גיל היקום הוא הזמן שחלף מאז המפץ הגדול. גילו של היקום מוערך בכ-13.7 מיליארד שנה. בראשיתו היה היקום כולו מרוכז בנקודה אחת, כך שאפשר לומר שלמעשה המפץ הגדול התרחש בכל מקום ביקום. כדי להעריך את גילו משתמשים בנתונים על המהירות שבה היקום מתפשט, וכן בתופעת קרינת הרקע הקוסמית.
מדוע אנו מניחים שהיקום מתפשט? תצפיות אסטרונומיות מתחילת המאה ה-20 גילו שספקטרום האור המגיע מגלקסיות רחוקות מוסט מעט לאדום, והסבירו זאת באמצעות אפקט דופלר שקובע שאם מקור של גל מתרחק מאיתנו, הגל יתארך. כשמדובר בגלי אור, הם ייראו לנו אדומים יותרבשל התארכות הגל, ונאמר שהאור של הגלקסיות הרחוקות מאיתנו מוסט לאדום. האסטרונום אדווין האבל ומדענים אחרים מצאו הסטה לאדום בספקטרום הגלקסיות ומכאן הגיעו להבנה שהגלקסיות מתרחקות זו מזו. מכאן נולד חוק האבל, שלפיו מהירות התרחקות הגלקסיות היא פרופורציונלית למרחקן מאיתנו.
האבל עצמו הגיע מכאן למסקנה שלפני 20-10 מיליארד שנה היה היקום שלנו מרוכז בנקודה אחת ומאז ואילך הלך והתפשט. כדי להסיק זאת הוא הפך את ציר הזמן וראה שהגלקסיות מתכנסות באותו מקום. קבוע האבל, שהוא היחס בין מהירות ההתרחקות של הגלקסיות לבין מרחקן מאיתנו, מודד את קצב ההתפשטות (ומכן מעריך את גיל היקום) על פי התוצאה האמפירית של האבל. למעשה, מה שמתפשט הוא המרחב. אם אנו נהפוך את קבוע האבל ליחידות זמן, נקבל גודל זמן של כ-1/14 מיליארד שנה. שזה די קרוב לגיל היקום שאנו מעריכים כיום: בערך 13.7 מיליארד שנה.
בשנות ה-60 התגלתה קרינת הרקע הקוסמית: קרינה אלקטרומגנטית בטמפרטורה של כ-2.7 מעלות קלווין שנותרה מהמפץ הגדול. כשגילו אותה הניחו שהיא אחידה בכל הכיוונים. הבעיה עם הנחה שכזו היא שנובע ממנה היה אחיד לחלוטין ברגע המפץ הגדול, אך אם זה היה נכון איך נוכל להסביר את עובדת היווצרות הגלקסיות ביקום שלנו - הצטברות לגמרי לא אחידות של מסה. מה שידוע הוא שכוח המשיכה ההדדי בין כל המסות ביקום הוא הדבר היחיד שיכול להסביר לנו את היווצרות הגלקסיות, דהיינו את היווצרותם של גושי החומר המרוכזים ביקום. היקום כפי שהוא היום אינו הומוגני כלל. אם היקום אינו הומוגני כיום, אזי גם היקום הבראשיתי לא היה הומוגני ולכן גם קרינת הרקע הקוסמית לא תהיה אחידה.
בשנות ה-90 שוגר לוויין המחקר "קובי" (COBE=Cosmic Background Explorer) לחקור את קרינת הרקע הקוסמית. הלווין צויד באמצעים מדויקים להפליא שאכן זיהו הבדלים קטנים בקרינת הרקע המגיעה ממקומות שונים בחלל החיצון. ההבדלים הקטנים הללו סיפקו לנו תמונה ברורה יותר על היקום כיום. מכאן הסקנו בין השאר את ההיררכיה של הגלקסיות, כלומר שהגלקסיות ביקום מאורגנות בצבירים, שהם עצמם חלק מצבירי-על. בהמשך אימתו לוויינים נוספים את התצפיות הללו של "קובי", ונתנו לנו רמזים נוספים בנוגע למודל המפץ הגדול. תרומה מיוחדת לשלל התצפיות והמדידות שהובילו להערכה מדויקת יותר של קבוע האבל, ומכאן לגיל היקום, נתן טלסקופ החלל האבל, שחג סביב כדור הארץ בגובה של 589 ק"מ ומספק בין השאר תמונות ממקומות רחוקים ביקום כפי שנראו כ-700 מליון שנה בערך אחרי המפץ הגדול.
בשנת 2004 סיפק לנו לוויין המחקר WMAP את קובץ הנתונים המדויקים והאמינים ביותר בקשר לגיל היקום. בעזרתו הצלחנו לבנות מפה מדויקת של קרינת הרקע. משלל המדידות והתצפיות העדכניות שנאספו עד כה, המתבססות על קרינת הרקע הקוסמית, הגענו להערכה שגיל היקום הוא בערך 13.7 מיליארד שנה, עם טווח סטייה של 200 מיליון שנה לכאן או לכאן. מאז התברר שלא רק שהיקום מתפשט, אלא קצב ההתפשטות שלו אפילו מאיץ, מסיבה שעדיין איננו יודעים להסביר.
למה אנו מתכוונים כשאנחנו מדברים גיל היקום?
כפי שכבר ציינו, התיאוריה המקובלת כיום, תיאוריית המפץ הגדול, קובעת שהיקום כולו התחיל באותה נקודה. לכן כשאנו שואלים מהו גיל היקום אנחנו מתכוונים לזמן שחלף מאז המפץ הגדול. אולם אנו יודעים על פי תורת היחסות שזמן הוא דבר יחסי, כלומר הוא תלוי במערכת הייחוס שבה הוא נמדד. ברגע שהתרחש המפץ הגדול, השעון ש"הצבנו" שם ימדוד זמן שתלוי בעוצמת השדה הכבידתי שבו הוא נמצא, כלומר התאוצה שלו. לכן נכון יותר להגדיר את גיל היקום כזמן הארוך ביותר מרגע המפץ הגדול ועד עתה, "ששעון שנציב שם יכול למדוד".
קרינת הרקע הקוסמית כפי שנמדדה על ידי לוויין המחקר WMAP | תרשים: נאס"א
