מאמר מספר 59 על בעיות לא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה - חלק ראשון
מאת עמי אור
המאמרים הבאים – 59-63 דנים בבעיות הלא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה. ישנן כמובן גם בעיות אחרות לא פתורות בפיזיקה, שיתכן ואתייחס אליהן במאמר עתידי.
קריאה מהנה ואשמח לענות על שאלות ולשמוע תגובות.
בתחילת המאה הקודמת, הייתה תחושה בקרב פיזיקאים, כי הפיזיקה מיצתה את עצמה וכי כמעט כל הבעיות בפיזיקה נפתרו. המכניקה הניוטונית שהייתה קיימת כ – 200 שנים, אפשרה לחשב מסלולי כוכבים על בסיס חוקי קפלר, ושימשה בחיי היום יום לפתור בעיות הנדסיות שונות.
ואז קרו שלושה אירועים שהראו לכל הפיזיקאים כמעט בכל תחומי הפיזיקה, כי העובדה הזו רחוקה מהאמת כמו מזרח ממערב. זאת ועוד, האירועים האלה פתחו תחומי מחקר חדשים והפכו את כל הפיזיקה על פיה.
האירוע הראשון התרחש ב 1905 ואחר כך ב 1915 – ואני מדבר כמובן על ניסוח תורת היחסות הפרטית ואחר כך תורת היחסות הכללית ע"י אלברט אינשטיין.
האירוע השני החל להתרחש בסוף המאה ה 19 והמשיך לקרות גם בתחילת המאה ה - 20 – ואני מדבר כמובן על תורת הקוונטים המתייחסת לחלקיקים הקטנים ביותר, ועל העובדה כי הפעילות בתחום זעיר זה נשלטת ע"י אפקטים סטטיסטיים ועל ידי פונקציות של גל - חלקיק.
האירוע השלישי התרחש באמצע שנות העשרים – ואני מדבר כמובן על הגילוי כי היקום מתפשט, גילוי שהוביל לתורת קוסמולוגיה חדשה ולגילויים רבים על אופי היקום בו אנו קיימים.
במהלך מאה השנים האחרונות היו הישגים והתפתחויות בפיזיקה בכל התחומים, כמה מהבעיות נפתרו אבל רבות אחרות נשארו לא פתורות או תחת השערות שטרם הוכחו.
חלק מהבעיות הפתוחות, הן תאורטיות, כלומר התאוריות הקיימות נראות כבלתי מסוגלות להסביר תופעה נצפית מסוימת או תוצאה ניסיונית מסוימת. חלק אחר הוא בעיות ניסיוניות, כלומר קיים קושי ביצירת ניסוי לבחינת תאוריה מוצעת או לחקור תופעה מסוימת ביתר פירוט, ואף לאשש אותה.
חלק מתוך הבעיות הקיימות למשל חלקיק OMG (וראה להלן), קשורות לתצפיות חד פעמיות שלא חזרו על עצמן לצורך בדיקה חוזרת, ולכן הגורמים לתופעות אלה נותרו לא ברורים.
להלן רשימה חלקית של הבעיות הקשורות לקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה:
אסטרונומיה פלנטרית:
1. מערכת כוכבי לכת: כיצד נוצרות מערכות של כוכבי לכת? מאין הגיע כדור הארץ?
ההסברים לשאלה זו הקיימים כרגע הם חלקיים בלבד. ההשערה על תהליך ההתגבשות של מערכת השמש הוסברה בפוסט שלי מספר 24 (קישור לפוסט).
2. חלוקת כוכבי הלכת: מדוע כוכבי הלכת הפנימיים במערכת השמש הם סלעיים, ואילו החיצוניים גזיים? ראה גם הסבר משוער בפוסט הנ"ל פוסט 24.
3. האם יש כוכבי לכת נוספים במערכת השמש? מה ההסבר להתרחקות של קבוצת גרמי שמיים הנמצאים בחגורת קויפר?
קיימות השערות על הימצאות כוכב לכת נוסף הרחק בתוך חגורת אורט אבל אין אישוש מדעי לכך.
4. קצב הסיבוב של שבתאי: מדוע האטמוספירה של שבתאי מציגה תקופתיות משתנה הקרובה לזו בה מסתובבת אטמוספירת כדור הארץ? מה קצב הסיבוב האמיתי של פנים שבתאי?
אסטרונומיה כוכבית ואסטרופיזיקה
5. מחזור השמש: כיצד מייצרת השמש את השדה המגנטי המתהפך שלה מדי פעם ביחס לגודלה הגדול? כיצד נוצרים כוכבים דמויי שמש בעלי שדות מגנטיים משלהם, ומה הדמיון והשוני בין מחזורי הפעילות הכוכבים לזו של השמש?
לבעיות אלה טרם נמצאו הסברים. משערים שיש קשר בין מחזור כתמי השמש – מחזור של כ – 11 שנים, להיפוך השדה המגנטי אבל אין עדיין מודל פיזיקלי שיאשש זאת. יש לזכור כי השמש אינה גוף צפיד ואזורים שונים בה מסתובבים במהירויות שונות.
6. מינימום מאונדר: מה גרם למינימום של מאונדר, ואיך מחזור השמש מתאושש ממצב מינימלי?
המינימום של מאונדר (באנגלית: Maunder Minimum), הידוע גם כ"התקופה הממושכת עם מינימום כתמי שמש" ("prolonged sunspot minimum") הוא השם שניתן לתקופה שבין השנים 1645 ל-1715 הנכללת בעידן הקרח הקטן, בה הפכו כתמי שמש לנדירים ביותר. על המינימום של מאונדר, כתבתי בפוסט 30. (ראה קישור). לא ברור למה הפעילות של היתוך המימן ירדה בתקופת המינימום של מאונדר ולא ברור האם יש קשר לפעילות כתמי השמש.
7. בעיית העטרה המחוממת: מדוע העטרה של השמש חמה יותר משטח השמש?
העטרה או קורונה (Corona) היא השכבה העליונה של כוכב, כדוגמת השמש, והיא נקראת גם "הילת השמש". העטרה מכילה בעיקר פלזמה של מימן, ויש נוכחות קטנה מאוד של יסודות נוספים. ניתן לצפות בה יחסית בקלות בזמן ליקוי חמה. עובי ההילה אינו מוגדר והיא מתמזגת עם רוח השמש ועם התפרצויות של הפוטוספירה. על פני השטח של השמש יש טמפרטורה של כ – 6000 מעלות צלזיוס. הקורונה הנמצאת מעל אזור זה היא בטמפרטורה שגבוהה פי 200 עד 500 פעמים (1-3 מיליון מעלות) מזו של פני השמש. במשך יותר מחצי מאה, אסטרונומים ניסו להבין מה גורם לקורונה להיות כה חמה. זוהי אחת הבעיות המטרידות ביותר באסטרופיזיקה. הפיזיקאי הסולארי, בארט דה פונטיו, ממעבדת השמש והאסטרופיזיקה של לוקהיד מרטין, אומר כי "בעיית חימום העטרה התגלתה לראשונה בשנות הארבעים. הבעיה כוללת מגוון של תהליכים פיזיים מורכבים שקשה למדוד או ללכוד באופן ישיר במודלים תיאורטיים".
כאמור, המנגנון המדויק שגורם לחימום העטרה עדיין שנוי במחלוקת, אך רעיון אפשרי הוא שהשדה המגנטי של השמש והלחץ של גלי הקול מלמטה יוצר חימום.
8. סופרנובות: מהו המנגנון המדויק של כוכב גוסס להתפוצץ והתפוצצות אדירה?
מידע והשערות קיימים לגבי מותם של כוכבים. על נושא זה כתבתי בפוסט 42 (ראה קישור).
9. פרצי קרינת רדיו מהירים: מה גורם לפולסי הרדיו החולפים מגלקסיות רחוקות, להימשך רק כמה אלפיות השנייה? מדוע פרצי הרדיו חוזרים על עצמם בפרקי זמן בלתי צפויים, ואף רובם אינם עושים זאת? הוצעו עשרות דגמים, אך אף אחד מהם לא התקבל באופן נרחב. (ראה גם פוסט 43 בקישור זה).
10. החלקיק Oh-My-God וקרניים קוסמיות אחרות בעלות אנרגיה גבוהה במיוחד: אילו תהליכים פיזיים יוצרים קרניים קוסמיות שהאנרגיה שלהן גבוה לאין שיעור? מהו טבעו של חלקיק ה- OMG?
חלקיק Oh-My-God או חלקיק OMG (באנגלית: Oh-My-God particle) הוא כינוי לתצפית בחלקיק קרינה קוסמית בעל אנרגיה קינטית עצומה שהתרחשה בשנת 1991. החלקיק שנצפה הוא ככל הנראה פרוטון, שנע במהירות קרובה מאוד למהירות האור. מהירותו מוערכת בכ-99.99999999999999999999951% ממהירות האור. החלקיק נצפה ב - 15 באוקטובר 1991, במצפה ביוטה בארצות הברית. הוא נצפה לפרק זמן קצר נע במהירות האמורה. אם החלקיק וקרן האור "יתחרו" במשך שנה, קרן האור תקדים את החלקיק רק ב - 47 מיליארדיות המטר, לפי מערכת הייחוס של כדור הארץ. החלקיק נקרא כך, מכיוון שהאנרגיה שלו גבוהה פי 23 מיליון מכל חלקיק שהואץ במאיץ חלקיקים. התופעה הקוסמית האחראית ליצירת חלקיק זה, אינה ידועה ואין כרגע הסבר ליצירת חלקיק אנרגטי זה. מאז התצפית הראשונה, דווחו עוד כ - 15 מקרים של צפייה בחלקיק קרינה קוסמית בעל אנרגיה דומה לזו, ובממוצע חלקיקים אלו נצפים כיום אחת לשנה.
על אף שמדובר בחלקיק תת-אטומי, ככל הנראה פרוטון, מהירותו העצומה מקנה לו אנרגיה קינטית (יחסותית) בסדר גודל של עצמים יומיומיים – כ - 50 ג'אול. לשם השוואה, לכדור טניס שמשקלו כ - 60 גרם ונע במהירות של 45 מטר לשנייה, כלומר כ - 160 קילומטר לשעה, יש אנרגיה קינטית דומה.
המאמר הבא מספר 60- המשך
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