ספרי לימוד ומחנכים מדעיים רבים ניסו לתאר את המפץ הגדול כהולדת היקום - התחלה נפיצה שהתרחשה בנקודה מסוימת שיצרה חומר והעיפה אותו לריק כמו רסיסים מרימון.

אבל המפץ הגדול הוא לא ממש רגע הבריאה - יותר כמו ההשלכות שלו. המפץ הגדול לא יצא ממקום מסוים במֶרחָב, וזה לא היה פיצוץ - לפחות לא במובן המסורתי.

התרבות הפופולרית - וקוסמולוגים, למרבה הצער - עשו את הטעות המצערת של אימצו שם לתיאוריה שאפילו מעוררת קול של פיצוץ אבק שריפה. כָּך…הם מקיפים את עצמם?

"אומרים לעתים קרובות שכל היקום שאנו יכולים לצפות בו נדחס פעם לנפח בגודל של כדור גולף", כתב ג'ון מאתר, אסטרופיזיקאי זוכה פרס נובל ומדען פרויקט בכיר עבורנאס"אשלטלסקופ החלל ג'יימס ווב, בחיבורעֲבוּרTheedge.org. "אבל עלינו לדמיין שכדור הגולף הוא רק חלק זעיר של יקום שהיה אינסופי אפילו אז."

תיאוריית המפץ הגדול מתארת ​​אירוע מתיקייםהחלל - הרבה יותר חם, צפוף וקטן יותר באותו זמן - התחיל פתאום ובמהירות להימתח. היקום הפרימיטיבי היה גולאש בוער של חלקיקים זעירים, אור ואנרגיה, אך ככל שהתרחב, החלל התקרר מספיק כדי לאפשרתהליכים חשוביםלהתרחש, כגוןיוצרים אטומים ויסודות. ההרחבה נמשכת גם היום.

זהו. זה לא מציע מה היו התנאים לפני ההרחבה. זה לא מניח למה היקום מתרחב. זה אפילו לא מסביר מה גרם להתרחבות מלכתחילה. ויש סיבות לכך שניסיון לדמיין את האירוע כפיצוץ יכול להוביל לכמה מסקנות מוטעות.

"אף מדען בעל מוניטין לא יטען שאנחנו מבינים בפירוט מה קרה ברגע המדויק שבו התחיל היקום. אנחנו פשוט לא יודעים", אמר דון לינקולן, מדען בכיר בפרמילב באילינוי, ב-סרטון. "למרות העובדה שאנחנו לא יודעים הכל על איך היקום התחיל, אני כל הזמן המום מהעובדה שאנחנו יודעים כל כך הרבה."

המפץ הגדול נוגע לנִרְאֶהעוֹלָם

כדי להבין את המפץ הגדול - ואת ההערה הקודמת של מאתר - חשוב תחילה להבהיר שתיאוריה זו חלה על היקום הגלוי, לא על היקום בכללותו. היקום הגלוי הוא בועה של הקוסמוס שבמרכזה נקודת המבט שלנו מכדור הארץ, עם רדיוס שנקבע על ידי מהירות האור. הבועה כולה היא כ-92 מיליארדשנות אוררָחָב.

גודל הבועה אינו נקבע על ידי טווח הטלסקופים, אלא המגבלה המילולית של האור. יש מרחק מקסימלי ממנופוטוניםיכול היה לנסוע לצופה בעידן היקום. גבול זה ידוע בשםאופק אור קוסמי: כל אותות פוטנציאליים מעבר לזה לא הספיקו להגיע אלינו - והם לעולם לא יגיעו, אפילו לא מיליארדי שנים לעתיד. הסיבה לכך היא שבמרחק קיצוני מסוים, עצמים מרוחקים נסוגים מהר יותר ממהירות האור.

אז מה מעבר לבועה הזו? אף אחד לא יודע כי זה בלתי ניתן לראות, אבל מדענים יכולים לשער שיש עוד יקום. אחרי הכל, עם התרחבות החלל, מדענים מודעים לכך שבכל שנייה אלפי כוכבים בורחים מהנוף שלנו, מעבר לאופק הזה.

איפה בדיוק קרה המפץ הגדול?

יש לחשוב על המפץ הגדול כ"נקודת זמן" אך לא מתרחשת במקום מסוים. אסטרונומים יגידו לעתים קרובות שהמפץ הגדול התרחש בכל מקום, וזה רעיון מבלבל אם חשבתם על המפץ הגדול כמו פצצה מתפוצצת.

תארו לעצמכם במקום זאת תרחיש היפותטי שבו החלל היה מעובה בתוך כתם, כמו בלון בגודל ראש סיכה. ואז דמיינו שהבלון הקטנטן הזה התנפח איכשהו לגודל של תפוז. באנלוגיה זו, אפשר להתחיל להבין מדוע אין "נקודת מוצא" למפץ הגדול: שום דבר לא השאיר את ראש הסיכה היכן שהוא התחיל; נקודת ראש הסיכה גדלה באופן אקספוננציאלי.

זו אחת הסיבות לכך שאסטרופיזיקאים רבים אומרים שכל מקום ביקום שניתן לדעת יכול להיחשב כחלקמרכז המפץ הגדול. על פי התיאוריה לא היה אתר מסוים שממנו נשפו פיסות.

המפץ הגדול לא היה ממש פיצוץ

תצפיות מדעיות תומכות ברעיון של התפשטות אוניברסלית מהירה לעומת פיצוץ. אם היה פיצוץ מסוג חזיז שמפזר חומר החוצה, למשל, חוקי הפיזיקה היו מכתיבים שפסולת רחוקה יותר מהמקום שבו היא התפוצצה תנוע מהר יותר מהחומר הקרוב יותר לנקודת ההתחלה הזו.

"זה בגלל שחפצים רחוקים מהחזיז חייבים לנוע מהר יותר. כך הם התרחקו", לינקולןאמר.

אבל זה לא מה שאסטרונומים רואים. בקוסמוס, החלל בין הגלקסיות הולך וגדל, בכֹּלכיוונים - לא רק ביחס לנקודה מרכזית. אַסטרוֹנוֹםאדווין האבל, עבור מי הטלסקופ החלל האבלנקרא מאוחר יותר, גילה זאת ב-1929.

באמצעות טלסקופ הוקר 100 אינץ' בקליפורניה, האבל ציין שככל שגלקסיה רחוקה יותר מהשְׁבִיל הַחָלָב, הגלקסיה הביתית של כדור הארץ, כך נראה היה שהיא מתרחקת מהר יותר. הוא הבין זאת על ידי תכנון מהירויות ומרחקים של 24 גלקסיות סמוכות. העלילה הראתה שהכל נסחף בצורה אחידה, במהירויות פרופורציונליות למרחק, לכל הכיוונים.

קצב ההתרחבות זכה לכינויהאבל קבוע. שנתיים לאחר התצפיות של האבל, אסטרונום וכומר בלגי,ז'ורז' למאיטר, השתמש בהנחה זו כדי לפרסם את התיאוריה הראשונה דמוית המפץ הגדול כדי להסביר את ראשית היקום.

איך אסטרונומים יודעים שהיקום מתרחב

עם הממצא של האבל שהחלל עצמו מתרחב, מדענים הצליחו להעריךגיל היקום. הנוסחה למהירות - שאולי למדת בתיכון - היא מרחק חלקי זמן. מדענים כבר יודעים את המהירויות של גלקסיות ואת המרחקים שלהן, כך שהם יכולים להבין את משך הזמן על ידי חלוקת המרחק במהירות.

אם מדענים מחזירים לאחור את השעון מהיום עד למועד שבו כל דבר ביקום שניתן לדעת מתקמט בחזרה לתוך הבלון הקטן המנופח, זה התרחש בערךלפני 13.8 מיליארד שנים.

לכן, אם היקום בן 13.8 מיליארד שנים, אפשר להניח בטעות שלבועה הנראית של היקום יש רדיוס של 13.8 מיליארד שנות אור, עם רוחב כולל של 27.6 מיליארד שנות אור. אבל היקום אינו עומד במקום, והמרחק בין עצמים אינו קבוע. התרחבות החלל מסבירה את הפער בין 27.6 מיליארד שנות אור ל-92 מיליארד שנות אור, קוטרו של היקום הנראה.

האם מדענים הפריכו את המפץ הגדול?

מדענים לא הפריכו את תיאוריית המפץ הגדול, אבל הם גילו חילוקי דעות בקצב ההתפשטות - קבוע האבל - ממדידות של צוותי מחקר שונים. חוסר ההסכמה ידוע בשםמתח האבל.

בקצרה, מדידות מהירות המבוססות על תצפיות טלסקופיות על היקום הנוכחי גבוהות במקצת מהתחזיות המבוססות על תנאים ידועים של היקום בתקופת הינקות שלו. בשנים האחרונות, אסטרונומים חשבו שמשהו גורם לקצב ההתפשטות להאיץ. מחקרים באמצעותטלסקופ וובגילו שהפער הקטן-אך-משמעותי בקצב ההתרחבותהוא כנראה לא תוצאה של חישובים שגוייםאלא היבט של היקום שעדיין לא מובן.

בזמן שמדענים עובדים כדי לפתור את התעלומה הזו, המפץ הגדול עשוי להזדקק לשינויים מסוימים, אבל עד כה הפער הזה לא הגדיל את השורה התחתונה, כלומר שהחלל היה פעם קטן יותר וחם יותר, ואז הוא נמתח לפתע, והוא עדיין מתרחב.

קצב ההתפשטות של היקום המוקדם

חוקרים חישבו את קצב ההתפשטות של יקום התינוקות באמצעות נתונים ממה שנקרארקע מיקרוגל קוסמי. הפיזיקאים האמריקאים ארנו פנזיאס ורוברט ווילסון בטעותגילה את התופעה הזו, זוהר חלש מ-380,000 שנים לאחר המפץ הגדול, באמצעות טלסקופ רדיו ב-1965.

בערך באותו זמן, צוות נפרד באוניברסיטת פרינסטון חזתהשגלים כאלה צריכים להתקיים. אם אסטרונומים היו ארכיאולוגים, גילוי זה היה דומה לממצאהמאובן הקדום ביותר של האור. זה הדבר העתיק ביותר ביקום שמישהו ראה.

חתימת החום הזו, המוקרנת מאטומים שנמצאים כעת במרחק של יותר מ-46 מיליארד שנות אור ונמתחים לגלי מיקרו, ממלאת את השמים. של סוכנות החלל האירופיתמשימת פלאנקמיפה את גלי המיקרו כדי למדוד תנודות קטנטנות בטמפרטורה. שינויים קלים אלו מאפשרים למדענים להסיק את קצב ההתרחבות באותו זמן.

כיצד תיאוריית 'אינפלציה קוסמית' משתלבת במפץ הגדול

האינפלציה הקוסמית מנסה לתאר שלב אחד קצר אך מכריע בנרטיב המפץ הגדול ששיגר את היקום אל ציר הזמן שלו להתפשטות.

אלן גות', פיזיקאי תיאורטי ב-MIT, העלה את הרעיון ב-1980. הוא מציע שצורת כבידה דוחה כלשהי, משהו כמואנרגיה אפלה, הניע את ההתפשטות המהירה של היקום לרגע מוקדם. השלב הזה היה נמשךשבריר טריליון שניה. ואז, האנרגיה שהניעה את האינפלציה כבתה.

"אני בדרך כלל מתאר את האינפלציה כתיאוריה של 'המפץ' של המפץ הגדול", אמר גוטבשאלות ותשובות משנת 2014על ידי האוניברסיטה. "בצורתה המקורית, תיאוריית המפץ הגדול מעולם לא הייתה תיאוריה של המפץ. היא לא אמרה דבר על מה דפק, למה הוא דפק או מה קרה לפני שהוא דפק".

במהלך שלב האינפלציה, היקום הזעיר היה מתרחב בקצב מהיר יותר מהאור. וקבל את זה: זה לא היה שובר שום חוקי פיזיקה.

"זה נכון ששום דבר לא יכול לנוע בחלל מהר יותר מהאור, אבל אין הגבלות על כמה מהר החלל יכול להתרחב", אמר לינקולן.

איך קיבל 'המפץ הגדול' את שמו

פרד הויל, אסטרונום ומתקשר מדעי ידוע בממלכה המאוחדת, מיוחס בעיקר את טבע ה"מפץ הגדול" בשנת 1949. הוא היה במובנים רבים הניל דה-גראס טייסון של זמנו. אבל כיום אסטרופיזיקאים וקוסמולוגים רבים מבינים שהכינוי השגוי תקוע.

במהלך שידור של BBC, הויל תיאר תיאוריות המבוססות על הרעיון ש"כל החומר ביקום נוצר במפץ גדול אחד בזמן מסוים בעבר המרוחק", לפיתמלילפורסם במגזין BBC. מאוחר יותר הוא הזכיר שוב את הביטוי בספרו מ-1950 "טבע היקום".

הויל נרתע מהרעיון של מקור פתאומי של היקום, אך הוא לא השתמש במילים "המפץ הגדול" בצורה מזלזלת, לפיחיבור אחרוןעל זה ביומןטֶבַע. במקום זאת, הוא התכוון להעביר את ההשערה באמצעות מטפורות תיאוריות כדי לעזור להעביר את הנקודה ברדיו.

הם מוקפים, אכן.