התנהגות החלקיקים התת-אטומיים ביקום, כפי שהיא באה לידי ביטוי בתורת הקוונטים, מהווה תעלומה מדעית בלתי פתורה. התנהגות מוזרה ומשונה זו מנוגדת לכל כללי הפיסיקה המוכרים והיא קשה להבנה ובלתי נתפסת על ידינו.
חלקיק תת-אטומי יכול להיות בכמה מקומות באותו זמן. הוא יכול לנוע אחורה בזמן. יש לו גם צורה מרוחה של גל וגם צורה נקודתית של חלקיק. הוא יכול לנוע ממקום למקום, דרך כל היקום, בפרק זמן קטן אינסופי. הוא יכול לנוע מנקודה לנקודה באינסוף מסלולים אפשריים. התנהגות החלקיקים התת-אטומיים הינה אקראית לחלוטין ועקרון אי הודאות שולט בה באופן מוחלט.
חלקיק תת-אטומי מסוג פרמיון, כמו אלקטרון, פרוטון או ניטרון, "יודע" את מצב האנרגיה של כל חלקיק אחר ביקום. כאשר חלקיק תת-אטומי מתמקם ברמת אנרגיה מסוימת הוא עושה זאת "בידיעה" של כל החלקיקים מסוגו ביקום, ואחת היא מה המרחק בינו לבינם. כל יתר החלקיקים מתאימים את עצמם, כך ששני פרמיונים מאותו סוג לעולם לא ימצאו באותה רמת אנרגיה. קיימת אינטימיות בין החלקיקים המרכיבים את היקום והיא מכסה את כל רחבי היקום שלנו.
ברגע שנערכת מדידה של אחד משני חלקיקים שזורים היא משתקפת באופן מיידי גם בחלקיק השני, אפילו אם שני החלקיקים רחוקים זה מזה מרחק שנות אור ואפילו אם שניהם אינם קיימים באותו הזמן. הרעיון לפיו חלקיק יודע, כהרף עין, על מצבו של חלקיק אחר, הנמצא במרחק מיליארדי שנות אור, נשמע מנוגד לתורת היחסות, לפיה לא ניתן לעבור את מהירות האור, ואלברט איינשטיין, למרות שהיה ממפתחי תורת הקוונטים, לא אהב אותו. מנקודת ראות של תורת הקוונטים תורת היחסות נראית ככפיה של מגבלות של סימטריה על מבנה המרחב והיקום.
על מנת להבין מדוע התנהגות החלקיקים התת-אטומיים מוזרה ומופלאה כל כך ובלתי ניתנת לתפיסה על ידינו, עלינו לחזור למקור היווצרם של אבני הבניין היסודיות האלה של הטבע והוא המפץ הגדול.
יקום אינסופי ופרדוקס האינסוף
המפץ הגדול התחיל מתוך נקודה סינגולרית זעירה אינסופית. היקום הגלוי כולו, על מאות מיליארדי הגלקסיות ועל החומר האפל והאנרגיות האפלות שבו, היה דחוס לנפח אפסי אינסופי. האינסופיות שלטה בכל מרכיביו של עולם זה, כולל צפיפותו, הטמפרטורה שלו והעקמומיות שלו. הזמן והמרחב שבו היו אפסיים באופן אינסופי. בעיני רוחנו אנו מדמיינים יקום אינסופי כיקום שיש בו מרחב וזמן באופן אינסופי. האמת המציאותית הפוכה לחלוטין. יקום אינסופי הוא יקום שבו, למרבה הפרדוקס, יש אפס זמן ואפס מרחב. דווקא היקום שלנו, המשתרע, מבחינת זמן ומרחב, על מיליארדי שנות אור, הוא יקום סופי ("finite") במהותו, בהשוואה ליקום האינסופי של המפץ הגדול. במונח "אינסופי" ("infinite") הכוונה אינה רק לחסר סוף, אלא לחסר מגבלות מכל סוג שהוא, ללא מגבלה במהירות התנועה, ללא מגבלה למקום או לזמן. אינסופי הוא בלתי צפוי ואקראי לחלוטין. התפרצות האנרגיה ממצב הסינגולריטי לתוך זמן ומרחב, כפי שארע במפץ הגדול, מהווה מעבר ממצב אינסופי למצב סופי, דהיינו למצב מוגבל ומתוחם, מבחינת זמן, מרחב, קיום, התנהגות צפויה ותכונות נוספות. זהו פרדוקס האינסוף. כל עצם ביקום שלנו שנתהווה לאחר התפרצות המפץ הגדול, שהוא בגודל של מעל חלקיק תת אטומי, הוא סופי במהותו, מוגבל, מתוחם וצפוי בהתנהגותו. מנקודת ראות שלנו חומר אינו יכול להיות אינסופי שכן כל כמות של חומר ניתנת לספירה ומדידה.
תכונת האינסופיות של החלקיקים התת-אטומיים
החלקיקים התת-אטומיים, נשוא תורת הקוונטים, הינם שלב ביניים, או מצב ביניים, בין הסינגולריות האינסופית שלפני המפץ הגדול, לבין המצב הסופי של העצמים הגדולים מהם, המרכיבים את היקום שלנו. תורת היחסות אינה מסתדרת עם תורת הקוונטים, מאחר שתורת היחסות מתייחסת לעצמים הסופיים, שתכונותיהן שונות לחלוטין מהתכונות האינסופיות של החלקיקים התת-אטומיים. חלקיק תת-אטומי הוא חסר גודל לחלוטין, הוא נקודה אינפיניטיסימלית, והוא יכול להיות בעל זמן חיים אינסופי. האטומים, המולקולות והעצמים הגדולים יותר, שנוצרו מהתחברות חלקיקים תת-אטומיים, הינם גופים תלת מימדיים מורכבים שאיבדו את האינסופיות. הם לא יתקיימו לעד ובשלב כלשהו יתפרקו למרכיביהם. התנהגותם אינה אקראית, תנועתם וכיוונם צפויים והם ניתנים לספירה למדידה ולכימות. הם מוגבלים בתנועתם למהירות האור. הם לא יכולים להתקיים בשני מקומות בעת ובעונה אחת, אין הם יכולים לנוע אחורה בזמן והם חסרים את יתר התכונות חסרות המגבלות של החלקיקים התת-אטומיים האינסופיים.
חלקיקים תת-אטומיים הכלואים בחומר
המפץ הגדול פלט אנרגיות שגרמו וגורמות להתפשטות המרחב-זמן. במקביל נוצרו כוחות וחוקי טבע הפועלים לחיבור ואיחוד של החלקיקים התת-אטומיים וליצירת מאסה. מה שדחף אלקטרונים להתחבר לפרוטונים ולהפוך לאטומים תלת מימדיים היא העובדה שהמטענים החשמליים של הפרוטון והאלקטרון שווים במדויק ומנוגדים זה לזה. החלקיקים התת אטומיים רותקו זה לזה ובכך איבדו חלק כלשהו מחירותם ומהתכונות האינסופיות שלהם. אלקטרון בתוך אטום מימן, למשל, לכוד בתוך האיזור המקיף את הפרוטון ומרותק אליו. האנרגיה של אלקטרון לכוד הופכת למקוונטטת ויכולה להתקיים רק ברמות מסוימות. כאשר כוכב קורס והופך לננס לבן האלקטרונים שבו הולכים ומוגבלים יותר ויותר, מה שגורם להם לרגוש ולעצור את הכבידה המקריסה. מהירותם בתוך הכוכב עולה ועולה, אך אינה יכולה לעלות על מהירות האור. למרות היותם כלואים ומוגבלים בתוך חומר, החלקיקים התת-אטומיים ממשיכים לשמור על מרבית תכונות האינסופיות שלהם. בתוך החומר הם יכולים לעבור על נקלה מפרוטון לפרוטון או מאטום לאטום והם נמצאים במצב של סופרפוזיציה. תכונת האינסופיות שלהם מתגלה ובולטת בעת ביצוע תצפית או מדידה עליהם.
בעיית המדידה הקוונטית
תצפית על חלקיק תת-אטומי, או מדידתו, גורמים לפונקציית הגל שלו לקרוס ואחד הערכים שלו נבחר. מה שמתרחש, מנקודת הראות שלנו, הוא שהתצפית או המדידה הופכת את החלקיק התת-אטומי מאינסופי לסופי. ההרגשה המתקבלת היא, שכאילו החלקיק "יודע" באורח כלשהו, שמתבוננים בו ולכן פונקציית הגל שלו, שתכונותיה אינסופיות במהותן, קורסת.
הרגשה כזו מתקבלת אם אנו מתייחסים אל חלקיקים תת-אטומיים ואל חלקיקים על-אטומיים באורח שווה. אם נבדוק את הסוגיה על בסיס תיאוריית החלקיקים האינסופיים, לפיה חלקיקים תת-אטומיים אין דינם כדין חלקיקים מורכבים יותר, נוכל להגיע למסקנה, שתוצאת התצפית על החלקיק וקריסת פונקציית הגל שלו היא סובייקטיבית והיא מעין "טעות אופטית" שלנו. אנו, כבני אדם וכיצורים "סופיים" איננו יכולים לראות, לא בעינינו ולא במכשירינו, את תכונות הסופרפוזיציה של החלקיקים האינסופיים. איננו יכולים לראות בשום אופן חלקיק שנמצא בכמה מקומות בעת ובעונה אחת או חלקיק שהוא גם גל וגם נקודה. איננו יכולים לראות חלקיק שנע במהירות אינסופית. איננו יכולים לראות שני חלקיקים שזורים שנפרדו ונמצאים בזמנים שונים, או במרחק מיליארדי שנות אור זה מזה. כאשר אנו מבצעים תצפית או מדידה על חלקיק אינסופי אנו רואים, על כן, רק את מה שאנחנו יכולים לראות.
הבינה של האינסוף
מהות האינסוף, שהוא מקור המפץ הגדול והיקום שלנו, הינה תעלומה בלתי פתורה. מאחר שהאינסוף חסר זמן ומקום לא נכון לומר שהאינסוף קדם ליקום שלנו וגם לא נכון לומר שהוא נמצא מחוץ או מעבר לו. האינסוף נמצא בתוך היקום שלנו ויותר נכון, אנו נמצאים בתוך האינסוף.
האינסוף, מעצם מהותו אמור להיות, לכאורה, כאוטי, אקראי, חסר סדר וחסר כל חוקיות שכן כל אלה מגבילים אותו ופוגמים באינסופיותו. זאת בניגוד ליקום שלנו, שבו יש חוקי טבע, סדר והגיון שאיפשרו את התפתחות האינטליגנציה אך הופכים אותו לסופי במהותו. אף על פי כן הסתכלות מעמיקה יותר מגלה רמזים לכך שבאינסוף טבועים חזק אלמנטים של אינטליגנציה.
רמז משמעותי מאוד לכך ניתן למצוא במספר האניגמטי פאי (π). אם חשבנו שכל מספר הינו סופי הרי שהמספר פאי הוא אינסופי, דהיינו מספר חסר סוף, ויש סימנים לכך שהוא מקושר לאינסוף ומהווה חוליה המחברת בין האינסוף ליקום שלנו.
חוקי הפיסיקה כפי שאנו מכירים אותם, התגבשו, מנקודת ראותנו, לאחר המפץ הגדול, אך פאי מופיע במודלים תיאורטיים שמנסים להסביר את ראשית היקום ואפילו את מה שהיה "לפניו". גם ביקומים היפוטתיים עם חוקים שונים לחלוטין פאי מופיע באותה צורה שוב שוב ואולי "לפני" הזמן עצמו.
אף כי פאי נראה כחלק מהאינסוף, הוא מוצפן באבני הבנין הבסיסיות ביותר של היקום הסופי שלנו. הוא מופיע במשוואות המתארות את חוקי הפיסיקה, כולל תורת היחסות הכללית, מכניקת הקוונטים, גלי האור ומודלים של אנרגיה. פאי מופיע שוב ושוב גם בתופעות טבעיות: בזרימה של נהרות, בדפוסי מערבולות וסערות, בתבניות מזג האוויר, בהתפשטות חום, בצורת גלים באוקיינוס, בצמיחת צמחים ואפילו בפסים של זברות ובחברבורות של נמרים. הוא מתגלה גם במערכות הביולוגיות של בעלי חיים, בקצב פעימות הלב, במחזורי הנשימה, בחלוקת תאים, במבנה המוח וברצף הדנ"א. עד כדי כך שיש הרואים בתופעות אלה ראיה לכך שפאי מקודד בחוקי הבריאה עצמם.
מעבר לכך שהמספר פאי נראה כחוליה המקשרת בין האינסוף ליקומנו הסופי הוא גם יוצר בעולמנו חיבור מדהים בין הכאוס לסדר. פאי חוזר שוב ושוב דווקא במערכות ובמקומות כאוטיים שבהם לכאורה שולטת רק אקראיות ואף על פי כן הוא מתקשר דווקא לסדר. ניסויים הסתברותיים גילו כי פאי מופיע בדפוסים שבהם מחטים נופלות על משטח מסומן, בהתפלגות של רעידות אדמה ואפילו במשחקי קזינו.
רמז מתחום אחר לקיומה של בינה של האינסוף באשר הוא, ניתן למצוא בעובדה המדהימה, שאין לה הסבר מדעי מניח את הדעת, לפיה קבועים פיזיקליים רבים, כמו קבוע הכבידה, מסת האלקטרון, או עוצמת הכוח הגרעיני החזק נראים כמכווננים באופן מדויק (fine-tuned) כדי לאפשר את קיומם של כוכבים, גלקסיות, ובסופו של דבר, חיים.
תורת הקוונטים מצביעה על חוסר סדר ועל אקראיות ביקום ואלה תכונות של אינסוף ואילו תורת היחסות דוגלת בקיום סדר וחוקי טבע, שהם תכונות סופיות בטבען. עם זאת נראה שבאינסוף, שהוא המקור של המפץ הגדול ושל יקומנו, קיימת אינטליגנציה והוא מסוגל להכיל, באורח מופלא ונשגב מבינתנו, דברים הנראים לנו סותרים זה לזה, כגון כאוס וסדר, אקראיות וחוסר אקראיות וחוקיות וחוסר חוקיות. תורת היחסות ותורת הקוונטים נטלו כל אחת אספקט אחר של האינסופיות.
