Transcript רמי ברושטיין
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%
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%