היקום אינו סטטי. זה אושר על ידי מחקריו של האסטרונום אדווין האבל עוד ב-1929, כלומר לפני כמעט 90 שנה. הוא הוביל לרעיון זה על ידי תצפיות על תנועת הגלקסיות. תגלית נוספת של אסטרופיזיקאים בסוף המאה העשרים הייתה חישוב התפשטות היקום בתאוצה.
מה שם ההתרחבות של היקום
יש אנשים שמופתעים לשמוע מה שמדענים מכנים התפשטות היקום. רוב השם הזה קשור לכלכלה, ועם ציפיות שליליות.
אינפלציה היא תהליך ההתפשטות של היקום מיד לאחר הופעתו, ובהאצה חדה. תורגם מאנגלית, "inflation" - "pump up", "inflate".
ספקות חדשים לגבי קיומה של אנרגיה אפלה כגורם בתורת האינפלציה של היקום משמשים מתנגדי תיאוריית ההתפשטות.
ואז הציעו מדענים מפה של חורים שחורים. הנתונים הראשוניים שונים מאלה שהתקבלו בשלב מאוחר יותר:
- שישים אלף חורים שחורים עם המרחק בין הכי הרבהיותר מאחד-עשר מיליון שנות אור - נתונים מלפני ארבע שנים.
- מאה ושמונים אלף גלקסיות חורים שחורים במרחק שלוש עשרה מיליון שנות אור. נתונים שהושגו על ידי מדענים, כולל פיזיקאים גרעיניים רוסים, בתחילת 2017.
המידע הזה, אומרים אסטרופיזיקאים, אינו סותר את המודל הקלאסי של היקום.
קצב ההתפשטות של היקום הוא אתגר עבור קוסמולוגים
קצב ההתרחבות הוא אכן אתגר עבור קוסמולוגים ואסטרונומים. נכון, קוסמולוגים כבר לא טוענים שלקצב ההתפשטות של היקום אין פרמטר קבוע, הפערים עברו למישור אחר - כשההתפשטות החלה להאיץ. נתוני נדידה בספקטרום מסופרנובות מסוג 1 רחוקות מאוד מוכיחים שהתרחבות אינה תהליך שמתחיל פתאומי.
מדענים מאמינים שהיקום התכווץ בחמשת מיליארד השנים הראשונות.
ההשלכות הראשונות של המפץ הגדול עוררו תחילה התרחבות עוצמתית, ואז החלה התכווצות. אבל אנרגיה אפלה עדיין השפיעה על צמיחת היקום. ועם האצה.
מדענים אמריקאים החלו ליצור מפה של גודל היקום לתקופות שונות כדי לגלות מתי החלה התאוצה. על ידי צפייה בפיצוצי סופרנובה, כמו גם בכיוון ריכוז החומר האפל בגלקסיות עתיקות, קוסמולוגים הבחינו בתכונות האצה.
למה היקום "מאיץ"
בתחילה, ההנחה הייתה שבמפה המורכבת של גודל היקום, ערכי התאוצה לא היו ליניאריים, אלא הפכו לסינוסואיד. זה נקרא "גל היקום".
גל היקום אומר שהתאוצה לא עברה במהירות קבועה: היא האטה ואז האצה. וכמה פעמים. מדענים מאמינים שהיו שבעה תהליכים כאלה ב-13.81 מיליארד השנים שלאחר המפץ הגדול.
עם זאת, קוסמולוגים עדיין לא יכולים לענות על השאלה מה קובע את התאוצה-האטה. ההנחות מסתכמות ברעיון ששדה האנרגיה שממנו נובעת האנרגיה האפלה כפוף לגל היקום. ובמעבר מעמדה אחת לאחרת, היקום או מרחיב את התאוצה שלו או מאט אותה.
למרות שכנוע הטיעונים, הם עדיין נשארים בגדר תיאוריה. אסטרופיזיקאים מקווים שמידע מהטלסקופ המקיף פלאנק יאשר את קיומו של גל ביקום.
כאשר נמצאה אנרגיה אפלה
לראשונה התחילו לדבר על זה בשנות התשעים בגלל פיצוצי סופרנובה. טבעה של האנרגיה האפלה אינו ידוע. למרות שאלברט איינשטיין ייחד את הקבוע הקוסמי בתורת היחסות שלו.
ב-1916, לפני מאה שנים, היקום עדיין נחשב ללא שינוי. אבל כוח הכבידה התערב: ההמונים הקוסמיים תמיד היו מתנגשים זה בזה אם היקום היה נייח. איינשטיין מכריז על כוח המשיכה בשל כוח הדחייה הקוסמי.
ג'ורג' למייטר יצדיק זאת באמצעות פיזיקה. ואקום מכיל אנרגיה. בגלל ההיסוס שלה מוביל להופעת חלקיקים והרס נוסף שלהם, האנרגיה מקבלת כוח דוחה.
כשהאבל הוכיח את התפשטות היקום, איינשטיין כינה את הקבוע הקוסמולוגי שטויות.
השפעה של אנרגיה אפלה
היקום מתרחק במהירות קבועה. בשנת 1998 הוצגו לעולם נתונים מניתוח של פיצוצי סופרנובה מסוג 1. הוכח שהיקום גדל מהר יותר.
זה קורה בגלל חומר לא ידוע, הוא זכה לכינוי "אנרגיה אפלה". מסתבר שהוא תופס כמעט 70% ממרחב היקום. המהות, התכונות והטבע של האנרגיה האפלה לא נחקרו, אבל המדענים שלה מנסים לגלות אם היא קיימת בגלקסיות אחרות.
בשנת 2016, הם חישבו את קצב ההתפשטות המדויק לעתיד הקרוב, אך הופיעה אי התאמה: היקום מתרחב בקצב מהיר יותר ממה שהאמינו אסטרופיזיקאים בעבר. בין מדענים פרצו מחלוקות על קיומה של אנרגיה אפלה והשפעתה על קצב התפשטות גבולות היקום.
התפשטות היקום מתרחשת ללא אנרגיה אפלה
התיאוריה של עצמאות התפשטות היקום מאנרגיה אפלה הועלתה על ידי מדענים בתחילת 2017. הם מסבירים את ההתרחבות כשינוי במבנה היקום.
מדענים מאוניברסיטאות בודפשט והוואי הגיעו למסקנה שהפער בין החישובים לקצב ההתפשטות האמיתי קשור לשינוי בתכונות החלל. אף אחד לא לקח בחשבון מה קורה למודל של היקום במהלך ההתפשטות.
מפקפקים בקיומה של אנרגיה אפלה, מדענים מסבירים: הכי הרבהריכוזים גדולים של החומר של היקום משפיעים על התפשטותו. במקרה זה, שאר התוכן מופץ באופן שווה. עם זאת, העובדה עדיין לא מוסברת.
כדי להדגים את תקפות ההנחות שלהם, מדענים הציעו מודל של מיני-יקום. הם הציגו אותו בצורה של קבוצה של בועות והתחילו לחשב את פרמטרי הצמיחה של כל בועה בקצב שלה, בהתאם למסה שלה.
הדמייה זו של היקום הראתה למדענים שהוא יכול להשתנות ללא קשר לאנרגיה. ואם אתה "מערבב" אנרגיה אפלה, אז המודל לא ישתנה, אומרים מדענים.
באופן כללי, הוויכוח עדיין נמשך. תומכי האנרגיה האפלה אומרים שהיא משפיעה על התפשטות גבולות היקום, המתנגדים עומדים על דעתם וטוענים שריכוז החומר חשוב.
קצב ההתרחבות של היקום עכשיו
מדענים משוכנעים שהיקום החל לצמוח לאחר המפץ הגדול. ואז, לפני כמעט ארבעה עשר מיליארד שנים, התברר שקצב ההתפשטות של היקום היה גדול ממהירות האור. וזה ממשיך לגדול.
ההיסטוריה הקצרה ביותר של הזמן מאת סטיבן הוקינג ולאונרד מלודינוב מציינת שקצב ההתפשטות של גבולות היקום לא יכול לעלות על 10% למיליארד שנים.
כדי לקבוע את קצב ההתפשטות של היקום, בקיץ 2016, זוכה פרס נובל אדם ריס חישב את המרחק לקפאידים פועם בגלקסיות הקרובות זו לזו. נתונים אלו אפשרו לנו לחשב את המהירות. התברר שגלקסיות במרחק של לפחות שלושה מיליון שנות אור יכולות להתרחק במהירות של כמעט 73 ק מ לשנייה.
התוצאה הייתה מדהימה: הטלסקופים המסתובבים, אותו פלאנק, דיברו על 69 קמ ש. מדוע נרשם הבדל כזה, מדענים אינם מסוגלים לענות: הם אינם יודעים דבר על מקורו של החומר האפל, עליו מבוססת תיאוריית התפשטות היקום.
קרינה כהה
גורם נוסף ב"האצה" של היקום התגלה על ידי אסטרונומים בעזרת האבל. מאמינים שקרינה אפלה הופיעה ממש בתחילת היווצרות היקום. ואז הייתה בו יותר אנרגיה, לא משנה.
קרינה אפלה "עזרה" לאנרגיה אפלה להרחיב את גבולות היקום. הפערים בקביעת קצב התאוצה נבעו מהטבע הלא ידוע של קרינה זו, אומרים מדענים.
עבודה נוספת של האבל אמורה להפוך את התצפיות למדויק יותר.
אנרגיה מסתורית עלולה להרוס את היקום
מדענים שוקלים תרחיש כזה כבר כמה עשורים, נתונים ממצפה החלל של פלאנק אומרים שזה רחוק מלהיות רק ספקולציה. הם פורסמו ב-2013.
"פלאנק" מדד את ה"הד" של המפץ הגדול, שהופיע בגיל היקום כ-380 אלף שנה, הטמפרטורה הייתה 2700 מעלות. והטמפרטורה השתנתה. "פלאנק" קבע גם את ה"הרכב" של היקום:
- כמעט 5% - כוכבים, אבק קוסמי, גז קוסמי, גלקסיות;
- כמעט 27% היא מסת החומר האפל;
- בערך 70% היא אנרגיה אפלה.
הפיזיקאי רוברט קאלדוול הציע שלאנרגיה אפלה יש כוח שיכול לגדול. והאנרגיה הזו תפריד בין מרחב-זמן.הגלקסיה תתרחק בעשרים עד חמישים מיליארד השנים הבאות, מאמין המדען. תהליך זה יתרחש עם התרחבות הולכת וגוברת של גבולות היקום. זה יקרע את שביל החלב מהכוכב, והוא גם יתפורר.
החלל נמדד כשישים מיליון שנה. השמש תהפוך לכוכב ננסי דועך, וכוכבי הלכת ייפרדו ממנה. ואז כדור הארץ יתפוצץ. בשלושים הדקות הבאות, החלל יקרע את האטומים. הגמר יהיה הרס מבנה המרחב-זמן.
לאן שביל החלב "עף משם"
האסטרונומים הירושלמיים משוכנעים ששביל החלב הגיע למהירות המרבית שלו, שהיא גבוהה מקצב ההתפשטות של היקום. מדענים מסבירים זאת ברצון של שביל החלב ל"המושך הגדול", הנחשב לצביר הגלקסיות הגדול ביותר. אז שביל החלב עוזב את מדבר החלל.
מדענים משתמשים בשיטות שונות כדי למדוד את קצב ההתפשטות של היקום, כך שאין תוצאה אחת לפרמטר זה.
