שאלה על המפץ הגדול,

[RichardSmith]

שאלה על המפץ הגדול,

לפי החוק השני של התרמודינמיקה, מערכת נוטה אל עבר אנטרופיה שלילית. כלומר אם משחררים שני גזים שונים במיכל סגור, כל אחד ממקור אחר, לאחר כמה זמן הם יהיו במצב כאוטי ואחיד, הסיכוי שהם יתקבצו ליצור שתי קבוצות נפרדות הוא קטן מאוד (כמובן אין הבדלי משקל בין הגזים או משהו כזה...) מה שמפריע לי הוא העובדה שאטומים כן התכווצו ביחד ליצור כוכבים וגלקסיות... ישנם 4 כוחות: אלקטרו-חשמלי, גרעיני חזק, חלש וגרוויטציה. הכוחות הללו פעלו על האטומים וגרמו להצמדות. פשוט ה"פיצוץ" לא היה כל כך חזק? נניח אטום יחיד של פלואור במיכל בגודל ננו-מטר בערך המלא בפרודות מים. האם הפלואור לא יקבע סדר במערכת? נניח שהפלואור במרכז המערכת, לא זז משם. (האם זה הגיוני לקבע אותו במקום? (כלומר בלי התערבות חיצונית))

 

[dRoy]

בשאלה הזאת עוסקים היום אסטרופיזיקאים רבים

ואני סבור שעדיין אין לה תשובה מוחלטת, אלא רק תיאוריות. אני מבין שאתה מתכוון ל"התקבצות" של חומר ליצירת גלקסיות וצבירי גלקסיות, ולא להצמדות של אטומים ליצירת יסודות כבדים יותר ומולקולות (תהליך זה קרה בדקות הראשונות של היקום בהן נוצר ההליום, וחומרים כבדים יותר נוצרו בליבות כוכבים ועננים מולקולריים). במקרה זה, עד כמה שידוע לי, הכוח המשפיע ביותר הוא כוח הכבידה. עוצמת כוח הכבידה תלויה, כמובן, בכמות החומר. ככל שהמסה, או הצפיפות יהיו גבוהות יותר, כוח הכבידה יהיה חזק יותר והיקום יהיה "דחוס" יותר. עד כמה הצפיפות יכולה להיות גבוהה בלי שהיקום יתחיל לקרוס בחזרה? ניתן לקבל הערכה של צפיפות זו באמצעים פשוטים יחסית (אם תרצה אני ארשום איך). את הצפיפות הזאת מכנים צפיפות קריטית. אם צפיפות היקום כפי שהיא נצפית היא גדולה מהצפיפות הקריטית, היקום יתפשט, אך יקרוס שוב. יקום כזה מכונה "יקום סגור". אם הצפיפות שווה לצפיפות הקריטית, היקום ימשיך להתפשט לנצח בקצב הולך וקטן. יקום כזה מכונה "יקום שטוח". אם הצפיפות גדולה קטנה מהצפיפות הקריטית, גם אז היקום יתפשט לנצח. יקום כזה מכונה "יקום פתוח". מדענים ערכו תצפיות והגיעו למסקנה שהצפיפות של היקום נמוכה מהצפיפות הקריטית. עם זאת, תצפיות אחרות, בקרינת הרקע הקוסמית לדוגמה, הראו שהיקום שטוח. המסקנה הייתה שיש מקור נוסף שתורם מסה וצפיפות ליקום. מה גם שב-1998 גילו שהיקום מאיץ את התפשטותו. תצפיות אלו ואחרות הביאו מדענים למסקנה שהרכב היקום הוא 4% חומר בריוני (רגיל), כ-24% חומר אפל (קר) והשאר - אנרגיה אפילה. כלומר, אנו לא מסוגלים לראות את רוב היקום שאנו חיים בו. למסה האפלה ולאנרגיה האפילה היו השפעות גדולות במיליארד השנים הראשונות ליקום בהיווצרות הכוכבים והגלקסיות. התיאוריה התומכת בחומר אפל קר (חומר אפל בעל מהירויות לא יחסותיות) טוענת שעקב תכונותיו של החומר האפל (חוסר אינטראקציה עם אור), הוא יצר הילות שבתוכן היה החומר הרגיל. החומר הרגיל פלט קרינה,התקרר, ויצא את הגלקסיה. מסביב לגלקסיות יש הילת חומר אפל. אבל, כאמור, אף אחד לא ראה חומר אפל ולא בטוחים שהוא אכן קיים. לתיאוריה זו יש יתרונות אך גם חסרונות. עם זאת, תצפיות באי אחידויות של קרינת הרקע הקוסמית שנעשו ע"י WMAP הראו שבזמן פליטת קרינה זו (כ-400,000 שנים לאחר המפץ הגדול) כבר היו תנודות בצפיפות החומר ביקום. תנודות קטנות אלה בסדר גודל של אחד ל-100,000 הן שיצרו את הזרעים לגלקסיות. לי אין מושג מה גרם לאי-אחידות זו, ואולי אחד מחברי הפורום יוכל להאיר את עיניי

מקווה שעזרתי.

 

[niv1990]

הזרעים לגלקסיות

אם אני זכור נכון קראתי זה קשור לתהליכים קוונטים, שיצרו התפלגות לא אחידה (מקומות קטנים עם יותר מסה ופחות) של החומר שעקב הכבידה קרסה לשם וההבדלים התעצמו עד שכל שינוי קטן מההתחלה הפך למה שהיום אנחנו רואים כצביר גלקסיות. את האפקט הקוונטי עצמו לא הבנתי, מקווה שלא הטעתי ושמישהו עם יותר ידע יוכל להסביר (ואולי אני אבין).

 

[אמִיר]

לא הבנתי את הדוגמא בסוף

אני גם לא חושב שאתה יכול להכניס יותר מדי פרודות מים לננו מטר, אם אני זוכר את הגדלים נכון. לגבי השאלה, אז הנה הסבר קצר- מערכת לא נוטה רק להגיע למקסימום אנטרופיה, היא גם שואפת להגיע למצב של אנרגיה מינמלית. ליתר דיוק, היא שואפת להגיע לאנרגיה חופשית מינימלית, שזה האיזון בין האנטרופיה המקסימלית, והאנרגיה המינימלית. האנרגיה החופשית זה האנרגיה של המערכת, פחות האנטרופיה כפול הטמפרטורה. ככל שהטמפ' גבוהה יותר, האנרגיה משחקת פחות, וכדי להביא את האנרגיה החופשית למינימום, פשוט צריך לעלות את האנטרופיה=אנטרופיה מקסימלית. אבל כאשר הטמפרטורה נמוכה, המערכת דווקא תעדיף את המצב של האנרגיה המינימלית, במקרה הזה, כוחות הכבידה ישחקו תפקיד יותר משמעותי, ותוכל לקבל מערכות יותר מורכבות (כוכבים, או בעצם גם מולקולות או חומרים פשוטים אחרים) זה "בגדול"- ואני מקווה שלא אמרתי דברים לא נכונים. דווקא היינו אמורים ללמוד על יצירת כוכבים, אבל השביתה קצת דחתה את זה. בכל מקרה, יש פה מספיק אנשים שיתקנו אותי..

 

[phobos]

אין מה לתקן

 

[RichardSmith]

תודה לשניכם. ../images/Emo13.gif

אחשוב על זה קצת ואעלה את המסקנות.