מאמר 37 – היקום המשך חמישי
כתב: עמי אור
סופו של היקום
גורל היקום תלוי בכמות החומר, כולל החומר האפל שבו, ומצד שני כמות האנרגיה כולל האנרגיה האפלה. הסיבה היא כי בין חלקיקי חומר קימת משיכה גרביטציונית שפועלת גם בין גופים מרוחקים. אם לא הייתה אותה אנרגיה שגורמת להאצת התפשטות היקום, באופן תאורטי המשיכה הייתה צריכה לגבור ולגרום לגופי החומר להתקרב אחד לשני. לא כך קורה. אם החומר יגבר היקום יבוא אל קיצו במעיכה גדולה, אם האנרגיה תגבר הסוף יהיה בקריעה אדירה. תרחיש ביניים יסתיים בקפיאה הגדולה.
הגאומטריה של היקום
האם היקום הוא "סגור", "שטוח" או "פתוח". יקום סגור הוא יקום שמתפשט במהירות יורדת עד שההתפשטות נעצרת והיקום מתכווץ בהדרגה חזרה לנקודה סינגולרית; יקום שטוח הוא יקום שממשיך לגדול אסימפטוטית לעבר גודל מסוים שיגיע אליו כעבור אינסוף זמן; יקום פתוח הוא יקום שגדל בהתמדה עד אינסוף. הפרמטר שקובע את גאומטריית היקום הוא Ω (אומגה), שהוא היחס בין הצפיפות של היקום בפועל לבין הצפיפות הקריטית. הצפיפות בפועל מחושבת בעזרת תצפיות אמפיריות, ואת הצפיפות הקריטית אפשר לחשב בעזרת משוואת פרידמן.
האנרגיה האפלה
עד תחילת המאה ה - 20 הדעה המדעית הייתה שהיקום הוא סטאטי ולא משתנה, תמיד היה ותמיד יהיה. משוואות תורת היחסות של איינשטיין מתארות יקום חסר מנוחה שיכול להתכווץ או להתפשט, וכדי לתאר את היקום סטאטי כפי שאיינשטיין האמין, הוא הוסיף לנוסחאות פרמטר תיקון. מאחר שכוח הגרביטציה נוטה למשוך דברים זה אל זה, הוא הניח קיומה של אנרגיה נגדית כלשהי שמאזנת בדיוק את כוח הכובד וגורמת ליקום להישאר כפי שהוא. לצפיפות האנרגיה המסתורית הוא קרא "הקבוע הקוסמולוגי", המסומן עם האות למדא (Λ). התיקון היה מיותר, כי כעבור כעשר שנים בלבד התגלה שהיקום מתפשט, מה שכונה, חוק האבל. משוואות תורת היחסות ללא התיקון מבטאות זאת. הקבוע הקוסמי נזנח, אבל בסוף המאה ה - 20 הוא זכה לעדנה מחודשת, כשהתגלה שלא זו בלבד שהיקום מתפשט אלא שקצב ההתפשטות הולך ומאיץ.
הסיבה להאצת ההתפשטות אינה ידועה והסבר אפשרי לה מובא להלן. נראה שהמרחב אינו ריק אחרי הכל והוא מכיל בתוכו אנרגיה אנטי גרביטציונית מסתורית, שהיא חלק אינהרנטי מתכונות המרחב. לפי תצפיות נראה שמהירות ההתפשטות ירדה תחילה, ורק לפני כ - 6 מיליארד שנים החלה להאיץ. הסיבה היא כי לכל יחידת נפח ביקום ישנה כמות אנרגיה אפלה זהה. ככל שהיקום מתפשט גדל נפחו וגדלה גם כמות האנרגיה האפלה בו. כלומר, הכח שמניע את התפשטות היקום הולך וגדל. עד לפני כ - 6 מיליארד שנים, כח הגרביטציה איזן את הכח של האנרגיה האפלה והתפשטות היקום האיטה. לפני כ - 6 מיליארד שנים הגיע הגבול הקריטי וכמות האנרגיה האפלה עלתה מעל סף מינימום וכיום אנרגיה זו גורמת להאצת ההתפשטות עוד ועוד.
חישובים מראים שכ - 68% מכמות החומר/אנרגיה הכוללת ביקום הוא אנרגיה אפלה, 27% הוא החומר האפל, ומה שנשאר הוא 5% מהיקום שעשוי מחומר באריוני, כלומר חומר ממשי כמו כוכבים, גלקסיות, גז וכולי. האנרגיה האפלה הומוגנית בכל היקום. היא מושפעת רק מכוח הכבידה. הצפיפות שלה נמוכה עד מאוד, כ – 10-27 ק"ג למטר מעוקב (כלומר, אטומים בודדים), לכן הסיכוי לגלות אותה בצורה אמפירית הוא קלוש. אבל אף שצפיפות האנרגיה האפלה היא כמעט אפסית, השפעתה אדירה משום שהיא מפוזרת באופן אחיד בכל המרחב, ומרכיבה את רוב החומר/אנרגיה ביקום. מוזר אף יותר שצפיפות האנרגיה האפלה אינה יורדת כשהיקום מתרחב. פירוש הדבר הוא שככל שהיקום מתרחב כך נוספת לו עוד אנרגיה אפלה המסתורית.
תרחישים אפשריים לקץ היקום
הקריעה הגדולה
The Big Rip - אם האצת ההתפשטות תמשיך, צפיפות החומר תלך ותרד וצפיפות האנרגיה האפלה תעלה, הלחץ האנטי גרביטציוני יתגבר, גלקסיות יתחילו להתפזר ואחריהן הכוכבים יתפוררו לאבק. היקום הנראה ילך ויתכווץ ככל שמהירות ההתפשטות תעלה, כי פוטון שרגע לפני כן היה קרוב, יהיה ברגע הבא במרחק עצום מעבר לאופק האירועים. האנרגיה האפלה תגבר על האלקטרומגנטיות ואטומים יתייננו, אחריהם ייכנע הכוח החזק וגרעיני אטומים יפורקו למרכיביהם. היקום יהפוך לסינגולריות גרביטציונית הפוכה, סינגולריות שהאנטי-כבידה בה אינסופית. זהו כנראה, התרחיש הסביר ביותר לאור העובדה כי התגלה שהיקום מאיץ את התפשטותו. לתרחיש הזה ייקח טריליוני שנים להתרחש
המעיכה גדולה
תרחיש המעיכה הגדולה הפוך לתרחיש הקודם, התפשטות היקום תאט עד שתיעצר ותתחיל לחזור אחורה, היקום יתכווץ יותר ויותר, הטמפרטורה תעלה והוא יעבור בהילוך חוזר את כל התהליכים שעברו עליו, עד שישוב למצב של פלזמה לוהטת ודחוסה ולבסוף יתכנס לנקודת סינגולרית. מכאן הוא עשוי להמשיך להתנודד לנצח בין מפץ גדול ומעיכה. תרחיש זה אינו סביר לאור קיומה של אנרגיה אפלה.
הקיפאון הגדול
תרחיש אמצע שבו היקום ממשיך להתפשט עד אינסוף בלי להאיץ או להאט. הכוכבים והגלקסיות יתרחקו זה מזה, הטמפרטורה ביקום תלך ותרד, כוכבים ימצו את דלק המימן שלהם וייכבו. כל כוכב יתרחק מכל האחרים ויהיה מבודד ומוקף שמיים שחורים כששאר היקום מעבר לאופק האירועים שלו. לפי מספר תאוריות תתחיל דעיכת פרוטונים – היקום יהפוך את הגז הבין כוכבי שנותר לפוטונים ולפטונים (כגון אלקטרונים ופוזיטרונים). חלק מהאלקטרונים והפוזיטרונים יתאיינו ויפלטו פוטונים. במקרה זה היקום יהפוך לאמבטיה של חלקיקים וקרינה חלשה עם מקסימום אנטרופיה בשיווי משקל תרמודינמי, ששום תהליך שמעלה את האנטרופיה לא יכול להתרחש בה יותר. לכן תרחיש זה נקרא גם "מות החום".
התרחיש הסביר ביותר להתרחשות על פי נתונים מדעיים כיום, הוא התרחיש הראשון.
סידרת המאמרים הבאה תהיה על מבנה היקום והסדרה לאחר מכן על כוכבים - לידתם ומותם
תגובה מומלצת
עדיין לא נוספו תגובות.
הצטרף לשיחה
אתה יכול לכתוב עכשיו ולהרשם אחר כך אם יש לכם חשבון הכנס עכשיו בשביל לכתוב מהחשבון שלך