החיים על כדור הארץ התחילו בערך לפני 3.5 מיליארד שנים. מאז, היא מתפתחת לצורות מורכבות יותר ויותר. לפני כ-70-130,000 שנה, אנחנו, הום ספיינס, התברמנו, וכשמוחנו התפתח, התחלנו לחשוב ולשוטט ביקום. הסתכלנו על חפצים סביבנו ושאלנו מה החפצים האלה? איך הם נוצרו? וכן הלאה. החלק המרגש ביותר במסענו להבנת היקום החל כשהתחלנו לחקור את אבני הבניין של היקום.

מהן בדיוק אבני הבניין של היקום? בסביבות 400 לפני .C.אי, דמוקריטוס, פילוסוף יווני, הציג את האטום כאבני הבניין של היקום. על פי התיאוריה שלו, החומר מורכב מחלקיקים זעירים בלתי ניתנים לחלוקה, שהוא כינה אטומים.

בשנת 1803, מורה בבית ספר לאנגלית, ג'ון דלטון, הציע תיאוריה מודרנית של האטום המבוססת על שתי הנחות. ראשית, החומר עשוי מאטומים, שהם חלקיקים בלתי ניתנים לחלוקה. שנית, לכל האטומים מאותו יסוד יש את אותה מסה ומאפיינים. כמו אבני הבניין הבלתי ניתנות לחלוקה של היקום, הרעיון של אטומים שלט במוחם של ההגים הגדולים עד 1897, כאשר ג'יי ג'יי. תומסון גילה אלקטרונים. כשג'יי ג'יי. תומסון ערך ניסויים בצינור קרן קתודית, ומצא שאטום מורכב מחלקיקים טעונים שלילית. הוא קרא להם קרני קתודה, כפי שנראה שהם באו מהקתודה. היום, אנחנו מכירים את החלקיקים האלה כאלקטרונים. זו הייתה רק ההתחלה של סיפור חדש בהיסטוריה של המסע של האנושות להבנת היקום.

ב-1911, ארנסט ראת'רפורד הפציץ חלקיקי אלפא על יריעת זהב בגודל 0.00004 ס"מ. חלקיקי אלפא אלה נפלטו מרדיום רדיואקטיבי. לאחר שעברו דרך יריעת הזהב, חלקיקים אלה פגעו במסך האבץ הגופרית. על ידי ספירת מספר הניצוצות על מסך האבץ הגופרתי, ראת'רפורד הגיע למסקנה שכמעט כל חומר האטום התרכז בנפח הזעיר הממוקם במרכז האטום, והוא הגרעין של האטום. הגרעין מכיל את רוב העניין של אטום והוא טעון באופן חיובי.

מאוחר יותר בשנת 1932 גילה סר ג'יימס צ'דוויק נייטרונים. עכשיו, התמונה של האטום הייתה ברורה. אטום מורכב מגרעין, אשר מורכב עוד יותר פרוטונים טעונים חיובית נייטרונים ניטרליים חשמלית, ואלקטרונים טעונים שלילית, אשר סובב סביב הגרעין. בבתי הספר שלנו לימדו אותנו שהכל מורכב מחומר, והעניין מורכב מאטומים, שניתן להפוך אותם לפרוטונים, נייטרונים ואלקטרונים, והם אבני בניין של היקום. אבל הסיפור לא נגמר כאן.

בשנת 1964, שני פיזיקאים, מורי גל מאן וג'ורג' צווייג, הציעו באופן עצמאי את החלקיקים התת-אטומיים הידועים בשם קווארקים כדי להסביר את התנהגות החלקיקים שהתגלו באמצעות התנגשויות אטומיות באנרגיה גבוהה. בשנת 1968, מדענים שעבדו במרכז המאיץ ליניארי בסטנפורד מצאו ראיות לקיומם של חלקיקים אלה. עכשיו, אנחנו יודעים שה פרוטונים ונייטרונים אלה עשויים מקוורקים.

בשלב זה, אנו יודעים על שישה סוגים של קווארקים: קווארקים למעלה, קווארקים למטה, קווארקים עליונים, קווארקים תחתונים, קווארקים קסם, קווארקים מוזרים. כאשר אלה סוגים שונים של קווארקים לשלב, אנחנו מקבלים פרוטונים ונייטרונים. פרוטון עשוי משלושה קווארקים, שני קווארקים למעלה, ואחד במורד קווארק.
מצד שני, נויטרונים עשויים משני קווארק למטה ואחד למעלה. קווארקים ולפטונים, כלומר אלקטרונים, הם אבני הבניין של היקום.

תמונת היקום עשויה להיראות ברורה כעת, כפי שגילינו את אבני הבניין הבסיסיות של היקום. קווארקים ואלקטרונים אלה נחשבים כיום לחלקיקים בלתי ניתנים לחלוקה. אז, הסיפור מסתיים כאן? בוא נחזור לשנת 1928. כשניל בוהר ומייסדים אחרים של מכניקת הקוונטים היו עסוקים בעניין החומר, פול דיראק ניסה לאחד את מכניקת הקוונטים, העוסקת בעולם התת-אטומי, עם תורת היחסות המיוחדת של איינשטיין, העוסקת באובייקטים הנעים במהירות האור.

לאחר ביצוע חישובים מתמטיים מורכבים, הוא פיתח משוואה. משוואה זו ידועה כיום כמשוואה של דיראק. משוואה זו הצליחה להסביר דברים קטנים מאוד והם נעים מהר מאוד. בהתחלה, דיראק לא העריך את זה וחשב על זה כשגיאה מתמטית. אבל מאוחר יותר, הוא הבין שהמשוואה שלו מנבאת משהו חדש לגמרי למדע, וזה אנטי חלקיקים. משוואת דיראק חזתה חלקיק שמאסתו ומאפייניו היו זהים לאלקטרון אך היה לו מטען חיובי. מאוחר יותר, דיראק הבין, והוא הציע את קיומו של אנטי חומר. חלקיקי האנטי-חומר זהים לחלקיקי חומר אך עם מטען מנוגד.

בשנת 1932, קרל אנדרסון, פרופסור צעיר במכון הטכנולוגי של קליפורניה, חקר מקלחות קוסמיות בתאי ענן. תא הענן שימש לגילוי חלקיקים, שנועדו לדמיין את המעבר של קרינה מייננת. הוא כלל סביבה אטומה המכילה אדים רוויים של מים או אלכוהול. החלקיקים הטעונים האנרגטיים מתקשרים עם הענן על ידי הפלת אלקטרון במהלך התנגשויות, מה שמניע שבילים. אנדרסון גם יישם שדה מגנטי על המערכת, מה שגרם לחלקיקים לעקום בהתאם ליחס המסה שלהם לטעינה. באמצעות טכניקה זו, הוא יכול ללמוד את החלקיקים וההתנהגות השונים. קשה לעין נורמלית להתבונן במתרחש כאן, אבל מה שהוא הבחין היה שכל החלקיקים נפלו בנתיבים נפרדים שניתן להעריך מתמטית במסלולם. עם זאת, בתמונה זו, חלקיק מוזר הצליח לנוע ממול לשדה המגנטי, והוא הבחין בנתיב שהותיר משהו טעון באופן חיובי באותה מסה ומהירות כמו אלקטרון. כן, זו הייתה הפעם הראשונה שהתגלה אנטי-חלקיק לאלקטרון. הם קראו לו פוזיטרון. תגלית זו אישרה את ההנחה של פול דיראק. בשנת 1933 זכה פול דיראק בפרס נובל לפיזיקה על הישגיו. מאוחר יותר, תגליות נוספות נעשו, ועכשיו אנחנו יודעים כי עבור כל חלקיק חומר, קיים אנטי חלקיקים עבור זה.

פוזיטרונים לאלקטרון, אנטיפרוטון לפרוטון, אנטינוטרון לנויטרונים, והרשימה עוד ארוכה. אבל הגילוי הזה שוב תמה על מדענים. תן לי לשאול את השאלה שוב; מהם אבני הבניין הבסיסיות של היקום? קווארקים ולפטונים? אבל הם חלקיקי חומר. מה לגבי החלקיקים האנטי-חומריים האלה? מאיפה הם הגיעו? התשובה עשויה להיות בהתחלה האולטימטיבית, המפץ הגדול.

לדברי מדענים, היקום התחיל עם המפץ הגדול לפני כ -14 מיליארד שנים, וכל מה שקיים היום יכול להיות נעוצים באירוע זה. האנרגיה מהמפץ הגדול הייתה צריכה לייצר כמויות שוות של חלקיקי חומר ואנטי חומר. אבל כשאנחנו מסתכלים על היקום, מהנקודות הקטנות ביותר לגלקסיות הענקיות, אנחנו רואים רק את החומר הנורמלי. לעתים רחוקות אנו יכולים למצוא חלקיקי אנטי חומר ביקום. אבל למה? איפה האנטי-חומר שנותר? זה נקרא הבעיה של אנטי חומר. כיום, אחד האתגרים המשמעותיים בעולם המדעי הוא להבין מה קרה לאנטי-חומר. למה אנחנו רואים א-סימטריה בין חומר לאנטי חומר?

ההיבט המרגש של כל התרחיש הזה הוא שחלקיקי חומר ואנטי חומר מיוצרים בזוגות. כשהם באים במגע אחד עם השני, הם מ להשמיד ולשחרר אנרגיה. אז, בהתחלה, כשהמפץ הגדול הפיק את זוגות החלקיקים האלה של חומר אנטי-חומר, החלקיקים האלה גם התנגשו והושמדו, ומילאו את היקום באנרגיה טהורה.

לכן, אם חלקיקי החומר והאנט-חומר נוצרו והושמדו יחד, היקום חייב להכיל רק את האנרגיה הנותרת. אבל זה לא מה שאנחנו רואים היום. כפי שמדענים הבחינו ביקום, הם העריכו כי, למרבה המזל, במיליארד התנגשויות של חלקיקי חומר ואנטי חומר, חלקיק חומר אחד שרד. אז, מה שאנו רואים עכשיו, כולל כוכבי הלכת, הכוכבים והגלקסיות, הם שאריות ההתנגשויות. אבל זו עדיין תעלומה מדוע חלקיק חומר אחד שרד. אבל זה רק פתרון אחד לבעיה נגד החומר.

הסבר נוסף הוא שכאשר היקום התקרר, האנטי-חומר יכול היה להפריד ולקיום במקום אחר, הרחק מהיקום הנצפה שלנו. אולי קיימים אנטי-כוכבי לכת, אנטי-כוכבים, אנטי-גלקסיות, ואולי אפילו אנטי-יקום שלם. יקום המורכב כולו מאנט-חומר. תורת המיתרים גם מנבאת את המושג של יקומים מקבילים, עם יותר ממדים ממה שאנחנו מכירים כיום.

תורת המיתרים היא תיאוריה נוספת המנסה לאחד את כל ארבעת הכוחות בטבע: כוח משיכה, כוח חזק, כוח חלש וכוח אלקטרומגנטי. אל תשכח שפול דיראק גם ניסה לאחד את הכוחות וחשבתי על אנטי-חומר.

אולי נגלה הרבה יותר בתחום הזה, וזה יהיה מסע מרגש.