אינסוף הוא מושג מתמטי המתייחס לכמות בלתי מוגבלת בתוך גודל. מנקודת המבט האנושית שלנו, אי אפשר להרות. תמיד מדבר על יקום אינסופי אבל קצת קשה להבין. בכל פעם שאנו עונים על שאלה על היקום, עולות מאות שאלות חדשות. האם היקום אינסופי או שיש לו סוף? שאלה זו, המשלבת אסטרונומיה ופילוסופיה, היא ללא ספק שאלת המפתח של המדע. התשובה לשאלה הזו, ברגע שנמצאה, תשנה הכל. זה אינסופי וההשלכות שלו יהיו מדהימות ומפחידות בו זמנית.
במאמר זה אנו הולכים לספר לכם על היקום האינסופי, התיאוריות הקיימות ועוד ועוד.
האם היקום אינסופי?
כל העדויות הנוכחיות מראות שליקום אין גבולות. במילים אחרות, באופן עקרוני, היקום הוא אינסופי. אנחנו יודעים הרבה דברים על היקום. נדע יותר בעתיד. אבל היינו, אנחנו ונהיה מוגבלים על ידי היבט אחד: מהירות האור. כפי שאמר איינשטיין בתורת היחסות הכללית שלו, הקבוע היחיד ביקום הוא מהירות האור, שהיא 300.000 קילומטרים לשנייה.
אנחנו גם יודעים שהיקום נולד במפץ הגדול לפני 13.800 מיליארד שנים, שהיה תחילתה של התפשטות היקום מתוך הייחודיות של המרחב-זמן. מאז, אנחנו יודעים שהיא מתרחבת והיא עושה זאת בקצב מואץ. למעשה, הוא מתרחב בקצב של 70 ק"מ לשנייה על כל מרחק של 3,26 מיליון שנות אור נוספים.
אבל מהי הבעיה שאנו נתקלים בה כאשר אנו מנסים לקבוע אם ליקום יש גבול? כלומר, כאשר אנו מנסים לקבוע אם הוא אינסופי או לא. ובכן, אנחנו מוגבלים בכמות הזמן שיש לאור לנוע מאז שהיקום נולד.
הרחוק ביותר שאנו יכולים לראות בחלל הוא 13.800 מיליארד שנות אור. נו, מבחינה טכנית, 13.799.620.000 מיליון שנות אור, כי במהלך 380.000 שנות החיים הראשונות של היקום, האנרגיה הייתה כל כך גבוהה שאטומים לא יכלו להיווצר, אז חלקיקים תת-אטומיים היו חופשיים, הם נוצרו כדי לחסום פוטונים. האמת היא שהאור לא באמת הופיע עד 380.000 שנה אחרי המפץ הגדול.
אז זה הגבול שלנו. אנחנו לא יכולים לראות יותר. מכיוון שאיננו יכולים לראות רחוק יותר, אין לנו דרך לדעת אם ליקום באמת יש יתרון או להיפך, אם הוא אינסופי. לכן הדרך היחידה לקבוע אם היקום הוא נצחי או סופי היא להסתמך על חישובים מתמטיים ותחזיות אסטרונומיות.
הגיאומטריה של היקום והנצחיות שלו
אחת הדרכים העיקריות לדעת אם היקום הוא אינסופי היא לקבוע את צורתו. זו משימה מורכבת להפליא, אבל מדידות ותחזיות מתמטיות קובעות שליקום יכולות להיות רק ארבע גיאומטריות אפשריות: אוקלידי (שטוח), כדורי, היפרבולי (שטוח אך מעוקל), או טורואידי (כמו סופגנייה).
בסופו של דבר נטשנו את הטורואיד הפתוח, כי נוכחותם של שני עקמומיות שונות (אורכיות ורוחביות) תגרום לאור לנוע בצורה שונה בחלל. זה מפר את העיקרון הקוסמולוגי, שאומר לנו שהיקום הוא איזוטרופי, כלומר, תכונות פיזיקליות אינן תלויות בכיוון שבו הן נבדקות.
אז נשארנו עם שלוש צורות אפשריות: מישורית, כדורית או היפרבולית. ההשערה הכדורית מרמזת שהיקום סגור. כלומר, זה מוגבל. אם היקום הוא כדור, הוא לא יכול להיות אינסופי. ההנחות השטוחות וההיפרבוליות, שכן שתיהן מניחות יקום פתוח, מרמזות שהיקום הוא אינסופי.
במובן זה, קביעת צורת היקום אומרת לנו אם הוא אינסופי או לא. האם נוכל לדעת את הגיאומטריה שלו? כן, לפחות בערך. ניתוח רקע המיקרוגל הקוסמי. זו הקרינה שנשארה מהמפץ הגדול. הם היו הדי האור הראשונים שהופיעו ביקום 380.000 שנים לאחר לידתו. זו קרינה שעברה מרחק רב כדי להגיע אלינו.
אז קרינת הרקע הקוסמית הזו היא המושפעת ביותר מהעקמומיות (או אי העקמומיות) של היקום. אם היקום שטוח, העקמומיות שלו היא 0. אם היקום כדורי, העקמומיות שלו חיובית (גדולה מ-0) ואם הוא היפרבולי, העקמומיות שלו שלילית (פחות מ-0).
במקרה זה, מה שאנו עושים הוא לחשב את העיוות שעברה קרינת הרקע הקוסמית במסעה ממקור היקום. אנו משווים הערכות של גודל גוש הרקע של המיקרוגל הקוסמי עם גודל המסה שאנו רואים בפועל. אם העקמומיות חיובית (גיאומטריה כדורית), אנו רואים כתמים גדולים יותר מאשר הערכות המודל המתמטי.
אם העקמומיות שלילית (גיאומטריה היפרבולית), אנו רואים שהכתמים קטנים מההערכות של המודל המתמטי. ללא עקמומיות (גיאומטריה שטוחה), היינו רואים כתמים באותו גודל כפי שהוערך על ידי המודל המתמטי.
מה אנחנו רואים? אין עיוות. או לפחות העקמומיות שלנו קרובה מאוד ל-0. נראה שהגיאומטריה של היקום שטוחה. אם היקום שטוח, זה אומר שהוא פתוח. אם הוא פתוח, אז הוא אינסופי.
נראה שהגיאומטריה השטוחה שלו, בשילוב עם העובדה שהאנרגיה האפלה אינה מדוללת בחלל, לא משנה כמה היקום מתרחב, מרמזות שהיקום הוא אכן אינסופי. אין לזה גבולות. תגלו גלקסיות חדשות וכוכבים חדשים בכל פעם שתטיילו בה. לעולם לא תמצא את הגבול או תחזור לאותו מקום. היקום הוא נצחי.
אז האם היקום באמת אינסופי?
למרות שמחקרים על גיאומטריה קוסמית ואנרגיה אפלה מרמזים כי היקום הוא אכן אינסופי, לעולם לא נוכל להיות בטוחים בכך. זה בעצם בגלל אנחנו לא יכולים להיות בטוחים ב-100% שהיקום שטוח.
אנחנו יודעים שיש לו עקמומיות של בערך 0, אבל אנחנו לא לגמרי בטוחים. החישוב לא יכול להיות מדויק לחלוטין, אז יתכן שיש עיקול חיובי קל שלא נוכל למדוד (זה לא משנה הרבה אם הוא שלילי, שכן הוא יהיה היפרבולי ועדיין אינסופי).
היקום שטוח או מעט כדורי. אבל אם זה היה מעט כדורי, זה כבר אומר שהיקום יהיה כדור סגור, אז זה יהפוך את היקום למקום סופי. אולי לעולם לא נוכל למדוד במדויק את העקמומיות שלו. היינו עיוורים לגמרי אם לא נדע אם זה באמת התחיל מאפס. ההבדל המספרי הקטן הזה ייקח אותנו מהמושג של יקום אינסופי לזה של יקום סופי. שלא לדבר, אנחנו עדיין לא יודעים את גודלו האמיתי של היקום. אנו מוגבלים על ידי חלקי היקום שהאור מאפשר לנו לראות.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על היקום האינסופי והאם הוא באמת כזה או לא.