גיל היקום הוא הזמן שחלף מאז המפץ הגדול. גילו של היקום מוערך בכ-13.7 מיליארד שנה. בראשיתו היה היקום כולו מרוכז בנקודה אחת, כך שאפשר לומר שלמעשה המפץ הגדול התרחש בכל מקום ביקום. כדי להעריך את גילו משתמשים בנתונים על המהירות שבה היקום מתפשט, וכן בתופעת קרינת הרקע הקוסמית.

מדוע אנו מניחים שהיקום מתפשט? תצפיות אסטרונומיות מתחילת המאה ה-20 גילו שספקטרום האור המגיע מגלקסיות רחוקות מוסט מעט לאדום, והסבירו זאת באמצעות אפקט דופלר שקובע שאם מקור של גל מתרחק מאיתנו, הגל יתארך. כשמדובר בגלי אור, הם ייראו לנו אדומים יותרבשל התארכות הגל, ונאמר שהאור של הגלקסיות הרחוקות מאיתנו מוסט לאדום. האסטרונום אדווין האבל ומדענים אחרים מצאו הסטה לאדום בספקטרום הגלקסיות ומכאן הגיעו להבנה שהגלקסיות מתרחקות זו מזו. מכאן נולד חוק האבל, שלפיו מהירות התרחקות הגלקסיות היא פרופורציונלית למרחקן מאיתנו.

האבל עצמו הגיע מכאן למסקנה שלפני 20-10 מיליארד שנה היה היקום שלנו מרוכז בנקודה אחת ומאז ואילך הלך והתפשט. כדי להסיק זאת הוא הפך את ציר הזמן וראה שהגלקסיות מתכנסות באותו מקום. קבוע האבל, שהוא היחס בין מהירות ההתרחקות של הגלקסיות לבין מרחקן מאיתנו, מודד את קצב ההתפשטות (ומכן מעריך את גיל היקום) על פי התוצאה האמפירית של האבל. למעשה, מה שמתפשט הוא המרחב. אם אנו נהפוך את קבוע האבל ליחידות זמן, נקבל גודל זמן של כ-1/14 מיליארד שנה. שזה די קרוב לגיל היקום שאנו מעריכים כיום: בערך 13.7 מיליארד שנה.

בשנות ה-60 התגלתה קרינת הרקע הקוסמית: קרינה אלקטרומגנטית בטמפרטורה של כ-2.7 מעלות קלווין שנותרה מהמפץ הגדול. כשגילו אותה הניחו שהיא אחידה בכל הכיוונים. הבעיה עם הנחה שכזו היא שנובע ממנה היה אחיד לחלוטין ברגע המפץ הגדול, אך אם זה היה נכון איך נוכל להסביר את עובדת היווצרות הגלקסיות ביקום שלנו - הצטברות לגמרי לא אחידות של מסה. מה שידוע הוא שכוח המשיכה ההדדי בין כל המסות ביקום הוא הדבר היחיד שיכול להסביר לנו את היווצרות הגלקסיות, דהיינו את היווצרותם של גושי החומר המרוכזים ביקום. היקום כפי שהוא היום אינו הומוגני כלל. אם היקום אינו הומוגני כיום, אזי גם היקום הבראשיתי לא היה הומוגני ולכן גם קרינת הרקע הקוסמית לא תהיה אחידה.

בשנות ה-90 שוגר לוויין המחקר "קובי" (COBE=Cosmic Background Explorer) לחקור את קרינת הרקע הקוסמית. הלווין צויד באמצעים מדויקים להפליא שאכן זיהו הבדלים קטנים בקרינת הרקע המגיעה ממקומות שונים בחלל החיצון. ההבדלים הקטנים הללו סיפקו לנו תמונה ברורה יותר על היקום כיום. מכאן הסקנו בין השאר את ההיררכיה של הגלקסיות, כלומר שהגלקסיות ביקום מאורגנות בצבירים, שהם עצמם חלק מצבירי-על. בהמשך אימתו לוויינים נוספים את התצפיות הללו של "קובי", ונתנו לנו רמזים נוספים בנוגע למודל המפץ הגדול. תרומה מיוחדת לשלל התצפיות והמדידות שהובילו להערכה מדויקת יותר של קבוע האבל, ומכאן לגיל היקום, נתן טלסקופ החלל האבל, שחג סביב כדור הארץ בגובה של 589 ק"מ ומספק בין השאר תמונות ממקומות רחוקים ביקום כפי שנראו כ-700 מליון שנה בערך אחרי המפץ הגדול.

בשנת 2004 סיפק לנו לוויין המחקר WMAP את קובץ הנתונים המדויקים והאמינים ביותר בקשר לגיל היקום. בעזרתו הצלחנו לבנות מפה מדויקת של קרינת הרקע. משלל המדידות והתצפיות העדכניות שנאספו עד כה, המתבססות על קרינת הרקע הקוסמית, הגענו להערכה שגיל היקום הוא בערך 13.7 מיליארד שנה, עם טווח סטייה של 200 מיליון שנה לכאן או לכאן. מאז התברר שלא רק שהיקום מתפשט, אלא קצב ההתפשטות שלו אפילו מאיץ, מסיבה שעדיין איננו יודעים להסביר.

למה אנו מתכוונים כשאנחנו מדברים גיל היקום?
כפי שכבר ציינו, התיאוריה המקובלת כיום, תיאוריית המפץ הגדול, קובעת שהיקום כולו התחיל באותה נקודה. לכן כשאנו שואלים מהו גיל היקום אנחנו מתכוונים לזמן שחלף מאז המפץ הגדול. אולם אנו יודעים על פי תורת היחסות שזמן הוא דבר יחסי, כלומר הוא תלוי במערכת הייחוס שבה הוא נמדד. ברגע שהתרחש המפץ הגדול, השעון ש"הצבנו" שם ימדוד זמן שתלוי בעוצמת השדה הכבידתי שבו הוא נמצא, כלומר התאוצה שלו. לכן נכון יותר להגדיר את גיל היקום כזמן הארוך ביותר מרגע המפץ הגדול ועד עתה, "ששעון שנציב שם יכול למדוד".


קרינת הרקע הקוסמית כפי שנמדדה על ידי לוויין המחקר WMAP | תרשים: נאס"א

8 תגובות

  • יוסף אנקרי

    האם זה חישוב תאורטי או מדידה פיזית של מרחקים ומהירויות

    לפי מה שהבנתי א. המדידה צריכה להיות ממרכז היקום אל אחד הגורמים המתרחקים ולא מכאן לאחד הגורמים. ב. האם אנו יודעים איפה נמצא מרכז היקום ? ג. האם יש שם גורם שנישאר במרכז או שהכל מתרחק מנקודת המרכז שבא אין כלום ?

  • מאוכזב

    אבל לא הסברתם איך קבעו את גיל היקום!

    בכל המאמר לא הסברתם איך תכלס קבעו את גיל היקום על סמך הסחה-לאדום! (וגם לא איך על סמך קרינת הרקע הקוסמית) סיפרתם הרבה סיפורים, אבל את הנושא המרכזי ("במאמר זה נדון בהערכת גילו של היקום תוך התבססות על תופעת ההסחה-לאדום") לא הסברתם בכלל! ממש מאכזב.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןחגי אדרי

    תשובה

    שלום, אכן החישוב חסר במאמר. אציג אותו בקצרה כאן:
    באמצעות המדידות של ההסחה לאדום אנו יודעים את המהירות שבה מתרחקים מאיתנו הכוכבים והגלקסיות. בנוסף אנחנו יודעים למדוד את המרחק שלהם ממנו. אם נניח שהמהירות של הכוכבים\גלקסיות קבועה (זה לא מדוייק, אבל לצורך החישוב הפשוט זה מספיק טוב), אז פשוט נחלק את המרחק של הכוכב במהירותו ונקבל את הזמן שלקח לו להתרחק מאיתנו, הזמן הזה הוא זהה עבור כל הכוכבים\גלקסיות וזה אומר שבזמן הזה כולם היו בנקודה אחת - > זהו הזמן עד למפץ הגדול, שהוא גיל היקום. בקצרה, הזמן הוא פשוט אחד חלקי קבוע האבל.

  • משה יהודה

    הבל הבלים

    הכול שטויות הרי העולם וגם היקום קיים רק 5774 שנים ולא יותר אז המחקר הזה הוא סתם דפוק

  • אבי

    בהמשך לקביעתו (המנומסת) של קודמי

    אני מנסה לקרוא עכשיו מאמר מדהים באתר "הידברות", העוסק בסתירה (לכאורה, מסתבר) בין המספרים המדוברים.
    כדרכם, אפרט: "מנסה", על שום שאינני יודע אם לצחוק או לבכות (וכמה); ו"מדהים", על כך שאני ממליץ לצוות האתר... ואולי לקורס "חשיבה ביקורתית"... ואולי לכל המכון... ואולי... (טוב, הבנתם לאן זה הולך) לבחון אותו. *כ"כ* הרבה חומר למחשבה... מדהים! לענייננו,
    אחת הקביעות שמשכו את עיניי היא זו:
    "ישנם מיליארדי מקומות ביקום שאם יכולנו להניח שעון באחד מהם היה השעון מתקתק כה לאט שמבחינתו, לו יכולנו לשרוד זמן כה רב, היו חולפים 15 מיליארד שנה בעוד שבאותו מקום בו הנחנו את השעון, היו חולפים רק שישה ימים. איש אינו יכול לחלוק על נתון זה." החלק שהדליק אותי הוא, כמובן, ה"איש אינו יכול לחלוק על נתון זה".
    צרתי היא, שלמרות שנראה לי שזה לא נכון - אני, אישית, אכן לא יכול "לחלוק על נתון זה".
    (לא הגענו לרמת הידע הזו בביה"ס) לכן,
    בקשתי אליכם, מעט מוזרה, אולי חצופה - אך אעלוז כפלישתי באם תיענה:
    האם תוכלו (בבקשה) לתאר את מאפייניו של מקום נפלא שכזה (מסה, תאוצה, גודל, שכיחות מפלצות הספגטי שבו...)?
    (אין צורך, כמובן, לקבוע סבירות ל"מיליארד מקומות" כאלה. אחד יספיק) לדעתי (ה"לחלוטין 'לא מלומדת'"), יש פה אחלה מטלה! לחישובכם, אודה...

  • אבי

    ובהמשך לעצמי

    מדהים.
    ד"ר לפיזיקה גרעינית מ-MIT...
    חבר בוועדה לאנרגיה אטומית...
    ו...
    עובד (לשעבר) במכון וייצמן! עכשיו אני יכול למות בשקט.

  • אריק

    התפשטות וגיל היקום

    אני לא מדען, אבל עד כמה שהצלחתי להבין, תורת היחסות הכללית 'מאפשרת' לגלקסיות להתרחק אחת מהשניה במהירות גבוהה יותר ממהירות האור (התפשטות היקום עצמו + המהירות במסגרת המרחב )
    איך ניתן א''כ ללמוד על הזמן בשנות אור שחלף בפועל? הרי כשהאור יוצא, בוא זמנית לוקח לו זמן מסויים לעבור. אך במקביל גם יש התרחקות מהאור עצמו. מדידה של המרחק הזה תתן לנו אשליה כאילו חלף יותר זמן, לא? או שלא הבנתי משהו..

  • שלומי דגן

    אתה צודק

    אבל אנחנו יודעים את מהירות האור ואת תאוצת/מהירות התפשטות היקום, כך שאין בעיה לשקלל זאת בכל משוואה בה מודדים מרחק בין גלקטי.