יקיר אהרונוב
אבשלום אליצור
הזמן ראה וינוס
מחידות הפיזיקה אל פלאי הנפש
Time Saw it and Fled
From Physics’ Riddles to the Wonders of Mind
חיי אדם נמדדים לא במספר נשימותיו אלא ברגעים עוצרי-הנשימה שבהם.
אלמוני
הקדמה
"זה תמיד הזמן הנכון," אמר מרטין לותר קינג, "לעשות את מה שנכון." מהו אם כן הזמן הנכון לכתוב ספר על הזמן? במקרה שלנו, זו הייתה הזמנה שקיבלו מורה ותלמידו למסע בזמן.
ראשיתו של ספר זה במאמר שהתבקשנו לכתוב לכרך היובל במלאת תשעים לפרופ' שלמה גיורא שוהם. בחייו הארוכים ורבי-העלילה של חתן השמחה שזורות כמה תהפוכות היסטוריות. הוא נולד בליטא ועלה לישראל כילד ערב השואה, התגייס כנער ל"הגנה," נלחם בשורות צה"ל ונפצע במלחמת השחרור, נפל בשבי הירדני, ואיבד את בנו הבכור במלחמת יום הכיפורים. בחייו המקצועיים זכה להיות חלוץ הקרימינולוגיה בישראל וברבות הימים להוגה-דעות רב-תחומי, עטור תהילה ופרסים. ספריו, שתורגמו לשפות רבות מספור, מותחים גשרים מרהיבים בין מדעי הרוח והטבע בהתמודדות עם שאלות-היסוד של הקיום.
לאיש זה חייבים אנו, המחברים, את היכרותנו זה עם זה. הצעיר משנינו, שטופח על ידי שוהם מנערותו, שמע הרצאה של המבוגר בחוג שאירגן שוהם לפני שנים רבות. הוא גמר בלבו להיות פיזיקאי כמוהו, ולימים עשה בהנחייתו את הדוקטורט (למרות שלא הייתה לו אפילו תעודת בגרות) ואת צעדיו הראשונים במדע. עם השנים זכה גם להביא אליו את תלמידיו לשיתופי פעולה נוספים. זוהי אפוא גם סגירת מעגל והזדמנות להודות למי שהפגיש בינינו.
מסענו זה מתקיים לאורך תחום ההשקה בין מחקר המציאות החומרית למחקר הנפש. הדיסציפלינה שלנו, הפיזיקה העיונית, היא מין "ספורט אקסטרים" של מדעי הטבע. הפיזיקאי החוקר את חוקי היקום מנסה מדי-פעם להרחיק הרבה מעבר לתחום ההתנסויות האנושי, אל מצבים קיצוניים יותר ויותר. חִשבו, לדוגמה, על גוף המואץ עד קרוב למהירות האור; חום כה עצום עד שהחומר נפרד בו לחלקיקיו: מאסה ענקית שמתמוטטת תחת הכובד של עצמה. וכן להיפך: המנות הזעירות ביותר של חומר ואנרגיה עד לרמת החלקיק הבודד; קור האפס המוחלט; או אפילו הוואקום עצמו.
האין זה טבעי שמצבי קיצון אלה יקסמו לפיזיקאי? בעזרתם נחשפים חוקי הטבע היסודיים ביותר, שאותם ניתן אחר-כך לזהות גם ביסוד המצבים הרגילים. הפיזיקאי העיוני הוא-הוא אותו "מדען מטורף" מסרטי המדע הבדיוני והקומדיות, המותח את גבולות האפשרי והמותר! תעלולים כאלה, שנעשו תחילה רק במחשבה ורק אחר-כך במעבדה, הניבו את מהפכות היחסות, הקוונטים, הכאוס והקוסמולוגיה המודרנית.
בספר זה נדבר גם אנחנו על מצבי אקסטרים כאלה ונלמד מהם דברים חדשים, ובסופו נגיע אל עוד מצב קיצון, ייחודי לא פחות, המבשר בראייתנו את המהפכה הבאה. יש בו, בעצם, פלא גדול, אבל כיוון שהוא נוכח בחיינו כל רגע, התרגלנו אל פלאיותו. הפלא הזה הוא, בפשטות, אנחנו, בני האדם, וליתר דיוק: האיבר שבאמצעותו אנחנו עדים לשאר פלאי הטבע. הוא קרוי "מוח" אבל לרוב נקשרת אליו מילה אחרת, פחות מדעית אך לא פחות מהותית: "נפש," מין תיבת פנדורה שברגע שנרים את המכסה שלה יתעופפו החוצה כמה בעיות עתיקות וקשות כמו חידת התודעה, שאלת חופש הרצון ועוד, עד שנרצה למהר ולסגור אותה חזרה. למה לא לעשות ההיפך – להיענות לאתגר ההתפתחויות האחרונות בפיזיקה, ולשוב ולהתמודד עם חידות החומר והנפש בכלים חדשים?
זו ההרפתקה אליה מזמינים אנו אתכם בספר זה, שבו שישה חלקים.
בחלק הראשון נציג בשפה פשוטה את חוקי הפיזיקה הקלאסית ונעמוד על כוחם, פשטותם ובעיקר יופיים. בחלק השני נציג את מהפכת תורת היחסות, שוב בדגש על הפשטות והיופי. בשלישי נסביר – שוב, בשפה הכי פשוטה – את תורת הקוונטים, ואת המהפכה הנוספת שחוללה בהדחת עקרונות-יסוד של קודמתה לטובת עקרונות חדשים, מוזרים מאוד אבל בעלי יופי משלהם. בחלק הרביעי נשוב אל הפילוסופיה ואל כמה בעיות מפורסמות הנובעות ממהפכות הפיזיקה המודרנית. בחמישי נציג את הפורמליזם הדו-וקטורי, גישה חדשנית בתוך תורת הקוונטים. על סמך התפתחות חדשה זו נצביע בחלק השישי על הכיוון שאליו רומזות יחד כל הבעיות לעיל בחיפוש אחר פתרון.
זה נשמע יומרני, אבל הספר הזה נועד לתת הבנה לעומק של הפיזיקה גם למי שלא למד קודם מדעים. כן, החל מהפיזיקה הקלאסית עד תורות היחסות והקוונטים ומעבר להן – הכל יוסבר כאן לעומק אבל בשפה פשוטה, בלי מתמטיקה, עם שלל דוגמאות ויזואליות. הדגש יהיה על הבנה אינטואיטיבית. התפתחות הפיזיקה תתואר בגישה היסטורית, מה שמבטיח בנוסף גם סאגה אנושית, דרמטית לפרקים. בו-בזמן הקפדנו שרמתו המדעית של הספר תהיה גבוהה, כולל חידושים עדכניים היישר מהמעבדה וממדף כתבי-העת. לאלה מכם שיבחרו להמשיך אחר-כך ללימודי פיזיקה באוניברסיטה, מובטח בן-לוויה שיצביע תמיד על היופי של חוקי הטבע, לצד הנוסחאות והתרגילים שכבודם במקומו מונח.
"הזמן משנה הכל, מלבד משהו בתוכֵנו שתמיד מופתע מן השינוי." רְאו נא אִמרה זו של תומס הארדי כהזמנה (שאף היא נגזרת מ"זמן"!) למסע כפול: הן אל פלאי המציאות הפיזית והן אל מסתרי התודעה המשקפת אותה.
את היכולת להיות מופתעים – ולהתפעם מההפתעות – נבקש לעורר בכם בעמודים הבאים.
מבוא: חומר ורוח, טרגדיה ופרדוקס
כִּי תֵּצֵא בַּדֶּרֶך אֶל אִיתָקָה
שְׁאַל כִּי תֶּאֶרַךְ דַּרְכְּךָ מְאֹד
מְלֵאָה בְּהַרְפַּתְקוֹת, מְלֵאָה בְּדַעַת.
קונסטנדינוס קוואפיס, ”איתקה“
(תרגם י. ברונובסקי)
כמו ספורטאי ההולך תחילה אחורנית לצבור תאוצה לקראת הקפיצה לגובה, יתחיל גם מסענו הרחק בעבר, בכור-מחצבתן של המדע והפילוסופיה. יוון היא מולדת האומה הראשונה שחכמיה ויתרו על המיתוס ("הברק הוא זעם האלים") לטובת הלוגוס ("הברק הוא התפרקות חשמלית בין העננים"). אומה עתיקה זו הצמיחה גאונים כמעט כמספר האיים שבהם חיה, והם הנחילו לנו שתי מתנות גדולות, אחת מעולם הרגש, הטרגדיה, והשנייה בתחום המחשבה, הפרדוקס.
מהי טרגדיה? סיפור עצוב המראה איך גם כשבני-אדם עושים את מה שנראה להם נכון, עלול לבוא עליהם אסון. הוא מלמד אותנו ענווה בפני המציאות, חמלה והבנה לנפש האחר והזר. כך גם הפרדוקס: כמה קביעות פשוטות בנושא כלשהו, הנראות הגיוניות, מובילות יחד לסתירה, המאלצת אותנו לחשוב על כל הנושא מחדש. שני הכלים האלה סייעו לתרבות ההלנית לשמור על צעירותה הרוחנית ולהפעים אותנו עד היום.
מתרבות זו, בשני איים רחוקים בארכיפלג האגאי, קמו באותו דור שנַים מאבות המדע, שהיו כנראה גם חברים. יחד הותירו לנו השניים חידה טורדת-מנוחה, שתנחה אותנו לאורך מסענו.
דמוקריטוס איש אבּדֶרַה (460-370 לפנה"ס) כונה "הפילוסוף הצוחק" בשל לגלוגו המתמיד על בני דורו, הוא התעניין בטבע הדומם וגם בתפיסה ובתודעה. הוא חיבר כתבים גם על האושר ועל האסתטיקה (תורת היופי), שאותה ייסד בניסיונותיו להבין מה גורם לנפש האדם להתפעל מדברים יפים.
המציאות סביבנו, אמר דמוקריטוס, משתנה כל הזמן, אבל ביסוד כל השינויים האלה נמצאים גופיפים קטנים לאין שיעור, שהם נצחיים ובלתי-משתנים. אַ-טוֹמוֹס (בלתי-מתפרק) הוא השם שניתן לאותו חלק הכי-קטן של החומר, ומכאן המילה אטום.
שותפם של האטומים בבריאה הוא הרׅיק, הוואקום. בתוך הרׅיק הזה האטומים מתחברים, מתנתקים ושוב נפגשים בכל מיני הרכבים. לכן, אם הצלחנו לחתוך או לשבור משהו, זה אומר שקצת רׅיק כבר היה שם בין האטומים, והאטום הוא החלק הכי קטן שבו אין רׅיק.
כך, אם כן, נוצר הגיוון האדיר של עולמנו וכל תהפוכותיו: אינספור אטומים נצחיים, פועלים בכל מיני הרכבים, בתוך ואקום נצחי. התכונות של כל עצם נובעות מתכונות האטומים המרכיבים אותו. לאטומים יש רק גודל וצורה (אולי גם משקל), ואילו תכונות כמו צבע, טעם וחוֹם נוצרות רק בהכרתנו, כתוצאה ממגע בין האטומים של העצמים לבין האטומים של אברי החושים שלנו. הנה אם כן הסבר אטומיסטי לכל תופעות החומר, הן הדומם והן החי, וכן לפעולות הנפש.
בן-דורו של דמוקריטוס חי בצדו השני של הארכיפלג היווני. היפּוֹקרַטֵס איש קוֹס (כנראה אותן שנים בדיוק, 460-370 לפנה"ס) הוא אבי הרפואה המודרנית. נראה שהשניים אף נפגשו (לפי אחת הגרסאות הוזמן הדוקטור מקוֹס על-ידי אזרחי אבּדֶרַה המודאגים כדי לברר אם הפילוסוף שלהם ששקע בדיכאון עדיין שפוי). היפוקרטס סילק מתורת הרפואה את כל הכשפים, השדים והקמיעות, והסביר את המחלות כנובעות מטעויות שעושים בני-האדם כלפי גופם. ולא רק לרפואת הגוף הניח האיש יסודות, אלא גם לפסיכיאטריה: הוא זיהה ראשון את המוח כאיבר האחראי לפעולות הנפש, בעוד קודמיו ייחסו תפקיד זה ללב. את פעולתו הבריאה של הגוף ייחס לאיזון בין ארבע נוזלים, בדומה לארבעת יסודות החומר לפי תורת קודמו אֵמפֵּדוֹקלֵס, ומכאן מונחים שהשתמרו עד ימינו כמו מֵלַנכוֹליה (מיץ מרה שחור) או פְלגמַטיות (עודף ליחה) וכך הלאה. היפוקרטס היה גם הומניסט, שעיסוקו היומיומי בחולי ובמוות עשה אותו מודע היטב לצד הטראגי של החיים. לכן ניסח גם את שבועת הרופא המפורסמת, בה נשבעים העוסקים במקצוע זה עד היום.
איור 1. היפוקרטס מבקר את דמוקריטוס. François-André Vincent , 1790.
ממרחק השנים לא קשה לראות כמה שגיאות בשני מפעלי-הענק האלה, של הפילוסוף והרופא. בדורות שחלפו מאז גילה המדע כי האטום הוא לא אַ-טוֹמוֹס אלא כן-טוֹמוֹס כי הוא מורכב מחלקיקים יותר יסודיים, שאף הם מורכבים מחלקיקים כמו הקוורקים שהם כנראה היסודיים ביותר. גם מספר סוגי האטומים אינו אינסופי, ובוודאי שהם אינם חדים או עגולים כפי שחשב דמוקריטוס. הוא הדבר בהיפוקרטס: טענתו שלכל הפרעה נפשית יש מקור גופני היא פשטנית וחוטאת למורכבות נפש האדם.
וחרף כל אלה, עדיין מפליא לראות כמה היו שני האנשים האלה מודרניים בחשיבתם. גילויו מחדש של האטום במאה התשע-עשרה (ראו בהמשך) היה בין האירועים המכריעים בהתהוות המדע המודרני. גם החשיבות שייחד דמוקריטוס לרׅיק (וואקום) כיֵשות בפני עצמה ולא רק כהיעדר של חומר, תואמת מאוד את החשיבה הפיזיקלית של ימינו, החוקרת את המרחב-זמן. ומה בנוגע לקשר בין הגוף והנפש? ברור שהוא אינו כה פשוט כפי שחשב היפוקרטס, אבל הוא קיים, והמחקר בו ממשיך להניב הפתעות ולהזמין המשך.
היוונים הציעו אם כן חזון ראשוני מרהיב: כדי להבין את המציאות הרבגונית, המסובכת והסוערת סביבנו, על שפע תמורותיה והפתעותיה, יש להכיר תחילה את מרכיבי-היסוד שלה, הנצחיים והפשוטים, ואת פעולות הגומלין ביניהם, ומכל אלה נלמד להסביר את תכונות העצמים המורכבים מהם: החומר הדומם, הגוף החי, ובסופו של דבר – גם הנפש החושבת ומרגישה.
מטבע הדברים היה הרופא קרוב לעולם הטרגדיה בשל מקצועו, ולכן נסע אל חברו לטפל במלנכוליה שפקדה אותו. כמוהו ידע הפילוסוף להעריך את כוחו של הכלי המשלים, הפרדוקס. פרגמנט קצרצר שנותר מכתבי דמוקריטוס מלמד שדווקא הוא הבחין בקושי המתעורר מתמונת העולם שהציעו הוא והיפוקרטס, בדיוק בתפר שבין עולם החומר והנפש:
השכל לחושים: לכאורה יש צבע, לכאורה מתיקות, לכאורה מרירות, אבל למעשה רק אטומים וריקנות.
החושים לשכל: שכל מסכן, האם מקווה אתה להביסנו בעוד מאתנו אתה שואל את ראיותיך? ניצחונך הוא תבוסתך.
*
למעלה מאלפיים שנה חלפו מאז ימי שני החברים האלה. ההתקדמויות שעשה המדע מאז הן אדירות. כיום ניתן, למשל, לעקוב אחרי נפילתו של אטום בודד בשפופרת ואקום ולהיווכח כי גם הוא מציית לחוק הנפילה החופשית, כלומר נופל באותה מהירות כמו אבן רגילה – המחשה יפהפייה לאחדותו של הטבע! ניתן גם לעקוב אחרי נוירון בודד במוח, כמו "נוירון מראָה" המאפשר לתינוק לחקות פעולה של אימו. האם ניתן לומר כי יש כבר בידינו תמונה מלאה ומספקת של חוקי החומר, החיים והנפש? ברור שלא. ומצד שני... כן גם כאן יש מצד שני, ולא נתיימר להיות אובייקטיביים לגביו. ספר זה בא להציע גישה חדשה להתמודדות עם שאלות אלה, וגם כמה תשובות מפתיעות.
[1] המדע גמל לרת'רפורד על אמירה זו כשהוחלט להעניק לו פרס נובל על הפיכת אטום עופרת לאטום אורניום, מה שנחשב בלתי-אפשרי עד אז. דא עקא שהפרס היה ב...כימיה. בנאום קבלת הפרס הפטיר האיש בלגלוג כי כבר חזה בכל מיני התמרות של יסוד אחד למשנהו אבל טרם ראה התמרה כזאת של פיזיקאי בכימאי.
