שאלה ממש לא פשוטה ואולי הבעיה טמונה במינוח שכולם משתמשים. לא מעט חוקרים בתחום מעדיפים היום את המינוח שהיקום נמתח ולא מתפשט. הסיבה היא שהעדויות מצביעות כיום כי היקום כנראה יתפשט לנצח (אינסופי) ואין משהוא "מחוץ לו" (ככל שידוע לנו) ולכן אין לו למעשה לאן להתפשט. כיום כמעט כל החוקרים בתחום תמימי דעים שהמרחב בין גלקסיות נמתח ולכן המרחק ביניהן גדל כל הזמן. מדוע היקום נמתח/מתפשט? התיאוריה השלטת היום מדברת על ארוע בשם המפץ הגדול שהתחיל כאשר כל החומר ביקום היה מרוכז בנקודה בעלת צפיפות אינסופית. במצב זה כל חוקי הפיסיקה קורסים ואין לנו מושג מה קרה שם ולמה ארע המפץ. אך לאחר שארע החומר החל להתפשט (או להימתח) וכך למעשה החלה ההתפשטות עליה אתה מדבר.

האם היקום יתפשט/ימתח לנצח?

מאת: ד"ר מאיר ברק
המחלקה לביולוגיה מבנית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

13 תגובות

  • גלעד

    מוקומו במרחב של המפץ הגדול

    איך יתכן, שהמרחק של כל נקודה ביקום מהמפץ הגדול, הוא זהה, אבל מצד שני הם לא באותו רדיוס ממנו, איזה צורה של יקום יש לכזה מרחב ?

  • yairsh0111

    כדור הארץ

    מתי תבינו שכל שכל המדענים כל הזמן מדברים על תאוריות התיאריות יש להשאיר לבורא עולם הרבה ועוד טרנד אבל יום אחד יתהפך הכל ויש תאריך 2012 דצמבר

  • מאיר ברק

  • למאיר

    קרינת הרקע

    אם אתם מתכוונים לענות לשאלה זו של רונן אז בנוסף לתשובה ,הסבירו את השאלה שלו שוב יותר בפירוט , ואנחנו גם מחכות לתשובה איך הוכיחו ומוכיחים שקרינת הרקע התקררה ומתקררת.
    תודה, גלית+עידית

  • רונן

    מדוע קרינת הרקע עדיין נקלטת?

    בשנות ה 60 שני מהנדסי תקשורת גילו הפרעה בגלי רדיו.
    בבמשך הסתבר שזו הקרינה הקוסמית שנבעה מהמפץ הגדול.

    מדוע הקרינה הזו עדיין קיימת?
    הרי שידור רדיו (אפילו באותם תדרים שהאנשים עצמם גילו את השידור בו) מפסיק להיקלט מייד עם הפסקת השידור והמפץ הגדול היה לפני מיליוני שנים ומזמן הוא לא קיים אז למה עדיין יש קרינה ?

  • חנן

    מדוע קרינת הרקע עדיין נקלטת?

    אני רוצה לחזור על השאלה בצורה אחרת:
    היקום התחיל מנקודה סינגולרית לפני כ-13.7 ביליון שנים. תוך זמן קצר ביותר החומר שהיה הכפיל את עצמו כ-90 פעם! מחישוב שלי אם התחיל מאטום בודד הנפח גדל עד לקוטר של כ-1000 שנות אור! כלומר החומר נע או נוצר במהירות העולה בהמון על מהירות האור! (אומרים לנו שהאור מוגבל במהירותו במרחב- אבל בהתחלה עוד לא היה מרחב והתפשטות החומר הנ"ל בעצם הגדירה את המרחב. לא ברור ומעלה שאלות) נחזור ליקום: הקרינה שנוצרה בתהליך הנ"ל היתה כלואה בין חלקיקי החומר שלא היו אלא יונים מעוררים, במשך כ-300 אלף שנם נוספות, עד שהיונים התקררו ונתנו לקרינה לחמוק. לפי חשבוני קוטר היקום (המרחק בין הנקודות הרחוקות ביותר)היה בזמן זה פחות מבליון שנות אור. אבל מאז רכיבי החומר- כוכבים גלקסיות וכו' נעים במהירות פחותה ממהירות האור (היקום כידוע מתפשט במהירות ההולכת וגדלה- אם מהירות הגלקסיות היתה כבר מהירות האור הן לא היו יכולות יותר להאיץ...) לעומת זאת רכיבי הקרינה לסוגיה נעים במהירות האור בדיוק! וכל זה קורה כבר במשך למעלה מ13 בליון שנים! הקרינה היתה צריכה להיות רחוקה מאד. אם בכל זאת נשארה קרינה בסביבה הרי זה רק בגלל החזרות ושבירות והתאבכויות רבות ביותר, ואז איך אפשר ללמוד מקרינה זו משהו על התהליכים שקרו בזמן המפץ הראשוני?

  • מאיר ברק

    תגובה

    שאלתך כבר נענתה כשאלה חדשה (קישור בהמשך).
    באם אתה עדיין זקוק להבהרות אני מציע שתכתוב בפורום של השאלה הספציפית
    קישורים:
    למה עדיין יש קרינה קוסמית (רקע), מהסוג שנתגלה בשנות ה-60?
    http://www.weizmann.ac.il/zemed/net_activities.php?cat=1450&incat=1412&a...

  • אינשם

  • מאיר ברק

    תשובה

    "סופו" של היקום יקבע ב"מאבק" בין התפשטות היקום (הימתחות) כתוצאה מהמפץ הגדול לבין המשיכה כתוצאה מהכבידה. קצב ההמתחות תלוי בקבוע האבל ולעומתו הכבידה תלוייה בכמות וצפיפות החומר ביקום.

    יש "צפיפות קריטית" של מסה שמתחתיה היקום ימתח לנצח (ימשיך לגדול ולגדול).
    לעומת זאת, אם צפיפות המסה ביקום היא מעל ל"צפיפות הקריטית" בשלב מסוים היקום יפסיק להימתח ויתחיל להתכווץ חזרה עד "הקריסה הגדולה" ("Big Crunch").

    בשנת 2001 נאסא שיגרה את לווין WMAP כדי שיסקור את קרינת הרקע הקוסמית ביקום.
    התוצאות שהתקבלו חיזקו תצפיות קודמות שהיקום לא רק שאינו מאט את התמתחותו אלא שקצב ההמתחות הולך וגדל.
    אחת התיאוריות כיום היא שהאנרגיה האפלה היא זאת שגורמת ל"דחייה".
    לכן על פי התיאוריה השלטת כיום והנתמחת ע"י התצפיות היקום ימשיך להימתח לנצח והוא אינסופי.

    מכיוון שעם היווצרות המפץ הגדול נוצר גם המרחב המוכר לנו אין לנו כל דרך ידועה להגיע "מחוץ ליקום" ולכן חוקרים שונים מתנגדים למונח "התפשטות" המרמז על גדילה של גוף במרחב. הם מעדיפים את המונח "הימתחות" המציין יצירת מרחב חדש בכול רגע נתון.

    צפיפות החומר ביקום יקבע גם את הגאומטריה המתמטית שלו:
    אם מסת היקום מעל המסה הקריטית אזי היקום "סגור" ("כדורי").
    אם מסת היקום מתחת למסה הקריטית אזי היקום "פתוח" וצורתו כעין "אוכף".
    אם מסת היקום זהה בדיוק למסה הקריטית אזי היקום "שטוח" לחלוטין.

    כיום ההנחה והחישובים הם שצפיפות החומר ביקום קרובה מאוד למסה הקריטית ולכן היקום שטוח.

    קישורים:
    על אנרגיה אפלה
    http://www.weizmann.ac.il/zemed/net_activities.php?cat=1450&incat=1412&a...

  • דן

    התפשטות היקום וגילו

    התפשטות היקום וגילו
    לפי הבנתי וניסיוני כאדם רגיל וגם לפי הבנתי את החוק השלישי של ניוטון תמונת המצב של היקום היום צריכה להיות כבלון שהולך ומתנפח בצורה שווה מנקודת ההתחלה כשכל החומר שלו כולל אנרגיה נמצא בקליפה בעלת עובי מסוים והאמצע ללא חומר ואנרגיה.
    ממה שאני קורא ולא מבין זה לא המצב הנכון. מדוע?
    מפני שאם המצב הוא כמו שאני מתארו אזי מרחקי [על הקליפה] מהנקודה הסינגולארית הוא הרדיוס של ה"בלון" = לגילו של היקום. והנקודה בדיוק מעברו השני של "הבלון" נמצאת במרחק קוטר ממני ואי לכך במרחק כפול מגילו של היקום.

  • מאיר ברק

    תגובה

    "הבעיה" בתיאור שלך שאתה משליך את ההסבר של התפשטות היקום כבלון שהוא למעשה פישוט דו מימדי על היקום התלת-מימדי (מבחינה מרחבית).

    מדענים משתמשים בבלון מתנפח כדוגמא למרחב בו כל נקודה מתרחקת מנקודה אחרת כדי לדמות את המצב של היקום הנמתח. אך פני השטח של הבלון הם דו מימדים והיקום תלת-מימדי.
    לכן התיאור שלך של היקום כ"כל החומר שלו כולל אנרגיה נמצא בקליפה בעלת עובי מסוים והאמצע ללא חומר ואנרגיה" שגוי.
    איך מדמיינים יקום תלת מימדי שנמתח לכל הכיוונים? זה קשה, וזאת בדיוק הסיבה מדוע נתנו את הבלון המתנפח כדוגמא; אך זהו מצב מפשוט כמו שציינתי.

    ביקום כל נקודה שנימצא בה מתרחקת מכל שאר הנקודות ואין "קליפה של חומר".

  • דן

    ובכול זאת

    אנסה להסביר שנית : כשאני משתמש בבלון כתיאור איני מתכוון רק לפני השטח שלו , אלא לכל השלם שלו שהוא כן בשלושה מימדים [קליפה המלאה בתוכן אויר או בלון שאני ממלא בו מים! ], ולהדגמה גולת משחק [לילדים] או כדור הארץ שהם תלת מממדיים לכל הדעות ? !
    * בלון/כדור/גוש חומר עגול קטן וסימטרי כשבמרכזו חומר נפץ סימטרי לחלוטין שמדמה את הנקודה ההתחלתית /הסינגולארית ! ..יפוצץ , מכוח החוק השלישי של ניוטון יתרחב בצורה שווה לכל הכיוונים!ככדור ההולך ומתרחב. בנקודה אפס הכול אפס לאחר שנייה אחת מהפיצוץ, המרחק של כל החלקים מהמרכז היכן שהכול היה מרוכז בנקודה הסינגולארית יהיה שנייה אחת, לאחר שנה אחת יהיו כל החלקים מרוחקים מהמרכז [רדיוס] שנה אחת [לא המרחק בין החלקים בקליפה!!! כפי שציינת] אולם בין החלקים השונים יהיו מרחקים אחרים. כאשר המרחק הגדול ביותר יהיה המרחק בקו ישר בין שתי נקודות כשבאמצע המרכז = קוטר מצב האירוע לאחר שנה והמרחק יהיה 2 שנים. זה התיאור שאני מתאר לעצמי ולנו את הכללים שלו . אולם כדי לפתח את הרעיון לדעתי מה שקרה הוא כמו שתיארתי שהיות שכל המסה של היקום הייתה מרוכזת בנקודה אחת , זה לא נגמר ב"בום קצר אחד" אלא בום/מפץ הולך ומתמשך ומתרחב ומתמלא עד שכל החומר "גמר לצאת מהקופסא" מהנקודה הסינגולארית. אז גם נוצר רוחב/עובי שהקצה הרחוק יותר של החומר זקן יותר מהחומר שיצא אחריו. כאילו תחבתי צינור מים/ג'ל לכדור ופתחתי את הברז והחומר הראשון שהתמלא והתרחק מהמרכז זקן יותר מהחומר שהמשיך ומילא את הכדור שנה לאחר מכן.

  • מאיר ברק

    תשובה

    אני חושב שלא ירדת לסוף דעתי.

    כאשר המדענים משתמשים בדוגמת הבלון הם מתייחסים לפני השטח הדו-מימדי כמרחב היחידי הקיים כדי לדמות את המצב למרחב תלת מימדי שנמתח.
    כאן בדיוק טמונה השגיאה הלוגית שלך. אתה לוקח את הדוגמא הדו-מימדית אבל מוסיף לה את המימד התלת-מימדי; אבל מימד זה לא קיים ב"עולם הבלון".
    הדוגמה של הבלון באה להקל על ההבנה של התמתחות המרחב והיא לא מתייחסת לחלל בתוך הבלון או מסביב לבלון כי הוא "לא קיים".

    אני מציע לך לקרוא את הספר שטוחלנדייה (Flatland) של אדווין אבוט משנת 1884, הספר מנסה לדמות יקום של 2 מימדים שמבקר בו יצור תלת מימדי (בחלום). בהמשך הוא מבקר בעולמות של מימד אחד ואפס מימדים. בהתחשב שהספר נכתב לפני כמעט 130 שנה הוא מדהים בהבנה שלו.

    בטרם היות המפץ הגדול לא היה כלום גם לא מרחב ובשנייה שנוצר המפץ הגדול המרחב נוצר והחל להימתח והחומר להתפשט בו. בתיאור שלך לגבי הבלון, הבלון מתפוצץ או מתנפח במרחב קיים ולכן בתנאים שאתה מתאר ההשוואה לא נכונה ולכן התוצאה אליה הגעת סותרת את הידוע לך.

    אם תתייחס לפני השטח של הבלון המתנפח כחלל היחידי שקיים וכל מה שמסביב ובתוכו לא קיים אז ההשוואה נכונה. בכל רגע שהבלון מתנפח פני השטח שלו נמתחים ונוצר מרחב נוסף שלא היה קודם וכל נקודה על פני השטח יתרחקו משאר הנקודות.

    אם תשליך את אותו הסבר על המרחב התלת מימדי (ההסבר הדו מימדי של הבלון הוא כמו היטל דו מימדי (צל) של קובייה תלת-ממדית) תקבל שהמרחב נמתח לכל כיוון ולכן כל הגלקסיות מתרחקות והולכות זו מזו. זה הרבה יותר קשה לדמיין ולכן הומצאה הדוגמא של הבלון.

    לבסוף כהערה נוספת, ההנחה שלך שהמפץ הגדול היה "סימטרי" לחלוטין כנראה אינה נכונה כי אז החומר היה מתפזר בצורה סימטרית ולא היו נוצרים שום גלקסיות רק מרק אדיר של חלקיקים. כיום, על פי הידוע לנו מתצפיות של קרינת הרקע יש אזורים יותר דחוסים ששם התחילה הקריסה הכבידתית ונוצרו גופים גדולים יותר ויותר.