אסטרופיסיקאים מהמרכז הקוסמולוגי האפל במכון נילס בוהר באוניברסיטת קופנהגן, ביצעו ניסוי בתורת הכבידה של איינשטיין בסקאלות שהן גדולות יותר ממערכת השמש – צבירי גלקסיות
כל התצפיות באסטרונומיה מבוססות על אור שנפלט מכוכבים וגלקסיות. לפי תורת היחסות הכללית האור מושפע על ידי הכבידה. לאיינשטיין היה חבר אסטרונום מברלין בשם ארווין פרוינדליש, שטען שביצע ניסוי בכוכבים ומצא עדות להסחה לאדום הכבידתית. כולם זוכרים את הניסוי הגדול של ארתור אדינגטון מ-1919 שאישר את הניבוי של איינשטיין בנוגע להתעקמות קרני האור בסמוך לדסקת השמש. בעקבות הניסוי הזה איינשטיין התפרסם בעולם כולו ונהפך לגאון הגדול שהגה תיאוריה של מרחב-זמן עקום.
הפירושים כולם באסטרונומיה מבוססים על הנכונות של תורת היחסות הכללית של איינשטיין. ומה לגבי ניסויים שיאמתו את השפעת הכבידה על האור, ההסחה לאדום הכבידתית, בסקאלה שהיא מעבר למערכת השמש? תצפיות של מרחקים גדולים ביקום מבוססות על מדידות של הסחה לאדום. אורכי הגל של האור מגלקסיות מרוחקות מוזזים יותר ויותר לעבר האדום ביחס למרחק. משתמשים בהסחה לאדום כדי לדעת כמה היקום מתפשט מאז יציאת האור עד שהוא נמדד על כדור הארץ. בנוסף, תורת היחסות הכללית מנבאת, שהאור וההסחה לאדום מושפעים על ידי כבידה מהמסות הגדולות כמו צבירי גלקסיות והם גורמים להסחה לאדום כבידתית של האור, הסחה לאדום כבידתית קוסמולוגית (הסחה לאדום בסקאלות קוסמולוגיות). אבל ההשפעה הכבידתית על האור הזו אף פעם לא נמדדה קודם לכן בסקאלות קוסמולוגיות.
אסטרופיסיקאים מהמרכז הקוסמולוגי האפל במכון נילס בוהר באוניברסיטת קופנהגן, בראשם האסטרופיסיקאי ראדק ווג’טק, נגשו למשימה זו והם הצליחו לבצע ניסוי כזה בתורת הכבידה של איינשטיין בסקאלות שהן גדולות יותר ממערכת השמש. הם הצליחו למדוד כיצד האור מושפע מהכבידה בדרכו לצבירי גלקסיות. התצפיות מאמתות את הניבויים התיאורטיים של איינשטיין. התוצאות פורסמו בכתב העת היוקרתי נייצ’ר.
איינשטיין: מעליות ושעונים
הניבוי הראשון שאיינשטיין הציע בתורת היחסות הכללית שלו היה, הכבידה יכולה לעקם את האור: “מזה נובע שקרני האור האלה שלא מתפשטות לאורך (הציר המקביל) מתעקמות על ידי השדה הכבידתי”. הניבוי השני של איינשטיין היה, האפקט של ההסחה לאדום הכבידתית של האור. אם ניקח את גל האור כאנרגיה, אז כמות האנרגיה שנישאת על ידי גל האור היא פרופורציונית לתדירות הרטט שלו. כאשר גל בורח משדה כבידתי הוא מוסר חלק מהאנרגיה שלו וכתוצאה תדירות הרטט שלו יורדת. אין מדובר כאן במהירות האור, אלא בתדירות של גלי האור. על בסיס זה איינשטיין ניבא שהשדה הכבידתי החזק של השמש צריך לגרום לירידה בתדירות של האור של השמש שמגיע לכדור הארץ. אפקט כזה קרוי הסחה לאדום מכיוון שתדירות האור יורדת (אורכי גל ארוכים יותר) והצבע זז לקצה האדום של הספקטרום.
ההסחה לאדום הכבידתית הובילה את איינשטיין להתארכות הזמנים הכבידתית. הוא הבין שהקשר בין התפשטות האור בשדה כבידה לזמן נבע מיידית. איינשטיין הגיע למסקנה ששעונים בשדות כבידתיים שונים מתנהגים בצורה שונה. הכבידה מעקמת ומעוותת את הזמן. ניתן להסביר זאת בניסוי המעלית, השעונים וקרני האור.
נדמיין צופים ושעונים שמצויים בתוך מעלית מאיצה. הצופים לא יכולים להחליט בשום אופן האם המעלית שלהם היא במנוחה בשדה כבידתי או האם היא מואצת בחלל ללא שדות כבידתיים וישנם כוחות שפועלים על המעלית. נצמיד שעון לתקרת המעלית בעוד אנו מצמידים שעון נוסף לרצפתה. ליד השעון בתקרה יושב צופה אחד וליד השעון ברצפה יושב צופה שני. נגיד שהשעונים האלה לא מטקטקים, אלא הם פולטים הבזקי אור. במנוחה, השעונים נותרים מסונכרנים על ידי השימוש בהבזק אור שאותו השעון מלמעלה פולט בכל שנייה. עתה המעלית מתחילה להאיץ באחידות כלפי מעלה.
נשאל קודם את הצופה ברצפת המעלית לדעתו. בין כל הבזק אור של השעון שמצוי בתקרת המעלית, המעלית כבר נעה כלפי מעלה, כאשר היא מאיצה עוד ועוד למהירויות יותר גבוהות. כל הבזק כך צריך לנוע למרחק קצר יותר ויותר לעבר השעון שברצפה, שבינתיים התרומם כדי לפגוש את הסיגנל יחד עם תנועת המעלית כולה. “לכל סיגנל לוקח פחות זמן להגיע לשעון השני מאשר לקח לו כאשר המעלית הייתה במנוחה במקום. אותו הדבר יהיה תקף להבזק השני ועבור ההבזק אחריו, ואחריו וכך הלאה. כל מי שיבדוק את ההבזקים יראה שכל הבזק מהשעון הראשון מגיע במעט פחות משנייה, כפי שמתקתק השעון השני. בהינתן זאת, יכול להיות רק תנאי אחד, השעון של הצופה בתקרה מהיר יותר. אבל השעון שלי נע בדיוק כמו קודם באותו הקצב ולא נראה לי שצריך להחליף בטריות”.
עתה נשאל את הצופה ליד השעון בתקרה. הבזקי האור יכולים לנוע אך ורק במהירות האור c. אבל הפולסים שמגיעים לתקרה מגיעים במרווחים גדולים יותר ויותר. לכל פולס יש יותר מרחק לנוע בגלל שהתקרה מתרחקת. ולכן לפולס לוקח יותר זמן להגיע לצופה בתקרה. “השעון ברצפה איטי יותר. השעון שלי בסדר גמור ולא נראה לי שנגמרו לו הבטריות”.
דברים מוזרים מתרחשים במעלית. נגיד שהמעלית הייתה מאיצה כל כך קרוב למהירות האור, ממש כמעט-כמעט במהירות האור. מה היה קורה? הצופה שתלוי על התקרה היה טוען שהשעון על הרצפה כמעט נעצר. עתה נניח שהמעלית הייתה יכולה להאיץ אל מעבר למהירות האור. כמובן שזה בלתי אפשרי משיקולי אנרגיה ומסה. אבל זה רק ניסוי מחשבה דמיוני. אז נגיד… מה היה קורה? הצופה שתלוי על התקרה היה רואה את השעון על רצפת המעלית נע אחורה בזמן.
עקרון השקילות קובע שאין כל הבדל שניתן לגלותו בין התאוצה ובין הכבידה ולכן בין המעלית המאיצה בחלל למעלית בשדה כבידתי. פירושו של דבר שהשעונים בשדה הכבידתי צריכים להתנהג בדיוק באותה הדרך כמו השעונים המואצים על גבי המעלית המאיצה. שעון שממוקם היכן שהכבידה מושכת יותר חזק, קרוב יותר למרכז כדור הארץ, חייב לנוע לאט יותר מאשר שעון היושב מעט רחוק יותר ממרכז כדור הארץ. מה דעתכם לגבי השעון הראשון במידה שמהירות האור עוברת את c? ומה לגבי ההסחה לאדום הכבידתית?
חיפוש באור של צבירי גלקסיות
נשוב לניסוי. ראדק ווג’טק יחד עם הקולגות סטין הנסן וג’נס הגורס בחנו מדידות של אור מגלקסיות של כ-8000 צבירי גלקסיות. צבירי גלקסיות הם הצטברות של אלפי גלקסיות, שמוחזקות יחדיו על ידי הכבידה שלהן עצמן. העובדה הזו משפיעה על האור שנשלח החוצה לחלל מהגלקסיות.
המדענים חקרו את הגלקסיות שמונחות במרכז צבירי הגלקסיות ואת אלה שנמצאות בפריפריה. הם מדדו את אורכי הגל של האור. ווג’טק סיפר, “יכולנו למדוד הפרשים קטנים בהסחה לאדום של הגלקסיות ולראות שהאור מהגלקסיות במרכז הצביר היה צריך ‘לזחול’ החוצה דרך השדה הכבידתי, בעוד שזה היה קל יותר לאור מגלקסיות שהן רחוקות יותר מהמרכז להגיח”. אחר כך הם מדדו את המסה הכוללת של צביר הגלקסיה וחישבו את הפוטנציאל הכבידתי. תוך שימוש בתורת היחסות הכללית הם חישבו את ההסחה לאדום הכבידתית עבור המיקומים השונים בגלקסיות.
ווג’טק סיכם את הממצאים. התוצאה שהתקבלה הייתה, שהחישובים התיאורטיים של ההסחה לאדום הכבידתית, שמבוססים על תורת היחסות הכללית, הם בהסכמה מלאה עם התצפיות האסטרונומיות. האנליזה של התצפיות של צבירי הגלקסיות מראה שההסחה לאדום של האור מאזנת בצורה פרופורציונית את ההשפעה הכבידתית מהכבידה של צביר הגלקסיות.
http://www.nbi.ku.dk/english/news/news11/light_from_galaxy_clusters_confirm_theory_of_relativity_/
37 תגובות
לגבי עקרון השקילות: – “אין כל הבדל שניתן לגלותו בין תאוצה לבין כבידה”. הניסוח לא מדויק! האמת היא שאין “ניסוי מקומי” המאפשר להבחין בין מערכת הנעה בתאוצה לבין מערכת הנמצאת תחת השפעת שדה כבידה השווה לתאוצה אך מנוגד לה בכיוון. קווי שדה כבידה הנובעים מתאוצה הם מקבילים ואילו קווי שדה כבידה הנוצר ממסה במרחב הם רדיאליים. לכן, חשוב להדגיש – “ניסוי מקומי”..
יובל,
ההבנה וחוסר ההבנה של פיסיקה ברמת תואר ראשון היא לוקה בחסר. רק לאחר שתלמד עוד מספר שנים תבין עד כמה אינך מבין כיום את המדע. הניסיון להבין מדע מתקדם באמצעות ההפשטה הפופלארית שלו הינה מופרכת בעיקרה וגוררת רעיונות שברובם הינם אווליים.
בחזרה למשל שלך אחרי לימוד של עוד מספר שנים תבין בעצם שאין כדור ואין שולחן ולכן השאלה של היעלמות והופעת הכדור היא בכלל שונה לחלוטין ממה שדמיינת.
אהוד
לצערי אינני יכול לענות לך לעומק על שאלות בפילוסופיה, כי אינני בא משם.
הרי משל להבנה: כדור ביליארד נעלם בחור בשולי השולחן, ובתוך שניות ספורות מופיע כדור ביציאה מהשולחן. השחקנים מאמינים שזהו אותו כדור, ואם מישהו מפקפק יש די דרכים להוכיח זאת, למשל לסמן את הכדור בסימן מיוחד. אני לא מפקפק שזה אותו כדור וגם לא מבקש סימנים, אבל אני כן רוצה לדעת כיצד קרה הפלא הזה – במקרה הפשוט דנן מהו המסלול שעבר הכדור מאז שנעלם ועד שהופיע שוב. אני יכול לשאול את הנגר שייצר את השולחן ואני יכול גם לפרק את השולחן. אני יכול גם להניח קיומם של צינורות ומעברים, וזאת תהיה הנחה סבירה.
כאמור, אינני מכיר הרבה פילוסופיה ואין לי היכולת לשפוט אם יש או אין לה זכאות לדריסת רגל בתחומים כלשהם. אני יודע שיש תחום שנקרא “פילוסופיה של המדע” אשר ממנו קיבלנו מספר קביעות והגדרות שאנחנו נוהגים לפיהן. למשל, דרך העיסוק המדעי אי אפשר להוכיח אך כן אפשר להפריך, או טענה שאי אפשר להעמיד למבחן אינה עונה להגדרות של טענה מדעית.
בהכשרתי אני מדען. גמרתי ביולוגיה בירושלים לפני שלושים שנה וכעת אני עושה שנה שלישית בפיסיקה בגלזגו. בין לבין, גם עשיתי מתמטיקה ומדעי המחשב.
יובל,
הבנתי מדבריך כי אינך מנסה לסתור את התאוריות הפיסיקליות המקובלות. כמו כן הבנתי כי אתה בא מתחום הפילוסופיה. בהקשר זה הרשה לי לשאול אותך מספר שאלות.
עיקר טענתך הייתה כי איננו מבינים מושגים מסויימים הלקוחים מתחום המדע. מה אתה מכנה הבנה? לטעמי הבנה היא תלויית שפה ולכן מבחינת השפה המדעית המושגים עליהם אתה מדבר מובנים לנו בהחלט הם אבני הבנין של התאוריה.
שנית ככלל האם אתה מאמין כי הפילוסופיה יכולה לתרום למדע? אני מאמין כי לפילוסופיה תפקיד חשוב בהגדרת מהו צדק, אמת,יופי וכדומה אבל הרבה פעמים היא נכנסת לתחומים שלא צריכה להיות לה דריסת רגל בהם. לדוגמא פילוסופים יוונים השתמשו בהגיונם לטעון מיני טענות על העולם שכולן התגלו כמופרכות. המדע הוא מתודה לענות על שאלות לגבי הטבע התשובות לשאלות הללו ניתנות בתחום המדע ובשפתו. דיון חיצוני של אנשים שאין להם קשר למדע בשפה שהיא שונה לחלוטין נראה לי כדבר מופרך ולכן המלצתי על “לא לקבוע קביעות נחרצות בנושאים שבהם חסרה למגיב השכלה בסיסית בנושא”. איני רואה בעין יפה את ניסיונותיהם של פילוסופים לבוא לתחום ולנסות ללמד את העוסקים בו מה עליהם לעשות. לדוגמא פילוסופים טובים של המדע הם אנשים שהינם בעלי השכלה מדעית לדוגמא הפילוסוף הילרי פאטנם.
דויד,
לצערי איני מומחה גדול בתחום הנידון לכן עליך להתייחס לדברי בהתאם.
עד כמה שאני יודע תאוריית המפץ הגדול הינה תאוריה בעלת ביסוס מדעי ניכר.
הביסוס נובע:
1.מהומגניות של היקום בסקלות הגדולות.
2. חוק הבל המראה אמפירית שככל שאובייקט רחוק יותר מאיתנו כך מהירות התרחוקו גדלה מאיתנו.
3. כמות היסודות הקלים הנצפים ביקום. תאוריית המפץ הגדול מניחה כי עיקר החומר נוצר כשהיקום היה צעיר ויחסית מרוכז, אז נוצרו היסודות הקלים והיסודות הכבדים מהם אנו מורכבים הם מבית הייצור של כוכבים שסיימו את חייהם.
4.קיומה ואחידותה של קרינת הרקע הקוסמי.
אפרופו ההכרזה היום ב 2006 זכו שני אמרקאים( סמוט ומאטר) בפרס נובל על אישוש תאוריית המפץ הגדול.
ככלל כמעט לכל תאוריה פיסיקלית ישנם “מטורפים” הטוענים שהיא אינה נכונה. לרוב הטוענים לכך זוכים להתעלמות ולנידוי מהקהילה המדעית (בכמעט כל המקרים בצדק) ולכן הם טוענים גם בצדק שלא מקשיבים להם. מטורפים ממין זה הרבה פעמים כותבים ספר כי זו הדרך היחידה מלבד אתר אינטרנט לקדם את התאוריה שלהם. מדע להבדיל מדת אינו מקדש דבר מלבד עובדות ותאוריות איתנות מבוססות על הרבה עובדות (ניסויים ותצפיות) כדי לסתור תאוריה ידועה יש צורך לבוא עם טיעונים מאד מוצקים, ראה לדוגמא ניסוי הניטרינו המצוטטים עכשו: מדובר בקבוצה רצינית המציגה את התוצאות שלה מבלי לטעון כי תורת היחסות טועה הם פשוט אומרים אילו התוצאות שקבלנו נסו להסביר אותם.
דויד, תודה לך על שטרחת להביא לנו את הדברים. קטונתי מלשפוט לכאן או לכאן, אולם עצם זה שהפקפוק קיים מחזק את העמדה שאני מנסה להציג.
גלי ואהוד, בהתנצלות על הלאקוניות מאמש. גם עלי חלים כללי ערות ושינה.
אני מכיר את המודלים הפיסיקליים שאתם מציינים וכלל אינני כופר בהם. צר לי אם לא זה הרושם שהתקבל מדבריי.
התופעות ידועות, מכומתות ומאושרות ואינני מפקפק בהן (מעבר לפקפוק סביר שמדען מחויב לו). אלא שבדיון הנוכחי אני מייצג את המטאפיסיקה, דהינו מחפש גורמים בסיסיים יותר. המהות של הדברים ידועה אך אני מבקש למצוא לא רק את ה”מה” אלא גם את ה”איך”. לכן אמרתי שאנחנו לא מדברים על אותו דבר.
בהזדמנות זו אוסיף משהו מן הידע שלי בהיסטוריה ובפילוסופיה של המדע. כאשר תורה מדעית אינה מושלמת, אין זה אומר שהיא שגויה, אלא יתכן כי נחוצה לה הרחבה – כפי שתורת היחסות היא הרחבה של הפיסיקה הניוטונית. גם הפיסיקה האינשטיינית זקוקה להרחבה כי, למשל, עדיין אין לנו מודל מאוחד לכל הכוחות הידועים.
יש כאן גם תימצות בטקסט של הנקודות כנגד תאוריית המפץ הגדול
http://bigbangneverhappened.org/
תודה רבה מראש
אהוד ברשותך , אם אתה כבר כאן 🙂
אני שומע כמה אתה מבין עניין הייתי מעוניין לשמוע את חוות דעתך (אם יש לך זמן כמובן)
צפיתי בסרט מאוד מעניין שבו מדענים מדברים שתאוריית המפץ הגדול נוגדת את התצפיות
ותאוריית הקוסמולוגיה הפלסמית כן מתאימה.
כמו כן המדענים שם מדברים איך ממש מדכאים אותם במימסד המדעי.
http://www.youtube.com/watch?v=L6EGpg_BVBg
מה אתה יודע על זה ?
תודה גלי. ליל מנוחה ושינה טובה 🙂
יובל,
אהוד הוא הרבה יותר מתלמיד מצטיין לפיסיקה. הוא תאר לך במדויק את מה שמקובל היום בקרב הפיסיקאים.
פרופ’ מקס ימר נפטר לפני שנה והוא היה חבר של איינשטיין. הוא כתב את הספר איינשטיין והדת וכאשר הוא נפטר כתבתי כאן בידען סקירה על הספר ועל דעותיו. ימר היה פיסיקאי דגול וגם היסטוריון ופילוסוף של המדע.
אני אסביר לך עקרון מאוד חשוב במדע. משהו כללי ואז אני אלך לישון…
הפיסיקאים עובדים תחת תיאוריה שלטת אחת בזמן נתון. כלומר, עכשיו “שולטת” תורת היחסות הכללית, אז לא עובדים למשל במשוואות של תורת האתר או תיאוריה ניוטונית ליקום. את התורה השלטת הזו, תורת היחסות הכללית, לומדים היטב: את העקרונות, המשוואות, הפתרונות השונים למשוואות, בעיות, ניסויים שבוצעו, וכולי. אחרי שלמדת היטב את התיאוריה, את ההשלכות שלה ואתה מכיר את המשוואות ויודע לבנות מודלים, למצוא פתרונות, לפתור בעיות, לשבת במעבדה ולבצע ניסוי וכולי, אז אתה יכול להתחיל לחשוב על מחקרים מודרניים: כבידה קוונטית, חומר אפל, תורת המיתרים ותחומים שגם אני לא כל כך בקיאה בהם מעבר למה שאני קוראת פה ושם במאמרים. אבל קודם כל צריך ללמוד היטב את היסודות: כלומר, לקחת קורס בתורת היחסות הפרטית וגם בכללית וממש לעבור על הכל. ורק אחר כך אפשר לדבר על החומר האפל. ומהכרותי הכללית עם אהוד, אני בטוחה שאהוד עשה את זה.
אריה!
יפה שאתה מזכיר את פרופ’ משה ימר.
אני זוכר אותו. לפני הרבה שנים הציעו לי להיפגש איתו. זה לא יצא לפועל, וחבל.
אהוד! אתה צודק לחלוטין בכל מה שאתה אומר. אתה מצטט נכון ומדויק את המודלים הקיימים ואני מניח שאתה תלמיד מצטיין בפיסיקה ובמדעים בכלל.
העניין הוא שאנחנו בכלל לא מדברים על אותם דברים.
והעצות שלך טובות ונבונות, כאן ובכל מקום.
ועל כך תודה.
יובל,
לא התכוונתי לפגוע ואו להעליב. אני מקווה שכך קבלת את דברי ואם לא אנא קבל את התנצלותי!
שמעתי לפני שנים רבות את פרופ’ משה ימר מעלה את האפשרות שהמסה אינה אלא עיקום של המרחב.
המלצות יפות. תודה.
יובל,
אתה שוב לטעמי לוקח אי-הבנות בסיסיות שלך ורואה בהם משהו כללי. אינשטיין הראה את הקשר ההדוק
בין גרויטציה לגיאומטריה. מסה מעקמת את הזמן מרחב ובתוך הזמן מרחב העקום נעים גופים. מסיבה זו בדיוק מסלול האור מתעקם ליד מסה, האור פשוט נע במרחק הקצר ביותר בין שתי נקודות גיאודזה. הבסיס לתורת היחסות היא ההבנה כי המסה הגרויטציונית והמסה האינרצילית חד הם.
לגבי שאר הטענות שלך הן אינן קשורות למדע כלל. האלקטרון אינו מאגר של פוטונים. אלקטרון הוא פרמיון ואילו פוטונים הם בוזונים. אלקטרון גורם לשינוי בשדה האלטרומגנטי ואילו שדה זה ניתן לפיתוח באמצעות פוטונים. הפוטונים בפרוש לא יושבים, עומדים או שוכבים בתוך האלקטרון!
אתה כותב “עדיין איננו יודעים מה מתחולל שם ברמת המיקרו” איפה זה בדיוק שמה ושוב מי זה בדיוק אנחנו.? פיסיקאים פיתחו את תורת האלקטרומגנטיות הקוונטית לפני כחמישים שנה או יותר
.מה פרוש “בשנים האחרונות, אפילו לא עשור, התחלנו להתוודע למהות שאנחנו מכנים “החומר האפל”. “? את קיום החומר האפל הניח מדען בשם צווקי לפני כשבעים שנה. מה בדיוק קרה בעשור האחרון? ככלל אני ממליץ לא לקבוע קביעות נחרצות בנושאים שבהם חסרה למגיב השכלה בסיסית בנושא.
תודה גלי.
מתנצל על הניסוח הלא מדויק. לא מנגנון. אבל שדה הכבידה מכיל משהו שגורם ללפחות שתי תופעות שעל פניהן אינן קשורות זו בזו, ואת המשהו הזה אנחנו מחפשים. הרי פוטונים הינם חסרי מאסה ומשום כך אינם אמורים להיות מושפעים מגראביטציה, ובכל זאת הם מתנהגים כאילו הם כן. משום כך אני סבור שאותו משהו שקיומו יוצר את הגראביטציה יוצר גם את המסלולים של הפוטונים.
ואגב אלקטרון, אני לא רואה בו מנגנון כי אם סתם מאגר, “בנק” של פוטונים. וממדידות עקיפות (הבדלי מאסה בין פרוטון לבין אטום המימן) אנו יודעים כי נוכחותו משפיעה על שדה הגראביטציה שסביבו או מושפעת ממנו (או, בניסוח פשטני, “לאלקטרון יש מאסה”).
עדיין איננו יודעים הכל על מה שמתחולל שם ברמת המיקרו, וכיצד נוצרות מזה התופעות ברמת המאקרו. ועד שנדע, אינני שולל את האפשרות כי שתי התופעות נובעות במקביל ממשהו שאנו טרם מכירים. רק בשנים האחרונות, אפילו לא עשור, התחלנו להתוודע למהות שאנחנו מכנים “החומר האפל”. יתכן כי אותו משהו המייצר את שתי התופעות דלעיל מיצר גם את החומר האפל, אך יתכן כי החומר האפל הוא המשהו הזה המייצר את שתי התופעות, ומשום כך אני רואה בו מועמד אפשרי.
יובל,
יש כאן עוד מאמר בידען לגבי פריצת דרך אפשרית ישראלית בנוגע לגלי הכבידה. אני מקווה שהיא תוביל לגילוי כלשהו בנושא של גלי הכבידה.
אין דבר כזה מנגנון המייצר את הכבידה. גם אם תחשוב על האלקטרון למשל. הוא לא מנגנון שמייצר חשמל, כי הוא לא גנראטור. לגבי הכבידה והתעקמות האור: קרני האור החולפות קרוב לשמש מוסטות על ידי השדה הכבידתי. זה הניסוח המקורי של איינשטיין והוא נכון עד היום.
תורת היחסות הכללית מדברת על מבנה שקרוי השדה האינרציו-כבידתי שמיוצג על ידי שדה הטנזור המטרי. אינשטיין בנה משוואות שדה. הטנזור המטרי (אינשטיין) זה הגיאומטריה. וטנזור תנע-אנרגיה זה החומר. והמשוואות הן לא ליניאריות.
נכון שעקב תורת היחסות הכללית משתמע שיש חומר אפל, אבל אין לזה קשר להתעקמות האור על ידי שדה הכבידה. גלי כבידה זה ניבוי של אינשטיין מתורתו שטרם אושר.
אתה נותן פירוש של “משתנים חבויים” לתורת היחסות הכללית ומחפש חומר אפל בבסיס תופעת הכבידה והתעקמות האור. ואילו איינשטיין עשה בדיוק את ההפך בתורת איחוד השדות שלו. הוא שאף לבנות תורת איחוד על בסיס הכבידה. הוא הרי חיפש משתנים חבויים כאלה במקום אחר, בתורת הקוונטים.
לגבי ההיגס, תשאל את פרופ’ עילם גרוס שמחפש אחרי ההיגס בכל מקום… 🙂
עזוב אהוד. חבל על הזמן. האינטראקציה בינינו היא כמו זו של שחקני דמקה שמשחקים כל אחד במשבצות עם הצבע שלו.
עזוב אהוד. חבל על הזמן. האינטראקציה בינינו היא כמו זו שחקני דמקה שמשחקים כל אחד במשבצות עם הצבע שלו.
יובל,
על השאלה “איך היא עושה את זה?” עשו כבר סרט. אם מדברים על נושאים מדעיים הגרויטון הינו אקסטציה של השדה הגרויטציוני, אז הוא עדיין לא נתגלה, אז מה? כפי שכתבתי לך ואתה התעלמת, גם חלקיק ההיגס הדרוש כדי לתת לחלקיקים מסה לפי המודל הסטנדרטי טרם התגלה אז מה התאוריה לא נכונה? קשה מאד ניסיונית לגלות גרויטון ולכן הוא לא התגלה. מה הקשר של כל זה לטענה המופרכת “מועמד טוב לגורם המשותף הוא החומר האפל שנתגלה לאחרונה ואשר המחקר עליו עדיין בחיתוליו”. זה פשוט קישקוש מוחלט שום חלקיק חומר אפל לא נתגלה עדיין מעל לכל ספק ונניח כי יתגלה מה זה קשור למסה.
התפיסה שלך שחלקיק “נושא” את האינטראקציה היא תפיסה של תורת שדות. תורת הגרויטציה של אינשטיין היא תאוריה קלסית ולהסבר שלה אין צורך בחלקיק נושא אינטראקציה. לפיכך המסה גורמת לעיקום המרחב ללא צורך בחלקיק נושא אינטראקציה.
ולמען האמת אני גם חושב שהתולעים שלך הם יותר חורי תולעת מאשר תולעים.
אהוד. שאלתך מצוינת.
אם נוח לך, אז “אנו” זה אני והתולעים שאני מאכלס בבטן שלי (מיוחס לישעיהו לייבוביץ’).
ברור שהמאסה מעקמת את המרחב. אבל אני והתולעים שלי מבקשים גם לדעת איך היא עושה את זה. האם יש לה שרירים? האם היא שולחת זרועות? האם היא מאיימת בסנקציות?
אנחנו מניחים קיומו של חלקיק המשמש כתווך בין מאסות ומכנים אותו “גראויטון”. אנחנו מצפים ממנו להתנהגות גלית שאנחנו מכנים “גלי כבידה” אבל עד אחרי הצהרים של יום חמישי האחרון (כשביקרתי לאחרונה במעבדת הכבידה באוניברסיטה בה אני לומד) לא הצלחנו למצוא את אלה. אם וכאשר הם יואילו בטובם להתגלות לעינינו, אני והתולעים שלי נדרוש מהם גם למסור דין וחשבון על מעשיהם עם האור.
יובל,
אתה כותב “עדיין לא ידוע לנו המנגנון המייצר את הכבידה” או “אבל בינתים הידע שבידינו אינו מספיק לקביעת הטענה הזו במסמרות”, מי זה בדיוק לנו בטענות הללו?
תורת היחסות הכללית כפי שמיכ*אל כתב לך טוענת בדיוק זאת, המסה של גופים היא המעקמת את הזמן מרחב. מה בדיוק נחשב אצלך קביעת טענה במסמרות? האם האישושים התצפתיים לתורת היחסות הכללית אינם מספיקים אותך? מה בדיוק השאלות שלדעתך מונעות מאיתנו לקבוע כי המסה מעקמת את הזמן מרחב ואיך כל זה קשור לגילוי הגרויטון? הרי גם את חלקיק ההיגס טרם גילנו ולמרות זאת כמעט כלהמדענים ישבעו במודל הסטנדרטי. ההבנה שלנו של מהי גרויטציה היא מצויינת והוספה של חומר אפל כן או לא משפיעה על ההבנה הזו.
האם אין בחישובים מעין לולאה פנימית?
לפי מה שקראתי כאן המדענים חישבו חישובים על סמך מסת הגלקסיות או צבירי הגלקסיות. לא הבנתי רק כיצד מחשבים את המסה הזו? האם לפי נוסחה הקשורה בכמות האור הבוקעת מהצביר? אם כן אזי מחשבים הסחה לאדום מתוך הערכה של מסת הצביר שהיא עצמה תלויה באותה הסחה?
שאלה שניה – האם לא יתכן הסבר אחר לאותה הסחה לאדום? למשל שמדובר מראש בקרינה בתדר גדול יותר?
נכון מאד. זה לא צרוף מקרים (וגם לא אמרתי שזה כן) אלא תיאום מדויק. יתכן מאד כי גם יוכח שהמאסה היא הגורם הישיר לעיקום המרחב. אבל בינתים הידע שבידינו אינו מספיק לקביעת הטענה הזו במסמרות.
יובל:
לא מדובר רק בתופעות שמתרחשות זו לצד זו.
מדובר בכך שתורת היחסות מספקת נוסחאות (לא טריביאליות) מדויקות לחיזוי מידת העיקום של האור.
ההסתברות לכך שמדובר בצירוף מקרים היא אפסית.
עיקום המרחב נחזה ונמדד במקומות שיש בהם מסה – בין אם זו מסה אפלה ובין אם זו מסה רגילה.
יש מקומות שאין בהם מסה אפלה ועיקום המרחב נמדד גם בהם.
מספר מילים על “הכבידה יכולה לעקם את האור”:
עדיין לא ידוע לנו המנגנון המייצר את הכבידה. למשל, טרם גילינו את הגראביטון ולא מצאנו אישושים ואישורים לקיומם של גלי כבידה. משום כך, איננו יכולים להגיד בוודאות שהכבידה היא זו שמעקמת את האור למרות שאנחנו רואים כי שתי התופעות, הכבידה ועיקום האור, מתרחשות ביחד ובתיאום; לא מן הנמנע כי שתיהן נובעות בנפרד מגורם משותף שבינתיים הוא אלמוני. מועמד טוב לגורם המשותף הוא החומר האפל שנתגלה לאחרונה ואשר המחקר עליו עדיין בחיתוליו.
מיכאל,
תודה על ההערות המאירות.
לא רציתי לתת במאמר את ההסבר היותר טכני שנתתי בהערה כאן למעלה כי אז זה מבריח קוראים שהם לא מספיק בקיאים בפיסיקה. ולכן נתתי את ההסבר המפורסם של המעלית שמצוי גם בספר של לואי ג’גרמן.
בספר של אינשטיין ואינפלד אפשר למצוא את הדוגמאות עם המעליות. אין שם אני חושבת את הדוגמא הספיציפית הזו של המעלית שהבאתי כאן. אבל את כל הדוגמאות המפורסמות האחרות של המעליות שמסופרות בתורת היחסות הכללית הם ישנן שם ואינשטיין ואינפלד היו הראשונים שהמציאו אותן. כלומר אינשטיין המציא אותן… הנה המקור:
Einstein, Albert and Infeld Leopold, The Evolution of Physics,
הספר יצא עכשיו מחדש עם מבוא של וולטר אייזקסון שכתב את הביוגרפיה על אינשטיין. הספר של אינשטיין ואינפלד יצא פעם ראשונה ב-1938 ומאז הוא תורגם לשפות רבות.
ובמחשבה נוספת, גם לביטוי ” מאיצה כל כך קרוב למהירות האור” אפשר לצקת משמעות שתחתיה השיקול נכון.
המשמעות שאפשר להשתמש בה היא שאם מהירות האור היא C מטר לשנייה אז אנחנו מדברים על תאוצה הקרובה ל C מטר לשנייה בריבוע (כלומר – מדובר על תאוצה בגודל קרוב ל C ולא על תאוצה כאשר המהירות קרובה ל C).
עם פירוש כזה – מה שהיה נשאר מן הבעיה שהתרעתי עליה הוא עניין של ניסוח יותר משהוא עניין של מהות.
למרבה הצער – למרות שזו הייתה כנראה כוונת מחבר הטקסט המצוטט – לא זה הפירוש שניתן לדברים בכתבה ובגלל זה דובר בכתבה על מצב בו המעלית עוברת את מהירות האור בשעה שעל פי הפירוש שהצעתי היה צריך לומר שתאוצת המעלית עולה מעבר ל C מטר לשנייה בריבוע ובגלל זה דובר גם על כך ש”הפולסים שמגיעים לתקרה מגיעים במרווחים גדולים יותר ויותר” כאשר מה שקורה בפועל הוא שהמרווחים קבועים.
אני חייב להודות שנחפזתי גם בקביעה שהכתבה אינה מקדישה לידיעה עצמה את מה שהיא ראויה לו.
בקריאה חוזרת אני רואה שהנושא של מדידת ההבדלים בין האור שנובע ממרכז הגלקסיה לזה שנובע מהיקפה אכן מופיע בכתבה (בקריאה הראשונה לא שמתי לב לכך כי חשבתי שמרגע שהתחיל תיאור המעלית לא חוזרת הכתבה לידיעה עצמה בשעה שהמצב לאשורו שונה ואחרי תיאור המעלית יש המשך תרגום של הידיעה).
עובדה זו אמנם מופיעה שם ללא הסבר אבל כך הדבר גם בידיעה המקורית.
אכן נחפזתי בקביעה שהשעונים בתקרת המעלית וברצפתה יסכימו אבל זה רק בגלל השגיאה בהסבר המופיע בכתבה.
השגיאה בהסבר היא בכך שלמרות שהוא מזכיר את התאוצה – לא התאוצה אלא המהירות היא הדבר שהוא מתבסס עליו.
דבר זה בולט במיוחד כאשר מדובר על מעלית שמהירותה קרובה למהירות האור, דבר שכלל לא ברור מה הוא מייצג (הביטוי ישר מעלה את השאלה “קרובה למהירות האור ביחס למי?”)
השוני בשעונים אכן מתקיים אבל הוא נובע מן העובדה שכאשר האות מתקבל על הרצפה/תקרה, מהירות המעלית שונה ממהירותה כאשר האות שודר.
לא קראתי את המאמר של החוקרים אלא רק את הקישור שהבאת ודברי נאמרו בקשר אליו.
אין צורך במאמר נוסף כי מה שהיה לי לומר כבר מופיע בתגובה.
מיכאל, שכחתי לענות לחלק השני.
מלבד דוגמת המעלית, אני תרגמתי את ההודעה לתקשורת של מכון נילס בוהר עד לקטע של החומר האפל.
וזה מה שמובא כאן.
אם אתה רוצה להסביר יותר לעומק את הניסוי בגלל שקראת את המאמר של החוקרים, אתה כמובן יכול לפרסם על כך כאן מאמר נוסף.
המשפט למעלה צריך להיות:
הפוטנציאל הכבידתי ב-B הוא גדול יותר מאשר ב-B. A פולטת כמות אנרגיה כלשהי לעבר A.
הדוגמא של המעלית היא ידועה והיא למשל מוסברת יפה בפרק 8, עמ’ 63 של הספר:
Louis Jagerman, The Mathematics of Relativity For the Rest of Us.
הדוגמא של המעלית מקובלת כהסבר פופולארי להסבר המסובך של אינשטיין עצמו. להלן ההסבר המסובך של הקשר בין האטת הזמנים להסחה לאדום הכבידתית, שניתן כשירות לתלמידי התיכון:
בתורת היחסות הפרטית אינשטיין קישר בין אפקט דופלר להתארכות הזמנים. ביחסות הכללית הוא בחן שתי מערכות, לשם הפשטות נקרא להן A ו-B. לכל אחת יש מוטות ושעונים. A ו-B ממוקמות על ציר ה-Z של מערכת S בשדה כבידתי הומוגני. A נמצאת ליד המוצא של הקואורדינאטות ואילו B נמצאת בגובה h מעל A. הפוטנציאל הכבידתי ב-B הוא גדול יותר מאשר ב-A. B פולטת כמות אנרגיה כלשהי לעבר A.
אם ניישם את עקרון השקילות למצב הזה, אז במקום S שהיא נמצאת בשדה כבידתי הומוגני, נוכל לדמיין את S’, מערכת חופשית משדות כבידתיים, אבל היא נעה בתאוצה אחידה בכיוון Z. על ציר ה-Z שלה ישנן שתי מערכות: A ו-B. המערכת B שולחת אנרגיה לעבר A ואנחנו מביטים על התהליך ממערכת נוספת אינרציאלית. ככה נוכל ליישם את תורת היחסות הפרטית. במבטנו זה מגיעים למסקנה שהאנרגיה שמגיעה ל-A היא גדולה יותר מאשר האנרגיה שנמדדת באותם האמצעים בדיוק, אבל שנפלטה על ידי B.
עכשיו ביחסות הפרטית עקרון דופלר קשור להאטת הזמנים. נבחן שוב פעם את שתי המערכות A ו-B על הציר של המערכת המאיצה. מערכת B מקרינה לעבר מערכת A. הקרינה מגיעה ל-A כאשר תדירותה ביחס לשעון של A היא שונה מהתדירות שבה היא נשלחה מ-B. התדירות היא גבוהה יותר.
אינשטיין שוב יישם את עקרון השקילות למערכות S’ ו-S ואותו הדבר צריך להיות תקף למערכת S בשדה כבידה הומוגני. ולכן אם בפוטנציאל כבידתי מסוים ב-B קרן אור נפלטת לעבר A בתדירות מסוימת – ביחס לשעון שממוקם ב-B – היא תגיע בתדירות שונה ל-A, ביחס לשעון שממוקם ב-A.
אינשטיין חישב את הפוטנציאל הכבידתי של B מנתוני התדירות והפרש הגובה בין A ל-,B כאשר הפוטנציאל הכבידתי ב-A הוא אפס. והוא הניח שמה שהוא קיבל עבור השדה הכבידתי ההומוגני תקף גם עבור צורות שדה אחרות. מכאן הוא קיבל את היחס בין התדירות שנשלחה ב-B לתדירות שנתקבלה ב-A: התדירות שנתקבלה ב-A שווה לתדירות ש-B שלח ועוד התדירות ש-B שלח כפול הפרש הפוטנציאל הכבידתי חלקיי מהירות האור בריבוע.
ממשוואה זו אינשטיין הסיק את אפקט ההסחה לאדום הכבידתית. נניח ש-B ממוקם בשמש והוא פולט שם אור שמגיע לכדור הארץ ב-A. אנחנו מודדים את התדירות של האור. הפרש הפוטנציאל הכבידתי השלילי בין פני המשטח של השמש וכדור הארץ מחושב. ולכן הקווים הספקטראליים של אור השמש לעבר כדור הארץ צריכים להיות מוזזים לעבר האדום. אינשטיין חישב את כמות הזזה המדויקת: הפרש הפוטנציאל הכבידתי חלקיי מהירות האור בריבוע.
הדוגמה עם המעלית אינה נכונה.
הצופים על תקרת המעלית ועל רצפתה נמצאים בדיוק באותה תאוצה ושעוניהם יישארו מתואמים.
זה שונה משדה גרביטציה שבו כאשר מתרחקים מן המסה שיוצרת אותו חווים שדה חלש יותר.
זה מקרה פרטי של מה שנקרא כוחות גיאות – כוחות שקיימים בשדה כבידה ואינם קיימים בגוף מואץ (הבדל אחר טמון בכיווני הכוח בנקודות שונות במעלית. אם היא מאיצה – הכוחות הנחווים בנקודות השונות מקבילים. אם היא בשדה גרביטציה הכוחות מכוונים למרכז המסה היוצרת את הגרביטציה ולכן אינם מקבילים)
רוב המאמר מוקדש לניסוי מחשבתי זה ולא לידיעה עצמה – וחבל.
ביחס לניסוי עליו מדווח המאמר, כדאי לעמוד על הנקודה הבאה:
אור שמקורו מאחרי צביר הגלקסיות לא יכול לשמש אותנו בניסוי שנערך כי אור זה חווה את הגרביטציה בשני הכיוונים וההשפעות מנטרלות זו את זו.
רק ההבדלים בין אור המגיח מגלקסיות שבמרכז הצביר לבין זה שמגיע מגלקסיות שמרוחקות מן המרכז יכולים לשמש לאישוש תורת היחסות ואם קוראים את המאמר המקורי רואים שזה מה שאכן נעשה.
מרתק, תודה.