מה יעלה בגורלו של היקום?

בתחילת המאמר נעסוק בנושא מסה קריטית בהקשר של פצצת אטום, לאחר מכן, בהשלכה של המושג על גורלו של היקום. מסה הוא מושג הקשור לכוח הכבידה אשר מפעילים גופים אלו על אלו. הרבה מערבבים את מושג המסה עם משקל, שזה הכוח שכדור הארץ מפעיל על גופים, ואי לכך המשקל של גופים על כדור הארץ תלוי במסתם. במילים אחרות: מסה היא נתון לא משתנה של גוף, לעומת זאת משקל הוא נתון שמשתנה בהתאם לגרם השמימי עליו נמצאים. ניתן גם לומר שכאשר אתה שוקל את עצמך על גוף שמימי אתה מודד את מסתו.

בתרגום לעברית המושג קריטי מקביל למילה מכריע וזה מתייחס לתהליך או כמות שיכולה להשפיע על פעולה מסוימת.

מושג המסה הקריטית קשור לשני תחומים: האחד הוא בתחום הפיזיקה הגרעינית. מסה קריטית של חומר בר הפקעה, שיכול ליצור תגובת שרשרת גרעינית תלוי בתכונות הפיזיקליות שלו, והאם הוא מוקף בחומר הקולט ניוטרונים ועקב זאת הוא מעט את תגובת השרשרת או דווקא בחומר אשר מחזיר אותם.

כל עוד לא נדרש פיצוץ גרעיני חייבת הפצצה להיות במצב שנקרא "תת – קריטי" ואת הדבר הזה יוצרים על ידי החזקת הפוטנציאל של הדלק הגרעיני במקומות נפרדים אשר על אחד מהם מוחזק הפוטנציאל הגרעיני ברמה הפחותה מהגודל הקריטי. כאשר רוצים ליצור מצב של פיצוץ, מערבבים את מכלי האורניום במהירות שמביאה את הפצצה למצב קריטי, כפי שהדבר הושג בפצצת האטום הראשונה שנבנתה במסגרת "פרויקט מנהטן" והוטלה על הירושימה ב6 באוגוסט 1945.

רעיון הפצצה היה מבוסס על שיטת ביקוע גרעיני של יסוד האורניום – 235, וזאת בתגובת שרשרת אשר פולטת בבת אחת אנרגיה עצומה.

מושג המסה הקריטית גם קשורה לגורל היקום והוא מונח בקוסמולוגיה הדן במסתו הכוללת הלא – ידועה של היקום. כמות זו מסומנת באות היוונית אומגה.

במסגרת המודל המקובל לגבי היווצרות היקום המכונה "המפץ הגדול" ישנם כמה תסריטים לגבי גורלו של היקום. מאחר ולפי המודל הזה החומר נוטה להתרחק כאילו ממרכז מסוים שם הוא היה מרוכז בנקודה אחת, ישנן בעיקר שתי אפשרויות לגבי גורלו של היקום ושוב יש להדגיש במסגרת המודל של "המפץ הגדול".

תסריט אחד קובע שהחומר ביקום ימשיך להתפשט לעד עד שהיקום יסיים את חייו במין סוף אפל וקר. במסגרת תסריט אחר ההתפשטות תעצר בשלב מסוים עקב הכבידה ההדדית של החומר ואז ייוצר תסריט הפוך במה שנקרא "הקריסה הגדולה" וכל החומר ביקום יתכווץ לנקודה אחת שממנה אולי יתחיל תהליך חדש של "מפץ גדול". זה מודל שקובע כי יש מחזוריות ביקום של התפשטות וקריסה, מודל שבעצם פותר את הבעיה למקורו של אירוע ה"מפץ הגדול".

איזה משני התסריטים יקרה? זה תלוי בכמות החומר שיש ביקום. אם כמות החומר ביקום מספיק מכריעה, כלומר קריטית, אזי בשלב מסוים תתחלף המגמה והיקום יקרוס אל תוך עצמו.

מה היא המסה הקריטית ההדדית שתגרום לשינוי המגמה? זה תלוי בכמות החומר ביקום והשאלה אם היא מספיק קריטית או לא.

לפי מה שידוע על היקום הנראה, זה שניתן לראות בתצפיות אופטיות, הרי שאין מספיק חומר לעצור את המגמה. אך מאחר ויש סברה שביקום יש מה שנקרא "חומר אפל", חומר שלא ניתן לצפות בו בתצפיות של טלסקופים אופטים, הרי שיש מספיק חומר קריטי שיעצור את מגמת ההתפשטות.

כאן נכנס לתמונה פיזיקאי ומתמטיקאי בשם אלכסנדר פרידמן שמכונה "האיש שהרחיב את היקום". פרידמן היה האיש שלא הסכים עם מסקנת היסוד של נוסחאותיו של אלברט איינשטיין ב1915, נוסחאות שקשורות לתורת היחסות הכללית, כי היקום הוא סטטי. איינשטיין האמין ביקום סטטי ועקב כך שם במשוואותיו קבוע שקרא לו "הקבוע הקוסמולוגי", ש"עצר" את מגמת התפשטות היקום. לזכותו של איינשטיין יש לציין כי רק באמצע שנות ה20 גילה האסטרונום האבל בתצפיותיו כי היקום מתפשט, וכך יצר את הבסיס למודל "המפץ הגדול".

לימים איינשטיין כינה את הקבוע שלו כ"טעות הגדולה בחיי".

אך כבר ב1915 לא הסכים פרידמן עם איינשטיין. פרידמן התעלם מהקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין וטען כי ליקום יש תנועה והוא מתפשט ומתרחב. ב1915 נפטר פרידמן בטרם עת מבלי שהצליח לשכנע את איינשטיין בצדקת דבריו.

כאמור האסטרונום אדווין האבל בתצפיותיו הביא לעולם את המודל של היקום המתפשט ובעצם אישר את חישוביו של פרידמן.

לימים התברר שהיקום הוא לא רק שאין הוא עוצר מלכת בהתפשטותו (עקב גרביטציה אגדית), אלא שהוא ממשיך ומתפשט בצורה מואצת עקב מה שנקרא "אנרגיה אפלה", שדוחפת אותו החוצה.

סופו של היקום אם כך נחרץ לכיליון אפל וקר, מה שמכונה "הקיפאון הגדול" ו"הקריעה הגדולה". כאן קיבל הקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין עדנה, ואותו קבוע ש"עצר" את התפשטות היקום בנוסחאות איינשטיין מגלם את כוחה של האנרגיה האפלה שדוחפת אותו החוצה.