תאוריה מעניינת, שנתמכת בתצפית, מצביעה על כך שבסמוך למפץ הגדול היקום עבור תפיחה מהירה - מתיחה של היקום הקדום. במאמר זה נדון בתאוריה זו, הקרויה ״אנפלציה״ ובמידע הנסיוני התומך בה.

בפוסטים קודמים דנו במפץ-הגדול - התאוריה המקובלת אודות התפתחות היקום [1,2]. סיפרנו לכם כיצד ה״סרגל של היקום״ מתרחב, כלומר כיצד המרחקים בין עצמים נמתחים כל רגע ורגע מאז המפץ הגדול. העדות התצפיתית לכך הוא ״חוק האבל״: ככל שהמרחק בין גלקסיות גדול יותר המהירות היחסית ביניהן גדולה יותר. מומלץ לקורא אשר איננו מכיר את תאוריית המפץ הגדול לקרוא את הפוסטים הקודמים [1,2] בטרם הוא ממשיך לקרוא את הפוסט הנוכחי, שעוסק בנושא מתקדם יותר.
 
 
קיימת תאוריה [3,4,5] מעניינת, אותה הגה הפיזיקאי אלן גות׳ בראשית שנות השמונים של המאה הקודמת, לפיה בסמוך למפץ הגדול היקום עבר תפיחה מהירה (״אנפלציה״). התאוריה גורסת שזמן קצר לאחר המפץ הגדול, היקום נמתח בצורה מהירה (בקצב אקספוננציאלי), כלומר שהמרחק בין כל שתי נקודות ביקום גדל במהרה.

מדוע סבורים הפיזיקאים שהיקום עבר תפיחה מהירה?
 
תאוריית התפיחה פותרת בעיה שהטרידה פיזיקאים לאחר שנתגלתה קרינת הרקע הקוסמית. תצפיות מצביעות על כך שהיקום כולו, בכל כיוון ומרחק אליו צופים מכיל קרינה בטמפרטורה אחידה של כ 2.7 מעלות קלווין. הבעיה היא האחידות של הקרינה: כיצד שני אוספים של פוטונים (חלקיקי אור) המרוחקים כיום מרחק עצום זה מזה יכולים להיות בעלי אותה הטמפרטורה בדיוק? נראה שהדבר ייתכן אילו רק הפוטונים היו זה בקרבת זה בזמן קדום יותר. חישובים המתבססים על המשוואות של תורת היחסות הכללית מראים שגם אם חוזרים אחורה בזמן קיימים פוטונים שמעולם לא היו בקרבה הדדית.
 
תאוריית התפיחה פותרת את הבעייה באופן הבא: בסמוך למפץ הגדול חלקי היקום כולו היו ״במגע״ זה עם זה וכך התאפשרה האחידות בין כל חלקי היקום. לנו נראה היום שאחידות היא בלתי אפשרית בגלל שהיקום התנפח במהרה. התפיחה המהירה גרמה לכך שהיום נראה לנו ששני פוטונים שמאוד מרוחקים זה מזה זהים בטמפרטורה שלהם, אולם הם היו קרובים זה לזה בסמוך למפץ הגדול.

 
לתאוריית התפיחה מספר ניבויים

במאמר קודם סיפרנו לכם שליקום שלוש צורות אפשריות: סגור, פתוח או שטוח [5]. ניבוי מעניין של תאוריית התפיחה הוא שהיקום הוא כמעט שטוח. למה הכוונה? מדידות מדוקדקות של עקמומיות המרחב מראות שהיקום כיום הוא בעל עקמומיות אפסית. הדבר נראה מסתורי, שכן ליקום יכולה היתה, לכאורה, להיות כל עקמומיות שהיא. מדוע אם כן היקום כה שטוח?

תאוריית התפיחה מסבירה זאת באופן אלגנטי, ונדגים זאת בעזרת אנלוגיה פשוטה: תארו לכם סדין מאוד מקומט, מעשה לילה סוער במיטה. כעת, בבוקרו של היום, בבואכם להשמיד ראיות אתם מותחים את הסדין ומיישרים אותו במהרה. זה מה שהתפיחה עושה ליקום כולו: היא מגדילה במהרה את המרחקים בין ״קמטים״ ביקום, מותחת את היקום, ומיישרת את היקום כולו כך שהוא נעשה שטוח.
 
אולם מה גרם לתפיחה בסמוך למפץ הגדול? כאן נחלץ לעזרה המודל הסטנדרטי של החלקיקים האלמנטריים, התאוריה המקובלת כיום עבור כל החלקיקים היסודיים בטבע. במסגרת המודל הסטנדרטי חלקיקים מתוארים כעירורים של גלים הנקראים "שדות". כל חלקיק וחלקיק בטבע הוא עירור של שדה. מתברר ששדה ההיגס (או שדה דומה), יכול לגרום ליקום להתנפח בצורה מהירה, אך ההסבר המדוקדק כיצד קשור שדה ההיגס לתפיחה חורג מגבולות מאמר זה.
 
לתאוריית התפיחה ניבויים נוספים, בפרט באשר לקיטובים של קרינת הרקע הקוסמית. כיום עוסקים בתצפיות מדוקדקות אשר בוחנות את פרטי הקרינה הקוסמית, בנסיון לעמת את התצפית עם תאוריית התפיחה. כך ניתן יהיה לאשש או להפריך את תאורית התפיחה. ימים יגידו.
 

מקורות
[1] גיל היקום
[2] צורתו של היקום
[3] על האינפלציה (ויקיפדיה)
[4] סרטון המסביר את תאוריית התפיחה הקוסמית
[5] הסבר מעמיק יותר על תאוריית התפיחה הקוסמית