בפוסט הקודם גוללתי את סיפור הדרך שלי עד לאנטנת השופר הגדולה בקרואופורד היל בניו ג’רזי.

מה הקשר שלה למפץ הגדול? למה התגלית שגילו בעזרתה, לגמרי במקרה, כל כך מדהימה? והאם ישנו קשר למעשה בראשית? בכדי לענות על השאלות הללו, נצטרך לחזור כמה מאות שנים אחורה בזמן, על מנת להבין כיצד התפתחה התפיסה וההבנה האנושית את היקום.

 

מניוטון ועד איינשטיין

עד למאה השנים האחרונות ובמשך כאלפיים שנה, הדעה הרווחת בקרב הפילוסופים ובהמשך האסטרונומים באירופה הייתה, כי היקום הוא אינסופי וסטטי. אריסטו קבע כי היקום קבוע ולא משתנה, ופרט לשמש, לכוכבי הלכת ולירח, כל שאר הכוכבים קבועים במקומם ואינם זזים. באופן אינטואיטיבי זוהי מסקנה הגיונית מאוד, כיוון שלמראית עין השמים אכן נראים פחות או יותר זהים בכל לילה (למעט כוכבי הלכת שתנועתם מקומית). תפיסת עולם זו תאמה גם את המעבר למודל ההליוצנטרי של ניקולא קופרניקוס (Copernicus), לפיו כדור הארץ אינו עומד עוד במרכז העולם אלא מתנהג על פי חוקים – חוקי תנועה כפי שניסח יוהנס קפלר (Keppler) בתחילת המאה השבע עשרה (קפלר למעשה שיפר את המודל הקופרניקאי), וחוק כבידה אוניברסלי שניסח סר אייזיק ניוטון (Newton) בסוף אותה מאה בספרו המפורסם העקרונות המתמטיים של פילוסופיית הטבע. ניוטון ניסח את הבסיס של מה שיכונה העיקרון הקוסמולוגי. לפי עיקרון זה, בדומה לכך שכדור הארץ סובב את השמש בתוך חלל עצום וריק המשתרע למרחקים עצומים (זאת בשל כוח הכבידה האוניברסלי), כך מתנהגים גם ירחי צדק המסתובבים סביבו, כך מתנהג הירח סביב כדור הארץ, כך מתנהגים כל הגופים במערכת השמש ולמעשה כל הכוכבים ביקום. לאמור: בגדול, בקנה מידה קוסמי, היקום נראה אחיד בכל מקום, נראה זהה מכל כיוון וכל הכוכבים נמצאים במעין שיווי משקל. הביטוי “נראה אחיד בכל מקום” מכונה בפיזיקה הומוגניות והביטוי “נראה זהה מכל כיוון” מכונה איזוטרופיות. כחמש שנים לאחר שניוטון מפרסם את “עקרונות”, פונה אליו איש כמורה בשם ריצ’רד בנטלי (Bentley), בשאלה (אשר תכונה בהמשך פרדוקס בנטלי) כחלק מהכנת דרשה היוצאת נגד האתאיזם. על פי ניוטון, כוח הכבידה אינו מוגבל במרחק והוא מושך כל שני גופים זה אל זה. אם כך, שאל בנטלי, אם נניח שהיקום סופי, הכוכבים היו צריכים למשוך זה את זה עד שהיו נופלים כולם לנקודה אחת והיקום היה כבר צריך לקרוס מזמן. אם לעומת זאת נניח שהיקום אינסופי, הרי שעל כל כוכב מופעל כוח אינסופי מכל הכיוונים (של אינסוף כוכבים אחרים), ושוב היקום יקרוס. ניוטון (שהיה בעצמו אדם דתי) הסכים שנקודת המוצא הינה כי היקום הינו אינסופי, אך סטטי וסימטרי לחלוטין ובשל המספר האינסופי של הכוכבים, כוחות המשיכה מבטלים אחד את השני כך שהכוח הכולל הוא אפס. עם זאת, ניוטון הבין שזהו פתרון בלתי יציב ובלתי מסתבר, ושכל תנודה תגרום ליקום כזה לקרוס, משום שהכוחות בצד אחד יגברו על אלה שניצבים מנגד. ניוטון פתר את הדיון בכך ש”דרוש נס מתמשך אשר ימנע מהשמש ומכוכבי השבת לדהור זה לקראת זה מכוח הכבידה”. במילים אחרות, ניוטון הפקיד את איזון היקום ושמירת הכוכבים במקומם בידי האל (ועל הדרך סיפק לבנטלי חומר מצוין לדרשה והוכחה לקיומו). עם כל גאוניותו, ניוטון לא העלה על דעתו לערער על הנחת היסוד שהיקום סטטי.

 

סר אייזיק ניוטון כפי שצוייר ע”י צייר הדיוקנאות גודפרי קנלר בשנת 1702  (קרדיט:  ויקיפדיה)

 

חוק הכבידה האוניברסלי של ניוטון שלט ביקום עוד שנים רבות אחרי מותו, ואיש לא ניסה לערער עליו, פשוט כי הוא היטיב לבטא באופן מדוייק למדי את כלל התופעות על כדור הארץ כמו גם את התנהגות כוכבי הלכת סביב השמש.

בשנת 1915 פרסם אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית, במרכזה עמד העיקרון של גמישות המרחב-זמן. איינשטיין גרס כי המרחב והזמן קשורים האחד בשני וקיומו של גוף מסיבי (כגון כוכב) במרחב-זמן, מייצר שדה כבידה המעוות ומשנה את עקמומיות המרחב (והזמן). מקובל להמחיש את העניין באמצעות כדור כבד המונח על משטח גומי של טרמפולינה וגורם לגומי לשקוע ולהימתח. אם יוכנס כדור טניס קטן לקצה הטרמפולינה, הוא יתחיל להסתובב סביב הכדור הכבד במרכז וייפול למרכז הטרמפולינה. באופן דומה, השמש שלנו, בשל מסתה האדירה מעקמת את המרחב-זמן וכתוצאה מכך כדור הארץ יחד עם שאר כוכבי הלכת מסתובבים סביבה בשל “השקע העמוק” שמייצרת מסת השמש במרחב-זמן. גם כדור הארץ, בשל מסתו הגדולה מעקם את המרחב-זמן, באופן צנוע יותר מהשמש, אך מספיק כדי לגרום לירח להסתובב סביבו.

 

אנימציה להמחשת עיוות המרחב-הזמן שמייצרת השמש בשל מסתה העצומה

 

במה עדיפה תורת היחסות הכללית של איינשטיין על תורת הכבידה של ניוטון? הרי תורת הכבידה של ניוטון הייתה כבר בשימוש כמאתיים שנה וידעה לחזות בהצלחה תופעות פיזיקליות, החל מנפילת תפוחי עץ על הראש ועד לסיבוב הארץ סביב השמש (מקובל כיום כי סיפור נפילת התפוח על ראשו של ניוטון הוא אגדה וניוטון לכל היותר דמיין פעם תפוח נופל כחלק ממחשבותיו בגיבוש חוק הכבידה). ובכן, האפקטים של תורת היחסות באים לידי ביטוי במערכות בעלות מסה גדולה ומשיכה גרביטציונית גבוהה מאוד ולכן טבעי שבמצבי קיצון כאלו, תהיה עדיפות לתורת היחסות. מקרה כזה אכן נמצא. כבר באמצע המאה התשע עשרה גילה האסטרונום הצרפתי אורבן לה ורייה (le Verrier) אנומליה במסלולו האליפטי של כוכב חמה (מרקורי) סביב השמש. לה ורייה הבחין שהמסלול עצמו, במקום להיות קבוע, מסתובב אף הוא סביב השמש. גם לאחר שלקח בחשבון את השפעות כלל כוכבי הלכת, לא ניתן היה להסביר את מלוא הסטייה.

 

נקיפה (פרסצייה) במסלולו של כוכב חמה סביב השמש. ניתן לראות שהמסלול האליפטי עצמו מעתיק את מקומו ביחס לשמש. (קרדיט: NYT)

 

האסטרונומים הניחו שנוסחת הכבידה של ניוטון נכונה, ושסיבת הפער נעוצה בוודאי בכך שקיימת חגורת אסטרואידים נסתרת, ירח או כוכב לכת לא ידועים שלא הובאו בחשבון. איינשטיין ידע שמקור האנומליה אינו בגלל אף כוכב לכת נסתר, אלא בגלל אפקטים יחסותיים שלא הובאו בחשבון בחישוב הקלאסי על פי תורת הכבידה של ניוטון. במצב של קרבה כה גדולה לשמש המאסיבית, יש לאפקטים אלו השפעה שמביאה לסחיפה במסלול כוכב הלכת, ואכן תורת היחסות יישבה את האנומליה.

בדומה לבנטלי שבחן את השפעת חוק הכבידה של ניוטון על היקום כולו, גם איינשטיין החיל את משוואות תורת היחסות הכללית שלו על היקום בכללותו והגיע למסקנה מפתיעה. נוסחת הכבידה של איינשטיין הראתה שכל גוף ביקום נמשך לכל גוף אחר בקנה מידה קוסמי שיוביל בסופו של דבר לקריסת היקום, אולם בניגוד לניוטון, איינשטיין חיפש פתרון מדעי ליישוב הפרדוקס ולא הסכים להקצות לאלו-הים תפקיד פעיל באיזון הכבידה ביקום. איינשטיין הכניס למשוואותיו קבוע (כלומר תיקון) ש”יציל את היקום מקריסה” – הקבוע הקוסמולוגי. איינשטיין שנא את הקבוע הקוסמולוגי וטען שהוא מכוער עד כדי כך שהוא הורס את היופי והפשטות של המשוואה (לימים אף יכריז עליו איינשטיין כשגיאה הגדולה ביותר בחייו). מכל מקום, באותה העת איינשטיין סבר שזו הדרך היחידה לקבל יקום יציב ונצחי, מבלי שהיה לו מושג מה טיבו של קבוע זה ומה ביטויו הממשי במציאות. גם איינשטיין, עם כל גאוניותו לא היה בשל, עדיין, לזנוח את תפיסת היקום הסטטי ועל הדרך לוותר על הקבוע הקוסמולוגי המכוער.

אלברט איינשטיין בשנת 1947  (קרדיט:  ויקיפדיה)

 

מיקום סטטי ליקום דינמי

לאחר פרסום תורת היחסות הכללית, מתמטיקאי רוסי בשם אלכסנדר פרידמן (Friedmann) ופיסיקאי וכומר קתולי מבלגיה בשם ג’ורג’ למטר (Lemaitre) החלו לחקור את משוואותיה. בשונה מאיינשטיין ומשאר האסטרונומים, פרידמן ולמטר לא הסכימו לקבל את הקבוע הקוסמולוגי. בשנת 1922 פרסם פרידמן בכתב עת מדעי מאמר בשם “על עקמומיות המרחב”. במאמרו טען פרידמן שאפשר לוותר על הקבוע הקוסמולוגי במשוואת איינשטיין (המכונה גם משוואת השדה) ועדיין להימנע מקריסה של היקום לתוך עצמו אם רק מניחים שהיקום התחיל ממצב של התרחבות, כך שיש לו תנע שאיתו הוא יכול “להיאבק” נגד משיכת הכבידה. איינשטיין שלא אהב את המאמר, כתב מכתב תלונה לכתב העת בטענה שהתוצאות של עבודתו של פרידמן נראות חשודות ואינן תואמות את משוואת תורת היחסות. גם לאחר שפרידמן התעקש, איינשטיין אמנם התרצה והודה שהמתמטיקה של פרידמן נכונה, אך טען כי אינה מייצגת באמת את המציאות, שהיא כאמור יקום סטטי. גם למטר החל בשנת 1925 לפתח מודל קוסמולוגי על בסיס משוואות תורת היחסות והגיע למסקנה שאין צורך בקבוע הקוסמולוגי על בסיס ההנחה כי היקום מתפשט. למטר שבניגוד לפרידמן היה גם פיסיקאי וגם אדם דתי הלך צעד אחד נוסף. הוא בדק את ההשלכות של יקום מתפשט, והגיע למסקנה שאם הוא מתפשט כעת, הרי שבעבר הוא היה קטן יותר. על פי ההיגיון, אם נלך אחורה בזמן עוד ועוד, נגיע למצב בו היקום היה בנקודה אחת התחלתית אותה כינה למטר האטום הקדמוני. התאוריה של למטר הייתה אמורה לחולל מהפכה בעולם הקוסמולוגיה כיוון שהיא גם הציגה הסבר אלגנטי למשוואות איינשטיין ללא הקבוע הקוסמולוגי, גם הפכה את היקום מסטטי ונצחי לדינמי ובעל התחלה והשתמע ממנה למעשה רגע של בריאה. רגע בריאה זה יכונה בהמשך “המפץ הגדול” (The Big Bang) על ידי פרד הויל, ממתנגדיה הראשיים של התאוריה. כמה אירוני שהקופירייטר של המפץ הגדול היה גדול מתנגדיו. המהפכה שהייתה אם כן אמורה להתחולל לא קרתה. לפחות לא מיד. למטר קיבל מאיינשטיין כתף קרה וזכה להתעלמות מהקהילייה המדעית (בדומה למנת חלקו של פרידמן) שהלכה באופן טבעי אחרי איינשטיין, בכיר הקוסמולוגים בעולם. למטר גם נתפס כאאוטסיידר ועצם היותו איש דת שהתהלך עם צווארון כמרים, העלה חשד שלפיזיקה שלו יש “ניחוח דתי” שהותאמה לתפיסת עולם בריאתנית. היה חסר עוד חלק בפאזל על מנת שהממסד המדעי יבשיל לחולל את המהפך, יזנח את מודל היקום הסטטי ויקבל את תאוריית המפץ הגדול.

 

ג’ורג’ למטר  (קרדיט:  ויקיפדיה)

בשנת 1912 בחן אסטרונום אמריקאי בשם וסטו סליפר (Slipher) את האור הנפלט ממספר גלקסיות ומצא שהאור שלהן מוסח לאדום. הסחה לאדום היא תופעה פיזיקלית המתארת מצב בו תדר האור (המתבטא באור נראה בצבע שלו) הנמדד על ידי צופה, נמוך יותר מהתדר שהיה לאור כאשר נפלט על ידי המקור. לרוב תופעה זו מתרחשת כאשר מקור האור מתרחק במהירות מהצופה. תופעה זו נקראת אפקט דופלר (על שם המתמטיקאי האוסטרי כריסטיאן אנדראס דופלר שחזה בה לראשונה בשנת 1842 בגלי קול). דוגמה יומיומית להיווצרות אפקט דופלר היא כאשר כלי רכב המשמיע צליל (רעש מנוע או סירנה) נע יחסית לצופה העומד בצד הכביש. הצליל שנשמע לאוזני הצופה גבוה מהצליל האמיתי כשהרכב מתקרב, ונמוך מהצליל האמיתי כשהוא מתרחק.

 

הדגמה של אפקט דופלר על תדר הקול הבוקע ממכונית מתקרבת ומתרחקת מהשומע  (קרדיט: ויקיפדיה)

 

המשמעות של ממצאיו של וסטו סליפר הינה כי הגלקסיות מתרחקות מאיתנו במהירות עצומה, לעיתים אלפי קילומטרים בשנייה. בשנת 1929 חזר ואימת האסטרונום אדווין האבל (Hubble) את אותה התופעה בתצפיותיו ממצפה הכוכבים בהר וילסון בקליפורניה. האבל אף התחיל לחפש קשר בין מהירותן למרחקן של הגלקסיות מאיתנו, ועד מהרה מצא קשר ברור, שזכה לשם חוק האבל: ככל שגלקסיה מרוחקת יותר מאיתנו, כך מהירותה גבוהה יותר. לגילוי של האבל היו שתי השלכות מדעיות שטלטלו את עולם האסטרונומיה: הראשונה – אם הגלקסיות ממשיכות להתרחק במהירות זו מזו, פירוש הדבר שהיקום אינו סטטי, אלא מתרחב והולך, כמו בלון מתנפח. השנייה – אם יש קשר כה הדוק בין המהירות למרחק, פירוש הדבר כי בנקודה מסוימת בעבר, נמצאו כל הגלקסיות באותו המקום. האבל חישב בעצמו את היחס בין מהירות הגלקסיות למרחקן מאיתנו, יחס שנקרא בהמשך על שמו – קבוע האבל, אולם בשל שגיאה בכיול המרחקים הוא חישב את גיל היקום (המצב בו כל היקום היה נקודה אחת) והעריך אותו בכ- 1.8 מיליארד שנים (במקום כ- 13.8 מיליארד שנה, המספר המקובל כיום).

 

אדווין האבל בשנת 1931  (קרדיט:  ויקיפדיה)

 

ההתאמה בין עבודת תצפיותיו של האבל לבין התאוריה של למטר תאמו אחת את השנייה, ועד מהרה סר ארתור אדינגטון (Eddington), מבכירי האסטרונומים באותה התקופה, ומי שהוכיח את תורת היחסות הכללית, אימץ את תאוריית המפץ הגדול והפנה את תשומת ליבו של איינשטיין שוב לעבודתו של למטר. ב- 1931 הכריז איינשטיין כי שגה וכי היקום אינו סטטי, אלא מתפשט ודינמי וכי אין עוד צורך בקבוע הקוסמולוגי.

 

סינתזה של חלקיקים וקרינה קוסמית

על פי התאוריה של למטר, האטום הקדמוני, הנקודה בה התחיל היקום, הכילה את כל המסה והאנרגיה שלו טרם התפשטותו בלחץ אדיר וטמפרטורה עצומה. במהלך שנות הארבעים ג’ורג’ גאמוב (Gamow), פיזיקאי וקוסמולוג רוסי שערק לארצות הברית החל בפרויקט שנקרא מאוחר יותר נוקליאוסינטזה של המפץ הגדול. במסגרת מחקרו, ניסה גאמוב להסביר את היווצרות היסודות (מימן, הליום וכן הלאה) וחלקיקי היסוד המרכיבים אותם ככל שהיקום התפשט והתקרר. בהמשך, בשנת 1948 ראלף אלפר (Alpher), פיזיקאי יהודי-אמריקאי שהיה דוקטורנט של גאמוב (פרויקט הנוקליאוסינטזה של המפץ הגדול היה עבודת הדוקטורט שלו) יחד עם רוברט הרמן (Herman), גם הוא פיזיקאי יהודי אמריקאי, החלו בעבודה משותפת בשיפור המודל המתאר את ההיסטוריה המוקדמת של היקום על פי המפץ הגדול. על פי המודל, בשברירי השניות הראשונים של המפץ הגדול נוצרו הכוחות היסודיים שאנו מכירים כיום (כבידה, אלקטרו-מגנטיות, הכוח הגרעיני החלש והכוח הגרעיני החזק). ככל שהיקום הלך והתפשט, הוא התקרר בד בבד עם יצירת חלקיקי היסוד (כמו קווארקים ואלקטרונים). כשלוש דקות לאחר המפץ הגדול, נוצרו גרעיני היסודות הקלים (מימן, הליום וליתיום) באמצעות היתוך גרעיני של פרוטונים עם נויטרונים. כעשרים דקות לאחר המפץ הגדול, היקום התקרר כך שלא התקיים עוד היתוך גרעיני, אך היקום היה עדיין בטמפרטורה של כמיליון מעלות, דבר שלא איפשר קיום של אטומים ניטרליים (אטומים במצב הבסיסי בו מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים בגרעין) מה שהביא את כל החומר ביקום למצב של פלזמה. פלזמה הינה מצב הצבירה הרביעי של החומר (שלושת מצבי הצבירה האחרים הינם מוצק, נוזל וגז) כאשר במצב זה הטמפרטורה גבוהה מאוד וגרעיני האטום הופכים כה אנרגטיים עד שאינם מסוגלים להחזיק באלקטרונים שלהם והחומר הופך לתערובת של גרעינים ואלקטרונים לא קשורים. בנוסף היקום היה מלא בפוטונים של אור שנבעו מקרינת החום העצומה שהייתה בו, אולם האור לא היה יכול לנוע בחופשיות באופן שאנו מכירים היום (כפי שקרינת השמש או קרינת אור של מנורה נעה לעברנו). כיון שהפרוטונים והאלקטרונים היו טעונים, במצב של פלזמה, האור יצר איתם אינטראקציה והתפזר במצב שמזכיר ערפל. היקום היה מרק חם ואטום של גרעיני אטומים ואלקטרונים, ממש תוהו ובוהו…

אלפר והרמן חישבו שלאחר שהיקום היה בן 380,000 שנה לערך, הטמפרטורה שלו ירדה לסביבות 3000 מעלות – נמוך מספיק כדי לאפשר לאלקטרונים להיקשר לגרעיני האטום, בתהליך הנקרא רקומבינציה ולראשונה הופיעו ביקום אטומים. היקום נעשה שקוף, ערפל הפלזמה נמוג, וקרינת האור שהייתה כלואה בו, השתחררה סופסוף ויכלה לנוע בחופשיות. ויהי אור! תאורטית, אם אדם היה חי בתקופה זו, פותח עיניים ומסתכל סביבו (בחליפת חלל כמובן, שהלוא הטמפרטורה בחוץ 3000 מעלות), הוא היה רואה סביבו אור בצבע צהוב. אלפר והרמן הסיקו שהאור שהשתחרר בעידן הרקומבינציה המשיך לנוע בחופשיות ברחבי היקום. הם חזו שגלי האור “נמתחו” יחד עם היקום המתפשט ואם בזמן הרקומבינציה האור היה באורך גל של אלפית המילימטר, מי שיצליח לגלותו כיום, ימדוד אור באורך גל של כמילימטר – זהו תחום גלי המיקרו שאינם נראים לעין האנושית.

 

 המחשה למעבר היקום ממצב פלזמה (צד שמאל) למצב של אטומים ניטרליים (צד ימין).  ברגע זה, שהתרחש לאחר כ- 380,000 שנה, אור המפץ הגדול שהיה כלוא עד אז, השתחרר והחל לנוע ביקום שהחל להסתדר באטומים והפך לראשונה לשקוף  (קרדיט:  astronomy.com)

 

בואו נחזור שוב על משמעות התחזית של אלפר והרמן. היקום צריך להיות היום מלא אור של גלי מיקרו (אלו גלים בתדר שאינו נראה לעין), שריד של המפץ הגדול, מעין תמונת תצלום של היקום בנקודת הזמן הראשונה בה הפך שקוף וניתן לצפייה, כ- 380,000 שנה לאחר המפץ הגדול. זה ללא ספק Long shot, כיוון שמי שיגלה את האור הזה שיכונה בהמשך קרינת הרקע הקוסמית (Cosmic Microwave Background Radiation), יוכיח את מודל המפץ הגדול.

נחשו איזה יחס קיבלו אלפר והרמן מהקהילה המדעית למחקר שלהם? ניחשתם נכון – יוק. התעלמות. הדבר נבע גם מהסיבה שאלפרט והרמן היו צעירים יחסית ונתפסו כחוסים בצילו של גאמוב (שלא בצדק), אך גם כי מחקרם היה מולטי דיסציפלינרי ודרש ידע בתחום נרחב של מדעים (פיזיקה גרעינית, קוסמולוגיה, קרינה וגלים) – ידע שלא היה להרבה אנשים. כתוצאה מכך, אלפר והרמן “עברו לתעשייה” – אלפר נעשה חוקר בחברת ג’נרל אלקטריק והרמן עזב למעבדות המחקר של ג’נרל מוטורס. מחקרם פחות או יותר נשכח. יידרשו עוד כעשרים שנה עד שתבוא חבורה של פיזיקאים ממעבדות בל ומאוניברסיטת פרינסטון ותוכיח את התחזית המדהימה שלהם.

 

לוויינים ואנטנות

הפיזיקאי וסופר המדע ארתור סי קלארק (Clarke) הציע בשנות הארבעים עוד בטרם החל המרוץ לכיבוש החלל, להשתמש בלוויינים לצורך תקשורת. בשנת 1958 שני מהנדסים, ג’ון פירס (Pierece) ורודולף קומפפנר (Kompfner) ממעבדות בל הציעו ניסוי לבחינת התכנות לתקשורת באמצעות אפקטי השבירה של האטמוספירה על ידי שיגור בלון לוויין. הבלון יהווה משדר פאסיבי אשר יחזיר את גלי הרדיו שישודרו אליו מאתר אחד לאתר אחר. פירס וקומפפנר האמינו שניסוי כזה יקדם את המחקר בנושא שידורים בין יבשתיים – תחום שעשוי לצמוח לשוק גדול עם פוטנציאל רב. באוקטובר של אותה שנה, הוקמה נאס”א, ולאחר שסופחה אליה מעבדת JPL של חיל האוויר האמריקאי שהחלה כבר בבניית אנטנה פרבולית שהתאימה לניסוי (האנטנה נבנתה ליד אגם גולדסטון במדבר מוהאבי שבקליפורניה עבור פרויקט פיוניר בו שוגרו גשושיות לחקר הירח), החליטו נאס”א ומעבדות בל לצאת לפרויקט משותף לשני הגופים – פרויקט אקו (Echo), שהיה למעשה פרויקט לוויינות התקשורת הראשון של הסוכנות הצעירה.
את תחנת הקרקע השנייה הוחלט להקים על ידי מעבדות בל בעיירה הולמדל בניו ג’רסי ולצורך כך נבנתה אנטנת שופר במפתח 6X6 מטרים לקליטת התשדורות מקליפורניה. האנטנה נקראת שופר, בשל צורתה והגאומטריה שלה המזכירות משפך או שופר (או צופר של פעם ולכן נקרת Horn Antenna באנגלית) והיא מצויה לרוב בשימוש ברדיו טלסקופים ותחנות לוויין, זאת בשל מאפייני ההגבר שלה ותחומי התדר שאליהם מתאימה. בסה”כ שוגרו בין השנים 1960 ל- 1964 שני בלונים (אקו 1, אקו 2) עשויים מפולאיסטר ומצופים אלומיניום בקוטר של 30-40 מטר. ב- 7 ביוני 1969 הבלון אקו 2 נכנס לאטמוספירה וסיים את חייו ואת משימתו בהצלחה. פרויקט אקו השיג את כל מטרותיו המחקריות לרבות ביצוע שיחת טלפון וממסור שידורי טלוויזיה חיים, אולם נאס”א החליטה לנטוש את תחום הלווינות הפאסיבית לטובת פיתוח לוויינים אקטיביים בדומה לאלו המוכרים לנו כיום. נראה שהאנטנה בהולמדל השלימה את ייעודה, אך עתידה עוד היה לפניה. חסרו שני האנשים הנכונים שיפנו אותה לשמיים ויגלו את מסתרי היקום הבראשיתי.

ניסוי ניפוח של בלון “אקו”  (קרדיט:  נאס”א)

 

ארנו אלן פנזיאס נולד ב- 26 באפריל 1933 במינכן שבגרמניה הנאצית. בגיל שש הוא נמלט לבריטניה במסגרת הקינדר-טרנספורט (משלוחי הצלה של ילדים יהודים וילדים נוצרים לא-ארים משטחי גרמניה הנאצית והשטחים שנכבשו על ידה לבריטניה שהתקיימו בין דצמבר 1938 לפרוץ מלחמת העולם השנייה. במבצע זה ניצלו חייהם של כ- 10,000 ילדים יהודים). מאוחר יותר הוריו הצליחו להימלט מגרמניה, וב- 1940 המשפחה היגרה לארה”ב והתיישבה ברובע ברונקס בעיר ניו יורק. ארנו סיים את לימודי התואר הראשון בפיזיקה בסיטי קולג’ ב- 1954. את התואר השני והדוקטורט בתחום אסטרונומיית הרדיו הוא השלים באוניברסיטת קולומביה. בשנת 1961 פנזיאס מתקבל למשרת מחקר במעבדות בל ולאחר שנתיים מצטרף אליו רוברט וודרו וילסון, גם הוא בוגר לימודי דוקטורט טרי מהמכון הטכנולוגי Caltech בקליפורניה. וילסון שנולד ביוסטון טקסס החליט לאחר שנת מחקר באקדמיה לזנוח אותה לטובת משרת מחקר במעבדות בל.

 

ארנו פנזיאס (משמאל) ורוברט ווילסון על רקע האנטנה בקראופורד היל  (קרדיט:  נוקיה)

 

פנזיאס ווילסון השיגו אישור ממעבדות בל להשתמש באנטנה בקראופורד היל. האנטנה עמדה שוממה לאחר סיום פרויקט אקו ופנזיאס ווילסון התכוונו לערוך סקר שמים במטרה לזהות מקורות רדיו חוץ ארציים. לטובת זאת, היה עליהם לכייל את האנטנה ולהבין את עצמת הרעש שהיא קולטת. פנזיאס ווילסון כיוונו את האנטנה לאזור שאמור היה להיות ריק מאותות רדיו, אך קלטו רעש גבוה ממה שציפו. הרעש היה בכל כיוון אליו כוונה האנטנה ובכל זמן. הם חשבו שהרעש נובע מחלקים בתוך האנטנה עצמה והחלו לשפר אותה – לנקות ולהחליף רכיבים, אך כל אלו לא עזרו. הרעש נשאר. הם לא ידעו שהם עלו על אחת התגליות הגדולות של המאה העשרים, כשהם מאזינים למעשה להד של המפץ הגדול. על אף שכזכור אלפר והרמן חזו את קרינת הרקע הקוסמית בסוף שנות ה- 40, מחקרם כאמור די נשכח ופנזיאס ווילסון לא קישרו את הרעש למפץ הגדול. בשנת 1964 הובא לידיעת פנזיאס מחקר של שני קוסמולוגים מאוניברסיטת פרינסטון – רוברט דיקי (Dicke) וג’יימס פיבלס (Peebles) אשר חזו גם הם את קרינת הרקע הקוסמי מבלי להכיר את מחקריהם של גאמוב, אלפר והרמן או את עבודתם של ווילסון ופנזיאס. פנזיאס החל להבין שהם עלו על משהו היסטרי וטילפן לדיקי. דיקי וצוות המחקר שלו בחנו את נתוניהם של ווילסון ופנזיאס ואישרו שהם גילו והוכיחו את קיומה של קרינת הרקע הקוסמית. בשנת 1965 פרסמו פנזיאס ווילסון מאמר המפרט את ממצאיהם כאשר דיקי ופיבלס פרסמו באותו כתב העת מאמר עם פרשנות של תצפיותיהם של פינזיאס ווליסון כהוכחה למפץ הגדול. בשנת 1978 הוענק לפנזיאס ווילסון פרס נובל על עבודתם.

 

ארנו פנזיאס (משמאל) מקבל את פרס הנובל לפיזיקה ממלך שבדיה בשנת 1978  (קרדיט: נוקיה)

 

עתה המדענים התפנו למדוד את קרינת הרקע בדיוק גבוה הרבה יותר תוך ציפייה שיגלו בה שינויים מזעריים באזורים שונים – דבר שיצביע על שינויי צפיפות ביקום המוקדם שיסבירו את היווצרות הגלקסיות. בשנת 1989 שיגרה נאס”א את הלוויין COBE ולאחריו עוד שני לוויינים שתיעדו וחקרו בדיוק רב וברזולוציה גדלה והולכת את קרינת הרקע הקוסמית. מחקר קרינת הרקע הקוסמית בעשורים האחרונים לימד את החוקרים עוד דברים רבים על דרך היווצרות היקום, ואולי נרחיב על כך בהמשך ברשימה נפרדת.

 

מיפוי של קרינת הרקע הקוסמית בהפרדה גבוהה שהתקבל מהלוויין פלאנק ששוגר ב- 2009  (קרדיט: ESA)

 

אפילוג

כאדם מאמין, אי אפשר לכתוב פוסט על המפץ הגדול מבלי להתייחס לנושא הדתי. למרות שהדת והמדע הם לכאורה שני נושאים מקבילים, יש ביניהם לא מעט נקודות השקה, וזו אחת מהן. אם המקרא, ובעקבותיו חכמי המשנה והתלמוד, הפרשנים וחכמי הקבלה מציגים תיאור מסוים, והמדע מפתח תאוריה שונה לכאורה, צריך ליישב את הסתירה ביניהם, בפרט כאשר נראה שהפער ביניהם כל גדול עד כי אינו ניתן לגישור. זה לא שהמדע זקוק לאישור הדת או אנשי הדת, והדת אף היא לא זקוקה לאישור המדענים, בעיקר כיוון שלכל אחד מהם ייעוד ומטרות שונים. יחד עם זאת, אדם אשר מאמין באלו-הים ומאמין במדע (כלומר ברוח האדם), טבעי שיחפש אחר הסבר שיצליח לגרום לדת ולמדע לדור בקרבו בכפיפה אחת.

על השאלה כיצד גיל העולם לפי המסורת מתיישב עם גיל היקום לפי המדע כבר נכתבו לא מעט הסברים, כאשר מרביתם מיישבים את הסתירה בכך שיום על פי ספר בראשית אינו באמת דומה ליום שאנו מונים כיום (יממה) שאורכו כעשרים וארבע שעות. בכלל, יום או יממה כמו גם שנה, או חודש הם מושגים מאוד “ארציים” (למשל, יממה על מרקורי אורכת כ- 1407 שעות ארציות, ושנה על מאדים היא 687 יממות ארציות) ולמרות הדמיון הסמנטי, ברור ש- “ויהי ערב ויהי בוקר יום אחד” זו רק המשגה באמצעות המושגים הארציים שלנו למשהו נשגב הרבה יותר. אני מבקש לעמוד על המשמעות של קרינת הרקע הקוסמית. בעצם, כל היקום טובל בה. היא קיימת בכל היקום וכמובן אינה נראית כיום בעין האנושית (היא אינה בתדר האור הנראה והיא חלשה בעוצמתה). מי שמכיר את האנטנות של מכשירי הטלוויזיה מלפני 30 שנה, טרם עידן הכבלים והלוויין, יזכור בוודאי את מסך ה”שלג” כאשר לא הייתה קליטה בערוץ מסוים. ה”שלג” הזה הוא למעשה רעש, וכמה אחוזים ממנו – מקורם בקרינת הרקע הקוסמי שנקלטה באנטנות הללו.

 

רעש סטטי במקלטי טלוויזיה. מקורו של חלק קטן מרעש זה הינו בקרינת הרקע הקוסמית

 

אני מבקש להציע שאולי קרינת הרקע הקוסמית, שכאמור השתחררה כשהיקום היה בן כ- 380,000 שנה (ואז הייתה באור נראה) – יתכן שעליה נאמר שהייתה אור בראשית שנגנז לעתיד לבוא – מדרש שמגיע בווריאציות רבות במקורות שונים:

כך למשל בזוהר (ב׳:קמ״ח ב:ח׳): “אָמַר רַבִּי יוֹסִי, הַהוּא אוֹר אִתְגְּנִיז וְאִיהוּ אִזְדָּמַן לְגַבֵּי צַדִיקַיָּא לְעָלְמָא דְּאָתֵי.” (בתרגום לעברית: אמר רבי יוסי: ההוא אור [אור בראשית] נגנז והזדמן לצדיקים לעולם הבא).

בתלמוד הבבלי (מסכת חגיגה, י”ב.): “אָמַר רַבִּי אֶלְעָזָר: אוֹר שֶׁבָּרָא הַקָּדוֹשׁ בָּרוּךְ הוּא בְּיוֹם רִאשׁוֹן, אָדָם צוֹפֶה בּוֹ מִסּוֹף הָעוֹלָם וְעַד סוֹפוֹ. כֵּיוָן שֶׁנִּסְתַּכֵּל הַקָּדוֹשׁ בָּרוּךְ הוּא בְּדוֹר הַמַּבּוּל וּבְדוֹר הַפְּלַגָּה וְרָאָה שֶׁמַּעֲשֵׂיהֶם מְקוּלְקָלִים — עָמַד וּגְנָזוֹ מֵהֶן.”

בראשית רבה (ג,ו): “תְּנִי אוֹרָה שֶׁנִּבְרֵאת בְּשֵׁשֶׁת יְמֵי בְרֵאשִׁית, לְהָאִיר בַּיּוֹם אֵינָה יְכוֹלָה, שֶׁהִיא מַכְּהָהּ גַּלְגַּל הַחַמָּה, וּבַלַּיְלָה אֵינָה יְכוֹלָה, שֶׁלֹא נִבְרֵאת לְהָאִיר אֶלָּא בַּיּוֹם, וְהֵיכָן הִיא, נִגְנְזָה…”

וכך מופיע בעוד מדרשים ופרשנים. כולם הבינו שקיים אור כלשהו מראשית הבריאה שנגנז ונעלם. יתכן שזהו אור קרינת הרקע הקוסמית שהשתחרר לאחר שהיקום היה תוהו ובוהו (פלזמה של חלקיקים) ואטום למעבר אור. לאחר שנוצר החומר הראשון ביקום (אטומי המימן, היסוד הבסיסי והנפוץ ביקום שבעקבות תהליכים נוספים יביא אף ליצירת כוכבים שיביאו ליצירת יסודות נוספים ביקום), האור השתחרר (ויהי אור) ועם הזמן והתרחבות היקום, אור זה התעמעם ונעלם (נגנז) והיקום הפך לחשוך, כאשר רק האור מהכוכבים (כמו השמש שלנו) שולט ביקום. אור קרינת הרקע הינו שריד, כעין תמונת סטילס של ערש היקום שהיה בן 380,000 שנה בלבד וניתן לצפות באמצעותו מסוף העולם ועד סופו (הכוונה עד לקצהו השני, בתחילת דרכו) כלומר להבין את תהליכי היווצרות היקום באמצעות מפת הקרינה הקוסמית. האם הסבר זה מסתדר עם הכתובים? יתכן. ויתכן שלא. התשובה לדעתי כבר אינה משנה. מה שמשנה הוא שעל גבעה כלשהי בארץ כלשהי קיים מתקן, פרי יצירתו של האדם שבאמצעותו הוא הצליח לראשונה בתולדותיו לשמוע את הד בריאת היקום, לחזור במובן מסויים אחורה בזמן ולהבין במשהו את מחשבותיו של הבורא. זהו רגע גדול (ולא מוערך מספיק) בהיסטוריה, וההליכה בשבילים בהם פסעו וילסון ופנזיאס ניצול השואה בדרך לאותו תגלית היסטורית לפני כשישים שנה, הייתה רגע מרגש מאוד.

 

אני על רקע האנטנה בהולמדל

 

 

---