גיל היקום

גיל היקום הוא הזמן שחלף מאז המפץ הגדול. גילו של היקום מוערך על ידי מדענים בכ-13.77 מיליארד שנה. כדי להעריך את גילו משתמשים בנתונים על המהירות שבה היקום מתפשט, וכן בתופעת קרינת הרקע הקוסמית.

התפשטות היקום לאחר המפץ הגדול

על פי תאוריית המפץ הגדול המקובלת, היקום התחיל בנקודה מסוימת - הנקודה הסינגולרית. כלומר, בראשיתו היה היקום כולו מרוכז בנקודה אחת, כך שאפשר לומר למעשה כי המפץ הגדול התרחש בכל מקום ביקום, ואי לכך ניתן להגדיר את גיל היקום כזמן שחלף מאז המפץ הגדול.

ההערכות הטובות ביותר לגיל היקום מחושבות כיום על פי קבוע האבל, שהוא מדד לקצב התפשטות היקום. קצב התפשטות היקום משתנה בהתאם למרחק שכן ככל שהגופים הקוסמיים מרוחקים יותר הם גם מתרחקים מהר יותר. לכן היחידות של קבוע האבל הן מהירות חלקי מרחק, וערכו כפי שנמדד על ידי טלסקופ החלל פלאנק של סוכנות החלל האירופית ופורסם ב-21 במרץ 2013 הוא 67.11 קילומטר בשנייה למיליון פרסק. חישוב גיל היקום על פי קבוע זה נותן כ- 13.8 מיליארד שנים.

הגדרת גיל היקום

זמן, לפי תורת היחסות, אינו קבוע אלא תלוי בנקודת המבט של הצופה. אם נציב שעון בנקודת המפץ הגדול, הזמן שהוא ימדוד תלוי בשדה הכבידה שהוא נתון בו (כלומר, בתאוצות שיעברו עליו). לכן גיל היקום אינו מוגדר כ"זמן" שחלף מאז המפץ אלא כ"זמן הארוך ביותר" שניתן למדוד, מאז המפץ ועד ימינו.

היסטוריה

ניסיונות לקבוע את גיל היקום, הזמן שחלף מאז הבריאה, הן חלק – עיקרי או שולי – בכל הדתות והתרבויות העתיקות. פירוש מילולי של ספר בראשית, למשל, קובע שגיל היקום כששת אלפי שנים (ראו גיל היקום בערך דת ומדע להרחבה בנושא זה). הגישות הבריאתניות נענו מן העבר השני בגישות פילוסופיות, בראש ובראשונה זו של אריסטו, שגרסו כי היקום נצחי ואינו משתנה.

ימי הביניים

בספרו 'אוצר החיים', המהווה יומן מיסטי של חוויות אקסטטיות, מפרש רבי יצחק דמן עכו בן המאה ה-13 את תורת השמיטות הקבלית, שלפיה העולם קיים 6,000 שמיטות, כלומר 42,000 שנה. לפי פרשנותו שמיטות אלה נספרות בשנות האל, שעליו נאמר "כי אלף שנים בעיניך כיום אתמול כי יעבור", ומשך הזמן המתקבל הוא אלף שנים כפול 365.25 (מספר הימים בשנה) כפול 42,000, כלומר 15.34 מיליארד שנים, הערכה הקרובה כדי 10% לגיל היקום לפי ההערכה המדעית העדכנית.

המאה ה־19

ניסיונות מדעיים ראשונים לקבוע את גיל היקום נעשו במחצית השנייה של המאה ה-19, וכוונו בשלב מוקדם זה לקביעת גיל כדור הארץ. בשנת 1862 חישב לורד קלווין שגיל כדור הארץ כ־50–150 מיליוני שנים, מתוך הערכת הזמן הדרוש להתקררות גוש הסלע המותך שהיה כדור הארץ כביכול, בראשיתו, עד לטמפרטורה כיום. מספר שנים אחר־כך חישבו הפיזיקאי הרמן פון הלמהולץ והאסטרונום סיימון ניוקום כמה זמן ייקח לשמש להתקרר לטמפרטורה הנוכחית שלה, וקיבלו שגיל השמש קרוב ל־120 מיליון שנה. לקראת סוף המאה הוצעה שיטה אחרת: לחשב כמה שנים נדרש מחזור המים בטבע לפעול כדי להביא את האוקיינוסים לרמת המליחות הנוכחית שלהם; הערך שהתקבל, כ־90 מיליון שנה, קרוב גם הוא להערכות הקודמות.

שלוש הערכות אלה נפלו במרחק רב מן הגיל האמיתי של כדור הארץ, שהוא – לפי הערכות היום – כ־4,540 מיליוני שנים. לורד קלווין לא ידע על הרדיואקטיביות שמחממת את כדור הארץ. הלמהולץ וניוקום חישבו את גיל השמש בהנחה שאנרגיית החום שלה מקורה בלחץ כבידתי, ולא על־פי מנגנון הפעולה של היתוך המימן. ג'ון ג'ולי האירי, שביצע חישובי מליחות, לא ידע דבר על תהפוכות האקלים של כדור הארץ בעידנים קדומים.

המאה ה־20

בסוף שנות העשרים של המאה ה-20 מצא אדווין האבל כי אורן של הגלקסיות הרחוקות מאיתנו מוסט לאדום, תופעה שאותה אפשר להסביר באפקט דופלר הנגרם מהתרחקותם של מקורות האור מאיתנו. האבל הפך את ציר הזמן, והסיק שבעבר, לפני כ־10–20 מיליארד שנים, היה היקום כולו מרוכז בנקודה אחת בעלת גודל אפסי, ואז החל להתפשט – המפץ הגדול. גיל היקום על־פי מודל זה קשור באופן הדוק בקצב ההתפשטות, שאותו מודד קבוע האבל.

בשנות ה־60 התגלתה קרינת הרקע הקוסמית המהווה הוכחה ניצחת לתאוריית המפץ הגדול לעומת תאוריית המצב היציב, לפיה היקום נצחי וחסר גיל.

במהלך שנות ה־90 היה נדמה לזמן מה שהיקום צעיר מכמה מן הכוכבים העתיקים ביותר; סתירה־לכאורה זו מכונה הפרדוקס של גיל היקום. ב־1999 איתר טלסקופ החלל האבל 800 משתנים קפאידיים ב־18 גלקסיות, ובהן הגלקסיה M100. נתונים אלה הביאו להערכה מדויקת יותר של הקבוע של האבל, ואז הוערך גיל היקום בכ־12 מיליארד שנה, בעוד שהכוכבים העתיקים ביותר, אלה המצויים בצבירים כדוריים, הם בני 9–12 מיליארד שנה.

הערכות מודרניות

בפברואר 2004 גדלה משמעותית רמת הדיוק והאמינות של הנתונים בדבר גיל היקום, כאשר לוויין המחקר WMAP בנה מפה מדויקת של קרינת הרקע הקוסמית מן המפץ הגדול. על־פי נתונים אלה נקבע גיל היקום כ־$13.772\pm 0.059$ מיליארד שנה. נתונים מאותו לוויין העלו גם שהכוכבים הראשונים נולדו כאשר היקום היה בן 200 מיליון שנה (ההערכות הקודמות נעו בין 500 מיליון למיליארד שנים). על תצפיות יסודיות אלה אמר האסטרונום הידוע ג'ון בקל (John Bahcall) מאוניברסיטת פרינסטון, כי הן מהוות "טקס התבגרות של הקוסמולוגיה, מאסופת השערות למדע מדויק".

ב־2013 העריך צוות הלוויין Planck של סוכנות החלל האירופית את גיל היקום ב־13.819 מיליארד שנים, אמנם מעט גבוה יותר מהערך הממוצע של הגבולות שניתנו במסגרת ההערכה של WMAP - אך עדיין בתוך גבולות אלו.

הערכות בסביבת 14 מיליארד שנים מתקבלות גם מהשוואת שתי שיטות אחרות:

1. מעגל פחמן-חנקן-חמצן, שהוא מקור האנרגיה העיקרי של כוכבים כבדים מהשמש, עשוי להיות איטי משחשבו; הערכים החדשים מתאימים לגיל היקום שחושב על־פי קרינת הרקע.
2. אם נסמן ב־z את מקדם ההסטה של קרינה היוצאת מגלקסיה נתונה, אז אפשר לחשב את היחס בין גודלו של היקום היום לגודלו כאשר קרן האור יצאה לדרכה: $\ a=1/(1+z)$. מצד שני, טמפרטורת היקום פרופורציונלית לגודלו, וכך יוצא שהטמפרטורה היום שווה ל־$\ T_{0}(1+z)$, כאשר z הוא המקדם הממוצע. כעת אפשר לחשב את המקדם הממוצע, על ידי השוואת טמפרטורת היקום היום (2.7 קלווין), לטמפרטורת פלאנק ששררה ברגע המפץ. גם מהשוואה זו מתקבל אומדן עקבי עם חישובי קרינת הרקע.

ראו גם

• גיל היקום בערך "דת ומדע"
• הפרדוקס של גיל היקום
• השדה העמוק של האבל, תמונה הצופה קרוב לראשית היקום
• השדה העמוק של האבל דרום, תמונה הצופה קרוב לראשית היקום
• השדה האולטרה-עמוק של האבל, תמונה הצופה קרוב לראשית היקום