חידת האנרגיה האפלה

מדוע התפשטותו של היקום מאיצה? גם אחרי שני עשורים של מחקר התשובה עדיין מסתורית, אבל השאלות נעשו ברורות יותר

חידת האנרגיה האפלה, המסתורין של מדוע התפשטותו של היקום מאיצה, היא אגוז קשה לפיצוח. צילום: NASA and A. Riess (STScI), CC BY.
חידת האנרגיה האפלה, המסתורין של מדוע התפשטותו של היקום מאיצה, היא אגוז קשה לפיצוח. צילום: NASA and A. Riess (STScI), CC BY.

מאת אדם ג' ריס, מריו ליביו, הכתבה מתפרסמת באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל ורשת אורט ישראל

  • לפני כמעט 20 שנה מדענים גילו שהתפשטותו של היקום מואצת. הגורם להאצה הזאת מכונה "אנרגיה אפלה".
  • על אף שמאז התגלית נערך מחקר מאומץ בתחום, גם היום איננו יודעים מהו טבעה או מקורה של האנרגיה האפלה. אבל המחקר הזה חשף כמה שאלות: מדוע גודלה של האנרגיה האפלה נמוך הרבה יותר ממה שחוזה התיאוריה? מה המשמעות של הגודל הנמוך הזה לעתידו של היקום? האם קיומה של האנרגיה האפלה יוביל אותנו למסקנה שהיקום שלנו הוא רק אחד מאינסוף יקומים בתוך רב־יקום?
  • באמצעות כמה ניסויים שנערכו בתקופה האחרונה וניסויים שצפויים להיערך בקרוב מקווים המדענים לקבל תשובות על השאלות האלה בשנים הבאות.

היקום גדל בכל שנייה: הגלקסיות מתרחקות זו מזו, צבירי הגלקסיות מתרחקים זה מזה, והמרחב הריק עצמו מתרחב והולך. העובדות האלה היו ידועות כבר בשנות ה-20 של המאה הקודמת, כשאדווין האבל ואחרים גילו שהיקום מתפשט. אבל לא מזמן גילו אסטרונומים שתהליך ההתפשטות עצמו מאיץ, כלומר שקצב ההתפשטות של היקום הולך ועולה, כך שברגע זה הגלקסיות מתרחקות זו מזו מהר יותר מכפי שעשו לפני רגע.

זו המסקנה המטלטלת שאליה הגיע אחד מאִתנו (ריס) ב-1998, כשערך, יחד עם קבוצת חוקרים שאותה הוביל במשותף עם בריאן שמידט מן האוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה, מדידות של התפוצצויות של סופרנובות מרוחקות. הממצאים של קבוצתם של ריס ושמידט עלו בקנה אחד עם ממצאיה של קבוצה אחרת, בהובלתו של סול פרלמוטר מן האוניברסיטה של קליפורניה בברקלי, שהשתמשה בשיטה דומה ופרסמה גם היא את תוצאות המחקר שלה באותה שנה. המסקנה הייתה בלתי נמנעת: משהו גורם להתפשטות היקום להאיץ. אבל מהו המשהו הזה?

אנו מכנים את אותו גורם מסתורי היוצר את כוח הדחייה שמותח את המרחב בשם "אנרגיה אפלה". אחרי כמעט שני עשורים של מחקר, לא ידוע הרבה יותר על המהות הפיזיקלית של האנרגיה האפלה ממה שהיה ידוע לפני 18 שנה. למען האמת, תוצאותיהן של התצפיות האחרונות אפילו מסבכות את התמונה עוד יותר, מפני שהן שונות ממה שצפו התיאוריות המובילות.

אנו נותרים אפוא עם כמה שאלות דוחקות: מה היא האנרגיה האפלה? מדוע היא חלשה הרבה יותר מכפי שצופות התיאוריות הפשוטות ביותר (ועדיין חזקה דיה כדי שנוכל להבחין בהשפעות שלה)? מה תהיה השפעת האנרגיה האפלה על עתידו של היקום? ולבסוף, האם ייתכן שמאפייניה המוזרים של האנרגיה האפלה רומזים שהיקום שלנו קיבל את תכונותיו באקראי, כלומר שבעצם היקום שלנו הוא רק אחד מתוך אוסף עצום של יקומים אחרים, כל אחד בעל תכונות אחרות ובעל עוצמה אחרת של אנרגיה אפלה?

כרגע מתרחשת מתקפה בכל החזיתות כדי להבין את טבעה של האנרגיה האפלה ויש סיכוי גבוה שכמה פרויקטים תצפיתיים יביאו בקרוב להתקדמות ניכרת. במהלך העשור הבא אנו מקווים להצליח להתחיל לענות על השאלות שנשאלו כאן ולפצח את חידת ההאצה הקוסמית – או שניאלץ להשאיר כמה חידות בלתי פתורות לפרק זמן לא ידוע.

מהי האנרגיה האפלה?

מדענים העלו כמה השערות על אודות הכוח המניע את ההאצה בהתפשטות היקום. ההשערה המובילה קשורה לתכונותיו של המרחב עצמו. לפי תורת הקוונטים, המרחב הריק אינו "לא כלום" אלא הוא שוקק פעילות: אינספור זוגות המורכבים מחלקיק ומאנטי-חלקיק "וירטואליים" נוצרים באופן ספונטני ומתאיינים בתהליך שאורך פרק זמן זעיר לאין שיעור. מוזר ככל שיישמע, ים זוגות החלקיקים הזמניים האלה נושא עמו אנרגיה, ואנרגיה, בדיוק כמו מסה, מייצרת כוח כובד. אך בניגוד למסה, אנרגיה יכולה ליצור גם כוח כובד מושך וגם כוח כובד דוחה, כתלות בשאלה אם לחץ האנרגיה חיובי או שלילי. לפי התיאוריה, לחץ האנרגיה של המרחב הריק הוא שלילי ולכן הוא יכול להיות המקור לכוח הכובד הדוחה שדוחף את האצת התפשטות היקום.

הרעיון הזה שקול לקבוע הקוסמולוגי שאיינשטיין הוסיף למשוואות תורת היחסות הכללית שלו, המייצג צפיפות אנרגיה קבועה שמפוזרת במרחב כולו. כפי ששמו מרמז, השערת הקבוע הקוסמולוגי מניחה שצפיפות האנרגיה האפלה קבועה, כלומר אינה משתנה, במרחב ובזמן. עד כה, הממצאים האסטרופיזיקליים שבידינו מוסברים היטב על ידי השערת הקבוע הקוסמולוגי, עם סטיות קלות בלבד.

הסבר חלופי הוא שהאנרגיה האפלה היא שדה אנרגיה יסודי ביקום בדומה לאֶתֶר בפילוסופיה היוונית (האתר היה היסוד החמישי בפילוסופיה היוונית, זה המרכיב את הספירה של העולמות העליונים, אלה שמעבר לספירות הארציות שמורכבות מארבעת היסודות הקלאסיים). השדה המשוער הזה מצוי בכל נקודה במרחב ומעניק לו תכונות שמתנגדות לכוח המשיכה הכובדי. שדות הם דבר מוכר בפיזיקה: הכוחות המוכרים לכולנו של חשמל, של מגנטיות ושל כבידה מתוארים באמצעות שדות (אם כי השדות האלה נוצרים ממקורות בעלי מיקום מוגדר, כמו למשל חלקיקים, בניגוד לשדה האנרגיה המשוער שמקורותיו פזורים במרחב כולו).

אם האנרגיה האפלה אכן נובעת משדה, עוצמתה יכולה להשתנות בזמן. במקרה כזה, ייתכן שעוצמת האנרגיה האפלה הייתה חזקה יותר או חלשה יותר בעבר, ולכן ייתכן שהיו לה השפעות שונות על מבנה היקום בזמנים שונים. כמו כן, ייתכן ששינויים עתידיים בעוצמת האנרגיה האפלה יובילו לשינויים בהתפתחות היקום. בגרסה של תיאוריית השדה של האנרגיה האפלה המכונה מודל השדה הקופא, האנרגיה האפלה משתנה יותר ויותר לאט ככל שחולף הזמן. לעומת זאת, בגרסה של התיאוריה המכונה מודל השדה המפשיר, האנרגיה האפלה משתנה באִטיות בשלבים מוקדמים של היקום ואז משתנה יותר ויותר מהר ככל שחולף הזמן.

יש גם אפשרות שלישית למקורה של האצת התפשטותו של היקום: אין שום אנרגיה אפלה, והקצב ההולך וגובר של התפשטות היקום מקורו בפיזיקה שאינה מוסברת על ידי תורת הכבידה של איינשטיין (תורת היחסות הכללית) מפני שזו אינה שלמה. ייתכן שבטווחים גדולים באופן קיצוני, כמו למשל כשמדובר על גודלם של צבירי גלקסיות או אפילו של היקום כולו, כוח הכובד פועל בדרך אחרת ממה שחוזה התיאוריה הנוכחית. כמה פיזיקאים הציגו רעיונות תיאורטיים מעניינים המתארים התנהגות כזאת של כוח הכובד, אבל אין שום תיאוריה עקבית שמסבירה את כל התצפיות, כך שכרגע נראה שידה של האנרגיה האפלה על העליונה. (רעיונות מוקדמים יותר, כמו זה שההאצה הקוסמית היא תוצאה של פיזור חומר לא שווה ביקום או של פגמים גאומטריים במבנה המרחב עצמו, אינם עולים בקנה אחד עם המידע התצפיתי.)

מדוע האנרגיה האפלה חלשה כל כך?

אף אחד מן ההסברים המוצעים לאנרגיה האפלה אינו מספק. למשל, השערת הקבוע הקוסמולוגי חוזה שעוצמתה של האנרגיה האפלה צריכה להיות גדולה הרבה יותר מכפי שהיא באמת. כשסוכמים בפשטנות את האנרגיות של כל המצבים הקוונטיים שבהם יכולים להימצא אותם זוגות של חלקיק ואנטי-חלקיק וירטואליים שהזכרנו קודם לכן, מתקבלת תוצאה שגדולה ביותר מ-120 סדרי גודל מן הגודל הנצפה במציאות. אם עורכים את החישוב תוך כדי התחשבות בתיאוריות שלא קיבלו אישוש מתצפיות אמפיריות כמו, למשל, סופר-סימטריה – תיאוריה המניחה שלכל חלקיק שאנו מכירים ביקום קיים חלקיק מקביל כבד יותר שעדיין לא התגלה – מקבלים תוצאה נמוכה יותר, אבל עדיין עם הבדל של עשרות סדרי גודל ביחס לגודל הנמדד. אז אם אכן מקורה של האנרגיה האפלה הוא באנרגיה של המרחב הריק, נשאלת השאלה איך האנרגיה של המרחב הריק היא בפועל זעירה כל כך.

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.

התיאוריה שלפיה מקורה של האנרגיה האפלה בשדה אנרגטי יסודי כושלת גם כן בעניין הזה. התיאורטיקנים שהגו את התיאוריה פשוט מניחים, בלי לספק שום הסבר להנחתם, שמינימום האנרגיה הפוטנציאלית של שדה האנרגיה הוא נמוך מאוד, כך שסך כל האנרגיה האפלה שמפוזרת במרחב כולו נמוך מאוד גם הוא. זאת ועוד, התיאוריה הזאת דורשת שחוץ מכוח הכובד הדוחה, שאר פעולות הגומלין בין השדה האנרגטי המוצע ובין כל שאר הדברים ביקום יהיו מינימליות, וזו דרישה שקשה להסביר. הבעיות האלה מקשות על הכללתה של השערת שדה האנרגיה האפלה בתוך המודלים המקובלים של פיזיקת החלקיקים.

מה זה אומר על עתיד היקום?

תכונותיה של האנרגיה האפלה יקבעו את גורלו של יקומנו. למשל, אם האנרגיה האפלה היא אכן האנרגיה של המרחב הריק (הקבוע הקוסמולוגי), ההאצה תימשך לעד. כתוצאה מכך, בעוד כטריליון שנה, כל הגלקסיות שאינן שכנותיה הקרובות ביותר של הגלקסיה שלנו (כלומר, קבוצת הגלקסיות המקומית, שבטווח זמן הזה כבר תתמזג לכדי גלקסיה אליפטית אחת עצומה) יתרחקו מאִתנו במהירות שגדולה ממהירות האור ולכן לא נוכל לראות אותן. אפילו קרינת הרקע הקוסמית – אותו אור דמדומים קדמון שנותר כשריד מן המפץ הגדול – תימתח לאורכי גל שגדולים מן היקום הנצפה כולו, כך שלא נוכל להבחין בה. לפי התרחיש הזה, אנו חיים בתקופה ממוזלת מאוד, מפני שעדיין יש לנו תמונה מצוינת של היקום.

אם, לעומת זאת, האנרגיה האפלה אינה האנרגיה של המרחב הריק אלא האנרגיה של שדה מסתורי כלשהו, אז העתיד כולו פתוח. ייתכן שלבסוף, כתלות באופן שבו יתפתח השדה, היקום יפסיק להתפשט ואז יתחיל לקרוס לתוך עצמו עד שיתכווץ לממדים שבהם התחיל במפץ הגדול. לחלופין, ייתכן שהיקום יגיע לקִצו ב"שסע גדול" שבו כל המבנים המורכבים ביקום, מצבירי גלקסיות ועד אטומים וגרעיני אטומים, ייקרעו לגזרים על ידי התפשטות אלימה של האנרגיה האפלה. וגם התרחיש הראשון שציירנו כאן, שבו היקום מאיץ לנצח עד שהוא "קופא למוות", גם הוא אפשרי במקרה של שדה אנרגיה אפלה.

תיאוריה חלופית לכוח הכובד, אם יתברר שיש צורך באחת כזאת, גם היא תאפשר כמה תרחישים לעתידו של היקום, כתלות בפרטיה הפיזיקליים.

האם ייתכן שאנו חיים ברב־יקום?

מאחר שרוב הפיזיקאים התיאורטיים סבורים שהקבוע הקוסמולוגי הוא ההסבר הנכון לאנרגיה האפלה, עוצמתה החלשה של זו הופכת להיות חידה שיש להסביר. סטיבן ויינברג מן האוניברסיטה של אוסטין בטקסס הבין שיש בעיה עם גודלה הזעום של האנרגיה האפלה עוד לפני שהתגלתה העובדה שהיקום מאיץ. כפתרון לבעיה הוא הציע מודל חדש שבו גודלו של הקבוע הקוסמולוגי אינו נקבע על ידי חוקי הפיזיקה היסודיים אלא הוא משתנה אקראי שמקבל ערכים שונים ביקומים שונים. במילים אחרות, יקומנו הוא רק אחד מאינספור יקומים ברב־יקום (multiverse), כך שהערך של הקבוע הקוסמולוגי שקיים ביקומנו הוא מקרי בלבד. ביקומים אחרים ייתכנו קבועים קוסמולוגיים בעלי ערכים גבוהים הרבה יותר, אך באלה כוח הדחייה של האנרגיה האפלה עז כל כך עד שאין סיפק בידו של החומר להתמזג לגלקסיות המכילות כוכבי לכת וחיים. מכיוון שאנו קיימים, הסיק ויינברג, הרי ברור שיקומנו חייב להיות אחד מאותם יקומים שכן יכולים להכיל חיים, כלומר יקום בעל קבוע קוסמולוגי קטן. הרעיון הזה, שבהמשך פותח על ידי חוקרים כמו אלכסנדר וילנקין מאוניברסיטת טאפטס, מרטין ריס מאוניברסיטת קיימברידג', אחד מכותבי מאמר זה (ליביו) ואחרים, נקרא בשם העיקרון האַנתרופי (אנתרופוס ביוונית הוא אדם).

מלבד ההסבר לחולשתה של האנרגיה האפלה, יש סיבות נוספות לחשוד בקיומו של רב־יקום. לפי התיאוריה של התפיחה (אינפלציה) הקוסמית, היקום עבר התרחבות אדירת ממדים במהלך שבריר השנייה הראשון לקיומו. וילנקין ואנדריי לינדה, האחרון מאוניברסיטת סטנפורד, הראו שמהרגע שהאינפלציה הקוסמית מתחילה, היא מתרחשת שוב ושוב וכך יוצרת אוסף אינסופי של "בועות" שכל אחת מהן היא יקום נפרד בעל תכונות ייחודיות לו.

נראה שרב־יקום הוא גם חיזוי של תורת המיתרים, אותה תיאוריה שהיא המועמדת הטובה ביותר שיש לנו לאיחוד כל כוחות הטבע. חישובים שבוצעו על ידי רפאל בוסו וג'וזף פולצ'ינסקי והתבססו על גרסה של תורה זו הקרויה תיאוריית M, הראו שייתכן שיש 10 בחזקת 500 יקומים, וכל אחד מן היקומים האלה מאופיין על ידי ערכים שונים של קבועי הטבע ואפילו על ידי מספר שונה של ממדים מרחביים.

אבל צריך להודות שאפילו ציון השם רב־יקום מעלה את לחץ הדם של פיזיקאים מסוימים. קשה לקבל את הרעיון הזה וקשה אף יותר לבדוק אותו באופן ניסיוני. ייתכן שבכך הגענו לקצה דרכה של השיטה המדעית כפי שהכרנו אותה, מפני ששיטה זו תובעת שהשערות מדעיות יוכלו להיבחן באמצעות ניסוי או תצפית. ואולם, ייתכן שגם השערת הרב־יקום מפיקה תחזיות שיהיה אפשר לאשש אותם או להפריכם. למשל, חלק מן המודלים של הרב־יקום חוזים שלצורתו של הזמן-מרחב יש עיקום כלשהו שייתכן שיהיה אפשר להבחין בו בתצפיות. אפשרות נוספת, אם כי צריך להודות שהיא אינה סבירה, היא שבקרינת הרקע הקוסמית יש אדוות שיעידו על ההתנגשות של יקומנו, עוד כשהיה בועה, בבועה אחרת.

למצוא תשובות

הדרך הטובה ביותר שאנו מכירים להתחיל להבין את טבעה של האנרגיה האפלה הוא למדוד את היחס בין הלחץ שהיא מפעילה (כמה היא דוחפת את המרחב) לבין צפיפותה (כמה ממנה יש בכמות מרחב נתונה). היחס הזה ידוע כפרמטר משוואת המצב ומסומן באות w. אם האנרגיה האפלה היא אנרגיית הרִיק, אז w יהיה קבוע וערכו יהיה מינוס 1. לעומת זאת, אם האנרגיה האפלה נובעת משדה שמשתנה בזמן, נצפה למצוא שערכו של w יהיה שונה ממינוס 1, ושהוא מתפתח במהלך ההיסטוריה הקוסמית. לחלופין, אם ההאצה הנצפית תיאלץ אותנו לשנות את תורת הכבידה של איינשטיין על פני מרחקים עצומים, נקווה למצוא היעדר עקביות בגודלו של w כשנצפה ביקום בקני מידה שונים.

מכיוון שהאנרגיה האפלה היא הגורם הצפוף ביותר במרחב הקוסמי, היא בעלת ההשפעה הגדולה ביותר על היקום והיא שתקבע את גורלו. אבל לא תמיד הייתה האנרגיה האפלה זו שקבעה את הדברים. המרכיבים האחרים של היקום, כמו קרינה (אור) וחומר (כולל אטומים וחומר רגיל, אבל גם חומר אפל, היו הגורמים הדומיננטיים כשהיקום היה צעיר וקטן, מכיוון שהיו צפופים הרבה יותר. ואולם, ככל שהיקום התפשט, הקרינה והחומר נעשו דלילים יותר והשפעתה של האנרגיה האפלה עלתה על השפעתם. אם צפיפותה של האנרגיה האפלה תמשיך לעלות, ייתכן שהיא תגיע לעוצמה כזאת שתקרע לגזרים את כל המבנים הקיימים ביקום. איור: Ann Feild (STScI).
מכיוון שהאנרגיה האפלה היא הגורם הצפוף ביותר במרחב הקוסמי, היא בעלת ההשפעה הגדולה ביותר על היקום והיא שתקבע את גורלו. אבל לא תמיד הייתה האנרגיה האפלה זו שקבעה את הדברים. המרכיבים האחרים של היקום, כמו קרינה (אור) וחומר (כולל אטומים וחומר רגיל, אבל גם חומר אפל, היו הגורמים הדומיננטיים כשהיקום היה צעיר וקטן, מכיוון שהיו צפופים הרבה יותר. ואולם, ככל שהיקום התפשט, הקרינה והחומר נעשו דלילים יותר והשפעתה של האנרגיה האפלה עלתה על השפעתם. אם צפיפותה של האנרגיה האפלה תמשיך לעלות, ייתכן שהיא תגיע לעוצמה כזאת שתקרע לגזרים את כל המבנים הקיימים ביקום. איור: Ann Feild (STScI).

האסטרונומים המציאו כמה דרכים עקיפות מחוכמות למדוד את הלחץ ואת הצפיפות של האנרגיה האפלה. ככוח כובד דוחה, האנרגיה האפלה פועלת נגד כוח הכובד הרגיל, שמושך כל מסה ביקום לכל מסה אחרת, ולכן מהווה התנגדות להיווצרותם של מבנים בקנה מידה גדול, כלומר צבירי גלקסיות. לכן, על ידי בחינת אופן גדילתם של הצבירים האלה במהלך הזמן אנו יכולים להסיק מה היה חוזקה של האנרגיה האפלה בנקודות זמן שונות בעבר. אנו עושים זאת על ידי שימוש בתופעה הקרויה עידוש כבידתי – מסתם של הצבירים מעקמת את האור שמגיע מגלקסיות המצויות מאחוריהם. גודלו של עיקום האור מאפשר לנו להסיק מה מסתם של הצבירים. כך אנו מודדים את מסתם של צבירים המצויים במרחקים שונים מאִתנו ואז יכולים לדעת מה הייתה שכיחותם של צבירים מסיביים בתקופות קוסמיות שונות. (מכיוון שלאור נדרש זמן להגיע אלינו, ככל שהצביר שאליו צופים רחוק יותר, כן הוא גם קדום יותר.)

אנו גם יכולים למדוד את האנרגיה האפלה על ידי בחינה של השתנות קצב התפשטות היקום בזמן. בעזרת תצפית על עצמים שמימיים המצויים במרחקים שונים ומדידת ההסחה לאדום שעובר האור שהם פולטים – כלומר, כמה נמתחו אורכי הגל של האור על ידי התפשטות המרחב – אנו יכולים ללמוד בכמה התפשט היקום מאז יצא האור לדרכו מן העצמים הנצפים. זו בדיוק הייתה השיטה שבעזרתה גילו שתי קבוצות החוקרים את ההאצה הקוסמית. הקבוצות מדדו את ההסחה לאדום של סופרנובות מסוג Ia (שהמרחק אליהן נמצא בהתאמה לבהירותן ולכן ידוע במהימנות גבוהה). גרסה מעט שונה של השיטה הזאת היא למדוד את הגודל הנצפה של תנודות בצפיפותן של גלקסיות במרחב. התנודות האלה, הידועות בשם תנודות בָּרְיוניות אקוסטיות, הן מדד מהימן נוסף למרחק וגם הן מאפשרות לעקוב אחרי היסטוריית ההתפשטות של היקום.

עד עתה, רוב המדידות של w הניבו ערך שקרוב למינוס 1 עד כדי 10%. התוצאות האלה תומכות בקבוע הקוסמולוגי כהסבר להאצת התפשטות היקום. לא מזמן, קבוצת מחקר בהובלתו של ריס השתמשה בטלסקופ החלל האבל ובשיטת הסופרנובות כדי לחקור את עוצמת האנרגיה האפלה לפני 10 מיליארד שנה ולא מצאה ערך שונה ל-w בתקופה ההיא.

ועם זאת, חשוב לציין שבמהלך השנים האחרונות התגלו כמה רמזים לסטייה מן התחזיות של השערת הקבוע הקוסמולוגי. לדוגמה, משילוב של מדידות של קרינת הרקע הקוסמית (שנותנת לנו מדד למסה ולאנרגיה הכוללות של היקום) מן הלוויין פלאנק עם מדידות של עידוש כבידתי מתקבל ערך ל-w שהוא שלילי יותר ממינוס 1. תצפיותמטלסקופ סקר פנורמי, שהשתמשו ביותר מ-300 סופרנובות כדי למדוד את ההתפשטות הקוסמית, גם הן מורות על ערך של w שקטן יותר ממינוס 1. תצפיות מן הזמן האחרון ממש של תנודות בָּרְיוניות אקוסטיות של גלקסיות רחוקות ובהירות הקרויות קווזארים מרמזות שצפיפות האנרגיה האפלה עולה עם הזמן. ולבסוף, יש הפרש קטן בין מדידות מקומיות של קצב התפשטות היקום כיום לבין קצב ההתפשטות הקדום כפי שהוא נמדד בקרינת הרקע הקוסמית וייתכן שההפרש הזה מעיד על סטייה מן החיזוי של הקבוע הקוסמולוגי. אבל מרתקות ככל שיהיו, אף אחת מן התוצאות האלה אינה הוכחה חותכת לכישלונו של מודל הקבוע הקוסמולוגי. מידע שיתקבל בעתיד הקרוב יכול לאשש את הממצאים האלה או להפריכם על ידי כך שיראה שהם נובעים מטעויות שיטתיות.

בימים אלו מתבצעת עבודה שתביא לשיפור של פי 100 בדיוק המדידה של האנרגיה האפלה במהלך העשור הקרוב. פרויקטים חדשים כמו סקר האנרגיה האפלה (DES) שהחל ב-2013 וטלסקופ הסקר הסינופטי הגדול (LSST) שצפוי להתחיל לפעול ה-2021 יאספו מידע טוב יותר על מבנים בקנה מידה גדול ביקום ועל היסטוריית ההתפשטות של היקום. הטלסקופ WFIRST-AFTA של נאס"א הוא טלסקופ חלל בגודל של 2.4 מטרים שמתוכנן לשיגור באמצע שנות ה-20 של המאה הזאת ויצפה לעבר סופרנובות ותנודות בָּרְיוניות אקוסטיות רחוקות וגם יחפש עידוש כבידתי. השיגור של משימת החלל Euclid של סוכנות החלל האירופית מתוכנן כרגע לשנת 2020. במהלך המשימה ינוצלו עידוש כבידתי, תנודות בָּרְיוניות אקוסטיות ומדידות מרחק לגלקסיות באמצעות הסחה לאדום כדי לקבוע את הפילוג התלת־ממדי של צבירי גלקסיות.

ולבסוף, אנו יכולים לבחון תיאוריות כבידה חדשות באמצעות מדידות בתוך מערכת השמש. יש שיטה למדוד את המרחק לירח בדיוק גבוה להדהים (באמצעות החזרת לייזר ממראות שהוצבו שם על ידי אסטרונאוטים של משימת אפולו). אפשר לנצל את השיטה הזאת כדי לבדוק אם קיימות סטיות זעירות מתחזיותיה של תורת היחסות הכללית. בנוסף, ניסויי מעבדה מתוחכמים יחפשו סטיות מחוקי הכבידה הידועים. השנים הקרובות יהיו מכריעות למחקר האנרגיה האפלה. אנו מלאי תקווה שתיעשה התקדמות אמיתית לכיוון מציאת תשובות לשאלות על אודות האצת ההתפשטות של היקום. התשובות האלה יגלו לנו לא פחות מאשר את עתידו של היקום שלנו.

 

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

119 תגובות

  1. ניסים
    התכנה הזו פשוט מכירה אותך כל כך טוב והיא יודעת שאתה רק מחכה לתגובות כמו של מיכאל אסולין בשביל להתחיל עוד סשיין ארוך וחסר תוחלת שהיא שמעה אותו כל כך הרבה פעמים ממך שפשוט נמאס לה והיא החליטה לחסום אותך. 🙂

  2. אבי
    צודק. אני זוכר תקופה לפני כמה שנים שהיו הודעות ספאם רבות באתר. מה שהפתיע אותי זה שלא מצאתי משהו חשוד בתגובה שלי…

  3. מנפלאות תוכנת אקזימט – המסננת את התגובות לפי ראות עיניה. אבל עדיף שתגובות טובות תחסמנה לכמה שעות מאשר שתגובות ספאם יציפו את הכתבות.
    אבי

  4. אתם לא תגיעו לחקר האמת בכוחכם הדל, תלמדו את תורת ישראל והתשובות נמצאות בדפי התלמוד ובמיוחד בזוהר הקדוש שנכתב לפני כאלפיים שנה לפני כל שם של מדען שאתם מכירים. תשקיעו בלימוד הזוהר ואולי אם תהיה לכם הארה תגלו כי העולם מונהג ע"י מי שאמר והיה העולם. יש בורא לעולם ואת כל סודותיו גילחה לחכמיו.

  5. אלבנצו
    לא מסכים איתך שהמדע יכול לטפל ב"כלום". ואני לא מדבר על ה"כלום" של לורנס קראוס אלא על כלום שהיה אם היה לפני שהיה יקום. כלום שאין בו גם חוקי פיסיקה.

  6. יהודה
    אם תטען כך בבית המשפט אז השופט יסכים בהחלט! ואז, הוא יסביר בנימוס שגם לו אין ברירה ובגלל אותן הסיבות בדיוק הוא זורק אותך שנתיים לכלא.

  7. יריב
    אני טוען שלי ולכלב יש אותו "מחשבה חופשית". אם אתה שואל "האם אפשר לבצע רדוקציה מחשיבה חופשית לפיסיקה" אז התשובה שלי היא כן. אבל זה לא עוזר לנו להבין את העולם. אתן לך ארבע אנלוגיות כדי להסביר את כוונתי.
    הראשונה היא חום. אין באמת כזה דבר – טמפרטורה היא המהירות הממוצעת של החלקיקים. אז במקום למדוד לילד חום, נמדוד את המהירות הממוצעת של חלקיקי גופו.
    השניה היא טרמודינמיקה. בוא נזרוק לפח את החוק השני, כי ברמת החלקיקים אין בכלל חוק כזה.

    השלישית היא חוקי הטבע. חוק טבע הוא לא דבר אמיתי. אין חוק שמירת האנרגיה או חוק שמירת התנע. אנחנו משתמשים בשני החוקים האלה כדי לחשב את ההתנהגות של כדורי ביליארד אחרי התנגשות אלסטית, אבל התנועה שלהם היא לא תוצאה של ההכרח שלהם "לשמור על החוקים". חוקי קפלר אינם מחייבים את הפלנטות לנוע באליפסות. חוקי הטבע, כמו המודלים שמאחוריהם, הם כלים נוחים מאד להבין את העולם, אבל הם לא מסבירים את העולם.
    הדוגמה הרביעית זו … כל העולם. אין כסאות, הרים וסכיני גילוח. יש רק אטומים. במקום כסא, ניתן תיאור של כל האטומים הבונים אותו מירומם ומהירותם. וגם אין כאב, אהבה או רעב – יש רק אותות חשמליים במוח. לא בדיוק שימושי.

    אז אתה מסכים איתי שזו לא שיטה טובה להבין את העולם. אנחנו מדברים על מושגם מעולמות הסוציולוגיה->פסיכולוגיה->פיסיולוגיה->ביולוגיה->כימיה->פיסיקה, ולא מדברים רק על פיסיקה, נכון? אז כנ"ל גם לגבי "מחשבה חופשית".
    תחשוב על עולם המשפט. נוח לנו לזרוק גנב לכלא כי הוא בחר לשדוד בנק. אבל, יכולנו להשקיע חשיבה ובדיקה, ולהבין את המניעים לפשע, ולהבין שאותו אדם פעל ממניעים שהיו דוחפים כל אדם אחר לבצע את אותו הפשע! אם תחשוב על זה – למה אנחנו מכניסים אדם לכלא? יש מספר סיבות, ואחת מהן היא התראה. אחת הסיבות שלא כולנו גונבים היא הפחד מעונש. שים לב לקורלציה בין מהירות הנסיעה בכבישים לנוכחות המשטרה….

    זה היה קצת ארוך, אבל אני לא חושב שיש ביני לבינך ויכוח בנושא הזה.

  8. יהודה,

    השאלה החשובה היא מה האמת, ולא מה נראה לך יותר הגיוני או נחמד. משום שכל החלטה שאנחנו מקבלים היא פיזית מכניסטית אז באמת אין לך שום שליטה על פשעים שאולי תבצע, אבל במקרה ותטען זאת בבית המשפט אז גם הוא יוכל לענות לך שגם לו אין שליטה על ההחלטה להעניש אותך, וגם זו תוצאה של חשיבה פיזית מכניסטית.

  9. יהודה,

    השאלה החשובה היא מה האמת, ולא מה נראה לך יותר הגיוני או נחמד. משום שההחלטות שלנו הן פיזיות מכניסטיות אז באמת אין לך שום שליטה על פשעים שאולי תבצע, אבל במקרה ותטען זאת בבית המשפט אז גם הוא יוכל לענות לך שגם לו אין שליטה על ההחלטה להעניש אותך, וגם זו תוצאה של חשיבה פיזית מכניסטית.

  10. ליריב
    השאלה החשובה : האם אני אחראי למעשי או שבמעשה הפשע הבא שאעשה (אולי) אוכל לטעון ש:
    אני לא אשם כי המחשבה שלי לפשע נובעת ממשהו פיזי מכניסטי שאני לא אחראי עליו והוא נקבע במפץ הגדול. אני לא מאמין שקיים בית משפט שגישה כזאת תהיה מקובלת עליו. במקרה הטוב הוא ישלח אותי לאישפוז.
    אז תגיב בבקשה בעדינות או שגם זה אצלך משהו פיזי מכניסטי?
    יום טוב יריב
    יהודה

  11. ניסים,

    אתה באמת חושב שלכלב שלך יש בחירה חופשית מאיזו צלחת להתחיל לאכול? האם אתה טוען שההחלטה שלו אינה פיסית מכניסטית אלא נובעת ממשהו אחר?

  12. לניסיס
    אני לא עניתי לך על המושג "נשמה" כי ידעתי את הבעיתיות שבו. מה זו נשמה?, אמר כבר מישהו (דקארט?) "אני חושב , משמע אני קיים" אז אולי קיום מחשבה היא הנשמה? לכן, הבאתי בתגובתי הקודמת את המושג "מחשבה" במקום ה"נשמה". לכן אין לך להלין עלי ועל רפאל שאיננו מגיבים על מושג שאיננו מבינים בו. אבל מכאן להחליט שהנשמה לא קיימת?, לדעתי זו החלטה מוגזמת. אני למשל מחליט שיש נשמה באפי, לפחות מתוך בחירה חופשית שאינה פחותה מבחירתו החופשית של הכלב שלך בין שתי הצלחות. אולי תשובתי עדיין תראה לך כהתחמקות מתשובה אבל זה המקסימום שאני יכול.
    כל טוב
    יהודה
    http://yekumpashut.freevar.com/

  13. לאלבנזו
    אני חולק על דעתך המובעת בסעיף השני שהוא שיר הלל ליכולת האנושית בקביעת עובדות.
    מצטער, אבל דעתי שונה, ואסביר את דבריי.
    אנחנו יכולים לקבוע כל חוק שאנו רוצים, אבל, האם החוק יהיה קביל?, רק דבר אחד ישכנע אותנו והן המדידות שאנו מודדים בשטח. אני יכול להחליט שהגרביטציה פועלת על פי המרחק ולא על פי ריבוע המרחק. האם החוק יהיה קביל?, ודאי שלא, הוא פשוט לא יעמוד במבחן המדידות. וכאן אנו מגיעים לבעיתיות של המדידות:
    רוב הגבולות הקיצוניים סגורים בפניהם !.
    להגיד שהמתמטיקה מטפלת בהם זה דבר יפה ומעודד, אבל סליחה אלבנזו, אנו מטפלים בפיזיקה ולפיזיקה יש גבולות:-
    בניגוד למתמטיקה, בפיזיקה אינך יכול למדוד באין סוף. אינך יבול לערוך מדידות בנקודות סינגולאריות , בחורים שחורים במסות אדירות, ועוד ועוד. ולכן אינך יכול בביטחון לקבוע כלום לגבי הגבולות הקיצוניים הנ"ל. לכן כשאני קורא משפט ש"הגרביטציה מוגדרת על כל מסה ביקום", מצטער אבל זה מצחיק אותי, אף אחד לא מדד זאת ובדק זאת . אין מדידות באינסוף. מה שכן אנו יכולים לעשות זה "לכרסם" באי ידיעה, לפעול להגדלת הגבולות הנימדדים. שום הסקת מסקנות אינדוקטיבית לא תופסת כאן. ממה שמדדנו בביטחון יש לנו רק… מה שמדדנו (הפילוסוף דיוויד יום). מעבר לזה הכל רק בערבון מוגבל. שום ביטחון מלא בדברים שלא ניבדקו.
    אז, קצת צניעות, המפץ הגדול?, התחיל בנקודה? עלפי חוקי הפיזיקה הקיימים 13.8 מילארד שנים אחריו? אולי, שום דבר לא בטוח. מצטער, אבל זה מה יש!
    תגובה עדינה נידרשת
    יום טוב.
    יהודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

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

דילוג לתוכן