תמצית עניין התנועה ביקום

פתגם לטיני אומר "נטורה נון אסט סטביליס" כלומר, הטבע אינו קבוע במקום אחד או במילים אחרות בטבע יש כל הזמן תנועה ואין תופעה של קיבעון.

תופעה זו באה לידי ביטוי ביתר שאת מבחינה אסטרונומית. אין ביקום נייחות, גם מה שמכונה כוכבי השבת הם אינם שופטים על מקומם. גם הם נמצאים בתנועה כי הכל ביקום נמצא בתנועה מתמדת.

כשצופים מכדור הארץ בכיפת השמיים אנו מבחינים בכמה כוכבים אשר משנים במהלך הלילה את מיקומם על כיפת השמיים. אלו הם מה שמכונים כוכבי הלכת. מדובר בשמונה כוכבי לכת אשר חמישה מהם היו כבר ידועים בעת העתיקה, והם: מרקורי, ונוס, מארס, יופיטר וסטורן. שלושת הנוספים התגלו רק בעת החדשה אחרי ששימוש בטלסקופ החל להיות רווח. הורנוס התגלה במרץ 1781 על ידי ויליאם הרשל, נפטון התגלה בספטמבר 1846 על ידי שלושה אסטרונומים, ופלוטו התגלה בפברואר 1930 על ידי האסטרונום קלייד טומבו.

היריחים של כוכבי הלכת (פרט לירח שלנו שהיה מוכר מזמן) נתגלו לראשונה על ידי גלילאו גלילאי בטלסקופ אשר בנה בשנת 1609 ואז הוא גילה את ארבעת היריחים של צדק (יופיטר) הנקראים על שמו. כל שאר הכוכבים בכיפת השמיים נראו כאילו הם נטועים במקום אחד. הסיבה היא המרחק הגדול שלהם מכדור הארץ. שינוי מיקום ברקיע של כוכבים שאינם כוכבי לכת, יכול היה לבוא לידי ביטוי רק על ידי תיעוד של כמה דורות של צפייה על ידי אסטרונומים. הדבר דומה כאילו אנו צופים מהר גבוה על כביש בעמק והמכוניות נראות לנו מזה מזדחלות. או דוגמה אחרת: כשאנו מסתכלים על שעון אנלוגי לדעת את השעה, מחוג הדקות נראה לנו כאילו הוא אינו זז ממקומו, ורק אחרי דקה או דקה וחצי אנו יכולים לשים לב במבט חוזר כי הוא עשה כברת דרך קטנה. אפילו כוכב הצפון ששימש נקודת ציון ליורדי ים לפני המצאת המצפן נע באיטיות על כיפת השמיים, ובעוד מליונים רבים של שנים הוא יופיע דווקא בכיפה הדרומית של השמיים.

אם כך, הכל נמצא בתנועה כשכוכבים ויריחים נעים זה ביחס לזה.

במאמר זה לא נעסוק ברמה של גלקסיות, שהן ציבורים עצומים של שמשות אשר גם הן נעות אלה ביחס לאלה וחוקי הכבידה שחלים על הכוכבים חלים גם עליהם.

אנו נישאר ברמה של תוך גלקטית, כשהגלקסיה שאנו שייכים אליה היא גלקסיית שביל החלב, שהשמש שלנו היא אחת מני ציבור עצום של שמשות, כמיליארדים רבים שמהווים את הציבור של גלקסיית שביל החבל.

אמרנו שהכל נמצא בתנועה מתמדת, אך מה נותן את הסדר בתנועה, כי גם ברחבי החלל צריך להיות סדר כמו שזה נדרש בכביש בו נוסעות מכוניות. אם כך יש שוטר תנועה ביקום והוא צירוף של כוח הכבידה וכוח ההתמדה.

כשאנו מדברים על כוח הכבידה (גרביטציה) אנו מתייחסים אליה כפי שהתייחס אליה ניוטון. לימים איינשטיין הסביר את התקרבות גופים אלו לאלו באופן אחר והסביר כי עיקום המרחב סביב גופים הוא המניע לנטייה של גופים להתקרב אלו לאלו. אך כדי לבשר את האוזן, הסברו של ניוטון נשמע מובן ומוחשי יותר.

ניוטון פרסם בשנת 1666 שלושה חוקים שהם שלושת חוקי המכניקה שלו, שבין היתר גם מסבירים את תנועת הגופים בחלל.

אחד החוקים שלו קובע כי בין כל שני גופים קיים כוח עולמי המושך אותם אלו לאלו. על פי הסיפור נפילת תפוח על ראשו של ניוטון נתן לו השראה לקבוע שכמו שהתפוח נמשך לאדמה כך גופים בחלל נמשכים אלו לאלו. אגב, באותה מידה שהתפוח ואנחנו נמשכים לאדמה כך האדמה נמשכת אלינו. אך בגלל המסה המכריעה של האדמה ביחס למסה הזניחה שלנו אנו מקבלים את העובדה כי האדמה מושכת אותנו ומיד תבוא גם ההתייחסות למושג המסה.

אם כך, גרמי השמיים לצורך העניין הכוכבים, מושכים אלו את אלו. ניוטון השליך מהחוק שמושך את התפוח לאדמה לאופן שבו כוכב נמשך לכוכב אחר. אבל אילו זה היה כך, הכל היה נמשך לכל, אז איך זה שכוכבים נטועים במסלולים של תנועה ולא נצמדים כולם לגוף אחד בגלל הגרביטציה ההדדית ביניהם?

לשם כך בא חוק התנועה השני של ניוטון הקובע כי כל גוף שואף לנוע במהירות אותה הוא קיבל בשלב מסוים, לאותו כיוון שהוא נדחף באותו השלב אלא אם כן משהו יעצור אותו כמו למשל החיכוך של האוויר. זה הוא חוג האנרציה – התמדה. על חוק זה מתבסס הטריק של הקוסם כשבבת אחת הוא מסיר מפה משולחן וכל מה שהיה על המפה נשאר על השולחן.

אז אם כן ההסבר הוא כזה: מצד אחד ישנו כוח המשיכה המושך כוכבים אלו לאלו, עקב חוק גרביטציה עולמי, וזה הוא הכוח הצנטרפוגאלי. לעומת זאת נאמר לעיל שישנו כוח ההתמדה שמניע את הכוכב במהירות ובכיוון אותם הוא קיבל בשלב מסוים והוא עקב כך מתמיד בתנועתו וזה הוא הכוח הצנטרפטאלי. תנועת הכוכבים אלו ביחס לאלו היא שילוב של שתי הנטיות, כבידה והתמדה, ויש פה בעצם מעין פשרה וזה הוא שוטר התנועה של היקום. ככל שהמסה שזו כמות החומר של גוף שמימי, גדולה יותר, כך כוח המשיכה של אותו גוף יגדל יותר.

ניקח את המקרה שלנו תנועת ירח – כדור הארץ. לפי חוק ניוטון הירח מושך את כדור הארץ כמו שכדור הארץ מושך את הירח. אך מסתו, כמות החומר של כדור הארץ גדולה פי כמה מזו של הירח, פי שבעה לערך. אי לכך כדור הארץ ימשוך פי שבעה את הירח ממה שהירח ימשוך אותו. אגב, אילו היינו שוקלים את עצמנו על הירח, משקלנו היה נמדד בערך פי שבעה פחות מאשר על כדור הארץ. אם אנו שוקלים שבעים קילוגרם על כדור הארץ, הרי שעל הירח היה משקלנו כעשרה קילוגרם. לכן כשאנו צופים על האסטרונאוטים שעל הירח, מתהלכים עליו, הם נראים כאילו הם מרחפים עליו בגלל כוח המשיכה המוקטן שעל הירח.

ההבדלה בין משקל ומסה הוא בכך שהמסה הינה נתון קבוע, כלומר כמות החומר של גוף ומשקל הינו יחס בין מסות. ניתן גם לומר שכאשר אנו שוקלים את עצמנו אנו מודדים בעצם את המסה של הגוף עליו אנו נשקלים.

אז כאמור גופים מושכים אלו את אלו, ובעצם אין תופעה של גוף ביקום שמקיף גוף אחר אלא יש פה הקפה הדדית סביב נקודה משותפת. כדוגמה, אם ניקח שוב את מקרה כדור הארץ – ירח. שני גרמי שמיים אלו, מקיפים נקודה משותפת שהיא הרבה יותר קרובה לכדור הארץ ומרחקה פורפורציונאלי ליחס בין מסות הירח וכדור הארץ. כך גם לגבי השמש: השמש הינה הגוף המרכזי במערכת הנקראת על שמה. אם אמרנו שכל גוף מושך גוף אחר הרי גם השמש מושפעת מגרביטצית גרמי השמיים במערכת שלה. בעיקר, כוכבי לכת ויריחים. ואם אמרנו שכל הגופים נעים סביב נקודה משותפת, הרי שגם השמש מקיפה עם גרמי השמיים שלה נקודה משותפת, אך בגלל מסתה העצומה והמכריעה של השמש הנקודה המשותפת נמצאת אומנם בתוכה אך לא באמצע שלה. לכן ניתן לצפות בשמש בנדנודים שמאפיינים את תנועתה סביב עצמה. בכלל אם צופים לעבר כוכבים מרוחקים אזי אם מבחינים בנדנודים של כוכב הרי שניתן להסיק כי יש לו לפחות גוף אחד שנע ביחס אליו, מה שנקרא הפרעה גרביטציונית.

הוכחות לקיום מערכות שמש חיצוניות חיוניות כדי לקבל חיזוק כי חיים גם ייתכנו מחוץ למערכת השמש שלנו. בעת האחרונה תצפיות אסטרונומיות גילו כמאה כוכבי לכת אשר שייכים לשמשות חיצוניות.

בתמונת העולם הישן אשר קדמה לקופרניקוס האדמה, כלומר כדור הארץ היה למעשה נייח, עומד על מקומו מבלי ניע. לפי תמונה זו השמש נעה סביבו. הסיבה לתמונה שכזו הייתה שלאדם נדמה היה שהשמש זורחת במזרח ושוקעת במערב, בעוד שלמעשה כדור הארץ נע ביחס לשמש, עובדה בסיסית בתמונת עולמו של קופרניקוס.

מי שנתן גושפנקה מתמטית למודל של קופרניקוס בדבר שמש מרכזית ותנועת כוכבי לכת סביבה היה האסטרונום קפלר, אשר קבע בין יתר שלושת חוקיו כי תנועת כוכבי לכת ביחס לשמש היא אליפטית והשמש נמצאת באחד ממוקדי האליפסה. זו הייתה שבירת המוסכמה כי המעגל הינו הצורה המושלמת הקיימת בעולם.

התחשבות בכוחות גרביטציונים קיימת בעת תכנון מסע לעבר כוכבי לכת במערכת השמש. בעת תכנון מסע למאדים לוקחים בחשבון "חלון הזדמנויות", לפיו קיים רגע של מיקום כוכבי לכת בצורה כזאת שניתן להיעזר בכוח הגרביטציה שלהם כדי לקבל תנופה אנרצית וכך לקבל אנרגיה חינמית תוך כדי חיסכון באנרגיה ולהגיע בזמן האופטימלי למאדים. ועוד אומרים כי אין ארוחות חינם…

גם החלליות אשר יצאו ממערכת השמש כמו "פיוניר 10", קיבלו תנופה אינרציונית מכוכבי הלכת המסיבים צדק ושבתאי, כדי לעוף לתוך החלל העמוק. זה הוא סיפורה של התנועה בחלל על רגל אחת בתקווה שזה מסביר ונותן שמץ של הבנה על חוקי היקום הנפלאים.

אפילוג:

כשמדובר בתנועה אזי יש להתייחס לעובדה כי היקום ברמה של גלקסיות נע אף הוא. בשנות העשרים של המאה העשרים גילה האסטרונום האבל כי הגלקסיות נראות כאילו בורחות זו מזו וזאת במסגרת תופעה כללית ביקום. גלקסיות קרובות אלינו במסגרת "הקבוצה המקומית" נראו דווקא כאילו הן מתקרבות אלינו וזה במסגרת הכבידה ההדדית שלהן שגברה על מגמת ההתרחקות הכללית שביקום.

תגלית זו של בריחה הדדית של החומר ביקום הביאה ליצירת המודל של "המפץ הגדול", שכן אם יוצרים תסריט אחורה אזי הגלקסיות היו אמורות להיות מאוחדות בגוש חומר אחד.

במשך תקופה מסוימת היה גם ניסיון לדעת מה תהיה המגמה בעתיד הרחוק, האם הגלקסיות ימשיכו להתרחק אלו מאלו או, האם הכבידה ההדדית ביניהן תגבר ואזי ייוצר תסריט הפוך והכל יישאף לחזור על מקומו האורגינלי. לצורך זה צריך היה להעריך את כמות המסה, כלומר כמות החומר שביקום, כדי לדעת האם הוא מספיק קריטי כדי לעצור את ההתפשטות. אם אכן יש מספיק חומר אשר יעצור את ההתפשטות אזי הכל יחזור למצב של תחילת "המפץ הגדול", ואחר כך אולי שוב יהיה אירוע של "מפץ גדול" חדש. זה הוא מודל שנקרא "היקום המתנדנד", מודל שבזכותו ניתן לעקוף את השאלה המנקרת: "מה קדם לאירוע המפץ הגדול?".

אך תצפיות של סוף המאה הקודמת גילו דווקא תופעה כי יש מגמה של האצה בקצב ההתפשטות של היקום. לפיכך העתיד של היקום יהיה של סוף קר כשכל החומר שלו יתפזר והאנרגיה של היקום תהייה אפס, שזה בעצם קיפאון גדול כשיהקום יהיה במצב של אפס מוחלט.

הנה כי כן אנו נוכחים לדעת כי התנועה גם מאפיינת את היקום בממדיו וברמתו הגדולה ביותר.

יקום – סוף.