אסטרונומים מניחים הנחות מסוימות כאשר הם חוקרים את היקום. הנחות אלה עשויות להיות קשות להוכחה או לאימות בפועל, אבל הן מהוות נקודת מוצא חיונית עבור הקוסמולוגיה. הרעיון הראשון הוא שניתן ליישם את חוקי הפיזיקה על פני כל היקום. זוהי הנחה אמיצה מאוד, כי חוקי הפיזיקה שלנו נקבעים במדויק במעבדות על פני כדור הארץ, והם עשויים שלא לחול בדיוק כל הזמן ובכל המרחב. האבל נאלץ להניח שמשתני קפאידים פעלו תמיד בצורה דומה כדי להוכיח שרבות מהערפיליות הן גלקסיות רחוקות. אסטרונומים בטוחים לחלוטין שהפיזיקה אינה שונה בהרבה במקומות אחרים ביקום. אנו רואים אותם סוגי כוכבים וגלקסיות בכל מקום ובכל כיוון שבו אנו צופים. אנו מזהים אותם קווים ספקטרליים מאותם יסודות במרחק מיליארדי שנות אור מאתנו, כשם שאנו מזהים אותם בכוכבים קרובים. תצפיות אלה מעניקות תמיכה לרעיון יווני עתיק, בדבר קיומו של סדר רציונאלי ביקום.
באדיבוות Astropedia Textbook
אסטרונומים מניחים את העיקרון הקוסמולוגי: לפיו היקום בכל מקום הוא הומוגני ואיזוטרופי. הומוגני פירושו אחיד או שצפיפותו שווה בכל מקום. ברור שזה לא נכון, כי הגלקסיות מקובצות. אם הכבידה לא הייתה יוצרת צבירים של כוכבים וגלקסיות, לא היינו כאן! בקוסמולוגיה, לעומת זאת, הומוגנית אינה אומרת כי כל אזורי החלל צריכים להיות זהים או להיות משטחים חלקים המורכבים מחלקיקים. זה רק אומר כי אותם סוגים של מבנים – כוכבים, גלקסיות, צברי גלקסיות ועל צבירים – נראים בכל מקום.
היקום נראה חלק או הומוגני בקנה מידה הגדול יותר מ- 300Mpc. אם תצפו מקרוב, תצליחו לראות שחוף הים מורכב מגרגרי חול, צדפים וחלוקי נחל בגדלים שונים. מרחוק, כל מה שאנחנו רואים הוא חוף אחיד. היקום הוא איזוטרופי אם נצפה בו לכל הכיוונים. במילים אחרות, לא ניתן לבצע תצפית שתזהה קצה או מרכז. הרעיון של איזוטרופיה נתמך על ידי העובדה שגלקסיות לא התרכזו בכיוון מסוים בשמים, לכן אנו צופים באותו יחס האבל בכיוונים שונים בשמים. בסיוע טלסקופים גדולים נספרו גלקסיות חלשות ורחוקות בכיוונים שונים, והמספרים תמיד יצאו זהים מבחינה סטטיסטית.
קשה לבחון את העיקרון הקוסמולוגי. האיזוטרופיה של היקום מאושרת בצורה סבירה, שכן צופים המתבוננים בכיוונים שונים מכדור הארץ רואים בעצם אותן תנועות ומבנים. עם זאת, אינינו יכולים לבדוק הומוגניות כי אנחנו לא יכולים לנסוע למקומות מרוחקים כדי לראות אם הדברים נראים אחרת. כאשר צופים למרחקים גדולים, אנחנו גם מסתכלים אחורה לזמן שבו היקום היה חם יותר וצפוף יותר, ולכן לא ניתן להשוות את המצבים. אנחנו לא יכולים להשוות; גלקסיות סמוכות כפי שהן נראות עם גלקסיות רחוקות כפי שנראו בעבר. כל הראיות הקיימות תומכות בעיקרון זה, אך הוודאות שלנו אינה גבוהה.
באדיבות NASA
קוסמולוגים דומים לאומנים המעצבים מודל צעצוע של היקום. אם המודל מציאותי יתר על המידה ומנסה להכיל הכל, הוא יציב בפנינו אתגר מסובך ללא תקנה. אם המודל יהיה פשוט מדי, הוא לא ייצג תכונות חיוניות של היקום. ההנחה של ההומוגניות היא אופטימית במיוחד, כי היא חלה על כל המבנים העשירים של החומר: כוכבים, גלקסיות, צבירי גלקסיות המרכיבים את המודל! למעשה, אנו משתמשים בגלקסיות כסמנים כדי להראות לנו כיצד מתנהג זמן-מרחב.
יש הבדל בין היקום הנצפה לבין היקום הפיזי. ההשקפה שלנו על היקום מוגבלת לאזור שממנו אור יכול להגיע אלינו במהלך קיומו של היקום. השקפתנו על היקום אינה מוגבלת לחלל – הגלקסיות אינן מסתיימות או רואים שאנו רואים את קצה היקום – הוא מוגבל בזמן. כלומר, קיימים אזורים רחוקים שאורם טרם הגיע אלינו. למעשה, מאחר שההתרחבות המוקדמת הייתה מהירה ביותר או שכל שתי נקודות התרחקו אחת מהשנייה מהר יותר ממהירות האור, האזורים שאנחנו לא יכולים לראות (או שעדיין לא ראינו) גדולים בהרבה מהאזור שאנחנו יכולים לראות. מגבלה זו פירושה שהיקום הפיזי (וכל מה שיש בו) גדול בהרבה מן היקום הנצפה (כל מה שאנו יכולים לראות). למרות המגבלות הללו, הקוסמולוגיה המודרנית מצליחה להסביר את התכונות הבסיסיות של היקום. ההנחות הראשוניות שהנחנו זכו לגמול בדמות הבנה ההולכת ומתפתחת.
Author: Chris Impey