הקסם העמוק של פיזיקת הקוונטים

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

מה אתה יודע על פיזיקת קוונטים? אפילו סטודנט למדעי הרוח כמוני מבין שפיזיקה ופיזיקה קוונטית לומדים דברים קצת שונים.

יחד עם זאת, פיזיקה בכלל היא מדע הטבע, החוקר כיצד פועל העולם וכיצד כל העצמים והגופים מתקשרים זה עם זה. כענף בפיזיקה, מכניקת הקוונטים חוקרת את העולם שלנו ברמה העמוקה ביותר. העובדה היא שכל מה שמקיף אותנו מורכב מאטומים. למה, אפילו אתה ואני איננו יותר מהרכב של אטומים שמקורם בליבות הסופרנובות. יתר על כן, תחום זה של הפיזיקה הוא כל כך מורכב שמדענים רבים מודים שהם לא מבינים אותו היטב. בהתחשב במספר ההולך וגדל של שאלות ללא מענה וכמה קווי דמיון בין פיזיקת קוונטים לקסם, זה אטרקטיבי להפליא, אבל זה יכול להיות מטעה, כפי שרלטנים ופסאודו-מדענים רבים עושים בהצלחה. במאמר זה ננסה להבין מדוע פיזיקת הקוונטים כל כך דומה לקסם.

פוטון הוא חלקיק יסודי שאין לו מסה והוא יכול להתקיים בוואקום, נע במהירות האור. גם המטען החשמלי של הפוטון הוא אפסי.

אף אחד בעולם לא מבין במכניקת הקוונטים

כולנו אוהבים קסמים. במיוחד כאלה שבמהלכם הקוסם יכול לגרום לכדורים "לקפוץ" בין כוסות הפוכות. במערכות קוונטיות, שבהן המאפיינים של אובייקט, כולל מיקומו, יכולים להשתנות בהתאם לאופן שבו אתה צופה בו, הישגים כאלה צריכים להיות אפשריים ללא קלות יד. העובדה היא שלפי תורת הקוונטים, חלקיק יסודי מקבל מצב מסוים רק ברגע התצפית. קשה להאמין, אבל בסופו של דבר, מדענים הצליחו להוכיח בניסוי, באמצעות פוטון בודד, שהוא קיים בשלושה מקומות בו זמנית. אבל איך זה אפשרי?

אחד הניסויים הקוונטיים המפורסמים ביותר הוא הניסוי הכפול, שהראה שאור וחומר יכולים להתנהג כמו חלקיק וגל בו זמנית.

יש לציין שאלברט איינשטיין התעניין בהצלחות של מכניקת הקוונטים - בעזרתה ניתן לתאר במדויק את התנהגותם של אטומים וחלקיקים אלמנטריים. עם זאת, המדען המבריק התנגד לתיאוריה הזו ולעג למושג העומד בבסיסה - בלבול. במכניקת הקוונטים, הסתבכות פירושה שתכונותיו של חלקיק אחד יכולות להשפיע מיד על תכונותיו של חלקיק אחר, ללא קשר למרחק ביניהם.

לאחר מכן, סדרה של ניסויים משוכללים הראתה שאיינשטיין טעה: הסתבכות היא אמיתית ושום תיאוריה אחרת לא יכולה להסביר את ההשפעות המוזרות שלה. ובכל זאת, למרות יכולתה של תורת הקוונטים להסביר תוצאות בניסוי, מדענים רבים מכירים בכך שפיזיקת הקוונטים היא כל כך מורכבת עד שכמעט ולא ניתן להבין אותה.

עם זאת, הסתבכות היא לא התופעה היחידה שמפרידה בין תורת הקוונטים לתיאוריה הקלאסית. לדברי כמה פיזיקאים, יש עוד עובדה מזעזעת לגבי המציאות הקוונטית שלעתים קרובות מתעלמים ממנה ואשר מוסיפה ל"קסם" של תחום זה של הפיזיקה התיאורטית. על פי The New Scientist, בשנת 1967 סיימון קוצ'ן וארנסט ספקר הוכיחו מתמטית שאפילו עבור עצם קוונטי אחד, שבו הסתבכות בלתי אפשרית, הערכים שתקבלו בעת מדידת תכונותיו תלויים במצב שבו האובייקט הזה נמצא. לפיכך, ערכו של נכס א' תלוי בשאלה האם תבחרו למדוד אותו באמצעות נכס ב' או באמצעות נכס ג'. במילים פשוטות, אין מציאות בלתי תלויה בבחירת המדידה.

הקסם של המציאות

מסכים, כל זה לפחות מוזר וגורם למוח ממש להתפוצץ מהתפרים.הרי מסתבר שנוכחות צופה קובעת את גורלה של המערכת ומאלצת אותה לבחור לטובת מדינה אחת. אבל האם אין זו התערבות של התודעה למציאות החומרית? ואם ניקח בחשבון שפוטון של אור יכול להיות בו זמנית גם חלקיק וגם גל ולהימצא בשלושה מקומות בו זמנית, אז באיזה עולם אנחנו חיים בכלל? האם זו הוכחה לקיומן של מציאויות מקבילות עם אותם חוקי הפיזיקה?

וזה רק חלק מהשאלות שאין לפיזיקה המודרנית תשובות עליהן. עד. עם זאת, כל מה שלא ידוע מימי קדם הפחיד אדם. לפעמים אנשים מוכנים להאמין לכל דבר, כל עוד יש לפחות תשובה אחת - ולא משנה איזו -. מסיבה זו, זה בכלל לא מפתיע שכל מיני שרלטנים ופסאודו-מדענים כל כך אוהבים את הפיזיקה הקוונטית. אם לצורך העניין תדליק את REN TV, אז אתה יכול להיתקל באחת התוכניות על העולם האחר, שבה פסאודו-מדען אחר פועל כמומחה. ב-99 מקרים מתוך 100, ההסבר הכוזב שלו על סדר העולם יכלול לפחות אזכור אחד של פיזיקת הקוונטים. במקביל, כל פסאודו-מדען מתהדר בזריזות במונחים מדעיים כמו אלקטרון, פוטון והסתבכות כדי לזכות במראה אמין פחות או יותר בעיני צופה חסר ניסיון.

לפעמים אפילו נראה לי שכל שרלטן שמכבד את עצמו פשוט חייב לנאום על סודות הפיזיקה הקוונטית ברפרטואר שלו. אחרי הכל, למדענים אין כמעט מה להתווכח עם הטענות שלהם שמכניקת הקוונטים היא תעלומה למדענים. זה לא נוח? פופולריזציה של רעיונות כאלה עלולה לגרום לתפיסה כוזבת של העולם עבור מספר רב של אנשים. רעיונות כמו אלה תורמים גם לנטייה לרפואה אלטרנטיבית ולנטילת ידיים למחלות מסוכנות. אז, ממסכי טלוויזיה, אזוטריקים עם קצף בפה מוכיחים שהמחשבה היא חומרית מכיוון שפיזיקת הקוונטים נמצאת כאן, וביולוגים תוצרת בית טווים פיזיקה קוונטית ברעיונות חסרי היסוד שלהם לגבי גנום הגל וכו'. כל זה תורם לפיתוח החשיבה המאגית, עליה כתבתי ביתר פירוט קודם, ולצמיחתם של מיתוסים ותפיסות מוטעות לגבי העולם בו אנו חיים.

בינתיים, פיזיקת הקוונטים היא קסם אמיתי. הקסם של המציאות. כן, אנחנו לא מבינים הרבה ולא יודעים את התשובות לשאלות שנוצרות מהסתבכות קוונטית ותוצאות של ניסויים רבים, כולל החתול של שרדינגר, שעליו כתב עמיתי ניקולאי חיז'ניאק קודם לכן. יחד עם זאת, המציאות הרבה יותר מעניינת מסיפורת, כי אנחנו לא כל כך יודעים עליה: היקום שלנו מורכב ב-95% מחומר אפל מסתורי, ויש גם אנרגיה אפלה, שאחראית להאצת ההתפשטות של היקום. יתרה מכך, ברמה העמוקה ביותר, העולם שלנו מורכב מהחלקיקים הקטנים ביותר שיכולים להיות בכמה מקומות בו-זמנית ולהתנהג בצורה שונה תלוי אם אנחנו צופים בהם או לא. אם זה לא הקסם של המציאות, אז מהי המציאות?

יחד עם זאת, המדע כבר סיפק תשובות רבות לשאלות החשובות ביותר על עולמנו. בכל מקרה, אני חושב שאין שום דבר רע בלא לדעת משהו ולא להבין את הפיזיקה הקוונטית. העיקר הוא היכולת שלנו לדעת כמה שיותר, להכיר את היקום. מה שסביר להניח שגם מכיר את עצמו דרכנו.