אין חומר אפל. במקום זאת, לאינפורמציה יש מסה.

עודכן ב: 18 דצמ 2020

מאת: Philip Perry

מקור: BigThink


האם אינפורמציה היא הצורה החמישית של חומר?

חוקרים מנסים כבר למעלה מ-60 שנה לזהות את החומר האפל, ישנן תיאוריות רבות בנושא, אך אף אחת מהן אינה נתמכת בראיות. עקרון האֶקְוִיוָלֶנְטִיּוּת מסה-אנרגיה-אינפורמציה משלב מספר תיאוריות כדי להציע אלטרנטיבה לחומר האפל.


"גילוי" החומר האפל

אנו יכולים לדעת כמה חומר יש ביקום על ידי תנועות הכוכבים. בשנות ה-20 של המאה הקודמת, פיזיקאים שניסו לעשות זאת גילו אי התאמה והגיעו למסקנה כי ביקום חייב להיות יותר חומר ממה שניתן לזהות. איך זה יכול להיות?


בשנת 1933, האסטרונום השוויצרי פריץ צוויקי, בעודו מתבונן בתנועת הגלקסיות בצביר הגלקסיות קומה (Coma Cluster), הוא החל לתהות מה מחזיק אותן יחד. לא היה מספיק מסה כדי למנוע מהגלקסיות להתעופף זו מזו. צוויקי הציע כי חומר אפל כלשהו מספק לכידות. אך מכיוון שלא היו לו ראיות, התיאוריה שלו נדחתה במהירות.


ואז, בשנת 1968, האסטרונומית ורה רובין גילתה תגלית דומה. היא למדה את גלקסיית אנדרומדה, במצפה הכוכבים קית פיק (Kitt Peak) בהרים של דרום אריזונה, כשנתקלה במשהו שהפליא אותה. רובין בחנה את עקומת הסיבוב של אנדרומדה, או את המהירות בה מסתובבים הכוכבים סביב המרכז, והבינה שהכוכבים בקצוות החיצוניים נעים בדיוק באותו קצב של אלה שבפנים, מה שמפר את חוקי התנועה של ניוטון. משמעות הדבר הייתה שיש בגלקסיה יותר חומר ממה שניתן היה לזהות. קריאות הכרטיס המנוקב שלה נחשבות היום כראיה הראשונה לקיומו של חומר אפל.


גלקסיות רבות אחרות נחקרו במהלך שנות ה-70. בכל אחד מהמקרים נצפתה אותה תופעה. כיום חושבים שחומר אפל מהווה עד 27% מהיקום. חומר "נורמלי" או באריוני מהווה 5% בלבד. זהו החומר שאנחנו יכולים לזהות. אנרגיה אפלה, שגם אותה איננו יכולים לזהות, מהווה 68%.


אנרגיה אפלה היא האחראית לקבוע האבל, או לקצב התפשטות היקום. לעומת זאת, חומר אפל, משפיע על האופן שבו חומר "נורמלי" מתגבש. הוא מייצב צבירי גלקסיות. הוא גם משפיע על צורת הגלקסיות, על עקומות הסיבוב שלהן ועל האופן שבו כוכבים נעים בתוכן. חומר אפל משפיע אפילו על האופן שבו גלקסיות משפיעות זו על זו.

פרוסת מבנה היקום המכונה "הרשת הקוסמית". הפילמנטים הגדולים עשויים בעיקר מחומר אפל הממוקם בחלל שבין הגלקסיות / NASA


חומר אפל - תיאוריות מובילות

מאז שנות ה-70 אסטרונומים ופיזיקאים לא הצליחו לזהות שום עדות לחומר אפל. תיאוריה אחת היא שהכל קשור באובייקטים מאוגדים בחלל הנקראים MACHOs. אלה כוללים חורים שחורים, חורים שחורים על-מסיביים, ננסים חומים וכוכבי נייטרונים.


תיאוריה נוספת היא שחומר אפל מורכב מסוג של חומר שאינו באריוני, המכונה 'חלקיקים מסיביים המקיימים אינטראקציה חלשה' (WIMPS). חומר באריוני הוא הסוג המורכב מבאריונים, כמו פרוטונים ונייטרונים וכל מה שמורכב מהם, שהוא כל דבר עם גרעין אטומי. עם זאת, אלקטרונים, נייטרינים, מיואונים וחלקיקי טאו אינם באריונים, אלא סוג של חלקיקים הנקרא לפטונים. למרות של-WIMPS (ההיפותטי) יהיה פי עשרה עד פי מאה ממסה של פרוטון, האינטראקציה שלו עם חומר רגיל תהיה חלשה, מה שמקשה על גילויו.


ואז יש את אותם נייטרינים שהוזכרו. האם ידעתם שזרמים עצומים שלהם עוברים מהשמש דרך כדור הארץ בכל יום, מבלי שאי פעם שמנו לב? הם במוקד של תיאוריה אחרת האומרת שנייטרינים ניטרליים, אשר מקיימים אינטראקציה רק עם חומר נורמלי באמצעות גרביטציה, הם מה שמרכיב את החומר האפל. מועמדים אחרים כוללים שני חלקיקים תיאורטיים, האקסיון הנ