פרייזר "שואל חלל" ד"ר פול מאט סאטר - מדוע אנו מכנים את המפץ הגדול ייחודיות, כשאנחנו מכנים גם חודרות חורים שחורים?
היקום מלא בצירופי מקרים. או צורת ערפילית ה- Pac Man או ערפילית הקוסם. או כמו העלילה של Force Awakens וכל סרט אחר של מלחמת הכוכבים, צירופי המקרים נמצאים בכל מקום.
אבל זה צירוף מקרים די מוזר, וזה קשור לאופי היקום עצמו. עקוב איתי כאן.
הבה נבחן חורים שחורים, נושא שסקרנו פעמים רבות בערוץ זה. אם צפית מספיק בסרטונים שלנו, אתה יודע שחור שחור הוא אזור של חלל בו חומר ואנרגיה מועכים בצורה כה צפופה עד כי מהירות הבריחה של הכבידה עולה על מהירות האור.
איננו יודעים כמה חורים שחורים גדולים, אך יתכן שהם נמעכו לאזור צפוף עד אינסוף, המכונה יחידה ייחודית.
סינגולריות, יחידה ... איפה שמענו את המילה הזו בעבר? מלבד ריי קורצוויל וצוות הסינגולייטרים הטכנולוגיים שלו.
מילה זו עולה כאשר אנו דנים בהיווצרות היקום; המפץ הגדול. בהתחלה, לפני 13.8 מיליארד שנה, כל היקום כולו נמחץ לאזור של צפיפות אינסופית. ואז, בשבריר שנייה, הכל התרחב כלפי חוץ.
אסטרונומים מכנים אזור זה של צפיפות אינסופית את הייחודיות של המפץ הגדול.
זה לא יכול להיות צירוף מקרים, נכון? זו אותה מילה. זוהי המלה דומה!
האם הייחודיות של המפץ הגדול הייתה רק ייחודיות של חור שחור גדול באמת? חור שחור שבתוכו כל מסת היקום?
אני הולך להודות, השאלה הזו היא קצת מעבר לשכר המשכורת שלי. כדי להסביר במלואה את המדע חשבתי שאביא צלצול. ד"ר פול מאט סוטר הוא אסטרופיסיקאי באוניברסיטת אוהיו והמצפה האסטרונומי של טריאסטה.
פול מתמחה בחללים קוסמיים, הוא יודע הרבה גם על המפץ הגדול וגם על חורים שחורים. הגעתי לפול בערכת הפודקאסט של Ask a Spaceman והשלכתי אליו את הזינגר הזה.
היי פול, מה ההבדל בין הייחודיות שיצרה את המפץ הגדול לבין ייחודיות של חור שחור?
1. האם היקום כולו התחיל מחור שחור מסיבי באמת?
פול: תודה, פרייזר. לכן, כשאנחנו בוחנים את הייחודיות, חשוב לזכור מהי ייחוד. ייחודיות היא מקום של צפיפות אינסופית, וזה לא ממש דבר. זה רק אומר שהמתמטיקה בה אנו משתמשים כדי לתאר את הדבר התקלקלה. כמו שאנחנו מקבלים אינסוף בתשובות שלנו כשאנחנו מנסים לחשב מה קורה. ככל שידוע, דברים מסוג זה, התקלות הללו במתמטיקה, מתרחשים בשני מקומות. האחד נמצא במרכז חור שחור, בו הדברים נדחסים כל כך עד שאנחנו כבר לא יכולים לעקוב אחר המתמטיקה, והפעם השנייה היא ביקום המוקדם מאוד, כאשר היקום כולו נמעך לכדי נפח כה זעיר בצפיפות כה גבוהה שאנחנו לא יכולים לעקוב יותר אחרי המתמטיקה. אז זה הדבר היחיד שיש להם במשותף - שיש ייחודיות, מה שאומר שאנחנו לא יכולים לעשות את המתמטיקה יותר.
פול: וכך למרות שהם זהים, הם מאוד שונים מאוד. ייחודיות של חור שחור היא נקודה בחלל - כמו שאתה חי ביקום ואתה יכול להצביע - יש ייחודיות כמו ממש שם, או שם או שם. זהו חלק מהיקום המוטמע ביקום הגדול יותר, ואילו הייחודיות של המפץ הגדול הוא היקום כולו. זה דבר אחר שבו היקום כולו דוחס בצפיפות כה גבוהה להפליא עד שהמתמטיקה שלנו לא יכולה לעקוב אחריו יותר.
2. מדוע היקום המוקדם לא פשוט התמוטט בחור שחור?
פול: אה, זו שאלה טובה מאוד, פרייזר. אתה חושב על הצפיפות הגבוהה להפליא האלה ביקום המוקדם, וטבעי לתהות מדוע זה לא סתם התנהג כמו שחור שחור מתנהג ונמתח לנקודה צפופה עד אינסוף - למה בכלל לטרוח להתרחב? וחשוב לזכור כאן כמה חורים שחורים שונים מהיקום הקדום. בשני המקרים אנו משתמשים בתורת היחסות הכללית - אלה חוקי הכובד - הם שולטים בחוקי המערכות הללו. אבל אנו משתמשים באותה קבוצה של משוואות בתרחישים שונים. אנו משתמשים בהם כדי לתאר דברים שונים. חור שחור הוא פיתרון מסוים למשוואות היחסות הכללית של איינשטיין, והפתרון הזה נובע משאלת השאלה "אם אני לוקח שם חבורה של דברים ומדחס אותם לצפיפות גבוהה להפליא, מה קורה?" התשובה היא שאתה מקבל ייחודיות מוקף באופק אירועים. זו מערכת פתרונות מסוימת למתמטיקה של תרחיש זה.
פול: אבל ביקום המוקדם יש לנו פיתרון אחר - יש לנו דבר אחר שקורה. זה יקום אחר. הפיתרון של החור השחור הוא סטטי - הוא קבוע, הוא לא משתנה עם הזמן. זו הנחה במתמטיקה. אך ביקום המוקדם הדברים משתנים. זו קבוצה אחרת של שאלות שאנחנו מנסים לענות עליהן כאשר אנו מיישמים תורת היחסות הכללית על היקום המוקדם היא "אם אני ממלא את היקום כולו באופן שווה עם חבורה שלמה של דברים, מה עושה היקום כולו?" זו שאלה שונה מהשאלה שאנחנו שואלים לגבי חורים שחורים, וכך אנו מקבלים תשובה אחרת. כך שלמרות שיש לנו את הצפיפות הגבוהה להפליא, הפיתרון המתמטי המתאר את זה, מכיוון שאנו מתארים את התפתחות הזמן של היקום, אנו מקבלים תשובות שונות ממה שאנחנו מקבלים עבור קטעי החור השחור. וכשמדובר ביקום המוקדם - כשממלאים אותו באופן שווה עם חבורה של דברים ושואלים מה קורה לעזאזל, יש רק שתי תשובות. או שהחומר ביקום גורם לחומר להתמוטט ולהתכווץ, או שהחומר ביקום גורם ליקום להתפשט. וזה תלוי ממה עשוי היקום, ומתברר, די די, שהיקום עשוי מסוג הדברים שגורמים לו להתרחב. זהו מרכיב האבולוציה בזמן שכאן הוא החשוב - שקובע את ההבדל בין המתרחש ביקום המוקדם לבין מה שקורה בבור שחור.
3. האם יכולים להיווצר חורים שחורים ביקום הקדום מכיוון שיש לו צפיפות כה גבוהה?
פול: אה כן, חכם מאוד, פרייזר. אני רואה לאן אתה הולך עם זה. עם צפיפות גבוהה להפליא, אתה תוהה שאולי חתיכה קטנה של היקום נצמחה ועשתה חור שחור. אולי באותן מיקרו שניות מוקדמות. ומדוע החור השחור הזה לא יכול היה להתרחב לצרוך את שאר היקום? והמפתח כאן לא נוגע לצפיפות, אלא על הבדלי צפיפות. מה שמפריד בי חור שחור הוא שזה הרבה יותר צפוף ממני, או לפחות אני מקווה שכן. זה מה שהופך אותו לחור שחור. זה הרבה יותר צפוף מהסביבה. אבל כדי ליצור את החור השחור הזה, היית צריך שיהיה לך מעט דברים נוספים כמו בכיס, כמו ענן גז נוסף או כוכב, צפיפות מעט גבוהה יותר מהרגיל. אז כוח הכבידה יכול לעבוד, ולהתחיל למשוך עוד דברים, ועוד דברים, ועוד, לבנות ולבנות עד שתקבל את התמוטטות הכבידה שמובילה לחור שחור.
פול: אבל ביקום המוקדם הכל היה אחיד. לא היו הבדלים בכוח המשיכה. כן, זה היה צפיפות גבוהה להפליא, אבל אם היית יכול להיות מועבר חזרה לשם ולמעשה לשרוד, לא היית מרגיש שום משיכה כבידתית בשום מקום מכיוון שכל כיוון הוא אותו צפיפות. אתה מוקף באותה כמות של דברים לכל כיוון - אין כוח משיכה. הכל מבטל זה את זה. כך שאין שום אפשרות להיווצר חור שחור מכיוון שכל נקודה אחת ביקום איננה צפופה יותר מכל אחרת, כך שכל כוח המשיכה מתבטל ואינך מקבל דבר. שום חור שחור - הם לא מגיעים למקום רק הרבה אחר כך בהתפתחות היקום, ועד אז היקום כה גדול, החורים השחורים לא יכולים להשפיע על ההתפתחות הכללית.
4. כרגע היקום מתרחב - האם יום אחד הוא יקרוס?
פול: כן, הרבה אסטרופיזיקאים וקוסמולוגים דואגים לפני עשרות שנים - חשבנו שכן, אולי היקום מתרחב עכשיו, אבל אולי יש בו קצת יותר מדי דברים - אולי ההתרחבות הזו תאט, תפסיק ואז לאחור, ואז נגמור בתרחיש הקריססי הגדול והמאסיבי הזה, ההפך מהמפץ הגדול.
פול: אבל מסתבר, אנרגיה אפלה נמצאת כאן, ואנרגיה אפלה גורמת להתפשטות היקום להאיץ, כך שלא רק שהיקום מתעצם וגדל מדי יום, הוא הולך ומתעצם יותר ויותר בכל יום ויום. וזה, ובכן, זה די מבאס.
זה נשמע די פתוח וסגור, אבל יש עוד מסע זה. אם הייתם לוקחים את המסה והאנרגיה של היקום כולו והופכים אותו לחור שחור, תהיה לו כמעט אותה צפיפות בדיוק כמו היקום עצמו, ואופק אירועים גדול מהיקום הנצפה.
אז האם זה אומר שאנחנו, למעשה, חיים בתוך חור שחור? האם אנו יכולים להבין את ההבדל?
פודקאסט (שמע): הורדה (משך: 5:13 - 4.8MB)
הירשם כמנוי: פודקאסטים של אפל | אנדרואיד | RSS
פודקאסט (וידיאו): הורדה (משך: 5:35 - 66.3MB)
הירשם כמנוי: פודקאסטים של אפל | אנדרואיד | RSS
