שהכריע בסופו של דבר את הכף במחלוקת זו בין שני המודלים המתחרים היה אירוע תצפיתי שנרשם ב־1965, אולי התצפית הבודדת החשובה ביותר במאה העשרים.

על פי מודל המפץ הגדול, היקום אמור להיות רווי בקרינת רקע העשויה ממה שהיו פעם פוטונים לוהטים ביקום הבראשיתי. קרינה זו החלה להתפשט ביקום לא עם היווצרותו, אלא כ־300,000 שנה אחרי המפץ הגדול, כאשר הטמפרטורה של היקום ירדה ל־3,000 מעלות צלזיוס. רק עם התקררותו היחסית יכלו האלקטרונים החופשיים, שהתנגשו ללא הרף בפוטונים, להילכד בשדה החשמלי של הפרוטונים וליצור עמם אטומים של מימן והליום. או אז, אחרי שנוצרו אטומים של מימן והליום, נעשה היקום שקוף לאור, כלומר בפני הפוטונים נפתחה אפשרות לנוע בכל רחבי היקום. ככל שהיקום התפשט, הסבירו גאמוב ועמיתיו, כן הלכו והצטננו הפוטונים עד לטמפרטורה הנוכחית שלהם, אשר על פי חישוביהם אמורה לעמוד על חמש מעלות קלווין בלבד, שהן מינוס 268 מעלות צלזיוס.

פרק הקרינה בתורתו של גאמוב כמעט נשכח מלב, משום איש לא העלה על דעתו באותה עת מכשור המסוגל לגלות קרינה קרה כל כך. מכל מקום, הוא לא הגיע לידיעתם של ארנו פנזיאס ורוברט וילסון מחברת בל, אשר הפעילה אנטנת רדיו לתקשורת לוויינים בניו ג’רסי. היתה זו אנטנה חדשנית, דמוית קרן מוארכת, שנבנתה במיוחד לקליטת שידורי רדיו מהלוויינים הראשונים, אבל במהלך כל שנת 1965 הנחילה אכזבה מרה לווילסון ולפנזיאס. כל מאמציהם לכייל את האנטנה, בניסיון לבטל רעשי רקע טורדניים של גלי רדיו בעלי טמפרטורה של שלוש מעלות קלווין, עלו בתוהו. בשלב מסוים חשדו השניים שהרעש נובע מהחום שמפיצים חריונים של זוג יונים אשר התעקש לקנן בתוך האנטנה. הם לכדו את היונים ושיחררו אותם הרחק מהמצפה. לרוע מזלם היו אלה יוני דואר ששבו לאנטנה כעבור ימים מספר. לבסוף לא היה מנוס מהקרבת היונים על מזבח המדע. במשך השבועיים הבאים טרחו וילסון ופנזיאס לנקות את האנטנה מהחריונים, אבל הרעש המשיך לזרום אליהם מכל הכיוונים בשמים.

בייאושם פנו בבקשת עצה לרוברט דיקי מאוניברסיטת פרינסטון. דיקי עמד מיד על הבעיה. הוא עצמו עסק זה זמן באפשרות קיומם של אודי הבעירה הגדולה של המפץ הגדול, אשר על פי חישוביו הצטננה מאז לכדי שלוש מעלות קלווין. לשם כך הציב על גג בניין הפיזיקה אנטנת קרן מיוחדת, במטרה לקלוט את קרינת הרקע הקוסמית. עם קבלת השיחה מפנזיאס פנה דיקי לאנשיו במעבדה ואמר: “זהו, בחורים, השיגו אותנו”. לאחר ששמע במו אוזניו את הרחש השמימי במעבדות בל, הוחלט לכתוב מאמר משותף על קרינת הרקע המסתורית. וילסון ופנזיאס דיווחו על ממצאיהם התצפיתיים, ואילו דיקי, פיבלס, רול ווילקינסון התרכזו בהסבר התאורטי. המאמר זכה לתהודה רבה, והכל ראו בקרינת הרקע הוכחה מכרעת לאמיתותה של תורת המפץ הגדול, שכן הטמפרטורה בפועל (2.7 מעלות) אישרה בקירוב מרשים את ניבויו של גאמוב משנת 1948 ואת חישוביו של דיקי. יתר על כן, העובדה שקרינה זו שוטפת את כדור הארץ באורח אחיד מכל הכיוונים, ביססה את ההשערה שמוצאה ממקור אחד.

תגליתם של וילסון ופנזיאס חתמה סופית את גורלו של מודל העולם העמיד. הויל נותר עם נחמה פורתא: השערתו כי היסודות הכימיים (למעט המימן וההליום) נוצרו בתהליך של בעירות גרעיניות בכוכבים, המסתיימות לפעמים בהתפוצצויות מרהיבות (סופרנובות), נותרה תקפה. אלא שעתה צצה קושיה חדשה, עקב התפשטותו המתמדת של היקום. מה שהיה מרחק של שנת אור כאשר היקום היה בן מיליון שנה, שקול היום למרחק של אלף שנות אור. השאלה היא עד מתי תימשך ההתפשטות: עד אינסוף, או שמא כוחות המשיכה בין גושי החומר יבלמו בסופו של דבר את תנועת ההתפשטות והיקום ייעצר?

כדי להשיב על שאלה זו צריך לדעת כמה חומר יש ביקום הנצפה. אם כמותו היא מעל צפיפות קריטית מסוימת, המשמעות היא שאנו חיים בעולם סגור, שכן כוח המשיכה ההדדי, הפועל בין גושי החומר, יבלום בסופו של דבר את תנועת ההתפשטות ויגרום ליקום לשוב על עקבותיו ולקרוס אל נקודת המוצא שלו. על פי התרחיש של עולם פתוח, צפיפות החומר ביקום קטנה מהצפיפות הקריטית ועל כן העולם ימשיך בהתפשטותו, אגב הגדלת המרחקים בין הגלקסיות. שני התרחישים האלה לוקים בסבירות נמוכה, לפחות במצביהם הקיצוניים. אם היינו חיים בעולם סגור, הוא היה חוזר על עקבותיו לפני שהיו נוצרים חיים תבוניים על פני כדור הארץ; אם היינו חיים בעולם פתוח, דלילות החומר לא היתה מאפשרת היווצרות גלקסיות. הדעת נותנת אפוא, שאנו חיים בעולם שטוח, כלומר עולם שמתקיים בו איזון מלא או כמעט מלא בין צפיפות החומר בפועל לצפיפות הקריטית. על פי התרחיש השטוח אין לצפות לשינויים דרמטיים. היקום ימשיך להתפשט, אבל באורח מתון יותר. על כן אפשר לראותו כיקום שטוח לכל דבר, באותו מובן שמדרון מתון מאוד נראה לנו מישור לכל דבר. אחד הנתונים המפתיעים בדיון זה הוא שהצפיפות הקריטית היא הדבר הפחות צפוף שאפשר להעלות על הדעת. די בחמישה באריונים (ניטרונים ופרוטונים) במטר מעוקב של מרחב כדי לעבור את הצפיפות הקריטית ולגרום להתכנסות היקום. זה נראה מעט מאוד, אבל, מעיר מרטין ריס מאוניברסיטת קיימברידג', אם נפרק לבאריונים את כל הגלקסיות, הכוכבים והגזים הנלווים להם, נקבל צפיפות של 0.2 באריונים למטר מעוקב של מרחב, דהיינו פי 25 פחות מהצפיפות הקריטית.

השאלה באיזה עולם אנו חיים – סגור, פתוח או שטוח – תלויה אפוא ביחס שבין כמות המסה בפועל ביקום לבין הצפיפות הקריטית. לכאורה, זו שאלה פשוטה הניתנת בנקל לבדיקה. כל שיש לעשות הוא למדוד את כמות החומר בכוכבים, בענני הגז ובגלקסיות. אלא שהעניין אינו פשוט כפי שהוא נשמע. מספר הגלקסיות ביקום הנצפה לעין מוערך במאה מיליארד, ומספר הכוכבים הממוצע בגלקסיה מוערך אף הוא במאה מיליארד; משקלו הממוצע של כוכב הוא 10³³ גרם, ומספר האטומים בגרם חומר הוא 10²⁴. מספר האטומים ביקום מגיע אפוא למספר אסטרונומי של 10⁷⁹, כלומר אחד ו־79 אפסים אחריו. זהו מספר בלתי נתפש בדמיוננו מחמת גודלו, ואף על פי כן הוא מייצג אך חלק קטן מהמסה של היקום. כמצוין בפרק 5, את שאלת המסה החסרה העלה הפיזיקאי פריץ צוייקי כבר בשנות השלושים של המאה הקודמת. השערתו נתמכה בתצפיות מאוחרות יותר, אבל המאמצים לגלותה באמצעות טלסקופים וגלאי קרינה העלו חרס. כיוון שכך עלה החשד כי מסה עלומה זו בנויה מחומר “אפל”, קרי שונה מהחומר הרגיל שממנו עשויים גרמי השמים המוכרים לנו. חומר זה אינו פולט קרינה אלקטרומגנטית ואינו יוצר אינטראקציה עם החומר הרגיל. לפיכך אפשר לעמוד על קיומו רק דרך שדה הכבידה שהוא מפעיל על סביבתו. נכון להיום, ההערכה היא שכל החומר ביקום הנצפה, הגלום בכוכבי שבת ולכת, בירחים, באסטרואידים, בגלקסיות, בענני גז, בערפיליות, בכוכבי ניטרונים, בחורים שחורים, בקוואזרים וכיוצא באלה, מייצג ארבעה אחוזים בלבד ממסת היקום.

התקוות שתלו בניטרינו כבמועמד העיקרי לנשיאת החומר האפל (פרק 5) התבדו. נמצא כי חרף מספרם העצום של הניטרינים במרחבי היקום (כמאה מיליון ניטרינים על כל אטום ביקום), מסתם הזניחה אינה מאפשרת להם למלא את החסר הגדול במסה. לאחר פסילתו של הניטרינו עלתה מחדש מועמדותו של ה־MACHO (כל גרמי השמים הכבויים, לרבות ענני גז ואסטרואידים). אבל בשנים האחרונות התחזקה הדעה שהחומר האפל עשוי מ־WIMP, חלקיקים אקזוטיים (לא פרוטונים ולא ניטרונים), שאינם מקרינים ואינם מחזירים גלים אלקטרומגנטיים, ועל כן הם יכולים להימצא בכל מקום בלי להסגיר את קיומם. עקבותיהם של חלקיקים אלה התגלו בשנת 1998 בסן סאסו, איטליה, אך כבר הצמידו לו מתחרה, ה־Wimpzilla, האמור להיות מיליארדי פעם מסיבי יותר מה־WIMP. וכאילו לא די בכך זוהה בחודש מארס 2004 חלקיק קל פי אלף ממנו בקרינות גמא¹ של גלקסיות רחוקות. אך לא היה בשני אלה כדי לערער את מעמדו של WIMP בראש רשימת המועמדים לנשיאת החומר האפל. אלא שבחודש מאי 2004 נכזבו התקוות שוב. אנשי המיזם המדעי לגילוי החומר האפל (DAMA), שהשתמשו בגלאים הרגישים ביותר שנבנו מעולם, חקרו ביסודיות מכרה ברזל במינסוטה ולא מצאו זכר לחומר האפל. סוף הפרשה? קרוב לוודאי שלא, אבל החיפושים הכושלים אחרי רוח הרפאים המתעתעת של החומר האפל מעלות בלא מעט פיזיקאים הרהור שני לגבי קיומו.

לפחות פיזיקאי אחד קיבל את התוצאות המאכזבות בסיפוק. למן שנות השמונים של המאה הקודמת טוען מרדכי מילגרום מאוניברסיטת פרינסטון וממכון ויצמן למדע, כי העובדה ש־96 אחוז מהחומר של היקום נעלמים מעינינו מעלה תהייה שמא החומר האפל כלל לא קיים. כדי לפתור את בעיית המסה החסרה, אומר מילגרום, יש להכניס כמה תיקונים בחוקי הכבידה והתנועה של ניוטון. אלא שזה בדיוק מה שהפיזיקאים – שעדיין נעזרים בחוקי ניוטון כדי להנחית חללית על הירח ולצלם מקרוב את הטבעות של שבתאי – אינם אוהבים בהצעתו. יתר על כן, אם מה שנתפש על ידינו כמסה חסרה אינו אלא פירוש שגוי של חוקי ניוטון, אזי צריך לבחון מחדש את גבולותיה התקפים של תאוריה ותיקה זו, כפי שעשה אינשטיין לגבי הזמן, המרחב והכבידה. מכל מקום, עד שהתזה של מילגרום תוכח, או עד שיימצאו החלקיקים המיוחלים של החומר האפל, ניוותר עם סוגיית המסה החסרה כשציפור אחת בידינו – ארבעה אחוזים חומר מוכר ומוצק (היקום הגלוי לעין) – ושתי ציפורים על העץ: 23 אחוז של חומר אפל בעל כוח משיכה ו־73 אחוז של מסה מסתורית בעלת כוח דחייה, המכונה אנרגיה אפלה. בלעדי אנרגיה זו ניקלע לסתירה פנימית, לא רק משום שלא יתאפשר ליקומנו להיות שטוח, אלא גם משום שקצב התפשטות המרחב ללא אנרגיה אפלה מקצר את גיל היקום לשמונה מיליארד שנה, דהיינו צעיר מגילם של זקני הכוכבים בגלקסיה שלנו.

סיפורה של האנרגיה האפלה פרץ לתודעת הציבור ב־1998

בעקבות תצפיות על התפוצצויות של כוכבי סופרנובה אי־שם בשוליים הרחוקים של היקום. סופרנובה היא התפוצצות אדירה של כוכב מסיבי פי עשרים מהשמש שלנו, המתרחשת בעקבות קריסה כבידתית של הכוכב לתוך עצמו, לאחר שכילה את רוב יסודותיו הכימיים בתהליך של בעירה גרעינית (איחוד יסודות קלים ליסודות כבדים יותר). ההתפוצצות מאירה את סביבתה למשך שבועות אחדים באור סנוורים חזק יותר מאורה של גלקסיה בת מאה מיליארד כוכבים, ומותירה אחריה גרעין דחוס של חומר. אם נפיל מידינו סנטימטר מעוקב של חומר דחוס כזה הוא יחצה את כדור הארץ כאילו היה עשוי אוויר ויֵצא מצדו השני. ליבה צפופה זו של חומר קרויה “כוכב ניטרונים”, משום שהתפוצצות הכוכב דוחסת את האלקטרונים של אטומי החומר שלו בתוך הפרוטונים שבגרעין, והופכת אותם לניטרונים².

הסופרנובה הראשונה שתועדה – בידי תוכנים סינים – אירעה בשנת 1054, אבל סופרנובה חשובה יותר מבחינה אסטרונומית נרשמה בשנת 1604, משום שהופעתה חוללה שינוי עמוק בחשיבה המדעית של בני התקופה. עד לאותה עת נחשבו השמים למחוז אלוהי, אלמותי ומושלם, ועל כן לא ייתכנו בהם תהליכים של פיחות, פיצוץ וכליה. שינוי מחשבתי דומה חוללו התצפיות משנת 1998. כי אם הפירוש שאנו נותנים לחיוורון היתר של סופרנובות מסוימות הוא נכון, אזי היקום נמצא במצב של התפשטות מואצת, ההולכת וגוברת ככל שהמרחב מתפשט, ולפיכך אין סיכוי שכוח המשיכה ההדדי בין גושי החומר יוכל אי פעם לעצור את התפשטותו. האנרגיה האפלה מחזירה אמנם ליקום את המסה שהיתה חסרה לו, ושומרת בכך על הצפיפות הקריטית ועל שטיחותו, אבל הוא נידון בגינה להתפשטות מואצת ונצחית. במסע קר וארוך זה של גסיסה מתמשכת הגלקסיות ילכו ויתרחקו מאתנו. לבסוף הן ייעלמו מעבר לאופק הנצפה, והיקום יחשיך לאיטו. דינה של הגלקסיה שלנו נגזר לבדידות קוסמית, שאין בודדת ממנה, ביקום קר ואפל, אך ההמשך אפל עוד יותר. על פי התסריט של פרד אדמס וגרג לפלין³, תמונת היקום שאנו מכירים היום, הנשלטת בידי כוכבים בהירים וגלקסיות, תתקיים מאה מיליארד שנה. אחר כך הוא יתאכלס בחורים שחורים, בגמדים חומים, בננסים לבנים ובכוכבי ניטרונים. אז יישארו רק כוכבים שחורים, אך גם הם עתידים להתאייד בתהליך שיימשך 10¹⁰⁰ שנים. לבסוף היקום יהיה מאוכלס אך ורק באלקטרונים, בפוזיטרונים, בניטרינים ובפוטונים.

סטיבן בטרסבי (Battersby) אינו מסתפק בתסריט זה, הנהנה מקונצנזוס רחב בקרב הקוסמולוגים. במאמרו The end of the universe (New Scientist, 5 February 2005), הוא מעלה שורה של תרחישים חלופיים. באחד מהם הוא צופה לגלקסיה שלנו תוחלת חיים של עשרים מיליארד שנה בסך הכל, אך עוד זמן רב קודם לכן צפוי לה אירוע סוער: התנגשות חזיתית בגלקסיה אחרת, אנדרומדה. בסיומה יתרחש פרץ אדיר של אור וקרני גמא, כי בליבתה של כל אחת מהן שוכן חור שחור, שמסתו שקולה לשלושה מיליון שמשות. בכל התסריטים על קץ העולם מעורבת האנרגיה האפלה בצורות שונות. ברובם היא עתידה להפיץ את הגלקסיות בתאוצה גוברת והולכת. השאלה היא עד מתי. התשובה תלויה באנרגיה האפלה, אלא שאיש אינו יודע את מקורה ואת טיבה. איש גם אינו יכול לנבא אם תשמור על קצבה הנוכחי, תגביר את תאוצתה או אולי תתמתן. יתרה מזאת, על פי תרחיש אחד האנרגיה האפלה תיעשה בשלב מסוים שלילית. כלומר, במקום כוח דחייה היא תפעיל כוח משיכה. אם זה מה שיקרה, ההתפשטות המואצת של היקום תואט ולבסוף תיעצר. הגלקסיות שנעלמו מעבר לאופק יופיעו שנית לעינינו, תוך התנגשויות הדדיות, עד להתרסקותן הסופית בנקודת המעיכה הגדולה. אנדרי לינדה מאוניברסיטת סטנפורד סבור שזה יקרה רק בעוד 25 מיליארד שנה.

קיים גם תסריט הפוך, אף הוא אינו מבשר טובות. רוברט קולדוול מקולג' דרטמות (Dartmouth) שבניו המפשייר, צופה שהאנרגיה האפלה תצבור עוצמה ותהפוך ל"אנרגיית פנטום". זו תאיץ עוד יותר את התפשטות המרחב, תפרום אותה במהירות ותקרע אותו לגזרים. אם תחזיתו של קולדוול נכונה, זה עתיד לקרות בעוד ארבעים מיליארד שנה. השמש שלנו תהיה עד אז ננס שחור, כלומר גביש של פחמן, כעין יהלום דחוס מאוד. אבל למי שגורלו הטוב יועיד לו מערכת שמש לא פגועה צפויה תמונה מרהיבה: לאחר שגלקסיית שביל החלב תיקרע לפיסות קטנות, וחודשים ספורים לפני שיבוא עליה הקץ, הוא יראה את כל כוכבי הלכת במערכת השמש שלו מוטחים ממסלולם זה אחר זה. בחלוף שעות אחדות השמש תתפוצץ וכוכב הלכת שלו ילך בעקבותיה.

הנה כי כן, הבית הראשון בשירו של טניסון תואם את החיזוי הפיזיקלי, שכן כל התרחישים כפופים לחוק השני של התרמודינמיקה. על פי חוק זה, כל מבנה דומם ומבודד מסביבתו ביקום מגדיל בהתמדה את רמת האֶנטרופיה שלו, קרי את דרגת האי־סדר שלו. הואיל וכך, כל גרמי השמים עתידים בסופו של דבר להתפורר, והיקום יגיע לשיווי משקל תרמודינמי (המייצג דרגה מרבית של אנטרופיה), קרי למצב סופני שאין יציאה ממנו לשינוי או להתחדשות⁴.

כאמור, ראשיתה של פרשת האנרגיה האפלה בשנות התשעים של המאה הקודמת, כאשר שתי קבוצות חוקרים, האחת בראשותו של סול פרלמוטר והשנייה בראשותו של בריאן שמידט, מדדו בנפרד את זוהרן של סופרנובות מסוג Ia. בהתפוצצויות מסוג זה מעורבים כוכבים מסוג ננסים לבנים, השואבים אליהם את החומר של כוכבים שכנים. מאחר שננסים לבנים אלה מתפוצצים בהגיעם למסה של 1.4 שמשות שמש, הסופרנובות מסוג Ia אמורות לשחרר תמיד אותה כמות אנרגיה ולהפיץ אותו זוהר. לפיכך עוצמת אורן משמשת אבוקת סימון לאומדן מרחקי הגלקסיות מאתנו. התצפיות העלו שבהירותן קטנה בעשרים אחוז מהצפוי, ומזה הסיקו החוקרים שהן רחוקות יותר מכפי שהיו צריכות להיות. שכן אם היקום מתפשט בקצב מואץ, אורן של סופרנובות אלה צריך לעבור מרחק גדול יותר עד הגיעו אלינו. על פי חישוביהם, קצב התפשטות המרחב הוא שבעים קילומטר בשנייה לכל מגא־פארסק (3.26 שנות אור). דהיינו, גלקסיה הרחוקה מאתנו מגא־פארסק אחד, מתרחקת מאתנו במהירות של שבעים קילומטר בשנייה (255,000 קמ"ש). בדיקות חוזרות ונשנות של הסופרנובות הרחוקות סילקו ספקות רבים באשר לקיומה של אנרגיה אפלה. גם תמונת היקום שסיפקה בפברואר 2003 חיישנית המחקר WMAP (Wilkinson Microwave Anisptropi Probe), מן הזמן שהיקום היה בן 400,000 שנה בלבד, מאשרות מסקנה זו.

ההתפשטות המואצת של היקום עולה בקנה אחד עם שטיחותו ופוטרת אותנו מאימי התרחיש האפוקליפטי של עולם סגור, שבו כל החומר ביקום חוזר לנקודת המוצא שלו, בתהליך המתכנה “המעיכה הגדולה”. היא גם משחררת אותנו מהעיסוק המביך בשאלה מה יקרה למרחב ביקום המתכנס. האם גם הוא יתקפל יחד עם החומר? ואם כן, איך ייעלם מה שהיה אך קודם לכן מרחב, ולאן? גם הטענה שאותו מרחב נוצר תוך כדי התפשטותו, ועל כן מותר לו להיעלם, אינה יוצרת סימטריה בין שני המצבים: בעת ההתפשטות לא היה מרחב מֵעבר ליקום, ואילו בעת ההתקפלות הוא כבר קיים. אולם, גם ללא המעיכה הגדולה לא תמו הבעיות. עוצמתה של האנרגיה האפלה גדולה פי 10¹²⁰ (!) מהאנרגיה הנדרשת להתפשטות האינפלציונית הנצפית של היקום. פער עצום זה בין שני החישובים התאורטיים, המכונה בפי הפיזיקאים “הסתירה החמורה ביותר בהיסטוריה של הפיזיקה”, תקוע כמו עצם בגרונם. העובדה שמאה מיליארד גלקסיות משבצות את היקום בן ימינו, מעידה שמשהו משובש בחישובי האנרגיה האפלה, שכן אנרגיה בעוצמה כזאת היתה מרסקת את היקום הקדום עוד לפני היווצרות הגלקסיות. אם למרות הכל שרדו הגלקסיות את האנרגיה הזאת, ובהנחה שלא תפוג מעצמה, היא עתידה בעוד שלושים מיליארד שנה לקרוע לגזרים את האטומים של כוכביהן, במה שהקוסמולוגים מכנים תהליך “הקריעה הגדולה”.

פירכה זו בתאוריה של האנרגיה האפלה הביאה תאורטיקנים אחדים להטיל ספק בפרשנות המקובלת לחיוורונן של הסופרנובות מסוג Ia, ויש גם המהרהרים הרהור שני על עצם קיומה של האנרגיה האפלה, אם כי לא עד כדי ערעור מעמדה בקהילת הקוסמולוגים. בשלהי 2004 הסתמנה תפנית מעניינת בסוגיה זו, לאחר ששלושה מדענים מאוניברסיטת וושינגטון שבסיאטל הציעו קשר אפשרי בינה לבין ניטרינים. השלושה סבורים שהאנרגיה האפלה נובעת מאינטראקציות בין ניטרינים לבין חלקיקים שטרם התגלו, הקרויים אקסלרונים (accelerons). לשיטתם, ככל שהיקום מתפשט ריכוז הניטרינים פוחת, ובמקביל לכך האנרגיה של שדות האקסלרונים גדלה. עקב כך הניטרינים נעשים כבדים יותר (הסבר אפשרי למסה שרוכשים הניטרינים בדרכם מהשמש אלינו), צפיפות האנרגיה שלהם ושל האנרגיה האפלה עולה והתפשטות היקום מואצת. זוהי התאוריה היחידה, מדגישים אנשי סיאטל, הקושרת חלקיקים מוכרים לנו עם האנרגיה האפלה.

חשיבותה של האנרגיה האפלה טמונה לא רק בהסבר לשבעים אחוז מהמסה החסרה ביקום ולשטיחותו, אלא גם בתכונת הדחייה שלה. שכן באמצעותה זוכה הכבידה לסימטריה בין שני כוחת מנוגדים (דחייה ומשיכה), כפי שהיא קיימת בכוחות הטבע האחרים. יוצא אפוא, שאם לפני 1998 סברנו שהיקום מצוי בשיווי משקל בין דחף ההתפשטות שהותנע על־ידי המפץ הגדול לבין בלימת ההתפשטות על ידי כוח המשיכה ההדדי של החומר, האנרגיה האפלה הכריעה את הכף בבירור לטובת ההתפשטות. יתר על כן, היא קושרת את הפאזה הראשונית של היקום עם פאזת הגסיסה שלו. על פי המודל המתוקן הנוכחי של היקום אנו חיים בין שתי התפשטויות אינפלציוניות: האינפלציה הבראשיתית, שניפחה את העולם ושיטחה אותו בשבריר זמן זעיר מכל דמיון, והאינפלציה המאוחרת, המרחיבה בקצב מואץ את ממדי היקום. המכנה המשותף לשתי הפאזות הללו הוא “המפץ הגדול”, אותו אירוע ייחודי ורב הוד בתולדות היקום, שהגיח מתוך הנקודה הסינגולרית, נקודה שבה כל חוקי הפיזיקה היו מעוכים ומרוסקים ללא הכר.

את הישות המוזרה הזאת, שהורתה במשוואות תורת היחסות הכללית של אינשטיין, אי אפשר לתאר במונחים פיזיקליים. ישות פיזיקלית מוגדרת בקטגוריות של זמן, של מרחב, של צפיפות, של מסה ושל אנרגיה, ואילו בנקודה הסינגולרית נמתחות קטגוריות אלה לערכים אינסופיים. הואיל וכך, כל מה שכלוא בנקודה זו נמצא מחוץ לתחום טיפולה של הפיזיקה. גם השאלה מה קרה לפניה היא חסרת משמעות, לפי שהזמן עצמו נוצר רק אחרי המפץ הגדול, עם התפשטות היקום. ומאחר שבנקודה הסינגולרית נטחנו תנאי ההתחלה הפיזיקליים לאבק פורח, לא ניתן להסביר מדוע היקום היום הוא כזה ולא אחר, וכמובן גם לא לגזור ממנה ניבוי, חיזוי ותיאור עתידי, אפילו לא הטריוויאלי ביותר, כשם שאדם הלוקה בשכחה מוחלטת אינו יכול לגזור מעברו על התנהגות בהווה.

מצב עניינים מביך זה מתקיים גם כשמסתכלים ביקום ממצבו הנוכחי לראשיתו. אם מאחורי כל אירוע יש סיבה שקדמה לו, אזי בתחילתה של שרשרת הסיבות שהביאה את היקום למצבו העכשווי נגיע לסיבה הראשונה של האירוע הראשון: המפץ הגדול. אבל מאחר שהמפץ הגדול נולד מתוך הסינגולריות, פירוש הדבר שהשרשרת הסיבתית נקטעת שם בברוטליות, וכל מה שקדם לאותו רגע מאבד כל משמעות. הנקודה הסינגולרית נמצאת הלכה למעשה מחוץ לתובנות הפיזיקליות, שכן חוקי הפיזיקה נוצרו רק אחרי היווצרות העולם, ועל כן אינם יכולים להסביר את מוצא העולם, סבור פול דיוויס¹. מכל הבחינות האפשריות, הנקודה הסינגולרית מייצגת תוהו ובוהו מוחלט וסופי, שכן במצב של לית דין ולית דיין פיזיקליים הכל יכול לצאת ממנה – מביצי כינים ועד קרני ראמים. אולי לכך התכוון לוקרציוס, פילוסוף ומשורר רומי מהמאה הראשונה לפני הספירה: “לו מן האין נוצר כל מאום מעצמו – הן לבטח כל הדברים אז יכלו להוליד כל דבר ללא זרע”².

מבחינות רבות, הנקודה הסינגולרית מסמנת את קו פרשת המים בין תורת הכבידה של ניוטון לזו של אינשטיין. במובנים מסוימים היא מציינת גם את קו השבר בין תורת היחסות הכללית לבין תורת הקוואנטים, שכן אין ביכולתן לטפל במצב קיצוני זה בכוחות עצמן אלא באמצעות תאוריה משותפת, הכבידה הקוואנטית, שטרם נמצאה נוסחתה. חסידי ההוויה האלוהית יכולים לסמן את הנקודה הסינגולרית כנקודת האפס שבין התיאור האלוהי לבין ההסבר המדעי להתהוות העולם. זאת, למרות שהביטוי “נקודת האפס” איננו מדויק לשניהם, כי בעוד ההוויה האלוהית קודמת, לדעת מאמיניה, לנקודה הסינגולרית ולמפץ הגדול, שעת האפס של ההתהוות הפיזיקלית מתחילה קצת לאחרי, בזמן פלנק, המבוטא על ידי שבריר זמן זעיר מכל דמיון:10^־43 של השנייה הראשונה. כדי להמחיש עד כמה שבריר זמן זה הוא בלתי נתפש,

10^־43 שניות הוא הזמן הנדרש לאור (300,000 ק"מ בשנייה) כדי לחצות אורך פלנק: 10^־33 ס"מ. כדי להמחיש עד כמה אורך זה זעיר, די שנאמר כי היחס בין אורך פלנק למידות האטום הוא כמו בין האטום למידות של מערכת השמש. מדענים מחברת יבמ החליטו לעשות שימוש באורך פלנק כדי לתת מענה מוסמך לסוגיה שהעסיקה תאולוגים נוצרים בימי הביניים, לאמור: מהו המספר המרבי של מלאכי שרת היכולים לעמוד על חודה של סיכה (בהנחה שמלאכים הם ההוויות הפיזיות הקטנות ביותר האפשריות). נמצא שאם גודלו של כל מלאך הוא 10^־33 ס"מ, אזי על חודה של סיכה יכולים לעמוד 10²⁵ מלאכים.

המצוקה הקוגניטיבית שפקדה את הפיזיקה לנוכח הלית דין ולית דיין של הנקודה הסינגולרית התקבלה בקורת רוח בכנסייה הקתולית, שכן היא איפשרה לה למקם בנקודה טרום־פיזיקלית זו של אינזמן ואינמרחב את כס הכבוד של האל. לא בכדי הזדרז האפיפיוור פיוס השנים־עשר לאמץ את מודל המפץ הגדול כבר ב־1951. ב־1981, במסגרת מאמצי הכנסייה לסלק את המשקעים העכורים שנערמו בינה לבין הקהילה המדעית למן משפטו של גלילאו, ערך המסדר הישועי בוותיקן סמינר בינלאומי על מוצא היקום. האפיפיור יוחנן פאולוס השני נועד עם באי הכינוס והתנצל בפניהם על הרשעתו של גלילאו, אך באשר למוצא העולם הוא המליץ לפניהם לא לחקור במופלא מהם, לפי שהמפץ הגדול נמצא מחוץ לתחום חקירתו של המדע. כמו המלאך רפאל בגן העדן האבוד של ג’ון מילטון, האוסר על בני אדם לחקור את השמים – כי הארכיטקט הגדול מסתיר ברוב חוכמתו את סודותיו – טען גם האפיפיור שיש דברים המצויים מחוץ ליכולתנו. “כל השערה על מוצא העולם”, אמר האפיפיור, “כמו 'האטום הקדמון [האפיפיור אימץ את המונח של למטר] שממנו נגזר העולם הפיזיקלי, משאירה פתוחה את השאלה הקשורה בראשית היקום. חידת ההתחלה של הזמן”, סיכם האפיפיור, “היא עניינה של הדת ולא של הפיזיקה, באשר המדע איננו יכול לפתור סוגיה זו מתוך עצמו”. לשון אחר, הדיון היחיד האפשרי בשאלה מה היה לפני או בעת המפץ הגדול הוא בעל אופי מטאפיזי ולא מדעי.

דברים נכוחים אלה לא הפתיעו איש, שהרי סטיב הוקינג הראה אך שנים ספורות קודם לכן כי תורת היחסות הכללית אינה יכולה להיחשב תאוריה שלמה כל עוד קיימת נקודה סינגולרית במוצא היקום, שבה כל הגדלים והחוקים הפיזיקליים נכתשים ומתאיינים. אלא שחברי המסדר הישועי לא טרחו להתעדכן אצל הוקינג לפני ההרצאה. הם הסתמכו על פרסומיו המוקדמים, המחייבים את קיומה של נקודה סינגולרית. פרסומים אלה זיכו אותו ב־1975 במדליה מטעם הכס הקדוש על תרומתו לביסוס תאוריית המפץ הגדול. אבל בשנות השמונים היה להוקינג הרהור שני באשר להכרחיותה של הנקודה הסינגולרית, אם כי, לדבריו, ספק אם היה חוזר באוזני האפיפיור על התזה שהציג במהלך הכינוס, שלפיה ליקום לא היתה התחלה ואף לא רגע של בריאה. “לא היתה בי שום תשוקה להיות שותף לגורלו של גלילאו”, אמר הוקינג לאחר מעשה³.

בעצם, סיפורה של הנקודה הסינגולרית אינו מתחיל ביקום, אלא בכוכבים הקרויים “חורים שחורים” (מושג שטבע ג’ון וילר בשנות השישים). אלה אותם אזורי כבידה קיצונית, שבהם המרחב־זמן חדל להיות משקיף ניטרלי באירועים המתרחשים בו, שכן הוא עצמו נשאב לתוך החור השחור ומתאיין יחד עם חוקי הטבע האחרים בנקודה הסינגולרית החבויה בליבתו. אפשרות קיומם של חורים שחורים הועלתה כבר בסוף המאה השמונה־עשרה בידי לפלס, אבל קרל שוורצ’ילד הוא שנתן להם ביסוס מתמטי. הניסוחים הראשונים עלו במוחו בעת שלחם בחפירות החזית המזרחית במלחמת העולם הראשונה, אגב חישוב המסלולים הבליסטיים של פגזי התותחים. שוורצ’ילד פיתח תיאור מתמטי של מסה גדולה המרוכזת בצפיפות גדולה באזור צר, שכל גוף או קרינה החוצים רדיוס מסוים שלו (אופק האירוע, או בכינויו האחר – רדיוס שוורצ’ילד), נבלע בתוכו בלי יכולת לצאת ממנו. ב־1939 התבסס רוברט אופנהיימר על תורת היחסות הכללית של אינשטיין כדי להראות בפרטי פרטים כיצד יכולים להיווצר חורים שחורים מכוכבים מסיביים הקורסים תחת נטל הכבידה שלהם.

עם זאת, עד אמצע שנות השישים של המאה הקודמת לא התייחסו ברצינות גדולה מדי לחורים שחורים ולנקודות הסינגולריות האמורות להימצא במרכזם. אינשטיין כינה את תיאורו המתמטי של שוורצ’ילד אסון. הוא לא האמין שהכבידה יכולה לחולל עיוותים כל כך קיצוניים ברקמת המרחב־זמן, עד כדי יצירת חור בתוכו. הוא סבר כי לטבע דרך משלו, שטרם התגלתה, להגן עלינו מפני מה שראה כהשלכות אבסורדיות של תורתו. אין זאת שאינשטיין לא למד לקח מהקבוע הקוסמולוגי שהגה ב־1917 כדי להגן על היקום הנייח שלו. שוב הסתבר שמשוואותיו חזקות מנטיות לבו, וכפי שהן ניבאו – בניגוד לדעתו – יקום דינמי, כך הן סימנו מבני התחלה וסיום לא קונוונציונליים לכוכבים מסוג מסוים וליקום בכלל.

ב־1965 הוכיח רוג’ר פנרוז, מתמטיקאי מאוניברסיטת אוקספורד, כי נקודות סינגולריות נגזרות ממשוואות תורת היחסות הכללית. על פי דיווחו של לי סמולין⁴, הרעיון הזה הבזיק בראשו של פנרוז בעת שעצר במעבר חצייה באחד מרחובות לונדון, אבל עד שחצה את הרחוב עם חברו לטיול נעלם הרעיון כלא היה. בערב חש התרוממות רוח בלתי מובנת. בניסיון לעמוד על שורשיה, גילגל במחשבתו את האירועים שעברו עליו במשך היום, לרבות השיחה שניהל עם ידידו ברחובות לונדון, אשר נקטעה בהגיעם למעבר החצייה. באותה שנייה שב אליו הרעיון שפרח ממנו בעת חציית המעבר: ההוכחה המתמטית לנקודות הסינגולריות. כאשר הגיע כתב ההוכחה של פנרוז לידיעתו של הוקינג, הוא ראה מיד שאפשר להחיל את הסינגולריות של החורים השחורים על מצב כבידתי דומה להם בקיצוניותו: נקודת המוצא של היקום. למעשה, הדוקטורט של הוקינג עסק ביישום הסינגולריות של חורים שחורים במפץ הגדול. הוא הוכיח כי על פי משוואות תורת היחסות הכללית של אינשטיין היקום היה חייב להתחיל מנקודה סינגולרית. עם זאת, כפי שמציין סמולין, קיים הבדל עמוק בין שתי הנקודות הסינגולריות הללו: הסינגולריות של היקום נמצאת בעברו, ואילו הסינגולריות של החור השחור נמצאת בעתידו. פרט לכך הן דומות בכל. למרות הדוקטורט, הוקינג לא נטה להאמין בקיומם של חורים כבגופים קונקרטיים, אלא כבישויות מתמטיות. כמנהגו, הוא התערב על כך עם ידיד, וכמו ב־2004, במחלוקת על דליפת מידע מחור שחור – הוא הפסיד, אבל שלא כבמקרה האחרון הוא השכיל להמר על מנוי לירחון פנטהאוז ולא על אנציקלופדיה יקרה.

מחשבות כפירה ראשונות באשר להכרחיותה של הנקודה הסינגולרית העלה הוקינג בשלהי שנות השבעים. ככלות הכל, אם היקום הבראשיתי היה ישות זעירה ביותר, זעירה לאין שיעור מגרעין אטום, משמע שניתן להתייחס אליו כאל גוף קוואנטי, וכמו כל גוף קוואנטי ניתן לתאר אותו כגל. הווי אומר שאין רגע ייחודי של בריאה, שכן היקום הבראשיתי היה פרוס לכל אורכו של הגל. הוא הדין לגבי הזמן. אין לו נקודת אפס, כי גם הוא פרוס כמו המרחב. משמעות הדבר היא שהיקום לא חייב היה להתחיל מנקודה סינגולרית בעלת צפיפות אינסופית המאיינת את חוקי הפיזיקה, אלא מישות גלית שתפשה מקום במרחב. היה זה, אמנם, מרחב בעל הממדים הזעירים ביותר האפשריים בפיזיקה (10^־33 ס"מ), אבל די היה בהם כדי להעניק לישות קוואנטית זו פיסת מרחב־זמן גדולה דיה כדי לאפשר לחוקי הפיזיקה להתמקם בתוכה בלי להסתבך בערכים אינסופיים. המסקנה המרכזית ממודל זה היא שהיקום יצא לדרכו הארוכה ממצב קוואנטי, כבנה החוקי של הפיזיקה הקוואנטית ולא כממזר פורק עול של תורת היחסות.

על פי הוקינג, ממדי המרחב־זמן של הינוקא הקוסמי הזה יוצרים חלל סגור, סופי, אבל ללא קצה, דוגמת כדור הארץ. גם עליו ניתן לומר שהוא מתחיל בנקודת הקוטב הצפוני, מתרחב בקו המשווה ומתכנס לעבר הקוטב הדרומי. אלא שהקטבים אינם קצוות, וחוקי המדע מתנהלים בהם כמו בכל נקודה אחרת על פני הגלובוס.

הוא הדין לגבי היקום של הוקינג: לנקודת ההתחלה שלו אין קצה ולא מתרחשת בה התאיינות מלאה של חוקי הפיזיקה כמתחייב מהנקודה הסינגולרית. זאת אומרת, אין משמעות לשאלה מה היה בזמן אפס של היקום. אין זמן אפס, כיוון שהזמן לא היה נקודתי. הוא היה מרוח על פני המרחב־זמן של הגל שייצג את היקום הבראשיתי. גם השאלה מה היה לפני המפץ הגדול היא חסרת מובן, כמו השאלה היכן ממוקמת נקודה הנמצאת קילומטר אחד צפונית לקוטב הצפוני. ואם אין זמן שקדם לזמן הפיזיקלי, ואם ביסוד היקום לא היתה סינגולריות שריסקה את חוקי המדע, משמע נשמט מידי הכנסייה אותו מידרך צר מני צר שעליו רצתה למקם את הבריאה האלוהית. בלשונו של הוקינג: כל עוד שיערנו שהיתה נקודת התחלה ליקום יכולנו להניח שהיה לו בורא, אבל אם היקום נכלל בשלמותו בתוך עצמו, ללא גבולות או קצוות, פירוש הדבר שאין לו התחלה ואין לו סוף. הוא פשוט ישנו.

הוקינג השלים מהלך דו־שלבי מרתק. תחילה סילק מהיקום את נקודת ההתחלה הסינגולרית, שהוא עצמו סיפק הוכחות מתמטיות לקיומה, ולאחר מכן הפקיע מידיו של האפיפיור את התימוכין המדעיים העקיפים לקיום הבריאה האלוהית. בה בעת הוא חילץ את הפיזיקה מהמבוי הסתום שנקלעה אליו, שהרי היא אינה יכולה להסיג את משוואותיה אל מעבר לזמן פלנק, המייצג את הזמן המדיד הראשון להיווצרות היקום. הוקינג גישר אפוא על הפער בין זמן אפס של המפץ הגדול לזמן פלנק באמצעות הישות הגלית שלו, ובכך יצר חיבור לוגי ופיזיקלי בין תורת היחסות לתורת הקוואנטים. אבל דומה שהוא שאב הנאה מיוחדת מסילוק הנוכחות האלוהית בנקודת המוצא של היקום, על ידי החלפת הנקודה הסינגולרית בישות קוואנטית, הכפופה לעקרון אי־הוודאות של הייזנברג. בכך ערער על הקביעה האפיפיורית, שהדיון במוצא היקום הוא מחוץ לתחום חקירתו של המדע. ניסיונה של הכנסייה להעניק לתוהו ובוהו של הנקודה הסינגולרית מעין הכרה מדעית בחופש הפעולה של האל לבנות יקום על פי חפצו, לא היה לרוחו של הוקינג. הוא סבר שנקודת ההתחלה של היקום צריכה להיות כפופה לאותם חוקים השוררים בכל זמן ובכל מקום ביקום. שכן אם משהים את החוקים בנקודת הבראשית, מדוע לא בנקודת זמן אחרת של היקום? “עלינו לנסות להבין את ההתחלה של היקום על בסיס מדעי,” גרס הוקינג. “ייתכן שזה מעבר ליכולתנו, אבל עלינו לפחות לנסות”⁵.

בכך הצטרף הוקינג לעמדתו הידועה של האסטרונום קרל סייגן (Sagan), שביכר את הידיעה על פני האמונה. אם נרצה, אפשר לראות בעמדותיהם של הוקינג וסייגן ביטוי למאמץ המתמשך למן המהפכה המדעית להפוך את הלא רציונלי לרציונלי. השאלה היא אם מאמץ זה אינו הרואי יותר מכפי שהמדענים מעריכים, שהרי איננו יכולים לדעת את גבולות תקפותה של רציונליות זו. ייתכן שכל מה שגילינו עד כה לא היה אלא סימון התופעות והאירועים שאפשר להסבירם הסבר רציונלי, תוך התעלמות מודעת ולא מודעת מכל מה שאיננו מתנהג באופן רציונלי. אחרי הכל, איננו יודעים בוודאות באיזו מידה מתקיימת רציונליות זו בתודעתנו ובאיזו מידה היא שוררת מחוץ לה. ייתכן גם שלעולם לא נוכל להשיב על שאלה זו, לא רק בגלל מורכבותה של המציאות, אלא גם משום שאיננו מבינים לעומק את הזיקה הרב־ממדית בין הידע למציאות.

למשל, אם נגלה שהידע קובע במידה רבה את טיבה של המציאות המאקרוסקופית, בדומה לתפקיד שהוא ממלא בקביעת תכונותיו של העולם המיקרוסקופי, איך נדע מה מתוך המציאות נובע מהיש (אונטולוגיה) ומה נובע מתוך הידע (אפיסטמולוגיה)? ואמנם, הוקינג קושר את הגידול במורכבות של תמונת הטבע לחשיבה היצירתית העומדת ביסוד הגילוי המדעי. זהו תהליך חשיבתי שאין הוא צופה את קצו, שכן כל אימת שנגיע למה שנדמה לנו כסוף הדרך, “אנו נגדיל את המורכבות, אם לא את העומק” (הוקינג, הערה 60). אבל אם חשיבתנו מייצרת, לא פחות מאשר חושפת, עומק ומורכבות, אזי תמונת העולם המשתנה והולכת לנגד עינינו היא פיקטיבית בחלקה, אם לא ברובה. יתרה מזאת, אם עד לא מכבר סברנו שלעולם יתקיים פער בין היש לבין הידע המדעי עליו, מאחר שהיש גדול תמיד מיכולתנו לדעתו, התהליך החשיבתי של הוקינג מצביע על אפשרות הפוכה. לפי תפישתו, הידע סוגר במהירות על הפער בינו לבין היש, באשר רעיונות חדשים, הנולדים חדשים לבקרים, מייצרים ללא הרף השערות חדשות על מציאויות אמיתיות ופיקטיביות כאחת.

תהליך מחשבתי זה כמוהו כסיבוב גלגל הקליידוסקופ. כל תנועה סיבובית יוצרת תבניות חדשות, אבל לא נוכל לדעת את כמות “הידע האפל” המסתתר בתוך ובין התמונות הקליידוסקופיות. כדי לחשוף את הידע האפל הזה צריכה להיות לנו תאוריה מתאימה לפענוחו, בדומה לתאוריות על החומר האפל בין צבירי הגלקסיות ועל האנרגיה האפלה המאיצה את התפשטות היקום. אבל מאחר שאין לנו מטא־תאוריה לבדיקת תאוריות מדעיות, אלא ניסויים ותצפיות, ומאחר שהתצפיות עצמן עלולות בחלקן להיות פרי המורכבות שאנו מייצרים במו מחשבתנו, לא נוכל לפסוק מה במורכבות זו הוא פרי היש ומה פרי הידע. מטעם זה אין להתייחס ברצינות רבה מדי לפסקת הסיום של הוקינג בספרו קיצור תולדות הזמן. לדבריו, אם נגלה תאוריה שלמה ומקיפה נוכל בסופו של דבר לדעת את מחשבתו של האל, שכן התאוריה שנגלה תהיה שלמה רק באופן ארעי, ואך לאותו אזור ולאותה תובנה שנהיה מסוגלים לתפוש באותה עת. בסופו של דבר כל תאוריה, מקיפה ושלמה ככל שתהיה, אינה משקפת את מצב העולם, אלא את מצב הידע שלנו על העולם כפי שהוא מתפרש על ידי התאוריה הנוכחית. דומה כי לכך התכוון הוקינג באומרו שלגבי חלק מהתאוריות הקוסמולוגיות אין הוכחות ניסוייות יותר מאשר לאסטרולוגיה. למרות זאת, “אנו מאמינים בהן מכיוון שהן קונסיסטנטיות עם תאוריות שעמדו במבחן”. ואולי מוטב להוסיף, לא רק מכיוון שהן קונסיסטנטיות עם תאוריות שעמדו במבחן, אלא גם מפני שהחשיבה המדעית היא הביטוי העליון של המאמץ הרציונלי להבין את המציאות, והתאוריה היא כלי הכרחי לחשיבה המדעית.

אחד האתגרים המרכזיים הניצבים לפני התאורטיקנים הוא גילוי מקורם של הקבועים הפיזיקליים של הטבע, כגון: מהירות האור, מסת האלקטרון וקבוע הכבידה של ניוטון, אשר ערכיהם נשארים קבועים בכל זמן ובכל מקום ביקום. השאלה היא מה מקורם של קבועים אלה, למה יש להם הערכים שיש להם והאם ערכים אלה שרירותיים או הכרחיים? מדוע, למשל, מהירות האור בחלל ריק היא 300,000 קילומטר לשנייה ולא גבוהה או נמוכה מזה? מדוע מסת הפרוטון גדולה פי 1,836 מהאלקטרון? ומדוע מסת המואון, בן משפחתו של האלקטרון, גדולה פי 207 ממנו? מדוע יש שלושה ממדי מרחב וממד אחד של זמן? סוד גלוי הוא, שדי בשינוי קל בערכיהם של קבועים פיזיקליים שונים כדי להפוך את מבנה העולם על פיו ואף לשלול את אפשרות החיים בו. למשל, לו הכוח הגרעיני החלש היה רפה מעט יותר, תהליכי הבעירה הגרעינית בשמש היו מואצים, ולכן היה נמנע ממנה לספק לכדור הארץ את קצובת הזמן של ארבעה מיליארדי שנים שנדרשו לו לפיתוח חיים תבוניים. אם כוח זה היה קצת יותר חזק לא היו נוצרים כוכבים נפיצים (סופרנובות), המייצרים את היסודות הכימיים הכבדים של החיים.

תרחיש דומה היה קורה לו היה הכוח הגרעיני החזק קצת יותר חזק. במקרה כזה היה נוצר קושי רב בהפרדת צמדים של פרוטונים, ועקב כך ביצירת מבנים אורגניים, מה גם שהשמש היתה שורפת את הדלק המימני שלה מהר מכדי לאפשר לחיים להתפתח על פני כדור הארץ. תרחיש שלילי אחר היה קורה אם הכוח האלקטרומגנטי היה קצת חלש או קצת חזק יותר. באשר לכוח הכבידה, חולשתו הקיצונית ביחס לכוחות הטבע האחרים עושה אותו בלתי רלבנטי לאינטראקציות המתרחשות בעולם התת־אטומי. אבל דווקא חולשתו מאפשרת לכוכב טיפוסי, כמו השמש, לצבור מסה גדולה דיה של אטומים ליצירת הלחץ הכבידתי הדרוש להצתת הדלק הגרעיני, אשר קרינתו החמה סועדת את החיים על פני כדור הארץ זה ארבעה מיליארדי שנים.

הנה כי כן, להיכן שמפנים את המבט נתקלים בהלימויות של פרמטרים קבועים ומשתנים, המכשירות את הקרקע להופעת החיים מיליארדי שנים לפני היווצרותם. לדוגמה, די שקצב התפשטות היקום, שנייה אחת לאחר המפץ הגדול, היה איטי כדי אחד חלקי עשרה מיליארד כדי שהוא יקרוס תחתיו אחרי כמה מיליוני שנים. ולהפך, אם קצב התפשטות היקום היה גדול כדי אחד חלקי עשרה מיליארד הוא היה מתפזר כליל אחרי כמה מיליוני שנים. התייצבות היקום על הקו הדק הזה שבין קריסה להתפשטות מעלה ביתר שאת את השאלה עד כמה פרמטרים אלה הם שרירותיים או גזורים מראש. אם הם חייבים להיות כאלה מתוקף איזושהי תאוריה פיזיקלית אולטימטיבית, או אז אפילו לאלוהים אין כל מעמד בסוגיה זו. דהיינו, הוא אינו חופשי לקבוע, או אפילו לבחור, בקבועים אחרים, באשר תבנית היקום, הרכב החומר וצורות החיים שיכולות להתקיים בו מחייבים בדיוק נמרץ את הערכים שיש להם. הבעיה היא שערכים יסודיים אלה אינם נגזרים מהתאוריה אלא מתצפיות וממדידות, ועל כן הם לוקים בשרירותיות מפוקפקת. סמולין (הערה 57) בחן את הסוגיה הזאת ומצא, כי הסיכוי להגיע באופן שרירותי לערכים הקיימים של הקבועים הפיזיקליים הוא אחד ל־10²²⁹. הסיכוי הזה הוא כה קלוש, כה זעיר וכה זניח, עד כי התממשותו מעלה ביתר שאת את השאלה הניצבת בפתחו של העיקרון האנתרופי נוסח ברנדון קרטר (1974): איך זה שהחוקים והקבועים המעצבים את היקום מכוּוְנָנים בדיוק מפליא לדרישות החיים?

שיתוף הפעולה של קרטר עם רוברט דיקי הביא את השניים למסקנה כי היקום היה צריך להיות בנוי מלכתחילה באופן כזה, שבשלב מסוים בחייו תתאפשר התפתחותם של צופים בעלי תודעה. יסוד ההתכוונות החבוי בנוסח זה של העיקרון האנתרופי עורר מלכתחילה תחושה של אי־נוחות, שהתחזקה עם פרסום הנוסח המאוחר של השניים, על פיו היקום לא יכול היה כלל להיווצר אלמלא היתה מובטחת מראש התפתחותם של חיים בנקודה כלשהי בעתידו. נוסח זה של האנשת היקום, המוצא את ביטויו גם בגרסה המרוככת של פרימן דייסון (“במובן מסוים, היקום היה צריך לדעת על בואנו”), הביא לפיצול העיקרון האנתרופי לשניים.

על פי העיקרון האנתרופי החזק, היקום שלנו נבחר מבין כל היקומים האפשריים האחרים, כי רק בו ייתכנו חיים אשר יוכלו לצפות בו ולהבינו. סטיבן ויינברג מאוניברסיטת טקסס, חתן פרס נובל לפיזיקה, מכנה את העיקרון האנתרופי החזק, פתפותי ביצים. לא בכדי, שכן הענקת ייחודיות ליקום שלנו קרובה יותר לטלאולוגיה ולמטאפיזיקה מאשר לפיזיקה. כך, למשל, דייסון משחרר הצהרה קנדידיאנית תמוהה: “היקום שלנו הוא המעניין שבכל היקומים האפשריים”¹. איך דייסון יודע זאת? הרי אין לנו שום אפשרות לדעת מה קורה ביקומים המקבילים לנו, ובהנחה שמספרם של יקומים אלה עצום, יש להניח כי רבים מהם דומים לשלנו, אם לא מעניינים ממנו.

גרסתו של ג’ון וילר, “קיום הצופה הכרחי להיווצרות העולם באותה מידה שקיום העולם הכרחי להיווצרות הצופה”², שייכת לכאורה לעיקרון האנתרופי החזק, אולם וילר ממקם את עצמו באמצע, בין הגרסה “החזקה” לגרסה “החלשה”, משום שגרסתו מעוגנת בתורת הקוואנטים. תורה זו הראתה שבעולם המיקרוסקופי החוקר איננו צופה ניטרלי ואובייקטיבי כמו בעולם המאקרוסקופי, אלא משתתף מעורב ופעיל, שכן עצם החלטתו איזו תכונה של החומר למדוד קובעת מראש איזו תכונה תהיה לו. וילר העתיק אפוא את עקרון ההשתתפות של החוקר במושא מחקרו מהעולם המיקרוסקופי לעולם המאקרוסקופי. בהתחשב בממדים העצומים של היקום, אי אפשר שלא להתפעל מהתעוזה הכרוכה בהענקת השפעה גדולה כל כך לחשיבה האנושית.

לבעייתיות ולמורכבות של העיקרון האנתרופי החזק אין זכר בעיקרון האנתרופי החלש. “הוא לא ספקולטיבי ולא שנוי במחלוקת”, מסביר מריו ליביו³. למעשה, העיקרון הזה אומר “שאנחנו קיימים ולפיכך היקום חייב להיות קונסיסטנטי עם עובדת קיומנו”. אכן כך, בגרסה החלשה השכל הישר תופש את מקומו של האנתרופומורפיזם (האנשה) בגרסה החזקה. אפשר להמחיש את השוני בין שתי הגרסאות במשל מקומי. נניח שלאחד הקיבוצים בצפון הארץ עשר בריכות דגים נטושות, שרק אחת מהן שורצת צפרדעים לרוב. על פי העיקרון האנתרופי החזק, הבריכה הזאת נבחרה מראש מבין כל הבריכות האחרות לאכלוס הצפרדעים העתידים להתפתח בה. על פי העיקרון האנתרופי החלש, רק בה מתקיימים תנאים המאפשרים לצפרדעים להתפתח ולכן רק בה הצפרדעים שורצות. ואמנם, על פי מְשָלֵנו, בדיקה מגלה שכל הבריכות מזוהמות במי מעיין גופריתני תת־קרקעי, למעט זו המאוכלסת בצפרדעים, שניצלה מגורל דומה הודות לסלע החוסם את מי המעיין.

באשר לנמשל, אנו חבים את קיומנו לעובדה שמערכת השמש ממוקמת ברצועה ידידותית לחיים בגלקסיית שביל החלב, במרחק 25,000 שנות אור מליבתה⁴. כוכבי הלכת שמחוץ לרצועה הידידותית הזאת מצויים בסכנה מתמדת של פגיעה מהתפוצצויות של סופרנובות ומהתנגשויות בכוכבי שביט. לפיכך, סיכוייהם לפתח יסודות כימיים כבדים, הנחוצים לחיים, הולכים ונחלשים ככל שהם רחוקים מליבת הגלקסיה. עם זאת, נוכחותנו ברצועה הידידותית והשתייכותנו למערכת השמש המסוימת שלנו הן תנאים הכרחיים להופעת החיים, אבל לא מספיקים. שהרי די שמסלול כדור הארץ סביב השמש היה גדול באחוז אחד כדי להקפיא את הפלנטה שלנו בכפור של מאדים. ולהפך, אם מסלולו היה קטן בחמישה אחוזים היינו נצלים בלהט של נגה. השמש עצמה, אם היתה מסיבית פי שלושים, לא היתה מתקיימת יותר מעשרה מיליון שנה, והחיים לא היו יכולים להתפתח על פני כדור הארץ. ככלל, הפלנטה שלנו מצויה בתחומי רצועה ידידותית צרה מאוד: אם האטמוספרה היתה מורכבת מ־25 אחוז חמצן (במקום 21 אחוז), די היה בגפרור אחד כדי להבעיר את עולמנו; אם רמת החמצן היתה יורדת אל מתחת ל־15 אחוז, היינו מתים מחנק. יוצא אפוא, שבכל הקשור לחלל אנו חבים את קיומנו לשלוש רצועות ידידותיות: הרצועה הגלקטית, הרצועה של מערכת השמש ורצועת האטמוספרה של כדור הארץ.

עם זאת, לנוכחותנו ברצועות ידידותיות בגלקסיה ובמערכת השמש אין שום קשר לעיקרון האנתרופי החזק או לכל זיקה אנתרופומורפית אחרת. הימצאותנו במקומות אלה היא עובדה סטטיסטית גרידא, בדומה להתפלגותם של עשרות מיליארדי כוכבים אחרים בגלקסיית שביל החלב. הוא הדין בהתניית קיומו של העולם בהופעת האדם. היקום נאלץ להמתין יותר מעשרה מיליארד שנה להופעתנו לא משום שהיה מובטח מראש כי יתפתחו בו חיים בנקודה כלשהי בעתידו, אלא מסיבות פרוזאיות לחלוטין: עשרה מיליארד שנה הוא משך הזמן (פחות או יותר) הדרוש להיווצרות דור שני של כוכבים. הסיבה לכך היא שרק אחרי כלות הדור הראשון של כוכבים נפיצים, המייצרים בתהליכי הבעירה הפנימיים שלהם ובהתפוצצויותיהם את היסודות הכימיים הכבדים ממימן ומהליום, יכולים להיווצר החומרים הנחוצים ליצירת חיים.

הזמן הנדרש להופעת חיים תבוניים בכוכב לכת זה, לפחות על פי הדוגמה של כדור הארץ, שהיא הדוגמה היחידה המוכרת לנו, הוא ארבעה מיליארד שנים. נוכחותנו כאן היא אפוא התוצאה (ולא הסיבה) של הימצאותנו ברצועה הידידותית של גלקסיית שביל החלב, עשרה מיליארד שנה לאחר היווצרותה. הסיבה שחוקי הפיזיקה עומדים בדיוק בתנאים הדרושים להיווצרות אטומי פחמן ומולקולות דנ"א אף היא פרוזאית: בכל מקום שהם לא הלמו את התנאים הדרושים לא התפתחו בו חיים ולא נוצרו יצורים תבוניים המסוגלים לתהות תהיות מסוג זה. נותרנו אפוא עם בעיית השרירותיות: אם הסיכוי להופעת התנאים הנחוצים לחיים המסוימים שלנו הוא אחד ל־10²²⁹, איך קרה שהסיכוי המזערי הזה התממש?

אחת הדרכים להפיכת סוגיה זו לשאלה טריוויאלית היא להניח שהיקום שלנו הוא אך אחד מני יקומים רבים. אם אכן כך הדבר, אין הכרח לוגי שחוקי הפיזיקה בעולמות הללו יהיו דומים לשלנו, לא כל שכן זהים בתכונותיהם החומריות. על פי אותו היגיון, התפתחותם של חיים שם אינה חייבת להוליד אותם חיים שהתפתחו כאן, לרבות אינטליגנציה דומה. שהרי גם אם היינו יכולים לגלגל את האבולוציה על פני כדור הארץ לאחור, ולהריץ אותה מחדש לפנים, היא לא היתה מוציאה מתוכה בהכרח אותם מינים, לרבות בני אדם. יתר על כן, החיים על פני כדור הארץ מבוססים על דנ"א, אבל אין להוציא מכלל חשבון התקיימותם של חיים ממערך שונה של מולקולות. מכאן, החיפושים אחר עקבות חמצן וחנקן באטמוספרה של כוכבי לכת אחרים, כעדות מסייעת לאפשרותם של חיים שם, עלולים להיות כוזבים, כמו הניסיונות למצוא מבנים של דנ"א או שברי תאים בקרקעיתם. החיפושים אחר חמצן ודנ"א הם ניסיון לגלות צורות חיים דומות לאלה שהתפתחות על פני כדור הארץ, ועל כן הם עלולים להחמיץ צורות אחרות של חיים. עם זאת, בכל עולם שיש בו חיים חייב לפעול מנגנון ברירה טבעית, שכן שום כוכב אינו יכול לייצר כמויות בלתי נדלות של אנרגיה לחיים המתרבים באופן מעריכי (אקספוננציאלי). הוא הדין לגבי החומר הדומם. מסות ומטענים חשמליים אחרים לחלקיקים אלמנטריים של החומר, שאינם מאפשרים לקיים אטומים יציבים או שגורמים לכוכב לכלות את חומרי הבעירה שלו במיליוני שנים במקום במיליארדים, יגרמו לו לסיים את חייו לפני שיוכלו להתפתח בו חיים.

עם זאת, הבה נניח כי בכמה עולמות מקבילים לשלנו, שיש בהם מתמטיקה, גאומטריה ופיזיקה שונות משלנו, התפתחו חיים תבוניים מסוג אחר, וכי במסגרת אותה תבונה עלתה גם שם השאלה מדוע לקבועים הפיזיקליים שלהם יש הערכים שיש להם. עצם העלאת השאלה בנוסח זה עושה בנליזציה לחידת השרירותיות, שהרי כל מה שקיים שם הוא פועל יוצא של הקבועים הפיזיקליים שלהם, כפי שכל מה ששורר אצלנו הוא פועל יוצר של הקבועים הפיזיקליים השוררים בעולמנו. לשאול מדוע לקבועים הפיזיקליים יש הערכים שיש להם, זה כמו לשאול מדוע לגזים באטמוספרה שלנו יש הערכים שיש להם. עם ערכיהם היו אחרים, לא היה מי שישאל את השאלה הזאת. חשוב להדגיש: העובדה שאנו יכולים להציג את השאלה הזאת היא התוצאה של ההרכב הנוכחי של הגזים, לא סיבתו. כך גם לגבי הקבועים הפיזיקליים: ערכיהם מציגים רק אחד מני הצירופים האפשריים, לא בהכרח את הצירוף האפשרי היחיד. עובדה, כל החומר שממנו עשויה המציאות הנצפית – החל בשולחנות וכלה בכוכבים – בנוי מצירופים של שני קווארקים (down, up) מתוך השישה הקיימים. תאורטית, אפשר להניח קיומם של יקומים הבנויים מצירופים של שאר הקווארקים: top, bottom, charm, strange. אפשרות זו אינה הזויה מדי, לפחות לא בעיניו של הפיזיקאי אד ויטֶן, שכבר העלה סברה כי החומר האפל בנוי מהקווארק strange, לא כל שכן אצל מי שהגו ב־2004 עולם הבנוי מצירופים של חמישה קווארקים (pentaquarks).

כך או כך, הצירוף המסוים שלנו, כמו כל צירוף אפשרי אחר, אינו נובע מעיקרון אנתרופי כלשהו. הוא שילוב של הסתברות סטטיסטית, של מקריות ושל אקראיות. דומה הדבר להגרלה השבועית של מפעל הפיס. הסיכוי של כל אחד מקוני הכרטיסים לזכות בפרס הגדול עומד על אחד למאה מיליון או למאה מיליארד. לפיכך, היכולת לדעת מראש את שם הזוכה היא נס או תרמית. לעומת זאת, זכייתו של אחד המשתתפים בפרס הגדול מובטחת מראש. באשר לנמשל, ההלימה המדהימה בין כל כך הרבה פרמטרים פיזיקליים וביולוגיים כתנאי להיווצרות החיים על פני כדור הארץ היתה מעוררת כמובן פליאה ותמיהה אילו הפרמטרים האלה נקבעו מראש, אך היא עניין טריוויאלי לחלוטין אם הם נוצרו בדיעבד, שכן ההבדל בין נס לבנליות הוא ההבדל בין ידיעה מראש לבין ידיעה בדיעבד. כך זה בהגרלה של מפעל הפיס וכך באבולוציה הדארווינית.

ההסתברות שמנגנון הראייה יגיע לרמת התחכום של עיני ציפורים ויונקים בתהליך איטי של צבירת שינויים זעירים ואקראיים – אשר כל אחד כשלעצמו לא בהכרח הועיל לראייה – היא לחלוטין בלתי קבילה, אם מניחים שהטבע התכוון מראש לבנות עין. אבל היא סבירה לחלוטין אם נצא מהנחה הפוכה, כמו שדארווין עשה, שלא היתה לטבע כוונת מכוון לבנות מנגנון ראייה משוכלל, כפי שלא היתה לו תוכנית מוגדרת מראש לבנות גפיים ואוזניים. די להביא בחשבון את סקלת הזמן הגדולה שעמדה לרשות האבולוציה ואת המגוון העצום של מנגנוני ראייה שהתפתחו במקביל או השתלשלו זה מזה כדי לבטל את נחיצותו של מתכנן־על בפרשה זו. לשאלה התאולוגית־פיזיקלית – אם לאלוהים היה חופש בחירה בבואו לברוא את העולם או שמא חוקי הפיזיקה והקבועים הפיזיקליים שנגזרו מהם לא השאירו לו ברירה אחרת, אלא ליצור את העולם המסוים שלנו – מספק המודל הרב־יקומי תשובה אמביוולנטית. אמנם ההבדלים בין העולמות השונים מעידים לכאורה על יכולתו של אלוהים לבנות עולמות כאוות נפשו, אבל משעה שבחר מערך מסוים של קבועים פיזיקליים, לא יכול היה לקבל תוצאות אחרות מאלה הנגזרות מהקבועים שבחר.