תאוריה: היקום דומה לכדורגל – והוא סופי

אסטרופיסיקה / מאמר של קבוצת מתמטיקאים מחולל ויכוח מדעי ער

יובל דרור, הארץ, חדשות וואלה!

מאמר המציע תאוריה שלפיה המבנה של היקום הוא דמוי כדורגל, מעורר סערה בקהילת האסטרופיסיקאים בעולם. התאוריה החדשה קובעת, כי בניגוד לתאוריה המקובלת, היקום אינו אינסופי ולכן חללית שתחל במסעה אל קצה היקום, תגלה לאחר שתעבור מרחק 73 מיליארד שנות אור של טיסה שהיא חזרה לנקודה שממנה יצאה. מנגד טוענת קבוצה אחרת של חוקרים כי התאוריה החדשה אינה מבוססת – ואף שגויה. "לא כדורגל, לא סופגנייה ולא בייגל", אמר ד"ר דיוויד ספרגל מאוניברסיטת פרינסטון, אחד האסטרופיסיקאים הידועים בעולם.

הבסיס למאמר שפורסם שלשום במגזין "erutaN", מאת המתמטיקאים ד"ר ז'אן-פייר לומינט, ד"ר ג'פרי ויקס וכמה מעמיתיהם טמון בתצפיות שביצע

הלוויין WMAP של נאס"א, ששוגר 2001-ב לחלל. לוויין זה מודד את קרינת הרקע של היקום, שהיא השארית של המפץ הגדול, שהתרחש לפי התאוריה הרווחת לפני 13 מיליארד שנה. כתוצאה מהמפץ נוצרה קרינה שהתפזרה לכל הכיוונים. הלוויין מודד את קרינת הרקע כפי שהיתה 400-כ אלף שנה אחרי המפץ הגדול.

הקרינה נמדדת באמצעות השינוייםהמזעריים בטמפרטורה של חלקים שונים בשמיים. ניתוח התוצאות מלמד על כמה מהתכונות החשובות של היקום, ועל המבנה הגיאומטרי שלו.

לפני כמה שנים, פיתחו אסטרונומים מודל מתמטי שמסביר את השונות בטמפרטורה של קרינת הרקע – וכאן מתחילה הבעיה. מסתבר שכאשר מחלקים את השמיים לאזורים קטנים, המודל מצליח לחזות באופן מדויק מה יהיו הבדלי הטמפרטורה. אבל כשמחלקים את השמיים רק לארבעה חלקים, המודל לא מצליח לנפק תחזית מדויקת. הסיבה לכך, טוענים ויקנס ולומינט, קשורה לעובדה שהיקום אינו אינסופי כפי שסברו תחילה, אלא כדורי.

הם מציעים מבנה אחר: מצולע בעל 12 פאות, המזכיר כדורגל. אם התאוריה שלהם נכונה, הרי שקרן אור שמתחילה את מסעה לכיוון מזרח תופיע כעבור זמן רב במערב, בדומה לסמן מחשב שמתחיל את מסעו בצד ימין של המסך ויוצא משמאלו. למעשה, טוענים מחברי המאמר, אנו חיים בעולם של מראות:

אותה גלקסיה שנראית בצד אחד של השמיים אמורה להופיע גם בצד אחר שלה, ומסיבה זו מתבלבלים וסוברים שהיקום הוא אינו אינסופי.

ואולם מי שמחפש את אותה גלקסיה באזורים שונים של השמיים, יגלה שזוהי משימה בלתי אפשרית. "לנסות ולמצוא את אותה גלקסיה בשני מקומות שונים יהיה דומה לניסיון לזהות את אותו אדם – פעם ראשונה מלפנים כשהוא בן

50 , ובפעם שנייה מלמעלה כשהוא בן שבע, וכל זה בתוך קהל של מיליארדי איש", הבהיר ויקס את קושי המשימה. מסיבה זו, הוא טוען, יותר פשוט לאתר דפוסים שחוזרים על עצמם בקרינת הרקע הנמדדת. אם הקרינה השלימה הקפה סביב היקום והיא פוגשת את המקור שלה, תיווצר תבנית של עיגול.

פרסום המאמר גרם לסערה. פרופ' ספרגל וצוותו בפרינסטון, שמנתחים את נתוני PAMW, טוענים כי ניתוח מעמיק של כשני שלישים מהנתונים ששלח הלוויין שולל על הסף את תאוריית ויקס-לומינט, ותאוריות אחרות שסוברות כי היקום ניחן במבנה סגור וסופי. מדענים אחרים טוענים, כי אין הוכחה לקיומן של אותן תבניות מעגליות שמרמזות על כך שקרינת הרקע פגשה את עצמה. ד"ר ויקס אמר ל"ניו יורק טיימס", כי בקרוב ישתף הצוות שלו פעולה עם הצוות של ספרגל, בניסיון להוכיח או להפריך את התאוריה החדשה.

חוקר ישראלי: האוויר מהכדורגל של התאוריה יצא לפני שהספקנו לשחק בו מדענים ישראלים הגיבו אתמול למחקר של לומינט וויקס בדעות חלוקות. פרופ' ארנון דר מהטכניון הטיל ספק בנכונותה של התאוריה החדשה. "התאוריה נבנתה על ידי מתמטיקאים שמחפשים פתרונות מתמטיים לבעיית המדידה של PAMW", אמר. "האוויר מהכדורגל של התאוריה הזו יצא הרבה לפני שהספקנו לשחק בו. חולף זמן רב עד שהנתונים הרבים שנאספו WMAP-מ מנותחים. כותבי המאמר לא בדקו עם הקבוצה של ספרגל אילו נתונים נמצאים בידיהם, למרות שלטענת ספרגל הנתונים שבידו פוסלים על הסף כזו תאוריה. היה צריך לקחת את האפשרות הזו בחשבון לפני פרסום המאמר".

פרופ' דוד אייכלר מהמחלקה לפיסיקה באוניברסיטת בן-גוריון אומר: "זו תאוריה נחמדה שיוצאת נגד התאוריה המקובלת וטוב שכך, כי לא כל מה שהוא פופולרי הוא בהכרח גם נכון. זה בריא ונכון שאנשים יחשבו על אפשרויות מוזרות חדשות, למרות שבשלב זה קשה לדעת מי מביניהם צודק".

ואולם לדברי פרופ' חגי נצר מבית הספר לפיסיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, התאוריה אפשרית. לדבריו, אף שהמכשירים שמודדים את קרינת הרקע מדויקים, הם עדיין לא מושלמים. "הנתונים של WMAP מדויקים ועדיין יש בהם סטייה של %2. על 2%-ה האלו בונים כותבי המאמר את התאוריה שלהם, מכיוון שאלה 2% קריטיים שעשויים להכריע אם היקום פתוח או סגור. בסופו של דבר, העניין יוכרע – אין פה אמצע".

לידיעה בסי.אן.אן

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

11 תגובות

  1. סליח העל הבורות, מישהו יכול להסביר מה זה אומר שהיקום סגור? באמת שאלת תם – מה יש מחוץ לכדורגל? כלום? אני לא מבין…

  2. רפאים,

    מהמשוואות (משוואות השדה של איינשטיין) יכולים להתקבל המוני המוני צורות ליקום
    שלוש מהן הן יקומי פרידמן (עם k=0,1,-1) רביעית היא צורת הכדורגל המוזכרת ויש עוד המון.
    לכל אחת מצורות היקום הללו יש כל מיני תכונות.

    אחת התכונות של כל הצורות למעט שלושת הפרידמנים, הוא כי יש נקודות מועדפות במרחב, כלומר בסקאלה הכללית של היקום, היקום אינו זהה בכל נקודה, וזאת בניגוד למה שקרוי העיקרון הקוסמולגי – הקובע כי אין נקודה מיוחדת ביקום (בכדורגל למשל מפגש הפאות היא נקודה מיוחדת). חשוב להדגיש כי העיקרון הקוסמולוגי אינו קדוש, הוא הנחה, אבל עד עכשיו הוא עומד יפה במבחן המציאות.

    לכן, רוב הפיסיקאים (המניחים את נכונותו של העיקרון הקוסמולוגי שעד כה לא הופרך) מסיקים כי היקום חייב להיות אחד משלושת יקומי פרידמן. המאמר הנוכחי דן באפשרות שהיקום אינו יקום פרידמן אלא כדורגל – והמשמעות היא כי היקום אינו זהה בכל נקודה – לטענתם, קרינת הרקע מאששת את מסקנתם אך עד כה, 7-8 שנים אחרי לא נראה כי הטענה צברה תאוצה (אינני יודע מה מעמדה היום, אך ברור שהיא לא נעשתה תיאוריה מקובלת – ראה את הערך בויקיפדיה).

    כעת אנו עומדים בפני שלוש אופציות – שתיים מהן מתארות יקום "עקום" (k=1,-1) ואחת מתארת יקום שטוח (k=0) – את המושג יקום שטוח או עקום תוכל להבין על סמך השאלה האם סכום הזוויות במשולש הוא 180 מעלות – אם כן היקום שטוח, אם לא, הוא עקום (מהתבוננות בקווי האורך והרוחב של כדה"א, תווכח כי על פני כדה"א סכום הזוויות בכל משולש גדול מ-180 מעלות).

    שים לה כי המצב של יקום שטוח הוא מצב מאד גבולי – סכום הזוויות במשולש הוא ב ד י ו ק 180 מעלות, וכיוון שכל מדידה שתערוך לא תתן תוצא מדוייקת הרי שלעולם לא תוכל לומר בוודאות שסכום הזווית הוא 180 מעלות – כל שתוכל לומר הוא כי הוא בין 179 ל-181, או בין 179.9 ל-180.1.

    הנתון המשמעותי הוא כי עד היום גילו שהיקום מאד שטוח – כלומר (מאד קרוב ל-180 מעלות מלמעלה ומלמטה) – בהפשטה נאמר כל כך קרוב שעד שאם תצייר משולש בין שלוש קצותיו של היקום הנראה – לא תוכל בדיוק המדידה של היום להבחין בכך שסכום הזוויות הוא לא 180 מעלות (זו – אנלוגיה, המצב מסובך בהרבה – אבל אני מקווה שהבנת את העיקרון).

    אם היקום שטוח ממש או לא – אי אפשר ולעולם לא נוכל לדעת – מה שכן נוכל לדעת (אם זה כך) זה שהוא לא שטוח ועד עכשיו, עם כל דיוק המדידות – לא הצליחו לגלות שהוא לא – כלומר, גם אם הוא עקום הרי זה במידה קטנה מאד.

  3. צבי

    לא הבנתי הרבה (אתה בטח מבין למה) אבל ממה שהבנתי מדבריך:
    מהמשואות מתקבל יקום שהוא (k=0)
    כלומר, שטוח וחסר עקמומיות.
    מצד שני, כתבת:
    "כיוון שהיקום הנראה אפילו עם הוא קמור, עדין רדיוס העקמומיות שלו קטן בהרבה מרדיוס היקום הנצפה."

    האם זה יכול להיות רמז לכך שהיקום הוא שטוח ,אבל, רק בגלל שאין עוד נתונים שיפריכו זאת?
    במילים אחרות,
    (כמו שציינת: "ישנם הסברים רבים אחרים לאי אחידות קרינת הרקע הקוסמית – אם כי כמובן, לא הכל ידוע")
    יכול להיות גם מקרה שהיקום הוא שטוח (רק בגלל העדר נתונים אחרים שסותרים זאת) אבל בנקודות מסוימות ביקום (באם זה יתגלה), העקמומיות היא חיובית ובכך היא תפריך את שטחיות היקום?

    או שאולי לא הבנתי כלום והשאלה שלי לא מנוסחת היטב?

  4. צבי, תודה רבה לך על ההסבר המנומק!

    אגב שמי הוא גיל פרידמן (ברצינות!) כך שהמשוואה בגנים שלי אך מסתבר שעוד לא הגעתי לפוטנציאל הדרוש להבין אותה… 🙂

  5. השאלה כאן נוגעת למידת עקמומיותו של היקום.

    באופן כללי, תחת הנחת הומוגניות ואיזוטרופיות יכולים להיות למשוואת איינשטיין עבור היקום שלושה סוגי פתרונות הקרויים Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker metric (ראו
    http://en.wikipedia.org/wiki/Friedmann-Lema%C3%AEtre-Robertson-Walker_metric ), כאשר המשתנה k יכול לקבל את הערכים k=0,-1,+1

    באשר לפתרון המוצע כאן, הרי שזהו פתרון שמבוסס על שבירת הנחת האיזוטרופיות וכך יש ליקום "כיוון מועדף כלשהו", הנחה מוזרה זו, מקורה באי ההמוגניות של קרינת הרקע הקוסמית
    http://en.wikipedia.org/wiki/Homology_sphere#Cosmology
    עד כמה שאני מבין – ישנם הסברים רבים אחרים לאי אחידות קרינת הרקע הקוסמית – אם כי כמובן, לא הכל ידוע (ובוודאי לא לי).

    למען מר "לא כל כך קשה" נחזור אל מטריקת פרידמן, כי היא מה שמקובל בינתיים.

    הערך k=0 מתאים ליקום בעל מטריקה כללית שטוחה ועד כה כל התצפיות מעידות שאכן כך הדבר (אם כי כיוון שזהו פתרון גבולי, לעולם לא ניתן יהיה להוכיח בדיוק כי כך הדבר, וכל שיוכלו להוכיח הוא כי רדיוס העקמומיות של היקום R(t) קטן בהרבה מרדיוס היקום הנצפה) – על מנת לראות שאכן כך הדבר פשוט רשמו בגוגל: flat-universe ותקבלו המוני ידיעות המאשרות זאת – לדוגמא:
    http://physicsworld.com/cws/article/news/2848.
    תוכל להבין לפיכך כי המשמעות היא שבוודאי אין נקודה אשר ניתנת לצפיה משני הכיוונים, אפילו בהינתן הטלסקופ באולטימטיבי – וזאת כיוון שהיקום הנראה אפילו עם הוא קמור, עדין רדיוס העקמומיות שלו קטן בהרבה מרדיוס היקום הנצפה.

    אגב,
    יקום כזה (k=0) אינו סותר את עובדת הימצאותו של הקבוע הקוסמולוגי ורק משפיע על דרך התפשטותו דרך R(t) בדרך שמציע משוואת פרידמן שבלינק הראשון.

  6. אם היקום עגול, חשבו איפה אנחנו בכדורגל הזה ומיצאו גוף שמימי האמור להמצא באמצע הדרך ביננו לבין עצמנו (שוב). עכשיו יש רק לחפש אותו בכיוון ההפוך ואם מצאנו, הוכנו את הטענה. לא?

  7. כל מה שידוע לי זה שעברו שבע שנים ולא שמעתי איש מדבר על כך מעבר לספקולציות המתוארות כאן.
    אני חייב לומר שספקולציות כאלו (בדבר סגירותו של היקום ובדבר האפשרות שקרן אור תפגוש את עצמה) היו מאז שאני זוכר את עצמי והטענה שמדובר במשהו חדש (אז, ב 2003) נראית לי קצת מוזרה ומה שהיה נכון יותר לומר הוא שנמצאו עדויות שעשויות לתמוך בתיאורית היקום הסגור.
    עוד דבר שנראה לי כניסיון לייצר סנסציה הוא הטענה שלפני כן הייתה התיאוריה המקובלת שהיקום אינסופי ושכמות החומר אינסופית: מאז שנהגה המפץ הגדול לא חשב כך איש.
    נראה לי שתיאוריה זו לא כל כך מסתדרת עם המסקנה המקובלת כיום – שהתפשטות היקום בכלל מואצת כל הזמן.
    אין לזה קשר עם מעטפת.

  8. מכאל

    האם ידוע לך משהו על התאוריה הזאת? המאמר מזכיר לי את הויכוח בינינו: האם ליקום קיימת מעטפת או לא.

  9. עוד תיאוריה אולי לא כל כך מוזרה ששמעתי עליה- צורת היקום היא סימטרית – קונוס מול קונוס – דו קוטבי ומכל קוטב שמהווה בעצם חור לבן -מכל קדקוד של כל קונוס נשאבת אנרגיה משדות אנרגיה פוטנציאלית שנמצאים סביבו… החורים השחורים הם "פתחי אוורור" שפולטים אנרגיה חזרה החוצה.
    חומר למחשבה – אולי יש מעבר ליקום עוד מקום שאין בו אור?

  10. עוד תיאוריה אולי לא כל כך מוזרה ששמעתי עליה- צורת היקום היא סימטרית – קונוס מול קונוס – דו קוטבי ומכל קוטב שמהווה בעצם חור לבן -מכל קדקוד של כל קונוס נשאבת אנרגיה משדות אנרגיה פוטנציאלית שנמצאים סביבו… החורים השחורים הם "פתחי אוורור" שפולטים אנרגיה חזרה החוצה.
    חומר למחשבה – אולי יש מעבר ליקום עוד מקום?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן