הסימטרון – מסתורי האנרגיה האפלה

חוקרים מוינה לא מצאו סימן לסימטרון שעשוי להסביר את טבעה של האנרגיה האפלה- אך מוקדם לשלול אפשרות זו

אנרגיה אפלה היא הכינוי שהעניקו מדענים לתופעה שגורמת להאצה בהתפשטות היקום. יש שלוש השערות שונות על אודות טבעה של האנרגיה האפלה: ייתכן שהיא אנרגיה קבועה שנובעת מן המרחב הריק עצמו (השערת הקבוע הקוסמולוגי), או שהיא אנרגיה משתנה שמקורה בשדה יסודי המצוי במרחב כולו. אבל גם ייתכן שהאנרגיה האפלה אינה קיימת כלל ושהסיבה להאצת התפשטות היקום היא שכוח הכבידה מתנהג בדרך אחרת ממה שהתיאוריות שלנו אומרות כשמדובר על טווחים בקנה מידה קוסמי. איור: Ævar Arnfjörð Bjarmason, Wikimedia.
אנרגיה אפלה היא הכינוי שהעניקו מדענים לתופעה שגורמת להאצה בהתפשטות היקום. יש שלוש השערות שונות על אודות טבעה של האנרגיה האפלה: ייתכן שהיא אנרגיה קבועה שנובעת מן המרחב הריק עצמו (השערת הקבוע הקוסמולוגי), או שהיא אנרגיה משתנה שמקורה בשדה יסודי המצוי במרחב כולו. אבל גם ייתכן שהאנרגיה האפלה אינה קיימת כלל ושהסיבה להאצת התפשטות היקום היא שכוח הכבידה מתנהג בדרך אחרת ממה שהתיאוריות שלנו אומרות כשמדובר על טווחים בקנה מידה קוסמי. איור: Ævar Arnfjörð Bjarmason, Wikimedia.

תורת היחסות הכללית של איינשטיין מלמדת אותנו שהיקום הוא מקום דינאמי מאוד. לא רק העצמים שנמצאים בתוכו, אלא גם המארג של מרחב הזמן עצמו. כשהאבל מדד לראשונה שהיקום מתרחב ואף מאיץ את התרחבותו, נפתחה השאלה מה למעשה מסביר תופעה זו? איינשטיין היה הראשון להוסיף למשוואתו קבוע קוסמולוגי שמייצג את האנרגיה שעופפת את היקום. אותה אנרגיה למעשה מאפשרת למשוואתו של איינשטיין להסביר יקום מתרחב אבל לוקה בחסר בהסבר משכנע על מקורותיה.

לאחר שפותחה התאוריה הקוונטית שמנסה להסביר את יסודות היקום, שאלה זו עלתה מחדש אצל הפיזיקאים. בגלל שלחוקרים לא היה מושג מהי האנרגיה שמאיצה את התרחבות היקום הוענק לה השם המיוחד "אנרגיה אפלה". האנרגיה האפלה לא קשורה למושג "חומר אפל" אבל היא מכילה בתוכה את אותו הבלבול שמלווה את החוקרים.  עולם הקוונטים מסביר את תופעות הטבע בעזרת אבני הבניין הבסיסיים ביותר – חלקיקים אלמנטריים. חלקיקים אלו בונים את היסודות בטבע ומאפשרים את קיומנו. לכל חלקיק שכזה מיוחס "שדה". זהו לא שדה חקלאי, אלא יותר דומה לשדה מגנטי או חשמלי. השדות הקוונטים עוטפים את היקום וכאשר מעוררים אותם מספיק חזק ויוצרים בהם גלים נחזים אותם החלקיקים.

רעיון זה גם הגיע לאנרגיה האפלה. אם כל הכוחות והחלקיקים בטבע מוסברים באמצעות שדות למה שהאנרגיה האפלה תהיה שונה? חוקרים הציעו שהמקור לאנרגיה זו מגיע משדה שעוטף אותנו, בדומה לתכונותיו של שדה ההיגס המפורסם. לשדה זה נתנו את השם סימטרון, על שם תכונותיו המעניינות. משום שעד היום לא ראינו דבר בניסויים שסותר את המודל הסטנדרטי, החוקרים חשבו שככל הנראה השפעותו של שדה זה לא נראה כאשר צפיפות החומר במרחב גדולה. הרעיון הוביל את החוקרים למנגנון דומה ששדה ההיגס יוצר, אך הפעם עבור הסימטרון המנגנון יפעל כאשר צפיפות המסה נמוכה מאוד. במקרה שצפיפות המסה נמוכה השפעתו של שדה הסימטרון אמור להיות מספיק משמעותי שניתן למדידה. כפי שנאמר, שדה מייצג חלקיק, ולפיכך השדה של הסימטרון עשוי לייצג חלקיק חדש או כח נוסף. יחד עם זאת, אין לחוקרים מושג מהו מסתו של החלקיק ותכונותיו הנוספות מלבד הדימיון שלו לשדה ההיגס. לכן כל ניסוי שייעשה מקשה על החוקרים להוכיח או להפריך את קיומו.

כדי לדעת האם שדה זה אכן קיים, חוקרים מוינה פיתחו ניסוי שמאפשר להם למדוד את השפעת כוחות חלשים מאוד הפועלים על נייטרונים. המדידה נמשכה למשך מאה ימים ופורסמה ב-Physics Nature ותוצאותיה הראו כי לא קיימים סימנים לחלקיק הסימטרון. אומנם ניסוי זה לא מפריך את קיומו לגמרי, הוא כן מצמצם את מספר האפשרויות שיכולות להיות עבור חלקיק מוזר זה. הרטמוט האבל, אחד מכותבי המאמר אומר "יש לנו כבר הוכחה לקיומו של חלקיק ההיגס, והסימטרון דומה לו מאוד. גם בעבר לא ידענו מה מסתו של חלקיק ההיגס עד שנעשה הניסוי ואושש שזו אכן החלקיק".

מערכת הניסוי. Credit: TU Wien

"אף אחד לא יודע מה מסתו של הסימטרון וכמה חזק הוא בא באינטרקציה עם החומר הרגיל. זו הסיבה מדוע קשה מאוד להוכיח אותו בניסוי או להפריך". כל ניסוי יכול להפריך או להראות את קיומו של החלקיק רק בטווח האנרגיות שאליו מכשיר המדידה רגיש. על כן מדענים עוברים בקפידה על כל טווח פרמטרים. סימטרון עם מסה גדולה בעל אינטרקציה חלשה עם החומר לא יכול להתקיים משום שהוא כבר היה נראה ברמה האטומית, אם הוא היה קיים מדידות על אטום המימן היו שונות. בדומה לכך סימטרון עם אינרקציה חזקה ומסה קטנה היה נצפה בניסוים עכשוויים במאיצים אם הוא היה קיים.

אומנם הטווח צומצם אבל עדיין יש מרחב חיפוש גדול מאוד. הצוות הנוכחי ערך ניסוי בידיוק על טווח מסות זה בעזרת נייטרונים. זרם חלש מאוד של נייטרונים הועבר בין שני מראות. הניטרונים בניסוי יכולים להיות אך ורק בשני מצבים קוונטים התלויים בכח שהמראה מפעילה עליהם. אם הכח שפועל על הנייטרונים משפת המראה שונה מהכח שמופעל עליהם מצידו השני (כלומר לא מהמראה) זהו סימן לסימטרון. החוקרים ידעו מהו הכח שימדד מהסימטרון לו היה קיים אך הוא לא נראה במדידות.

אומנם לא נראה עתיד ורוד לתאוריית הסימטרון, עדיין מוקדם מידי להוריד את האופציה מהשולחן. "הצלחנו לשלול פרמטרים רבים, אם הסימטרון היה בפרמטרים ששללנו כבר היינו רואים אותו". לעתיד ככל הנראה שמדענים יצטרכו לערוך מדידות יותר מדויקות או לחשוב על גישה חדשה שתפתור את אחת החידות הגדולות של המאה ה-21 בעניין אנרגיה אפלה.

למאמר המדעי

credit: pixabay

עוד בנושא באתר הידען:

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

147 תגובות

  1. "יכול להיות שאם תיסע רחוק – בסוף תחזור לכאן".

    גדול על ישראל. ישראל רק פיון קטן במערכת הטרנסצדנטלית הגדולה. משאיר נושאים הרי יקום לניסים, יודה, רפאל ואנונימי טרנסצדנטליטלי, והולך להאביס את הפרות ברפת עם יפים בוריס וישקה.

  2. ישראל
    יקום סופי לא מחייב שיהיה כוכב "אחרון".
    כמו שכתבת – יכול להיות שאם תיסע רחוק – בסוף תחזור לכאן.
    ואם המרחב מתפשט יותר מהר ממה שאתה יכול לנוע, אז תוכל להמשיך ללא הגבלה בקו ישר, ביקום סופי, ולא לחזור.

  3. ישראל
    ההגבלה הקיימת על מהירות היא תוצאה של תורת היחסות הפרטית. גם היקום אינסופי, זה לא אומר שאין מגבלות פיסקליות.

  4. אם היקום סופי – אז איפה הכוכב האחרון? ואם מכל כוכב רואים כוכבים לכל כיוון – אז האם אין זה מתחייב שאם נסתכל מאותו כוכב מאסף בכיוון ההפוך מאיתנו נראה כוכבים שכבר עברנו אותם מקודם? ואיך זה אפשרי?

    אולי טרנסצדנטליות?

  5. ישראל
    אם יש קצה ליקום במרחק מסויים (נניח 13.7 מיליארד שנות אור), ניתן להסיק שאנחנו קרובים למרכז היקום. זה מאד לא סביר בעיני.

    אם מיקום אינסופי נובע שאין הגבלה למהירות, ובפועל יש הגבלה למהירות, אז אפשר להסיק שהיקום סופי (מודוס טולנס…)

    מצד שני – תורת היחסות הכללית לא מגבילה את המהירות.

    ומצד שלישי לא הסקנו שהיקום אינוספי, לא במקום ובטח שלא בזמן.

  6. א.ט. (א.פ.?)

    דברים כדורבנות! דברים כדורבנות!

    (אפשר אולי תרגום?).

    ניסים

    קיימת גם האפשרות ש״בקצה היקום״ – תת היקום הפרטי שלנו, שנוצר עיי המפץ הפרטי שלנו, לפני 13.7 ביליון השנים הפרטיות שלנו – מסתיימים הכוכבים ותראה אותם רק לכיוון אחד, לא להפוך ממנו, אלא אם כן תראה כוכבים מתת יקום אחר במרחק, כך עד אינסוף.

    בכל מקרה, קיבלנו יקום אינסופי, זה מה שסיכמו יפים ובוריס בחליבת צהריים.

    אתה.. אתה אינך נרתע מאינסופים בבהלה, נכון?

    כי הצעד הבא הוא לשאול: אם היקום הוא אינסופי בגודלו ובזמן שהוא היה ויהיה קיים – גישה די מיינסטרימית אגב – אז מדוע שתהיה בו הגבלה על מהירויות?

    ?
    ??
    ??!??

  7. ניסוח מחודש למתחכם ולשאינו מתחכם:

    הנחות שמניחים מבלי להבחין בהנחתן:

    1. שאינסוף הוא תכונה פיסיקלית.
    2. שריק קיים כשלעצמו.
    3. שיש צורך(לוגי) בהגבלת היש, אך לא בהגבלת הריק.

    האם ההנחות האלה מובנות מאליהן? נעדרות סתירה עצמית? והאם הנחתן בעלת משמעות?

  8. אנונימי טרנסצדנטלי
    1. שאינסוף הוא ישות פיסיקלית.
    אני לא חושב שמישהו חושב ככה. אינסוף הוא תכונה.

    2. שריק קיים כשלעצמו.
    ריק זה נפח שאין בו חומר. לא צריך לסבך את המושג.

    3. שיש צורך בהגבלת היש, אך לא בהגבלת הריק.
    צורך הוא לא מושג פיסיקלי.

  9. הנחות שמניחים מבלי להבחין בהנחתן:

    1. שאינסוף הוא ישות פיסיקלית.

    2. שריק קיים כשלעצמו.

    3. שיש צורך בהגבלת היש, אך לא בהגבלת הריק.

    האם ההנחות האלה מובנות מאליהן? נעדרות סתירה עצמית? והאם הנחתן בעלת משמעות?

  10. ישראל
    אני אכן חושב שנקבל שהיקום אינסופי. אבל – אם היקום סופי, אז בסופו של דבר אכן יהיה כוכב מרוחק שיראה אותנו "מהצד השני". שתי האפשרויות הן הגיוניות.

    ביקום אינסופי נקבל דברים כמו מערכות שמש זהות לשלנו, עד לפרט האחרון, פרט לכך שטראמפ לא נבחר. ואני חושב שזה כל כך לא הגיוני שאנחנו נהיה חסרי מזל עד כדי כך, שאולי היקום בכל זאת סופי. מצד שני … יש מערכות שמש בהם שרה היא ראש הממשמלה של ישראל, אז אולי זה לא כזה נורא.

  11. אנו

    לא הבנתי.

    (מישהו פה כן? אני כנראה לא מספיק טרנסצדנטלי..).

    ניסים

    ״ההיגיון שלי אומר שבל מקום ביקום תראה אותו דבר״.

    אז בוא נחשוב על הכוכב האחרון אותו רואים מהארץ בכיוון מסויים. הדעת נותנת שגם אנחנו הכוכב האחרון שאותו רואים מאותו הכוכב בכיוון שלנו, מקבל?

    נביט בכיוון ההפוך על הכוכב האחרון באותו הכיוון. קיבלנו את גודל היקום הנצפה. מקבל?

    עכשיו מה קורה באותם כוכבים אחרונים בשני הכיוונים כאשר הם מסתכלים בכיוון ההפוך מאיתנו? האם הם לא יראו כוכבים המרוחקים מרחק כפול מגודל היקום הנצפה? ומה יקרה אם באותם כוכבים ימשיכו לעשות את אותו הטריק אד אינפיניטום? לא נקבל יקום גדול עד אינסוף עם מספר אינסופי של כוכבים?

    יתכן כמובן שבאורח פלא (מעשה ניסים?) נחזור בדרך זו לכוכב המוצא, אך יפים יתקע את הקלשון בערימת השחת ויסנן לבוריס ״פידז!״.

  12. ישראל
    ההיגיון שלי אומר שבל מקום ביקום תראה אותו דבר. זה בתנאי שאתה באותו זמן כמובן (כלומר השעון המקומי מראה 13.8 מיליארד שנה).

    הבסיס להיגיון הזה הוא פילוסופי – מה שנקרא העקרון הקופרניקני.

    אני מזכים איתך שתצפיות הבל הראו שהעצמים ביקום מתרחקים ולא שהיקום מתפשט.
    אבל – תצפיות מאוחרות יותר מראות שהיקום עצמו מתפשט. אם תסתכל בתגובות קודמות שלי תראה שהסברתי קצת על התצפיות האלה.

  13. ניסים, ההגנה הטובה ביותר היא ההתקפה, אה?

    ״לא שמת לב שכתבתי שאני חושב ש״. ואתה קרפד הביצות, לא שמת לב שכתבתי ״מאיפה אני יודע״ לפני שהתנפלת עלי עם ״העובדות הנחרצות״ שלך?

    כמו בכתבה הקודמת שבה הסקת ברוב חוכמה ש״אני מנסה למכור משהו״ ואפילו פירטת ״להוכיח את קיומו של האלוהים״.

    השלם עם העובדה המצערת שהעברית שלך לא משהו, וכמוה יכולת הסקת המסקנות. אם לא תתנפל על אנשים ללא סיבה, אולי יהיה לך יותר נעים לדבר איתם, חרק שמיים מעופף שכמותך..

    יופי שאתה מנסה לשם שינוי גם לענות על אותן שאלות שאף אחד לא יודע בדיוק את התשובות עליהן. במקום לענות בעצמי, אנסה להראות לך שכל תשובה מביאה למבוי סתום כמעט.

    אם ב״קצה היקום״ אתה רואה כוכבים לכל כיוון כמו בארץ, אז או שזהו לא קצה היקום או שאתה רואה את אותו הכוכב בסוף גם אם תסתכל לכיוונים הפוכים, או לחילופין תגיע אליו בטיסה ישירה, כמו שבארץ תוכל להגיע לאותה נקודה אם תטוס אליה לכיוון מערב או לכיוון מזרח.

    מאידך אם לכיוון אחד תראה את הארץ, כמו שהארץ רואה אותך, אך בכיוון השני לא תראה דבר, אז באמת הגעת לקצה היקום – הנצפה. אחריו משתרע היקום האמיתי, הגדול האינסופי, ואז כפי ששאלתי בהתחלה, מה בדיוק הראו תצפיות האבל? שהגלקסיות מתרחקות זו מזו? אז מה? מה הקשר ליקום?

  14. ישראל
    כתבת "רק כדי לראות אם אתה מאופס, ענה על השאלות הבאות:… "

    עניתי מה דעתי בנושא… כתבתי "אני חושב ש… "

    ואז הגבת "מדוע טועה סדרתי כמוך קובע עובדות נחרצות על דברים שהוא יודע שאין לן מושג בהם?" לא שמת לב שכתבתי "אני חושב ש"???

    כתבת "על סמך מה אתה כותב שהיקום אינסופי חסום ומתפשט?" שוב – אתה שאלת אותי, אז כיבדתי אותך ואמרתי את דעתי. אני מתנצל על כך.

    כתבת "ואם הוא אינסופי, אז איך אתה יכול לדבר על קצה היקום?"
    שמתי את "קצה היקום" במרחאות, כי אני לא חושב שזה קצה היקום.

    ישראל – לא נעים לדבר איתך

  15. ישראל
    כששאלתי אותך – ענית "שאלה טובה..

    לפני שאגיב – תוכל להראות איפה כבר שאלת אותה?"

    אז עכשיו זו שאלה לא טובה, ולכן לא ענית עליה?

  16. "מי שטוען שהיקום סופי אז שינסה להסביר לי מה יש בסוף."

    "בשביל מה כל היצירתיות והדמיון, לא רואים ומבינים שהיקום אינסופי, שהוא תמיד היה ותמיד יהיה? זו לא הבחירה הטבעית?"

    "אבל זה הכל עניין של סמנטיקה. לדעתי ״היקום״ כולל את כולל הכל מכל, הוא אינסופי בגודל, תמיד היה ותמיד יהיה, ו״היקום שלנו״ – מה שאני קראתי תת יקום – הוא מה שנוצר במפץ הגדול ומוגבל בגיל גודל ומסה."


    היקום מוגבל ע"י זהותו לעצמו, כמו שאבן מוגבלת ע"י זהותה לעצמה. אין צורך להניח משהו מעבר.
    כמו שאין משמעות להושטת יד של אבן מעבר לאבן, אין משמעות להושטת יד מעבר ליקום.

    לפיכך השאלה חסרת משמעות.

  17. יופי ניסים, שיטה לא רעה, אתה טועה, מאשים אחרים על הטעויות שלך, ואז חוזר להתקפה?

    לא כתבת ״שאלתי את ישראל, וכמובן לא קיבלתי תשובה״? ישראל היה אמור לנחש שכששאלת קח נקודה המרוחקת מאיתנו 13.7 מליארד שנות אור. איך אתה חושב שיראה היקום שם?״ התכוונת לקצה היקום?

    ובכלל, מדוע טועה סדרתי כמוך קובע עובדות נחרצות על דברים שהוא יודע שאין לן מושג בהם? על סמך מה אתה כותב שהיקום אינסופי חסום ומתפשט? ואם הוא אינסופי, אז איך אתה יכול לדבר על קצה היקום?

    איזה כיף זה להיות בצד שתמיד שואל שאלות שאין עליהן תשובה ידועה, ואז להתחיל לתקוף את הצד העונה כמו שאתה עושה תמיד, ועוד מתיימר להיות מגן המדע מול השרלטנים..

    23 כפיפות.
    בעצם 230 כפיפות.

    אז אתה ״חושב שצופה ב"קצה היקום", יראה את מה שאנחנו רואים. בפרט – אם הוא יסתכל עלינו, הוא יראה רק קרינת רקע קוסמית״.

    אתה צריך להחליט, כי אנחנו לא רואים רק קרינת רקע קוסמית – אנחנו רואים גם כוכבים מכל כיוון. אז מה יראה הצופה – כוכבים או רק קרינה?

  18. ישראל
    תיקנתי את עצמי… גם זה לא טוב? היקום בן 13.8 מיליארד שנה, אבל הרדיוס שלו (הנראה) 46.5 מיליארד שנה.

    אני חושב שהיקום אינסופי חסום ומתפשט.

    אני חושב שצופה ב"קצה היקום", יראה את מה שאנחנו רואים. בפרט – אם הוא יסתכל עלינו, הוא יראה רק קרינת רקע קוסמית.

  19. ”קח נקודה המרוחקת מאיתנו 13.7 מליארד שנות אור. איך אתה חושב שיראה היקום שם?"

    אתה סנילי או מה?״

    אז אני מבין שלדבריך קצה היקום הוא במרחק 13.7 מליארד שנות אור.. אבל האם לא כתבת כמה דקות אחרי זה:

    ״העצמים הרחוקים ביותר שאנחנו רואים הם במרחק של 46 מיליארד שנות אור״?

    סנילי עלק..

    רק כדי לראות אם אתה מאופס, ענה על השאלות הבאות:

    1. האם היקום אינסופי?

    2. האם היקום חסום?

    3. האם היקום מתפשט?

    4. קח נקודה המרוחקת מאיתנו 13.7 מליארד שנות אור. איך אתה חושב שיראה היקום שם?

  20. ישראל
    אני שואל – האם המצב אפשרי. לא שאלתי מה באמת קורה. לכן, לא משנה מה אתה יודע או מה כל אחד אחר יודע.
    שאלתי – האם מה שכתבתי הוא אפשרי?

    יש דברים אפשריים ויד דברים בלתי אפשריים. דבר אפשרי – ירח עשוי מיהלום. דבר בלתי אפשרי – ירח עשוי מאורניום 235.

    לא צריך לכעוס…

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן