סיקור מקיף

פיסיקאים טוענים כי גילו מה התרחש לפני המפץ הגדול

מודל מתמטי חדש שפותח באוניברסיטת פנסילבניה איפשר לחשב טוב יותר מה היה לפני המפץ הגדול – מסתבר שהיה יקום שהתכווץ

גילויים חדשים אודות יקום אחר שקרס ונראה כי הוליד את היקום שבו אנו חיים, הוכרזו בגליון ה-1 ביולי בגרסה המקוונת של כתב העת נייצ'ר פיסיקס, והיא גם תופיע בגרסה המודפסת של המגזין בגליון אוגוסט.

"המחקר שלי מציג מודל מתמטי חדש שנוכל להשתמש בו כדי לגזור פרטים חדשים אודות תכונות המצב הקוונטי בעת מעבר דרך ניתור גדול (Big Bounce), המחליפה את הרעיון הקלאסי של המפץ הגדול כתחילת היקום" אומר מרטין בוג'וואלד, פרופסור לפיסיקה באוניברסיטת מדינת פנסילווניה (פן סטייט). מחקרו של בוג'וואלד גם מעלה השערה כי אף שניתן ללמוד אודות תכונות רבות של היקום המוקדם, אנשים יהיו תמיד לא בטוחים אודות כמה מהתכונות הללו מכיוון שחישוביו חושפים תכונה המכונה "שכחה קוסמית" כתוצאה מהכוחות הקוונטיים העצומים שאירוע בקפיצה הגדולה. הרעיון לפיו היקום נוצר במפץ גדול היתה מחסום גדול בניסיונות המדעיים להבין את מקור היקום המתפשט שלנו, אף כי מודל המפץ הגדול נחשב מזה זמן רב על ידי הפיסיקאים למודל הטוב ביותר. כפי שתואר על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, מקור המפץ הגדול הוא בנקודה הסינגולרית שבה היה נפח היקום אפס, אך הוא גם הכיל צפיפות אינסופית וכמות גדולה עד אינסוף של אנרגיה.

כעת בכל אופן, טוענים בוג'וואלד ופיסיקאים אחרים בפן סטייט כי הם חוקרים טריטוריה שלא היתה מוכרת אפילו לאיינשטיין – הזמן שלפני המפץ הגדול – תוך שימוש במודל מתמטי של מכונת זמן המכונה לולאת כבידה קוונטית (Loop Quantum Gravity). תיאוריה זו, המשלבת את תורת היחסות הכללית של איינשטיין עם משוואות הפיסיקה הקוונטית שלא פותחו עדיין בימיו של איינשטיין. זהו התיאור המודל המתמטי הראשון המייסד באופן עקבי את תורת הקפיצה הגדולה ומביאה למסקנות אודות תכונותיו של היקום המוקדם יותר שממנו הסתעף. עבור המדענים, הניתור הגדול פתח סדק בגדר בין שני היקומים – שאנו רואים כמפץ הגדול.

"תורת היחסות הכללית של איינשטיין איננה כוללת את פיסיקת הקוונטים שחייבים לשלב את משוואותיה כדי לתאר את האנרגיות הקיצוניות ששלטו ביקום שלנו במהלך השלבים המוקדמים מאוד של התפתחותו" מסביר בוג'וולד, "ואולם כעת הגענו לתיאורית לולאת הכבידה הקוונטית, תיאוריה הכוללת את פיסיקת הקוונטים".

לולאת הכבידה הקוונטית פותחה לראשונה במכון לפיסיקה וגיאומטריה של כבידה בפן סטייט, וכעת היא משמשת כגישה מובילה בנסיון לאחד את תורת היחסות הכללית ואת פיסיקת הקונטים, טוען בוגו'וולד. המדענים משתמשים בתיאוריה הזו כדי לעקוב אחר היקום אחורנית בזמן ומצאו כי בנקודת ההתחלה שלו הנפח של היקום היה זעיר אך לא אפס ושהאנרגיה היתה מרבית אך לא אינסופית. כתוצאה ממגבלות אלו, ממשיכות משוואות התיאוריה לייצר תוצאות מתמטיות תקפות גם לאחר נקודה זו הנחשבת בפיסיקה הקלאסית כמפץ הגדול, ומספקת למדענים חלון לתקופות שלפני המפץ הגדול.

"תורת הקוונטים מעידה על כך שלמארג הזמן-חלל יש מבנה גיאומטרי הנשזר באריג החד ממדי של תורת הקוונטים. מארג זה נקרע באלימות תחת התנאים הקיצוניים הנשלטים בידי מכניקת הקוונטים בקרבת הניתור הגדול, וגורמים לכבידה להפוך לדחיה, כך שבמקום להעלם אל האינסוף כפי שחוזה תורת היחסות הכללית של איינשטיין, היקום מנתר לאחור במעין ניתור גדול ומוליד מתוכו את היקום המתפשט שאנו חווים כיום. התיאוריה חושפת יקום שהתכווץ לפני המפץ הגדול, עם מארג חלל-זמן שאחרת היה דומה לזה שאנו מכירים ביקום של היום.

בוג'וולד מצא כי עליו ליצור מודל מתמטי חדש שישתמש בתורת לולאות הכבידה הקוונטיות כדי לחקור את היקום לפני הניתור הגדול בדיוק רב יותר. "היה צורך לפתח מודל מדויק יותר בתוך תורת לולאת הכבידה הקוונטית, מודל שיהיה עידן יותר מהשיטות הנומריות הקיימות, הדורשות הערכות בזו אחר זו של הפתרונות ומספקת תוצאות שאינן כלליות ושלמות כפי שהיינו מבקשים" מסביר בוג'וולד. הוא פיתח מודל מתמטי המספק פתרונות אנליטיים מדויקים באמצעות פתרון מספר משוואות מתמטיות.

בנוסף להשגת הדיוק, המודל של בוג'וולד גם קצר בהרבה. הוא ניסח מחדש את המודלים של הכבידה הקוונטית תוך שימוש בתיאור מתמטי שונה, שלדבריו הופך לאפשרי את הפתרון המדויק של המשוואות וגם מאפשר לפשט את התהליך. "המודלים הנומריים המוקדמים נראו מורכבים בהרבה, אך הפתרונות שלהם נראו נקיים מאוד, דבר שרמז על קיומם של מודלים פשוטים יותר" אמר.

בוג'וולד הגיע למסקנות מעניינות נוספות לאחר שגילה כי לפחות אחד הפרמטרים של היקום הקודם לא שרדו את המסע דרך הניתור הגדול ולפיכך היקום העוקב (שלנו) עשוי להיות העתק לא מושלם של קודמו. "החזרה של יקום זהה לחלוטין נראית כנמנעת בשל התכונה הבלתי נמנעת של השכחה הקוסמית.

המחקר מומן בחלקו בידי הקרן הלאומית למדע.

לידיעה על המחקר באתר אוניברסיטת מדינת פנסילבניה

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

34 תגובות

  1. לפני כשלושים שנה הרהרתי רבות בנושא הביג באנג והגעתי למסקנה שהיה חייב להיות כוח חזק שיגרום לbig band להתקיים. מכאן ,סברתי כי קיימת מחזוריות
    בנושא זה . מכאן, שלפני הביג באנג היה קוסמוס שהתכווץ עד שקרס והקריסה גרמה למפץ הגדול .עלי לציין כי אינני מדען.
    כתבתי באותה תקופה לכמה מדענים בארץ ורובם לא השיבו לי. מי שהשיב כתב לי שהתיאוריה זהעליתי איננה התיאוריה המקובלת .כיום ישנם מדענים שמסתמכים
    על תורת הקוונטים וטוענים שתיאוריה סו נכונה. אשמח לשמוע תגובות מאנשי מדע
    שעוסקים בתחום.

  2. טוב.
    קבלתי גם את תשובתו לעצם השאלה בה פירט מספר דברים על מצב התאוריה אבל בגדול הוא המליץ לי לצטט את ויקיפדיה:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bounce

    עולה משם שהנושא עוד בשלבים ראשוניים וספקולטיביים וקשה לחוות אודותיו דעה נחרצת.

  3. שלחתי לו את השאלה ומסתבר שטעיתי בקרוב ל 170 מייל.
    הוא שלח לי הוראות נסיעה מאוניברסיטת פנסילבניה (UPENN) לאוניברסיטת המדינה של פנסילבניה (Penn State ).
    בקשתי שבכל זאת יספר לי אם יש משהו שהוא יודע על הנושא.

  4. רוח רפאים:
    אין לי כל מושג.
    אנסה לשאול חבר שלי שהוא פרופסור בפן סטייט (האוניברסיטה שבה מדובר) שמתמחה בתחומים קרובים (בעיקר בתורת המיתרים) ואם יהיה לו מה לומר – אבקש ממנו רשות לפרסם את דבריו כאן.

  5. מכאל
    האם יש לך מושג כלשהו בקשר לנכונות הדברים במאמר (התאוריה של בוג'וולד)?

  6. רגע, אז זה אומר שהיקום חוזר על עצמו כל פעם שהוא מת? וכל פעם הכל אותו דבר וכל מה שקורה עכשיו יקרה עוד פעם ועוד פעם עד אין סוף?

  7. לא הבנתי כמעת כלום!
    לא הבנתי בעיקר 3 דברים:
    3) מה זה הניתור הזה לעזזל!! (איחשהוא הבנתי, אבל רק כצת).
    2) כל הזמן מוזכרת התאוריה של"לולאת הכבידה הקוונטית", אבל לא ברור לי מה זה, איך גילו את זה ואיך זה מאפשר "ללכת" אחורה בזמן.
    1) עד שלא יוסבר איך גילו את זה, למה חושבים שזה נכון ומה יש בטאוריה זו שאין באחרות, יהי לי כשה להאמין שיש אמת בדברים האלה.
    במילים אחרות: אי-אפשר להציג תאוריה שלמה כעובדה וכ-"ככה זה וזהו-זה"!

  8. ליאיר
    תגובתך נכונה ! אך מוטעית ! (לא, זאת לא טעות)
    נכונה – כי המדע במהותו, מעמיד תאוריות הניתנות להפרכה, הן ע"י תגליות ניסויות והן ע"י שיקולים עיוניים-מתמאטיים.
    שגויה – כי מובנת מתגובתך גישת "אנטי" לשיטה המדעית, ואף כי לא אמרת זאת במפורש, נראה כי אתה דוגל בשיטה הדתית הגורסת כי העולם as-is נברא ע"י אלוהים ב 6-7 ימים וכל הידע אודות העולם כתוב בתורה. אתה רק מיתעלם מהשגי המדע והצלחותיו…..

  9. הרעיון הגדול והחידוש במחקרו של בוג'וולד,להבנתי, הוא שהיקום בזמן 0=t היה בנפח גדול מאפס ! והצפיפות
    (חומר ואנרגיה)היתה בעלת ערכים סופיים. השאלה היא כעת, על איזה סדרי גודל של נפח,מסה ואנרגיה מדובר ?
    מה שיפה ברעיון בוג'וולד הוא: א)זה מסתדר טוב עם האינטואיציה האנושית (שלי לפחות) שמסה ואנרגיה לא ניתנים ל"דחיסה" לנקודה סינגולרית (במובן המתמאטי של מושג הנקודה). ב)שזה נובע משיקולים תאורטיים-מתמאטיים, דהיינו מתוך המודל המתמאטי ולא משיקולים "הגיוניים". מתוך הנ"ל עולה השאלה הבאה : האם ניתן להפעיל את המודל הנ"ל גם לגבי חורים-שחורים ? דהיינו האם גם בחור שחור יש גרעין של חומר בעל צפיפות סופית וממדים סופיים שהם קטנים מממדי אופק הארועים של החור השחור ? דומני שיש למודל בוג'וולד השלכות מרחיקות לכת לא רק במחקר הקוסמולוגי אלא גם באסטרופיזיקאלי.

  10. כמה נקודות על פי סדר המגיבים שאחרי:

    לאבי ביליזובסקי: בהחלט שווה להביא כתבה כזו לכאן. אני לא מבקר את הידען או אותך כעורך שלו. מה שמפורסם בנייצ'ר או בעיתון מדעי אחר בהחלט יכול לקבל כאן במה והדבר נכון ומעניין. הביקורת לא על הפירסום כאן כי אם על המחקר עצמו. הפרסום כאן דווקא האיר את עיני ועל כן אני מודה לך.

    ד.פרץ: אני לא מתנגד לאף מילה שלך. יש טעם בדבריך (אגב, כולל העניין עם המפלצת ואלביס) ואני לא טוען שיש לאסור או להפסיק לממן מחקרים איזוטריים. מה שמפליא אותי זה שדווקא מחקר סופר איזוטרי כזה נמצא בקדמת המדע ומקבל תקציבי ענק על חשבון דברים מעט פחות סקסיים.

    סבדרמיש יהודה: איתך אני מסכים ולא מתוך הבנה של החומר כי אם מנקודה אחרת דווקא. בסופו של דבר האינטרפטציה המדעית או האינטרפטציה בכלל עוברת סינון חושי ומוחי של בני האדם. זו לא טענה שלי ונראה לי שייום טען אותה בעבר. המדע הוא נושא רציני ואני כאיש מדע מבין זאת. יחד עם זאת יש לזכור ולהזכיר להמון (שמממן את המחקר הזה) כי היחס הרציני מדי כלפי ממצאים לכאורה שכאלה הוא מגוחך. כשאתה מעמיד בניין על פי חוקי פיזיקה עשית משהו מתקבל על הדעת – יהיה המדע מאחוריו נכון או לא, מדוייק או פחות – זה לא כל כך משנה. הבנין עומד. אבל כשמדובר במדע מטפיזי כמו המודלים הללו (מודלים!! לכל הרוחות! זה ממצא בכלל? זה מודל! זה אופציה) ועוד כשמדובר, כפי שאומר סבדרמיש יהודה במקום בלתי נגיש… הרי שכל העסק מריח מפוקפק מאוד. יחד עם זאת, אם לחזור לד. פרץ יש תמיד מקום למחקר ושאילת שאלות. רק שראוי גם להנחות את הציבור לקחת את המדע בפרופורציה הנכונה שלו

    עמי בכר

  11. חוקיי הפיזיקה לא נימדדו אף פעם בסביבת נקודה סינגולרית לכן אי אפשר לקבוע את נכונותם בסביבת הנקודות הסינגולריות לכן כל מה שנכתב במאמר הוא מצוץ מן האצבע ולא מבוסס לחלוטין. כלומר , לא רק שאי אפשר לדעת מה קרה לפני המפץ הגדול, אלא שגם אי אפשר לדעת מה קרה סמוך למפץ הגדול!!!!!!!!
    נקודה.
    סבדרמיש יהודה

  12. ממה שהבנתי, לא הכרחי שהיקום תמיד מתנהג כמו קפיץ. היקום הקודם קרס עד לממדים בהם המשוואות מראות שהכבידה משנה את כיוונה ולכן "התפוצץ" חזרה. אבל לא הכרחי שתסריט זה יחזור על עצמו משום ש"לפחות אחד הפרמטרים של היקום הקודם לא שרדו את המסע דרך הניתור הגדול". יתכן כי בכך מוסבר השוני בין היקום הנוכחי לקודמו – הנוכחי מאיץ התפשטותו וצפוי להתפשט עד אין קץ.
    תקנו אותי אם אני טועה. בכלל היה נחמד אם איזה פרופסור לפיזיקה ירחיב קצת בנושא באתר נפלא זה 🙂
    ולאבי-תודה רבה שפירסמת את המאמר!

  13. אני חייב להבהיר..אני לא שותף להתקפה ולגיחוך על המדע!! התאורייה הזאת כמו אלפי אחרות לגיטימית כמו הביקורת עליה (ואולי הביקורות בעתיד) כמו גם היתכנות שתימצא נכונה בעתיד אחרי בדיקות (ניסויים בתחום הזה כמעט בלתי אפשריים) מכיוונים שונים ..הכל ייתכן !
    כי אותו לעג אפשר למרוח על כל תאורייה מדעית אחרת לדוגמא תורת המיתרים או תורת היחסות הוותיקה !! המדענים מנסים בכלים שיש להם לנסות ולהבין איך הכל התחיל ואיך הטבע עובד ולאן אנחנו צפויים להגיע ומה קורה בעומק היקום וכו ..ובלי תאורייה תהיה מגוחכת בהתחלה ככל שתהיה זה יהיה מדע עיוור היורה בחלל ריק !!
    הביקורת שלי נגעה בצורה עניינית ככל שיכולתי מבחינת ההבנה המוגבלת שלי במדע ועם עקיצות קלות ולא בדרך של לשפוך את התינוק עם כל התאוריות והישגי המדע הרבים מספור בלעדיהם חיינו יחזרו לימי הברונזה המחלות ועבודת כפיים!
    ואגב המפלצת מלוך נס נראתה מקשיבה לאלביס ששר וניגן על סירה באגם וסביבם היה ערפל מהביל ..לשיר קראו "נסי שובי הבייתה" !!

  14. בוא נגדיר זאת כך – אילו היה מאמר כזה מתפרסם בעיתון פופולארי, ספק אם הייתי מתייחס אליו אבל מכיוון שהופיע באחד הפרסומים הקשורים לנייצ'ר (ביקורת עמיתים) ומכיוון שמומן בחלקו על ידי ה-NSF, לפחות כתבה בידען הוא שווה?

  15. מדהים באיזה רצינות שאנשי מדע, כמו גם הציבור, מתיחסים למאמבו ג'אמבו וודו שכזה. מודל? מתמטי?? לולאת כבידה??? כולם התחלקו על השכל?

    חבל את כל הכסף הזה שנתנו למחקר המוזר הזה שעומד בקדמת המדע ויקבל עוד תקציבים לרוב לא הפנו לעבר משהו קצת יותר הגיוני. למשל מציאת המפלצת מלוך נס.

  16. אני מתקשה לקבל נפח או מרחב גדל !! המרחב חייב להיות קיים קודם ורק החומר מתפשט בתוכו ! איך אפשר בכלל להוכיח כי המרחב הזה לא היה שם קודם?? אם החומר לא משתנה ונשמר גודלו כל הזמן על אחת כמה וכמה המרחב רק שבמקרה של מרחב ההתכווציות או ההתפשטות או כל התרחשות פיזיקלית מתרחשות בו ולכן הוא נתון לא משתנה וקבוע שרק לעינינו יכול להיראות כמתכווץ או מתפשט..ניקח את הדוגמא של הבלון המתנפח וכביכול מגדיל את המרחב בתוכו , ניתן בקלות לשכוח כי המרחב הפנימי גדל במרחב החיצוני אשר בלעדיו הבלון לא יתנפח! אם למשל יהיה בתוך קופסה עם מרחב נתון אזי מידת התנפחותו תתאים לגודל הקופסה גם אם הבלון יכול להתנפח פי עשר מכך !!
    אז אם המרחב הוא נתון קבוע (היכול לגדול על חשבון מרחב חיצוני ליקום ולא מעצמו) ומבחינתי האנרגיה האפלה והחומר האפל הם השחקנים הראשיים בבריאת היקום (כל יקום הדומה לשלנו ) והחומר כולל אותנו הוא תוצר הבריאה ורצונות שני אלה ..לכן ניתור החתול של היקום נשמע מופרך כתאורייה שלמה ולא ברור על איזה קושיות הוא בא לתרץ..כי מנסיון כל עוד לא יודעים מה היו השאלות קשה להבין את התשובות ולכן לא ברור מדוע הגיע למסקנה כי יש צורך בניתור של היקום לאחור!! ומי ניתר ראשון? החומר? המרחב? החומר האפל? או האנרגיה האפלה הקדימה את כולם!!
    כמו שהמפץ הגדול לא הסביר את התפשטות היקום בפרוטרוט וייתכן והיו כמה מפצים (ועוד יהיו?) כך הניתור מדלג מעל למציאות ונראה לי כי לא יישאר ממנו הרבה בעוד כמה שנים(יש לי חוש לדברים האלה!)! ותאמינו לי שאם היה מדובר במשהו חדש המדבר להגיוני הייתי תומך בו מיידית ..וזה קרה בעבר בכל מיני תחומים !!
    הניתור הזה לא מדבר אליי ואני לא מבין את הצורך בו ועל מה זה אמור לענות !!
    חוץ מזה כל תאורייה בנושא היקום שלא תכלול את שלושת מרכיביו דהיינו האנרגיה האפלה החומר האפל והחומר הנראה..תהיה חסרונית ומקומית בלבד ולא תתאר באמת את היקום האמיתי !!

  17. מעניין מאד…. עד עכשיו טענתם (המדענים) שאין משמעות לשאלה "מה היה לפני המפץ הגדול" משום שלפני המפץ הגדול המושג "זמן" עדיין לא היה קיים ולכן גם לא היה "לפני", ופתאום הפלא ופלא מתברר שכן היה לפני….. אז איפה האמינות שלכם? כל שני וחמישי אתם משנים את דעותיכם?

    כנ"ל לגבי מהירות האור, עד היום המדענים טענו כל הזמן שלא ניתן לעבור את מהירות האור, אך למרבה הפלא ראיתי לא מזמן תוכנית בערוץ דיסקברי וטענו שם שאחד המדענים הצליח להעביר מידע דיגיטלי של מוסיקה בין שני מקומות (משדר ומקלט) במהירות שגדולה פי 5 ממהירות האור! אז אולי תחליטו כבר………?

  18. לבוריס:
    לגבי החלק השני של השאלה שלך: אני חושב שהכוונה היא לכך, שהיקום מתנהג בצורה אלסטית (כמו קפיץ). כלומר עכשיו היקום נמצא בשלב של האצה, אך בשלב מסויים תהיינה האטה, עד שמהירות התפשטות תעבור את 0 לצידו השני.

  19. מעניין מאוד, תודה על הכתבה.

    בפיסקה השלישית מהסוף, האם כשנכתב
    "מארג זה נקרא באלימות תחת התנאים"
    הכוונה הינה ל'נקרע' ולא 'נקרא'?

  20. קראתי משהו דומה בהארץ לפני כמה זמן, למען האמת הטקסט הנוכחי הרבה יותר מובן עם כי המושג "הניתור הגדול" איננו מובן כל כך, האם הכוונה היא למודל האינפלצאוני?

    איך המודל הכבידה הקוונטית הזה מתמודד עם התצפית לפיה היקום מאיץ את התפשטותו ולא מתכווץ, מה שהופך את המודל של יקום מתכווץ ומתרחב חזרה לקצת בעייתי.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן