החומר האפל – מסע חיפושים בחלל ובזמן

ראשיתו של החיפוש אחר ה"חומר האפל", בחישובים ובנתונים תצפיתיים מסוף שנות ה-70, שהובילו למסקנה מדהימה, לפיה אנו רואים כיום רק חלק זעיר מאוד מהחומר ביקום. ההערכה היתה שאנו רואים רק בין 1 ל-10 אחוזים בלבד! מבחינה מדעית זו מסקנה כמעט בלתי נסבלת. הדבר משול למדען הבוחן וחוקר בשקידה, במשך כל חייו, את היקום, על כוכבי הלכת, השמשות, כוכבי השביט, האסטרואידים, הגלקסיות ושאר גורמי השמיים, עד שמתחוור לו לפתע כי מושא מחקרו: היקום, הוא בעצם רק פריט זעיר מתוך בניין עצום ובלתי נראה.
אלא שלא רק התסכול הוא זה המאיץ את גלגלי המחפשים. ההנחה הרווחת כיום היא, שכאשר יימצא החומר הנעלם, תבוא על פתרונה גם אחת השאלות היותר מרתקות של הקוסמולוגיה המודרנית: מה יהיה גורלו של היקום? האם, למשל, יסיים את חייו באפילה גדולה וקיפאון נצחי או להיפך, בחום עצום ונורא.

פרק שני, שבו יעלו הפתעות נוספות, כולל השוואת הקוסמוס לבלון מתנפח.

האודיסיאה האינטלקטואלית בה החל איינשטיין בתחילת המאה ה-20, עם פרסום תורת היחסות הפרטית, ואחריה תורת היחסות הכללית, עתידה היתה לסחוף את המין האנושי למסע גילויים מסעיר, שיוביל עד לקצוות היקום ואל הרגעים הראשונים של בריאתו. ככל שהעמיקו התצפיות, העמיקו גם החידות. העימות בין האדם לבין הממדים הפנטסטיים של היקום, שהלכו ונחשפו לנגד עיניו, הוביל לכך ששאלות מדעיות מציקות נקשרו שתי וערב בשאלות פילוסופיות וקיומיות, מטרידות לא פחות.
בראשית שנות ה-20 של המאה "הרחיב" האסטרונום האמריקאי אדווין האבל את גבולות היקום, כאשר הראה כי מעבר לגלקסית שביל החלב, אותה גלקסיה ביתית בה שוכנת גם מערכת השמש שלנו, מצויות גלקסיות אחרות. כל אחת מהן היא מערכת בת כמה מאות מיליארדי כוכבים, המהודקים יחדיו בעזרת כוח הכבידה. זו היתה רק ההתחלה.
ניתוח אורם של הכוכבים, שעשו האבל וחוקרים אחרים, הוכיח שהגלקסיות נעות ומתרחקות אחת מהשנייה במהירויות עצומות. הגילויים הללו הדהימו את העולם המדעי, מאחר ומשמעותם היתה שהיקום אינו סטטי ויציב, אלא מתפשט, בדומה לבלון קוסמי עצום, ההולך ומתנפח (בפועל התנועות מורכבות הרבה יותר. גלקסיות שכנות יכולות גם לנוע אחת לקראת רעותה, בהשפעת כבידה "מקומית", והכל עדיין במסגרת תבנית ההתפשטות הכוללת של היקום). כמה שהתצפיות הללו קשות היו לעיכול, קשה היתה שבעתיים המסקנה שנבעה מהן. שהרי לכל גוף שמתפשט, ויהא זה בלון או יקום, צריך שתהיה לו נקודת התחלה.

פרק שלישי, שבו יסופר איך ניתן לבלום את ההתפשטות, אבל גם יתחוור שחסר לסיפור גיבור.

לקראת שנות ה-40 כבר התחוללה בעולם המדעי, הפילוסופי והתיאולוגי התגוששות רבתי באשר לאותה "נקודת התחלה" – מה שמכונה בפי רבים "רגע הבריאה" של היקום. הסערה החלה בסברה מהוססת, שהעלה כומר ואסטרונום בלגי בשם למטר. על פי למטר, כפי שניסח זאת בזמנו ה"ניו יורק טיימס" בכותרת משנת 1931: "אטום אחד, יחיד וגדול התחיל את היקום". זו היתה גם לידתה של התיאוריה המכונה: "המפץ הגדול" הנחשבת כתקפה, בגרסה זו או אחרת, עד ימינו אלה. על פי התיאוריה, היקום שלנו החל בפיצוץ קוסמי אדיר. תארו לכם שאפשר לסובב את הסרט הקוסמי הזה אחורה בזמן: הנה הגלקסיות הולכות ונסוגות עד שבהדרגה הן מתחילות להתכנס לגוש אחד, שהולך ומתכווץ לנקודה ההולכת וקטנה, נקודה צפופה וחסרת ממדים. כפי שמתאר זאת האסטרונום ג'ורג' סמוט: "ריכוז אנרגיה זעיר במידה כמעט אין סופית, דחוס במידה אינסופית, רסיס של מרחב זמן קדמוני".
היום, 20-15 מיליארדי שנים לאחר מכן, נמשכת בכוחה של אותה אנרגיה קדמונית שהשתחררה בפיצוץ התפשטותם של אותם ה"רסיסים" – מסות אדירות של מיליארדי גלקסיות. הכוח היחיד, המסוגל לבלום את ההתפשטות הזו, טמון ברסיסים עצמם, והוא כוח הגרוויטציה או הכבידה. אם קיים מספיק חומר ביקום תרסן הכבידה את שעטת הגלקסיות הבורחות. אם לאו, ימשיך היקום ויתפשט לעד.
אמר כבר מי שאמר כי האלוהים הוא סופר המדע הבדיוני הטוב מכולם. ואכן עלילה מופלאה מזו קשה להעלות על הדעת. מה שמרתק במיוחד בסיפורו של היקום היא העובדה שסופו כבר חבוי בפרטי ההתחלה, ומי שרשם את התסריט, אם קיים כזה, יודע איך הוא ייגמר. אנחנו עוד לא יודעים. אחד הגיבורים הראשיים בדרמה הקוסמית הזו – החומר האפל, עדיין חסר.

פרק רביעי, שבו חוזרים ושבים למסקנה המביכה כי 90 אחוזים מהחומר בעולם הם חומר נעלם.

רמזים על קיומו של חומר שאינו נראה אפשר למצוא בהתנהגות הכוכבים בגלקסיות. ורה רובין, אסטרונומית אמריקאית, הבחינה בתצפיות, שערכה במהלך שנות ה-70, שהכוכבים הקיצוניים בגלקסיה נעו הרבה יותר מהר מכפי שהיו אמורים לנוע. מהירויותיהם של גופים במערכת נקבעות על פי מרחקם מהמרכז (מרכז המסה). כוכבים קרובים למרכז נעים מהר יותר, רחוקים – לאט יותר. זו הסיבה שבמערכת השמש שלנו כדור הארץ מקיף את השמש מהר הרבה יותר מאשר נאמר, כוכב פלוטו המצוי בשיפוליה. אלא שבגלקסיות בהן צפתה ד"ר רובין העיקרון הזה לא פעל. דומה כי היה שם "משהו" שגרם לאותם כוכבים לנוע כאחוזי תזזית. לפי חוקי הפיסיקה הידועים לנו, ה"משהו" הזה יכול להיות רק חומר נוסף, שכוח הכבידה שלו פועל על אותם הכוכבים, וגורם להם "לרוץ" מהר יותר. החישובים הראו כי לפחות 90 אחוז מהחומר, שהיה צריך לראות שם – פשוט חסר! התעלומה הזו הלכה והעמיקה כאשר הסתבר שבצבירי הגלקסיות, קבוצות של גלקסיות המקובצות יחדיו בהשפעת הכבידה, קיימת בעיה דומה. על מנת שהצבירים הללו יהיו מכונסים יחדיו ולא יתפזרו לכל עבר, מוכרחים להסיק כי מצוי בהם הרבה יותר חומר, מכפי שמבחינים בפועל. אסטרונומים מדמים אותו להילה ענקית של חומר "שקוף", המתקיימת סביבם.
הוכחות לקיומו של החומר האפל החלו לזרום מכל הכיוונים. אחת מהן היא תוצר מוזר של תורת איינשטיין, שניבאה כי שדות כבידה חזקים מעקמים את גלי האור. פירוש הדבר כי שדה כבידה של כוכב או קבוצת כוכבים עשוי לשמש מעין עדשת כבידה ענקית. תמונות של צבירי גלקסיות מראות אכן כיצד אלה מגבירות את אורן של גלקסיות רחוקות, הנראות לצידן בצורה ניכרת. מסתן של ה"עדשות" הללו חייבת להיות פי כמה וכמה גדולה יותר (ממה שהיא נראית), על מנת ליצור את שיעור ההגברה המתקבל.

פרק חמישי מספר על המסע בעקבות החומר החמקני ועל מסדר החשודים.

הקוסמולוגיה המודרנית היא מדע למוד הפתעות ומוזרויות. תמונת היקום בסוף המאה ה-20 כוללת בתוכה אפשרות להימצאותם של גופים, שהדעת מתקשה לתפשם. אפשר למצוא בה, בין היתר, כוכבי נייטרונים – שמשות שקרסו תחת כבידתם, עד שנעצרו בגודל זעיר, דומה לגודלה של עיר ממוצעת, כאשר החומר בהם דחוס בצורה מדהימה. אפשרות אחרת, לא פחות מוזרה אולם בוודאי יותר דרמטית, היא ה"חור השחור". מצב בו קריסת השמש אינה נעצרת, ותהליך ההתמוטטות שלה נמשך עד שהיא נעלמת לחלוטין. מה שנותר הוא שדה כבידה עצום, שדבר לא יכול להימלט מכוח אחיזתו, לרבות קרני האור. ישנם גם הקוואזרים – גופים קטנים יחסית ומרוחקים מאוד, הפולטים אנרגיה בשיעורים פנטסטיים – וישנו כמובן גם החומר האפל.
כל הנסיונות שנעשו עד היום לגלות את החומר האפל באמצעות תדרים שונים של הספקטרום, עלו בתוהו. המדענים המחפשים ניסו ומנסים כיוונים שונים ומשונים על מנת לאתרו, אולם החומר החמקני הזה מצליח עדיין להישאר בחזקת חומר עלום. אחת הגרסאות השכיחות היא זו המניחה שמדובר בחומר שאין לו קרינה, או שהקרינה, שהוא פולט, היא כה קלושה עד שלא ניתן לאתרה. סברה ברוח זו מציירת את היקום שלנו כבית קברות עצום לגרמי שמיים, שאורם קלוש מכדי להתגלות. עצמים כאלה יכולים, למשל, להיות ננסים חומים (כוכבים שגודלם לא היה בו די על מנת להצית בהן בעירה תרמו גרעינית ולהפכם לשמש), חורים שחורים וכוכבי לכת. כולם ביחד עשויים לספק את המסה החסרה. ישנם אלה המציעים פתרונות אקזוטיים יותר, כגון קיומם במספרים עצומים של חלקיקים תת-אטומיים, בעלי מסה זעירה, שקשה מאוד לאתרם, מאחר ואינם מקיימים אינטראקציות עם סביבתם. רשימת החלקיקים החשודים בתחום זה ארוכה למדי. ויש גם מדענים הטוענים שבעצם לא בוצע כל "פשע". המסקנה לפיה קיים בכלל חומר אפל, הם אומרים, היא שגויה מאחר והיא מתבססת על חוקי כבידה, שאינם עובדים באופן ובממדים בהם מדובר.

פרק שישי: מה יהיה בסופנו? תסריטים לסיום.

בינתיים ממשיך היקום להתפשט. דמו לעצמכם שהגלקסיות קשורות ברצועות גומי דקיקות, היכולות להתארך עד אינסוף. ככל שהגלקסיות מתרחקות בכוח האנרגיה הראשונית, הרצועות הולכות ונמתחות. אם יש די חומר ביקום יגיע הרגע (בעוד כמה עשרות מיליארדי שנים) שבו יגברו הרצועות, המשולות במקרה זה לכוחות הכבידה, ו"ימשכו" בחזרה את גלקסיות אל נקודת מוצאן, והחומר יחזור אל מקורו הראשוני, כשיחזור כמעט מדויק של המפץ הגדול. להבדיל מיקום זה, המכונה "יקום סגור", תיתכן גם סיומת הפוכה, לא פחות סוערת, המכונה "יקום פתוח". לפי הגרסה הזאת המסה של היקום קטנה מדי ורצועות הגומי ילכו ויתמתחו עד אין סוף. מקורות האנרגיה של הכוכבים ילכו וידלדלו בהדרגה. והכוכבים, לאחר שיבערו עד תומם, יכבו בהדרגה ויותירו יקום אפל וקפוא של גופים מתים. אגב, גם זה עדיין אינו הסוף ובהחלט קיימת אפשרות להתמזגותן של גלקסיות והיווצרות חורים שחורים, שיבלעו הכל.
גרסה מרנינה יותר היא אפשרות ביניים, לפיה צפיפות החומר ביקום "מאוזנת", לא גדולה מדי ולא מעטה מדי, כך שההתפשטות אולי תאט או תיבלם, אבל לא תחזור על עקבותיה.
אסטרונומים ופיסיקאים ממשיכים לחפש באופן כפייתי אחר החומר החסר, ומדי פעם בפעם שומעים על מועמדים אקזוטיים, כאלה או אחרים, אלא שהחומר ממשיך להסתתר. יחד עם זאת, איש אינו מרים ידיים, שהרי האדם הוא מחפש מושבע מטבעו, המונע בכוח הסקרנות ויצר הדעת. יש גם, צריך להודות, משהו יפה בתעלומה לכשעצמה.
היטיב לבטא זאת נילס סטינסן, גיאולוג ורופא דני בן המאה ה-17: "יפים הדברים שאנו רואים בעולם / יפים יותר הם הדברים שאנו מבינים / אולם יפים מכולם הם אלה שאיננו מסוגלים כלל לתפוס".