היסטוריה גדולה

פרק 1 בראשית: הסף הראשון

כדי ליצור עוגת תפוחים יש מאין צריך להמציא תחילה את היקום.

קרל סייגן, קוסמוס

כך היה בוודאי אחר הולדת אור פשוט

במקום הראשון הסובב על צירו, סוסי כשף יוצאים חמימים

מאורווה ירוקה צונפת

בשדות שבחים.

דילן תומס, "פֶרן היל"

אתחולו של סיפור מוצא

בעבר נהגו הפרשים לנעול מגפי רכיבה שהגיעו גבוה מעל לברכיהם, וכדי לתחוב לתוכם את רגליהם היה עליהם למשוך ברצועות שנתפרו לשפה העליונה של כל מגף. הברון פון מינכהאוזן סיפר כיצד שקע יום אחד עם סוסו בבוץ טובעני ונחלץ ממנו בכך שאחז ברצועות מגפיו ומשך בכוח, אבל ממש בכוח. סיפור זה התגלגל לעגת המחשבים, שם המונח אִתחוּל - באנגלית bootstrapping, כלומר משיכה ברצועות המגפיים, או בקיצור rebooting - מתאר כיצד מחשב מתעורר מן המתים ומטעין לתוך עצמו הוראות שאומרות לו מה לעשות הלאה. מילולית, כמובן, חילוץ עצמי בעזרת רצועות המגפיים אינו אפשרי, מפני שכדי להרים משהו יש צורך במשהו שיאפשר הנפה. "תנו לי מנוף ומקום לעמוד בו", אמר המדען והמהנדס היווני ארכימדס, "ואזיז את הארץ כולה". אבל מה יכול למנף את יצירתו של יקום חדש? כיצד אפשר לאתחל יקום? ואם כבר, כיצד אפשר לאתחל את סיפור המוצא שמתאר את הופעתו של יקום חדש?

אתחול סיפורי מוצא קשה כמעט כמו אתחול יקומים. אחת הגישות האפשריות היא עקיפת בעיית הרֵאשית באמצעות ההנחה שהיקום היה קיים תמיד. אין צורך באתחול. סיפורי מוצא רבים הלכו בדרך זו, וכמוהם עשו גם אסטרונומים רבים בני זמננו, כולל אלה שתמכו בתיאוריית המצב היציב באמצע המאה ה־20. זהו הרעיון האומר שבקני מידה גדולים, היקום היה תמיד כפי שהוא כיום, פחות או יותר. דומה לזה (אם כי שונה במובן דק מן הדקים) הוא הרעיון שאכן היה רגע בריאה, שבו שוטטו ביקום כוחות אדירים או בריות אדירות ויצרו דברים, אבל אחרי הרגע ההוא שום דבר לא השתנה בהרבה. הזקנים באגם מאנגו אולי ראו את היקום בדרך זו ודיברו על יקום שהוּער לחיים בצורתו הנוכחית, פחות או יותר, על ידי אבותיהם. אייזיק ניוטון ראה את אלוהים כ"סיבה ראשונה" לכל הדברים וטען שהוא נוכח בכל המרחב. היקום, כתב,1 הוא "הסֶנסוֹריוּם של ברייה ערטילאית, חיה ותבונית". (לימים חזר בו ניוטון מסברתו שהיקום הוא ה"סנסוריום" של אלוהים, אבל המשיך להחזיק בדעתו שאלוהים "נוכח בכול, פשוטו כמשמעו".) בתחילת המאה ה־20 היה איינשטיין כה משוכנע בכך שהיקום אינו משתנה (בקני המידה הגדולים ביותר), עד שהוסיף איבר למשוואותיה של תורת היחסות הכללית - קבוע שכל תכליתו היא להביא לכך שהמשוואות ינבאו יקום יציב.

האם רעיון היקום הנצחי או חסר השינוי אכן משכנע? לאו דווקא, בייחוד אם מגניבים לתוכו בורא כדי לאתחל את התהליך, בנוסח "בראשית היה איִן, ואז ברא אלוהים..." המשוגה הלוגית גלויה לעין, אם כי נדרש לכמה וכמה מוחות מתוחכמים זמן רב כדי לראותה בבירור. כשהיה ברטרנד ראסל בן 18, הוא נטש את רעיון אלוהים הבורא אחרי שקרא את דבריו אלה של ג'ון סטיוארט מיל: "למדתי מאבי שהשאלה 'מי יצר אותי?' היא שאלה חסרת תשובה, משום שהיא מעלה מיד את השאלה הבאה, 'מי יצר את אלוהים?'"2

ויש עוד תהייה. אם יש אל כול־יכול המסוגל לבנות יקום, חזקה על האל הזה שהוא מורכב יותר מהיקום, כך שההנחה בדבר אל בורא פירושה הסברת יקום מורכב להפליא באמצעות פרי דמיון עוד יותר מורכב, שפשוט... ברא אותו. יש האומרים שזה בלוף.

ההמנונים ההודיים העתיקים הקרויים וֵדוֹת יושבים על הגדר. "לא היה אז אי־קיום, אף לא קיום; לא היתה ממלכת המרחב, אף לא היו השמים שמעבר לה".3 אולי הכול נבע מתוך מתח קמאי כלשהו בין הוויה לאי־הוויה, תחום עכור שאינו בדיוק משהו, אבל יכול להיעשות למשהו. אולי, כפי שאומרת זאת אִמרה מקובלת בקרב ילידי אוסטרליה בימינו, שום דבר הוא לא לגמרי שום דבר.4 הרי לכם רעיון מתעתע, שאחדים היו עשויים לפטור אותו בזלזול כמטושטש וכמיסטי, אלמלא היה דומה במידה מרשימה לרעיון בן זמננו, הנובע מפיזיקת הקוונטים, ולפיו המרחב לעולם אינו ריק לגמרי, אלא מלא באפשרויות.

האם יש מין אוקיינוס של אנרגיה או של פוטנציאל שממנו מגיחות צורות מסוימות, כמו גלים או נחשולי צונאמי? זוהי תפיסה כה שכיחה, עד שרב הפיתוי לחשוב כי רעיונותינו בדבר התחלות שאין לפניהן ולא כלום נובעים מהתנסויותינו שלנו. הרי מדי בוקר בבוקרו אנו חוזים מבשרנו כיצד עולם מוּדע, עולם של צורות, תחושות ומבנים, מגיח כביכול מתוך עולם תת־מודע כאוטי. כפי שכתב ג'וזף קמבל, "כשם שמוּדעותו של היחיד נחה בים של לילה שבו היא שוקעת בשנתה ומתוכו היא מקיצה באורח פלא, כך בעולם הדימויים של המיתוס מתגבש היקום מתוך על־זמניוּת שעליה הוא נישא ואל תוכה הוא שב ומתמוסס".5

אבל אולי זה יותר מדי מטפיזי. אולי הבעיה היא לוגית. סטיבן הוקינג טוען ששאלת הרֵאשית פשוט מנוסחת בצורה גרועה. אם הגיאומטריה של המרחב־זמן היא ספֵירית, כמו פני השטח של כדור הארץ (אבל במספר גדול יותר של ממדים), אזי השאלה מה התקיים לפני היקום דומה לחיפוש נקודת מוצא על פניו של כדור ביליארד. לא ככה זה פועל. אין לזמן שום קצה או התחלה, כשם שאין שום קצה לפניו של כדור הארץ.6

כיום מתפתים כמה קוסמולוגים אחר מכלול שונה של רעיונות, הגורר אותנו בחזרה אל תפיסת היקום בלי ראשית ובלי אחרית. אולי יקומנו הוא חלק מרב־יקום אינסופי, שבו צצים בהתמדה יקומים חדשים מתוך מפּצים גדולים. אולי זה כך, אבל לפי שעה אין בידינו שום ראיה מוצקה לכל דבר שהוא שקדם למפץ הגדול המקומי שלנו. הרי זה כאילו היווצרות יקומנו היתה כה אלימה, עד שכל מידע על מה שהיה לפניה פשוט נמחה. אם יש בנמצא עוד כפרים קוסמולוגיים, עדיין איננו יכולים לראותם.

אומַר בגילוי לב, אין לנו היום תשובות לשאלת ההתחלה שאין לפניה ולא כלום, שהן טובות יותר מאלה שהיו לחברות האדם הקדומות. אתחולו של יקום עדיין נראה כפרדוקס לוגי ומטפיזי. איננו יודעים אילו תנאי זהבה אפשרו את הופעת היקום, ועדיין איננו יכולים להסביר אותה טוב יותר מכפי שעשה זאת הסופר טרי פראצ'ט כאשר כתב, "את מצב הידע הנוכחי אפשר לסכם כך: בראשית היה לא־כלום, שהתפוצץ".7

סף ראשון: אתחול קוונטי של היקום

האתחול, לפי התיאור המקובל ביותר כיום של ראשיתו המוחלטת של היקום, הוא רעיון המפץ הגדול. זוהי אחת הפרדיגמות החשובות ביותר של המדע המודרני, בדומה לבּרִירה הטבעית בביולוגיה או לטקטוניקת הלוחות בגיאולוגיה.8

רק בתחילת שנות ה־60 החלו לצוץ פיסות התצרף החיוניות ביותר של סיפור המפץ הגדול. אז קלטו האסטרונומים לראשונה את קרינת הרקע הקוסמית בגלי מיקרו - אנרגיה שנותרה מהמפץ הגדול ונמצאת כיום בכל רחבי היקום. הגם שהקוסמולוגים עדיין מתקשים להבין את הרגע שבו הופיע יקומנו, הם מסוגלים לספר סיפור מרהיב שמתחיל (נא לנשום עמוק, ואני מקווה שאני מוסר זאת בדייקנות) מיליארדית של מיליארדית של מיליארדית של מיליארדית של עשירית המיליונית של שנייה אחרי הופעת היקום (בערך 43-10 השנייה אחרי זמן אפס).

בקווים כלליים, הסיפור מתנהל ככה: יקומנו החל כנקודה זערורית, קטנה יותר מאטום. עד כמה היתה קטנה? האבולוציה עיצבה את מוחותיהם של בני מיננו להתמודדות עם דברים בקני מידה אנושיים, ולכן אנו מתקשים להתעסק עם דברים זעירים שכאלה, אבל אולי יעזור לכם אם תדעו שאתם יכולים לדחוס מיליון אטומים לנקודה שבסוף משפט זה.9 ברגע המפץ הגדול, היקום כולו היה קטן יותר מאטום. בתוכו נארזו כל האנרגיה והחומר הקיימים ביקום כיום. הכול בכול. זהו רעיון שקשה להתמודד עמו, וממבט ראשון הוא נראה כמו טירוף מוחלט. אבל כל הראיות שיש בידינו כיום אומרות לנו שהגוף המשונה הזה, הלוהט והזעיר במידות שאין להשיג בדמיון, אכן התקיים לפני 13.82 מיליארד שנה בערך.

עדיין איננו מבינים כיצד ומדוע קרה הדבר הזה. אבל פיזיקת הקוונטים אומרת לנו, ומאיצי החלקיקים - המריצים חלקיקים תת־אטומיים למהירויות גבוהות באמצעות שדות חשמליים או אלקטרומגנטיים - מראים לנו, שברִיק (ואקום) יכול משהו להופיע יש מאין, אם כי הטמעת הרעיון הזה מצריכה הבנה מתוחכמת של האַיִן. בפיזיקת הקוונטים המודרנית אי־אפשר לקבוע בדייקנות גם את המקום וגם את התנועה של חלקיקים תת־אטומיים. לפיכך לעולם לא תוכלו לומר בוודאות גמורה שאזור מסוים במרחב הוא ריק מכול, ולכן הריקנות הזאת גדושה במתיחות - באפשרות שמשהו אולי יופיע. בדומה לאותו "לא אי־קיום, אף לא קיום" של הוֵודות ההודיות, המתיחות הזאת היא שאתחלה את יקומנו, ככל הנראה.10

כיום אנו מכנים את הרגע הראשון של היקום בשם "המפץ הגדול". את הביטוי המקורי באנגלית, "big bang", המשתמע לשתי פנים, טבע ב־1949 האסטרונום האנגלי פרד הוֹיל, שמצא את הרעיון מגוחך על פניו. בתחילת שנות ה־30 של אותה מאה, כאשר אסטרונום בלגי (שהיה גם כומר קתולי) בשם ז'ורז' לֵמֶטְר העלה לראשונה את הרעיון שייקרא לאחר מכן "המפץ הגדול", הוא קרא ליקום שאך זה נולד "הבֵּיצה הקוסמית" או "האטום הקדמוני". היה ברור לאותם מדענים מועטים שהתייחסו לרעיון הזה ברצינות כי האטום הקדמוני, שאצר כמות כה מרובה של אנרגיה בתוכו, היה חייב להיות לוהט במידה שאי־אפשר להעלות על הדעת והיה חייב להתפשט במהירות מטורפת כדי להקל את לחץ האנרגיה הזאת. התפשטות זו נמשכת כיום; אפשר להמשיל אותה לקפיץ ענקי שהולך ומשתחרר כבר יותר מ־13 מיליארד שנים.

הרבה מאוד דברים קרו בשניות ובדקות הראשונות אחרי המפץ הגדול. חשוב מכול, אז הופיעו המבנים והתבניות המעניינים הראשונים - הישויות או האנרגיות הראשונות שהיו להן צורות ותכונות מובהקות שאינן אקראיות. נביעתו של דבר־מה בעל תכונות חדשות ומובהקות היא דבר קסום תמיד. אנו עתידים לראותה חוזרת ונשנית בסיפור המוצא בן זמננו, אם כי מה שנראה קסום במבט ראשון אולי אינו כה קסום מרגע שאנו מבינים כי הדבר החדש עם תכונותיו החדשות לא הופיע יש מאין, משום מקום. דברים חדשים בעלי תכונות חדשות נובעים מדברים ומכוחות קיימים, כאשר אלה מסתדרים בדרכים חדשות. ההסדרים החדשים הם המניבים את התכונות החדשות, כשם שסידור אריחים בדרך אחרת יכול ליצור דוגמה חדשה בפסיפס. ניקח דוגמה מהכימיה. לרוב אנו חושבים על מימן ועל חמצן כגזים חסרי צבע. אבל אם תחברו שני אטומי מימן לאטום אחד של חמצן, בתצורה מסוימת, תקבלו מולקולה של מים. צרפו יחדיו הרבה מולקולות כאלה ותקבלו את התכונה החדשה לגמרי שאפשר לכנותה בשם "מֵימיוּת". כשאנו רואים צורה חדשה או מבנה חדש, בעלי תכונות חדשות, מה שאנו רואים בפועל הוא סידורים חדשים של מה שכבר היה קיים. חדשנות היא נביעה. אם נתאר לעצמנו את הנביעה כדמות בסיפורנו, זוהי בלי ספק דמות חמקמקה, מסתורית ובלתי־צפויה, העשויה להגיח במפתיע מן החשיכה ולהוביל את העלילה לכיוונים חדשים ומפתיעים.

המבנים והתבניות הראשונים ביקום הופיעו בדרך זו בדיוק, כאשר דברים וכוחות שנבעו מהמפץ הגדול הסתדרו בתצורות חדשות.

ברגע המוקדם ביותר שיש לנו ראיות כלשהן לגביו, שבריר זערורי של שנייה אחרי המפץ הגדול, היקום כולו היה אנרגיה טהורה, אקראית, אחידה וחסרת צורה. אנו יכולים לחשוב על אנרגיה כעל האפשרות שמשהו יקרה, היכולת לעשות דברים או לשנות דברים. האנרגיות באטום הקדמוני היו מדהימות, בטמפרטורה של טריליונים רבים של מעלות מעל האפס המוחלט. היתה תקופה קצרצרה של התפשטות מהירה מאין כמוה שנקראת תפיחה (או אינפלציה). כה מהירה היתה ההתפשטות הזאת, עד שחלק ניכר מהיקום התרחב, כמשוער, אל מעבר לכל מה שנוכל לראות אי־פעם. מכאן שֶׁמה שאנחנו רואים כיום הוא מן הסתם רק חלק זעיר של מלוא היקום שלנו.

כעבור שבריר שנייה הואט קצב ההתפשטות. האנרגיות המשתוללות של המפץ הגדול נרגעו, וככל שנמשכה התפשטות היקום, כן דעכו האנרגיות האלה והידלדלו. הטמפרטורה הממוצעת ירדה והמשיכה לרדת, כך שכיום רוב היקום שרוי בטמפרטורה של 2.76 מעלות בלבד מעל האפס המוחלט. (האפס המוחלט הוא הטמפרטורה שבה שום דבר אינו מסוגל לנוע, אפילו במקצת שבמקצת.) אנחנו, וכל שאר האורגניזמים בכוכב הלכת ארץ, איננו חשים את הקור הזה מפני שמדורת השמש שלנו מחממת אותנו.

בטמפרטורות הקיצוניות של המפץ הגדול כמעט כל דבר היה אפשרי. אך ככל שירדו הטמפרטורות, כן הצטמצמו האפשרויות. ישויות מובהקות החלו לנבוע כמו רוחות רפאים מתוך הערפל הכאוטי של היקום ההולך ומצטנן, ישויות שלא יכלו להתקיים בקלחת האלימה של המפץ הגדול עצמו. המדענים קוראים לשינויים האלה של צורה ומבנה מעברי מופע. אנו רואים מעברי מופע בחיי היומיום, כשקיטור מאבד אנרגיה והופך למים (מולקולות המים מתנועעות הרבה פחות ממולקולות הקיטור) וכשמים הופכים לקרח (שהוא בעל אנרגיה כה מעטה, עד שהמולקולות שלו רק רוטטות במקומותיהן). מים נוזלים או קרח יכולים להתקיים רק בתחום צר של טמפרטורות נמוכות מאוד.

בתוך מיליארדית של מיליארדית של מיליארדית של מיליארדית של השנייה שאחרי המפץ הגדול חל מעבר מופע באנרגיה עצמה. היא התפצלה לארבעה זנים שונים בתכלית זה מזה. כיום אנחנו מכירים אותם בתור כוח הכבידה, הכוח האלקטרומגנטי, הכוח הגרעיני החזק והכוח הגרעיני החלש. אנחנו צריכים להתוודע לארבע הדמויות השונות הללו מפני שהן מעצבות את היקום. הכבידה היא כוח חלש, אבל היא פועלת על פני מרחקים עצומים ותמיד מושכת דברים זה אל זה, כך שעוצמתה מצטברת בהתמדה. פעולתה עושה את היקום גבשושי יותר. לאנרגיה האלקטרומגנטית שתי צורות, חיובית ושלילית, כך שלרוב היא מקזזת את עצמה. הכבידה, למרות חולשתה, מעצבת את היקום בקנה מידה גדול. אבל האלקטרומגנטיות חולשת על רמות הכימיה והביולוגיה, ולכן היא המקיימת את שלמות גופנו. שני כוחות היסוד הנותרים ידועים בשמות חסרי השראה, הכוח הגרעיני החזק והכוח הגרעיני החלש. הם פועלים על פני מרחקים זערוריים, כך שהם חשובים רק בקנה המידה התת־אטומי. אנו בני האדם לא מרגישים בהם במישרין, אבל הם מעצבים כל היבט והיבט של עולמנו מפני שהם קובעים מה קורה בתוך האטומים פנימה.

ייתכן שיש זנים נוספים של אנרגיה. בשנות ה־90 של המאה הקודמת, כשנערכו מדידות חדשות של קצב התפשטות היקום, התברר שהקצב הזה הולך וגובר. כיום טוענים הרבה פיזיקאים ואסטרונומים, בהסתמך על רעיון שהגה לראשונה איינשטיין, שיש כנראה צורה כלשהי של אנטי־כבידה הממלאת את המרחב כולו, כך שעוצמתה גוברת ככל שהיקום מתפשט. כיום, המסה שמייצגת האנרגיה הזאת אחראית אולי אף ל־70 אחוז מכלל המסה של היקום. אך אף על פי שהיא חולשת על יקומנו, עדיין איננו יודעים מה טיבה של האנרגיה הזאת או כיצד היא פועלת, ומשום כך קוראים לה הפיזיקאים אנרגיה אפלה. זהו מונח סתמי לחלוטין, אבל יש לפקוח עליו עין, כי הבנת האנרגיה האפלה היא אחד האתגרים הגדולים ביותר שניצבים בפני המדע בימינו.

חומר הופיע בתוך השנייה הראשונה אחרי המפץ הגדול. החומר הוא מה שהאנרגיה מניעה. עוד לפני 100 שנה, או קצת יותר מזה, הניחו המדענים והפילוסופים שהחומר והאנרגיה הם שני דברים שונים בתכלית; כיום אנו יודעים שהחומר אינו אלא צורה דחוסה ביותר של אנרגיה. אלברט איינשטיין הצעיר הוכיח זאת במאמר מפורסם ב־1905. הנוסחה שלו - אנרגיה (E) שווה למסה (m) כפול מהירות האור (c) בריבוע, או E=mc2 - מלמדת אותנו כמה אנרגיה דחוסה בתוך כמות נתונה של חומר. כדי לדעת כמה אנרגיה כלואה בחתיכת חומר, יש להכפיל את המסה של החתיכה הזאת לא במהירות האור (שהיא קצת יותר ממיליארד קמ"ש), אלא במהירות האור כפול עצמה. זהו מספר כביר, ולכן אם תוכלו לשחרר את האנרגיה האצורה אפילו בחתיכה זעירה של חומר, תקבלו כמות עצומה של אנרגיה. זה מה שקורה כשמתפוצצת פצצת מימן. בראשית היקום התנהל תהליך הפוך. כמויות עתק של אנרגיה נדחסו והפכו לכמויות זעירות של חומר, כמין גרגירי אבק בתוך ערפל כביר של אנרגיה. הפלא ופלא, אנו בני האדם הצלחנו לשחזר אנרגיות כאלה לרגע חטוף במאיץ הגדול להתנגשויות הַדרוֹנים שליד ז'נבה. ואמנם, חלקיקים מתחילים להגיח שם מתוך אוקיינוס האנרגיה הרותח.

ועדיין לא חלפה השנייה הראשונה...

המבנים הראשונים

בתוך הערפל הכאוטי של אנרגיה, ששרר מיד אחרי המפץ הגדול, החלו להופיע צורות ומבנים מובהקים. אמנם ערפל האנרגיה קיים תמיד, אבל המבנים שנבעו מתוכו הם המעניקים לסיפור המוצא שלנו צורה ועלילה. כמה מבנים ותבניות יחזיקו מעמד מיליארדי שנים, אחרים - רק שבריר שנייה, אבל אף לא אחד מהם יתקיים לעד. הם בני חלוף, כמו גלים על פני האוקיינוס. החוק הראשון של התרמודינמיקה מלמד שאוקיינוס האנרגיה קיים תמיד; הוא משתמר. החוק השני של התרמודינמיקה מלמד שכל הצורות הנובעות עתידות להתפוגג בבוא העת בחזרה אל אוקיינוס האנרגיה. הצורות כמוהן כתנועות ריקוד: הן אינן משתמרות.

כמה מבנים וצורות מובהקים הופיעו בתוך השנייה הראשונה של המפץ הגדול. למה? מדוע לא נשאר היקום בצורתו המקורית, כשטף אקראי של אנרגיה? זוהי שאלה עמוקה מאוד.

אילו היה בסיפורנו אל בורא, היה קל להסביר כל מבנה. היינו יכולים פשוט להניח (כפי שאמנם מניחים סיפורי מוצא רבים) שאלוהים מעדיף מבנה על תוהו ובוהו. אבל רוב הגרסאות של סיפור המוצא בן זמננו אינן מקבלות עוד את רעיון האל הבורא, מפני שהמדע המודרני אינו מסוגל למצוא ראיות ישירות לקיומו של אל כזה. רבים סיפרו שחווּ אלים, אבל החוויות האלה שונות ביותר, סותרות אלה את אלה ואינן ניתנות לשחזור. הן יותר מדי הפכפכות, מעורפלות וסובייקטיביות, ואין ביכולתן לספק ראיות מדעיות אובייקטיביות.

לפיכך צריך סיפור המוצא בן זמננו למצוא דרכים אחרות להסברת נביעתם של מבנים וצורות. זה לא קל, מפני שהחוק השני של התרמודינמיקה קובע כי במוקדם או במאוחר כל המבנים חייבים להתפורר. כפי שכתב הפיזיקאי האוסטרי ארווין שרֵדינגֶר: "כיום מובן לנו שחוק היסוד הזה של הפיזיקה אינו אלא נטייתם הטבעית של דברים לשאוף אל המצב הכאוטי (אותה נטייה עצמה שמפגינים הספרים בספרייה או ערימות הניירות וכתבי היד על שולחן הכתיבה), אם לא נפעל נגדה".11

אם יש דמות של נָבָל בסיפור המוצא בן זמננו, זוהי בלי ספק האֶנטרוֹפּיה, הנטייה האוניברסלית לכאורה של מבנים להתפורר לאקראיות. האנטרופיה היא שִפחתו הנאמנה של החוק השני של התרמודינמיקה. לכן, אם נתאר לעצמנו את האנטרופיה כדמות בסיפורנו, עלינו לראותה כטיפוס חסר מעצורים האורב בסתר, אדיש לכאב ולסבל, ונמנע מלהישיר מבט לעיניהם של אחרים. האנטרופיה גם מסוכנת, מאוד מסוכנת; בסופו של דבר היא תחסל את כולנו. האנטרופיה ניצבת בדף האחרון של כל סיפורי המוצא. היא תפורר את כל המבנים, את כל הצורות, את כל הכוכבים והגלקסיות והתאים החיים. ג'וזף קֶמבֶּל תיאר את תפקיד האנטרופיה באורח ציורי בספרו על מיתולוגיות: "העולם כפי שאנו מכירים אותו... מציע רק סוף אחד: מוות, התפוררות, ביתור וצליבה מייסרת של לבּנו עם מות התבניות שאהבנו".12

המדע המודרני מסביר את תפקיד האנטרופיה בלשונה הצוננת של הסטטיסטיקה. רוב רובן של המוני הצורות שבהן אפשר לסדר דברים הן נטולות מבנה, אקראיות, חסרות סדר. את רוב השינויים אפשר להמשיל לנטילת חפיסה של 1080 קלפים (כלומר, 10 ואחריו 80 אפסים, שהוא המספר המקורב של אטומים ביקום) וערבובם פעם אחר פעם, בתקווה למצוא את כל האָסים מסודרים ברציפות, בזה אחר זה. זוהי תבנית נדירה מאין כמוה, כה נדירה עד שאין לנו סיכוי רב לראותה גם אם נמשיך לטרוף את הקלפים במשך זמן ארוך פי כמה וכמה מגיל היקום. ברוב המקרים נמצא רק מעט מבנה, או בכלל לא. אם נטיל פצצה לתוך אתר בנייה מלא בלבנים, בטיח, בכבלי חשמל ובצבע, מה הסיכוי שכאשר יתפזר האבק, נמצא בניין מגורים שלם, מחוּוט כראוי, מסויד ומוכן לקראת הקונים? עולם הכישוף יכול להתעלם מהאנטרופיה, אבל עולמנו שלנו אינו יכול לעשות זאת. זוהי הסיבה לכך שרוב היקום, ובייחוד החללים הריקים הכבירים שבין הגלקסיות, הם חסרי צורה ומבנה.

לנוכח העוצמה האדירה הזאת של האנטרופיה, לא קל להבין כיצד הופיעו מלכתחילה מבנים כלשהם. אבל ידוע לנו שהם אכן הופיעו, ודומה שהיה זה ברשותה של האנטרופיה. על דרך המשל אפשר לומר שבתמורה לרשות שניתנה לדברים להצטרף יחדיו וליצור מבנים מורכבים יותר, גובה האנטרופיה מס מורכבות, המשולם במטבע האנרגיה; ואת שיעור המס הזה קובע החוק השני של התרמודינמיקה. למעשה, אנו עתידים לראות שהאנטרופיה תובעת סוגים רבים ושונים של מסי מורכבות. הדבר מזכיר את הצאר פיוטר הגדול, שהקים משרד ממשלתי מיוחד להמצאת סוגים חדשים של מסים. הנה כי כן, כל אימת שנעשה שימוש באנרגיה, חלק ממנה חייב ללכת לאיבוד בצורת אנרגיית חום שמתפזרת לה מבלי להביא שום תועלת. זהו המס המשולם לאנטרופיה, והעסקה הזאת מקובלת עליה, מפני שהמסים שמשלמות לה כל הישויות המורכבות יסייעו לה במשימתה הזדונית, ליצור עוד ועוד כאוס ובזבוז, כפי שפעילותה של עיר מודרנית מייצרת כמויות עתק של אשפה וחום. כולנו משלמים מסי אנטרופיה, כל שנייה ושנייה בימי חיינו. לא נחדל לשלם אותם אפילו אחרי מותנו, מפני שאנרגיה תתבזבז גם כשיתפרקו גופותינו.

ובכן, כיצד הופיעו המבנים הראשונים ממש? זוהי שאלה שהמדע עדיין אינו מסוגל לתת לה תשובה מלאה, אם כי יש לו הרבה רעיונות מבטיחים.

מלבד אנרגיה וחומר, מהמפץ הגדול נבעו גם כמה כללי פעולה בסיסיים. המדענים לא התחילו להבין עד כמה יסודיים הם הכללים הללו לפני פרוץ המהפכה המדעית במאה ה־17. כיום אנחנו קוראים לכללים האלה "חוקי היסוד של הפיזיקה". הם מסבירים מדוע האנרגיות התזזיתיות והכאוטיות של האטום הקדמוני לא היו חסרות כיוון לחלוטין - חוקי הפיזיקה הנחו את השינויים בדרכים מסוימות וחסמו מִגוון כמעט אינסופי של אפשרויות אחרות. חוקי הפיזיקה סיננו את אותם מצבים של היקום שלא עלו בקנה אחד עמם, כך שבכל רגע נתון, היקום התקיים רק באחד המצבים הרבים שעלו בקנה אחד עם כללי הפעולה שלו. המצבים החדשים האלה, מצדם, חוללו עוד כללים, שהנחו את השינוי בדרכים חדשות.

הסינון המתמיד הזה של מצבים בלתי־אפשריים הבטיח מידה מזערית של מבנה. איננו יודעים מדוע נבעו הכללים או מדוע קיבלו את הצורות שיש להם. איננו יודעים אפילו אם הכללים האלה היו בלתי־נמנעים. אולי יש בנמצא יקומים אחרים, עם כללים שונים במקצת. אפשר שבכמה יקומים הכבידה חזקה יותר או האלקטרומגנטיות חלשה יותר. אם כן, תושביהם של יקומים אלה (אם יש בהם תושבים) יסַפּרו סיפורי מוצא שונים. אולי כמה יקומים התקיימו במשך מיליונית השנייה, ואילו אחרים יתקיימו זמן ממושך בהרבה מיקומנו. אפשר שבכמה יקומים באו לכלל קיום צורות חיים אקזוטיות רבות, ואילו אחרים הם חסרי חיים מכול וכול. אם אמנם יקומנו קיים במסגרת של רב־יקום, אנו יכולים לדמיין לנו הטלת קובייה מרהיבה בעת היווצרותו של היקום, ובעקבותיה הכרזה: "בסדר, תהי כבידה ביקום הזה, ותהי גם אלקטרומגנטיות, ותהי האלקטרומגנטיות חזקה פי 1036 מן הכבידה". (זהו יחס העוצמות האמיתי בין הכבידה לאלקטרומגנטיות, לפחות ביקום שלנו.) קיומם של כללים אלה הבטיח שיקומנו לא יישאר כאוטי לחלוטין - הוא הבטיח שמשהו מעניין יופיע איפשהו.

מבנים ותבניות הופיעו ברגע שהאנרגיה התפצלה לארבע הצורות הנבדלות שלה. כשהאנרגיה התקרשה ונהפכה לחלקיקי החומר הראשונים, גם להם היו כללים. נֵייטרונים, פרוטונים ואלקטרונים - מרכיביו הבסיסיים של האטום - הופיעו בתוך חלקיק שנייה מהמפץ הגדול, ועמם הופיעו האנטי־חלקיקים של הפרוטונים והאלקטרונים (כלומר, פרוטונים בעלי מטען שלילי ואלקטרונים בעלי מטען חיובי), וכך הופיעו חומר ואנטי־חומר, כפי שקוראים להם הפיזיקאים. כאשר צללה טמפרטורת היקום אל מתחת לרמה שבה יכלו חומר ואנטי־חומר להיווצר בקלות, התחוללה אורגיית הרס אלימה, חובקת יקום, שבה השמידו החומר והאנטי־חומר זה את זה - התאיינו, בלשון הפיזיקאים - ושחררו כמויות עתק של אנרגיה. למזלנו, עודף קטנטן של חומר (אולי חלקיק אחד ממיליארד) נשאר אחרי הטבח ההדדי. חלקיקי החומר ששרדו ננעלו בצורותיהם אלה, מפני שהטמפרטורות ירדו במהירות אל מתחת לרמה הדרושה כדי להפוך אותם בחזרה לאנרגיה. השארית הזאת היא החומר שאנו רואים ביקומנו.

עם רדת הטמפרטורות נעשה החומר מגוון יותר. האלקטרונים והנייטרינים היו כפופים לשליטת הכוח האלקטרומגנטי והכוח הגרעיני החלש. הפרוטונים והנייטרונים היוצרים את גרעיני האטומים נוצרו משלשות של חלקיקים משונים שנקראים קוורקים, ואותם מאגד הכוח הגרעיני החזק. אלקטרונים, נייטרונים, פרוטונים, נייטרינים... בתוך שניות ספורות מהמפץ הגדול, יקומנו המצטנן במהירות הכיל בתוכו כמה מבנים מובהקים, כל אחד עם תכונות נובעות משלו. אך הוריקן המפץ הגדול הלך ושכך, והאנרגיות האדירות שהיו נחוצות כדי לפורר את המבנים הקדמוניים האלה לא נותרו עוד; זוהי הסיבה לכך שבעינינו, הצורות השונות של אנרגיה ושל חלקיקים, כגון פרוטונים ואלקטרונים, נראות בנות אלמוות פחות או יותר.

כך חברו המקריות וההכרח ויצרו את המבנים הפשוטים הראשונים. חוקי הפיזיקה הפועלים כמסננים בלמו הרבה אפשרויות - זה היה ההכרח. אז באה המקריות וסידרה את הדברים, באורח אקראי, מבין האפשרויות שנותרו. כך פועל הכול. כפי שכתב הנָנוֹ־פיזיקאי פיטר הופמן: "המקריות, בחישולם של חוקי הפיזיקה המוסיפים קורט של הכרח, נעשתה הכוח היצירתי, השליט והמושל ביקומנו. כל היופי שאנו רואים סביבנו, מגלקסיות עד חמניות, הוא תוצאה של שיתוף הפעולה היצירתי הזה בין כאוס והכרח".13

האטומים הראשונים

בתוך כמה דקות מהמפץ הגדול, כאשר הצטרפו יחדיו פרוטונים ונייטרונים, הופיעו עוד מבנים. פרוטון יחיד הוא גרעינו של אטום המימן; צמד פרוטונים (עם שני נייטרונים) יוצר את גרעינו של אטום ההליום, וכך החל היקום לבנות את גרעיני האטומים הראשונים. אבל יש צורך בהמון אנרגיה כדי להצמיד פרוטונים זה לזה, בתהליך הקרוי היתוך גרעיני, מפני שהמטענים החשמליים החיוביים שלהם דוחים זה את זה. והטמפרטורות צנחו במהירות מיד אחרי המפץ הגדול, כך שלא התאפשר היתוך פרוטונים במספרים גדולים יותר ליצירת גרעיניהם של אטומים כבדים יותר. זהו ההסבר להיבט בסיסי של יקומנו: כמעט שלושה רבעים מכל האטומים בו הם מימן, ורוב השאר הם הליום.

הרבה יותר גדולה מזה היא כמות החומר האפל, דבר שעדיין אינו מובן לנו, אבל אנחנו יודעים על קיומו מפני שמשיכת הכבידה שלו אחראית למבנה הגלקסיות ולהתפלגותן. הנה כי כן, כמה דקות אחרי המפץ הגדול הכיל יקומנו עננים ענקיים של חומר אפל שבהם שובצו פלזמות יוקדות של פרוטונים ואלקטרונים, כשפוטונים של אור מנסים לפלס להם דרך ביניהן. כיום אנו מוצאים פלזמות (גזים של חלקיקים טעונים ושל אלקטרונים חופשיים) בעיקר בליבות כוכבים.

עכשיו עלינו לעצור ולהמתין כ־380 אלף שנה (בערך פי שניים ממשך קיומו של המין האנושי עלי אדמות). במשך הזמן הזה המשיך היקום להצטנן. כשירדו הטמפרטורות אל מתחת ל־10,000 מעלות אירע עוד מעבר מופע, מעין זה שבו הופך קיטור למים. כדי להסביר את מעבר המופע הזה עלינו להבין כי החום אינו אלא אמת מידה לתנועותיהם של אטומים. כל חלקיקי החומר רוטטים בלי הרף בשל האנרגיה האצורה בהם, כמו ילדים עצבניים, והטמפרטורה היא המידה הממוצעת של הרטיטות הללו. אלה הן רטיטות פשוטן כמשמען. במאמר מפורסם אחר שפרסם ב־1905 הראה איינשטיין שרטיטת האטומים היא הגורמת להתרוצצויותיהם האקראיות של גרגירי אבק באוויר. ככל שיורדת הטמפרטורה כן נחלשת רטיטת החלקיקים, עד שבסופו של דבר עולה בידם להתקשר אלה לאלה. וכך, כשהצטנן היקום די הצורך, משך הכוח האלקטרומגנטי אלקטרונים בעלי מטען שלילי לעבר פרוטונים בעלי מטען חיובי, עד שהאלקטרונים נרגעו במידה הדרושה כדי להיכנס למסלול סביב הפרוטונים. וראו זה פלא! הנה הם האטומים הראשונים, מרכיביו הבסיסיים של כל החומר המצוי בנו וסביבנו.

כיוון שכך, אטומים בודדים הם ניטרליים מבחינה חשמלית, מפני שהמטענים החשמליים שנושאים הפרוטונים והאלקטרונים שלהם מקזזים אלה את אלה. לכן, כשנוצרו האטומים הראשונים של מימן והליום, רוב החומר ביקום נעשה ניטרלי בבת אחת, והפלזמה היוקדת היתה כלא היתה. הפוטונים, נשׂאי הכוח האלקטרומגנטי, יכלו מעתה לנוע בחופשיות דרך האובך הניטרלי מבחינה חשמלית של אטומים וחומר אפל. כיום יכולים האסטרונומים לזהות את תוצאותיו של מעבר המופע הזה, מפני שהפוטונים שהשתחררו מהפלזמה יצרו הִמהוּם רקע קלוש של אנרגיה (קרינת הרקע הקוסמית בגלי מיקרו) שעדיין מפעפע בכל היקום.

סיפור המוצא שלנו חצה את הסף הראשון שלו. יש לנו יקום. כבר יש בו כמה מבנים בעלי תכונות נובעות מובהקות. יש בו צורות מובהקות של אנרגיה וחומר, ולכל אחת אישיות משלה. יש בו אטומים. ויש לו כללי פעולה משלו.

איפה הראיות?

אולי הסיפור הזה נשמע מוזר ומשונה כששומעים אותו בפעם הראשונה, אבל אנחנו חייבים לקבל אותו ברצינות מפני שהוא מבוסס על כמות עצומה של ראיות.

הרמז הראשון לכך שהמפץ הגדול אכן אירע היה גילוי התפשטות היקום. אם הוא מתפשט עכשיו, חזקה עליו שמתישהו בעבר הרחוק הוא היה קטן במידה אינפיניטסימלית. אנו יודעים שהיקום מתפשט מפני שיש לנו מכשירים ושיטות תצפית שלא עמדו לרשות תושבי אגם מאנגו, גם אם אנו יכולים להיות סמוכים ובטוחים שהם היו אסטרונומים חסרי מכשירים מעולים.

רוב האסטרונומים, מאז ימיו של ניוטון, שיערו שהיקום חייב להיות אינסופי, כי אלמלא כן, חוק הכבידה היה אמור לצבור את כל תכולתו לגוש דביק אחד, כמו שמן מנוע באגן שלו. במאה ה־19 כבר עמדו לרשות האסטרונומים מכשירים מדויקים די הצורך להתחיל למפות את התפלגות הכוכבים והגלקסיות, והמפות האסטרונומיות שיצרו התחילו לרמוז על תמונה שונה בתכלית של היקום.

המיפוי החל בערפיליות, כתמים מטושטשים שהופיעו פה ושם בכל מפות הכוכבים הללו. (כיום ידוע לנו שרוב הערפיליות הן גלקסיות שלמות, שבכל אחת מהן מיליארדי כוכבים.) עד כמה רחוקות הערפיליות הללו? מה טיבן, בדיוק? האם הן נעות? במרוצת הזמן למדו האסטרונומים איך להפיק עוד ועוד מידע על כוכבים מתוך האור שהם פולטים. מידע זה כולל את מרחקיהם מאיתנו ומלמד אותנו אם הם מתקרבים לעברנו או מתרחקים.

אחת השיטות המחוכמות ביותר לחקר תנועותיהם של כוכבים וערפיליות מבוססת על תוצא דוֹפּלֶר (הקרוי על שם המתמטיקאי האוסטרי בן המאה ה־19, כריסטיאן אנדריאס דופלר), למדידת המהירות שבה כוכבים או ערפיליות מתקרבים לעברנו או מתרחקים מאיתנו והלאה. אנרגיה מתפשטת בגלים, ולגלי אנרגיה, כמו לגלי ים, יש תדירות. המרחקים בין פסגותיהם אחידים ואפשר למדוד אותם. אבל התדירות שאנו מודדים משתנית כשמקור הגלים נע ביחס אלינו: אם תיכנסו למי הים ותתחילו לשחות החוצה, אל החוף, התכיפות שבה תיתקלו בגלים תהיה גבוהה יותר, מבחינתכם. דבר דומה קורה לגלי קול: אם מקור הקול, למשל אופנוע, משמיע רעש כשהוא נע לעברכם, תדירות גלי הקול המגיעים אליכם תעלה, ואוזניכם יפָרשׁו את התדירות הגבוהה יותר כצליל גבוה יותר. אחרי שהאופנוע עובר על פניכם, גובה הצליל נעשה נמוך יותר, מפני שעכשיו הגלים מרווחים יותר. רוכב האופנוע, לעומת זאת, אינו נע ביחס לאופנוע שלו, ולכן הוא שומע כל הזמן צליל אחיד. לענייננו, תוצא דופלר הוא השינוי הנראה בתדירותה של קרינה אלקטרומגנטית כאשר מקורהּ נע לעבר המשקיף, או ממנו והלאה.

אור הכוכבים הוא קרינה אלקטרומגנטית. לכן, אם כוכב או גלקסיה נעים לעבר כדור הארץ, תיראה לנו תדירותם של גלי האור הנפלטים מהם כאילו היא גבוהה יותר. עינינו מפרשות אור נראה בתדירות גבוהה יחסית כצבע כחול, ולכן אנחנו אומרים שהאור הוסט לעבר הצד הכחול של הספקטרום האלקטרומגנטי. אבל אם גלי האור נעים הלאה מכדור הארץ, תדירותם תיראה כמוסטת לקצהו האדום של הספקטרום; האסטרונומים קוראים לזה "היסט לאדום". אנחנו יכולים לדעת באיזו מהירות כוכב או גלקסיה נעים, לפי מדידת כמות ההיסט של תדירות אורם.

ב־1814 בנה מדען גרמני צעיר בשם יוזף פון פרָאוּנהוֹפֶר את הספֶּקטרוֹסקוֹפּ המדעי הראשון - מנסרה מיוחדת במינה, המפצלת את תדירויותיו של אור כוכבים כפי שמִנסרת זכוכית מפצלת אור לצבעי הקשת. פון פראונהופר גילה שיש בספקטרום של אור השמש קווים כהים דקים בתדירויות מסוימות, מעין בַּרקוד קוסמולוגי. שני מדענים גרמנים אחרים, גוסטב קִירכהוֹף ורוברט בּוּנזֶן, הראו לאחר מכן במעבדתם כי כל אחד מהיסודות הכימיים השונים פולט או בולע אנרגיית אור בתדירויות מסוימות מאוד, המשתנות מיסוד ליסוד. הם הבינו כי הקווים הכהים שראה פון פראונהופר הם תוצאה של בליעת האור היוצא מליבת השמש על ידי אטומים של יסודות שונים באזוריה החיצוניים והצוננים יותר של השמש. הדבר מפחית את האנרגיה בתדירויות אלה ומשאיר קווים כהים בספקטרום הפליטה. הקווים הכהים האלה נקראים קווי בליעה, ויסודות שונים יוצרים תבניות שונות של קווי בליעה. לדוגמה, הקווים האופייניים לפחמן שונים מהקווים האופייניים לברזל. כשאנו אומרים כי אורו של כוכב מוסט לאדום, המשמעות היא שכל הקווים האלה הוסטו לעבר הקצה האדום של הספקטרום, ואפשר אפילו למדוד במדויק באיזו מידה הם הוסטו. עובדה זו משרתת את האסטרונומים כפי שמד המהירות האלקטרוני משרת את המשטרה.

בתחילת המאה ה־20, בהסתמך על השיטה הזאת, הראה האסטרונום האמריקאי וֶסטוֹ סלַייפֶר שהאור המגיע ממספר גדול עד להפתיע של גרמי שמים מוסט לאדום - כלומר, הם הולכים ומתרחקים מכדור הארץ, ובמהירות גדולה למדי. ההתפלגות הזאת היתה מוזרה מאוד. משמעותה האמיתית הובהרה רק כשבא אסטרונום אמריקאי אחר, אדווין הָאבְּל, ושילב את הממצאים האלה עם מדידות המרחקים אל גרמי השמים הרחוקים האלה.

אומדן המרחקים אל כוכבים ואל ערפיליות הוא עניין מסובך. עקרונית, כפי שהבינו כבר היוונים, אפשר להשתמש בשיטת הפָּרָלַקסָה המשמשת את המודדים עלי אדמות. במרוצת החודשים, בעוד כדור הארץ נע סביב השמש, יש לצפות בשמי הלילה כדי לראות אם כוכבים כלשהם נראים כאילו נעו ביחס לכוכבים אחרים. אם כן, אפשר להשתמש בטריגונומטריה כדי לחשב מה המרחק אליהם. למרבה הצער, אפילו הכוכב הקרוב ביותר, פּרוֹקסִימָה בקבוצת קֶנטָאוּרוּס, רחוק מאיתנו במידה כזו (כארבע שנות אור) שאי־אפשר להבחין בתנועה כלשהי שלו בלי ציוד משוכלל. לכן, רק במאה ה־19 עלה בידי האסטרונומים למדוד את המרחקים לכוכבים קרובים בשיטת הפרלקסה. אך בכל מקרה, גרמי השמים שחקר סלייפר היו הרבה יותר רחוקים.

למרבה השמחה, הנרייטה לִיוִויט, אסטרונומית במצפה הכוכבים של הרווארד, מצאה בתחילת המאה ה־20 שיטה למדידת המרחק אל כוכבים וערפיליות רחוקים בעזרת סוג מסוים של כוכבים - המשתנים הקֵפֵאִידִיים. אלה הם כוכבים שבהירותם משתנה באורח סדיר ביותר (כוכב הצפון הוא אחד המשתנים הקפאידיים). בהירותו של כוכב היא אמת מידה לכמות האור שהוא פולט; הבהירות המוחלטת היא כמות האור המגיעה מכוכב כלשהו, כפי שהיתה נמדדת בנקודה שנמצאת במרחק קבוע ממנו, והבהירות הנראית היא כמות האור המגיעה מהכוכב אלינו, לכדור הארץ. יש כמובן הבדל בין השתיים, משום שאור הכוכבים מתפזר ככל שהוא מתרחק מנקודת המוצא שלו, וכמותו הנראית פוחתת ביחס ישר לריבוע המרחק שעליו לעבור. את הבהירות הנראית אנו יכולים למדוד, אבל לא את הבהירות המוחלטת, שאותה אנו יכולים רק להסיק מחישובים שונים. אחד מהם הוא זה: ליוויט גילתה מִתאם פשוט בין תדירות השינוי בבהירותו הנראית של כוכב כזה לבין הבהירות המוחלטת שלו, ולפיכך היה ביכולתה לחשב את הבהירות המוחלטת של המשתנה הקפאידי. כאשר השוותה נתון זה עם הבהירות הנראית של הכוכב, היה ביכולתה לחשב גם את המרחק אליו. השיטה המופלאה הזאת סיפקה את הנֵרות התקניים האסטרונומיים שהיו דרושים להאבּל כדי לגלות שתי תגליות הרות משמעות לגבי היקום.

בפרוס המאה ה־20 האמינו רוב האסטרונומים שכל היקום כולו מוּכל בגלקסיה שלנו, שביל החלב. אך ב־1923 השתמש האבּל באחד הטלסקופים החזקים ביותר בעולם, במצפה הכוכבים הר וילסון שליד לוס אנג'לס, כדי להראות שהמשתנים הקפאידיים בגרם השמים שנודע אז בשם ערפילית אַנדרוֹמֵדָה הם כה רחוקים, עד שהם פשוט אינם יכולים להימצא בגלקסיה שלנו. תגלית זו הוכיחה סברה שכבר העלו לפנים כמה אסטרונומים: היקום הרבה יותר גדול משביל החלב, ויש בו עוד הרבה גלקסיות מלבד שלנו.

האבּל גילה תגלית מרעישה עוד יותר כשהתחיל למדוד את המרחקים אל מספר רב של גרמי שמים רחוקים בשיטת המשתנים הקפאידיים. ב־1929 עלה בידו להוכיח שכמעט כל הגלקסיות נראות כנעות מאיתנו והלאה ושלגופים הרחוקים ביותר יש את ההיסטים לאדום הגדולים ביותר. במילים אחרות, ככל שהגוף רחוק יותר, כן מהירות התרחקותו מאיתנו גדולה יותר. משמעותה של עובדה זו היא שהיקום כולו מתפשט. האסטרונום הבלגי ז'ורז' לֵמֶטר כבר העלה את הסברה הזאת על בסיס תיאורטי טהור. וכפי שציין למטר, אם היקום מתפשט עכשיו, הרי שמתישהו בעבר, כל הדברים בו היו דחוסים במרחב זערורי שנקרא בפיו האטום הקדמוני.

רוב האסטרונומים נדהמו לשמע רעיון היקום המתפשט ושיערו שנפלה טעות בחישוביו של האבּל. אפילו הוא עצמו לא היה ממש בטוח בכך. לפני כן, איינשטיין היה כה משוכנע שהיקום יציב, עד כי הכניס תיקון למשוואותיה של תורת היחסות הכללית על מנת שינבאו יקום יציב. התיקון היה הוספת מה שנקרא בפיו הקבוע הקוסמולוגי.

אחת הסיבות לספקנותם של האסטרונומים היתה הבעיות שהתגלעו בחישוביו של האבּל. לפי חשבונו, היקום החל להתפשט לפני שני מיליארד שנים בלבד, בעת שהאסטרונומים כבר ידעו שכדור הארץ ומערכת השמש שאליה הוא משתייך עתיקים יותר. מסיבה זו, וגם מסיבות אחרות, התייחסו רוב האסטרונומים לרעיון היקום המתפשט כמעניין, אבל כנראה שגוי. רבים העדיפו את הרעיון החלופי - יקום המצב היציב, שהציעו ב־1948 הרמן בּוֹנדי, תומס גוֹלד ופרד הוֹיל. אכן, הסכימו אנשי המצב היציב, הגלקסיות נראות כמתרחקות זו מזו, אבל בה בעת נוצר חומר חדש ביניהן, כך שבקנה מידה גדול, היקום נשאר באותה הצפיפות בערך וכמעט אינו משתנה.

אך בסופו של דבר הטו הראיות את כפות המאזניים לטובת היקום המתפשט. בשנות ה־40 הראה וולטר בָּאדֶה, שעבד במצפה הכוכבים הר וילסון (אותו מצפה עצמו שבו עבד האבּל), כי יש שני סוגים של משתנים קפאידיים, וכל סוג מספק אומדן מרחקים שונה. מחישוביו המתוקנים של באדה עלה שהמפץ הגדול קרה כנראה לפני יותר מעשרה מיליארד שנים (האומדנים הטובים ביותר שיש בידינו כיום אומרים שהוא קרה לפני זמן רב מזה, 13.82 מיליארד שנה). כך סולקה בעיית הכרונולוגיה. כיום איננו מכירים שום גוף אסטרונומי שגילו עולה על 13.82 מיליארד שנה, וזה טיעון חזק בזכות הקוסמולוגיה של המפץ הגדול. אחרי ככלות הכול, אם היקום הוא נצחי ובלתי־משתנה, חזקה עליו שיהיו בו הרבה מאוד גופים בני יותר מ־13.82 מיליארד שנה.

הראיה המכרעת התקבלה באמצע שנות ה־60, והיתה זו תגלית קרינת הרקע הקוסמית בגלי מיקרו. זוהי הקרינה שהשתחררה עם היווצרות האטומים הראשונים, כ־380 אלף שנה אחרי המפץ הגדול. קרינת הרקע סיפקה את ההוכחה החיונית לכך שהיקום מתפשט. מדוע?

בשנות ה־40 כבר היו כמה אסטרונומים ופיזיקאים שהתייחסו בכבוד לנתוניו של האבּל וניסו לחשב ולמצוא מה היה מתרחש אילו באמת אירע מפץ גדול. כיצד היה היקום נראה ממש בהתחלה, כשכל מה שבתוכו נדחס בתוך אטום קדמוני? אם צודקים האבּל ולֵמֶטר, היקום הבראשיתי היה צריך להיות דחוס ולוהט ביותר והיה אמור להתפשט ולהצטנן במהירות. כיצד יתנהגו החומר והאנרגיה בתנאים קיצוניים שכאלה? בשנות מלחמת העולם השנייה קיבל חקר הפיזיקה של הטמפרטורות הגבוהות מאוד תנופה אדירה, בגלל חיוניותו למיזם מנהטן לבניית פצצה אטומית. בשלהי שנות ה־40 נעזר ג'ורג' גָמוֹב, פיזיקאי אמריקאי ממוצא רוסי, בתובנות שהושגו במיזם מנהטן כדי לחשב את מה שהיה אמור לקרות ביקום מיד אחרי המפץ הגדול. הוא ועמיתו רלף אַלפֶר ניבאו כי היקום היה מגיע בבוא העת למצב צונן די הצורך להיווצרות אטומים, וכי כאשר נוצרו האטומים הראשונים היתה צריכה להשתחרר כמות אדירה של אנרגיה, עם השתחררות הפוטונים שהיו כלואים עד אז בפלזמה הטעונה של העידן שקדם לאטומים; מעתה ישייטו הפוטונים החופשיים האלה ביקום ניטרלי מבחינה חשמלית. זאת ועוד, טענו השניים, הבזק האנרגיה הזה עדיין אמור להיות מורגש, אם כי תדירותו ירדה כמעט לאפס עקב התפזרותו על פני כל היקום המתפשט. לכן, אם יערכו תצפיות קפדניות די הצורך, אמורים האסטרונומים למצוא קרינה, בטמפרטורה די קרובה לאפס המוחלט, שמגיעה מכל הכיוונים. רבים חשבו שזה רעיון מטורף, ומשום כך לא טרח איש לחפש קרינה בטמפרטורה כה נמוכה, הממלאת את כל היקום.

ב־1964 נתגלה הבזק הקרינה של גמוב בדרך מקרה. במעבדות בֶּל בהוֹלמדֶל שבניו ג'רזי עסקו שני אסטרונומֵי רדיו, ארנו פֶּנזיאס ורוברט וילסוֹן, בבניית אנטנת רדיו רגישה ביותר לתקשורת עם לוויינים מלאכותיים. כדי למנוע הפרעות הם קיררו את המַקלט שלהם לסביבות שלוש מעלות וחצי מעל האפס המוחלט, ולמרות זאת שמעו הִמהוּם תמוה של אנרגיה בטמפרטורה נמוכה. דומה היה שהיא הגיעה מכל הכיוונים, ולכן ידעו השניים שמקורהּ אינו באיזו התפרצות אדירה של אנרגיה מהשמש. הם חשדו שאירעה איזו תקלה במכשיריהם, ואכן מצאו צמד יונים שקיננו באנטנה שלהם, הדומה לשופר; הם סילקו אותן וניקו את הלשלשת, אבל זה לא עזר. (למרבה הצער, היונים ניסו לחזור שוב ושוב למקומן באנטנה, ולא היתה ברירה אלא לירות בהן.) ממש באותו זמן, בפרינסטון הסמוכה, ישב צוות של אסטרונומים בראשות רוברט דִיקִי לדיון בשאלה כיצד יוכלו למצוא את קרינת הרקע של גמוב, והנה התקשרו אליהם פנזיאס וּוילסון, סיפרו על הבעיה שנתקלו בה ושאלו אם יש ביכולתם להסביר אותה. האסטרונומים הבינו מיד שאיבדו את הסקוּפּ המיוחל שלהם. שני הצוותים החליטו לשתף פעולה ופרסמו מאמרים על התגלית. הם טענו כי קרוב לוודאי שזוהי האנרגיה שהשתחררה זמן קצר אחרי המפץ הגדול, כפי שניבא גמוב.

גילוי קרינת הרקע הקוסמית בגלי מיקרו שכנע את רוב האסטרונומים שהמפץ הגדול היה אירוע ממשי, מפני ששום תיאוריה אחרת לא יכלה להסביר את הקרינה המגיעה מכל הכיוונים. הצגת ניבוי כזה, מוזר אבל בסופו של דבר מוצלח, היא אחת הדרכים הטובות ביותר לשכנע מדענים באמינותה של תיאוריה. היקום, מתברר, אמנם הולך ומתפשט, ואכן, ההתפשטות החלה במפץ גדול.

כיום יש בידינו ראיות מכריעות לכך שיקומנו החל במפץ גדול. עדיין יש צורך להבהיר פרטים רבים, אבל לפי שעה הרעיון המרכזי מבוסס היטב, כפרק הראשון של סיפור המוצא בן זמננו. זהו האִתחוּל. והואיל ופיזיקת הקוונטים מתירה לדברים להופיע יש מאין מתוך רִיק, נראה שיקום ומלואו אכן הגיח מתוך איִן כלשהו, גדוש בפוטנציאל.14