קוסמולוגיה אפלה

החומר האפל

אסטרופיזיקאי בשם פריץ צוויקי (Zwicky) גילה בשנות ה-30 שגלקסיות מתנהגות בצורה קצת מוזרה. כל גלקסיה נעה במהירות מסוימת, המוכתבת מהמאסה שלה ומהיותה חלק מצביר-גלקסיות. התברר לו שמהירות הגלקסיות בתוך הצביר, הייתה גבוהה יותר ממה שמאפשרת המאסה שלהן לבדה. הדבר רמז על כך שיש עוד מאסה בלתי-נראית באזור הצביר, הגורמת לגלקסיות לנוע מהר יותר. צוויקי קרא למאסה הבלתי-נראית הזו “החומר החסר”.

בשנות ה-70 וה-80 נבדקו גלקסיות נוספות על ידי האסטרונומית ורה רובין (Rubin). גם היא מצאה שהן מתנהגות בצורה לא צפויה: מהירות סיבובן בשוליים דומה למהירות הסיבוב בחלקים הפנימיים – ואף גדולה יותר. עם מהירות סיבוב כזו גדולה, הגלקסיות היו אמורות להתפרק לחתיכות. משהו בלתי-נראה מחזיק אותן שם; חומר אפל כלשהו (Dark Matter) שאינו פולט או מחזיר קרינה, אבל יש לו השפעה כבידתית על הסביבה.

מהו אותו חומר אפל, שאי אפשר לראות אלא רק לחוש בהשפעתו הכבידתית? האסטרונומים חושבים שמדובר במכלול הדברים שאינם פולטים אור – כוכבי לכת, אסטרואידים, ננסים חומים (כוכבים כושלים), חורים שחורים וכו’. כל אלו נקראים בשם הכולל Massive Astronomical Compact Halo Objects (או MACHO, בקיצור).

הפיזיקאים של החלקיקים מעלים טענה אחרת – החומר האפל אינו חומר רגיל העשוי מאטומים; מדובר בחלקיקים מוזרים, הנקראים בשם Weakly Interacting Massive Particles (או WIMP). לפיזיקאים כבר יש כמה וכמה הצעות לחלקיקים שכאלה, כגון אקסיונים, חלקיקים סופר-סימטריים ועוד. עד היום לא גילו אף חלקיק אחד של חומר אפל; אולי מאיץ LHC יעשה זאת בקרוב ויפתור את התעלומה.

צילום של גוש חומר אפל ברוחב 60 מיליון שנות אור

ייתכן שהחומר האפל הוא מאצ’ו; ייתכן שהוא וימפ; אבל יהא טיבו אשר יהיה – הוא מהווה כרבע מהיקום והוא נמצא בכל פינה (כיוון שאין לו אינטראקציה עם חומר רגיל, הוא חולף דרך כדור הארץ ודרכנו כאילו לא היינו שם). אחרי 6,000 שנות אסטרונומיה, מדהים לדעת שבעצם כל מה שאנו רואים (כוכבים וגלקסיות) אינו אלא רק 5% מסך כל היקום.

מדענים הצליחו לעקוב אחרי החומר האפל באמצעות השפעת הכבידה שלו על האור שסביבו (מה שנקרא “עדשה כבידתית”), והפיקו הדמיות שלו סביב גלקסיות וצבירי גלקסיות. החומר האפל מקיף כל גלקסיה בבועה הגדולה מן הגלקסיה עצמה פי כמה וכמה; בנוסף – הוא מהווה מעין שלד “אפל” שעליו מצטופף ונבנה החומר הרגיל, זה שניתן לראות. החומר האפל הוא הפיגום שעליו נבנית המאסה הרגילה ביקום, והוא זה שמכתיב את מהירותה ואת התנהגותה.

כעת נשאלת שאלה מטרידה אף יותר: אם כל הכוכבים והגלקסיות שאנו רואים הם רק 5% מהיקום, והחומר האפל מהווה עוד 25% – מה עם 70 האחוזים הנותרים מהיקום? ממה הם מורכבים?

האנרגיה האפלה

אדווין האבל גילה בשנות ה-20 שהיקום מתפשט ושהגלקסיות מתרחקות מאתנו – עדות לכך שפעם הן היו מרוכזות במקום אחד (המפץ הגדול). מאז המדענים ציפו שהיקום יאט את התפשטותו, כמו שחפץ שנזרק מעלה יפול בסופו של דבר למטה. לא רק שזה לא קורה והיקום לא מאט – אלא בדיוק להפך: הוא מאיץ את ההתפשטות שלו החוצה. זה דומה לאותו תפוח שזרקנו למעלה, והוא ממשיך להאיץ למעלה, כאילו משהו שואב אותו. היקום לא שומר על קצב התפשטות אחיד ולא נעצר – הוא מאיץ.

מה גורם ליקום להתפשט בקצב מואץ? המדענים אינם יודעים, אך הם כן יודעים שמדובר באנרגיה מסתורית, חזקה יותר מהכבידה עצמה (שאמורה להיות הגורם השולט במרחקים קוסמולוגיים). אותה אנרגיה אינה פולטת או מפיקה כל סממן שניתן לקלוט בגלאים ובמכשירים, ומטבע הדברים קוראים לה “אנרגיה אפלה” (Dark Energy). אנרגיה זו מהווה 70% מהיקום, ויחד עם החומר האפל (25% מהיקום) – המדענים מבינים ש-95% מהיקום למעשה אינם נגישים לנו.

כל מה שנדמה לנו שאנו יודעים, תקף כרגע רק לגבי המאסה הרגילה ביקום – זו שמהווה רק 5% ממנו. אם לרגע חשבנו שלא נשארו דברים להבין – טעינו, ובגדול. האנרגיה האפלה היא זו שמאיצה את התפשטות המרחב בין הגלקסיות, ואחראית לכך שהכול מתרחק מהכול (אגב, זה התיאור הנכון של התפשטות היקום – המרחב הוא זה שמתפשט והגלקסיות רק “רוכבות” עליו).

הדיבורים על אנרגיה אפלה אולי נשמעים כמו מיסטיקה, אבל אפשר למדוד את השפעתה על צבירי הגלקסיות ביקום. הראשון שחשב על “אנרגיה אפלה” שכזו היה אלברט איינשטיין, והוא קרא לה “הקבוע הקוסמולוגי” – כוח שמונע מהיקום להתכווץ או להתפשט. בזמנו של איינשטיין חשבו שהיקום סטטי ולא משתנה; רק אחרי שאדווין האבל גילה שהיקום באמת מתפשט, איינשטיין הבין שהקבוע הקוסמולוגי היה טעות; אבל בעצם היום אנו יודעים שהקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין הוא הכוח השולט ביקום. הטעות של איינשטיין הפכה לחידה הכי גדולה שעומדת כיום בחזית הקוסמולוגיה.

העתיד האפל

היקום ממשיך להאיץ את ההתפשטות שלו בהשפעת האנרגיה האפלה, שמתגברת על השפעת הכבידה של החומר הרגיל והחומר האפל גם יחד. אם ההתפשטות המואצת הזו לא תאט, יגיע יום אחד – מיליארדי שנים בעתיד – שבו התפשטות המרחב תהיה כל כך גדולה ומהירה, עד שאפילו אטומים יתפוררו לרסיסים. לא יהיו יותר גלקסיות, כוכבים ויצורים חיים.

מה כן יהיה? עתיד אפל במיוחד. אבל כמובן שאי אפשר לחזות את העתיד; מה שנכון היום במדע יתוקן שוב מחר, ואולי היקום לא יהיה חייב לגמור בלי שיר מזמור.

 

4 תגובות


  1. החומר האפל הינו השארה בלבד. קיימות תיאוריות גרויטציה חילופיות כגון MOND אשר אינן נדרשות להשערת החומר האפל.
    השערת החומר האפל והאנרגיה האפלה דומות לתיאוריות על קיום האתר המיסתורי שהיו נפוצות בתחילת המאה העשרים. האתר התגלה כבדיה לאחר ההבנה הפיסיקלית שהגיעה עם פיתוח תורת היחסות הפרטית שלאינשטיין. יתכן לפיכך כי תאוריית הגרויטציה הקיימת הינה חסרה והבנה טובה יותר של הפיסיקה תוביל לכך שלא נזדקק להשערות החומר האפל והאנרגיה האפלה.

    הגב

  2. עד כמה שידוע לי, מונד היא תיאוריה זניחה ביותר בקהילת הפיזיקה. רוב המדענים אינם דוגלים בה, אבל כמובן שאין זה אומר שהיא לא יכולה להתברר כנכונה. העניין הוא שזו לא פעם ראשונה שמדען כזה או אחר מצא סטיות בחוקי ניוטון וניסה לשנות את המשוואות. לדעתי, החומר האפל והאנרגיה האפלה הן הסברים טובים נכון לעכשיו.

    הגב

  3. לטעמי התאוריה הקיימת של גרויטציה עומדת בפני משבר (השקפה אישית) אי-ההתמאות בין התצפיות הניסיוניות לתאוריה מצביעות על משבר. הנחת האנרגיה האפלה והמסה האפלה נראים כמו ניסיומות לשמר תאוריה שפשטה את הרגל. צריך להוסיף לכך את הבעיות התיאורטיות של חוסר היכולת לשלב בין יחסות כללית לתורת הקוונטים, אמנם לכאורה אין לבעיה זו השלכות תצפיות אבל גם היא מצביעה על כך שאחת המתאוריות צריכה להשתנות.
    לגבי מונד לא ברורה לי עד כמה היא נתמכת בידי הקהילה המדעית אבל ההרחבה שלה לתורה יחסותית נעשתה על ידי אחד האסטרופיסיקאים הגדולים בימינו -פרופ’ יעקב בקנשטיין מהאוניברסיטה העברית.

    הגב

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *