היקום הרבה יותר גדול מאופק הראייה שלנו. על פי חוק האבל והתגלית שהיקום מתפשט, כל הגלקסיות שרחוקות מאיתנו מעל 15 מיליארד שנה בערך נמצאות מעבר לאופק. הן מתרחקות מאיתנו במהירות גדולה ממהירות האור ולא נוכל אף פעם לראותן. זו אולי התשובה לפרדוקס של אולברס והסיבה לכך ששמי הלילה אינם זוהרים במלואם באור אינסוף כוכבים.
משטח האופק הגדול והקטן
יש שני משטחי אופק קריטיים שמעבר להם איננו יכולים לראות דבר. משטח האופק הגדול ומשטח האופק הקטן. מעבר למשטח האופק הגדול איננו יכולים לראות דבר בגלל חוק האבל והיקום המתפשט, ומעבר למשטח האופק הקטן איננו יכולים לראות דבר בגלל שדה הכבידה העצום של החורים השחורים, שכמעט דבר אינו יכול להמלט ממנו.
סטפן הוקינג גילה שחומר חדש יכול להיווצר בתהליך מינהור קוונטי, שמפריד בין חלקיקי חומר ואנטי-חומר על משטח האופק של חורים שחורים. איננו יכולים לראות דבר מעבר לאופק של החור השחור, אבל החומר החדש שנוצר ונפלט ליקום ממשטח האופק משחק כנראה תפקיד מרכזי בצמיחה ובהתפשטות של היקום. על פי קהלת אין חדש תחת השמש, אבל על פי הוקינג, יש חדש על משטחי האופק.
החומר החדש שנוצר ונפלט ליקום ממשטח האופק משחק כנראה תפקיד מרכזי בצמיחה ובהתפשטות היקום. עפ"י קהלת אין חדש תחת השמש, אבל עפ"י הוקינג, יש חדש על משטחי האופק
איך נוצר החומר – סימטריה שנשברה במפץ הגדול
פול דיראק הניח ב-1933 שקיימת סימטריה מושלמת בין החומר והאנטי-חומר ביקום ושיש אנטי-אטומים, אנטי-כוכבים ואנטי-גלקסיות, עשויות כולן מאנטי-חלקיקים. לא נוכל להבדיל מרחוק בין גלקסיות של חומר לגלקסיות של אנטי-חומר מאחר וספקטרום הפליטה שלהם זהה. בפועל, מניחים שלא קיים ביקום אנטי-חומר חופשי (מלבד פוזיטרונים, שאותם ניתן לבודד במעבדה לזמן קצר ולהשתמש בהם במכשיר סריקה רפואי המשמש לגילוי של גידולים סרטניים ה-PET).
על פי תורת השדות הקוונטיים, חלקיקי חומר ואנטי-חומר נוצרים בזוגות. למשל מקרינת גאמא. לכן משהו צריך היה לקרות שיאפשר יצירת חומר ביקום בעדיפות על האנטי-חומר. משהו היה צריך לשבור את הסימטריה ביצירת החומר והאנטי-חומר בטבע.
אנדריי סחרוב הציע ב-1967 תיאוריה לשבירת הסימטריה שקרתה לאחר המפץ הגדול ושגרמה ליצירת עודף זעיר של חלקיקי חומר ביחס לחלקיקי האנטי-חומר שנוצרו לאחר המפץ הגדול בזוגות, ביחס של אחד לביליון. שבירת הסימטריה הקטנטנה הזו יצרה את כמות החומר האינסופית של היקום.
על פי התיאוריה של סחרוב, הבריונג'נסיס, בתנאים הקיצוניים של המפץ הגדול נשברו סימטריות של שמירת מספר החלקיקים, הסימטריה של החלפת חלקיק באנטי-חלקיק, וגם הסימטריה של ההחלפה בצירוף עם שיקוף. הסימטריות האלו נשברו לשברירי שניות לפני כ-13.8 מיליארד שנים וכך נוצר עודף החומר ביקום.
סחרוב הציע תיאוריה לשבירת הסימטריה שקרתה לאחר המפץ הגדול וגרמה ליצירת עודף זעיר של חלקיקי חומר ביחס לחלקיקי האנטי-חומר. שבירת הסימטריה הקטנטנה הזו יצרה את כמות החומר האינסופית של היקום
כל שאר טריליוני הזוגות של חלקיקי חומר ואנטי-חומר שנוצרו במפץ הגדול (אם היה) הפכו לקרינה לאחר התפיחה הגדולה (אם היתה) ונבלעו במרחב הריק של היקום המתפשט.
סימטריה שנשברת על משטחי האופק של חורים שחורים
סטפן הוקינג הציע ב-1974 מודל מינהור קוונטי שמאפשר לחורים שחורים לפלוט חומר וקרינה. לחורים שחורים יש טמפרטורה ואנטרופיה והם יכולים להתאייד ולהיעלם בסוף חייהם בתהליך קוונטי ואיטי מאוד של ביליוני שנים. חורים שחורים פולטים חומר וקרינה במנגנון המינהור הקוונטי על ידי שבירת זוגות של חלקיקים ואנטי-חלקיקים שמתרחשת בקרבת משטח האופק. על פי הוקינג, חלקיקי החומר והקרינה יכולים להמלט משדה הגרוויטציה העצום של החורים השחורים, כאשר בני זוגם, האנטי-חלקיקים, נלכדים מתחת למשטח האופק.
הפרדת חלקיקי חומר ואנטי-חומר על פי קרינת הוקינג מתוארת בדיאגרמת פיינמן הבאה, שיכולה להתרחש על משטח האופק של חור שחור:
האלקטרון e- מצליח להמלט משדה הגרוויטציה של החור השחור ולהצטרף לחומר של היקום, כאשר בן זוגו, הפוזיטרון, + e , נופל מעבר למשטח האופק. בניגוד לשבירת הסימטריה בתנאים הקיצוניים של המפץ הגדול, שארעה לשברירי שניות לפני כ-13.8 מיליארד שנים שהציע סחרוב, מנגנון ההפרדה של זוגות חלקיקים ואנטי-חלקיקים במינהור הקוונטי של הוקינג יכול להתרחש גם עכשיו על משטח האופק של חורים שחורים ויש מיליונים כאלה ביקום.
על פי הוקינג, חלקיקי החומר והקרינה יכולים להמלט משדה הגרוויטציה העצום של החורים השחורים, כאשר בני זוגם, האנטי-חלקיקים, נלכדים מתחת למשטח האופק
קרינת הוקינג מאולצת – קרינת לייזר ממשטחי האופק של חורים שחורים
קרינת הוקינג מתארת יצירה והפרדה של זוגות חלקיקי חומר ואנטי חומר על משטח האופק של חורים שחורים, בתהליך מינהור קוונטי איטי ובטמפרטורה מאוד נמוכה. אבל התהליך מואץ אקספוננציאלית כשיש שני משטחי אופק כמו במטריקה של קאר עבור חור שחור מסתובב שיוצרים ביניהם מהוד של הגברה מאולצת כמו בקרינת לייזר.
מודל של קרינת הוקינג מאולצת, קרינת לייזר מחור שחור, תואר ב-1999 על ידי סטיבן קורלי וטד ג'קובסון, ובשנים האחרונות נחקר גם על ידי וואנג ושות' ופינאזי ופאראנטיין. אם המרכזים הגלקטיים הפעילים מייצרים קרינת הוקינג מאולצת על משטח האופק של החורים השחורים – תהליך יצירת החומר מוגבר אקספוננציאלית ויכול להיות אלטרנטיבה לשבירת הסימטריה בין חומר לאנטי-חומר על פי המודל של הבריונג'נסיס של תיאוריית המפץ הגדול. על פי קורלי וג'ייקובסון, ללייזרים של החורים השחורים יש הגברה גדולה יותר ליצירת קרינה ביחס לחומר וזה יכול להסביר אולי מדוע יש בתשעה סדרי גודל יותר קרינה מחומר ביקום.
מנועי קרנו על משטחי האופק של חורים שחורים
בלב מרכזים גלקטיים פעילים נמצאים חורים שחורים מסיביים שמסתובבים סביב צירם. מסביבם יש ענני גז ענקיים של חומר, הנופל בשדה הגרוויטציה לתוך החור השחור ומייצר פלסמה טעונה ושדה מגנטי חזק בקרבת משטח האופק של החור השחור.
החומר בדיסקה מגיע למהירויות אדירות ומתחמם לטמפרטורות של מאות ואלפי מיליוני מעלות. המרכזים הגלקטיים הפעילים בולעים חומר בקצב אדיר, בסדר גודל של מספר שמשות כשלנו בשנה, ומייצרים סילונים של קרינה אלקטרומגנטית וחלקיקים המוזרקים בכמויות ובמהירויות אדירות למרחב.
החומר בדיסקה מגיע למהירויות אדירות ומתחמם לטמפרטורות של מאות ואלפי מיליוני מעלות. המרכזים הגלקטיים הפעילים בולעים חומר בקצב אדיר, בסדר גודל של מספר שמשות כשלנו בשנה, ומייצרים סילוני קרינה אלקטרומגנטית וחלקיקים
הסילונים התגלו לראשונה בתחילת המאה שעברה ב-1918 על ידי הבר קרטיס, אסטרונום אמריקאי, שראה בטלסקופ אופטי קרן קוסמית ישרה ובלתי מובנת היוצאת ממרכז הגלקסיה M87 המרוחקת כ-53 מיליון שנות אור מאיתנו.
חור שחור מסיבי של מרכז גלקטי פעיל גדול בממוצע פי 100 מיליון מהשמש שלנו, אבל בשונה מאוד מהשמש, הטמפרטורה שלו נמוכה מאוד, קרובה לאפס המוחלט.
דיסקת החומר שמסתובבת סביב החור השחור יכולה להתחמם לטמפרטורות של טריליוני מעלות. בין שני מאגרי החומר הענקיים, הקר והחם, נוצרים מנועי קרנו, טורבינות שמייצרות סילונים ענקים של קרינה אלקטרומגנטית וחומר.
אוסמו קבורקי ואיסאו אוקמוטו פיתחו מודל של מעגל קרנו של חור שחור מסתובב בשדה מגנטי ב-1990. למנוע קרנו 4 שלבים, האטה סיבובית איזותרמית, האצה סיבובית אדיאבטית, האצה סיבובית איזותרמית ולבסוף האטה סיבובית אדיאבטית. בסיום המעגל החור השחור חוזר למצבו הסיבובי התחילי.
הסילונים התגלו לראשונה בתחילת המאה שעברה ב-1918 על ידי הבר קרטיס, אסטרונום אמריקאי, שראה בטלסקופ אופטי קרן קוסמית ישרה ובלתי מובנת היוצאת ממרכז הגלקסיה M87 המרוחקת כ-53 מיליון שנות אור מאיתנו
מנוע קרנו מושך אנרגיה ומייצר באופן מאולץ זוגות של חלקיקים ואנטי-חלקיקים מהתנועה הסיבובית של החור השחור, הדיסקה והשדה המגנטי. אם הגז הפעיל הוא קרני גאמא הנפלטות מדיסקת החומר החם שסובב את המרכז הגלקטי הפעיל, ארבעת השלבים של מנוע קרנו יתווספו למערכת משוואות הזרימה הקלסיות של המגנטוהידרודינמיות של שדה הכבידה בקרבת החור השחור שמדמות בסימולצית מחשב את יצירת הסילונים.
מקורות הצמיחה וההתפשטות האולטימטיביים של היקום
שני המודלים, קרינת הוקינג מאולצת כלייזר מחור שחור (קורלי וג'יקובסון) ומנוע קרנו של חור שחור מסתובב בשדה מגנטי (קבורקי ואוקמוטו), יוצרים אפקט של הגברה של קרינת הוקינג ממשטחי האופק של חורים שחורים במרכזים גלקטיים פעילים.
איסאו אוקמוטו כותב שהסודות של הפיזיקה של משטחי האופק של החורים השחורים, המבנה שלהם וייצור החלקיקים בתוכם יתגלו כאחד המנועים האולטימטיביים של היקום. עדיין לא יודעים לחשב את כמויות הקרינה והחומר האדירים הנפלטים ליקום ממרכז גלקטי פעיל. מעריכים שיש מעל 100 אלף מרכזים גלקטיים פעילים ביקום. 100 אלף "אטומים קדמונים".
הסילונים פעילים במשך מיליוני שנים והם ממלאים את היקום גם בקרינת גאמא שיכולה לייצר זוגות של חלקיקים ואנטי-חלקיקים, וגם בענני חומר ענקיים המכילים בעיקר, אבל לא רק, אטומי מימן. ענני הגז העצומים שנוצרים קורסים ויוצרים גלקסיות וצבירי גלקסיות חדשות. ייתכן שהאנטי-חומר החסר ביקום כלוא מתחת למשטחי האופק של החורים השחורים על פי מנגנון שבירת הזוגות של הוקינג.
ענני הגז העצומים שנוצרים קורסים ויוצרים גלקסיות וצבירי גלקסיות חדשות. ייתכן שהאנטי-חומר החסר ביקום כלוא מתחת למשטחי האופק של החורים השחורים על פי מנגנון שבירת הזוגות של הוקינג
מרכז גלקטי פעיל, סילונים וענני גז אדירים נראים בתמונה למטה, שצולמה על ידי טלסקופ גלי רדיו של נאסא בניו-מקסיקו. חומר ואנרגיה בצורה של קרינת גאמא ממשיכים להיווצר במרכזים הגלקטיים הפעילים ולמלא את היקום המתפשט באופן מואץ. סילונים של מרכז גלקטי פעיל (הרקולס A) מייצרים ענני גז ענקיים משני צידי המרכז הגלקטי. הרקולס A גדולה פי 1000 מגלקסיית שביל החלב והחור השחור שבמרכזה מוערך כ-2.5 ביליון מסות שמש.
התיאור הזה מתאים יותר לקוסמולוגית המצב הקווזי יציב של הויל, בורבריג' ונרליקר מאשר לתיאוריית המפץ הגדול. היקום לא רק מתפשט אלא גם צומח, חומר נוצר במרכזים הגלקטיים הפעילים. לא כל החומר ביקום נוצר במפץ הגדול. יש חדש על משטח האופק. הבריאה נמשכת על ידי המרכזים הגלקטיים הפעילים, שהם אולי מקורות הצמיחה וההתפשטות האולטימיטיביים של היקום.
ד"ר רמי רום הוא דוקטור לכימיה פיזיקלית, עורך פטנטים וחוקר עצמאי של מלחמת יום כיפור.
תגובות עכשיו הזמן לומר את דעתך
תגובתך פורסמה! שתפו את עמוד הפרופיל שלכם