האם חוקי טבע הם יסודיים או שמא מקריים? מהו העקרון האנתרופי ומה תורת המיתרים מספרת לנו עליו? ומה כל  זה משליך על היקום שלנו?

כאשר אנו מתבוננים בטבע אנו צופים בתופעות שונות שלעתים נראה שהן קשורות לחוקי טבע יסודיים, אולם בבחינה מדוקדקת מתברר לנו שהן אינן כאלה. תופעה שכזו היא ליקוי חמה (ראו הדמיה בהמשך). באופן נאיבי אפשר היה לחשוב שגודלו של הירח הוא כגודלה של החמה, מאחר והירח מכסה בדיוק את השמש בעת הליקוי. דתות ותרבויות רבות עסקו במיסטיקה של ליקוי החמה וייחסו לארוע משמעויות עמוקות, אולם כיום אנו יודעים שהשמש גדולה הרבה יותר מהירח וגודלם של הירח והשמש נראה דומה לגמרי במקרה. זאת עקב גודלם ומרחקיהם של הירח והשמש מכדור-הארץ. לפיכך קיומו של ליקוי החמה איננו קשור בחוק טבע יסודי.

הדמייה של ליקוי חמה, מתוך אתר MaxPixel

כיום אנו יודעים גם שמבנה מערכת השמש, כלומר מסתה של השמש וכן מסתם ורדיוסם של כוכבי הלכת, הם ״מקריים״ ושקיימות מערכות שמש רבות. המיוחד במערכת השמש שלנו הוא שהתפתחו בה חיים. התפתחות חיים כפי שאנחנו מכירים איננה אפשרית בכל מערכת שמש.

האם קיומם חיים יכולים ללמד אותנו משהו על הטבע ובפרט על חוקי הפיזיקה? בכדי שיתפתחו חיים דרושים תנאים מיוחדים. אם תנאים אלו לא מתקיימים לא יהיו יצורים תבוניים כמונו שיוכלו לדון בחוקי הפיזיקה. העיקרון הזה, האילוץ על חוקי הטבע בכדי שיתקיימו ביקום חיים, נקרא העיקרון האַנְתרופי [1] (anthropic principle) מהמילה היוונית אנתרופו (anthropo) - אדם.

בשנת 1987 פרסם חתן פרס נובל לפיזיקה, פרופ׳ סטיבן ווינברג מאמר בו הוא העריך את ערכו של ״הקבוע הקוסמולוגי״ [3]. ה״קבוע הקוסמולוגי״, אותו הגה אלברט איינשטיין, ושעליו כתבנו בהרחבה [4] הוא ערכה של אנרגיית הריק, אנרגיה אשר קיימת בכל מקום ביקום (כתוב שורות אלו ערך ראיון עם פרופ׳ ווינברג בעבור ״מדע גדול בקטנה״ אותו ניתן לקרוא כאן [2]).

עד לכתיבת מאמרו של וויינברג סברו הפיזיקאים שערכו של הקבוע הקוסמולוגי הוא אפס, מאחר ולא נמצאה עדות אמפירית לקיומו. פיזיקאים אף ניסו להסביר מדוע ערכו של הקבוע הקוסמולוגי הוא אפס בעזרת מודלים שונים. וויינברג, מאידך, הניח שערכו של הקבוע הקוסמולוגי איננו אפס וניסה להעריך את גודלו בעזרת העיקרון האנתרופי.  בשנת 1998 נתגלה אמפירית שביקום קיימת אנרגיית ריק ושגודלה עקבי עם התחזית של וויינברג.

מהו הלקח, איפוא? האם ייתכן בעצם שלא קיימים חוקי טבע בסיסיים, אלא שאנו חיים ביקום בעל חוקי טבע מסויימים המאפשרים חיים, בדומה לכך שאין דבר מאוד מיוחד במערכת השמש שלנו פרט לכך שהיא מאפשרת קיומם של חיים?

תשובה מעניינת לשאלה זאת ניתנת במסגרת תורת המיתרים, עליה כתבנו סדרת כתבות [5]. בראשית שנות האלפיים נתברר שתורת המיתרים עשויה לתאר מספר עצום של יקומים [6], שונים ומשונים. בחלקם של יקומים אלו לא קיימות תגובות אלקטרומגנטיות. ביקומים אחרים לא קיים אלקטרון. אפילו מספר המימדים איננו זהה בכל היקומים. רק מעטי מעט מהיקומים דומים ליקום הארבעה מימדי שלנו מבחינת הרכב הכוחות, עוצמתם והחלקיקים הקיימים בהם. ניתן אף לשער שיקומים שונים אלו קיימים במציאות, אולם לא חיים בהם יצורים תבוניים אשר הוגים בחוקי הפיזיקה.

הרעיון הזה, הוא רעיון נועז הדומה למהפיכה הקופרניקית. לא רק שכדור-הארץ איננו מרכז היקום ואף איננו מהווה מקום מיוחד ביקום, למעט קיומם של החיים בו, אלא אף ייתכן שהיקום שלנו איננו מיוחד, אלא הוא יקום אחד מיני רבים. המייחד, אולי, את היקום שלנו הוא שחוקי הטבע השוררים בו מאפשרים את קיומם של החיים.

האם עלינו להסיק מכך שאין חוקי טבע בסיסים? שחוקי הפיזיקה הם מקריים? ייתכן, אולם מאחר ואנו חיים ביקום מסויים אחד, שומה עלינו לחקור את חוקי הטבע השוררים בו.

עדי ארמוני הוא פרופסור לתורת המיתרים ולמדעים לא רלוונטיים נוספים.

מקורות:

[1] על העיקרון האנתרופי

[2] ראיון עם סטיבן ווינברג

[3] המאמר על בעיית הקבוע הקוסמולוגי

[4] על הטעות המבריקה של איינשטיין

[5] על הולדת תורת המיתרים

[6] על תורת המיתרים