מדוע היקום מתרחב בקצב מואץ, ומפיץ את תוכנו על פני ממדי שטח גדולים יותר ויותר? פיתרון מקורי לפאזל זה, בוודאי השאלה המרתקת ביותר בקוסמולוגיה המודרנית, הוצג על ידי ארבעה פיסיקאים תיאורטיים, אדוארד וו. קולב ממעבדת המאיץ הלאומי של פרמיית המחלקה האמריקאית, שיקגו (ארה"ב): סבינו מטארזה מאוניברסיטת אוניברסיטת פדובה; אלסיו נוטרי מאוניברסיטת מונטריאול (קנדה); ואנטוניו ריוורטו מ- INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) מפדובה (איטליה). המחקר שלהם הוגש אתמול לכתב העת Physical Review Letters.
במהלך מאה השנים האחרונות התפשטות היקום הייתה נושא לדיון נלהב, ומעסיקה את המוחות המבריקים ביותר של המאה. כמו בני דורו, אלברט איינשטיין חשב בתחילה כי היקום סטטי: שהוא לא התרחב ולא התכווץ. כאשר תיאוריית היחסות הכללית שלו עצמו הראה בבירור כי היקום צריך להתרחב או להתכווץ, איינשטיין בחר להכניס מרכיב חדש לתורתו. "הקבוע הקוסמולוגי" שלו ייצג צפיפות מסה של חלל ריק שגרם ליקום להתפשט בקצב הולך וגובר.
כאשר בשנת 1929 הוכיח אדווין האבל שהיקום מתרחב למעשה, איינשטיין דחה את הקבוע הקוסמולוגי שלו, וכינה אותו "הפשלה הגדולה ביותר בחיי". ואז, כמעט מאה שנה מאוחר יותר, הקימו הפיזיקאים מחדש את הקבוע הקוסמולוגי בגרסה הנקראת אנרגיה אפלה. בשנת 1998, תצפיות על סופרנובות רחוקות מאוד הדגימו שהיקום מתרחב בקצב מואץ. נראה שההתרחבות המואצת הזו ניתן להסביר רק בגלל נוכחותו של מרכיב חדש ביקום, "אנרגיה אפלה", המייצגת כ -70 אחוז מכלל המסה של היקום. מבין השאר, נראה כי כ- 25 אחוז הם בצורת מרכיב מסתורי אחר, חומר אפל; בעוד שרק כחמישה אחוזים כוללים חומר רגיל, אותם קווארקים, פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים מהם אנו והגלקסיות עשויים.
"ההשערה של אנרגיה אפלה היא מרתקת ביותר", מסביר אנטוניו ריוטו של פדובה, "אך מצד שני היא מהווה בעיה קשה. אף מודל תיאורטי, אפילו לא המודרני ביותר, כמו העל-סימטריה או תורת המיתרים, אינו מסוגל להסביר את נוכחותה של אנרגיה אפלה מסתורית זו בכמות שתצפיותינו דורשות. אם אנרגיה אפלה הייתה בגודל שהתיאוריות מנבאות, היקום היה מתרחב במהירות כה פנטסטית שהוא היה מונע את קיומו של כל מה שאנחנו מכירים בקוסמוס שלנו. "
הכמות הנדרשת של אנרגיה כהה קשה כל כך להתיישב עם חוקי הטבע הידועים, עד שהפיזיקאים הציעו כל מיני הסברים אקזוטיים, כולל כוחות חדשים, ממדים חדשים של זמן חלל וחלקיקים אלמנטריים אוריים קלים. עם זאת, הדו"ח החדש אינו מציע מרכיב חדש ליקום, אלא רק ההכרה בכך שההאצה הנוכחית של היקום היא תוצאה של המודל הקוסמולוגי הסטנדרטי ליקום המוקדם: אינפלציה.
"הפיתרון שלנו לפרדוקס שמציב היקום המאיץ", אומר ריו, "מסתמך על מה שמכונה תיאוריה אינפלציונית, שנולדה בשנת 1981. על פי תיאוריה זו, תוך שבריר זעיר של שנייה לאחר המפץ הגדול, היקום חווה התרחבות מהירה להפליא. זה מסביר מדוע היקום שלנו נראה הומוגני מאוד. לאחרונה ניסויים בומרנג ו- WMAP, אשר מדדו את התנודות הקטנות בקרינת הרקע שמקורן במפץ הגדול, אישרו את תיאוריית האינפלציה.
ההערכה היא כי במהלך ההתפשטות האינפלציונית בתחילת ההיסטוריה של היקום נוצרו אדוות זעירות מאוד בחלל, כפי שחזה התיאוריה של אינשטיין על היחסות הכללית. אדוות אלה נמתחו על ידי התפשטות היקום ונמשכות היום הרבה מעבר לאופק הקוסמי שלנו, שהוא על פני שטח גדול בהרבה מהיקום הנצפה, מרחק של כ- 15 מיליארד שנות אור. במאמר הנוכחי שלהם, המחברים מציעים כי ההתפתחות של האדוות הקוסמיות הללו היא המגדילה את ההתפשטות הנצפת של היקום ומסבירה את האצתו.
"הבנו שאתה פשוט צריך להוסיף מרכיב מפתח חדש זה, אדוות תקופת החלל שנוצרה בתקופת האינפלציה, ליחסיות הכללית של איינשטיין כדי להסביר מדוע היקום מאיץ היום", אומר ריו. "נראה שהפתרון לפאזל ההאצה כרוך ביקום שמעבר לאופק הקוסמי שלנו. אין צורך באנרגיה אפלה מסתורית. "
קולב של פרמילאב כינה את הצעת המחברים את ההסבר השמרני ביותר ליקום המאיץ. "זה דורש רק התייחסות נכונה של ההשפעות הפיזיות של האדוות מעבר לאופק הקוסמי שלנו," אמר.
נתונים מהניסויים הקרובים יאפשרו לקוסמולוגים לבדוק את ההצעה. "אם איינשטיין צדק כשהציג לראשונה את הקבוע הקוסמולוגי, או אם צדק כשהוא הפריך בהמשך את הרעיון ייבחן בקרוב על ידי סבב חדש של תצפיות קוסמולוגיות מדויקות," אמר קולב. "נתונים חדשים יאפשרו לנו להבחין בקרוב בין ההסבר שלנו להתפשטות המואצת של היקום לפיתרון האנרגיה האפלה."
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), המכון הלאומי לפיזיקה גרעינית באיטליה, תומך, מתאם ומבצע מחקר מדעי בפיזיקה תת-גרעינית, גרעינית ואסטרוקרטיקרית ומעורב בפיתוח טכנולוגיות רלוונטיות.
פרמילאב, בבטביה, אילינוי, ארה"ב, מופעלת על ידי האגודה לחקר האוניברסיטאות, בע"מ עבור משרד המדע למשרד האנרגיה, המממן מחקר מתקדם בפיזיקת חלקיקים וקוסמולוגיה.
המקור המקורי: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
