כאן | מדע – מה השעה בשעון של שרדינגר?

X

שתי המהפכות הגדולות בפיזיקה במאה ה-20
היו תיאוריית הקוונטים ותיאוריית היחסות של איינשטיין.
תיאוריית הקוונטים שמסבירה איך אטום או לייזר פועלים,
כוללת סט מיוחד מאוד של כלים.
לדוגמה, ייתכן שחלקיק אחד יהיה בשני מקומות באותו הזמן.
זה נקרא "עיקרון הסופר פוזיציה."
תיאוריית היחסות מספרת כיצד הזמן והמרחב משתנים תחת השפעת מהירות או חפצים מסיביים.
לדוגמה, היא קובעת ששעון יתקתק בקצב שונה בהתאם למרחק שלו מחפץ מסיבי.
מצד שני, בתיאוריית קוונטים סטנדרטית הזמן הוא פרמטר גלובלי
ולכן קצב התקתוק של השעון זהה בכל מקום ביקום.
מדענים מחפשים מזה שנים אחר תיאוריה אחת שתאחד ביניהן,
אך נדמה ששתי התיאוריות ממש מתנגדות לכך.
ניסויים שמשלבים השפעות משתי התיאוריות הם חשובים
מכיוון שהם עשויים לתת רמזים לדרכים שבהן התיאוריות פועלות יחדיו.
כעת, בניסוי ייחודי שנעשה ע"י חוקרים מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב,
קבוצת חוקרים בראשות פרופסור רון פולמן עשויה לקדם את ההבנה שלנו בצורה משמעותית.
הצוות שאל: איזה זמן יראה השעון אם נשים אותו בשני מקומות באותו הזמן?
לפי תיאוריית היחסות, על השעון לתקתק בקצב שונה.
הצוות של פולמן השתמש בשעון שעשוי מאטום יחיד.
הם שמו את השעון האטומי בתא ואקום, כדי לבודד אותו מכל השפעה חיצונית,
ואז קיררו אותו כמעט לאפס מוחלט.
בעזרת שני שדות מגנטיים חזקים החוקרים יצרו מצב של סופר-פוזיציה,
ולרגע קצר השעון היה בשני מקומות שונים באותו הזמן.
בגלל שהבדלי הזמנים שנגרמים משדה הכבידה של כדוה"א הם כה קטנים
המדענים הפעילו שדה חזק יותר בעזרת שדות אחרים שנוצרו במעבדה.
כאשר השעון הוחזר למצבו המקורי, שעון אחד במקום אחד,
הוא הראה שינוי משמעותי בהתנהגות.
החוקרים הסיקו שהשעון האטומי אכן תקתק בקצבים שונים במקביל
וכי ייתכן שהעקרונות של תיאוריית הקוונטים ושל תיאוריית היחסות
אכן נצפו עובדים יחדיו.
מעבר לציפייה לאיחוד אפשרי של התיאוריות,
ניסויים כאלה עשויים לעזור ולחשוף את טבעו של הזמן עצמו,
שנותר אחד מהפרמטרים הכי פחות מובנים של עולם המדע.
הבנה טובה יותר של ממלכת הקוונטים תוביל לפריצות טכנולוגיות בעתיד הקרוב.
שעונים אטומיים כבר נמצאים בשימוש במערכות ניווט,
מגנטומטרים אטומיים ימפו את המוח,
ומחשבים קוונטים יהיו מהירים בהרבה מאלו שבהם משתמשים היום.
איחוד של פיזיקת קוונטים ושל תיאוריית היחסות
עשוי ביום מן הימים לפתוח אפשרויות נועזות בהרבה,
דברים שנתפסים היום כמדע בדיוני.
ניסויים כמו זה של פרופסור פולמן,
הם צעד נוסף בדרך לחשוף את המגוון האין-סופי של הפתעות
שיש בטבע שסביבנו.
כאן מדע פיזיקה
שתי המהפכות הגדולות בפיזיקה במאה ה-20
היו תיאוריית הקוונטים ותיאוריית היחסות של איינשטיין.
תיאוריית הקוונטים שמסבירה איך אטום או לייזר פועלים,
כוללת סט מיוחד מאוד של כלים.
לדוגמה, ייתכן שחלקיק אחד יהיה בשני מקומות באותו הזמן.
זה נקרא "עיקרון הסופר פוזיציה."
תיאוריית היחסות מספרת כיצד הזמן והמרחב משתנים תחת השפעת מהירות או חפצים מסיביים.
לדוגמה, היא קובעת ששעון יתקתק בקצב שונה בהתאם למרחק שלו מחפץ מסיבי.
מצד שני, בתיאוריית קוונטים סטנדרטית הזמן הוא פרמטר גלובלי
ולכן קצב התקתוק של השעון זהה בכל מקום ביקום.
מדענים מחפשים מזה שנים אחר תיאוריה אחת שתאחד ביניהן,
אך נדמה ששתי התיאוריות ממש מתנגדות לכך.
ניסויים שמשלבים השפעות משתי התיאוריות הם חשובים
מכיוון שהם עשויים לתת רמזים לדרכים שבהן התיאוריות פועלות יחדיו.
כעת, בניסוי ייחודי שנעשה ע"י חוקרים מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב,
קבוצת חוקרים בראשות פרופסור רון פולמן עשויה לקדם את ההבנה שלנו בצורה משמעותית.
הצוות שאל: איזה זמן יראה השעון אם נשים אותו בשני מקומות באותו הזמן?
לפי תיאוריית היחסות, על השעון לתקתק בקצב שונה.
הצוות של פולמן השתמש בשעון שעשוי מאטום יחיד.
הם שמו את השעון האטומי בתא ואקום, כדי לבודד אותו מכל השפעה חיצונית,
ואז קיררו אותו כמעט לאפס מוחלט.
בעזרת שני שדות מגנטיים חזקים החוקרים יצרו מצב של סופר-פוזיציה,
ולרגע קצר השעון היה בשני מקומות שונים באותו הזמן.
בגלל שהבדלי הזמנים שנגרמים משדה הכבידה של כדוה"א הם כה קטנים
המדענים הפעילו שדה חזק יותר בעזרת שדות אחרים שנוצרו במעבדה.
כאשר השעון הוחזר למצבו המקורי, שעון אחד במקום אחד,
הוא הראה שינוי משמעותי בהתנהגות.
החוקרים הסיקו שהשעון האטומי אכן תקתק בקצבים שונים במקביל
וכי ייתכן שהעקרונות של תיאוריית הקוונטים ושל תיאוריית היחסות
אכן נצפו עובדים יחדיו.
מעבר לציפייה לאיחוד אפשרי של התיאוריות,
ניסויים כאלה עשויים לעזור ולחשוף את טבעו של הזמן עצמו,
שנותר אחד מהפרמטרים הכי פחות מובנים של עולם המדע.
הבנה טובה יותר של ממלכת הקוונטים תוביל לפריצות טכנולוגיות בעתיד הקרוב.
שעונים אטומיים כבר נמצאים בשימוש במערכות ניווט,
מגנטומטרים אטומיים ימפו את המוח,
ומחשבים קוונטים יהיו מהירים בהרבה מאלו שבהם משתמשים היום.
איחוד של פיזיקת קוונטים ושל תיאוריית היחסות
עשוי ביום מן הימים לפתוח אפשרויות נועזות בהרבה,
דברים שנתפסים היום כמדע בדיוני.
ניסויים כמו זה של פרופסור פולמן,
הם צעד נוסף בדרך לחשוף את המגוון האין-סופי של הפתעות
שיש בטבע שסביבנו.
0
    לחץ "אנטר" לפרסום
אלברט איינשטיין
פיזיקה
תורת היחסות
תורת הקוונטים