מדע האסטרונומיה והקוסמולוגיה המודרנית היוו ומהווים מקור השראה בלתי נדלה לסופרי המדע הבדיוני, ואך טבעי הוא שקוראי המד"ב מגלים בהם עניין רב. מושגים מתחום האסטרופיסיקה מופיעים בסיפורים רבים, וברור שחוסר ידע מוחלט במושגים אלה עלול לפגום בהנאת הקריאה. בשיחתנו עם פרופ' גיורא שביב לא התכוונו ‘לסתום את כל החורים’ בהשכלתנו – עקב ריבויים של אלה, היתה זו משימה בלתי אפשרית. רצינו פשוט להציץ הצצה חטופה בעולמה המופלא של האסטרופיסיקה, כפי שהיא נראית מצדו השני של המתרס – צידו של המדע “היבש.”
פרופ' גיורא שביב, המכהן כראש החוג לפיסיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת ת"א, הינו דמות בולטת בתחום האסטרופיסיקה התאורטית. הוא ניחן בכשרון רב להסביר סוגיות מדעיות מורכבות במילים המובנות לבן תמותה רגיל (כפי שוודאי נוכח לדעת כל מי שהאזין לסדרת הרצאותיו בקוסמולוגיה במסגרת ‘האוניברסיטה המשודרת’ של גלי צה"ל). הוא נראה צעיר מ־42 שנותיו, בייחוד כשמופיע בעיניו אותו זיק שובב, שעה שהוא נסחף בהתלהבות התיאור של תופעה אסטרונומית מרתקת.
מאחר שלא ידענו דבר על יחסו של פרופ' שביב למד"ב, קינן בליבנו חשש מסויים לפני השיחה, שכן ידועה לנו היטב התופעה, שרבים מתייחסים לנושא בצורה קיצונית – אם בשאט־נפש גמור ואם בהתלהבות אין־קץ. לאחר שפרופ' שביב הרגיענו באומרו שאינו משתייך לאף אחד מקצוות אלה, אלא לאמצע, פתחנו בשיחה.
פרופ' שביב, למי שקורא מדע בדיוני ונתקל מדי פעם בפרסומים הפופולאריים על האסטרופיסיקה המודרנית נדמה לעתים שהגבול בין מציאות ודמיון הולך ומיטשטש. לנוכח מושגים כמו ‘חורים שחורים’ ‘על־חלל,’ ‘אנטי־חומר,’ ‘יקום מקביל,’ או מסקנותיה המוזרות (בעיני ההדיוט) של תורת היחסות של איינשטיין, עומד הקורא ומשתאה: היכן נגמר המד"ב ומתחיל המדע, או להפך?
פרופ שביב: דעתי בנושא זה ברורה – הטבע עצמו הינו הרבה הרבה יותר דמיוני מדמיון האדם. טרם נולד האדם שהקדים את הטבע, ונראה, שככל שנחקור יותר נגלה תופעות מדהימות שמעבר ליכולת הדמיון המוגבלת שלנו.
אם כך, אולי תוכל להתייחס תחילה לאותו מושג מסתורי – ‘חורים שחורים.’ מה שידוע לנו במעורפל הוא ש’חור' כזה נוצר עקב קריסה קיצונית של כוכב, כשכל החומר נדחס לנפח אפסי, אך כוחות הגרביטציה מתעצמים במידה אינסופית, עד שגם אור אינו יכול להיפלט מ’חור' כזה, ולכן הוא בעצם בלתי נראה. האם אכן אותרו חורים שחורים כאלה ביקום?
החורים השחורים היו חבויים בתורת היחסות הכללית של אינשטיין, אם כי קיומם לא הוזכר שם במפורש. עוד לפני שנים רבות גילה מדען בשם קורט שוורצשילד שתורת היחסות הכללית מנבאת את קיומה של ‘סינגולריות’ – נקודה שבה כוח הכובד שואף לאינסוף. הדבר היווה דילמה קשה למדענים במשך תקופה ארוכה. בתחילת שנות השישים זוהתה אותה סינגולריות עם מה שמכונה כיום ‘חור שחור.’
כוח הכובד המוכר לנו מחיי יום יום הוא זה הפועל על פני כדור הארץ, או זה הקובע את מסלוליהם של כוכבי הלכת במערכת השמש. לפי תורתו של קפלר, כוכב לכת נע סביב השמש במסלול שצורתו אליפסה שצירה הגדול קבוע במרחב. אך במציאות אין הדבר כך. הדבר היה נכון לו היה קיים כוכב לכת אחד בלבד הנע סביב השמש. למעשה יש השפעה על כוכבי לכת מרוחקים (כמו הצדק, שעקב מסתו הגדולה מפעיל כוח גרביטציה גדול) על המסלול, והאליפסה עצמה מסתובבת – תנועה זו מכונה בשם ‘הפרצסיה של הפריהליון’ (פריהליון היא הנקודה הקרובה ביותר אל השמש במסלולו של הכוכב). במסלולו של כוכב הלכת מרקורי (שהוא הקרוב ביותר של השמש) מתבטאת תנועה זו בזווית של 6700 שניות־קשת1 למאה שנה. אחרי שמנכים את כל ההשפעות של כוכבי הלכת האחרים (בהתאם לתורתו של ניוטון), נשארות עדיין 44 שניות־קשת בלתי מוסברות. מתברר שתורת היחסות הכללית, הקובעת שמסלול של חלקיק הנמצא בשדה גרביטציוני חזק יהיה שונה מהמסלול ‘הקלאסי,’ מנבאת בדיוק את 44 השניות הללו. אך כאן מתעוררת הבעיה: קיים פרמטר אופייני לתאור אפקטים יחסותיים כלליים, וערכו של פרמטר זה במערכת השמש שלנו הינו כ־־610 (אחד חלקי מיליון). ב’חור שחור' (שאת קיומו מנבאת, כאמור, תורת היחסות הכללית) מגיע ערכו של פרמטר זה ל־1 (כלומר פי מיליון מזה שבמערכת השמש!) אך האם תורת היחסות, שנבחנה במערכת השמש, תהיה נכונה גם אחרי אקסטריפולציה ‘מסמרת שיער’ שכזאת על פני 6 סדרי גודל? האם חוקי הפיסיקה הידועים לנו יהיו תקפים במצב קיצוני שכזה?
אם כך, האם ייתכן שבבוא העת תופיע תורה חדשה שתרחיב את תורת היחסות ותכליל אותה למצבים קיצוניים, כמו זה ב’חור שחור,' כפי שתורת היחסות הכלילה בשעתו את תורתו של ניוטון?
ייתכן בהחלט שכך יקרה. אך היום יש בידינו מידע רב יותר, ולאחרונה הצלחנו לבחון את תורת היחסות הכללית במקרה שבו אותו פרמטר אופייני שהזכרתי הינו־110, כלומר פי 100 מזה שבמערכת השמש. סיפור המעשה החל לפני שנה, עם גילויו של עצם מדהים בשמיים, במרחק של מספר שנות אור מאיתנו – זוג כוכבי נויטרונים המסתובבים זה סביב זה, והפולטים גלי רדיו שקליטתם מאפשרת לנו לבצע מדידות שונות בהקשר למסלוליהם.
התוכל להסביר מהו כוכב נויטרונים?
כידוע, הנויטרונים הינם חלקיקים חסרי מטען חשמלי הנמצאים בגרעיני האטומים. כוכבי נויטרונים הינם גרמי־שמיים העשויים מחומר דחוס במידה עצומה – צפיפותו היא בסדר גודל של 1014 גרם לסמ“ק. לשם השוואה: הצפיפות הממוצעת של כדור הארץ היא 5,9 גרם לסמ”ק, של השמש – 1,4 גרם לסמ“ק (במרכז השמש מגיעה צפיפות ל־100 גרם לסמ"ק ויותר), ושל ‘ננס לבן’ (אחד משלבי הקריסה של כוכב לאחר התפשטותו ל’ענק אדום') היא 106 גרם לסמ”ק. בדחיסות שכזו יכול החומר להתקיים רק במצב של נויטרונים. כידוע, רוב החומר המוכר לנו בחיי יום יום מורכב בעצם מריקנות מוחלטת, שכן קוטר הגרעין קטן בערך פי 100 אלף מקוטר האטום, כלומר שבין שני גרעינים של שני אטומים סמוכים יש לנו חלל ריק עצום. בכוכב נויטרונים למעשה כאילו גרעין נוגע בגרעין, והשדה הגרביטציוני שמחולל כוכב כזה הינו חזק ביותר. למעשה בכוכב כזה כל האלקטרונים נדחסים לגרעיני האטומים ואלה מתפרקים.
אמרת שבאותו זוג כוכבי נויטרונים שנתגלה, אפשר לבחון פעם נוספת את תורת היחסות הכללית?
כן, לאחר תצפית שנמשכה כשנה ונסתיימה לא מזמן, התברר שהניבוי של תורת היחסות הכללית היה מדהים בדיוקו. כלומר התורה אומתה עבור המקרה שבו אותו פרמטר אופייני הינו 10-4, אך עדיין אין כל אישור נסיוני למה שקורה סביב המקום בו ערכו של הפרמטר הוא 1 הווה אומר – ב’חור שחור.'
אך לפי מיטב הבנתנו אומת קיומם של חורים שחורים באמצעות תצפיות עקיפות, כיצד?
איך מוכיחים את קיומו של ‘חור שחור’? על ידי אלימינציה. ידוע לנו שכשני שליש מכל הכוכבים הינם ‘כוכבים כפולים’ (בינארים). צמדים כי אלה ישנם מכל המינים והסוגים, בעלי מסות שונות ומרחקים שונים זה מזה. חלקם הינם בעצם ‘כוכבים תאומים’2 הצמודים כמעט זה לזה, ויש אף כאלה (בגרעיני הגלקסיות) שבהם כוכב אחד נע דרך המעטפת של בן זוגו – הרי אמרנו שאין גבול לדמיונו של הטבע. צמדי כוכבים אלה נוצרו כאילו במיוחד לשימושם של המדענים – הם מהווים מכשיר מצויין לבדיקת תכונות של כוכבים והשפעותיהם על המסלול. הצמדים מסתובבים סביב מרכז הכובד המשותף שלהם בתנועה מחזורית, וניתן למדוד את זמני המחזור, את המרחק בין הכוכבים, ולעתים גם את מסותיהם. כמו כן ידוע היחס בין מסה ורדיוס בין כוכבים שונים. בין כל אותם צמדים שונים ומשונים יש כאלה שבהם רק אחד מבני הזוג נראה, ואת קיומו של השני מסיקים בעזרת חישובים המתבססים על התצפיות. לעיתים מתברר, על פי החישובים, שהמסה של האובייקט הבלתי נראה צריכה להיות לפחות כ־20 מסות־שמש! בהתאם למסה מתחייבת עוצמת־אור מסויימת, אך לא רואים דבר. גם לא ייתכן שאלה כוכבי נויטרונים לא נראים, כי מסתם של הללו נעה בין 1.2 ל־2.5 מסות־שמש בלבד. קיים וויכוח על מסתו המקסימלית של כוכב נויטרונים (כל מדען והמספר שלו…), אך אין כל ויכוח ש־20 מסות־שמש הינו מספר בלתי סביר, ואילו היה קיים כוכב נויטרונים כזה היה הדבר סותר את כל הידוע לנו היום על הריאקציות הגרעיניות – והכורים הגרעיניים לא היו פועלים כפי שהם פועלים.
דוגמה נוספת: הגלקסיה 81־M היא גלקסיה כדורית מתפוצצת, שבה ספרו האסטרונומים את מספר הכוכבים כפונקציה של מרחקם ממרכז הגלקסיה, לפי עוצמת האור כפונקציה של המרחק מהמרכז. להפתעתם התברר שהתפלגות עוצמת האור איננה מתאימה להנחות הידועות בדבר ההשפעות ההדדיות של כח הכובד, וחסר שם משהו, משהו בלתי נראה. פתרון אפשרי של התעלומה הוא קיומו של ‘חור שחור’ בעל מסה של 105–104 מסות־שמש, הנמצא במרכז אותה גלקסיה.
אחת מתכונותיו של ‘חור שחור’ כזה, הודות לכח הכובד האינסופי שלו, היא זו, שהוא בולע על קרבו כל כוכב המתקרב אליו במידה מספקת, ומגדיל את מסתו עוד ועוד. כוכב כזה, לפני שהוא נבלע ‘כקורבן למולך,’ פולט תוך כדי נפילתו קרינת X, וקרינה כזו אנחנו קולטים, אף כי החור השחור עצמו הינו בלתי נראה לגבינו.
בכל זאת קיימות תיאוריות ‘פרועות’ למדי סביב תופעת החורים השחורים, חלקן בעלות אופי פילוסופי ואפילו מיסטי. יש הרואים בחור השחור יקום סגור ועצמאי. יש הרואים בהם אמצעי מעבר מיידי למקום אחר בחלל, או אף לזמן אחר, או ליקום אחר – מקביל ליקום שלנו. מה תוכל לומר על תאוריות אלה?
מכיוון שכל הידע שלנו על חורים שחורים הינו תאורטי ברובו, ואיש אינו יודע מה בדיוק קורה בתוכם – הדבר נותן דרור לדמיון. התאוריה בדבר היקום האחר איננה מסבירה כל תופעה הידועה לנו מנסיוננו. אף כי אינני יכול לסתור אותה – אינני רואה עדיין כל צורך עובדתי בקיומה של תאוריה כזאת.
אם נחזור לאותה גלקסיה כדורית שהזכרת, הרי אם החור השחור שבמרכזה בולע בהדרגה את הכוכבים שסביבו, אזי אולי היום גלקסיה זו כבר אינה קיימת כלל, שכן מה שאנו רואים היום הוא אור שנפלט ממנה לפני שנים רבות, לא כן?
ייתכן, אז מה? מה זה משנה אפילו אם כל הגלקסיות המרוחקות שנות אור רבות מאיתנו נכחדו? מה שקובע לגבי הוא מה שאני רואה היום וכיצד המוח שלי מבין זאת. מניין לכם הבטחון שבכל המוחות מתבצעת אותה טרנספורמציה של הגרויים הנקלטים על ידי החושים? אם בעיני נראה צבע זה כאדום, האם זוהי קביעה מוחלטת או פרשנות של המוח שלי? אין בכלל משמעות לשאלה זו, כל עוד לא אוכל ‘לצאת מתוך עצמי’ ולהתבונן על היקום מהצד. המציאות לגבי היא איך אני תופס את היקום.
אם כך, בוודאי לא נטעה אם נאמר שקיים יותר מיקום אחד, ואולי אינסוף יקומים – איש איש והיקום שלו?
בהחלט.
ברשותך נעבור לנושא אחר המהווה מקור השראה למדע בדיוני, והוא – קיומם של חיים אינטליגנטיים בעולמות אחרים. לא ניכנס לדיון בנושא החיים, אך אולי נתייחס לקיומן או אי קיומן של מערכות פלנטריות סביב כוכבי שבת אחרים, בדומה למערכת השמש שלנו. דומה שבעבר היתה ספקנות רבה יותר לגבי קיומן של מערכות פלנטריות אחרות, והיום הדבר כמעט מובן מאליו. האם נתגלו עובדות חדשות, או שמא רק הגישה האנושית השתנתה, וכמו שכדור הארץ פסק בשעתו מלהיות מרכז היקום, כך לא רואים עוד את מערכת השמש כדבר מה יחיד במינו?
ייתכן שיש כאן באמת יותר שינוי של גישה מאשר התבססות על עובדות, שכן העובדות הנסיוניות לא השתנו. אין כל תצפית שהוכיחה את קיומה של פלנטה כלשהי מחוץ למערכת השמש. יש לזכור שאילו צפינו על מערכת השמש שלנו מבחוץ, לא היינו מבחינים בכוכבי הלכת, ואפילו לא בגדול שבהם – הצדק, שהמסה שלו היא 1/300 ממסת השמש! היינו רואים את השמש בלבד. אלא מה? על פי התאוריות האחרונות בדבר היווצרותם של כוכבים, היווצרותה של מערכת פלנטרית מהווה חלק בלתי נפרד מתהליך היווצרותו של כוכב. הנחה זאת מבוססת בעיקר על חוק שימור התנע הזוויתי (שהוא מכפלת המסה במהירות ההיקפית וברדיוס הסיבוב). לענן הגאז הראשוני שממנו נוצר כוכב יש תנע זוויתי מסויים, החייב להישאר קבוע – כלומר ככל שהענן מתכווץ והופך לכוכב – הרדיוס קטן והמהירות ההיקפית הולכת וגדלה. לבסוף מגיע הכוכב למצב בו סיבובו מהיר כל כך עד שאינו יכול להתכווץ עוד (בגלל הכוחות הצנטריפוגליים הגדולים). אולם התנע הזוויתי חייב להישמר, והדבר יכול להיפתר בנקל על ידי היווצרותם של כוכבי לכת שבהם ישנו התנע הזוויתי ‘העודף.’ שימו לב שבמערכת השמש שלנו נמצאים בכוכב הלכת צדק כ־ 90% מהתנע הזוויתי של כל המערכת, וזאת עקב מסתו הגדולה של הצדק ורדיוס הסיבוב הגדול שלו. אך עם כל זאת אני חוזר ומדגיש שהמדובר בהיפותזה בלבד. עד היום אין אנו יודעים כיצד בדיוק נוצר כוכב – ויש תאוריות רבות על כך. אחת התאוריות היא זו, הטוענת שהדבר מלווה בהכרח בהיווצרותן של פלנטות, ומכאן גם התאוריה בדבר הופעתם האפשרית של חיים על פני פלנטות אלה או אחרות. אך כל זה הינו עדיין בגדר היפותזה ולא עובדה נסיונית!
ולנו לא נותר אלא להודות לפרופ' שביב ולהתנחם בכך שהמד"ב, שלא כמדע, יכול להרשות לעצמו לא להמתין לאישורן הנסיוני של ההיפותזות, ואולי אפילו להתחרות בדמיונו של הטבע…
מהו פרויקט בן־יהודה?
פרויקט בן־יהודה הוא מיזם התנדבותי היוצר מהדורות אלקטרוניות של נכסי הספרות העברית. הפרויקט, שהוקם ב־1999, מנגיש לציבור – חינם וללא פרסומות – יצירות שעליהן פקעו הזכויות זה כבר, או שעבורן ניתנה רשות פרסום, ובונה ספרייה דיגיטלית של יצירה עברית לסוגיה: פרוזה, שירה, מאמרים ומסות, מְשלים, זכרונות ומכתבים, עיון, תרגום, ומילונים.