משתמש:אסטרו/בעיית השטיחות
בעיית השטיחות של היקום היא בעיה פתוחה בפיזיקה התיאורתית, המצביעה על בעייתיות במודל התרחבות היקום המוקדם (המפץ הגדול) הקלאסי. הבעיה מתוארת באופן הבא: האם היקום שטוח מבחינה גאומטרית?
חלק ראשון - מבוא לגאומטריה של היקום
עריכהנשאל תחילה מהי בכלל גאומטריה, כלומר למה אנחנו מתכוונים כאשר אנחנו שואלים "האם היקום שטוח מבחינה גאומטרית?". קודם כל, השאלה היא על הגאומרטיה של היקום, ולא הגאומטריה של מרחב הזמן, שתמיד יהיה עקום בהמצאות כבידה כלשהי. לכן, נסביר:
- ביקום שטוח, סכום הזוויות של משולש הוא בדיוק 180 מעלות;
- ביקום סגור, סכום הזוויות של משולש הוא יותר מ-180 מעלות;
- ביקום פתוח, סכום הזוויות של משולש הוא פחות מ-180 מעלות.
לצורך הדוגמה, נוכל להביט בדף נייר: שרטוט משולש על דף חלק עם סרגל ייצור לנו משולש עם סכום זוויות של 180 מעלות, ממש כפי שלומדים בבתי הספר. עם זאת, ציור משולש על גבי כדור, ייצור משולש עם סכום זוויות של יותר מ-180 מעלות.
ציור משולש על פני שטח הפנים של כדור הארץ, למשל משולש בין ישראל, דרום אפריקה וארצות הברית ייצור משולש עם סכום זוויות גדול מ-180 מעלות, וכך ידעו כבר בימי קדם שהגאומרטיה של כדור הארץ היא סגורה. לכן, למשל, אם מכונית היוצאת מתל אביב תיסע מערבה, ובהתעלמות מימים ואוקינוסים והרים והפרעות אחרות, היא תגיע בחזרה לנקודת המוצע שלה.
לכן שאלת הגאומטריה של היקום משליכה גם על גודל היקום. ביקום סגור, ניתן לנוע כל הזמן לאותו כיוון בחלל, ולהגיע לאחר זמן סופי בחזרה לכדור הארץ. כלומר, היקום הוא אינסופי בגודלו, אבל בעל מימד מרחב סגור. לעומת זאת, אם היקום הוא פתוח, הרי שחללית שתנוע כל הזמן לאותו כיוון בחלל, לא תחזור לעולם לנקודת המוצא שלה. יקום כזה יהיה סופי או אינסופי, כך שאם הוא סופי, מה נמצא בקצה היקום? ואם הוא אינסופי, איך ניתן לקבץ אותו (כלומר, "להריץ את הזמן אחורה לרגע המפץ הגדול) לנקודה קטנה בגודל אינסופי?
יקום שטוח הוא מאוד לא סביר מבחינה סטטיסטית (הסיכוי לבחור נקודה סופית מתוך קבוצה אינסופית שואף לאפס).
חלק שני - מה מראות התצפיות שלנו, ומה יכול להיות ההסבר לכך
עריכהנכון ל-2024, המדענים לא הצליחו למצוא אפילו סטייה קטנה מיקום שטוח, למרות ניסיונות רציניים מאוד למצוא כזו. הסבר אפשרי הוא שהיקום כל כך גדול, שניסיון למצוא עקמומיות ביקום דומה לניסיון של נמלה למצוא עקמויות בכדור הארץ. היות והיקום כל כך גדול, ואנחנו מביטים עליו מתוכו, יכול להיות שלעולם לא נוכל למדוד שום דבר אחר, והידע שלנו יגיע רק מהמתמטיקה.
חלק שלישי - מה אומרת לנו המתמטיקה (נוסחת פרידמן הראשונה)
עריכההסבר..