המרחב, הזמן והאתר: מה היה לפני

תמונת העולם שקדמה ליחסות לא הייתה טעות מצחיקה. היא הייתה הישג. ניוטון הניח מרחב מוחלט — במה קבועה שכל התנועות מתרחשות עליה — וזמן מוחלט ש״זורם באחידות בלי קשר לשום דבר חיצוני״, כלשונו. ולהנחה הזאת הייתה גם ראיה: דלי מים מסתובב. המים מטפסים על הדפנות גם ברגע שהם כבר נחים ביחס לדלי עצמו, ולכן, טען ניוטון, הסיבוב נמדד ביחס למשהו אחר — ואותו משהו הוא המרחב.

במאה התשע־עשרה נוספה לתמונה הנחה שנראתה בלתי נמנעת. יאנג ופרנל הראו שהאור הוא גל רוחבי, כלומר גל שמתנודד בניצב לכיוון התקדמותו, וגל רוחבי דורש תווך שמתנהג כמו מוצק ולא כמו נוזל. מכאן נגזרה רשימת דרישות מטורפת: חומר שממלא את כל החלל, קשיח פי מיליונים מפלדה, ובו בזמן חסר מסה, שקוף לגמרי ונטול חיכוך — אחרת היה מאט את כוכבי הלכת. קראו לו אתר. מקסוול עצמו כתב בלגלוג שהמציאו אתרים לכל תופעה, ״עד שכל החלל התמלא באתרים שלוש או ארבע פעמים״, ושהיחיד ששרד הוא זה של האור. כולם ידעו שתיאור החומר הזה בלתי אפשרי. פשוט לא הייתה חלופה.

ואם כדור הארץ נע בתוך האתר בשלושים קילומטר בשנייה, אמורה לנשוב כאן רוח אתר, והאור אמור להתקדם קצת מהר יותר לכיוון אחד מאשר לכיוון הניצב לו. מייקלסון ניסה למדוד את זה ב־1881 ונכשל, בין השאר משום שטעה בחישוב — פוטייה ולורנץ הראו חמש שנים אחר כך שהאפקט הצפוי קטן פי שניים ממה שהניח, כלומר יושב בתוך הרעש. ב־1887 הוא חזר על הניסוי בקליבלנד יחד עם מורלי, ברצינות אחרת: לוח אבן חול בגודל מטר וחצי, צף על בריכת כספית טבעתית כדי שאפשר יהיה לסובב אותו בלי רעידות, ומערכת מראות שקיפלה את מסלול האור לאחד־עשר מטרים — כעשרים מיליון אורכי גל של אור צהוב. את הלוח סובבו ביד, סיבוב אחד כל שש דקות, והמתבונן הלך סביבו לאט וקרא את השוליים.

הציפייה הייתה היסט של ארבע עשיריות מרוחב שוליים. מה שנמדד היה, בלשון המאמר עצמו, ״בוודאי פחות מחלק העשרים, וכנראה פחות מחלק הארבעים״. מכאן נגזר שהמהירות היחסית מול האתר קטנה משישית ממהירות כדור הארץ במסלולו — לכל היותר כמה קילומטרים בשנייה במקום שלושים. שימי לב מה זה אומר בדיוק: זהו חסם עליון, לא הוכחה שהאתר אינו קיים. וגם התוצאה עצמה לא הייתה אפס נקי. בנתונים היה סחף שלא דווח, ובשנת 1902 ניתח היקס את אותם מספרים ממש, תיקן את הסחף כאפקט תרמי, והגיע למסקנה ההפוכה — שיש שם תנועה.

מה שקרה אחר כך מפתיע את מי שמכיר רק את גרסת ספר הלימוד: כמעט אף אחד לא נבהל. רוב הפיזיקאים לא התייחסו לתוצאה, מייקלסון עצמו ראה בה כישלון אישי שרדף אותו כל חייו, וכשקיבל את פרס נובל ב־1907 — הראשון לאמריקאי ולפיזיקאי יהודי — הניסוי הזה כלל לא הוזכר בנימוקי הפרס. במקום להתפרק, האתר תוקן. פיצג'רלד הציע ב־1889 שגוף הנע בתוך האתר פשוט מתכווץ בכיוון התנועה, בדיוק במידה שמסתירה את האפקט; הוא שלח את הרעיון במכתב לכתב עת ומעולם לא ידע שהודפס, וכשלורנץ גילה חמש שנים אחר כך שהקדימו אותו, פיצג'רלד השיב שהוא אמנם שלח משהו אבל אינו יודע אם פורסם. לורנץ הגיע לאותו רעיון בנפרד ב־1892, והוסיף לו ב־1895 גם ״זמן מקומי״ — זמן עזר שמופיע במשוואות של גוף נע. אלה לא היו הונאות אלא השערות פיזיקליות סבירות על האופן שבו כוחות בתוך החומר מעוותים אותו.

פואנקרה הלך רחוק יותר מכולם. כבר ב־1900 הוא הסביר שהזמן המקומי אינו טריק אלא מה ששני צופים נעים באמת מקבלים כשהם מכוונים שעונים באותות אור ומניחים בטעות שהאור מתקדם באותה מהירות לשני הכיוונים; ב־1902 הוא כבר כתב ״עקרון היחסות״ בשמו, וב־1904 ניסח אותו כמעט כלשון איינשטיין. ובכל זאת הוא עצר. האתר נשאר אצלו מערכת מועדפת, וההבחנה בין מה ש״באמת״ קורה ובין מה שנמדד נשארה בעינה — הוא עוד כתב על רטטי האתר ב־1912. כל החלקים היו בידיו והוא לא הרכיב אותם. באפריל 1900 עמד לורד קלווין מול הקהל במוסד המלכותי בלונדון ואמר שהפיזיקה כמעט הושלמה ושנותרו רק שני עננים קטנים באופק; הענן הראשון היה השאלה איך כדור הארץ נע בתוך מוצק אלסטי. תוך עשור הפך הענן הזה לתורת היחסות, והשני לתורת הקוונטים.