התהוות החשיבה המדעית במהלך הדורות חלק ב'

מי שנתן את הגושפנקא המתמטית למודל ההליוצנטרי היה המתמטיקאי יוהאנס קפלר (שפעל בתחילת המאה ה17). קפלר היה זה שבשלושה חוקים שפירסם על תנועות של כוכבי הלכת סביב השמש נתן חיזוק משמעותי למודל של קופרניקוס, ועל בסיס חוקים אלה יצר ניוטון את החוקים שלו במכניקה הקלאסית ביניהם את חוק המשיכה האוניברסלי.

אגב, בתקופתו של קפלר לא הבחינו כל כך בין אסטרונומיה לבין אסטרולוגיה וקפלר שהיה גם איש דת התבסס בתורתו גם על רעיונות אסטרולוגים. בשלושת חוקיו קבע קפלר בין היתר שככל שכוכב לכת מרוחק יותר מהשמש הוא ינוע במסלולים ארוכים יותר סביבה וגם במהירות איטית יותר, שכן קפלר הבחין בקשר בין כוח המשיכה למרחק ששני גופים נמצאים אלה מאלה. כמו כן קבע קפלר כי המסלולים אשר עושים כוכבי הלכת סביב השמש הינם אליפטיים ולא מעגליים מושלמים.

כאמור ניוטון שפעל זמן קצר אחרי קפלר התבסס עליו בעניין כוח המשיכה אשר היה משמעותי בהסבר תופעות אשר נובעות עכב תנועת כדור הארץ סביב עצמו, במסגרת מסלולו בהקפת השמש.

כל גוף הינו בעל מסה אשר במסגרת קיומו ביקום מפעיל כוח שניוטון קרא לו כוח משיכה אשר הוא מפעיל על גוף אחר. מספרים שניוטון הגיע לתובנה הזו אחרי שתפוח נפל על ראשו ביושבו תחת עץ תפוחים. השאלה ששאל הייתה שאלה שמיליוני אנשים שנפל על ראשם תפוח לא שאלו, והיא: "מדוע התפוח נופל כלפי האדמה ולא נושא כלפי מעלה?". התשובה של ניוטון הייתה שקיים כוח אוניברסלי אשר מושך גופים אלו לאלו, ובעצם הוא החיל בצורה אינדוקטיבית חוק פרטי והפכו לחוק אוניברסלי. ולא רק זאת: באותה מידה שכדור הארץ מושך את התפוח כך התפוח מושך גם את כדור הארץ, אבל מאחר ומסת התפוח זניחה לעומת מסת כדור הארץ בפועל ניתן לומר שכדור הארץ מושך את הגופים עליו לעברו וליתר דיוק למרכזו. באופן כזה בעצם הסביר ניוטון מדוע אין אנו עפים לכל עבר עכב תנועת כדור הארץ סביב עצמו, ומדוע אכן כשאנו זורקים אבן לידינו היא נופלת למרגלותינו ומדוע אין רוח עוועים מול פרצופינו ומדוע העננים לא טסים בצורה מטורפת בשמיים, הכל כך הסביר ניוטון, נמשך כלפי האדמה למרכז.

המהפכה הקופרניקאית נחשבת לאירוע המכונן ביותר בתולדות המדע, ואם להשתמש בלשונו של תומאס קום הרי שהיה פה שינוי של פרדיגמה מגאוצנטרית להליוצנטרית באופן חד ביותר.

צריך להמתין כשלוש מאות שנה כדי להגיע משני תחומי מדע אשר מהווים מהפכה חשיבתית כל אחת בתחומה ושגם אינם מסתדרים זה עם זה והם מכניקת הקוונטים ותורת היחסות. שתי התורות נוצרו בתחילת המאה העשרים, אחרי שאחד המדענים המוערכים יותר בהיסטוריה טען באותה העת שלמעשה כל מה שהיה צריך לגלות בפיזיקה כבר התגלה והכל ידוע ורק צריך להיכנס יותר לפירוט הדברים – דברי הלורד קלווין. מי שקשור לשתי התורות הללו שנזכרו קודם הוא אלברט איינשטיין אשר בצדק או שלא בצדק שמו הפך להיות לשם נרדף לגאון.

תורת הקוונטים הינה תורה אשר אמורה להסביר תופעות בתחום המיקרו ברמה של חלקיקים. אך בעייתה שלה היא בכך שיש לה בסיס הסתברותי ולא ניתן לנבא מה יהיה בגורלו של חלקיק בודד אבל ניתן לנבא מראש הסתברותית מגמה של כלל החלקיקים. לימים התבטא איינשטיין במילים שהוא מתכוון לתורת הקוונטים "אלוהים לא משחק באבני קובייה". במסגרת תורת הקוונטים תכונות של חומר כמו אנרגיה נמדדות בערכים בודדים ולא רציפים, מה שנקרא קוונטים (כמויות), מעבר של חלקיק ממקום למקום לפיכך איננו רציף אלא בא בקפיצות קוונטיות. כמו כן, יש אלמנטים של פיצול אישיות כמו לגבי האור שהוא גם מתנהג כגל וגם כחלקיק. כאמור, תורת הקוונטים הינה תורה הסתברותית במסגרתה לא ניתן לחזות תוצאה של ניסוי מסוים אלא את ההסתברות שתקרה. למרות הכל, חלק גדול מהטכנולוגיה של ימינו מתבסס על תורת הקוונטים.

לעומת תורת הקוונטים שעוסקת בעולם המיקרו, הרי שתורת היחסות עוסקת בעולם המאקרו, בגדול, בסדרי גודל של היקום. איינשטיין פיתח שתי תורות יחסות, אחת פרטית ואחת כללית. בתורות אלה הוא שינה את פני הפיזיקה הקלאסית כשמושגים של זמן, מרחב, מסה ואנרגיה קיבלו פנים חדשות לגמרי. מרחב וזמן שהיו הבמה להתרחשותם של אירועים פיזיקליים הפכו להיות שחקנים ראשיים בזירה. הזמן הפך להיות יחסי והמרחב הפך להיות ישות שמתכווצת או מתפשטת, מסה ואנרגיה הפכו להיות תלויות במהירות אשר אליה הן כפופות. המכניקה הפיזיקלית של ניוטון הפכה להיות מקרה פרטי של תורתו של איינשטיין ובפועל משתמשים בתורת ניוטון במהירויות ארציות אבל לא כשמגיעים למהירויות קרובות למהירות האור, אז הזמן מתקצר אליבא דאיינשטיין והמסה הופכת להיות אינסופית.

במסגרת תורת היחסות הפרטית שלו איינשטיין טווה את הנוסחה לפיה יש שקילות בין מסה לאנרגיה ומסה קטנה יכולה לההפך לאנרגיה עצומה, דבר שהיווה את הבסיס להמצאת פצצת האטום ולדרך בה ניתן להפוך אנרגיה גרעינית בצורה אבולוציונית.

איינשטיין ש"לא אהב" בלשון המעטה את מסקנות תורת הקוונטים על הצד ההסתברותי שלה התבטא ואמר: "אלוהים לא משחק באבני קובייה". תגובת המדען נילס בור הייתה "איינשטיין תפסיק להגיד לאלוהים מה לעשות!". איינשטיין יש לציין היה בתחילת דרכו חסיד תורת הקוונטים ואת פרס נובל יש לציין קיבל על העבודה בתחום אתה הפוטואלקטרי שקשור למכניקת הקוונטים. הוא הסביר את הקרינה של גוף שחור כאינטרקציה (שילוב) בין האור לאלקטרונים שבאטומי המתכת של הגוף השחור, לא באופן רציף אלא בצורה של קוונט של אור (כמות קריטית) ולעבודתו זו יש השפעה על טכנולוגיות שונות של ימינו כמו האפקט של מסך הטלויזיה.

כאמור שתי התורות הקוונטים והיחסות לא מסתדרות זו עם זו עובדה שגורמת למבוכה בין הפיזיקאים וגם למי שלומד פיזיקה בעשרות השנים האחרונות. התורה אשר אמורה לגשר בין השתיים הינה תורת המיתרים. תורת המיתרים טוענת שהחלק הקטן ביותר של חומר הוא לא נקודה חסרת מימדים כי אם מיתר, כלומר צורתו הגאומטרית של חלקיק איננה נקודה בעלת אפס מימדים אלא מיתר שיכול להיות במצב סגור כלולאה או פתוח בצורת קו, והוא מתנודד באופנים שונים כמו מיתר של גיטרה למשל המשמיע צלילים שונים בהתאם לאורכו.

גודלם הזעיר של המיתרים לפי התאוריה גורם לקשיים ביצירת משוואות מתמטיות לתיאור התאוריה ואי לכך לא ניתן גם לאשש תאוריה זו בניסוי מעבדה או בתצפית ולכן מתייחסים לתורה זו כאל מודל תיאורטי בלבד ואפילו כאל פרשנות פסבדו מדעית – פילוסופית.

הקשיים לאחד בין התורות עכב כישלון תורת המיתרים יוצרת קשיים בהבנת ראשית היקום אם היה בו ראשית בכלל, וגם את מבנהו בגדול ובעצם לגרימת תחושה שכנראה יש תופעות בעולמינו שלעולם לא יגיעו לידי הבנה באופן צרוף.