האם המפץ הגדול אינו ראשית היקום?

כל מי שמתעניין במדעים מדויקים ודאי שמע על "המפץ הגדול" – המונח המתאר את ראשית היקום. אותה נקודה של אנרגיה, מרחב וזמן שהגיחה מהריק ויצרה את כל המבנה העצום והבלתי נתפש שנקרא כיום "יקום".

אבל מסתבר שכבר כמעט 40 שנה מדענים מודעים לעובדה שהתיאוריה לא תואמת למציאות במלואה, מה שמאפשר לתיאוריות חדשות להגיח בין הסדקים. זה בדיוק מה שעושה אית'ן סיגל, אסטרופיזיקאי תיאורטי באוניברסיטת פלורידה.

רק כדי להבהיר כבר על ההתחלה – סיגל לא טוען שהמפץ הגדול לא התקיים. רחוק מכך. הרי רוב העדויות לקיומו של האירוע הזה תקפות ושרירות:

• קרינת הרקע הקוסמית, שאריות החום של המפץ הגדול, שנתגלתה ב-1964.
• המצב הבראשיתי של פלזמת קווארק-גלואון ששוחזר בתנאי מעבדה, כמו גם זוגות חומר ואנטי חומר.
• מדידת התנודות הקוואנטיות בקרינת הרקע, שיצרו בסופו של דבר את המבנים ביקום.
• וכן הלאה.

כל הממצאים הללו עולים בקנה אחד עם תיאוריית המפץ הגדול ולפיכך מאששים את קיומו. אך סיגל טוען שאי אפשר "ללכת אחורה" כמה שנרצה, ובמקביל נצפה שהתנאים יישארו בדיוק כפי שאנו חושבים שהם. אי אפשר לחייץ את הנתונים עוד ועוד בצורה שרירותית.

מדוע, בעצם?
מכיוון שיש כמה דברים שהיו אמורים לקרות בעקבות המפץ הגדול, אך מסתבר שלא קרו:

• ליקום אין טמפרטורות שונות בחלקים שונים.
• ליקום אין מרחב בעל עקמומיות שונה מאפס.
• ביקום אין שרידי אנרגיה גבוהה מראשית קיומו.

כמה וכמה מדענים שחשבו על הבעייתיות הזו, החלו לנסות למצוא חלופות לנקודת הפתיחה של המפץ הגדול (שהיא נקודת סינגולריות בעלת צפיפות וטמפרטורה אינסופיים, בדיוק כמו במרכזו של חור שחור).

הם חיפשו אחר חלופות שעדיין ישאירו על כנם את שאר הממצאים שכבר אומתו – כגון יקום חם, צפוף ומתרחב תוך כדי התקררות – אך כאלה שיימנעו מהבעיות שיוצרת הסינגולריות.

אחד המדענים האלה היה אלן גוּת', שבדצמבר 1979 יצר בדיוק תיאוריה שכזו – התפיחה הקוסמית (Cosmic Inflation).

במקום להיווצר מתוך מצב חם וצפוף בצורה שרירותית לחלוטין, היקום יכול להיווצר ממצב שבו אין חומר או אנרגיה כלל. כל האנרגיה ביקום הייתה מוכלת במרקם המרחב עצמו – סוג של אנרגיית ריק (Vacuum Energy – ביטוי ממכניקת הקוואנטים), שגורמת ליקום להתרחב בקצב מעריכי.

לדעתי זה קצת מזכיר את הקבוע הקוסמולוגי של תורת היחסות הכללית; אותו קבוע שאיינשטיין הכניס בצורה מלאכותית למשוואות התיאוריה, רק כדי "לגרום ליקום" התיאורטי להתנהג כמו היקום האמיתי. ללא הקבוע הקוסמולוגי, היקום של איינשטיין עתיד להתרחב לנצח או לקרוס אל מותו. איינשטיין קרא לקבוע הזה "הטעות הגדולה של חיי", אבל היום המדע משתמש בו בשם אחר, כדי להסביר את ההתרחבות המואצת של היקום – האנרגיה האפלה.

נחזור ליקום האינפלציוני.

היקום מתנפח בצורה מואצת ומעריכית בכל כיוון, והיכן שהאינפלציה נעצרת – שם יצוצו מתוך הוואקום החומר והאנרגיה החמים והדחוסים, שיוצרים יקום עם חלקיקים וקרינה. היכן שהאינפלציה לא קורסת, המרחב ממשיך להתנפח.

במצב הזה, התנודות הקוואנטיות "נמתחות" על כל היקום ויוצרות פחות או יותר את ממוצע צפיפות האנרגיה שאנו רואים כיום. ברגע שתהליך האינפלציה נעצר, הדבר מוליד מצב חם ודחוס שמקביל למפץ הגדול, שבתורו יוצר חומר, אנרגיה ושאר ירקות של יקום.

התרשים שלמטה ממחיש את אופן פעולת האינפלציה, כאשר איקס אדום משמעו עצירה של התהליך ויצירת חומר ואנרגיה רגילים.

הכול טוב ויפה בתיאוריה, אבל מה בנוגע למציאות?

בין שנות ה-90 לעשור הראשון של שנות האלפיים, נמצאו תנודות בקרינה שנותרה מהמפץ הגדול; תנודות שהתנהגו בהתאם לתחזיות האינפלציה הקוסמית. מעבר לכך, התנודות הללו היו אמורות להיות מספיק קטנות כדי שהיקום לא יגיע לאנרגיות גבוהות שיוצרות שאריות אנרגיה-גבוהה, ועוד יותר קטנות מאשר אלו הדרושות כדי שהיקום יקפוץ מתוך נקודת סינגולריות.

התרשים שלמטה מציג בדיוק את הנתונים הללו בקרינת הרקע הקוסמית, שנאספו לאורך כמה שנים בקנה מידה גדול (לוויין COBE), קנה מידה בינוני (לוויין WMAP) וקנה מידה קטן (לוויין PLANCK).

התנודות הקוואנטיות בשאריות הקרינה מהמפץ הגדול, מעידות שהוא לא יכול היה להיווצר מתוך מצב חם ודחוס בצורה שרירותית (כלומר אינסופית, כמו בסינגולריות), אלא כנראה מתוך מצב הדומה למה שמתואר בתיאוריית התפיחה של אלן גות'.

המסקנה של סיגל מתוך כל זה היא שאומנם המפץ הגדול בהחלט התרחש, אבל הוא לא נובע ממצב דחוס וחם של סינגולריות – כפי שנטען כיום. במקום שהמפץ הגדול יהיה ראשיתה של התפיחה הקוסמית, סיגל מחליף במקומות וטוען שהתפיחה הקוסמית היא ראשיתו של המפץ הגדול.

למעשה יצא לי לקרוא לא מזמן מאמר מעניין שטוען שיש חלקים מסוימים ביקום, בהם התפיחה כנראה ממשיכה להתרחש. חלקים אלו פשוט נמצאים במרחבים אחרים שאינם נגישים לנו. כל אינפלציה כזו שעתידה להיעצר בשלב כלשהו, תוליד יקום נוסף במפץ גדול נוסף.

איך סיגל מרשה לעצמו לעשות כיסאות מוזיקליים, ולהחליף בין סיבה לתוצאה? הוא פשוט אומר שאין קונצנזוס באשר לשאלה האם בכלל הייתה סינגולריות (הרי מפץ גדול יכול להתרחש מתוך מצב חם ודחוס כלשהו, שאיננו בהכרח סינגולריות). גם סטיבן הוקינג יצר תיאוריה שמוחקת את קיומה של סינגולריות בראשית היקום, אבל ככל הידוע לי היא לא אוששה בשום ממצא עד היום.

סיגל טוען שכרגע אי אפשר לדעת מה קרה לפני התפיחה והאם היא נצחית, אבל מה שבטוח הוא שהמפץ הגדול איננו ראשית היקום.

מאמרו של סיגל באתר פורבס >

במקביל חשוב לציין שכיום נשמעות גם טענות שאין מספיק ראיות לקיומה של תפיחה קוסמית >