# הקבוע הקוסמולוגי: הטעות החמורה של איינשטיין שהובילה לפרס נובל בפיסיקה חלק ב'

> חלק ב: מהיקום המתפשט של האבל ועד להתפשטות היקום המאיצה בשנות העשרים הכומר הבלגי ג'ורג' למטר'ה וגם אלכסנדר פרידמן מצאו שניהם פתרונות למשוואות השדה המקוריות של אינשטיין (ללא הקבוע הקוסמולוגי) שמתארים יקום מתפשט ולא סטטי. פרידמן התקשה לפרסם את הטיעון שלו, המודל של יקום מתפשט, ללא קבוע קוסמולוגי. ראשית פרידמן שלח את מאמרו לאינשטיין שהתעלם ממנו. הוא נסע אישית לברלין, אבל אינשטיין היה בדיוק מחוץ לעיר. לבסוף פיזיקאי אחר שם…

- Canonical: https://www.hayadan.org.il/cosmological_constant_einstein_biggest_mistake_led_to_nobel_prize_partb
- Author: דר. גלי ויינשטיין
- Published: 2011-10-08T00:15:23+02:00
- Modified: 2012-06-30T15:39:31+03:00
- Sections: איינשטיין, היקום
- Topics: איינשטיין, אנרגיה אפלה, היקום, הקבוע הקוסמולוגי, פרס נובל, פרס נובל לפיזיקה, קרינת הרקע הקוסמית

## Article

חלק ב: מהיקום המתפשט של האבל ועד להתפשטות היקום המאיצה בשנות העשרים הכומר הבלגי ג'ורג' למטר'ה וגם אלכסנדר פרידמן מצאו שניהם פתרונות למשוואות השדה המקוריות של אינשטיין (ללא הקבוע הקוסמולוגי) שמתארים יקום מתפשט ולא סטטי. פרידמן התקשה לפרסם את הטיעון שלו, המודל של יקום מתפשט, ללא קבוע קוסמולוגי. ראשית פרידמן שלח את מאמרו לאינשטיין שהתעלם ממנו. הוא נסע אישית לברלין, אבל אינשטיין היה בדיוק מחוץ לעיר. לבסוף פיזיקאי אחר שם את עבודתו של פרידמן מול עיניו של אינשטיין. תגובתו הראשונית של אינשטיין הייתה שהרעיון היה פשוט שגוי. אחר כך, כאשר הוא הבין שפרידמן ביצע את העבודה נכון, אינשטיין הגיב שהתוצאות של פרידמן היו מעניינות מבחינה מתמטית אבל – כמו התוצאות של שוורצשילד – "לא הייתה להן משמעות פיזיקאלית". במהלך השנה, אינשטיין הבין שלמעשה אין התנגדות יסודית למה שפרידמן הציע, ולראשונה הוא התחיל לסגת מהקבוע הקוסמולוגי. פרידמן לא חי כדי ליהנות מהצדקה מלאה של המודל שלו – מה שקרה רק אחרי גילוייו של האבל. פרידמן נפטר ב-1925, כנראה מטיפוס שהסתבך מתנאי המחייה הקשים במהלך המהפכה הרוסית ומלחמת האזרחים שבאה כתוצאה. אבל אפילו אז אסטרונומים התחילו לבצע התקדמות בנושא היקום הדינאמי. ב-1920 החל ויכוח בארה"ב: האם היקום מתפרש ומתרחב מעבר לגלקסיה שלנו? הנושא "סקלת המרחק של היקום" נבחר כנושא המחקר על ידי אדווין האבל. אינשטיין עדיין היה בברלין בגרמניה ולא היה מעורב בויכוח שהתרחש בארה"ב. מרבית האסטרונומים באותה תקופה חשו ששביל החלב מאכלס את היקום כולו, וגודלו הוערך כ-300,000 שנות אור לרוחב, הגודל הגדול ביותר שניתן עד כה. השותף של האבל, הבר דאוסט קורטיס העדיף יקום קטן יותר שמחולק ל"איי יקומים", הערפיליות הספיראליות, אבל הוא חשב שהשמש היא מרכז ה"אי" שלנו. שותף נוסף במחקר, הארלו שייפלי מיקם את השמש בצורה נכונה הרחק ממרכז שביל החלב. היה זה האבל שהביט דרך הטלסקופ 100 האינץ' "הוקר" במצפה אשר בהר ווילסון ב-1923 וביצע את הגילויים הבאים. בתחילה עם הגילוי של האבל שהערפילית אנדרומדה הייתה למעשה הגלקסיה אנדרומדה, גלקסיה נוספת, אי ביקום הכוכבים, שהוא שווה לשביל החלב שלנו ונחשב אז כמצוי במרחק של מיליון שנות אור מאיתנו. רק עם גילוי זה האבל הצליח לגלות עוד מספר גלקסיות ומהר מאוד התמונה שלנו לגבי היקום התרחבה לחלל שמאוכלס על ידי מיליארדי גלקסיות. אחר כך האבל השתמש בתוצאות שלו ובאלה של אחרים ומדד את ההסחה לאדום בספקטרומים של הכוכבים כדי להראות שעשרים וחמש גלקסיות חדשות כאלה שניתן לזהותן כמתרחקות, ממהרות הרחק מאיתנו בכל כיוון. "ההסחה לאדום" ניתנת להשוואה ל"הזזת דופלר" היומיומית שגורמת לגובה הצליל של צופר הרכבת להיות נמוך יותר בעוד הרכבת נעה הרחק מאיתנו. באותו האופן, האור מהגלקסיה שמאיצה הרחק מכדור הארץ מוזז לאורכי גל ארוכים יותר ואדומים יותר. האבל הראה גם שככל שהגלקסיה רחוקה יותר מכדור הארץ, כך היא מתרחקת מהר יותר. נראה כאילו שחזרנו לפתע למרכז היקום והכל התרחק מאיתנו – מעין רהביליטציה של התורות הגיאוצנטריות לפיהן כדור הארץ הוא במרכז היקום. אבל לא. מרקם היקום כולו התפשט והכל התפשט לכל הכיוונים; הגלקסיות התרחקו זו מזו בצורה הומוגנית וסימטרית, כאילו כל נקודה ביקום היא מרכז היקום. ולכן האבל הבין שבאופן כללי הגלקסיות ברחו מאיתנו במהירות שהיא פרופורציונית למהירותן מאיתנו. אלה שהיו פי שתיים רחוקות מאיתנו נעו פי שתיים מהר יותר וכדומה. ניתן להביט על היקום של הגלקסיות כעל מטריקה מרחב-זמנית מתנפחת בצורה הומוגנית וסימטרית. או ביתר כלליות, האבל זיהה את הקשר הסיסטמי בין המרחק למהירות הבריחה של הגלקסיה, או ההסחות לאדום של גלקסיות מרוחקות שגדלות בפרופורציה למרחקן – כצפוי מהתפשטות אחידה, שידוע כיום כחוק האבל. חוק זה מתאר יקום דינאמי ומתפשט – כמו זה שנוצר בהתפוצצות התחלתית, שכיום ידועה כמפץ הגדול. רק אחרי גילויים אלה לפתע שמו לב למודלים של היקום המתפשט שניתנו ב-1922 על ידי אלכסנדר פרידמן, שבהם לא היה צורך בכלל בקבוע הקוסמולוגי. בקיץ של 1930 ארתור ה. פלמינג (האיש רב ההשפעה שהיה יושב ראש מועצת המנהלים של הקלטק – המכון הטכנולוגי של קליפורניה) ביקר אצל אינשטיין בביתו אשר בקאפוט בגרמניה והזמין אותו לפסדינה כדי לעבוד ולחקור בקלטק וגם הזמינו לבקר בקצה ההר אשר במצפה הכוכבים. אסטרונומים בהר ווילסון היו עסוקים בגלויים מרעישים ואינשטיין קידם בברכה את ההזדמנות לפגוש את המדענים האמריקאים שביצעו תצפיות ששפכו אור חדש על מבנה היקום. הוא גם הסתקרן מהסיכוי להיפגש עם פיזיקאים מפורסמים כמו ריצ'רד צ'ייס טולמן ופול אפשטיין. אינשטיין התחיל את מסעו בסן דייגו, קליפורניה, כאשר הוא הגיע ב-2 לדצמבר, 1930 בספינת הקיטור "בלגנלאנד" הבלגית וליווה אותו יום גדוש בתהלוכות, טכסים ונאומים. שאלו אותו מדוע החליט להגיע לקליפורניה מברלין? אינשטיין ענה שהעניין העיקרי שלו הוא לעבוד על ניסויים במכון הטכנולוגי של קליפורניה אשר בפסדינה, הקלטק, ולהיוועץ עם הפיזיקאים האמריקאים פול אפשטיין, רוברט פ. מיליקן ואלברט מיקלסון – אותו מיקלסון מניסוי מיקלסון ומורלי המפורסם מ-1887 שתוכנן במיוחד במטרה לגלות תנועה יחסית של כדור הארץ ביחס לאתר של המאה ה-19. אינשטיין תכנן לבצע תצפיות ולערוך מחקר במצפה שבהר ווילסון מעל לעיר פסדינה בהרי סן גבריאל. אחרי התשובות האלה והבזקי המצלמות וקולותיהן, בעוד אינשטיין יורד מכבש האונייה ומנופף לאלפים שהתאספו על הרציף כדי לקדמו בברכה, ליוו אותו לקבלת פנים רשמית שטרם נראתה כמותה בסן דייגו במיוחד על ידי הקהילייה היהודית. אחרי קבלת הפנים החגיגית בסן דייגו חבורת אינשטיין שכללה את אינשטיין עצמו, אשתו אלזה, המתמטיקאי ד"ר וולטר מאייר והמזכירה הנאמנה שלו הלן דיוקס, הם נסעו בשיירת מכוניות 200 מייל צפונה לעיר הפסטורלית פסדינה. בפסדינה אינשטיין בילה את שלושת החודשים הבאים כאשר הוא עסוק במחקר במעבדת הנורמן בריג'ס של הקלטק יחד עם דמויות מובילות במדע האמריקאי. אינשטיין ואשתו התגוררו בבית קוטג' בדרום שדרת אוקלנד מספר 707, תשעה בלוקים מהקמפוס בקלטק. תוכננו לאינשטיין בעת שהותו בפסדינה מגוון רחב של הרצאות מדעיות, נאומים, מסעות, קונצרטים, פרמיירות לסרטים ומסיבות משתים וסעודות. בזמן שאינשטיין הגיע לפסדינה הוא היה בן 51 והיה המדען המפורסם ביותר בעולם. אבל ממרומי ה"קאתדרלה של האסטרונומיה" של האבל בקצה הר ווילסון, מבנה היקום נראה באופן בולט שונה מזה שקודם תואר על ידי אינשטיין ב-1917. העבודה המרגשת של האבל ומדענים אחרים אילצה בחינה מחודשת של המושגים של אינשטיין אודות היקום הסטטי. השאלה הגדולה שריחפה באוויר באותו הזמן בקלטק ב-1931 הייתה, האם אינשטיין יוותר על הקבוע הקוסמולוגי שלו ויקבל את רעיון היקום המתפשט? העדות לכך שהיקום מתפשט הוצגה בעיתונות הפופולארית כערעור על התיאוריות של אינשטיין. הייתה זו לכן דראמה מדעית שלכדה את הדמיון של הציבור. סיפור עיתונאי אחד התחיל במילים, "מערכות כוכבים גדולות מתרחקות במהירות מכדור הארץ ב-7300 מיילים לשנייה ומציגות בעיה לד"ר אלברט אינשטיין". חוקרים ומלומדים מפורסמים וגם אורחים התאספו במיוחד לכבודו של המדען האורח ב-15 לינואר באולם האלגנטי של המכון, הקרוי ה"אתנאום". אלברט אינשטיין הוצג כ"פיזיקאי הגדול ביותר בתקופה, הוא שנתן השראה והנחה את כל הקווים העיקריים למחקר הפיזיקאלי במהלך 25 השנים האחרונות". בעוד אורח הכבוד צעד לעבר הפודיום הקהל קם על רגליו ומחא כף במשך זמן רב. כאשר אינשטיין לבוש בחליפת טוקסידו שחורה, ג'קט בעל זנב שחור וגרדיניה לבנה נעוצה משמאל לדש חליפתו, הוא עלה בחופשיות. "חברי היקרים", הוא החל לדבר, "באתי אליכם מרחוק, אבל לא לזרים. באתי אל בין אנשים שבמשך שנים רבות הם חברים אמיתיים שלי לעבודה". ב-29 לינואר ניתנה לאינשטיין ההזדמנות לצפות בעולמות אחרים דרך הטלסקופ הכביר בהר ווילסון. חוקרים וצוות חיכו לאינשטיין. לאחר נסיעה של 20 מייל סביב עיקולים כדי להגיע למצפה שממוקם בקצה הרי סן גבריאל, אינשטיין הגיע בזמן כדי לצפות בשקיעה. האבל וד"ר וולטר ס. אדאמס, מנהל המצפה פעלו כמדריכים. אשתו של אינשטיין הצטרפה אליהם למסע להר ווילסון. הוסבר לה שהציוד הטלסקופי המשוכלל שימש כדי לקבוע את הטווח וצורתו של היקום. אומרים שהיא ענתה, "ובכן, בעלי עושה זאת על הצד האחורי של מעטפה ישנה". אדאמס התלווה לאינשטיין לרציף נייד מוגבה מתחת לטלסקופ "הוקר" המפורסם, שבאותו הזמן היה הגדול ביותר בעולם ודרכו אינשטיין הביט בירח, בצדק ובשאר הגופים השמימיים. אינשטיין גם הביט על האסטרואיד ארוס. "נהדר", קרא אינשטיין, בעוד האסטרואיד נראה דרך הטלסקופ של ה-100 אינץ'. הם כולם נשארו ליד הטלסקופ אל תוך הלילה. "יכולתי להישאר פה במשך ימים", אמר אינשטיין כאשר הגיעה שעת חצות הליל. אינשטיין בחן ספקטרוגרפים ברזולוציה גבוהה ועדויות אחרות שהדגימו שהיקום התפשט. הוא ראה שהעבודה מרשימה והוא העיר שהקבוע הקוסמולוגי שלו שאותו קיבל לפני 13 שנה היה "מיותר". אינשטיין הביט דרך הטלסקופ הגדול, הוא דיבר על מה שראה שם וכמעט מיד הוא חזר בו מהקבוע הקוסמולוגי. הוא שמח לוותר על הקבוע הקוסמולוגי שאותו הוא במילא לא אהב. במהדורה חדשה של ספרו הפופולארי על תורת היחסות הפרטית והכללית מ-1931 הוא כבר הוסיף נספח שבו הוא מסביר מדוע הקבוע הקוסמולוגי שאותו הכניס למשוואות השדה ב-1917 היה תודה לאל עתה חסר שימוש. ואילו כאשר ג'ורג' גאמו שוחח על בעיות קוסמולוגיות עם אינשטיין, זה האחרון ציין בפניו שהקבוע הקוסמולוגי היה הטעות החמורה ביותר שהוא עשה בחייו. אינשטיין כתב לחברו בסו ב-1 למרץ 1931 שהאנשים בהר ווילסון הם נהדרים, "הם לאחרונה גילו שהערפיליות הספיראליות מתפלגות בערך באחידות בחלל, והם מראים אפקט דופלר חזק, פרופורציוני למרחקיהן, זה האחד בקלות יכול להיות מוסק מתורת היחסות הכללית ללא האיבר ה'קוסמולוגי'". כלומר הקבוע הקוסמולוגי שאותו הכניס אינשטיין כדי להסביר את יקומו הסטטי נתברר כמיותר כי היקום נתגלה למעשה כמתפשט. אינשטיין ציין בפני בסו ש"המצב הוא באמת מרתק". ב-1998 מדידות של הסחות לאדום ומרחקים בין סופרנובות שבוצעו על ידי קבוצת קוסמולוגית הסופרנובה וקבוצת חיפוש הסופרנובה z הגבוהה של שלושה פיסיקאים בשם סול פרלמוטר, בריאן שמידט ואדם ריס הראו שהתפשטות היקום היא מאיצה, בדיוק כפי שדה סיטר מצא במודל שלו ב-1917. נראה שבערך 70% מצפיפות האנרגיה של היקום היא מעין "אנרגיה אפלה" שממלאת את היקום. זה אומת אחר כך על ידי תצפיות בחוסר אחידות בקרינת הרקע הקוסמית בגלי המיקרו. צפיפות האנרגיה האפלה לא משתנה מהר בעוד היקום מתפשט, ואם היא באמת לא תלויה בזמן אז זה רק האפקט שמצפים לו מהקבוע הקוסמולוגי. כלומר, מדידות של סופרנובות רחוקות מראות שהיקום מכיל עודף של אנרגיה אפלה שמתנהגת כמו הקבוע הקוסמולוגי. 70% מהאנרגיה הקוסמית משויכת לקבוע הקוסמולוגי. אומנם זה נפתר, עדיין העניין מפליא מדוע הקבוע הקוסמולוגי הוא לא גדול מספיק כפי שמצפים מחישובים מפלוקטואציות קוונטיות. בשנים האחרונות השאלה מעסיקה פיזיקאים תיאורטיים. אינשטיין הציג את הקבוע הקוסמולוגי ב-1917 וראה בו אחר כך טעות אמיתית. אבל למעשה ניתן לומר שהטעות האמיתית של אינשטיין הייתה לראות בקבוע הקוסמולוגי טעות... והנה כי כן עם הגילוי העכשווי של יקום מתפשט בצורה מואצת וזכייתו בפרס הנובל, הקבוע הקוסמולוגי עושה שוב פעם "קאמבק" מרשים בדיוק 90 שנה אחרי שאיינשטיין זכה בפרס הנובל בעצמו וכך הקבוע הקוסמולוגי מרים את ראשו המכוער..., והפעם נראה שהוא שב רק בכדי להישאר. ואילו אינשטיין, כפי שקרה בעבר פעמים רבות קודם לכן, צדק בסופו של דבר... [לחלקו הראשון של המאמר](https://www.hayadan.org.il/cosmological_constant_einstein_biggest_mistake_led_to_nobel_prize-1-071011/)