מספר תצפיות אסטרופיסיקליות בלתי תלויות שנערכו במהלך שנות התשעים מצביעות בברור על כך שהגלקסיות מתרחקות זו מזו בקצב ההולך וגדל. מדוע? קיימות מספר תיאוריות קוסמולוגיות אשר מתחרות על הסבר לתופעה זו, שהינה אולי החידה הגדולה ביותר של הקוסמולוגיה כיום. תיאוריות אלו טוענות כי קיים פיזור אחיד של סוג מוזר של אנרגיה אותה אין רואים בתצפיות. אנרגיה זו פועלת להרחקתן של הגלקסיות, בניגוד לדרך שבה פועל כוח הכבידה. אחת התיאוריות אשר קיבלה חיזוק ניסיוני לאחרונה הינה התיאוריה של הקבוע הקוסמולוגי של אינשטיין. היסטורית, קבוע זה היתוסף למשוואות היחסות הכללית [מערכת משוואות אשר משמשות להבנת מבנה היקום] על-ידי איינשטיין עצמו על-מנת לקבל מהן פתרון של יקום יציב. לאחר שהתגלה על-ידי האבל (Hubble) כי היקום מתפשט, זנח איינשטיין את הקבוע הקוסמולוגי. אולם כיום סבורים הקוסמולוגים כי קיומו יכול להסביר את פשרה של האצת קצב התפשטותו של היקום. בשפת הפיסיקה הקוונטית המודרנית, הקבוע הקוסמולוגי מתאר את האנרגיה האצורה בריק (Vacuum), אולם כיום אין התיאוריה מסוגלת לחזות את גודלו. עד כדי-כך המצב מבלבל, שתיאוריות מסוימות חוזות שהקבוע הוא בדיוק אפס, ואחרות חוזות כי ערכו כה גדול עד כי אפילו הגלקסיות עצמן לא היו יכולות להיווצר. מתוך תצפיות על כמות האנרגיה הנראית ביקום (מסה וקרינה) וקצב התפשטותו, ניתן להעריך כי הקבוע הקוסמולוגי לא יכול להיות יותר גדול מפי 3-4 מן האנרגיה הנראית. התצפית הראשונה אשר עוררה את החשד לקיומה של אנרגיה אפלה הייתה מדידת מרחקן של סופרנובות [Supernovas - שאריות התפוצצות של כוכבים מאסיביים] ב-1998, אשר נראו רחוקות יותר ממה שהיה מצופה מהן אילו היקום היה מתפשט ללא קיומו של כוח דוחה נוסף. התצפית הבאה הגיעה ממדידות של קרינת הרקע הקוסמית [תבנית הקרינה שהתפשטה ביקום לאחר המפץ הגדול] באזורים של מסה כוכבית גבוהה: לפי תורת היחסות הכללית ריכוז גבוה של מסה משפיע על האנרגיה של פוטונים אשר עובדים באזור זה, כך שמתרחשת הסחה בתדר של הקרינה. אולם התצפיות מראות כי ההסחה מתאימה לכמות מסה קטנה יותר, כביכול יש גם מסה "שלילית" אשר מקטינה את האפקט. אותה מסה "שלילית" מיוחסת לאנרגיה האפלה. לאחרונה הראו תצפיות נוספות על סופרנובות עתיקות במיוחד כי האנרגיה האפלה כנראה הייתה דומה ביקום הקדום לערכה היום, אולם השגיאה הניסיונית עדיין גדולה מאד בכדי לשלול שינויים איטיים. ידיעת התלות בזמן של האנרגיה האפלה עשויה לשלול תיאוריות מסוימות בדבר המהות שלה. אין ספק כי נדרשות דרכים ניסיוניות חדשות כדי להבין מהי הפיסיקה העומדת מאחורי האנרגיה האפלה. הקוראים מוזמנים להגיב ולהציע רעיונות למדידות חדשות.

 

מאת: ערון גנוסר
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע

מקור:
[1] Lawrence M. Krauss, Cosmology: What is dark energy?, Nature 431, 519-520.

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.

2 תגובות

  • עמית פלד

    אנרגיה אפלה וגלי כבידה

    את מקורה של הארגיה האפלה הייתי מתחיל לחפש מחוץ ליקום שלנו. כלומר המפץ הגדול הוא בעצם סופר טנקר של סופרנובה שהתרחשה בתוך יקום חיצוני לנו שקוטרו לפחות 100 מיליארד שנות אור ואולי גם אין סופי. מתחילת המפץ הגדול של היקום שלנו, קצב ההתפשטות שלו הואט ולאחר חמישה או ששה מיליארדי שנים גברה השפעת הכבידה של היקום החיצוני והחלה להגביר את קצב התפשטות היקום השלנו. זה מחזיר אותנו לתיאורית היקום היציב .
    גלי כבידה שונים מגלים אלקטרו מגנטיים בכך שהם יוצאים מחורים שחורים ולכן ניתן להבחין בהשפעתם. יכול להיות שמהירותם גבוהה ממהירות האור? האם היקום החיצוני מהווה חור שחור עבור היקום שלנו? אלה אפשרויות שאין לפסול אותן על הסף.

  • ירון גרוס

    אנרגיה אפלה ותיאוריות

    אני חיב להודות שאני מתקשה עם התגובה שלך, קשה לי להבין את חלק מהרעיונות שלך. כמובן שאי אפשר לפסול שום רעיון אם היקום מלמד אותנו משהו הוא שתמיד אנו מגלים דברים חדשים שלא ידענו אולם

    א) מה הכוונה ביקום חיצוני, איך אתה מגדיר משהו חיצוני ליקום שלנו?
    ב) אם היקום הוא חיצוני, גם אם אפשר לדמיין מעבר אנרגיה בנקודה מסוימת (החור השחור) קשה לחשוב על השפעה של הכבידה מיקום אחר על היקום שלנו
    ג) נקודה אחת שהעלית היא לא מדויקת. גלי כבידה אכן שונים מגלים אלקטרומגנטיים בהרבה מאוד מובנים, אולם הם לא יוצאים רק מחורים שחורים, אלא מכל גוף מאסיבי (המשנה את מאסתו או מיקומו). למרות מאמצים רבים לא נמצאו עד היום גלי כבידה.

    כאמור אי אפשר לפסול ביקום שלנו שום דבר על הסף, הרי איננו מבינים מהי אותה אנרגיה אפלה. ולכן תמיד כדאי להעלות כמה שיותא תיאוריות. תיאוריה טובה תמיד תכלול גם השערה שניתן לאשר בניסוי (אפילו אם טכנולוגית עוד לא ניתן לקיים את הניסוי כיום)