המפץ הגדול

״המפץ הגדול״ היא התאוריה המדעית המקובלת לתיאור התחלתו והתפתחותו של היקום. לפי התאוריה היקום החל ממצב מאוד צפוף וחם שנקרא סינגולריות, ומשם החל תהליך התפשטות והתקררות שהוביל להיווצרות מרחב-זמן, שדות חלקיקים וכוחות כפי שאנו רואים היום. גיל היקום מוערך בכ־13.819 מיליארד שנים. סיבה לכך שהיקום נראה דומה בכל מקום ובכל כיוון היא שהמפץ הגדיל את המרחב באופן שהפך אותו הומוגני ואיזוטרופי (אחיד מבחינה סטטיסטית).


הסינגולריות היא מצב תיאורטי שבו הצפיפות והטמפרטורה נהפכות לגדולות מאוד עד שלא ניתן לתארן בעזרת תורת היחסות הכללית. הפרק הזעיר ביותר הזה נקרא עידן פלאנק, והמודלים הנוכחיים אינם מספקים תיאור מלא של התקופה הזו.

בזמן קצר אחרי ההתחלה ייתכן שהתקיים שלב של אינפלציה, התרחבות מאוד מהירהששימשה להגדלת היקום ולהגברת התנודות הקוונטיות. תנודות אלה הפכו להיסודות של מבנים גדולים כמו גלקסיות. באריוגנזה היא תהליך שבו נוצר עודף של חומר על פני אנטי־חומר, ולכן היום היקום מלא בחומר ולא באנטי־חומר.

ככל שהיקום התרחב הוא גם התקרר. קווארקים וגלואונים התחברו לכדי פרוטונים ונייטרונים בתוך כשנה־מיליוןית של השנייה הראשונה. דקות לאחר מכן נוצרו גרעיני המימן וההליום בתהליך שנקרא סינתזה גרעינית. לאחר כ־380,000 שנים האלקטרונים והגרעינים התחברו לאטומים בתהליך שנקרא רקונבינציה (חיבור אלקטרונים לגרעינים). אז שחררה הקרינה הקוסמית את עצמה והחלה להתפשט בחופשיות, זו קרינת הרקע הקוסמית (CMB), שעד היום מהווה עדות חזקה למפץ הגדול.

אזורים מעט דחוסים משכו חומר בכוח הכבידה. עם הזמן הם התמזגו לענני גז, כוכבים וגלקסיות. תהליך זה מושפע מסוג וכמות החומר, ובפרט מחומר אפל, חומר שאינו נראה אך משפיע בכבידה.

תצפיות על סופרנובות ומדידות של הקרינה ברקע מראות שההתרחבות של היקום מואצת. את ההאצה מקשרים לאנרגיה אפלה, צורת אנרגיה לא ברורה שכנראה מהווה חלק גדול מצפיפות האנרגיה של היקום כיום.

נשארו שאלות גדולות: מה קרה בדיוק בעידן הפלאנק ובתחילת האינפלציה; מהי באריוגנזה במפורט; מהו החומר האפל; ומהי האנרגיה האפלה והאופן שבו היא פועלת.

הרעיון התפתח מתצפיות ותאוריות במאה ה־20. פרידמן ולמטר פיתחו פתרונות מתמטיים של יקום מתפשט; האבל הראו שהתצפיות תואמות התפשטות; וגלוי קרינת הרקע הקוסמית ב־1965 חיזק את המודל. המונח "המפץ הגדול" נבע מהצהרתו של פרד הויל בשנת 1949.

יש כמה עדויות עיקריות: התפשטות הגלקסיות (חוק האבל), קיומה של קרינת הרקע הקוסמית שנמצאה ב־1965, מדידות אי־סדירויות בקרינה (בעזרת לוויינים וטלסקופים כמו COBE, WMAP ו־Planck), וההתאמה בין כמויות היסודות הקלים שנחזו בתיאוריה לאלה הנצפות ביקום.

התוצאה העתידית תלויה בהרכב היקום ובמהות האנרגיה האפלה. תרחישים כוללים קריסה חוזרת, "מות חום" איטי או המשך התרחבות מואצת שעלולה אף להביא לקריעה של מבנים במימד רחב יותר.

מודל המפץ הגדול סותר את רעיונו של יקום נצחי וסטטי. הוא נתמך כיום על ידי ראיות תצפיתיות רבות ושימש בסיס למחקרים בקוסמולוגיה.

״המפץ הגדול״ הוא הרעיון המדעי על איך היקום התחיל. לפי הרעיון היקום התחיל נקודה מאוד קטנה וחמה. מאז הוא מתפשט ומתקרר.


סינגולריות היא מצב שבו הכל דחוס מאוד. המדענים לא יכולים לתאר את הרגע הזה בדיוק.

אינפלציה היא צמיחה מהירה מאוד של היקום. באריוגנזה היא השם לתהליך שגרם לכך שכיום יש יותר חומר מאשר אנטי־חומר.

היקום התקרר והחלקיקים הקטנים התחברו לפרוטונים ונייטרונים. אחר כך נוצרו גרעינים של מימן והליום.
כעבור כ־380,000 שנים נוצרו האטומים הראשונים. באותו זמן שוחררה קרינה שנקראת קרינת הרקע הקוסמית. זו קרינה שנותרה מהיקום הצעיר.

אזורים צפופים יותר משכו אליהם חומר. הם הפכו לעננים, כוכבים וגלקסיות.
יש חומר שאינו נראה בשם חומר אפל. הוא משפיע בכוח הכבידה.

היקום כיום מתרחב מהר יותר ויותר. מדענים מניחים שמשהו בשם אנרגיה אפלה דוחף אותו.

יש עוד שאלות גדולות: מה קרה ממש בזמן ההתחלה; מהו החומר האפל; ומהי האנרגיה האפלה.

מדענים כמו פרידמן, למטר והאבל פיתחו את הרעיון. המונח "מפץ גדול" נטבע על ידי פרד הויל. קרינת הרקע התגלתה ב־1965 וזה חיזק את הרעיון.