מבוא
לפני כ -13.8 מיליארד שנה, היקום כידוע החל. הרגע הזה, המכונה המפץ הגדול, הוא כאשר החלל עצמו החל להתפשט במהירות. בזמן המפץ הגדול, היקום הנצפה (כולל החומרים ל -2 טריליון גלקסיות לפחות), נכנס לחלל שנמצא פחות מסנטימטר לרוחב. כעת, היקום הנצפה הוא 93 מיליארד שנות אור ורחביו מתרחב.
יש הרבה שאלות על המפץ הגדול, במיוחד לגבי מה שקדם לו (אם בכלל). אבל מדענים אכן יודעים כמה דברים. המשך לקרוא עבור כמה מהתגליות המפצפנות ביותר על תחילת הכל.
היקום מתרחב
עד 1929, מקורות היקום היו אפויים לחלוטין במיתוס ותיאוריה. אבל באותה שנה, אסטרונום יוזם בשם אדווין האבל גילה משהו מאוד חשוב ביקום, משהו שיפתח דרכים חדשות להבנת עברו: כל העניין מתרחב.
האבל גילה את התגלית שלו על ידי מדידת משהו שנקרא משמרת אדומה, שהוא המעבר לעבר אורכי גל אדומים ארוכים יותר הנראים בגלקסיות רחוקות מאוד. (ככל שהאובייקט רחוק יותר כך ההיסט האדום בולט יותר.) האבל מצא שההיסטה האדומה גדלה באופן ליניארי עם המרחק בגלקסיות רחוקות, מה שמעיד שהיקום אינו נייח. זה מתרחב, בכל מקום, בבת אחת.
האבל הצליח לחשב את קצב ההתפשטות הזו, נתון המכונה קבוע האבל, על פי נאס"א. התגלית הזו היא שאפשרה למדענים לחשוב בחזרה ולתיאורז שהיקום היה פעם ארוז לנקודה זעירה. הם קראו לרגע הראשון של התרחבותו המפץ הגדול.
קרינת רקע מיקרוסקופית קוסמית
במאי 1964 עמלו ארנו פנציאס ורוברט וילסון, חוקרים במעבדות הטלפונים של בל, על בניית מקלט רדיו חדש בניו ג'רזי. האנטנה שלהם המשיכה לאסוף זמזום מוזר שנראה כאילו הגיע מכל מקום, כל הזמן. הם חשבו שמדובר ביונים בציוד, אך הסרת הקנים לא עשתה דבר. ניסיונותיהם האחרים להפחית את ההתערבות גם הם לא. לבסוף, הם הבינו שהם מרימים משהו אמיתי.
מה שהם גילו, התברר, היה האור הראשון של היקום: קרינת רקע מיקרוסקופית קוסמית. קרינה זו מתוארכת לכ -380,000 שנה לאחר המפץ הגדול, כאשר היקום התקרר לבסוף מספיק כדי שפוטונים (החלקיקים דמויי הגל המרכיבים אור) יוכלו לנוע בחופשיות. הגילוי נתן תמיכה לתיאוריית המפץ הגדול ולרעיון שהיקום התפשט מהר יותר ממהירות האור ברגע הראשון שלו. (הסיבה לכך היא שהרקע הקוסמי די אחיד, מה שמרמז על הרחבה חלקה של הכל בבת אחת מנקודה קטנה.)
מפת שמיים
גילוי הרקע המיקרוגל הקוסמי פתח חלון למקורות היקום. בשנת 1989 השיקה נאס"א לוויין בשם "סייר הרקע הקוסמי" (COBE), אשר נמדד וריאציות זעירות בקרינת הרקע. התוצאה הייתה "תמונת תינוק" של היקום, על פי נתוני NASA, המציגה כמה מהווריאציות הצפיפות הראשונות ביקום המתרחב. וריאציות זעירות אלה הולידו ככל הנראה את דפוס הגלקסיות והמרחב הריק, המכונה הרשת הקוסמית של הגלקסיות, שאנו רואים ביקום כיום.
עדות ישירה לאינפלציה
הרקע הקוסמי הקוסמי איפשר גם לחוקרים למצוא את "אקדח העישון" לאינפלציה - אותה התרחבות מאסיבית, מהירה מהקל שאירעה במפץ הגדול. (למרות שתורת היחסות המיוחדת של איינשטיין גורסת ששום דבר לא עובר מהר יותר מאור בחלל, זו לא הייתה הפרה; המרחב עצמו התרחב.) בשנת 2016 הודיעו הפיזיקאים כי הם גילו סוג מסוים של קיטוב, או כיווניות, בחלק מה הרקע הקוסמי של המיקרוגל. קיטוב זה מכונה "מצבי B". הקיטוב במצב B היה העדות הישירה הראשונה אי פעם לגלי כבידה מהמפץ הגדול. גלי כבידה נוצרים כאשר חפצים מאסיביים בחלל מואצים או מאטים (הראשון שהתגלה אי פעם הגיע מהתנגשות של שני חורים שחורים). מצבי ה- B מספקים דרך חדשה לחקור ישירות את התפשטות היקום הקדום - ואולי להבין מה הניע אותו.
אין מימדים נוספים עד כה
אחת התוצאות של גילוי גל הכבידה הייתה שהיא מאפשרת למדענים לחפש ממדים נוספים, מעבר לשלושה הרגילים. על פי תיאורטיקנים, גלי הכבידה צריכים להיות מסוגלים לעבור לממדים לא ידועים, אם קיימים מידות אלה. באוקטובר 2017, מדענים גילו גלי כבידה מהתנגשות של שני כוכבי נויטרונים. הם מדדו את הזמן שלקח לגלים לנסוע מהכוכבים לכדור הארץ ולא מצאו שום עדות לדליפה חיצונית ממדית כלשהי.
התוצאות, שפורסמו ביולי 2018 בכתב העת Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, מציעות שאם יש מימדים אחרים בחוץ, הם זעירים - הם ישפיעו על אזורים ביקום בגודל של פחות מקילומטר. פירוש הדבר שתורת המיתרים, המציינת כי היקום עשוי מיתרים רוטטים זעירים וחוזה לפחות 10 מימדים בני נוער, עדיין יכולה להיות נכונה.
הרחבה מאיצה ...
אחת התגליות המוזרות ביותר בפיזיקה היא שהיקום לא רק מתרחב, הוא מתרחב בקצב מואץ.
הגילוי נמשך משנת 1998, אז הודיעו הפיזיקאים על תוצאות כמה פרויקטים ארוכי טווח שמדדו סופרנובות כבדות במיוחד הנקראות supernovas Type Ia. התוצאות (בהן זכו החוקרים סול פרלמוטר, בריאן פ. שמידט ואדם ג 'רייס בפרס נובל בשנת 2011), חשפו אור חלש מהצפוי מהרחוק ביותר בסופרנובות אלה. האור החלש הזה הראה שהמרחב עצמו מתרחב: כל דבר ביקום מתרחק בהדרגה מכל השאר.
מדענים מכנים את נהג ההתרחבות הזו "אנרגיה אפלה", מנוע מסתורי שיכול להרכיב כ -68% מהאנרגיה ביקום. אנרגיה אפלה זו נראית מכרעת בכדי להפוך את התיאוריות של תחילת היקום לתצפיות שמתקיימות כעת, כמו אלו שנעשו על ידי נוק"א ווילקינס מיקרוגל אניסוטרופי פרוב (WMAP), מכשיר שהפיק את המפה המדויקת ביותר של הקוסמי מיקרוגל עדיין רקע.
... אפילו מהר מהצפוי
תוצאות חדשות מטלסקופ האבל, שיצא באפריל 2019, העמיקו את הפאזל של היקום המתרחב. המדידות מטלסקופ החלל מראות כי התפשטות היקום מהירה יותר ב- 9% מהצפוי מהתצפיות הקודמות. לגבי גלקסיות, כל 3.3 מיליון שנות אור מכדור הארץ מתורגמים לתוספת של 46 מיילים לשנייה (74 קמ"ש) מהר יותר מחישובים קודמים שצפו, לפי נתוני נאס"א.
מדוע זה משנה למקורות היקום? כי פיסיקאים בטח מפספסים משהו. על פי נתוני נאס"א יתכן שהיו שלוש "התפרצויות" של אנרגיה אפלה נפרדת במהלך המפץ הגדול וזמן קצר לאחר מכן. התפרצויות אלה קובעות את הבמה למה שאנו רואים היום. הראשון אולי התחיל את ההתרחבות הראשונית; שנייה אולי קרה הרבה יותר מהר, כשהיא מתנהגת כמו רגל כבדה לחוצה על דוושת הגז של היקום, וגרמה ליקום להתפשט מהר יותר ממה שהאמינו בעבר. פרץ אנרגיה כהה אחרונה עשוי להסביר את ההתפשטות המואצת של היקום כיום.
דבר זה אינו מוכח - עדיין. אבל מדענים מסתכלים. חוקרים מאוניברסיטת טקסס במצפה הכוכבים אוסטין מקדונלד משתמשים בכלי ששודרג לאחרונה, הטלסקופ Hobby-Eberly, כדי לחפש ישירות אנרגיה אפלה. הפרויקט, ניסוי האנרגיה הכהה Hobby-Eberly טלסקופ (HETDEX), מודד את האור הקלוש מגלקסיות עד 11 מיליארד שנות אור, מה שיאפשר לחוקרים לראות כל שינוי בהאצת היקום לאורך זמן. הם גם ילמדו את הדי ההפרעות ביקום בן 400,000 שנה, שנוצר במרק החלקיקים הצפוף שהרכיב הכל מיד אחרי המפץ הגדול. גם זה יגלה את מסתרי ההתפשטות ויסביר את האנרגיה האפלה שהניעה אותה.
