הגדול ביותר והקטן ביותר

טלסקופ החלל האבל

אחרי כעשרים שנות פעילות נמרצת, בגובה של כ- 600 קילומטרים מעל פני כדור הארץ, טלסקופ החלל על שם אדווין האבל (Hubble) נכנס למשימתו האחרונה. הטלסקופ שודרג בפעם האחרונה בחודש מאי 2009, עם מכשירים מתקדמים יותר, ולקראת 2015 תופסק פעילותו. כיסוי העינית ייסגר והטלסקופ יישלח למסלול נפילה ספירלי סביב כדור הארץ. בסופו של דבר הוא יחדור לאטמוספרה ויישרף כמעט כליל. נווטי הטלסקופ ידאגו לכוון את מסלולו כך ששרידיו יפלו היישר לים, ולא על ראשיהם של ערים ובני אדם.

כיום משוטטים בחלל כמה טלסקופים מתקדמים, אבל המפורסם מכולם הוא – בלי ספק – האבל. הוא היה ונשאר הראשון בתחום זה, והוא היה זה שהראה לנו את מעמקי החלל כמו ששום טלסקופ לא הצליח עד תקופתו. כל הטלסקופים שנוצרו לפני האבל היו מרותקים לקרקע, לעד כפופים לחוקי האוויר והאטמוספרה. בזכותו של האבל הגענו להבנות מדהימות אודות היקום שבו אנו חיים, ואפילו הצלחנו לגלות כוכבי-לכת סביב כוכבים במקומות רחוקים.

השלב הבא יאפשר לנו לראות עמוק יותר לתוך המרחב והזמן, להבין טוב יותר את ראשית היקום ולאתר כוכבי-לכת בצורה מדויקת יותר. במקומו של האבל יגיע טלסקופ חלל חדש – טלסקופ החלל ג`יימס ווב (Webb). בניגוד להאבל, טלסקופ ווב יהיה בעל מצלמות רגישות לחום (אינפרה אדום), והוא ימוקם – לא במסלול סביב כדור הארץ – אלא במרחק של 1.5 מיליון קילומטר, מכיוון השמש והלאה (דרך כדור הארץ). שם נמצאת נקודת לגראנז` L2, שהיא נקודת שיווי משקל אחת מתוך חמש במערכת ארץ-שמש. המיקום הזה, נטול כוחות הכבידה, יאפשר לווב לצלם את החלל באיכות שלא נראתה עד כה.

עלותו של טלסקופ ווב תגיע לכדי 2.5 מיליארד דולר, והוא יהיה מוכן בסביבות 2011 עד 2013. המראה של טלסקופ ווב תגיע לרוחב של 6.5 מטרים (לעומת 2.4 מטרים בהאבל), והוא יכלול מכשירים רגישים יותר בהשוואה לכל טלסקופ אחר. טלסקופ ווב יוכל לראות את הפוטונים החלשים ביותר שהשתחררו ביקום לפני מיליארדי שנים, מהגופים המאירים הראשונים שנוצרו ביקום. ומי יודע, אולי הוא אפילו יוכל לראות את האור הבראשיתי עצמו, שנוצר 300,000 שנים אחרי המפץ הגדול. במובן זה, טלסקופ ווב יהיה האחרון שיוכל לראות למרחקים שכאלה, שכן מעבר להם לא יימצאו שום גופים מאירים. מעבר להם היקום חשוך.

בדיוק כפי שהפיזיקה של הקטן ביותר (פיזיקת החלקיקים) משתמשת במאיצים כדי לבחון את מרכיבי החומר, כך הפיזיקה של הגדול ביותר (אסטרופיזיקה / קוסמולוגיה) משתמשת בטלסקופים כדי לבחון את מעמקי היקום. אבל יש מקום אחד שבו שני סוגי הפיזיקה הללו נפגשים; היכן שהגדול ביותר הופך להיות הקטן ביותר – ברגע הבריאה, במפץ הגדול (וכן גם בחורים שחורים). במובן זה, מאיץ החלקיקים החדש LHC, וטלסקופי החלל האבל וג`יימס ווב אחריו, הם הדלת שדרכה נוכל לעבור להבנה משופרת וחדשה של היקום.

מאיץ החלקיקים LHC
מאיץ חלקיקים הוא בעצם צינור ארוך בצורת עיגול, המאיץ חלקיקים תת-אטומיים למהירויות גבוהות וגורם להם להתנגש. ככל שאנרגיית ההתנגשות גבוהה יותר, כך ניתן לחקור את ים החלקיקים והאנרגיות שנוצרים בהתנגשות. אפשר לקרוא למאיץ מיקרוסקופ, אבל כזה הדורש את השמדת החומר שבו הוא נותן מבט. עד לא מזמן, המאיץ הגדול ביותר (במובנים של אנרגיה) היה הטווטרון (Tevatron) במעבדות פרמי, בשיקגו, שכמעט הגיע לאנרגיה של אלף מיליארד אלקטרון-וולט (למשל: המאסה/אנרגיה של האלקטרון היא חצי מיליון eV, ושל הפרוטון יותר מ-900 מיליון eV). מאיץ LHC – Large Hadron Collider, במעבדות CERN בשווייץ, הגיע לעוצמה של 1.18 טרה אלקטרון-וולט (TeV) בתחילת דצמבר 2009, וזו רק שביעית מיכולתו המלאה (14 TeV). כדי לגלות חלקיקים חדשים, המאיץ החדש צריך להגיע לפחות ל-3.5 TeV.

מאיץ LHC עורר סערה גדולה בסוף 2008, כאשר הציבור נתקף פניקה באשר לאפשרות שהוא עלול ליצור חורים שחורים שיבלעו את כדור הארץ. אז רק כדי לסבר את העין ואת האוזן – גם אם ייווצרו חורים שחורים, הם יהיו קטנים מאוד (קטנים פי 10,000, בערך, מקוטר הפרוטון). הם לא יוכלו לבלוע חומר רב כדי להתרחב, ובנוסף לכך – הם אמורים להתאדות תוך מיליארדיות השנייה באפקט הנקרא "קרינת הוקינג-בקנשטיין". בנוסף, האטמוספרה של כדור הארץ מופצצת באופן קבוע על ידי קרינה קוסמית, שחלק לא קטן ממנה דוהר אלינו בעוצמה גדולה הרבה יותר מאשר מעוצמת LHC. עד היום לא התגלו שום עדויות לכך שההתנגשויות הללו יצרו חורים שחורים שנעים לעברנו. החורים השחורים הזעירים של LHC יהיו מסוכנים רק אם הם יציבים, ורוב הפיזיקאים חושבים ההפך מכך.

דברים נוספים שמאיץ LHC מיועד לגלות קשורים ישירות לפיזיקת החלקיקים: גילויו של חלקיק תיאורטי הנקרא "בוזון היגס" (Higgs), הנותן לכל שאר החלקיקים את המאסה שלהם (וכנראה נתגלה ביולי 2012); גילוי ראיות לתיאוריות המיתרים והסופר-סימטריה; שחזור הרגעים הראשונים של המפץ הגדול; גילוי חלקיקים חדשים ועצמים אקזוטיים (כמו מיני חורים שחורים) ועוד.

כמה זה עולה לנו
השאלה הזו תמיד נשאלת בהקשר לניסויים מדעיים שאינם קשורים לתועלתו המיידית של האדם. מדוע צריך לבזבז מיליארדי דולרים על מאיץ חלקיקים חדש, או על טלסקופ חלל מבהיק – כשאנשים גוועים ברעב במדינות העולם השלישי?

ראשית – החקירה האנושית לא תיעצר לחלוטין, גם אם המימון יופסק. זה אומנם יעכב את ההתפתחויות בעשרות שנים, אבל בני אדם חקרו וגילו תגליות גם כשאף אחד לא שילם להם על כך. שנית – גם אם יפסיקו מרגע זה את הקצאת הכספים לניסויים מדעיים, הכסף לא יגיע לסובלים ולנזקקים (לב הטיעון, בעצם); בעלי האינטרסים ידאגו לכך. שלישית – ניסוי מדעי כמוהו כחדוות היצירה. אם נשים מחסום ליצירה האנושית, הדבר שקול להכנסת מקל בגלגלי הרוח האנושית והקדמה הטכנולוגית שלנו. רביעית – אף פעם אי אפשר לדעת מה יוליד יום. כשאיינשטיין ניסח לראשונה את חוקי הגברת האור באמצעות פליטת קרינה, אני בטוח שהיו כאלה שעיקמו את האף ושאלו מה פה התועלת. אף אחד לא היה יכול לדעת שהמחקר התיאורטי הלא-מעשי הזה בעליל, יהיה אבי-אבות הלייזר המודרני, שמשמש אותנו ברפואה ובטכנולוגיה בכלל.

ובאשר לי עצמי, עצם העובדה שהניסויים הללו חושפים את מהות היקום – מספיקה לי. אומנם אני לא חושב שהפיזיקה היא סוף-דבר בכל הנוגע למציאות, אבל היא מרתקת ומעניינת. כשאסטרונומים מגלים כוכב-לכת בעל פוטנציאל לקיום חיים מחוץ לכדור הארץ; כשפיזיקאים מנסים לראות האם אפשר ליצור חור שחור במעבדה – כל אלו הם מהות החקירה האנושית בכלל, והמדעית בפרט.