אתמול התבשרנו כי שלושה פיזיקאים, סרג׳יו פררה, דניאל פרידמן ופטר פון נויוונהויזן יחלקו ביניהם את פרס ״פריצת הדרך״ בפיזיקה [1] (Breakthrough prize) על סך שלושה מליון דולר בעבור המאמר החלוצי החשוב שלהם משנת 1976 שבו הם גילו את תיאוריית הסופרגרביטציה (סופר־כבידה) [2]. בפוסט זה נספר לכם על התפתחותה.

לפני כ־350 שנה ניסח המדען האנגלי אייזק ניוטון את חוק הכבידה (גרביטציה) האוניברסלי המתאר כיצד גופים נמשכים זה לזה. התאוריה של ניוטון סיפקה תיאור מצוין של כוחות הכבידה על פני כדור הארץ ובמערכת השמש, אולם בראשית המאה ה־20 פירסם הפיזיקאי אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית, אשר סיפקה תיאור מדויק יותר של כוחות הכבידה בטבע.

במחצית השנייה של המאה ה־20, לאחר התפתחותה של תאוריית הקוונטים, החלו פיזיקאים – הראשון ביניהם היה ברייס דה וויט  – לחשוד שלא ניתן למזג את התאוריה של איינשטיין עם תאוריית הקוונטים. כאשר נעשו חישובים מדוקדקים המשלבים את עקרונות תאוריית הקוונטים עם התאוריה של איינשטיין, התקבלו תוצאות אבסורדיות – במקום לקבל מספרים סופיים התקבלו אינסופים [3]. בעיית האינסופיים מופיעה כשמנסים לחשב מה קורה לכוח הכבידה במרחקים קצרצרים. כיום סבורים פיזיקאים רבים שהתאוריה שפיתח איינשטיין טובה כאשר עושים חישובים עבור מרחקים שאינם קצרצרים, אולם אינה יעילה כאשר מנסים לחשב כוחות בין חלקיקים במרחק קצרצר הנקרא מרחק פלאנק (כ־10⁻³⁵ מטר). לפיכך תורתו של איינשטיין אינה מושלמת ואינה עונה על השאלה מהו כוח הכבידה בין שני גופים במרחק פלאנק ובמרחקים הקצרים ממנו. 

בראשית שנות השבעים של המאה ה־20 פותחה תיאוריה חדשה בפיזיקה הנקראת ״סופרסימטריה״, עליה כתבנו מספר מאמרים [4]. לתאוריית הסופרסימטריה תכונה מעניינת מאוד: התאוריה מרככת ולעתים אף פותרת את בעיית האינסופים שהזכרנו קודם. המדענים פררה, פרידמן ופון נויוונהויזן החליטו לשלב את תאורית הסופרסימטריה עם תורת הכבידה של איינשטיין. הם יצרו תאורייה חדשה הנקראת ״סופר - כבידה״. תאוריה זאת אמורה להחליף את תורתו של איינשטיין כתורה יסודית של הטבע והיא עוררה עניין רב והתרגשות בקרב פיזיקאים.

הציפייה היתה שתיאוריית הסופר -כבידה תפתור את בעיית מיזוג הכבידה עם עקרונות תאוריית הקוונטים ושבעזרתה ניתן יהיה לחשב כוחות כבידה עד למרחק קצרצר כאוות נפשנו. לתאוריה מספר תחזיות, ביניהן קיומם של חלקיקים נוספים אשר טרם נצפו.

במהלך שנות השמונים הסתבר שתאוריית הסופר -כבידה ככל הנראה אינה תאוריה יסודית ושהיא סובלת מבעיות משלה. אולם התברר שהיא מתקבלת מתאוריה יסודית אחרת, תורת המיתרים, עליה כתבנו סדרה שלמה [5].

תאוריית הסופר -כבידה היא תאוריה מעניינת ויפה, בעלת מספר שימושים מפתיעים בפיזיקה תאורטית. בפרט, ניתן להיעזר בה עבור חישובים קשים בתאוריה המתארת את הכוח החזק [6].

נסיים מאמר זה בברכות לשלושת המדענים על ההישג המדעי הכביר ועל הזכייה בפרס היוקרתי.

עדי ארמוני הוא פרופסור לפיזיקה תאורטית.

[1] על הזכייה

[2] סופר כבידה

[3] כבידה קוונטית

[4] סופרסימטריה

[5] תאוריית המיתרים

[6] הולוגרפיה