מסתורי היקום 8: והפעם תשובותיו של פרופ' אליה ליבוביץ מ”בשער” על התפשטות היקום

הפעם אנו מקדישים את הפרק בסדרה מסתורי היקום ליקום כולו ולשאלות בנושא אסטרופיסיקה ותשובותיהם של מומחים בכירים כפי שמופיעים באחד ממדורי המומחים הטובים באינטרנט הישראלי: אתר עמותת בשער

הידען

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/mystery008.html

המערכת מיועדת לשימושם של כל המורים והתלמידים במערכת החינוך. המומחים העומדים לרשותכם הם חברי “בשער” – אנשי סגל אקדמי בכיר במוסדות ההשכלה הגבוהה בארץ. כל המשיבים פועלים במסגרת זו בהתנדבות.
בשלב זה אנו קולטים שאלות בתחומי המדעים המדויקים.
הפנייה בשאלה מתבצעת על גבי רשת האינטרנט בעזרת פורום המיועד לכך. מנהל הפורום מסווג את השאלה ומפנה אותה למומחה המתאים. תשובת המומחה מתפרסמת בפורום בצמוד לשאלה. ניתן גם לקבל הודעה על קבלת תשובה אל תיבת דואר אלקטרוני פרטית.
פורום שאלות ותשובות במדעים מדויקים באתר עמותת בשער

נתחיל בשאלתו של אוהד מאיר, תלמיד כיתה יב' מביה”ס אורט בקרית מוצקין ולתשובתו של פרופ' אליה ליבוביץ'.

השאלה

“אסטרונומים קבעו כי היקום מתפשט, ומתפשט לנצח, כלומר הגיעו למסקנה כי היקום הוא אינסופי ומכיוון שכוח החיכוך בחלל אפסי כמעט, האנרציה שנוצרה במפץ הגדול תימשך לנצח.

ניתן להעמיד תיאוריה שאומרת כך: מנקודת מבטנו על כדה”א, היקום מתפשט, אך אין זה אומר כי מעבר לטווח הראייה שלנו לא מצויים גופים אשר מושכים את הגופים הקרובים אלינו בצורה כזו שאנו נראה אותם כמתפשטים, כשבעצם נוצר מצב בו היקום מתכווץ ואינו מתפשט.

הכוונה בתאוריה היא כי היקום מתכווץ אך מעבר לטווח הראייה שלנו, כך שאנו לא מודעים לכך, ומניחים כי הוא מתפשט; מסקנה שאליה כן ניתן להגיע מטווח הראייה שלנו, אך תתייחס רק לטווח הראייה שלנו ולא מעבר לו.

אומנם טלסקופ החלל האבל רואה למרחקים עצומים אך למיטב ידיעתי אינו רואה את כלל היקום ולכן לא ניתן להגיע למסקנה כי התיאוריה הנ”ל לא נכונה.

מסקנתם של אסטרונומים כי היקום מתפשט פוסלת תיאוריה זו ללא כל בסיס לפסילתה (למיטב ידיעתי).

הייתי מעוניין לדעת האם התיאוריה שהצבתי אפשרית?”

אם כן, מדוע שללו אותה האסטרונומים ואם לא, מדוע אינה אפשרית?

תשובה מאת: פרופ' אליה ליבוביץ

אתה כמובן צודק, אוהד, באמירה שאיננו רואים את כל היקום. מסיבה זו אסטרונומים וקוסמולוגים מדברים על “אופק” של היקום. המונח הזה מציין בדיוק מה שמציינת אותה מילה בהקשר של הגיאוגרפיה הארצית. קו האופק הוא קו (דמיוני) אשר מעבר לו איננו יכולים לראות מאומה, ולכן באמת הידע שלנו על מה שקיים מעבר לו הוא ידע מסוג אחר לחלוטין. בספרות האסטרונומית תמצא גם שמאותה סיבה, אסטרונומים באמת מדברים, בהקשרים מרובים, לא על היקום בכללותו אלא על “היקום הנראה”. זוהי פיסת החלל והזמן שממנה אנו, תושבי כדור הארץ, מסוגלים לקלוט אותות כלשהם. לכל מי שעוסק באסטרונומיה ברור ש”העולם הנראה” הוא אמנם קטע קטן בלבד מיקום הרבה יותר גדול. בפרט, “העולם הנראה” מקיף תחום סופי בלבד של החלל, בעוד שכיום נראה שהיקום הנו אינסופי בממדי המרחב שלו. כדאי לציין שהמלה “נראה” משמשת כאן במובן מושאל במידת מה. בהקשר הקוסמולוגי אנו אומרים על עצם או גורם כלשהו בעולם שהוא “נראה”, אם אנו קולטים קרינה כלשהי, לאו דווקא קרינת אור, הנפלטת מאותו גורם.

הטענה או האמונה שהתפשטות היקום היא תכונה המאפיינת אותו גם באזורים מעבר לקו האופק מבוססת על ההנחה, שהחוקיות הפיסיקלית באזורים של היקום החסויים בפנינו איננה שונה מהחוקיות השוררת באותו חלק של היקום הגלוי לנו. על פי רוב התיאוריות הפיסיקליות הרלוונטיות לקוסמולוגיה המוכרות לנו, אין שום קוו או גבול שמעבר לו קיימת פיסיקה אחרת. יחד עם זאת כדאי לציין שישנן כיום תיאוריות קוסמולוגיות מודרניות, המציעות מודלים של העולם שאינם רחוקים כל כך מרוח הדברים שאתה מציע. על פי מספר תורות כאלה, היקום הנראה על ידינו הוא רק קטע מישות רחבה הרבה יותר, שבאזורים אחרים שלה התנהגות החומר והאנרגיה שונה מזו המוכרת לנו. קשה כמובן לאשש תיאוריות כאלה כי הן מתארות חלקי יקום שאין לגביהם שום ממצאי תצפית, ושעל פי חוקי הפיסיקה הידועים לנו כיום אין כל דרך שיהיו בידינו ממצאי תצפית כאלה. אעפ”כ, חלק מהתיאוריות הללו אינן ניחושים בעלמא, שכן הן מנסות לצייר עולמות אפשריים ולפסול מודלים בלתי אפשריים, על סמך ניתוח מדוקדק של התנהגות העולם הנראה, ועל סמך הבנות מעמיקות של התורות היסודיות של הפיסיקה המודרנית, במיוחד תורת היחסות ותורת הקוונטים.

שאלה

גם לשאלתו של עמית סולומון מכפר סבא, בוגר יב' המחכה לגיוס הקשורה להתפשטות היקום עונה פרו'פ אליה ליבוביץ.'

ידוע שהיקום מתפשט תוך כדי יצירת המרחב-זמן. האם מהירות התפשטותו היא מהירות האור?
כי הרי מהירות האור היא הגבוהה ביותר, ולכן, אם מהירות התפשטות היקום קטנה ממנה, אזי האור “ישיג” את הקצה של היקום מתישהו, והרי שאין שם מרחב.. מה יקרה?
או שאולי היקום מתפשט במהירות גבוהה ממהירות האור ( לא נראה לי הגיוני), מפני שהוא מתפשט ע”י תזוזה של חלקיקים קוואנטיים שמגיבים האחד עם השני, ונעים מעל מהירות האור?
(אם את הרעיון האחרון שהצגתי, מהירות גבוהה ממהירות האור, לא הסברתי כראוי, אני מצטער, אבל יעזור אולי אם אומר שהתכוונתי להתנהגות של צמדי חלקיקים קוואנטיים אשר יחדיו נעים במהירות גבוהה ממהירות האור, ועל ידיהם מנסים עכשיו להסביר תופעות פארא-פסיכולוגיות).
תודה מראש על כל עזרה
עמית

תשובה מאת: פרופ' אליה ליבוביץ

לעמית שלום וברכה,

על פי הבנתנו נכון להיום, התפשטות היקום איננה תנועה של גופים בחלל. על פי תורת היחסות של איינשטיין, היקום איננו מסכת של גופים במרחב נתון אלא המרחב עצמו הוא ישות שיש לה דינמיקה. ביקום שלנו המרחב עצמו מתפשט. מקור עיקר ההתרחקות של גלקסיות ביקום זו מזו, בתופעה המכונה “הזזה לאדום”, איננו בתנועה של גלקסיות במרחב אלא בהגדלה מתמדת של החלל המפריד בין הגלקסיות. את ההבדל בין מושג התפשטות היקום שמקורו בהתרחבות החלל, לבין התפשטות שמקורה בתנועת התרחקות של גופים זה מזה, אפשר להדגים באופן הבא: אילו הקפנו כל גלקסיה במעין בלון קוסמי ענקי, למרות התפשטות היקום היינו מגלים שהגלקסיה אינה עוברת דרך הבלון והוא נשאר תמיד כמשטח סגור שמקיף אותה מכל העברים. לעומת זאת, התפשטות שמקורה בתנועה הייתה מביאה לכך שברגע מסוים הגלקסיה הייתה חודרת מבעד לבלון ויוצאת ממנו החוצה. למען הדיוק צריך לציין שלגלקסיות יש גם תנועה בתוך החלל ולכן בניסוי הבלון, הגלקסיה אמנם תמצא את עצמה מחוץ לבלון בזמן כלשהו. ואולם, תנועה זו של הגלקסיות איננה תנועת התפשטות. בתנועה זו יש גלקסיות שמתרחקות זו מזו אך יש גם גלקסיות שמתקרבות זו לזו. בשנים האחרונות התרבו הגילויים אפילו של גלקסיות שמתנגשות זו בזו.
מאחר שהתפשטות החלל הקוסמית איננה תנועה במובן המכניסטי של המושג, לא חלה עליה המגבלה שמטילה תורת היחסות על תנועה בחלל, שמהירותה אינה יכולה להיות גדולה ממהירות האור. כמות החלל או המרחק שנוסף בין שתי גלקסיות ביקום תלויה במרחקן זו מזו. כיוון שהקצב אחיד בכל החלל, ככל שהמרחק בין שתי הגלקסיות גדול יותר, כמות החלל שנוספת ביניהם ביחידת זמן גדולה יותר. צופה על גלקסיה אחת יראה את הגלקסיה השנייה מתרחקת בקצב שהוא יכנה אותו מהירות. במדידותיו הוא ימצא קצב ההתרחקות, או ה”מהירות” (במרכאות) של הגלקסיה השנייה, פרופורציונית למרחק בין שתי הגלקסיות. עם זאת, הצופה לעולם לא יראה את הגלקסיה השנייה מתרחקת ממנו במהירות שעולה על מהירות האור שכן על האור שמעביר אליו את תמונת הגלקסיה השנייה חלה המגבלה של תורת היחסות.

ידען אסטרופיסיקה 1 – היקום

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~999503214~~~187&SiteName=hayadan