איך אפשר לעשות ניסויים כדי לאשש גדלים כאלה? האם יש לנו דרך לבדוק את כל הזמנים הזעירים וכל האנרגיות הענקיות הללו? התשובה היא שכן, אפשר לבדוק זאת והניסוי שתוצאותיו פורסמו לפני חודש הוא עוד אחת מהבדיקות הללו
“במהלך חודש מרץ 2014 קיבלנו אישוש ניסויי ראשון לכך שהיקום עבר התפשטות מואצת שבריר שניה לאחר המפץ הגדול ואישור נוסף לתורת היחסות הכללית של אינשטיין. כך אנו מרחיבים את הבנת המציאות שלנו ומתקרבים צעד נוסף לעבר תיאוריה של הכל ולעבר הבנה מלאה של היקום שלנו וכיצד הוא נוצר. ברוכים הבאים לחלק השלישי של קיצור תולדות היקום! בסדרה זו נסקור הן את התובנות שהצלחנו להגיע אליהן עד היום בתחום הקוסמולוגיה
- בראשית היה ריק – כיצד נוצר היקום שלנו? – חלק א’
- בראשית היה ריק – כיצד נוצר היקום שלנו? – חלק ב’
- בראשית היה ריק – כיצד נוצר היקום שלנו? – חלק ג’
- בראשית היה ריק – כיצד נוצר היקום שלנו? – חלק ד’
אישושים ניסיוניים
איך אפשר לעשות ניסויים כדי לאשש גדלים כאלה? האם יש לנו דרך לבדוק את כל הזמנים הזעירים וכל האנרגיות הענקיות הללו? התשובה היא שכן, אפשר לבדוק זאת והניסוי שתוצאותיו פורסמו לפני כחודש הוא עוד אחת מהבדיקות הללו. עד היום היו חמישה ניסויים פורצי דרך בתחום הקוסמולוגיה (חקר היקום כולו) על ידי תצפיות אסטרונומיות, אך אנו בודקים את התיאוריות הללו גם בעזרת מאיצי חלקיקים. גילוי חלקיק ההיגס בשנה שעברה נעשה במאיץ החלקיקים הגדול בשווייץ (בשם LHC). במאיץ הם גורמים לפרוטונים להתנגש וכך גורמים לפיצוץ בעל אנרגיה עצומה.
האנרגיה המשתחררת מהפיצוץ מתגלגלת בתורה לחלקיקים בעלי מסות גדולות. כדי לגלות את חלקיקי ההיגס הם יצרו התנגשות בה הייתה טמפרטורה של בערך 140,000,000,000,000 (140 אלף טריליון) מעלות צלזיוס. שימו לב שאלו הטמפרטורות ששררו ביקום המוקדם כאשר הוא היה קיים פחות משנייה אחת בעת ששני הכוחות האחרונים נפרדו מהכוח המאוחד, הכוח הגרעיני החלש והכוח האלקטרומגנטי. לכן מיד לאחר מציאת חלקיק ההיגס טענו המדענים כי הם הצליחו לשחזר במאיץ אנרגיה שהיתה בשחר היקום, מיד לאחר המפץ הגדול. ניסוי זה אישש את התיאוריה שלנו שמסבירה את הקשר בין ההיגס לבין שבירת הכוח האלקטרו-חלש לכוח אלקטרומגנטי ולכוח גרעיני חלש וכן את הקשר בין ההיגס ליצירת המסה של החלקיקים היסודיים בטבע. כך בעזרת ניסוי אחד הצלחנו לאשש גם את המודל הסטנדרטי של החלקיקים היסודיים המרכיבים אותנו וגם את המודל הסטנדרטי של הקוסמולוגיה ואת רעיון איחוד הכוחות ושבירת הסימטריה שקרתה מיד לאחר המפץ הגדול.
אנחנו עדיין לא יודעים איך בדיוק הכוחות מתאחדים לכדי כוח אחד (ומצד שני איך הכוח המאוחד נשבר לכדי ארבעת הכוחות הקיימים כיום), אך לפחות אנו יודעים כיצד הכוח האלקטרומגנטי והכוח הגרעיני החלש מתאחדים לכדי כוח אחד בדרך לאיחוד המיוחל של כל הכוחות כפי שהיה כנראה מיד לאחר המפץ הגדול. הגענו להישג טכנולוגי מרשים כאשר הצלחנו ליצור במאיץ החלקיקים את התנאים והאנרגיות העצומות ששררו ביקום פחות משניה לאחר המפץ הגדול. כך הצלחנו לאשר את הכוח האלקטרו-חלש, אך שימו לב שכדי להמשיך ולאשר את רעיון איחוד הכוחות כעת אנחנו צריכים לבנות מאיצי חלקיקים חזקים עוד יותר. כדי להגיע לאנרגיות הבאות בתור, האנרגיות בהן יש את האיחוד של הכוח החזק עם הכוח האלקטרו-חלש צריך לבנות מאיצים שיצליחו ליצור אנרגיה עצומה שגדולה מהאנרגיה שהצלחנו ליצור כרגע ב-LHC פי מיליארד!
סרטון שתירגמו במכון דוידסון ובו הסבר כיצד פועל מאיץ החלקיקים הגדול – LHC בו אישרו את קיומו של חלקיק ההיגס
האם נצליח לבנות מאיצי חלקיקים כה גדולים? כיצד נוכל להמשיך ולבדוק את התיאוריות שלנו לגבי המפץ הגדול כשמדובר באנרגיות כה עצומות ובזמנים כה מרוחקים בעבר? לשם כך חייבים לעבור לתצפיות אסטרונומיות על היקום עצמו. כפי שרשמתי, עד היום היו חמישה ניסויים פורצי דרך בתחום הקוסמולוגיה (חקר היקום כולו) על ידי תצפיות אסטרונומיות. הניסוי החמישי והאחרון הוא הניסוי שתוצאותיו דווחו כעת. הגדולה של הניסוי הזה היא שעל ידי תצפית אסטרונומית צוות הניסוי הצליח לדלג על פער האנרגיות ולהראות מה קרה בזמנים המתאימים לאותה אנרגיה עצומה ששררה בעת השבירה של הכוח הגרעיני החזק מהכוח המאוחד. אך אנו מקדימים את המאוחר. הניסוי הראשון שהחל את תחום הקוסמולוגיה היו התצפיות שערך האסטרונום הבריטי אדווין האבל בשנות העשרים של המאה העשרים. הוא ניסה להראות שיש עוד גלקסיות חוץ מגלקסיית שביל החלב שלנו. אור שנע מרחק של מליוני שנות אור מגלקסיות מרוחקות נע בחלל הריק ללא הפרעות עד שהגיע אל הטלסקופ שלו. לא רק שהאבל גילה שיש גלקסיות רבות מעבר לגקלסיה שלנו, אלא הוא גם ראה שכל הגלקסיות הללו מתרחקות מאיתנו. לא משנה לאיזה כיוון מסתכלים בשמיים נראה שכל הגלקסיות הולכות ונעות הרחק מאיתנו. איך יכול להיות שכולם מתרחקים מאיתנו? האם עד כדי כך אנחנו מאיימים?
אם ניזכר בדוגמת הבלון המתנפח התשובה תתברר מיד. ככל שמנפחים את הבלון, הגלקסיות שמצויירות עליו מתרחקות אחת מהשניה. כל גלקסיה שתסתכל סביבה תראה איך הגלקסיות מכל צידיה מתרחקות ממנה. כך גם במקרה שלנו, כאשר אנו מסתכלים על שאר הגלקסיות הן נראות מתרחקות מאיתנו. אין לגלקסיה שלנו חשיבות מיוחדת, אותה תופעה תמדד בכל גלקסיה. בעצם הגלקסיות לא נעות כלל, מי שמתפשט הוא המרחב עצמו והגלקסיות מתפשטות עימו (בדיוק כמו בבלון שם הגומי נמתח וציורי הגלקסיות נמתחות איתו. אך יש הבדל אחד מהבלון. ביקום לא נראה את ההתפשטות הזו בתוך תחום הגלקסיה משום שכוח הכובד של הכוכבים בגלקסיה חזק ומתנגד להתפשטות. דוגמה מדוייקת יותר תהיה בלון בו הגומי מתפשט ואיתו ציורי הגלקסיות, אבל הגלקסיות עצמן לא מתפשטות). בעזרת המדידות של האבל גילינו את התפשטות היקום. אם היקום גדל והולך ז”א שבעבר הוא היה קטן יותר ובעבר הרחוק עוד יותר היקום היה קטן עוד יותר. כך ניתן לנוע אחורנית בזמן עד שכל הנקודות ביקום יהיו בנקודה אחת, כל המרחב כולו יתכנס לנקודה קטנה. זהו כמובן רגע המפץ הגדול וכפי שציינו כל היקום היה אז דחוס בנקודה סינגולרית. מתוך מדידת גודל היקום כיום ומהירות התפשטותו ניתן לחשב בקלות לפני כמה זמן גודל היקום היה כגודל נקודה. חישוב זה יוצא כ- 13,800,000,000 (13.8 מיליארד) שנה.
התפשטות היקום אינה קבועה בזמן וחידת האנרגיה האפלה
המפץ הגדול נובע מתוך תורת היחסות הכללית של אינשטיין. אך כאשר אנשטיין החל בעצם את תחום הקוסמולוגיה בשנת 1919 התפשטות היקום עדיין לא היתה ידועה. אינשטיין האמין שהיקום אמור להיות נצחי, אינסופי וקבוע. לכן, כאשר הוא ראה שמהמשוואות שלו נראה שהיקום אינו יציב בזמן הוא הוסיף איבר נוסף למשוואה. קבוע שאמור לשמור על היקום סטטי וקבוע. לאיבר זה קוראים הקבוע הקוסמולוגי. לאחר תגליתו של האבל אינשטיין הסיר את איבר הקבוע הקוסמולוגי וטען ש”זוהי הטעות הגדולה של חיי”. היום מסתבר שאיבר זה כנראה לא היה טעות אחרי הכל. לפני כעשור מדידות מדוייקות של כוכבים רחוקים גילו שלא רק שהיקום מתפשט והולך במהירות קבועה (כפי שהאבל מדד) אלא שמהירות ההתפשטות של המרחב-זמן הולכת ומאיצה! במילים אחרות, הגלקסיות נראות מתרחקות מאיתנו במהירות הולכת וגדלה. מאז ימי ניוטון אנו יודעים שכדי שתהיה תאוצה צריך לפעול כוח. כדור, לדוגמה, לא יזוז עד שלא יבעטו בו. הבעיטה היא הכוח שגורם לכדור תאוצה. הכדור מגביר את מהירותו ומתחיל לזוז. אם התפשטות היקום מואצת חייב להיות כוח כלשהו שגורם לו להאיץ. אך איזה כוח יכול לעשות זאת? הכוח היחיד שאנו מכירים שיכול להשפיע בקנה מידה כה גדול של היקום הוא כוח הכובד. אך כוח הכובד מושך כוכבים אחד אל השני, פעולה שהיא הפוכה מהתפשטות! מה קורה כאן? איזה כוח גורם ליקום להתפשט במהירות הולכת וגדלה?
עדיין אין לנו מושג. אבל כבר המצאנו לתופעה המוזרה הזו שם! אנרגיה אפלה. יש סוג של אנרגיה שאנחנו עדיין לא מכירים שגורם למרחב זמן שלנו להאיץ את התפשטותו. חידת האנרגיה האפלה היא אחת השאלות החשובות שישנן כיום. מה הקשר לקבוע הקוסמולוגי של אינשטיין אתן שואלות? הקבוע שלו היה אמור להתנגד למשיכה שיש ביקום בין כל הכוכבים כדי שהיקום לא יקרוס לתוך עצמו וכך היקום ישמר במצב קבוע ויציב. אומנם היקום אינו יציב, אך כעת מבינים שהקבוע הקוסמולוגי יכול להסביר את ההתפשטות המואצת של היקום. מעין כוח דחיה קוסמולוגי כל כך גדול עד שהוא יוצר התפשטות מואצת. אין לנו מושג עדיין מהו אותו קבוע קוסמולוגי, אך מסתבר שכשאתה גאון אפילו הטעויות שלך כנראה נכונות..
הניסוי הראשון שאישר שאכן היה מפץ גדול הגיע רק בשנות השישים, לאחר שאלברט אינשטיין כבר נפטר. שני מהנדסים, רוברט וילסון וארנו פנזיאס, בכלל עשו ניסויים בתקשורת מטעם חברת בל. הם לא ידעו דבר על תיאוריית המפץ הגדול. אך בעת הניסויים כאשר הם כיוונו את האנטנות שלהם מעלה הם קלטו רעש רקע בתדירות קבועה. לא משנה לאיזה כיוון הם ניסו למדוד את השמים תמיד היה אותו רעש רקע באותה התדירות בדיוק, תדירות של 160.2 ג’יגה הרץ. זוהי תדירות מיקרו, כמו גלי מכשיר המיקרוגל במטבח והיא מתאימה לטמפרטורה מאד נמוכה של 270- מעלות צלזיוס שהם 2.7 מעלות מעל לאפס המוחלט (במכשיר המיקרוגל הגלים נעים מצד לצד, מזיזים את מולקולות המים באוכל מצד לצד גם כן וכך גורמות לחימום של המים). הם גילו במקרה את קרינת הרקע הקוסמית. אלו הם גלי אור (בתדירות נמוכה שאנחנו לא מסוגלים לראות) והם שאריות מהמפץ הגדול.
הערת הכותב:
בחודש יוני הקרוב מתכנן ניר להב להרצאות על נושא זה במסגרת הסדרה שאני מעביר בסינמטקים ברחבי הארץ, סדרת המדע וחקר המציאות (בחודש אפריל ההרצאה תהיה במוצאי יום השואה בנושא האם יצר האדם רע מנעוריו?) אנא עקבו אחרי פרסומי הבלוג חופשי ומאושר.
עוד בנושא באתר הידען:
- עדות ישירה ראשונה לקיומם של גלי כבידה שגרמו ליקום להתנפח מיד לאחר המפץ הגדול – ראיון עם פרופ’ אבי לייב מאוניברסיטת הארווארד, מנהל המחלקה של החוקר הראשי שביצע את הניסוי
- קיבלנו מסר חשוב משבריר השניה שלאחר המפץ הגדול – ראיון עם פרופ’ מרק קמיונקובסקי שהגה את הניסוי
- כיצד פועל הטלסקופ בקוטב הדרומי שגילה את גלי הכבידה שנוצרו במפץ הגדול?
- מהם גלי כבידה?
- אוזן קשבת להדי המפץ הגדול
32 תגובות
ליקום אין מרכז, ואין נקודה בה “אירע” המפץ הגדול. המפץ הגדול הוא הזמן בו המרחב נפרש ממרחב שמרוכז בנקודה (0 מימדים מרחביים) למרחב מטרי בו יש מרחק בין כל שתי נקודות.
ליקום אין מרכז, ואין נקודה בה “אירע” המפץ הגדול. המפץ הגדול הוא הזמן בו המרחב נפרש ממרחב שמרוכז בנקודה (0 מימדים מרחביים) למרחב מטרי בו יש מרחק בין כל שתי נקודות.
אלון
אם היקום היה מסתובב אז היה לו ציר סיבוב. כוכבים שנמצאים על הציר לא היו מתרחקים, וכוכבים בניצב לציר היו מתרחקים יותר מהר מכוכבים אחרים.
זה לא מה שרואים.
אינני פיזיקאי ולא מדען משום סוג אך יש לי שאלה בשפה פשוטה,
האצת התרחקות הגלקסיות מוגדרת במאמר כתופעה שאין לה הסבר מפני שכוח הכובד אמור למשוך ולא לדחוף, מדוע לא מוצעת התאוריה הבאה:
אם נניח שהיקום לא רק מתפשט אלא גם מסתובב סביב הנקודה בה אירע המפץ הגדול אז בקנה מידה גדול יש לנו כוח צנטריפוגלי שגורם לגלקסיות להתרחק מהמרכז תוך כדי הקפתו, יחד עם זאת נחלש כח הכובד בין הגלקסיות לבין עצמן כי הן מתרחקות גם זו מזו,
אז כוח צנטריפוגלי קבוע וכוח משיכה שאמור לאזן אותו אך הולך ונחלש גורמים להאצת התנועה כלפי חוץ.
בנוסף לכך,
אם נניח שהמפץ הגדול לא רק פיזר חומר אלא גם דחס את החומר שנותר במרכז נקודת הפיצוץ,
אז ככל שמתרחקים מהמרכז כוח הכובד לכיוון המרכז נחלש וגם זה תורם להאצת התנועה כלפי חוץ.
אשמח לקבל תיקון אם אני טועה במשהו עקרוני.
יוסי,
אם לא איכפת לך, תוכל לעיין שוב בשאלותי?
כתבת שחלקיק חלקיק שחלוף הכוח (של הכבידה) הוא הגרוויטון והקבלת אותו לפוטון. אם כך, מדוע הוא לא עושה למסה, מה שפוטון מעולל לאלקטרונים?
לא הצלחתי להבין מדוע קיומו של גרוויטון לא מייתר את עיקום המרחב הנחזה בתורת היחסות. האם הטענה היא שהגרוויטון אחראי לעיקום המרחב?
תורת היחסות מתארת עיקום מרחבי, דילול זמן ו- frame dragging כתוצאה מכבידה (לדוגמא כל כדוה״א). אם נעזוב לרגע את עיקום המרחב, כיצד אנטרופיה כבידתית מסבירה את השני האחרונים?
יוסי , תודה על ההסבר.
טוב,
ראיתי שהתשובה לשאלה כיצד גרוויטונים נחלצים מחור שחור קשורה לחלקיקים וירטואלים אשר להם מותר להפך את חוקי הפיזיקה (לעבור את מהירות האור, לדוגמא) עד כדי אי הוודאות של אייזנברג.
http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=264
יוסי, צבי, ניסים, נקודה, ישראל,
תודה על תשובתכם, וברשותיכם, עוד כמה שאלות הדיוט (אם כבר יש תשובות לשאלות הללו, תחליפו את ה- ׳ה׳ ב- ׳א׳
נקודה כתב שאפשר לומר שעיקום המרחב נוצר כתוצאה משטף הגרוויטונים (כלומר שקיים עיקום במרחב) ואולי יוסי כתב שחלקיק חלקיק שחלוף הכוח (של הכבידה) הוא הגרוויטון. נראה לי ששני ההסברים לא דרים בכפיפה אחת, כיוון שמהסברו של יוסי עולה שמסה אחת פועלת באופן ישיר על מסה אחרת באמצעות הגרוויטונים ולא דרך עיקום המרחב. אני מניח שאני טועה אבל אשמח לדעת מהי טעותי.
שאלה נוספת שעולה בהקשר הזה קשורה לחור שחור. אם כפי שיוסי כתב, אפשר להקביל את הגרוויטון לפוטון, וחור שחור לא מאפשר לפוטונים חסרי מזל, שהתקרבו יתר על המידה אליו, לברוח, מדוע שלא יתרחש דבר דומה לגרוויטונים? מדוע הם מורשים לברוח מהחור השחור? האם הסיבה לכך היא שהגרוויטונים לא פועלים על עצמם?
יוסי,
תורת היחסות מתארת עיקום מרחבי, דילול זמן, frame dragging כתוצאה מכבידה. אם נעזוב לרגע את עיקום המרחב, כיצד אנטרופיה כבידתית מסבירה את השני האחרונים. האם בתיאורית האנטרופיה הכבידתית, אחד חלקי הרדיוס בריבוע נובע באופן חישובי?
שאלון
כוכבי השביט, כמו כל גוף אחר, מבצעים בקירוב מסלול קוני – היפרבולה, פרבולה, אליפסה, או עיגול. אם תיקח קונוס ותחתוך אותו בזווית כלשהו, תקבל את אחד המסלולים שציינתי (זה מקור השם, ולא הסבר לתופעה כמובן).
כמו שצבי תיקן אותי, מסלול מעגלי, וגם מסלול הפרבולה הם מיקריים פרטיים (מבחינה מתמטית – אקסנטריות המעגל הוא אקסנטריות הפרבולה הוא 1 – בעוד לאליפסה אקסנטריות בין 0 ל-1, והאקסנטריות של ההיפרבולה גדולה מ-1).
אם נניח שהשמש קבועה במקומה (לא מדוייק) ונסתכל על המסלול של גוף קל (יחסית) נקבל שהגוף מבצע מסלול קוני, סוג המסלול ומשוואתו תלויים במהירות הגוף. הבעיה מניחה אך ורק משיכה, התלויה ביחס הפוך לרבוע המרחק.
ניוטון כתב על ניסוי מחשבתי שממחיש יפה את הנושא. דמיין שבראש הר גבוה ממוקם תותח שהקנה שלו מכוון אופקית. נניח שניתן לירות בתותח במהירויות שונות. יש שתי מהירויות מעניינות – נקרא להם א ו-ב.
אם התותח יורה במהירות נמוכה מ-א, הקליע יפגע באדמה.
אם התותח יירה במהירות א בדיוק – המסלול יהיה מעגל. הקליע אז יתחיל להקיף את כדור הארץ. במהירות הזו הכוח הצנטריפטלי שווה בדיוק לכוח המשיכה.
אם נירה בתותח בין מהירות א לבין מהירות ב הקליע יכנס למסלול אליפטי.
אם נירה בדיוק במהירות ב (שנקרא “מהירות הבריחה”) – המסלול יהיה פרבולי והקליע יתרחק לעד.
ואם מעל מהירות ב – המסלול יהיה היפרבולי. ככל שמהירות תעלה – ההיפרבולה תתישר יותר.
אני לא מבין למה אתה מנסה לסבך את הדברים 🙂 אנחנו לא שמים את הפלנטות על משקל, אבל אנחנו בפרוש יודעים למדוד את המסה שלהם, ע”י שימוש במשוואות ניוטון.
תודה שמוליק וצבי על התשובות על המסלולים.
מעניין אותי האם במערכות כבידה ישנה משיכה בלבד או את שני הכוחות
(משיכה ודחיה שווים) ? ישנן מספר התנהגויות שאולי רומזות על כך :
1. כוכבי שביט שאינם מתנגשים בשמש משום מה ?
2. המנגנון במסלול אליפטי של התקרבות / האצה, התרחקות / האטה ?
3. כיוון ההקפה של כוכבי הלכת זהה לזה של השמש, אולי משום שהמשיכה
והדחיה מהשמש תופסות אותם כמו פלייר (משני הצדדים) ?
4. אף אחד עד היום לא שם כוכב לכת על משקל, אלא גזרו את מאסתו
מנתונים אחרים, כך שאולי זה לא מדוייק להשתמש בנתון זה להסבר מסלולו ?
אני משוכנע שישנם הסברים אחרים לתופעות אלו, השאלה היא האם אותן תופעות
יכולות להיות מוסברות עם אלמנט של כח דחיה לצד הכבידה ?
ושאלה אחרונה : לפי תורת היחסות מקמט גוף בעל מאסה את אריג הזמן/מרחב
וכך נוצר סביבו כח משיכה, אך מה קורה אם מסתכלים מלמטה ובמקום שקערורית
אנו רואים גבעה קטנה ? האם אנחנו מתבוננים בדחיה ?
תודה.
מתייחס לנושא הגרוויטון. הנה הסבר אפשרי בפורמט להדיוטות.
מנקודת מבט של זמן ארוך מספיק – הכבידה כמו כל כוח מעבירה אנרגיה במנות קבועות. חלקיק שחלוף הכוח הוא הגרוויטון כמו שפוטון הוא חלקיק הכוח הא”מ. המנה הקבועה היא הגרוויטון.
אין לזה סתירה לתמונה הקלאסית שאנו רואים לכאורה. אבל בא פרופסור וורלינד וטען שכבידה אינה קיימת מתחת לגודל מסויים בהיותה תוצר של דחיסות מסה משתנה במרחב. הדבר דומה לגז: האטומים בפני עצמם אינם לוחצים. הפרש הדחיסות המרחבי יוצר דיפוזיה לוחצת שאנו מפרשים ככוח. זה מעמיד לכאורה בסתירה את הניסיון לראות את הכבידה כקוונטית שכן לטענתו היא תוצר שרואים רק במרחקים על אטומיים.
החלק הבא ניתן להבנה במסגרת תורת היחסות+קוונטים או במסגרת תורת אנטרופית כבידה:
הגישור הוא באנרגיות מאד גבוהות ובהבנה שניסוי הכולל גרוויטון ניתן לצפייה בהווה וזהו המפץ הגדול מצד אחד וחורים שחורים מצד שני.
בניסוי הזה של אנרגיות גבוהות מאד ובפרק זמן 13.5 מליארד שנה שחלף מאז, ניתן אולי לראות גרוויטון. בניסוי שנערך באנטרקטיקה הצליחו לראות גלי כבידה – אינני בקיא האם זה גם גרוויטונים.
שמוליק
עד לפני כמה שנים הגרביטון הוזכר כקשור להיגס אם אני זוכר נכון. תמיד תהיתי על מנגנון הפעולה שלו – אם מקורו בשמש והוא מגיע לארץ, הוא לא אמור לדחוף אותה במקום למשוך? לך תבין בוזונים.
שמוליק וניסים,
מסלוליהם האליפטיים של כוכבי הלכת סביב השמש הם תוצאה של כבידה ניוטונית, מסלולים מעגליים בבעיה של שני גופים הם יציבים אך הם פשוט מקרה פרטי של מסלול אליפטי. אגב אם לוקחים בחשבון אפקטים נוספים כגון כוחות גאות הרי שהם נוטים לעגל מסלולים כך שמבחינה מסויימת מסלולים עגולים הם יציבים יותר ממסלולים אליפטיים ע”פ המכניקה הניוטונית (בהנתן גופים לא נקודתיים).
באשר לכבידה היחסותית, זו דווקא חוזה סטיות ממסלולים אליפטיים, ובקירוב של כבידה חלשה יחסית (כלומר מרחקים גדולים בהרבה מרדיוס שוורצשילד) היא חוזה פרסציה של האליפסה, כלומר האליפסה מסבתובבת ויוצרת מעין מסלול דמוי שושנה. למעשה, הצלחתה הראשונה של תורת היחסות הכללית הייתה ההסבר הכמותי המדוייק שהיא נתנה לפרסציה מוכרת זה מכבר של כוכב חמה.
שלום יוסי
כתבת שהתאוריה של אריק וורלינד פשוטה יחסית להבנה. אשמח אם תנסח ב”שפה להדיוטות” את עיקרי התאוריה.
תודה מראש וחג שני שמח.
שמוליק
אני חושב שלא. אני חושב שגם במודל הזה, מסלול מעגלי לא יציב. המסלול האליפטי נובע מתלות הכוח באחד חלקי רבוע המרחק.
יש לי ספר מדהים של פיינמן, שכולל הרצאה שלו על הפיתוח של ניוטון. הספר נקרא Feynman’s Lost Lecture. מסביר יפה 🙂
ניסים,
אם עיקום המרחב של השמש אמור להיות כדורי, האם זה אומר שעם הזמן אמורה להיות התכנסות למסלול מעגלי?
היי שמוליק,
הגרביטון אמור להיות קשור קשר הדוק עם המרחב זמן, ככה ששני התאורים יהיו אקוויולנטיים.
אפשר לומר שעיקום המרחב זמן נוצר כתוצאה משטף גרביטונים.
ככה לפחות בריון, אבל הבעיה שאין תאוריה קוונטית אמיתית של כבידה. לדעתי חלק מהבעיה נובעת מכך שמכניקת הקוונטים מניחה מסגרת מרחב-זמן שבה מתרחשים האירועים. בעוד שתאוריית כבידה ככל הנראה תצטרך לכלול את מארג המרחב זמן כתוצר שלה. זה בערך אומר שגרביטון לא מעקם את המרחב-זמן אלא יוצר אותו.
שאלון
הסיבה למסלול אליפטי ולא מעגלי כלל לא קשור לתורת היחסות. מי שגילה שהמסלולים הם אליפטיים הוא קפלר, ומי שנתן לכך את ההסבר הוא ניוטון. ההסבר מניח שיש כוח המשיכה של השמש הוא לכיוון השמש, וגודלו תלוי ביחס הפוך לרבוע המרחק.
מסלול מעגלי אינו יציב – הוא דורש שכיוון מהירות הפלנטה יהיה בדיוק מאונך לקו המחבר את הפלנטה לשמש. תניח שרכיב המהירות אינו מאונך.בוא נניח שברגע מסויים, כיוון המהירות גורם להתקרבות לשמש – כשהפלנטה מתקרבת, מהירותה עולה עקב שמירת תנע זוויותי. גם ההיפך הוא נכון. אם מבצעים חישוב של מסלול הפלנטה – מקבלים משוואת אליפסה.
תודה ניסים,
מה נעשה עם הגרוויטון? ישראל אתה מכיר את הנושא או שאתה התערב רק בנושאי סטטיסטיקה חופה וקידושין?
משהו יכול להסביר מדוע לפי תורת היחסות מאסה של
כוכב מקמטת את הזמן/מרחב וכוכבי הלכת סביבו נעים
במסלול אליפטי ולא עיגולי (כפי שהיה מצופה) ?
שמוליק
הפיזור הוא תוצאה של השפעת השדה החשמלי של הפוטון על האלקטרון, ואני חושב שגם להיפך. אין ממש “מגע ביניהם”.
יש הסבר כאן – http://farside.ph.utexas.edu/teaching/em/lectures/node96.html
ניסים,
בתומפסון הפוטון לא מעיף אלקטרון משל היו שניהם כדורי ביליארד? הקיצר, נכון יהיה לומר שהפוטון מעביר תנע לאלקטרון (בתומפסון לדוגמא). מה הגרוויטון עושה?
שמוליק
אני גם לא מבין בזה … אז רק הערה/הארה אחת. תיארת התנגשות של פוטון באלקטרון. לשניהם יש גודל 0, ולכן הם לא ממש מתנגשים. אולי זה לא כל כך שונה מהעקמות המרחב בתורת היחסות הכללית?
ניסים, ישראל, חברים…
יש לי שאלת בור ואשמח תשובה: מה בדיוק מצפים מהגרוויטון לעשות?
אינשטיין הראה שהכבידה אינה בעצם כוח כי אם עיקום של המרחב כתוצאה ממסה. לדוגמא, כדוה״א מסתובב במסלולו סביב השמש, כי השמש מעקמת את המרחב סביבה.
הרעיון לתיאוריה מאוחדת הוליד את הרעיון לכבידה קוונטית, אשר קובעת שבדיוק כפי שלשדה האלקטרומגנטי יש חלקיק שמעביר את הכוח – הפוטון – כך היא גם לכבידה: הגרוויטון. אבל הפוטון מתנהג כמצופה (מדי פעם): כאשר הוא נתקע באלקטרון הוא מעיף אותו או נבלע בו ומעלה אותו רמה. איך הגרוויטון אמור לפעול? השמש שולחת גרוויטונים לכדוה״א? האם קיומו (שטרם התגלה) לא מייתר את רעיון עיקום המרחב?
כמובטח, שאלות בור…
חברים,
יש לי שאלת בור ואשמח תשובה: מה בדיוק מצפים מהגרוויטון לעשות?
אינשטיין הראה שהכבידה אינה בעצם כוח כי אם עיקום של המרחב כתוצאה ממסה. לדוגמא, כדוה״א מסתובב במסלולו סביב השמש, כי השמש מעקמת את המרחב סביבה.
הרעיון לתיאוריה מאוחדת הוליד את הרעיון לכבידה קוונטית, אשר קובעת שבדיוק כפי שלשדה האלקטרומגנטי יש חלקיק שמעביר את הכוח – הפוטון – כך היא גם לכבידה: הגרוויטון. אבל הפוטון מתנהג כמצופה (מדי פעם): כאשר הוא נתקע באלקטרון הוא מעיף אותו או נבלע בו ומעלה אותו רמה. איך הגרוויטון אמור לפעול? השמש שולחת גרוויטונים לכדוה״א? האם קיומו (שטרם התגלה) לא מייתר את רעיון עיקום המרחב?
כמובטח, שאלות בור…
בסך הכל באמת כתבות יפות וטובות
תודה על סדרת הכתבות האלו. הן כתובות בצורה ברורה ומעניינת.
רציתי לסייג את תגובתי. לדבוק בנכונות המדעית ולומר רק מה שנכון ולא מה שאני סבור שנכון.
התיאוריה entropy gravity עדיין איננה מקובלת באמת על כולם.
נעשים מאמצים גדולים לשלב אותה עם מכאניקת הקוונטים ותורת המיתרים ע”מ לגזור אולי את הכוחות האחרים ממנה.
הפרופסור נחשב היום מוביל וחלפו רק 4 שנים מפרסום התיאוריה ועד לנכונות של מדענים אחרים להקשיב לה.
מתייחסים אליו ברצינות רבה.
אין צורך באנרגיה אפילה לפי התיאוריה והיא גם פשוטה ביסודה להבנה. מובן שהגזירה המתימטית קשה.
לקרוא את הערך בויקיפדיה שמתייחס לאריק וורלינד.
אין כנראה אנרגיה אפילה. נהיה סקפטיים ונומר שלפי תיאורית אנטרופית הכבידה.
התיאוריה של אריק וורלינד איננה מהזרם השולי אלא מהר מאד הופכת להיות הזרם המרכזי. התפרסמה ב 2010 וחלפו 4 שנים.
החידושים שלו במתימטיקה גרמו לקריאת נוסחא ואלגברה על שמו:נוסחת וורלינד ואלגברה ע”ש וורלינד – הוא עדיין חי. יש לו אגב אח תאום הרמן וורלינד שידוע כפרופסור בזכות עצמו. המעניין שהפרס הנחשב ביותר בהולנד נקרא פרס שפינוזה והוא בערך 2.5 מליון יורו.
קיימת תאוריה חלופית לאנרגיה אפילה והיא entropic gravity.
http://en.wikipedia.org/wiki/Erik_Verlinde
המדען אריק וורלינד זוכה פרס שפינוזה 2011, פרופסור ידוע מהקו הראשון בעולם.
נדמה לי שהוא מצליח להסביר את האנרגיה האפילה ללא אנרגיה אפילה.
התאוריה של ורלינד מאוד תופסת גם בחוגי מכניקה קוונטית ובחוג הספציפי יותר של תורת המיתרים.
אז אפשר לעשות שיעורי בית ולהפסיק להשתמש במונח אנרגיה אפילה.
שתי הערות. א. ראוי להדגיש שאין קשר בין הקבוע הקוסמולוגי של אינשטיין ש”תפקידו” להחזיק את היקום סטטי (שזה נכון גם לגבי יקום ניוטוני) – לבין הקבוע הקוסמולוגי שנגרם על ידי האנרגיה האפלה (אי אפשר לומר שאינשטיין בכל זאת צדק). ב. קרינת הרקע הקוסמית אינה בתדר אחד אלה מתפלגת על פני ספקטרום של תדרים כאשר שיא העוצמה הוא ב-160 ג’יגה.