היה או לא היה מפץ גדול?

בריאת האדם, הקפלה הסיסטינית, מיכאלאנג'לו
בריאת האדם, הקפלה הסיסטינית, מיכאלאנג'לו

מאמינים שהיה מפץ גדול. ליקום יש תאריך לידה, לפני בערך כ-13.819 מיליארד שנים, ותהליך התפתחות היקום מרגע המפץ הגדול ועד היום ברור וידוע. אבל כאשר התגלה איזו חוסר התאמה ניסיונית וצריך היה להוסיף איזה טלאי לתיאוריה, הוסיפו.

מאמינים שהיה מפץ גדול. ליקום יש תאריך לידה, לפני בערך כ-13.819 מיליארד שנים, ותהליך התפתחותו מרגע המפץ הגדול ועד היום ברור וידוע. אבל כשהתגלה איזה חוסר התאמה וצריך היה להוסיף איזה טלאי לתיאוריה, הוסיפו

למשל, גיל היקום כפי שהתקבל מהתצפיות הראשונות של אדווין האבל הוערך בכמיליארד שנה, בעוד שההערכות לגבי גיל כדור הארץ עמדו כבר באותה תקופה על כ-3.4 מיליארד שנה וכיום מעריכים את גיל היקום ב-13.8 מיליארד שנים.

טלאי נוסף היתה תיאוריית התפיחה הגדולה שהוספה ב-1981 על ידי אלן גות' כדי להסביר את המימדים האסטרונומיים של היקום, ואת העובדה שהיקום נראה שטוח והומוגני ולא עקמומי כפי שהיה אפשר לצפות אם התפשט מנקודה אחת כבלון. ליאונרד סוסקינד מסביר שאין יכולת ניסיונית לדעת מה היו תנאי ההתחלה של המפץ הגדול, כי התפיחה הגדולה שארעה שברירי שניות לפני המפץ מסתירה לגמרי את תנאי ההתחלה.

סוסקינד מאמין שהיתה תפיחה גדולה, אבל מציב סימן שאלה לגבי מה קרה לפני המפץ הגדול, ולשיטתו איננו יודעים. בניגוד לסוסקינד, רוג'ר פנרוז, זוכה פרס הנובל בפיזיקה בשנת 2020, לא מאמין שהיתה תפיחה גדולה וגם לא מאמין שהמפץ הגדול היה יחיד, ושארע בנקודה אחת במרחב. פנרוז מאמין ביקום נצחי, אינסופי ומחזורי.

טלאים נוספים לתיאוריה הם החומר והאנרגיה האפלה, שאמורים להסביר את אי ההתאמות בין תיאוריית המפץ הגדול לתצפיות הקוסמולוגיות של יקום מתפשט באופן מואץ, שמכיל הרבה יותר חומר (אפל) ואנרגיה (אפלה) מהצפוי. לא ברור אם היה או לא היה מפץ גדול ומה היה לפניו. היקום מתפשט, איזוטרופי והומוגני, אבל בניגוד לתיאוריית המפץ הגדול הוא גם צומח.

ההיסטוריה של התיאוריות הקוסמולוגיות

אריסטו האמין ביקום נצחי, אין-סופי וקבוע. הפרדוקס של אולברס מערער את ההנחה הזו בטענה שאם היקום אכן היה קבוע ואינסופי, שמי הלילה היו אמורים לזהור במלואם מאור אינסוף הכוכבים הממלאים את שמי הלילה, ולא היינו רואים שמים אפלים.

תיאוריית המפץ הגדול הוצעה לראשונה כרעיון במאמר "יוריקה" של הסופר אדגר אלן פו ב-1848, שהציע כי מקור היקום הוא מנקודה אחת. איינשטיין ב-1917 מצא שמשוואת השדה של תורת היחסות הכללית מנבאת שהיקום יקרוס בשל כוחות המשיכה הגרוויטציוניים, והציע להוסיף את הקבוע הקוסמולוגי למשוואת השדה, שמאפשר פיתרון של יקום נצחי וקבוע.

לא ברור אם היה או לא היה מפץ גדול ומה היה לפניו. היקום מתפשט, איזוטרופי והומוגני, אבל בניגוד לתיאוריית המפץ הגדול הוא גם צומח

בשנת 1922 אלכסנדר פרידמן הראה שיתכן שהיקום מתפשט. ב-1927 הפיזיקאי והכומר הבלגי, ז'ורז' למטר, תיאר את התפתחות היקום מנקודה שקרא לה האטום הקדמוני.

איינשטיין, שניסח את המשוואות עליהן התבססו פרידמן ולמטר, דחה בתחילה את הרעיון של יקום מתפשט. ב-1929 אדווין האבל גילה את ההסטה לאדום של הגלקסיות וניסח את החוק הקרוי על שמו, לפיו הגלקסיות מתרחקות אחת מהשנייה במהירות הפרופורציונית למרחקים ביניהן. שנתיים לאחר מכן, ב-1931, איינשטיין קיבל את רעיון היקום המתפשט, וכינה את הוספת הקבוע הקוסמולוגי למשוואתו כדי לאפשר יקום קבוע – הטעות המדעית הגדולה של חייו.

ב-1949 פותחה תיאורית המצב היציב על ידי פרד הויל, הרמן בונדי ותומס גולד. על פי התיאוריה של הויל היקום נצחי ומתפשט וחומר נוצר ביקום כל הזמן, כך שצפיפות החומר תישמר בקירוב הומוגנית ואיזוטרופית במרחב.

הויכוח בין התומכים בשתי התיאוריות הסותרות נגע בתפיסת הבריאה עצמה. תיאוריית המפץ הגדול עם האטום הקדמוני של הפיזיקאי והכומר הבלגי, ז'ורז' למטר, אומצה על ידי הכנסיה הקתולית כהוכחה לבריאת העולם. לעומת זאת, תיאורית המצב היציב של פרד הויל ושותפיו גרסה שהיקום נצחי ומתפשט, ושחומר נוצר ביקום כל הזמן כדי לשמור על צפיפותו הקבועה.

בשנת 1964 התגלתה קרינת גלי המיקרו האחידה ביקום, שהתאימה לקרינת גוף שחור בטמפרטורה של 2.7 מעלות קלוין. גילויה נתפס על ידי תומכי המפץ הגדול כהוכחה מכרעת לנכונות התיאוריה. הוכחה המעידה שהיקום היה דחוס וחם בעברו, בניגוד לתיאורית המצב היציב שהניחה צפיפות קבועה ובלתי משתנה של היקום.

סטפן הוקינג טען שקרינת גלי המיקרו האחידה היא המסמר האחרון בארון הקבורה של תיאורית המצב היציב. תיאורית המפץ ניצחה בגדול והפכה לעובדה מדעית מוגמרת. באופן אירוני דווקא פרד הויל, שפיתח את התיאוריה המתחרה נתן לתיאורית המפץ הגדול את שמה בראיון רדיו ל-BBC ב1949 כשהוא קרא לה במעט זלזול  The Big Bang.

הויכוח בין התומכים בשתי התיאוריות הסותרות נגע בתפיסת הבריאה עצמה. תיאוריית המפץ הגדול עם האטום הקדמוני של הפיזיקאי והכומר הבלגי, ז'ורז' למטר, אומצה ע"י הכנסיה הקתולית כהוכחה לבריאת העולם

ביקורת על קוסמולוגיית המפץ הגדול (לרניקר):

תיאוריית המצב הקווזי יציב – המפצים הקטנים

תיאוריית המצב היציב של הויל, בונדי וגולד, מסבירה את התפשטות היקום על ידי יצירת חומר נוסף ביקום, כך שצפיפות היקום נשארת קבועה ונשמר העיקרון הקוסמולוגי, והמרחב הומוגני ואיזוטרופי. הויל הוסיף למשוואת איינשטיין שדה המייצג יצירת חומר ביקום. מודל המצב היציב של הויל לא הסביר את המנגנון הפיזיקלי ליצירת החומר הנוסף, והניח שהוא נוצר בכל המרחב.

על פי המבקרים של התיאוריה, המודל של הויל לא הסביר באופן משכנע את קרינת גלי המיקרו האחידה של קרינת גוף שחור וגם לא את יצירת היסודות הכבדים יותר ממימן. מודל המצב היציב ננטש על ידי רוב הפיזיקאים בתחילת שנות השבעים.

ב-1993 הויל, בורבריג' ונרליקר פירסמו תיאוריה קוסמולוגית חדשה, מודל קוסמולוגי של המצב הקווזי יציב עם יצירת חומר. גם בתיאוריה החדשה, המתארת יצירת חומר על ידי מפצים קטנים, היקום נצחי ומתפשט וחומר ממשיך להיווצר, אבל החידוש היה שהחומר הנוסף ביקום נוצר באיזורים בהם יש חומר דחוס ושדה גרוויטציה מסיבי. הויל נותן דוגמה במאמר את המרכז הגלקטי הפעיל M87, שהסילונים שלו יצרו גלקסיה סמוכה חדשה M84. המרכז הגלקטי הפעיל של M87 מכיל את החור השחור המסיבי הראשון ובינתיים גם היחיד שצולם ב2019.

תמונת החור השחור של גלקסית M87 (צילום:מויקיפדיה, Event Horizon Telescope - https://www.eso.org/public/images/eso1907a/; JPG saved from full size TIFF and converted with maximum quality level 12 in Photoshop 2019).
תמונת החור השחור של גלקסית M87 (צילום:מויקיפדיה, Event Horizon Telescope – https://www.eso.org/public/images/eso1907a/; JPG saved from full size TIFF and converted with maximum quality level 12 in Photoshop 2019).

הויל נתן הסבר אלטרנטיבי לקרינת גלי המיקרו האחידה ולשכיחויות של היסודות הכבדים ביקום בתיאוריה המתוקנת שלו ב1993. הויל ושותפיו כתבו שבניגוד לתיאוריית המצב היציב מ-1948, התיאוריה החדשה טוענת שהחומר נוצר במקומות ספציפיים בהם שדה הגרוויטציה גדול, בקרבת משטח האופק, וכן שקצב התפשטות היקום תלויה במספר ובמסה של המרכזים הפעילים בהם נוצר החומר. הויל טוען שתיתכן אי-הומוגניות קלה בצפיפות היקום בשל המפצים הקטנים ושניתן יהיה לזהות את אי ההומגניות הזו בחלל בתצפיות.

גם בתיאוריה החדשה, המתארת יצירת חומר על ידי מפצים קטנים, היקום נצחי ומתפשט וחומר ממשיך להיווצר, אבל החידוש היה שהחומר הנוסף ביקום נוצר באיזורים בהם יש חומר דחוס ושדה גרוויטציה מסיבי

התיאוריה החדשה של הויל מניחה שהיו מפצים קטנים מפולגים במרחב ובזמן, שאינם מסמנים את תחילת היקום שהוא נצחי ומתפשט. הויל מגדיר את המקומות הדחוסים בעלי שדה גרוויטציה מסיבי כמו חורים שחורים – כגורם ליצירת המפצים הקטנים, שמייצרים חלקיקי פלאנק שקיימים זמן מזערי של 10-43 שניות ומתפרקים לכמויות אסטרונומיות של חלקיקי חומר.

התיאוריה של הויל עושה צעד מעבר לתיאוריית המפץ הגדול שאינה אומרת דבר לגבי מיקום ומנגנון יצירת האטום הקדמוני. תיאורית המפץ הגדול לא מובנת בהקשר הזה ואף "קסומה", במובן של יצירת כמויות אדירות של חומר ואנרגיה של כל היקום, יש מאין, מאטום קדמוני, ללא מתן הסבר פיזיקלי ודרך לאמת או להפריך את התיאוריה.

ביקורת על תיאוריית המפץ הגדול 

לפני המפץ הגדול לא היה מרחב, לא היה זמן, לא היה כלום, האין המוחלט. שברירי שניות לפני המפץ הגדול החלה התפיחה הגדולה שהביאה בפחות מ-10-32 שניות את היקום מאטום קדמוני נקודתי למרחב בעל מימדים אסטרונומיים (אלן גות' 1981) בקצב אקספוננציאלי בלתי נתפס ולא פיזיקלי, על ידי שדה האינפלטון שגם קיומו לא הוכח.

אחרי התפיחה הגדולה של היקום נוצרה פלסמה דחוסה ורותחת של קווארקים וגלואונים של כטריליוני מעלות, שלאחר כ-1 מיקרו שניה הפכה לפרוטונים וניוטרונים בטמפרטורות ולחצים גבוהים מאוד, שאיפשרו היתוך גרעיני בו נוצרו גרעינים כבדים יותר של דיוטריום, הליום וליתיום במשך כ-3 דקות מרגע המפץ. במשך כ-380 אלף שנים התקיימה הפלסמה החמה והדחוסה של גרעינים, אלקטרונים וקרינה אלקטרומגנטית כלואה. רק לאחר כ-380 אלף שנים, האלקטרונים והגרעינים יצרו אטומים נייטרליים שאיפשרו לקרינה להשתחרר ליקום. כוכבים וגלקסיות נוצרו ביקום החשוך על ידי קריסה בשדה הגרוויטציה של ענני האטומים הנייטרלים, והקרינה התפשטה והתקררה, והיא זו שתתגלה לאחר כ-13.8  מיליארד שנים כקרינת גלי המיקרו האחידה ביקום.

לפני המפץ הגדול לא היה מרחב, לא היה זמן, לא היה כלום, האין המוחלט. שברירי שניות לפני המפץ הגדול החלה התפיחה הגדולה שהביאה בפחות מ-10-32 שניות את היקום מאטום קדמוני נקודתי למרחב בעל מימדים אסטרונומיים

אין הוכחה חד משמעית לקיום המפץ הגדול וגם לא לתפיחה הגדולה. רוב המדענים מאמינים שכך היה אבל על פי הויל התיאוריה לא ניתנת לאימות או להפרכה. פרד הויל בפיסקת הסיום של מאמרו מודל קוסמולוגי של המצב הקווזי יציב עם יצירת חומר, כותב בחריפות:

לא כמו בקוסמולוגיה של המפץ הגדול, שבו כל הארוע הראשוני של יצירת החומר אינו נראה ואינו ניתן לאימות (וגם לא חוזר על עצמו), ארועי יצירת החומר המוצעים כאן מקיימים את הקריטריונים הסטנדרטיים של תיאוריות פיזיקליות על ידי ניבוי תוצאות הניתנות לאימות".

פרד הויל על תיאוריית המפץ הגדול
פרד הויל על תיאוריית המפץ הגדול, 1993

אז איך נוצר החומר ביקום?

בונדי וגולד, שותפיו למאמר של פרד הויל מ-1948, טענו שאין הוכחה שהמרחב באמת היה דחוס יותר בעבר. לדעתם צפיפות החומר ביקום קבועה ונשמרת על ידי יצירת חומר נוסף ביקום המתפשט. תיאוריית המצב הקווזי יציב מסבירה שחומר ממשיך להיווצר בקרבת משטח האופק של גופים מסיביים בפרצי אנרגיה אדירים במקומות שונים במרחב ובזמן, ושההעדפה לחומר על האנטי חומר קיימת בחלקיקי פלאנק המסיביים הנוצרים במפצים הקטנים (קיומם של חלקיקי פלאנק לא הוכח). לעומת זאת, תיאורית המפץ הגדול מניחה שהחומר נוצר בעודף על האנטי-חומר בשבירת סימטריה, שארעה בשבריר שניה לאחר סיום התפיחה הגדולה, הבריונג'נסיס

יתכן שאדגר אלן פו וז'ורז' למטר טעו והיקום לא נוצר מאטום קדמוני. מנגנון יצירת החומר בשבירת הסימטריה של סחרוב לא הוכח. חומר ואנטי-חומר נוצרים בכמויות שוות, והפרדתם נעשית בקירבת משטח האופק של חורים שחורים. על פי תיאוריית המפץ הגדול – לא היה חור שחור ולא היתה דיסקה של חומר מסביב לאטום הקדמוני וגם לא סילונים אדירים. לא היה כלום לפני המפץ, לא מרחב, לא זמן. יתכן שגם לא היה מפץ. יתכן שהיקום נצחי, הומוגני, איזוטרופי, מתפשט באופן מואץ ושומר על צפיפות קבועה בקירוב תוך יצירת חומר נוסף.

התצפיות מראות שחומר נוצר על ידי מרכזים גלקטיים פעילים ומוזרק למרחב בסילונים אדירים של חומר וקרינה, וזה מתאים יותר לקוסמולוגיית המצב הקווזי יציב וסותר את קוסמולוגיית המפץ הגדול. יתכן שאין צורך בחומר ואנרגיה אפלים כדי להסביר את ההתפשטות המואצת של היקום. החומר והקרינה שמוזרקים על ידי הסילונים של המרכזים הגלקטיים גורמים ליצירת גלקסיות חדשות, להתפשטות היקום ולצמיחתו. המרכזים הגלקטיים הפעילים הם מנועי הצמיחה של היקום. 

יתכן שאין צורך בחומר ואנרגיה אפלים כדי להסביר את ההתפשטות המואצת של היקום. החומר והקרינה שמוזרקים ע"י סילוני המרכזים הגלקטיים גורמים ליצירת גלקסיות חדשות, להתפשטות היקום ולצמיחתו

זוכה פרס הנובל לפיזיקה לשנת 2020 רוג'ר פנרוז חושב אחרת. לדעתו קרינת הרקע הכמעט אחידה מכילה אותות לארועים שקרו לפני המפץ הגדול. הוא לא מאמין שהיתה תפיחה גדולה וגם לא מאמין שהמפץ הגדול קרה בנקודה יחידה במרחב. לדעתו היקום נצחי, אינסופי ומחזורי. המפץ הגדול מתרחש בתחילתו של המחזור, שיסתיים ביקום אינסופי ריק, חשוך, קר, קרוב לאפס המוחלט, חסר מסה וכמעט ללא קרינה. חורים שחורים יבלעו את כל המסה של היקום ולאחר מכן יתאדו על פי המנגנון של קרינת הוקינג.

במודל של פנרוז יש סתירה לוגית, כי על פי הוקינג באיוד של חורים שחורים נפלט חומר ליקום במידה שוה למסה של החור השחור ועל פי פנרוז היקום אמור להיות חסר חומר בסיום המחזור ולפני המפץ הבא.

המחקר נמשך, טלסקופים אוספים מידע על המרכזים הגלקטיים הפעילים ועל החומר והקרינה של הסילונים, ונראה שלא נאמרה המילה האחרונה בויכוח בין התיאוריות הקוסמולוגיות, המפץ הגדול, המצב הקווזי יציב והיקום המחזורי של פנרוז.

איור אומן המתאר חור שחור בעל מיליון או מיליארד מסות שמש. (באדיבות teachastronomy)
איור אומן המתאר חור שחור בעל מיליון או מיליארד מסות שמש (באדיבות teachastronomy)

ד"ר רמי רום הוא דוקטור לכימיה פיזיקלית, עורך פטנטים וחוקר עצמאי של מלחמת יום כיפור.

פוסטים המתפרסמים בבלוגים של זמן ישראל מייצגים את כותביהם בלבד. הדעות, העובדות וכל תוכן המוצג בפוסט זה הם באחריות הבלוגר/ית וזמן ישראל אינו נושא באחריות להם. במקרה של תלונה, אנא צרו קשר.
עוד 1,745 מילים
סגירה