המפץ הגדול

היקום שהתחיל להתמתח

לפני כ-13.8 מיליארד שנה היה היקום כולו במצב חם וצפוף מאוד. מאז הוא מתפשט ומתקרר.

טעות נפוצה היא לדמיין פצצה שמתפוצצת בתוך חלל ריק. במפץ הגדול לא היה חלל ריק שחיכה בחוץ.

החלל עצמו התחיל להתרחב. לכן הגלקסיות מתרחקות זו מזו, בלי לעוף דרך שום דבר.

שימו לב שהגלקסיות לא זזות על פני הרשת: הרשת עצמה גדלה, ולכן כל המרחקים ביניהן גדלים יחד.

כך נוצרה נקודת ההתחלה של החומר, הזמן והחלל.

הרגעים הראשונים של היקום

החל מהמצב החם והצפוף לפני 13.8 מיליארד שנה, היקום התקרר בהדרגה. כל שלב חדש הגיע ככל שהתקרר.

בשבריר השנייה הראשון התקיימה כנראה התפשטות מהירה במיוחד שנקראת אינפלציה.

בדקות הראשונות נוצרו הגרעינים של היסודות הקלים, בעיקר מימן והליום.

כ-380,000 שנה אחרי ההתחלה היקום התקרר מספיק כדי שייווצרו אטומים, והאור יכול היה לנוע בחופשיות.

שלוש ראיות למפץ הגדול

איך יודעים שכל זה קרה? שלוש ראיות עיקריות תומכות בתיאוריה.

חוק האבל: הגלקסיות מתרחקות מאיתנו, וככל שהן רחוקות יותר הן מתרחקות מהר יותר.

קרינת הרקע הקוסמית: ה'הד' של היקום הצעיר, שמגיע אלינו מכל כיוון.

כמויות המימן וההליום ביקום מתאימות לחישובים.

להריץ את הסרט לאחור

אם הגלקסיות מתרחקות היום, פעם הן היו קרובות יותר. מריצים את הסרט לאחור לפי קצב ההתפשטות, ומעריכים מתי הכול היה צפוף יחד.

דמיינו סטודנטית שמגלה בתרגיל היפותטי גלקסיה במרחק 100 מגה-פרסק.

הגלקסיה מתרחקת מאיתנו במהירות של 7,000 ק״מ לשנייה. היא רוצה להעריך מתי כל החומר ביקום היה צפוף בנקודה אחת.

הכלי שלה פשוט: $$זמן = מרחק \div מהירות$$

החישוב, צעד אחר צעד

שלב 1: מגה-פרסק אחד שווה בערך $$3.1 \times 10^{19}$$ ק״מ. לכן 100 מגה-פרסק הם בערך $$3.1 \times 10^{21}$$ ק״מ.

שלב 2: מחלקים מרחק במהירות. $$3.1 \times 10^{21} \div 7{,}000$$ נותן בערך $$4.4 \times 10^{17}$$ שניות.

שלב 3: בשנה יש בערך $$3.15 \times 10^{7}$$ שניות. התוצאה היא בערך 14 מיליארד שנה.

ההערכה הזו קרובה מאוד לגיל היקום המקובל, 13.8 מיליארד שנה.

ומה היה לפני כן?

זו השאלה הקשה מכולן.

אם גם הזמן התחיל במפץ הגדול, ייתכן שאין משמעות למילה 'לפני'.

בכל מקרה, הפיזיקה של היום עדיין לא יודעת לתאר את הרגע הראשון עצמו.

התיאוריה מתארת היטב את מה שקרה מאז ההתחלה. הרגע עצמו, ומה שאולי קדם לו, נשארים שאלה פתוחה במדע.

מה לקחת מכאן

כשמישהו אומר שהמפץ הגדול היה פיצוץ בחלל ריק, תוכלו לתקן: החלל עצמו התרחב ממצב חם וצפוף.

את גיל היקום, כ-13.8 מיליארד שנה, מעריכים כשמריצים את ההתפשטות לאחור. זמן = מרחק ÷ מהירות נותן הערכה גסה.

שלוש ראיות תומכות בתיאוריה: חוק האבל, קרינת הרקע הקוסמית וכמויות המימן וההליום.

ומה היה לפני? השאלה עדיין פתוחה.

המפץ הגדול היה פיצוץ של חומר שהתפזר לתוך חלל ריק שהיה קיים כבר קודם. האם הטענה נכונה?

• נכון
• לא נכון

Answer: לא נכון

הטענה שגויה. המפץ הגדול לא היה פיצוץ בתוך חלל ריק. החלל עצמו התחיל להתרחב ממצב חם וצפוף מאוד לפני כ-13.8 מיליארד שנה, ולכן הגלקסיות מתרחקות זו מזו.

בשבריר השנייה הראשון התרחשה התפשטות מהירה במיוחד שנקראת _____. בדקות הראשונות נוצרו _____ של מימן והליום. כ-380,000 שנה אחרי ההתחלה היקום התקרר מספיק כדי שייווצרו _____, והאור נע בחופשיות.

Answer: בשבריר השנייה הראשון התרחשה התפשטות מהירה במיוחד שנקראת אינפלציה. בדקות הראשונות נוצרו גרעינים של מימן והליום. כ-380,000 שנה אחרי ההתחלה היקום התקרר מספיק כדי שייווצרו אטומים, והאור נע בחופשיות.

הסדר נובע מהתקררות היקום: אינפלציה בשבריר השנייה הראשון, אחריה היווצרות גרעינים של יסודות קלים (בעיקר מימן והליום) בדקות הראשונות, ורק כשהיקום התקרר מספיק, כ-380,000 שנה אחרי ההתחלה, נוצרו אטומים שלמים.

איזו מהתצפיות הבאות היא ראיה התומכת בתיאוריית המפץ הגדול?

• קרינת הרקע הקוסמית מגיעה אלינו מכל כיוון
• גלקסיות רחוקות מתקרבות אלינו מהר יותר מקרובות
• ביקום יש הרבה יותר יסודות כבדים מאשר מימן
• היקום מתכווץ ומתחמם עם הזמן

Answer: קרינת הרקע הקוסמית מגיעה אלינו מכל כיוון

קרינת הרקע הקוסמית היא 'ההד' של היקום הצעיר ומגיעה אלינו מכל כיוון. שתי הראיות האחרות הן התרחקות הגלקסיות (רחוקות יותר מתרחקות מהר יותר, חוק האבל) וכמויות מימן והליום שמתאימות לחישובים. הגלקסיות אינן מתקרבות, ויסודות קלים כמו מימן הם הנפוצים ולא כבדים.