הדמיון מרקיע שחקים

מאמר זה מוקדש לזכרו של הסופר ארתור סי קלארק (1917-2008), שדמיונו וחזונו פורצי הגבולות העניקו וימשיכו להעניק השראה לדורות של אנשים המתעניינים ועוסקים במדע בדיוני או עובדתי, ושהעתיד של כולנו חשוב להם.

היזהרו מכשל הדמיון

בשנת 1895 פסק הלורד קלווין (ויליאם תומסון), מדען דגול ורב הישגים, ש"לא ייתכנו מכונות מעופפות הכבדות מן האוויר". היה זה רק שבע שנים לפני הטיסה המוצלחת הראשונה של האחים רייט, במטוס שהיה בהחלט כבד מן האוויר. בשנת 1900 הכריז הלורד נשוא הפנים, בנאום בפני האיגוד הבריטי לקידום המדע, ש"אין מה לגלות עוד בפיסיקה. נשאר רק לבצע מדידות מדויקות יותר ויותר". חמש שנים אחר כך באה "שנת הפלא" בפיסיקה, ואיתה ראשית המהפכות של מכניקת הקוואנטים ושל תורת היחסות של איינשטיין. התברר שיש עוד המון, אבל המון, לגלות בפיסיקה. ההכרזות הללו של לורד קלווין (ולא חסרות אחרות מסוג זה) הן דוגמה טובה למה שארתור סי קלארק המנוח כינה, בספרו הנפלא "פני העתיד" (1962), "כשל הדמיון". הכשל השכיח הזה הביא את קלארק לנסח את "החוק הראשון" המפורסם שלו: "כשמדען מכובד אך בא בימים קובע שדבר מה הוא אפשרי, קרוב לוודאי שהוא צודק. כשהוא קובע שמשהו בלתי אפשרי, קרוב לוודאי שהוא טועה".

איינשטיין עצמו היה מודע היטב לסכנה של כשל הדמיון. "הדמיון חשוב יותר מאשר ידע" היא אחת האמירות המפורסמות שלו. הוא לא זלזל בידע, כמובן, אבל הוא חש שידע לבדו הוא משהו מוגבל, שאין די בו לפריצות דרך של ממש. הדמיון, לעומת זאת, "חובק עולם". אלה דברים שחשוב להזכיר, שהרי הדמיון הוא יסוד היסודות של המדע הבדיוני והפנטסיה. אינני יודע אם אפשר לפתח דמיון ובאיזו מידה, אבל אפשר ודאי לגרות ולעורר אותו. וזה מה שעושות יצירות מד"ב ופנטסיה במיטבן.

הפריית הרעיונות ההדדית בין מדע וספרות, וגירוי הדמיון ההדדי בין מדענים וסופרים, הן תופעות מרתקות אשר דומה שעדיין לא נחקרו די צרכן. אני חושב שטמון בהן פוטנציאל הן להפצעת טכנולוגיות חדשות והן להעשרת היצירה הבדיונית. דוגמאות בולטות מהעבר להשפעות גומלין ברוכות כאלה קשורות לארתור סי קלארק, אחד הענקים בין סופרי המד"ב שהלך לעולמו (היו לו עולמות רבים ללכת אליהם) במרץ 2008. דוגמאות אחרות קשורות לננוטכנולוגיה – תחום טכנולוגי שמביא אולי בכנפיו את המהפכה הטכנולוגית-תעשייתית של המאה ה-21. ויש גם קשר בין כל הללו.

זה יקרה כשתפסיקו לצחוק על זה

בשנת 1978, פרסם קלארק את ספרו "מזרקות גן העדן", שבמרכזו בניית "מעלית חלל". הוא חזר אחר כך לנושא זה בספרו "3001 – האודיסיאה הסופית". מעלית החלל היא אמצעי להגיע אל החלל בצורה יעילה וחסכונית בהרבה מהטילים המגושמים וזוללי הדלק שהאדם משתמש בהם כבר עשרות שנים. הרעיון העקרוני ודאי מוכר לרבים והוא פשוט למדי: תמתחו כבלים מהקו המשווה אל מעבר למסלול הגיאו-סינכרוני הנמצא במרחק של 36,000 קילומטר מאיתנו, בו יש איזון בין כוח הכבידה והכוח הצנטריפוגלי הנובע מסיבוב כדור הארץ על צירו. תקשרו בקצה הכבלים משקולת (אסטרואיד קטן יכול להתאים), והרי לכם מערכת כבלים יציבה ומתוחה היטב, המסתובבת יחד עם כדור הארץ כאילו היו יחידה קשיחה אחת. עליה אפשר להעלות קרוניות-חלליות, שהאנרגיה לפעולתן מסופקת ממקור על האדמה. הקרוניות היורדות יכולות לנצל את כוח הכובד וכך להחזיר חלק מהאנרגיה. וזה לא הכל: על ידי שחרור מחוכם של חללית בגובה מתאים ממבנה המעלית אפשר לכוון אותה להגיע, בהשקעת אנרגיה מזערית, ליעדים שונים בחלל באדיבות כוחות הכבידה והאינרציה. כיאה לספר מד"ב טוב, "מזרקות גן העדן" עסק, בנוסף לטכנולוגיה, גם בהיבטים הפוליטיים והחברתיים של הפרויקט השאפתני.

קלארק לא היה הראשון שהגה את הרעיון. ב-1895 כתב חלוץ מדעני החלל הרוסי-פולני קונסטנטין ציולקובסקי על "מגדל שמימי" שיאפשר את זה, ואף חישב את החישובים הבסיסיים. תיאור הנדסי מפורט יותר של אותו "רכבל חללי" פורסם בשנת 1960 על ידי מהנדס רוסי בשם יורי ארצוטנוב, בכתב עת רוסי שלא זכה לתשומת לב רבה. בהמשך פורסמו עוד מאמרים שאף הם לא זכו לתשומת הלב הראויה. קלארק התלהב מהרעיון לנצל את המסלול הגיאו-סינכרוני, שהרי הוא עצמו היה הראשון שהגה עוד בשנת 1945 את לווייני התקשורת המוצבים במסלול זה (שנקרא מאז גם בשם "מסלול קלארק"). הוא לא הסתפק בפרסום "מזרקות גן העדן" ב-1978, אלא השתדל גם להפיץ ולקדם את הרעיון בקרב הקהיליה המדעית-טכנולוגית.

בספטמבר 1979 טרח קלארק להגיע לשם כך מביתו בסרי-לנקה למינכן שבגרמניה כדי לתת הרצאת אורח בקונגרס הבינלאומי ה-30 לאסטרונאוטיקה. כותרת ההרצאה הייתה "מעלית החלל: ניסוי חשיבה או מפתח אל היקום?" באותה הרצאה (כמו גם בספר) נכנס קלארק לפרטי הפרטים ההנדסיים והתמקד באחת מאבני הנגף העיקריות שהכשילו, עד לשנים האחרונות, כל ניסיון לחשוב על יישום הרעיון הלכה למעשה: זמינותם של חומרים בעלי החוזק הסגולי המתאים (חוזק ביחס למשקל). לא ניכנס כאן לפרטים (כמו למשל תכנון מחוכם של כבל שעוביו הולך וגדל, ואופן פרישתו מלוויין גיאו-סינכרוני כלפי "מטה"), ונסתפק בשורה התחתונה: החומרים החזקים ביותר שהיו ידועים לאדם עד לשנים האחרונות ייקרעו מהמשקל של עצמם באורכים העצומים שנדרשים למעלית החלל (להזכירכם, עשרות אלפי קילומטרים)!

בסופה של אותה הרצאה השיב קלארק תשובה נפלאה על השאלה מתי תיבנה מעלית החלל: חמישים שנה אחרי שכולם יפסיקו לצחוק על הרעיון, ענה. בספר "מזרקות גן העדן" המעלית נבנית בשנת 2145. האם בתחזית זאת היה קלארק פסימי, אופטימי או פשוט מציאותי?

כבר בימינו, במידה רבה הודות לקלארק, הרעיון תופש תאוצה, מלהיב אנשים ומתגלגל בחזרה אל פתחם של המהנדסים: בספטמבר 2000 הכריזה נאס"א שלאור ההתקדמות הטכנולוגית (במיוחד בחומרים סופר-חזקים, נושא קריטי שנחזור אליו מייד בהמשך) הרעיון עשוי להיות בר ביצוע, ואף יזמה פרויקט קונספטואלי לבדיקת ההיתכנות ההנדסית והכדאיות הכלכלית של הרעיון. בפעם הראשונה מושקע כסף ממשלתי בפעילות שעשויה להוביל להגשמת החלומות על "הרכבל השמימי". נאס"א הדגישה אז בפרסומיה שהמחקר "הנועז והחצוף" נולד "בהשראת המדע הבדיוני". ההתקדמות הטכנולוגית בתחומי החומרים, ההנעה האלקטרומגנטית, מוליכות-על ועוד נותנת - לדעת מדעני נאס''א - בסיס לתקווה ש''מעלית החלל'' עשויה להפוך מחלום של סוף המאה ה-‏19 למציאות של המאה ה-21. במקרה כזה עלות השיגור של כל קילוגרם לחלל תוזל מעשרות אלפי דולרים לשני דולר או פחות. חִישבו על זה: מסע לחלל שמחירו זול יותר מטיסה לאירופה, ובלי צורך לעבור אימונים מפרכים של אסטרונאוטים.

הנה כי כן, אנשי נאס"א בהחלט הפסיקו לצחוק על הרעיון והתחילו לקחת אותו ברצינות בשנת 2000. האם התחילה הספירה לאחור לקראת שיגור הקרונית הראשונה בשנת 2050? לפי מספר חברות מסחריות שהתחילו לפעול באופן מעשי לקידום הפרויקט ואף לגייס כספים, זה עשוי לקרות הרבה לפני כן – אולי בסביבות 2030 (שימו לב, למשל, ל"ספירה לאחור" באתר של קבוצת חברות עסקיות המשתפות פעולה בנושא).

דמיינו מה עשוי להתפתח מכל זה בעתיד: אולי מבנה טבעתי אדיר שמקיף את כדור הארץ במרחק 36,000 קילומטרים, שאליו מחוברות מעליות חלל מנקודות שונות על הקו המשווה. המוני אדם ומטענים עולים באורח שגרתי אל הטבעת, אל מפעלי תעשייה, אתרי תיירות, או תחנות מוצא למסעות המשך במערכת השמש ומעבר לה. מערכת תחבורה שכזאת תוארה בספרו של קלארק "3001: האודיסיאה הסופית". אולי תאוכלס טבעת כזאת במיליוני בני אדם? אם זה יקרה, מן הסתם יקראו לה "מושבת קלארק".

ננוטכנולוגיה: יש המון מקום בתחתית

מה שהגדיל משמעותית את סיכויי המימוש המעשי של מעלית החלל היא התפתחות הקשורה לננוטכנולוגיה, אותו תחום מרתק שנחשב כאחד ממבשרי המהפכות הטכנולוגיות והתעשייתיות של המאה ה-21. שורשי הננוטכנולוגיה נעוצים עמוק במדע הבדיוני, כפי שעוד נראה בהמשך.

ב"מזרקות גן העדן" מתאפשרת בניית מעלית החלל הודות להמצאת "חומר בעל חוזק-על": סיב חזק ביותר (וקל מאוד) העשוי מאטומי פחמן ומצטיין בחוזק סגולי העולה על כל חומר שהיה ידוע לפני כן. זה קורה, לפי הספר, לפני סוף המאה ה-20, וכך מוסר מכשול קריטי בדרך למימוש מעלית החלל. למרבה ההפתעה (או בעצם לא, לאור המוניטין של קלארק בתחזיות טכנולוגיות), זה מה שקרה במציאות. בשנת 1991 הצליחו חוקרים ליצור את הבסיס לאותו סיב עתידני של קלארק: מולקולה סינתטית שנקראת ננו-צינורית פחמן. זאת צינורית בקוטר כננומטר (אלפית המיקרון), שהדופן שלה עשויה מעין סריג של עשרות או מאות אטומי פחמן. היא מצטיינת בתכונות מופלאות שונות, ביניהן משהו הדומה למוליכות-על. אפילו העיתונות הטכנית ה"יבשה" כינתה את הננו-צינוריות "חומר פלא", ושפע של מאמרים מדעיים עליה ועל יישומיה העתידיים מתפרסמים עד עצם ימים אלה. לענייננו, החשובה בין אותן תכונות מופלאות היא חוזק-על.

אמנם ביצירת סיב או כבל שעשוי מננו-צינוריות כאלה החוזק יורד (בהשוואה לצינורית בודדת), אך זו בעיה טכנולוגית שככל הנראה תיפתר הרבה לפני 2145. כבל באורך קילומטר ובקוטר סנטימטר אחד העשוי מננו-צינוריות ישקול, קשה להאמין, 10 מיליגרם בלבד! (הוא גם יהיה בלתי נראה, אגב, אם יוקפד על מרווחים מתאימים בין הננו-צינוריות). בינתיים מדע החומרים מתקדם, ומפותחים ננו-חומרים חדשים (כמו יריעות "גרפין", אף הן עשויות מאטומי פחמן), שעשויים להתגלות כמועמדים טובים למעלית החלל כמו גם ל"מפרשיות חלל" (שגם עליהן כתב קלארק) ולאמצעי תחבורה חלליים אחרים המוכרים מספרי מד"ב.

ננו-חומרים הם חלק מהעולם החדש של ננו-טכנולוגיה, ששורשיה, כאמור, במדע הבדיוני. אירוע חשוב, מכונן, בתולדות הננו-טכנולוגיה הייתה הרצאה שכבר הפכה לאגדה: הרצאתו של הפיסיקאי ריצ'רד פיינמן בשנת 1959, במכון הטכנולוגי של קליפורניה, שכותרתה "יש המון מקום בתחתית". בלי להשתמש במונח "ננוטכנולוגיה" דיבר פיינמן על האפשרויות המופלאות הטמונות במזעור: לרדת יותר ויותר "למטה" במימדי האובייקטים שהאדם יכול ליצור, עד ל"תחתית" - לאטומים ולמולקולות עצמן. אין שום חוק טבע המונע "תמרון" של אטומים בודדים וסידורם בכל מבנה רצוי, אמר פיינמן. ועל כן, קבע באופן נחרץ, זאת "התפתחות בלתי נמנעת". הוא דיבר אפילו על מה שסופרי מד"ב וגם אנשי טכנולוגיה מכנים כיום "ננובוטים": רובוטים זעירים בגדלים ננומטריים היכולים למשל לשייט בתוך גוף האדם ולבצע פעולות אבחון, טיפול ותיקון נקודתיות. יום יבוא, ניבא פיינמן, ובמקום לשכב על שולחן הניתוחים בבית חולים, פשוט נבלע את המנתח...

פיינמן היה מדען מבריק ופורה שלא נכשל ב"כשל הדמיון". אבל הוא חייב חוב גדול למי שתרם תרומה מכרעת להכוונת דמיונו (לפחות בנושא הננוטכנולוגיה) – והוא רוברט היינליין, אחד הגדולים בין סופרי המד"ב. זמן מה לפני שהכין את הרצאתו קרא פיינמן את הסיפור הקלאסי "וולדו" של היינליין (1942). ב"וולדו" מסופר על מדען הבונה "ידיים רובוטיות" אשר בונות "ידיים רובוטיות" קטנות יותר, אלה בונות "ידיים" זעירות עוד יותר, וכך הלאה עד למניפולטורים מיקרוסקופיים שיכולים לבצע פעולות ריפוי בתוך תאים חיים. אם תקראו את "יש המון מקום בתחתית" של פיינמן, תמצאו שם תיאור טכנולוגי זהה כמעט לחלוטין של תהליך מזעור.

מהפכה תעשייתית חדשה

כיום הננוטכנולגיה בגרה והייתה לתחום מחקר יישומי מכובד באוניברסיטאות ובמכוני המחקר, התעשייה משקיעה בו הון עתק ויש לו כבר יישומים מסחריים – כמו חומרים בעלי תכונות ייחודיות, שבבים אלקטרוניים מתקדמים ואפילו קרמים קוסמטיים חדשניים. כל אלה, עם כל החשיבות העסקית והתועלת הרבה שבהם, מן הסתם מעוררים פיהוק אצל חובבי המד"ב. אלה שואלים בוודאי איפה ה"רפליקטור" המיוחל, שהורגלנו לראות ב"מסע בין כוכבים" וביצירות מד"ב אחרות? חסידי "הננוטכנולגיה המולקולרית" משוכנעים שזהו חזון בר מימוש.

חזון "האסמבלר האוניברסלי" (שהועלה לראשונה על ידי "נביא" הננוטכנולוגיה אריק דרקסלר בשנות ה-80) אינו מרפה, אף שהיתכנותו המעשית עדיין שנויה במחלוקת. לפי חזון זה, אפשר שבעתיד נחזיק בבית קופסה שמזכירה תנור מיקרוגל, שלתוכה נכניס אשפה ומים, נלחץ על כפתור וכעבור זמן מה יתגשם לו שם המאכל החביב עלינו או כל מוצר אחר לפי בחירתנו – לאחר שצבא ננו-רובוטים יפרק את האשפה למולקולות וירכיבן מחדש למוצר המבוקש. בעיני בעלי החזון, "ייצור מולקולרי" שכזה עשוי לבשר את המהפכה התעשייתית הבאה. הרי כל דבר עשוי מאטומים ומולקולות, אז מדוע לא לבנות כל מוצר היישר מ"אבני לגו" אלה של הטבע, במהירות וביעילות וללא רעש וזיהום הסביבה? אפשר לדמיין כאן התפתחות שמזכירה במשהו את התהפוכות שעברו על תעשיית המוזיקה המוקלטת. האם לפני 30 שנה מישהו היה מסוגל לדמיין שאנשים "יורידו" מוזיקה מאיזו "רשת" כלל-עולמית, וזו תתגשם לה על פני דיסק נוצץ בתוך קופסה ביתית שמחירה שווה לכל נפש? באותה מידה של קושי אפשר לדמיין "הורדה" ושיתוף קבצים של הגאדג'ט (או הבגד) האופנתי האחרון, ובנייתו ב"ננו-מפעל" שולחני אישי.

חלום באספמיא? אולי לא תחשבו כך אם תיכנסו לאתר של האוניברסיטה הטכנולוגית של איינדהובן בהולנד, שם הוקם לפני חודשים אחדים מכון מחקר חדש: "המכון למערכות מולקולריות מורכבות". במכון זה אמורים לפתח "מיני-מפעלים מולקולריים", אשר תוך חיקוי מנגנוני "ארגון עצמי" ו"שכפול עצמי" הקיימים בטבע, ייצרו דורות חדשים של חומרים והתקנים שונים. מהפכה תעשייתית חדשה, כבר אמרנו?

ובחזרה לחלל: אפשר שהחלליות הלא מאוישות העתידיות יהיו בכלל "ננו-חלליות": ננו-רובוטים שישולחו אל החלל בהמוניהם ויואצו למהירויות המתקרבות למהירות האור בעזרת שדות אלקטרומגנטיים חזקים – שיטת הנעה שמתאימה לגופים זעירים כאלה יותר מאשר לחלליות גדולות. זהו כיוון חשיבה שפיסיקאים ואנשי נאס"א בוחנים בשנים האחרונות. דמיינו "נחילים" של אלפי או מיליוני "ננו-חלליות" כאלה השועטות אל כוכבים רחוקים, נוחתות, משתמשות בחומרי הגלם המקומיים כדי לבנות מכשירים, ציוד תקשורת, בסיסי מחקר, וגם כדי לשכפל את עצמן ולהמשיך הלאה אל הלא-נודע... זה מדע בדיוני או מציאותי? מציאותי לחלוטין, אם תשאלו מדענים באוניברסיטת מישיגן בארה"ב שקיבלו לאחרונה תקציב נאה מנאס"א כדי לבדוק אפשרויות לבנות ננו-חלליות שגודל המנוע שלהן דומה לגודלו של חיידק. וזאת אינה הפעילות הראשונה של נאס"א בשטח זה. זה שלוש שנים מתנהל במרכז המחקר גודארד של נאס"א פרויקט בשם ANTS ("נמלים"; ראשי התיבות באנגלית פירושן "נחיל ננוטכנולוגי עצמאי"). המטרה היא ללמוד את מנגנוני ההתנהגות של נחילי חרקים כדי ליישמם בנחילים "אינטליגנטיים" של חלליות מחקר זעירות. (מזכיר למישהו את הספר "טרף" של מייקל קרייטון?)

גבולות האפשר

עשרות השנים הבאות יביאו עמן ככל הנראה שפע של התפתחויות שבהן תבוא לידי ביטוי התלכדות של טכנולוגיות: שילוב הישגים בתחומי הננוטכנולוגיה, הביו-טכנולוגיה, מדעי המחשב והמידע, חקר המוח והתהליכים הקוגניטיביים ועוד. למה זה עשוי להוביל? איך זה ישפיע על חיינו? השאלות הללו ממתינות לאנשי מדע, לעתידנים וכמובן לסופרי מד"ב מוכשרים. "כשל הדמיון" עלול להיות לא רק היעדר דמיון אלא, באופן פרדוקסלי, "עודף דמיון". כל מה שאינו סותר את חוקי הטבע הוא אפשרי, לפחות ברמה העקרונית. אבל אפילו אם משהו הוכח כבר ביצוע מבחינה טכנולוגית, אין זה מבטיח שהוא אכן יתממש. האם החברה או הפרט אכן ירצו בכך? האם לא יחששו להשתמש בו? אולי הנזק יעלה על התועלת?

למשל, הישגים בננוטכנולוגיה ובביולוגיה מצביעים על אפשרות של שילוב עתידי של רכיבים אלקטרוניים זעירים (ננו-מעבדים) עם הנוירונים הביולוגיים במוח. זה בוודאי פותח פתח לטיפול חדשני במחלות ופגיעות מוחיות. אך זה גם יכול אולי לאפשר "מוח כלאיים" בעל תכונות משופרות. האם נרצה "לשדרג" את עצמנו ל"קיבורגים", ל"אדם גירסה 2.0", ומי יודע, אולי אפילו להתרשת ולהתמזג לישות דמוית ה"בורג" של "מסע בין כוכבים"? האם נרצה להשיג חיי אלמוות כמו אלה שתיאר קלארק בספרו "העיר והכוכבים", שיש הסבורים שיתאפשרו בעזרת הטכנולוגיות החדשות? ומה תעשה מהפכת "הייצור המולקולרי", אם אכן תתרחש, והשפע הבלתי מוגבל שהיא מבטיחה, לתעסוקה, למנטליות ולחברה האנושית?

האם באמת הכול אפשרי? האין גבול ליכולת המדעית-טכנולוגית, ואם יש, כיצד מגלים אותו? התשובה הטובה ביותר שאני מכיר לשאלה האחרונה היא "החוק השני" של קלארק: "הדרך היחידה לגלות את גבולות האפשר, היא לחצות אותם אל תוך הבלתי-אפשרי". ומה טוב יותר מסיפור מד"ב מוצלח כדי לעשות זאת?

מאמר זה פורסם בגליון מס' 45 של המגזין למדע בדיוני "פנטסיה 2000 " שראה אור לאחרונה לציון 30 שנה להופעת הגיליון הראשון.