מהי תורת היקום המתנדנדת? - מַדָע - 2025

יקום הנדנוד או יקום מחזורי תיאוריה מציעה כי היקום מתרחב ומתכווץ ללא הגבלה זמן. ריצ'רד טולמן (1881-1948), מתמטיקאי במכון הטכנולוגי בקליפורניה, הציע תיאוריה מבוססת מתמטית של היקום הפועם בסביבות 1930.

אך הרעיון לא היה חדש בתקופתו של טולמן, מכיוון שהכתובים הוודים הקדומים כבר הציעו משהו דומה בסביבות 1500 לפני הספירה, וקבעו כי היקום כולו היה בתוך ביצה קוסמית בשם ברהמנדה.

איור 1. תמונה של היקום העמוק מהאבל. נכון לעכשיו היקום מתרחב, אך על פי תורת היקום המתנדנדת, מגיע זמן שהוא מתכווץ. מקור: Wikimedia Commons.

בזכות אדווין האבל (1889-1953) הוכח שהיקום מתרחב כרגע, שלדעת מרבית האסטרונומים הוא כרגע מאיץ.

הצעת תורת היקום המתנדנדת

מה שטולמן מציע הוא שהתפשטות היקום מתרחשת בזכות הדחף הראשוני של המפץ הגדול וייפסק ברגע שהדחף האמור ייפסק בגלל פעולת הכובד.

אכן, הקוסמולוג הרוסי אלכסנדר פרידמן (1888-1925) כבר הציג במתמטיקה בשנת 1922 את הרעיון של צפיפות ביקורתית של היקום, שמתחתיו הוא מתרחב מבלי שכוח הכבידה יוכל למנוע אותו, בעוד שמעליו, אותו דבר הכבידה מונעת התפשטות וגורמת להתכווצותה עד שהיא מתמוטטת.

ובכן, בתיאוריה שלו מנבא טולמן כי צפיפות היקום תגיע לנקודה בה ההתרחבות נעצרת בזכות הבלם הכבידתי, ושלב ההתכווצות, הנקרא Big Crunch, יתחיל.

בשלב זה הגלקסיות יתקרבו ויתקרבו ויווצרו מסה ענקית וצפופה להפליא ותגרום לקריסה החזויה.

התיאוריה גם מניחה כי ליקום אין התחלה וסוף ספציפיים, שכן הוא בנוי והושמד לסירוגין במחזורים של מיליוני שנים.

העניין הקדמוני

רוב הקוסמולוגים מקבלים את תיאוריית המפץ הגדול כמקור היקום, שנוצר באמצעות הפיצוץ הקדמוני הגדול, מצורה ספציפית של חומר ואנרגיה בעלת צפיפות בלתי נתפסת וטמפרטורה אדירה.

מהאטום הראשוני הגדול הזה יצאו החלקיקים היסודיים המוכרים לנו: פרוטונים, אלקטרונים ונויטרונים, בצורה שנקראת ylem, מילה יוונית אותה השתמש אריסטו החכם להתייחס לחומר הקדמוני, המקור לכל החומר.

היהלום התקרר בהדרגה כשהוא מתרחב והופך פחות צפוף בכל פעם. תהליך זה הותיר טביעת רגל קרינה על היקום, שכבר התגלה: רקע קרינת המיקרוגל.

החלקיקים האלמנטריים החלו להשתלב זה בזה ויוצרים את החומר המוכר לנו תוך דקות ספורות. אז היהלום הפך ברציפות לחומר אחד ועוד אחד. הרעיון של יילם הוא בדיוק מה שהוליד את זה של היקום הפועם.

על פי התיאוריה של היקום הפועם, לפני שהגיע לשלב המרחיב הזה בו אנו נמצאים כעת, יתכן שקיים יקום אחר הדומה לזה הנוכחי שהתכווץ להיווצרות היהלום.

ואולי שלנו הוא הראשון ביקומים מחזוריים שיתקיימו בעתיד.

המפץ הגדול, הקראנץ 'הגדול והאנטרופיה

לטענת טולמן, כל רצף תנודות ביקום מתחיל במפץ גדול, בו היילם מוליד את כל החומר שאנחנו יודעים עליו ומסתיים במפגע הגדול, קריסתו של היקום מתמוטט.

בפרק הזמן שבין אחד לשני, היקום מתרחב עד שכוח הכבידה עוצר אותו.

עם זאת, כפי שטולמן עצמו הבין, הבעיה נעוצה בחוק השני של התרמודינמיקה, הקובע כי האנטרופיה - דרגת הפרעה - של מערכת לעולם אינה פוחתת.

לכן כל מחזור צריך להיות ארוך יותר מהקודם, אם היקום היה מסוגל לשמור על זיכרון של האנטרופיה הקודמת שלו. על ידי הגדלת האורך של כל מחזור, הייתה מגיעה נקודה בה היקום נוטה להתרחב ללא הגבלת זמן.

תוצאה נוספת היא שעל פי מודל זה, היקום הוא סופי ובנקודה מרוחקת בעבר היה כנראה מקורו.

כדי לתקן את הבעיה טולמן הצהיר כי על ידי הכללת תרמודינמיקה רלטיבית, מגבלות כאלה ייעלמו, מה שמאפשר סדרה בלתי מוגבלת של התכווצויות והרחבות היקום.

התפתחות היקום

איור 2. פרמטר הצפיפות קובע שלוש גיאומטריות אפשריות של היקום. מקור: נאס"א באמצעות ויקימדיה Commons.

הקוסמולוג הרוסי אלכסנדר פרידמן, שהיה גם מתמטיקאי נהדר, גילה שלושה פתרונות למשוואות של איינשטיין. אלה 10 משוואות המהוות חלק מתורת היחסות ומתארות כיצד עקומות זמן חלל עקב נוכחות של חומר וכובד.

שלושת הפתרונות של פרידמן מובילים לשלושה דגמים של היקום: אחד סגור, אחד פתוח ושלישי שטוח. האפשרויות שמציעות שלושת הפתרונות הללו הן:

-יקום המתרחב יכול להפסיק להתרחב ולהתכווץ שוב.

-היקום המתרחב עשוי להגיע למצב של שיווי משקל.

ההרחבה יכולה להמשיך עד אינסוף.

השבר הגדול

קצב ההתפשטות של היקום וכמות החומר הקיימת בו הם המפתחות להכרה בפתרון הנכון מבין השלושה שהוזכרו.

פרידמן העריך כי הצפיפות הקריטית שאליה התייחסו בהתחלה היא פלוס מינוס 6 אטומי מימן למטר מעוקב. זכור כי מימן והליום הם התוצרים העיקריים של יהלום אחרי המפץ הגדול והאלמנטים השופעים ביותר ביקום.

עד כה מדענים מסכימים כי צפיפות היקום הנוכחי היא נמוכה מאוד, באופן שאינו ניתן לייצר כוח כוח משיכה להאט את ההתפשטות.

כך שהיקום שלנו יהיה יקום פתוח, שיכול להסתיים ב"קרע הגדול "או" קרע הגדול ", בו החומר מופרד לחלקיקים תת-אטומיים שלעולם לא יחזרו יחד. זה יהיה סוף היקום שאנחנו מכירים.

חומר אפל הוא המפתח

אבל אתה צריך לקחת בחשבון את קיומו של חומר אפל. חומר כהה לא ניתן לראות או לגלות ישירות, לפחות לעת עתה. אולם השפעות הכבידה שלה אכן מכיוון שנוכחותה תסביר את שינויי הכבידה בכוכבים ומערכות רבות.

מכיוון שמאמינים כי חומר אפל תופס עד 90% מהיקום, יתכן שהיקום שלנו סגור. במקרה כזה כוח הכבידה יוכל לפצות על ההתרחבות, להביא אותה למשבר הגדול, כפי שתואר קודם.

בכל מקרה, מדובר ברעיון מרתק, שיש בו עדיין המון מקום להשערות. בעתיד יתכן כי טבעו האמיתי של חומר אפל, אם קיים, יתגלה.

ישנם כבר ניסויים לכך במעבדות של תחנת החלל הבינלאומית. בינתיים בשטח, נערכים גם ניסויים להשגת חומר אפל מחומר רגיל. הממצאים שהתוצאה יהיו מפתח להבנת טבעו האמיתי של היקום.

הפניות

1. Kragh, H. דוגמניות מחזוריות של היקום הרלטיביסטי. התאושש מ: arxiv.org.
2. פרץ, I. מקור ויקום העולם. התאושש מ: revistaesfinge.com.
3. SC633. מקורות היקום. התאושש מ: sc663b2wood.weebly.com.
4. וילנואבה, ג'. תורת היקום המתנדנדת. התאושש: universetoday.com.
5. ויקיפדיה. דגם מחזורי. התאושש מ: en.wikipedia.org.
6. ויקיפדיה. צורת היקום. התאושש מ: en.wikipedia.org.