בעיית האופק

בעיית האופק או בעיית ההומוגניות של היקום היא בעיה פתוחה בפיזיקה התיאורתית, המצביעה על בעייתיות במודל התרחבות היקום המוקדם (המפץ הגדול) הקלאסי. עיקר הבעיה, כפי שמוצגת במחקר התיאורתי, היא זו: אמנם כל כוכב הוא בעל צבע מעט שונה, כל חור שחור הוא בעל צפיפות מעט שונה, כל גלקסיה בנויה עם מספר שונה של כוכבים וסידור מעט שונה, אך אם מביטים ביקום ברמה הקוסמולוגית (כלומר, על הרבה צבירי גלקסיות יחד), הכל נראה אותו הדבר בכל כיוון. צבירי גלקסיות הצד אחד של השמיים נראים זהה כמעט לחלוטין לצבירי גלקסיות בצד השני של השמיים.

אם תאורית המפץ הגדול נכונה, כלומר אם אכן היקום התחיל בנקודה בה כל החומר והאנרגיה, וכן מרחב הזמן היו מרוכזים בנקודה קטנה בצורה אינסופית ומשם המרחב זמן התחיל להתרחב, הרי שלא היה זמן לשני חלקיקי אור (פוטונים) להעביר מידע בין שני צדי היקום התינוק. לחלקיקים לא היה מספיק זמן להערבב ולהחליף ביניהם פוטונים וירטואליים בשביל לתאם טמפרטורה, כי גם אם היקום המוקדם מאוד היה בגודל שרירותי 1, מהירות האור (המהירות הגבוהה ביותר האפשרית) לא הייתה מהירה מספיק בשביל להגיע מקצה אחד של היקום לקצה השני שלו לפני התרחבות היקום.

הפתרון המקובל כיום כפתרון אפשרי לבעיית האופק הוא מודל האינפלציה הקוסמית, המציע כי היה זמן ביקום המוקדם מאוד לחלקיקים להחליף מידע, כאשר היקום היה בגודל של אפונה פחות או יותר, ורק לאחר פרק זמן סופי במהלכו החלקיקים התערבבו ביניהם ו"תיאמו" ביניהם טמפרטורה, היקום התרחב בפרק זמן שניתן לכנותו "מייד" (מיליארדית של מיליארדית של מיליארדית של מיליונית השנייה) מגודל של אפונה לגודל של היקום הנראה (אותו סדר גודל של היקום לאחר האינפלציה לגודלו הנוכחי של היקום, אחרי כמעט 14 מיליארד שנים), ומשם המשיך להתרחב בשל מנגנון האנרגיה האפלה.

הצעות נוספות שהוצעו לפתרון בעיית האופק הן תאורית היקומים המקבילים (תאוריה המציעה כי יש אינסוף יקומים, ולכן העובדה שאנחנו מוצאים את עצמנו ביקום הומוגני היא בעלת פתרון סטטיסטי). תאוריות נוספות שהוצעו לפתרון הבעיה הן המיתר הקוסמי, כלומר חור תולעת שנוצר עקב שזירה קוונטית בין שני חלקיקים ביקום המוקדם, שבעקבות התנפחות היקום מאפשר להעביר מידע מיד (מהר יותר ממהירות האור), וכן הסברים קוונטים אחרים כגון היקום בעל האלקטרון האחד וכדומה. נכון ל-2024, התאוריה המקובלת בקרב קהילת המחקר היא תאורית האינפלציה, שמסבירה גם בעיות נוספות במודל המפץ הגדול הקלאסי.

קטגוריה:קוסמולוגיה