האנרגיה האפלה – פרק מהספר "אסטרופיזיקה למי שאין לו זמן" מאת ניל דה-גראס טייסון

ספרו של ניל דה-גראס טייסון, "אסטרופיזיקה למי שאין לו זמן" שהה למעלה מ-40 שבועות ברשימת רבי המכר של הניו-יורק טיימס, ויצא לאחרונה לאור בעברית בהוצאת תכלת

כריכת הספר "אסטרופיזיקה למי שאין לו זמן".
כריכת הספר "אסטרופיזיקה למי שאין לו זמן".

כאילו שלא היו לנו מספיק דאגות, בעשורים האחרונים התגלה שהיקום נתון תחת לחץ מסתורי המפעיל כוח מתוך הריק בחלל ומתנגד לכבידה הקוסמית. וזה עוד לא הכול, בסופו של דבר תנצח "הכבידה השלילית" במשיכת החבל, ותכריח את ההתפשטות הקוסמית להאיץ באופן אקספוננציאלי אל העתיד.

רוב הרעיונות הלא שגרתיים בפיזיקה של המאה העשרים הם אשמתו של איינשטיין.

אלברט איינשטיין כמעט ולא הניח את כף רגלו במעבדה, הוא לא בדק תופעות או השתמש בציוד משוכלל. הוא היה תיאורטיקן אשר הביא לשלמות את "הניסוי המחשבתי", שבו מתעסקים בטבע באמצעות הדמיון, ממציאים מצב או מודל ואז מסיקים את ההשלכות בהתאם לעיקרון פיזיקלי כלשהו. בגרמניה שלפני מלחמת העולם השנייה, הפיזיקה שהתבססה על ניסויי מעבדה נחשבה בעיני המדענים הארים ליוקרתית בהרבה מהפיזיקה התיאורטית. כל הפיזיקאים היהודים נדחקו אל ארגז החול הירוד של התיאורטיקנים וננטשו שם לנפשם. ותראו מה יצא מארגז החול הזה.

כפי שהיה במקרה של איינשטיין, אם המודל של פיזיקאי אמור לייצג את היקום כולו, אזי מניפולציה של המודל אמורה להיות כמו מניפולציה של היקום עצמו. תצפיתנים וניסיונאים יכולים לצאת ולחפש את התופעות שהמודל ניבא. אם המודל לקוי, או אם התיאורטיקנים טעו בחישוביהם, התצפיתנים יגלו אי התאמה בין תחזיות המודל לבין האופן שבו הדברים מתרחשים ביקום האמיתי. זהו הרמז הראשון לתיאורטיקן לחזור לשולחן השרטוט המטפורי, לשפץ את המודל הישן או ליצור מודל חדש במקומו.

אחד המודלים התיאורטיים החזקים ומרחיקי הלכת שהומצאו אי פעם, וכבר הוצג כאן, הוא תורת היחסות הכללית של איינשטיין. תורת היחסות הכללית שפורסמה בשנת 1916 מפרטת את המתמטיקה הרלוונטית לתנועה של כל דבר ביקום בהשפעת הכבידה. מדי כמה שנים, מדעני מעבדה מפתחים ניסויים עוד יותר מדויקים כדי לבחון את התיאוריה, רק כדי להרחיב עוד יותר את מעטפת הדיוק שלה. בשנת 2016 קיבלנו הדגמה מודרנית להיכרות המדהימה הזו עם הטבע שאיינשטיין העניק לנו: גלי כבידה התגלו באמצעות מצפה כוכבים שנועד בדיוק למטרה זו.[1] הגלים הללו, שאיינשטיין חזה, הם אדוות הנעות במהירות האור לאורך מרקם החלל־זמן, ונוצרות מהפרעות כבידה חמורות, כמו ההתנגשות של שני חורים שחורים.

וזה בדיוק מה שנצפה. גלי הכבידה של הזיהוי הראשון נוצרו מהתנגשות של חורים שחורים בגלקסיה לפני 1.3 מיליארד שנות אור, ובתקופה שבה שרץ כדור הארץ אורגניזמים חד־תאיים פשוטים. בעת שהאדווה נעה בחלל לכל הכיוונים, לאחר עוד שמונה מאות מיליון שנים התפתחו על פני כדור הארץ חיים מורכבים, כולל פרחים, דינוזאורים, יצורים מעופפים, וגם ענף של בעלי חוליות המכונים יונקים. תת־ענף של היונקים פיתח אונות קדמיות ויכולת מחשבה מורכבת שבאה איתן. אנחנו מכנים אותם פְּרימָטים. ענף יחיד מהפרימטים האלה פיתח מוטציה גנטית המאפשרת דיבור, ואותו ענף — הומו סאפּיינס — המציא חקלאות, ציוויליזציה, פילוסופיה, אמנות ומדע. הכול בעשרת אלפים השנים האחרונות. בסופו של דבר, אחד ממדעני המאה העשרים שלף מראשו את תורת היחסות, וחזה את קיומם של גלי כבידה. מאה שנה מאוחר יותר, הטכנולוגיה מסוגלת סוף־סוף להבחין בגלים ולסגור את הפער עם הניבוי, ימים ספורים לפני שגל כבידה, שהיה בדרך 1.3 מיליארד שנים, הציף את כדור הארץ וזוהה.

כן, איינשטיין היה תותח.

רוב המודלים המדעיים מוצגים בתחילתם במצב בוסרי, ומשאירים מרחב תמרון לכוונון הפרמטרים כדי שיתאימו טוב יותר ליקום המוכר. ביקום ה"הֶליוצנטרי", מבוסס השמש, שהגה המתמטיקאי בן המאה השש־עשרה ניקולאוס קופרניקוס, חגו כוכבי הלכת במעגלים. החלק של הקפת השמש היה נכון, והתקדמות גדולה ביחס ליקום ה"גיאוצנטרי", שכדור הארץ במרכזו, אבל התברר שעניין המעגלים סטה קצת מהמציאות — כל כוכבי הלכת מקיפים את השמש במעגלים פחוסים המכונים אליפסות, וגם הצורה הזאת היא רק אומדן של מסלול מורכב יותר. הרעיון הבסיסי של קופרניקוס היה נכון, וזה מה שחשוב בעיקר. רק נדרשו קצת כוונונים כדי שיהיה יותר מדויק.

ובכל זאת, במקרה של תורת היחסות של איינשטיין, העקרונות המכוננים של התיאוריה כולה מחייבים שהכול יתרחש בדיוק כפי שחזה. למעשה, איינשטיין בנה את מה שנראה מבחוץ כמו בית קלפים על סמך שתיים־שלוש הנחות יסוד פשוטות שמחזיקות את המבנה כולו. ואכן, כאשר שמע על ספר משנת 1931 בשם "מאה כותבים נגד איינשטיין",[2] הוא השיב שאילו טעה, היה מספיק כותב אחד בלבד.

שם נטמנו הזרעים לאחת מהשגיאות הגסות המרתקות ביותר בתולדות המדע. במשוואות הכבידה החדשות של איינשטיין נכלל מונח שהוא כינה "הקבוע הקוסמולוגי", וייצגה אותו האות היוונית הגדולה למדא: Λ. בתור משתנה מתמטי אופציונלי אִפשר לו הקבוע הקוסמי לייצג יקום סטטי.

באותה עת, הרעיון שהיקום שלנו עושה משהו, חוץ מאשר סתם להתקיים, היה מעבר לכל דמיון. כלומר, התפקיד הבלעדי של הלמדא היה להתנגד לכבידה במודל של איינשטיין, להחזיק את היקום בשיווי משקל, להתנגד לנטייה הטבעית של הכבידה למשוך את כל היקום לתוך מסה ענקית אחת. בדרך זו המציא איינשטיין יקום שאינו מתפשט ואינו מצטמצם, בהתאם לציפיות של כולם באותה עת.

הפיזיקאי הרוסי אלכסנדר פרידמן הראה בהמשך שמבחינה מתמטית היקום של איינשטיין, אף שהיה בשיווי משקל, היה במצב לא יציב. כמו כדור המונח על ראש גבעה, ממתין לדחיפה הקלה ביותר כדי להתגלגל בכיוון זה או אחר, או כמו עיפרון המאוזן על חודו, היה היקום של איינשטיין ממוקם בצורה מסוכנת בין התפשטות וקריסה מוחלטת. יתר על כן, התיאוריה של איינשטיין היתה חדשה, ושום דבר לא נעשה ממשי רק כי מכנים אותו בשם — איינשטיין ידע שללמדא, בתור כוח משיכה שלילי של הטבע, אין שום מקבילה מוכרת ביקום המוחשי.

תורת היחסות הכללית של איינשטיין שונה בתכלית מכל התפיסות הקודמות על משיכה כבידתית. במקום להסתפק בהשקפה של סר אייזק ניוטון על הכבידה בתור פעולה מוזרה מרחוק (מסקנה שלניוטון עצמו לא היה נוח איתה), תורת היחסות הכללית רואה בכבידה תגובה של המסה לעיוות מקומי של החלל והזמן שגרמו מסה או שדה אנרגיה אחרים. במילים אחרות, ריכוז מסה גורם עיוותים — כמו גומות חן — במרקם החלל והזמן. עיוותים אלה מכוונים את המסות הנעות לאורך קווים גיאוֹדֶזיים ישרים,[3] אף שהם נראים לנו כמו נתיבים עקמומיים שאנו מכנים מסלולים כבידתיים. הפיזיקאי התיאורטי האמריקני, ג'ון ארצ'יבלד וילר, ניסח את הרעיון של איינשטיין בצורה הטובה ביותר: "החומר מכתיב לחלל איך להתעקם; החלל מכתיב לחומר איך לנוע".[4]

ניל דה גראס טייסון עם דגם של טלסקופ החלל ג'יימס ווב. מקור: NASA/Goddard/Rebecca Roth.
ניל דה גראס טייסון עם דגם של טלסקופ החלל ג'יימס ווב. מקור: NASA/Goddard/Rebecca Roth.

בסופו של דבר, תורת היחסות הכללית תיארה שני סוגי כבידה. הראשון הוא הסוג המוכר, כמו המשיכה בין כדור הארץ לבין כדור שנזרק לאוויר, או בין השמש לכוכבי הלכת. היא חזתה גם גרסה אחרת — לחץ מסתורי, אנטי־כבידתי, הקשור בריק של החלל־זמן עצמו. למדא שימרה את ההנחה הכמעט ודאית של איינשטיין, ושל כל פיזיקאי אחר בזמנו: את הסטטוס קוו של היקום הסטטי — יקום סטטי בלתי יציב. אבל הטענה שמצב לא יציב הוא המצב הטבעי של מערכת פיזיקלית שקולה להפרה של עשרת הדיברות של המדע. אי אפשר לטעון שהיקום כולו הוא מקרה מיוחד שבמקרה שומר על שיווי משקל לנצח נצחים. מעולם לא נראה, נמדד או דומיין משהו שהתנהג כך בהיסטוריה של המדע, כלומר מדובר בתקדים מהפכני.

שלוש־עשרה שנה מאוחר יותר, בשנת 1929, גילה האסטרופיזיקאי האמריקני אדווין פ' האבּל שהיקום לא סטטי. הוא מצא ואסף ראיות משכנעות לכך שככל שגלקסיה מרוחקת יותר, כך היא מתרחקת מהר יותר משביל החלב. במילים אחרות, היקום מתפשט. ואז איינשטיין, שהחמיץ את ההזדמנות לחזות בעצמו את התפשטות היקום בגלל הקבוע הקוסמולוגי — אותה למדא שלא עלתה בקנה אחד עם שום כוח טבע מוכר — חש נבוך, והוא השמיט אותה לחלוטין. הוא כינה אותה "השגיאה הגדולה ביותר" בחייו. בהשלכת הלמדא מן המשוואה הוא הניח שהערך שלה הוא אפס, כמו בדוגמה זו: נניח ש־A = B + C. אם מגלים מאוחר יותר ש–A = 10 ו–B = 10, אזי A עדיין שווה ל־B ועוד C, אבל רק במקרה ש־C שווה 0 והוא מיותר במשוואה.

אבל זה עוד לא סוף הסיפור. במשך עשרות שנים נהגו התיאורטיקנים להוציא את הלמדא מקברהּ, ולדמיין איך ייראו הרעיונות שלהם ביקום בעל קבוע קוסמולוגי. שישים ותשע שנים מאוחר יותר, בשנת 1998, שלף אותה המדע משם בפעם האחרונה. בתחילת אותה השנה שתי קבוצות מתחרות של אסטרופיזיקאים יצאו בהכרזות מרשימות: האחת בראשות סול פרלמוטר מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי בברקלי שבקליפורניה, והשנייה בראשותו של בריאן שמידט ממצפי הכוכבים הר סטרוֹמלוֹ וסַיידינג ספרינג בקנברה, אוסטרליה, ואדם ריס מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס בבולטימור, מרילנד. עשרות סופרנובות מהרחוקות ביותר שנצפו אי פעם נראו עמומות במידה ניכרת מהצפוי, בהתחשב בהתנהגות המתועדת היטב של זן הכוכבים המתפוצצים הזה. ניתן היה ליישב את הבעיה אם התקיים אחד משני התנאים הבאים: או שאותן סופרנובות רחוקות התנהגו אחרת מאחיותיהן הקרובות יותר, או שהן היו במרחק הגדול בחמישה־עשר אחוזים מהמרחק שבו הניחו שהן נמצאות על פי המודלים הקוסמולוגיים המקובלים. הדבר המוכר היחיד שהיה בו כדי להסביר "באופן טבעי" את ההאצה הזו הוא הלמדא של איינשטיין, הקבוע הקוסמולוגי. כאשר האסטרופיזיקאים הסירו ממנו את האבק והחזירו אותו למשוואות המקוריות של תורת היחסות הכללית של איינשטיין, התאים המצב המוכר של היקום למשוואות של איינשטיין.

הסופרנובות שפרלמוטר ושמידט חקרו שוות את משקלן בגרעיני אטומים שניתנים להיתוך. במגבלות מסוימות, כל אחד מהכוכבים הללו מתפוצץ באותה הדרך, מצית אותה כמות דלק, משחרר אותה כמות אנרגיה עצומה באותה כמות זמן, ולכן מגיע לאותו שיא בהירות. לכן הם משמשים מעין קנה מידה, או "נר תקני", לחישוב מרחקים קוסמיים אל הגלקסיות שבהן הם מתפוצצים, במרחבי היקום הנידחים ביותר.

נרות תקניים מפשטים מאוד את החישובים: מכיוון שכל הסופרנובות בעלות אותו הספּק, העמומות רחוקות והבהירות קרובות. לאחר מדידת הבהירות שלהן (משימה פשוטה), אפשר לומר בדיוק מה מרחקן מאיתנו ומה מרחקן זו מזו. אילו לכל סופרנובה היתה בהירות שונה, לא היינו יכולים להשתמש בבהירות בלבד כדי לקבוע את המרחק של סופרנובה אחת בהשוואה לאחרת. סופרנובה עמומה היתה יכולה להיות נורה רחוקה בהספק גבוה או נורה קרובה בהספק נמוך.

הכול טוב. אבל יש עוד דרך למדוד את המרחק לגלקסיות: מהירות ההתרחקות שלהן משביל החלב שלנו, התרחקות שהיא חלק בלתי נפרד מהתפשטות היקום. האבּל היה הראשון שהראה שכאשר היקום מתפשט, עצמים רחוקים בורחים מאיתנו מהר יותר מאשר עצמים סמוכים. לכן, על ידי מדידת מהירות ההתרחקות של הגלקסיה (משימה פשוטה נוספת), ניתן להסיק את מרחקה של גלקסיה.

אם שתי שיטות בדוקות מוצאות מרחקים שונים מאותו עצם, משהו חייב להיות שגוי. או שסופרנובות הן נרות תקניים גרועים, או שהמודל שלנו לקצב התפשטות היקום כפי שנמדד באמצעות מהירות הגלקסיות שגוי.

ובכן, משהו היה שגוי. התברר שסופרנובות הן נרות תקניים נהדרים, ששרדו בדיקות קפדניות של חוקרים ספקנים רבים, ולכן נותרו האסטרופיזיקאים עם יקום שהתרחב מהר יותר מכפי שחשבו, ועם גלקסיות הממוקמות רחוק יותר מכפי שמהירות ההתרחקות שלהן היתה אמורה למקם אותן. ולא היתה דרך קלה להסביר את ההתפשטות הנוספת בלי להעיר את למדא, הקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין.

כאן היתה הראיה הישירה הראשונה לכך שכוח דחייה אכן קיים ביקום, כוח המנוגד לכבידה, וכך חזר הקבוע הקוסמולוגי מן המתים. למדא קיבלה פתאום ממשות פיזיקלית שנזקקה לשֵם, וכך קיבלה "האנרגיה האפלה" את מרכז הבמה של הדרמה הקוסמית. השם מתאר כראוי גם את המסתורין וגם את בורותנו לגבי הגורם לו. פרלמוטר, שמידט וריס חלקו, בצדק, את פרס נובל בפיזיקה לשנת 2011 על הגילוי זה.

המדידות המדויקות ביותר עד כה חושפות שהאנרגיה האפלה היא הדבר החשוב ביותר בעיר, היא אחראית כיום ל־68% מכל אנרגיית המסה ביקום; החומר האפל מהווה 27% ממנה, בעוד החומר הרגיל מהווה רק 5%.

צורת היקום הארבעה־ממדי שלנו נקבעה על פי היחס בין כמויות החומר והאנרגיה החיות ביקום לבין הקצב שבו היקום מתפשט. המידה המתמטית המוסכמת היא אומגה: Ω, עוד אות יוונית גדולה עם אחיזה איתנה ביקום.

אם לוקחים את צפיפות החומר־אנרגיה של היקום ומחלקים אותה בצפיפות החומר־אנרגיה הנדרשת בדיוק כדי לעצור את ההתפשטות (היא מכונה הצפיפות "הקריטית"), מקבלים אומגה.

מכיוון שגם מסה וגם אנרגיה מעקמות או מפתלות את החלל־זמן, אומגה מספרת לנו על צורת היקום. אם אומגה היא פחות מ־1, המסה־אנרגיה הממשית נמצאת מתחת לערך הקריטי, והיקום מתפשט לעד לכל הכיוונים וכל הזמן, ומקבל צורה של אוכף, שבו קווים מקבילים בהתחלה מתרחקים זה מזה. אם אומגה שווה ל־1, היקום מתרחב לנצח, אבל ממש לאט. במקרה זה צורתו שטוחה, והיא מקיימת את כל חוקי הגיאומטריה שלמדנו בתיכון על קווים מקבילים. אם אומגה גדולה מ־1, הקווים המקבילים מתכנסים, היקום מתעקם בחזרה לתוך עצמו, ובסופו של דבר קורס אל כדור האש שממנו יצא.

בשום שלב מאז שהאבּל גילה שהיקום מתפשט, שום צוות מבין כל צוותי התצפיתנים שמדדו את אומגה באופן אמין לא מצאו שהיא אפילו קרובה ל־1. כשחיברו את כל המסה ואת כל האנרגיה שהטלסקופים שלהם יכלו לראות, כולל אקסטרפולציה לטווח שמעבר למגבלותיהם, וכולל החומר האפל, הערכים הגבוהים ביותר של התצפיות הטובות ביותר הגיעו בקושי לתוצאה Ω = 0.3. מבחינת התצפיתנים, היקום היה "פתוח" לעסקים, רוכב על אוכף חד־כיווני אל העתיד.

בינתיים, משנת 1979 ואילך, הפיזיקאי האמריקני אלן ה' גוט מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, וגם אחרים, פיתחו התאמה לתיאוריית המפץ הגדול, שסילקה כמה בעיות מציקות בנושא היווצרות יקום דחוס בחומר ובאנרגיה, כמו היקום המוכר לנו. תוצר לוואי מהותי של עדכון תיאוריית המפץ הגדול הוא דחיפתה של אומגה בכיוון הערך אחת. לא בכיוון חצי. לא בכיוון שתיים. לא בכיוון מיליון. בכיוון אחת.

כמעט אף תיאורטיקן בעולם לא ראה בעיה בדרישה הזאת, מכיוון שהיא סייעה להטיל על המפץ הגדול את האחריות למאפיינים הגלובליים של היקום המוכר. עם זאת, צצה בעיה קטנה נוספת: העדכון חזה פי שלושה יותר מסה־אנרגיה מכפי שהצליחו התצפיתנים למצוא. התיאורטיקנים לא נרתעו ואמרו שהתצפיתנים פשוט לא מתאמצים מספיק בתצפיות.

בעשורים האחרונים התגלה שהיקום נתון תחת לחץ מסתורי המפעיל כוח מתוך הריק בחלל ומתנגד לכבידה הקוסמית. וזה עוד לא הכול, בסופו של דבר תנצח "הכבידה השלילית" במשיכת החבל, ותכריח את ההתפשטות הקוסמית להאיץ באופן אקספוננציאלי אל העתיד. צילום: NASA and A. Riess (STScI), CC BY.
בעשורים האחרונים התגלה שהיקום נתון תחת לחץ מסתורי המפעיל כוח מתוך הריק בחלל ומתנגד לכבידה הקוסמית. וזה עוד לא הכול, בסופו של דבר תנצח "הכבידה השלילית" במשיכת החבל, ותכריח את ההתפשטות הקוסמית להאיץ באופן אקספוננציאלי אל העתיד. צילום: NASA and A. Riess (STScI), CC BY.

בסוף כל החשבונאות, החומר הנראה לבדו הסביר לא יותר מ־5% מהצפיפות הקריטית. ומה בדבר החומר האפל המסתורי? הם הוסיפו גם אותו. אף אחד לא ידע מה הוא, ואנחנו עדיין לא יודעים מה הוא, אבל אין ספק שהוא תרם לסך הכול. מהחישובים הללו אנחנו מקבלים פי חמישה או שישה חומר אפל מאשר חומר נראה. אבל זה עדיין מעט מדי. התצפיתנים היו אובדי עצות, והתיאורטיקנים השיבו: "המשיכו לחפש."

כל אחד מהמחנות היה בטוח שהמחנה האחר טועה — עד גילוי האנרגיה האפלה. המרכיב היחיד הזה, שהתווסף לחומר הרגיל, לאנרגיה הרגילה ולחומר האפל, העלה את צפיפות המסה־אנרגיה של היקום לרמה הקריטית, וסיפק את התצפיתנים ואת התיאורטיקנים בעת ובעונה אחת.

זו היתה הפעם הראשונה שהתיאורטיקנים והתצפיתנים התנשקו והתפייסו. שני המחנות, בדרכם שלהם, צדקו. אומגה שווה לאחת, בדיוק כפי שהתיאורטיקנים דרשו מן היקום, אף שלא נוכל להגיע לכך גם אם נוסיף את כל החומר — אפל או לא — כפי שהם הניחו בתמימות. אין כיום עוד חומר שמסתובב ביקום שלא נאמד על ידי התצפיתנים.

איש לא צפה את הנוכחות השלטת של האנרגיה האפלה הקוסמית, ואף אחד לא העלה בדעתו שהיא תהיה המגשרת הגדולה על הפערים.

אז מה זה הדבר הזה? אף אחד לא יודע. ההשערה הקרובה ביותר שהועלתה היא שהאנרגיה האפלה היא תופעה קוונטית — כלומר הרִיק בחלל אינו רֵיק, אלא רוחש חלקיקי חומר ואנטי־חומר תואמים. הם מדלגים בזוגות בין קיום ואי קיום, ולא מחזיקים מעמד מספיק זמן כדי להימדד. הכינוי שלהם משקף את הקיום הארעי שלהם: חלקיקים וירטואליים. המורשת המדהימה של הפיזיקה הקוונטית — המדע של הדברים הקטנים — דורשת מאיתנו להקדיש לרעיון תשומת לב רצינית. כל זוג של חלקיקים וירטואליים מפעיל קצת לחץ החוצה, כאילו להרף עין הוא מפלס לעצמו דרך לחלל בתנועות מרפקים.

למרבה הצער, כשאנחנו אומדים את כמות דחיית "לחץ הריק" שמקורה בחיים הקצרצרים של החלקיקים הווירטואליים, התוצאה גדולה יותר מאשר פי 10120 מערך הקבוע הקוסמולוגי שנקבע באופן ניסיוני. זהו מכפיל גדול עד איוולת, שגורם לאי ההתאמה הגדולה ביותר בין תיאוריה ותצפיות בתולדות המדע.

אכן, אין לנו מושג. אבל זה לא חוסר הבנה מחפיר. האנרגיה האפלה אינה נסחפת לה סתם בלי שום תיאוריה שתעגן אותה. האנרגיה האפלה שוכנת באחד הנמלים הבטוחים ביותר שאנו יכולים לדמיין: משוואות תורת היחסות הכללית של איינשטיין. זהו הקבוע הקוסמולוגי. זוהי למדא. תהא אשר תהא האנרגיה האפלה, אנו כבר יודעים כיצד למדוד אותה וכיצד לחשב את השפעתה על העבר של היקום, על ההווה שלו ועל עתידו.

ללא ספק, השגיאה הגדולה ביותר שעשה איינשטיין היתה שהכריז שלמדא היא השגיאה הגדולה ביותר שעשה.

והמרדף נמשך. עכשיו, כשאנחנו יודעים שהאנרגיה האפלה אמיתית, צוותים של אסטרופיזיקאים פצחו בתוכניות שאפתניות למדידת מרחקים ולמדידת גידול מבנה היקום באמצעות טלסקופים קרקעיים וחלליים. תצפיות אלה יבדקו לפרטי פרטים את השפעת האנרגיה האפלה על היסטוריית ההתפשטות של היקום, ואין ספק שיעסיקו את התיאורטיקנים. הם זקוקים נואשות לכפרה על מה שיצא מחישובי האנרגיה האפלה המביכים שלהם.

האם אנחנו זקוקים לחלופה לתורת היחסות הכללית? האם הנישואים של תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים זקוקים לשיפוץ מקיף? או שיש איזו תיאוריית אנרגיה אפלה שמחכה להתגלות על ידי אדם חכם שלא נולד עדיין?

תכונה ראויה לציון של למדא ושל היקום המאיץ היא שכוח הדחייה נובע מתוך הריק, ולא ממשהו חומרי. ככל שהריק גדל, צפיפות החומר והאנרגיה (המוכרת) בתוך היקום פוחתת, וההשפעה היחסית של למדא על מצב העניינים הקוסמי גדלה. בד בבד עם לחץ דחייה גדול יותר מגיע עוד ריק, ועם עוד ריק מגיע לחץ דחייה גדול עוד יותר, שכופה האצה אינסופית ומעריכית של ההתפשטות הקוסמית.

כתוצאה מכך, כל דבר שהכבידה אינה מרתקת לאזור גלקסיית שביל החלב, יתרחק במהירות הולכת וגדלה, כחלק מההתפשטות המואצת של מרקם החלל־זמן. גלקסיות רחוקות הנראות כיום בשמי הלילה ייעלמו בסופו של דבר מעבר לאופק הבלתי מושג, ויתרחקו מאיתנו מהר יותר ממהירות האור. זה הישג שמתאפשר לא מפני שהן נעות בחלל במהירויות כאלה, אלא מפני שמרקם היקום עצמו נושא אותן במהירויות כאלה. שום חוק פיזיקלי לא מונע זאת.

ייתכן שבעוד איזה טריליון שנים כל מי שיחיה בגלקסיה שלנו לא ידע כלום על גלקסיות אחרות. היקום הנצפה שלנו יהיה רק מערכת של כוכבים סמוכים, מאריכי ימים, בתוך שביל החלב. ומעבר לליל הכוכבים הזה תשתרר ריקנות וחושך אינסופי אל תוך המעמקים.

האנרגיה האפלה, תכונה בסיסית של היקום, תגרע בסופו של דבר מיכולתם של הדורות הבאים להבין את היקום שניתן להם. אם אסטרופיזיקאים בני זמננו ברחבי הגלקסיה לא ישמרו תיעוד משמעותי ויקברו כמוסת זמן ענקית של טריליון שנה, מדעני אחרי אחרית הימים לא יֵדעו כלום על הגלקסיות — צורת ההתארגנות העיקרית של החומר ביקום שלנו — וכך תימנע מהם הגישה למידע הכרחי על הדרמה הקוסמית של היקום שלנו.

והנה הסיוט החוזר שלי: האם גם לנו חסרים כמה חלקים בסיסיים של היקום שהיו פעם? על איזה חלק מספר ההיסטוריה הקוסמית כבר כתובות המילים "אין גישה"? מה נעדר מן התיאוריות ומהמשוואות שלנו אף שהיה צריך להיות שם, והותיר אותנו לגשש אחר תשובות שלא נמצא לעולם?

הערות

[1]    גלאי הלייזר LIGO לגילוי גלי כבידה, שני גלאים זהים בארצות הברית, אחד בהנפורד, וושינגטון, והשני בליווינגסטון, לואיזיאנה.

[2]    R. Israel, E. Ruckhaber, R. Weinmann, et al., Hundert Autoren Gegen Einstein (Leipzig: R. Voigtlanders Verlag, 1931)

[3]    "גיאודזי" היא מילה נפוחה ללא הצדקה המתארת את המרחק הקצר ביותר בין שתי נקודות על משטח מעוקם — שהורחבה במקרה זה למרחק הקצר ביותר בין שתי נקודות במרקם המעוקם הארבעה־ממדי.

[4]    במסגרת לימודי לתואר שני השתתפתי בקורס בתורת היחסות הכללית אצל ג'ון וילר (שם הכרתי את אשתי), והוא נהג לומר זאת לעתים קרובות.

ראו עוד בנושא באתר הידען:

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

32 תגובות

  1. ישראל
    זה מה שאמרתי: תורת היחסות הכללית אומרת שהתעקמות המרחב מסבירה את הכבידה. היא לא אומרת איך מסה מעקמת את המרחב.

    פושינג גרוויטי, מעבר לזה שזה לא עובד, לא מסביר למה התנגשות של חלקיק גורם לכוח.

  2. ואגב באותו עניין, גם 3 הוא מספר הרבה יותר נהדר מאשר הערך הנוכחי לפאי שאפילו אי אפשר לכתוב אותו.

    אפילו פיזקאים משתמשים בזה! שלא לדבר על זה ש 3 מופיע בשיר אחד מי יודע ו 3.14 לא..

  3. כולם יודעים שפושינג פתרון נהדר, הרבה יותר טוב מיחסות כללית.. וזאת בתנאי שלא אכפת לנו שהוא שגוי.

    זה בדיוק כמו שהכי טוב להיות בריא צעיר יפה ועשיר. אני עובד לזה, אעדכן אתכם

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן