המפץ הגדול

• כיתה ח’
• היקום
• 6 דקות קריאה

איך התחיל היקום, מה קרה מאז, ואיך המדענים יודעים את כל זה — עם תרגיל שבו תחשבו בעצמכם את גיל היקום.

התשובה בקצרה

המפץ הגדול הוא ההסבר המדעי לראשית היקום. לפיו, לפני כ־13.8 מיליארד שנה היה היקום חם וצפוף מאוד, ומאז הוא מתפשט ומתקרר. לתאוריה יש שלוש הוכחות מרכזיות:

1. הגלקסיות מתרחקות זו מזו — היקום עדיין מתפשט.
2. קרינת הרקע — “הד” חלש של החום המוקדם, שמגיע מכל כיוון בשמיים.
3. כמויות היסודות הקלים — מימן והליום ביחס שהתאוריה חוזה.

למי זה מיועד: המפץ הגדול נלמד בכיתה ח’, בפרק על מבנה היקום. התרגיל בסעיף השני דורש מחשבון.

מה אומרת תאוריית המפץ הגדול

אם כל הגלקסיות מתרחקות זו מזו היום, אז בעבר הן היו קרובות יותר. ואם מריצים את הסרט לאחור עד הסוף, מגיעים לרגע שבו כל החומר ביקום היה דחוס, חם מאוד וצפוף מאוד. מהמצב הזה היקום התחיל להתפשט — וזה המפץ הגדול.

מאז, היקום עבר שלבים. ככל שהתפשט, הוא התקרר, ומה שלא יכול היה להתקיים בחום העצום התחיל להיווצר:

מתי	מה קרה
לפני כ־13.8 מיליארד שנה	היקום חם וצפוף מאוד, ומתחיל להתפשט.
השניות הראשונות	נוצרים הפרוטונים והנייטרונים.
הדקות הראשונות	נוצרים הגרעינים של מימן והליום.
כ־380 אלף שנה	נוצרים האטומים הראשונים, והאור יכול לנוע בחופשיות. זה האור שאנחנו קולטים היום כקרינת הרקע.
כמה מאות מיליוני שנים	נדלקים הכוכבים הראשונים, ומתחילות להיווצר גלקסיות.
לפני כ־4.6 מיליארד שנה	נוצרים השמש וכדור הארץ.

איך יודעים את גיל היקום

ב־1929 גילה אדווין האבל שגלקסיות רחוקות מתרחקות מאיתנו, ושככל שגלקסיה רחוקה יותר, היא מתרחקת מהר יותר. מכאן אפשר להעריך את גיל היקום: אם יודעים כמה רחוקה גלקסיה וכמה מהר היא מתרחקת, אפשר לחשב כמה זמן לקח לה להגיע לשם. זו אותה נוסחה של מהירות שאתם מכירים מכיתה ז’.

תרגיל פתור

הנתונים: גלקסיה נמצאת במרחק של 10²¹ קילומטר מאיתנו, ומתרחקת במהירות של 2,300 קילומטר בשנייה. בשנה יש כ־3.15 כפול 10⁷ שניות.
השאלה: לפי הנתונים האלה, לפני כמה זמן הגלקסיה הייתה צמודה אלינו?

1. מחלקים מרחק במהירות, כדי לקבל זמן בשניות: t = 10²¹ / 2300 ≈ 4.35 · 10¹⁷ s
2. ממירים לשנים — מחלקים במספר השניות בשנה: t ≈ 4.35 · 10¹⁷ / 3.15 · 10⁷ ≈ 1.38 · 10¹⁰

התשובה: כ־13.8 מיליארד שנה. ההערכה הפשוטה הזו יוצאת קרובה מאוד לגיל שהמדענים מחשבים בשיטות מדויקות. t ≈ 13.8 · 10⁹ years

ההוכחות

את ההוכחה הראשונה, התרחקות הגלקסיות, כבר ראיתם. ההוכחה השנייה התגלתה במקרה. ב־1964 שני חוקרים אמריקאים ניסו לבנות אנטנה רגישה, ושמעו בה רעש חלש שלא הצליחו להיפטר ממנו. הם אפילו חשבו שהוא נגרם מלשלשת של יונים שקיננו באנטנה. בסוף התברר שזו קרינה שמגיעה מכל כיוון בשמיים באותה עוצמה — השאריות המקוררות של האור מהיקום המוקדם. על הגילוי הזה הם זכו בפרס נובל.

ההוכחה השלישית היא הרכב היקום. לפי התאוריה, בדקות הראשונות נוצרו כמעט רק מימן והליום, ביחס מסוים. וכשמודדים את הגז בגלקסיות רחוקות, מוצאים בדיוק את היחס הזה: בערך שלושה רבעים מימן ורבע הליום.

איפה רואים את זה בחיים

• כוס מים

  המימן שבמים שאתם שותים נוצר בדקות הראשונות אחרי המפץ הגדול. הוא בן כ־13.8 מיליארד שנה.

• רעש בטלוויזיה ישנה

  בטלוויזיה ישנה בלי שידור רואים “שלג” על המסך. חלק קטן ממנו הוא קרינת הרקע — שארית מהיקום המוקדם.

• להסתכל רחוק

  האור מגלקסיות רחוקות יצא לדרך לפני מיליארדי שנים. טלסקופים גדולים רואים את היקום כפי שהיה כשהיה צעיר.

שאלות נפוצות

מה היה לפני המפץ הגדול?

אף אחד לא יודע. חוקי הפיזיקה שאנחנו מכירים מפסיקים לעבוד כשמתקרבים לרגע הראשון, ולכן אין לנו דרך לבדוק מה היה לפניו — ואם בכלל הייתה משמעות ל”לפני”. זו אחת השאלות הפתוחות הגדולות במדע.

מי הציע את תאוריית המפץ הגדול?

הפיזיקאי והכומר הבלגי ז’ורז’ למטר הציע אותה בסוף שנות העשרים. את השם “המפץ הגדול” המציא דווקא אסטרונום בריטי שהתנגד לתאוריה, וקרא לה כך בלעג בשידור רדיו. השם נשאר.

היקום ימשיך להתפשט?

לפי המדידות של היום, כן — ואפילו מהר יותר ויותר. ב־1998 גילו אסטרונומים שההתפשטות מואצת, וקיבלו על כך פרס נובל. מה גורם להאצה, איש עוד לא יודע.

רוצים להבין את היקום, לא רק לשנן אותו?

בקורס הפיזיקה לכיתה ח’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס כיתה ח’