Slide 1

‫האם התפשטות היקום מואצת‬
‫על‪-‬ידי אנרגיה אפלה ?‬
‫"תגליות המדע מפתיעות יותר משנוכל אי פעם לדמיין "‬
‫" כל פריצת דרך במדע נובעת מפריצה נועזת של גבולות הדמיון *"‬
‫‪* John Dewey‬‬

‫רמי ברושטיין‬
‫המחלקה לפיסיקה‬

‫אוניברסיטת בן‪-‬גוריון‬

‫הרצאה בכנס על מדע ודמיון‬
‫‪3.3.2005‬‬
‫‪http://www.bgu.ac.il/~ramyb‬‬


Slide 2

‫תכנית ההרצאה‬
‫תכולת היקום‬

‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬

‫חומר נראה‬
‫חומר אפל‬
‫"אנרגיה אפלה"‬

‫התפשטות היקום‬

‫ההתפשטות המואצת‬
‫אתגר למדע ולדמיון‬

‫‪.1‬היקום מתפשט‬
‫‪.2‬מיפוי היקום‬
‫‪.3‬אנרגיה אפלה‬
‫והקבוע הקוסמולוגי‬
‫‪.4‬עדויות להתפשטות‬
‫המואצת‬

‫‪.1‬הסברים מדעיים‬
‫‪.2‬הסברים לא מדעיים‬
‫‪.1‬יש דברים נסתרים ‪...‬‬
‫‪.2‬העקרון האנתרופי‬


Slide 3

‫היקום‬
‫"‪ ...‬ככוכבי השמיים וכחול‬
‫אשר על שפת הים ‪"...‬‬

‫א‪-‬‬

‫חומר נראה‪ 5% :‬כוכבים וגז (בעיקר מימן)‬

‫בחלבלוביות (גלאקסיות) המאורגנות בצבירים‬
‫•‬

‫כוכב הוא גוף כדורי המורכב ברובו מגז מימן‬

‫•‬

‫הכוכבים מאירים בגלל כור גרעיני "על אש קטנה" הבוער במרכזם‬


Slide 4

‫א‪-‬‬

‫תכולת היקום‬
‫חומר נראה‪ 5% :‬כוכבים וגז‬

‫• מאה מיליארד כוכבים בגלקסיה‬
‫(מסת כל גלקסיה כאלף מיליארד מסות שמש)‬
‫• מאה מיליארד גלקסיות ביקום הנראה‬
‫סה"כ ~ ‪ 1022‬כוכבים (יותר מחול על שפת הים * ‪)...‬‬
‫• צפיפות ממוצעת ‪ 1‬פרוטון למטר מעוקב‬
‫‪1022=10,000,000,000,000,000,000,000‬‬
‫‪ 1‬עם ‪ 22‬אפסים אחריו‬


Slide 5

‫גודל היקום‬
‫• יחידת מרחק ‪ 30,000 ,parsec‬מיליארד ק"מ = ‪ 1‬פארסק‬
‫מרחק אופייני בין כוכבים = ‪ 3.26‬שנות אור = ‪1 pc‬‬
‫• גודל אופייני של גלאקסיה ‪ 30,000‬שנות אור ~ ‪ 10‬קילופארסק‬
‫מרחק בין גלאקסיות ‪ 1.5‬מליון שנות אור ~ ‪ 500‬קילו פארסק‬
‫• מרחק לצביר הקרוב ‪ 20‬מגה פארסק (מליון פארסק)‬

‫• גודל היקום הנראה ‪ 30‬מיליארד שנות אור ~ ‪ 10‬גיגה פארסק‬
‫‪ 3.1 x 10 23‬ק"מ ~ ‪ 10‬גיגה פארסק (מליארד פארסק)‬


Slide 6

‫תכולת היקום‬

‫ב‪-‬‬

‫‪" 1/4‬חומר אפל" בתוך הגלקסיות ומסביבן‬
‫ובצבירים ומסביבם (פי שש מהחומר הנראה!)‬

‫איך "רואים" חומר אפל ?‬
‫חומר אפל מפעיל כוח כבידה על חומר נראה!‬
‫מודדים מהירות סיבוב של כוכבים בגלקסיה ומסיקים על‬
‫התפלגות החומר‬


Slide 7

‫תכולת היקום‬

‫ג‪-‬‬

‫‪" 2/3‬אנרגיה אפלה" מרוחה בצורה אחידה‬
‫על פני היקום כולו‬

‫איך יודעים ?‬
‫סיפור ארוך‪ ,‬מעניין‪ ,‬ועדיין לא גמור לחלוטין‬
‫השאלה המעניינת באמת‪ :‬מה הסיבה?‬


Slide 8


Slide 9

‫• היקום מתפשט‬

‫לתוך מה מתפשט היקום?‬
‫לתוך כלום!‬
‫התפשטות = כיול מרחקים‬


Slide 10

DL

v = cz


Slide 11


Slide 12

‫ולאלה שעדיין לא משוכנעים‪:‬‬
‫• זמן ומקום זמן ומקום‬
‫ידוע היום במדע שממד הזמן ושלשת ממדי המקום מהווים יחד‬
‫מרחב אחד של ארבעה ממדים‪ .‬ממד הזמן הוא הממד‬
‫ה"מופשט" הבלתי נתפס בחושים הגשמיים (במונחי‬
‫המתימטיקה‪" :‬ממד דמיוני") ביחס לממדי המקום (שהנם‬
‫"ממדים ממשיים")‪.‬‬
‫על פי הקבלה‪ ,‬ממד הזמן חודר לתוך המקום ו"מזדווג" עמו‬
‫ב"נקודה האמצעית" שבו‪ .‬מכח "זיווג" זה פורץ המקום לכל עבר‬
‫(בלשון המדע‪ :‬התפשטות היקום)‪ ,‬בסוד "ופרצת ימה וקדמה‬
‫וצפונה ונגבה" ("נחלת יעקב אביך" ‪" -‬נחלה בלי מצרים"‪ ,‬בסוד‬
‫"עתידה ארץ ישראל שתתפשט בכל הארצות")‪ ,‬וכמו שיתבאר‪.‬‬


Slide 13

‫סיכום ביניים‬
‫• היקום אחיד ללא תלות במיקום ובכיוון‬
‫• היקום מתפשט‬
‫האם מישהו‬
‫היה יכול לדמיין‬
‫יקום יותר לא‬
‫סביר ?!‬

‫‪4- 6%‬‬

‫‪20- 40%‬‬

‫חומר נראה‬
‫חומר אפל‬
‫אנרגיה אפלה‬

‫‪60- 80%‬‬


Slide 14

‫מיפוי היקום‬
‫בהירות עצמית – עוצמת האור‬
‫מהמקור‬
‫בהירות מדומה – עוצמת האור בגלאי‬
‫מן היחס בין הבהירות המדומה לבהירות‬
‫העצמית ניתן למצוא את המרחק לעצם‬

‫נחוץ "נר תקני" ‪ :‬עצמים‬
‫שבהירותם העצמית קבועה‬


Slide 15

‫• מיפוי היקום‬
‫סופרנובות מסוג ‪Ia‬‬‫התפוצצות גרעינית של ננסים לבנים‬

‫"נר תקני"‬

‫מתאם בין בהירות שיא‪ ,‬צורתה‬
‫וצבעה של עקומת האור ‪‬‬
‫~‪ 10 %‬פיזור בבהירות שיא‬


Slide 16

‫• מיפוי היקום‬
‫‪-‬סופרנובות מסוג ‪Ia‬‬

‫התאמה סטטיסטית‬
‫מובהקת ליקום בו‬
‫ההתפשטות מואצת‪:‬‬
‫סופרנובות רחוקות יותר‬
‫בהירות פחות (מעל‬
‫ומעבר לדעיכת העוצמה‬
‫עקב המרחק)‬
‫‪Kirshner, Robert P. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 4224-4227‬‬

‫‪Copyright ©1999 by the National Academy of Sciences‬‬


Slide 17

01/02/2003 La Recherche

Et pourtant il accélère !
L'expansion de l'Univers, loin de ralentir comme on le pensait
depuis soixante-dix ans, est en train de s'accélérer sous la
pression d'une mystérieuse énergie noire. Les astrophysiciens
tentent de comprendre la nature de ce constituant majeur de
l'Univers.


Slide 18

The end of the universe is cancelled
By Robert Matthews, Science Correspondent
(Filed: 09/02/2003)
Professor Hawking, we have a problem. Nasa, the
American space agency, is expected to announce this
week that it has proved the existence of "dark
energy", a cosmic force that counteracts gravity and
will keep the universe expanding forever.


Slide 19

‫הסבר מדעי‬
‫‪‬‬

‫מספר מצומצם של הנחות‬

‫‪‬‬

‫תיאור עקבי באמצעות משוואות‬

‫‪‬‬

‫מפתרון המשוואות ניתן להסיק על כלל‬
‫התופעות הנצפות ולנבא תופעות חדשות‬


Slide 20

‫הקשר בין התפשטות מואצת לאנרגיה אפלה‬
‫• תורת היחסות הכללית של אינשטיין מקשרת בין‬
‫תכולת היקום לקצב ההתפשטות של היקום‬
‫– אופי ההתפשטות נקבע ע"י כלל כמות החומר וגם ע"י‬
‫הלחץ שהוא מפעיל‬
‫– התפשטות מואצת‪ :‬כוח דחייה המתגבר על כוח המשיכה‬
‫של כבידה‬


Slide 21

‫הקשר בין התפשטות מואצת לאנרגיה אפלה‬
‫• אנרגיה אפלה‪ :‬חומר אחיד המפעיל לחץ שלילי גדול‬
‫מספיק המתגבר על המשיכה של כוח הכבידה‬

‫• ההסבר ה"פשוט" ביותר‪ :‬קבוע קוסמולוגי‬
‫אינשטיין‪" :‬הבלבול הגדול בכל עבודתי המדעית"‬
‫• קבוע קוסמולוגי הוא כינוי ל "חומר" שצפיפותו קבועה‬
‫והלחץ השלילי שהוא מפעיל שווה בגודלו לצפיפות‬


Slide 22

‫בעיות הקבוע הקוסמולוגי‬
‫– למה כל כך קטן ? מדוע היקום חי כל כך הרבה זמן?‬
‫– למה עכשיו ? מדוע כמות החומר וכמות האנרגיה האפלה‬
‫דומות כל כך?‬


Slide 23

‫הסברים לא מדעיים‬
‫יש דברים נסתרים‬
‫אל נבקש הכול לדעת‬
‫אל נסתקרן לגבי המחר‬
‫יש לפעמים שסיבה לא נודעת‬
‫יש לפעמים שנסתר הדבר‬
‫יש דברים נסתרים‬
‫לא נבין לא נדע‬
‫נעשה גם דברים‬
‫שנראים בלי סיבה‬
‫לא צריך כל דבר‬
‫לחקור ולשאול‬
‫לפעמים גם מותר‬
‫לא לדעת הכול‬
‫אל נבקש סיבה לכל צעד‬
‫אל נבקש לדעת כל סוד‬
‫יש לפעמים שסיבה לא נודעת‬
‫אל נתייאש‪ ,‬אל נפסיק לצעוד‬
‫מילים‪ :‬תמי לוי‪ ,‬לחן משה נגר‬


Slide 24

The Anthropic Principle
R. Dicke (1961): “ carbon-based life can only arise
when the Dirac large numbers hypothesis is true because
this is when burning stars exist”
B. Carter (Early 1970’s): “what we can expect to
observe must be restricted by the conditions necessary
for our presence as observers” (Leslie ed. 1990). The
word "anthropic" was intended as applying to
intelligent beings.
A possible argument for preferring the God hypothesis:
think in terms of many possible fundamental theories,
God selecting a theory which permitted life's
requirements to be fulfilled without contradictions.


Slide 25

‫סיכום ההרצאה‬
‫• התפשטות היקום מואצת‬

‫• התוצאות של ניסוים שונים עקביות‬
‫• תמונת המצב של היקום המתקבלת מוזרה מאוד‪95% :‬‬
‫מתכולת היקום אינה ידועה‪ ,‬ותכונותיה שונות מכל המוכר‬
‫• מציאת הסבר למצב היקום היא אתגר גדול למדע ולדמיון‬
‫‪4- 6%‬‬

‫‪20- 40%‬‬

‫מידע נוסף נמצא באתר שלי‬
‫‪http://www.bgu.ac.il/~ramyb‬‬

‫חומר נראה‬
‫חומר אפל‬
‫אנרגיה אפלה‬

‫‪60- 80%‬‬