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.