סיקור מקיף

פריצת דרך למודל חלופי לחומר האפל

חוקרים מפראג פרסמו בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters מודל חלופי לחומר האפל המבוסס על MOND שמצליח לנבא את קיומה של קרינת הרקע הקוסמית. מדובר בהישג משמעותי שמודל MOND כשל להסביר, ועל כך ספג את עיקר הביקורת נגדו. המחיר? שני שדות חדשים בטבע. כותבי המאמר מקווים בעתיד להוכיח את קיומו בעזרת טביעות האצבע הייחודיות של המודל על גלי הכבידה.

בגלקסיות, בדומה לגקלסיית M101 המופיעה בתמונה מעלה, פרופיל תנועת הכוכבים סביב המרכז לא תואם לשדה הכבידה הנוצר על ידי החומר הנראה. קרדיט: נאס"א

תורת הכבידה הנוכחית, או בשמה המוכר יחסות כללית, מוצלחת לאין שיעור. היא מתארת באלגנטיות את הדינאמיקה בין פלנטות, כוכבים, חורים שחורים וגלקסיות, את התפשטות היקום ואת גלי הכבידה. על אף ההצלחות, אי אפשר להתעלם מ"כשל" מרכזי שהעיב על דיוקה – אם לוקחים בחשבון את כלל החומר הנראה, את החומר האפל ואת הקרינה בחלל, היקום אמור להאט את קצב התפשטותו ולהתכווץ. ובכל זאת, תצפיות מראות שהיקום מאיץ את התפשטותו. נתונים אלו הניבו אלמנט חדש לטבע המכונה "אנרגיה אפלה" כדי שיחסות כללית תאפשר ליקום להתפשט בקצב מואץ. לצד האנרגיה האפלה הועלו כמה הסברים חלופיים המתקנים את תורת הכבידה במרחקים גדולים. תיקונים כבידתיים שכאלה אינם חדשים בספרות המדעית ומרוכזים בעיקר סביב קיומו של החומר האפל, בעיקר משום שאנחנו יודעים פחות על האנרגיה האפלה מאשר החומר האפל.

החומר האפל הוא הפתרון האהוב על פיזיקאים לאנומליות הכבידתיות בחלל. לצד הפופולאריות הגוברת, נוצרה עם השנים קהילה מצומצמת המסרבת לקבל את קיומו. קהילה זו הינדסה כמה מתחרים לחומר האפל כשהפופולארי שבניהם הוא MOND (מונד – דינאמיקה ניוטונית מתוקנת). תאוריית מונד נוסדה לפני יותר משלושים שנה על ידי חוקר ישראלי בשם מרדכי מילגרום בכדי להסביר את תנועת הכוכבים החגים סביב מרכז הגלקסיה. התומכים במודל מונד מציעים חלופה לתורת הכבידה הניוטונית בתאוצות הנמוכות מעשירית המיליארדית המטר לשנייה בריבוע ומצליחים להסביר כמה תצפיות חשובות מבלי להניח את קיומו של החומר האפל. אל מול ההצלחות, המודל נופל בחיזוי קרינת הרקע הקוסמית, תצפית חשובה שכל תורת כבידה חייבת לנבא. הרעיון של מילגרום לא הצית תחזיות חדשות אך באופן מפתיע, מודל מונד תקף כמעט בכל גלקסיה – עתיקה, צעירה, קטנה או גדולה.

מדוע החומר האפל פופולארי יותר ממונד?

החומר האפל נחשב כהסבר המועדף משום שהוא קונסיסטנטי עם יותר תצפיות מהחלל. מלבד קרינת הרקע הקוסמית, החומר האפל מסוגל להסביר גם את תופעת העידוש הכבידתי. תאוריית מונד לעומת זאת, אינה מסוגלת לתאר אף אחת מהתופעות שצוינו. בשנים האחרונות, התווספו על גבי מונד תיקונים יחסותיים שהצליחו להסביר את תופעת העידוש אך הקרינה הקוסמית נותרה מאחור. "אם התאוריה לא מסוגלת להסביר את קרינת הרקע הקוסמית, היא לא שווה דבר", ציין קונסטנטינוס סקורדיס, חוקר מהאקדמיה הצ'כית למדעים בפראג.

במהדורת חודש אוקטובר של המגזין היוקרתי PHYSICAL REVIEW LETTERS, סקורדיס ועמיתיו פרסמו מודל בהשראת מונד המסוגל להסביר את קרינת הרקע הקוסמית, את העידוש הכבידתי ואף את גלי הכבידה שהתגלו בשנים האחרונות (אתגר שמודל מונד המקורי כשל). המודל החדש מניח את קיומם של שני שדות הממלאים את המרחב המשפיעים על שדה הכבידה הקיים. שדה אחד הינו שדה סקאלרי, בדומה לשדה ההיגס, ושדה שני הוא שדה וקטורי, בדומה לשדה המגנטי בעל כיווניות מוגדרת בכל נקודה במרחב. החוקרים כיילו את השדות החדשים כך שהשפעתם על היקום המוקדם מדמה את החומר האפל. בזכות הכיול, החוקרים הצליחו לשחזר את קרינת הרקע הקוסמית בדומה לזו שנצפית בחלל.

סקורדיס מציין שהמודל שלו דומה לכל המודלים החילופיים לכבידה. בכל מודל שכזה, נדרשים החוקרים להוסיף שדות לטבע כדי שיוכלו להסביר את התצפיות. סקורדיס מודה שבשונה מהחומר האפל, המובסס על עיקרון פשוט ועל חוקי סימטריה, מודל מונד המשודרג לא נשען על עיקרון יסוד, אם כי עדין לא נאמרה המילה האחרונה.

"מדובר בפריצת דרך ממש", ציין הקוסמולוג סטייסי מקגו מאוהיו. "מדובר בהישג משמעותי. מודל מונד המשודרג מסוגל להסביר את קרינת הרקע הקוסמית ופנומנולוגיה של גלקסיות". הוא מוסיף ש"המודל החדש מבוסס על לא מעט פרמטרים חופשיים ולכן אני עדיין מעדיף את ההסבר הפשוט של החומר האפל". מקגו מדגיש שהחומר האפל לא מסוגל להסביר את כל התצפיות, למשל את שפע הליתיום או את התוצאות הסותרות מהניסויים השונים שמדדו את קצב התפשטות היקום. האם המודל של סקורדיס ועמיתיו יוכל לפתור שאלות אלו? עדיין אי אפשר לדעת. סקורדיס מתכוון בעתיד להשתמש במודל שלו כדי לבחון האם הוא חוזה טביעות אצבע ייחודיות בגלי הכבידה. 

ולקוראים נזכיר שעל אף העדפה הברורה של אסטרופיזיקאים, קוסמולוגיים וחלקיקאים, ועל אף המאמצים הרבים לאתרו, החומר האפל טרם התגלה. אין זה אומר שהחומר האפל לא קיים, אבל ככל שמספר התוצאות השליליות גדל, כך גם הקושי בלהמציא שיטה חדשה שלא נוסתה בעבר.

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

15 תגובות

  1. פעם ראשונה שאני קורא באתר זה את אזור התגובות ואני די מזועזע מהיהירות שיש לקוראים פה.
    אני אומנם רק סטודנט שנה א' בפיזיקה אבל יכול להמליץ לכם לקרוא על חלקיק האתר ולהבין ששום דבר לא מובן מאילו בתחום הפיזיקה.

  2. שמוליק אלון
    כתבת "בגלל עיקרון השקילות לא ניתן לדעת אם היקום מתכווץ או מתפשט".

    לאיזה עקרון שקילות אתה מתכוון?

  3. היקום מתכווץ בקצב הולך ועולה במיליארדי שנים האחרונות.
    הפיתרון נמצא מתחת לאף של כולם ומשום מה לא שמים לב אליו.
    זה נכון שהגלקסיות מתרחקות בקצב הולך ועולה, בגלל עיקרון השקילות לא ניתן לדעת אם היקום מתכווץ או מתפשט.
    התפשטות מואצת חסרת כל היגיון ומאלצת להאמין במטאפיזי (היכן שנגמרת הלוגיקה ומפסיקים להתייחס לעובדות).
    הוכחה לכך ניתן למצוא כשמביטים על הסופרקלאסטר לאניאקיאה, כל הגלקסיות בצביר העל נעות לעבר מרכז כובד משותף, ככל שמתקרבים למרכזו מהירות הגלקסיה מואצת עם העלייה בעוצמת שדה הכבידה (לפי חוק הכבידה של ניוטון).
    אין שום צורך באנרגיה או במסה אפילה אם היקום מתכווץ והוא בהחלט מתכווץ.

  4. פריצת דרך במבנה היקום, מחייבת את קבלתו של רעיון חדש ומפתיע, שמעולם לא הופיע במדע.
    עד היום רעיון כזה לא הופיע, ומבנה היקום נשאר כמו שהוא נתפס לפני 100 שנים.
    כוח המשיכה עוד קיים, צירוף האותיות ח ו מ ר נשאר מלל חסר פשר, ואף אדם לא יודע מה מסתתר מאחורי צירוף האותיות ח ו מ ר . גם אף אדם לא יודע מהי צורת המסלול האמיתית של הכוכבים, ואף אדם לא יודע איך האור עובר בריק שבין הכוכבים.
    אני מציע קודם כל לקבל את הרעיון המדהים, שהמרחב האינסופי מלא בזמן פסיבי , שהוא נח מוחלט וקר מוחלט.
    הזמן הפסיבי הוא זמן אמיתי הקיים במציאות הפיזיקלית, והוא הוא התווך שבו עוברים גלי האור.
    בלי זמן פסיבי הממלא את המרחב האינסופי, אין אפשרות לאור השמש להתפשט בעולם.

    שאר הרעיונות מופיעם במאמר שפורסם בתחילתו של שרשור זה.

  5. תחשבו על האפשרות הדמיונית שאפקט דופלר באור, עליו אנחנו מבססים את התפשטות היקום, נובע לא מהתפשטות היקום אלא בשינוי אנרגטי של פוטונים בזמן, כך ששככל שהם מתרחקים מנקודת מוצאם הם מאבדים אנריה וכך גם אורך גל, לא מהירות.
    נסו גם לדמיין שבמפץ הגדול לא כל האנרגיה יצרה מסה בגדלים הניתנים לזיהוי. היום אנחנו מסוגלים לזהות ניוטרינים בגלל מהירותם, אך אם נותר במפץ חומר שהתפשט בלי ליצור מואונים, כי הוא זעיר מדי, בגודל ניורינו או קטן יותר, אין לנו אמצעים לזהות או למדוד אותם והם מסוגלים להמצא בכל מקום, במידה אחידה ביקום.
    והכי מעניין. אנחנו מודדים את ההתפשטות הקוסמית של העולם של פעם. במרחק 13 מיליארד שנות אור אנחנו מודדים את ההתפשטות אחרי המפץ הגדול שהיא בודאי המהירה ביותר. כל מקור אור צעיר וקרוב יותר מתרחק בקצב של ההתפשטות באותו מועד. ככל שאנחנו מתקרבים לזמננו, מהירות ההתפשטות מתקרבת לאפס ומעבר למרחק זה יש לפחות גלקסיה אחת המתקרבת אלנו.

  6. החומר האפל הוא גלקסיות וחורים שחורים המקיפים את היקום שלנו במרחקים כאלה, שכיום הטכנולוגיה שלנו לא מסוגלת לצפות בהם.וכך המשיכה שלהם גורם להתפשטות היקום שלנו

  7. היקום התחיל בשתי מפצים קטנטנים ובשניהם כל החומר היה "אפל" וכל הווקטור תנועה שלהם היה כלפי חוץ, ובעקבות זה לא היה "אור" בכלל כלומר כל הקרינה נעה באותו כיוון כמו ה"חומר" כלפי חוץ כך שכל היקום פשוט התפשט בחשכה ובקור מוחלט, נקודת המפנה קרתה בפגישת החומרים משני המפצים אחד בשני, בהתנגשות הזו התחילו קרני וגלי האנרגיה לקבל כיוונים שונים וצבעים שונים. כמו שנאמר "וחשך על פני תהום… ויהי אור"!

  8. הצעה למתלבטים בקשר למבנה היקום.
    החליפו את צמד המלים חומר אפל בצמד המלים זמן פסיבי, המנעו מהשימוש בצמד המלים כוח משיכה,
    ויקום חדש מופלא יתגלה לכם, שבו יש לכוכבים תנועה נצחית במסלול בורגי מרחבי.

  9. חומר אפל הוא מלל חסר פשר, כיוון שחומר זה מלל חסר פשר
    את היקום יש להסביר רק בעזרת מושגים כמותיים רציפים, ויש רק 5 כאלה אורך, שטח, נפח, זמן ואנרגיה.
    החומר כלל לא מופיע כאן , מכיוון שחומר הוא צורה פיזיקלית, הנוצרת מצירוף כמויות של זמן פסיבי ואנרגיה.
    זמן פסיבי הוא מושג פיזיקלי חדש לחלוטין, ויש לו תפקיד מכריע במבנה היקום.
    זמן פסיבי הוא נח מוחלט וקר מוחלט, והוא ממלא את המרחב האינסופי.
    הכוכבים נעים דרכו,והוא לא מפריע לתנועתם.
    פרטים נוספי במאמר המצורף
    http://img2.timg.co.il/forums/3/c8659042-cdd9-4060-b7fd-a3872d542a4b.pdf

  10. "אם לוקחים בחשבון את כלל החומר הנראה, את החומר האפל ואת הקרינה בחלל, היקום אמור להאט את קצב התפשטותו ולהתכווץ" – להאט, נכון. להתכווץ? אולי אי פעם בעתיד (וכנראה לא, כי המסה הכללית קטנה מדי).

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן