הוכחה מיקרוסקופית להתפשטות היקום

הכדור הזעיר שבתמונה מספק הוכחה כי היקום יתפשט לעד

הכדור הזעיר שבתמונה מספק הוכחה כי היקום יתפשט לעד. הכדור בקוטר של מעט יותר מעשירית המילימטר, נע לכיוון המשטח, בתגובה לתנודות האנרגיה של הואקום. הכוח האחראי לתופעה ידוע כאפקט קאזימיר.

יש כיום הצטברות ראיות לכך כי מרבית צפיפות האנרגיה ביקום אינה מוכרת, וזכתה לכינוי “אנרגיה אפלה”.למרות התובנה המועטה באשר למקורה ואופייה של האנרגיה האפלה, ההנחה הרווחת קושרת בינה לבין תנודות הוואקום, מסוגן של אלו הכרוכות באפקט קאזימיר.

האסטרונום אדווין הבל סיפק בראשית המאה שעברה ראיות תצפיתיות להתפשטות היקום. תגלית זו הובילה לתובנות באשר למפץ הגדול, ונמצאת בבסיסו של המודל הקוסמולוגי העכשווי.

בהנחה כי האנרגיה הדוחה האחראית למפץ הגדול חדלה מלפעול ברגעי הבריאה, התמקדו הניתוחים השונים באשר לעתיד היקום בניסיונות להעריך את כמות החומר ביקום, על מנת לאמוד את הכוח המושך אותו מפעיל החומר, ואת מידת ההאטה הנגזרת של ההתפשטות. בכמות מספקת של חומר יתכן אף מצב בו היקום יאיט, יעצר ויחזור להתכווץ.

תצפיות מהשנים האחרונות הובילו לתובנה הלא צפויה שהדיונים על קצב ההאטה שגויים – ומזה כ 5 מיליארד שנים, היקום מאיץ את התפשטותו.

מודלים אפשריים להתפשטות היקום

אנרגיה אפלה הינו כינוי למקורו (הלא מובן עדיין) של הכוח הדוחה האחראי להאצה. אחד המכניזמים האפשריים לאנרגיה האפילה מבוסס על אנרגיית הואקום (=תנודות הואקום). אם אמנם זהו המכניזם, אין הפתעה בכך שהכוח הדוחה “ניצח”.

ביקום בעל כמות חומר קבועה, הכוח המושך קבוע גם הוא. התפשטות היקום (היינו גידול בכמות ה”ואקום”), לעומת זאת, פרושה יותר אנרגיית ואקום בכל רגע ורגע, בהשוואה לקודמו, וכנגזר מכך – גידול בכוח הדוחה. בנסיבות אלא, סבירה גם המסקנה כי היקום צפוי להתפשט לעד.

אפקט קאזימיר

הנדריק קאזימיר, חוקר במעבדות המחקר של פיליפס בהולנד, אשר חזה ב1948 את קיומו של כוח מושך בין 2 פלטות מוליכות. הגיע לנושא בעקבות ניסיונות לפענח את מהירות הזרימה האיטית של חומרים דוגמת מיונז.

החוקרים במעבדתו הבחינו כי חישוב הכוחות הבין-מולקולריים (כוחות ואן-דר-ואלס) לא תאם את התוצאות הנמדדות. מחקרו של קאזימיר הוביל לתובנה באשר לתרומתן של תנודות הואקום.

הסבר אינטואיטיבי לכוח אותו חזה קאזימיר בין שתי פלטות מוליכות הינו כדלקמן: המרכיב האלקטרומגנטי של תנודות הואקום במרחב הפתוח כרוך בתדרים בכל טווח הערכים. בין הפלטות, לעומת זאת, יתכנו רק ערכי תדר בדידים. הפער בין תנודות הואקום מחוץ ובתוך הפלטות – אחראי לכוח.

השגי השנים האחרונות בתחום הננו-טכנולוגיה יצרו תשתית עתירת פוטנציאל לכשעצמה, אך גם סיפקו במה לביטוייו של אפקט קאזימיר הזעיר.

לא יפלא איפה כי הבנת תנודות הואקום מצויה בחזית המחקר הן על מנת לשפר את הבנת היקום, והן על מנת למנוע מחלקי מכונה זעירים מלהדבק זה לזה

מקורות/לקריאה נוספת

תמונת היום באסטרונומיה NASA – 17.12.06

אפקט קאזימיר – הבנתו ומדידתו (מגזין החברה הארופית לפיזיקה)

אפקט קאזימיר וננו-טכנולוגיה במעבדות בל

אנרגיה אפילה והאצת היקום – סקירה מאת שון קרול – אוניברסיטת שיקגו

אנרגיה אפילה והאצת היקום – אתר לווין המחקר SANP למדידת סופרנובות הכרוכות בזיהוי ההאצה (על בסיס מאמר מ SCIENCE)

“הויכוח הגדול” של 1998 – אוסף הפניות בעריכת NASA למקורות לעניין המודל הקוסמולוגי העכשווי

התפשטות היקום – NASA לילדים

אתר ראשית מדע

מדע ישראלי בתשנ”ד