ידענים: פיסיקה קוונטית

מאת 22 במרץ 2013 20 תגובות

מדעני מכון ויצמן השפיעו על הספין של אטום בודד באמצעות מדידה
מערכת לגילוי ספין של אטום בודד. צילום: מכון ויצמן
אחד מעקרונותיה הידועים של תורת הקוונטים אומר שמערכת יכולה להימצא במספר רב של מצבים בעת ובעונה אחת. כלומר, היא מתקיימת במציאויות מקבילות, תופעה המכונה "סופרפוזיציה". הסופרפוזיציה מתקיימת כל עוד איננו מתבוננים במערכת או מודדים אותה בדרך כלשהי. כאשר אנו מודדים את המערכת, היא "קורסת" על בסיס המדידה ומתייצבת במציאות אחת. הסיבה לכך שאנו חווים את העולם סביבנו במציאות אחת בלבד, קשורה לכך שאנו מודדים אותו ללא הרף. לדוגמה, אנו מודדים את מיקום האותיות על מסך המחשב בכך שאנו מתבוננים בהן.

עקרון הסופרפוזיציה הודגם לראשונה על-ידי אוטו שטרן וולטר וגרלך בשנת 1922 באמצעות ספינים (מגנטים קטנים) של אטומי כסף. ספינים כאלה יכולים להתקיים בסופרפוזיציה, כלומר, הם מצביעים בכיוונים שונים בעת ובעונה אחת. ד"ר רועי עוזרי ותלמידי המחקר ינון גליקמן, שלומי קוטלר וניצן אקרמן, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע הראו כיצד באמצעות "התבוננות" מתבצעת מדידה של ספין אטומי בודד. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב-העת המדעי Science. חברי הקבוצה האירו את האטום, מדדו את הפוטון שהוא פולט כתוצאה מההארה, והראו שהספין האטומי קורס מהסופרפוזיציה למציאות אחת, שבה הוא מצביע בכיוון שבו האטום פלט את הפוטון.

בהמשך הראו שכאשר הם מודדים את הקיטוב של הפוטון הנפלט, הם קובעים בכך את כיוון הספין של האטום. כלומר, הצופה לא רק משפיע על התוצאה, אלא גם יכול לקבוע מראש כיצד תשפיע המדידה על המערכת הנמדדת.

בניסוי האחרון בסדרה הראו המדענים שהספינים של האטום הנמדד ושל הפוטון הנפלט ממנו, מצויים במצב שזור. כלומר, גם לאחר שהם מתרחקים מאוד זה מזה, כל מדידה של אחד מהם, משפיעה מיידית על האחר.

ניסוי זה מהווה צעד חשוב בדרך להבנת משמעות המדידה במערכות קוונטיות.

המאמר המדעי:

20 תגובות ל “באתי, ראיתי, קבעתי”

  1. מים נושפים

    קובי שלום
    יש כאלה שרואים ירח אחד ויש כאלה שרואים ירח מחייך שציירו עליו , תלוי בעולמות המקבילים שעליהן אנו מתייצבים , תלוי איך התודעה שלנו נעה בזמן ,ותלוי במי שיודע לשחק בזה .קשה להסביר לבני אדם וכי הם לא רואים זאת ישירות שאחד רואה כך ואחר רואה אחרת והם נפגשים במקום שבדרך כלל הם רואים את אותו הדבר . יש התכנסות או "קריסה בזמן" של עולמות מקבילים , בכבוד

  2. ר.ח רפאי.ם

    קובי
    "התחושה שלי בעניין היא שקצת מנסים להתחמק מהעניין של "מודעות" אולי בגלל שמדובר בנושא שאין למדענים שום מושג בו." – נאה. בגלל "הדבר הזה" שקובע את הדברים הבאים אחריו, ומגדיר אותם, אין אנו יכולים להבין מה המשמעות שההתערבות שלנו בטבע והגדרת ההפרעה במכשיר כ X – יוצרת. אין אפשרות להבין מפני שלא קיימת הגדרה למושג מודעות ואין לנו שום יכולת לייצר תבונה ומודעות באופן מלאכותי. ולפיכך אין דרך למדע להתמודד בשאלה הזו. השאלה הזו מופנית לתחום הפילוסופי ולעוסקים בו.

  3. קובי

    אורי, כפי שנועם הזכיר, השאלה היא כיצד פונקציית הגל קורסת. אולם לאחר שהיא כבר קרסה שוב היא נמצאת במצב מוגדר ונתון לכל מי שמודד אותה מכאן והילך. וזה מסביר את שאלתך לגבי ראיית רובוטים ובעלי חיים (מי אמר לך שמודעות בע"ח לא נחשבת, איינשטיין כבר שאל "האם הירח קיים רק בגלל שאיזה עכבר מסתכל עליו?" התשובה שענו לו שמסתבר שכן.)
    כשאתה אומר "מדידה" זה בעצם אומר שיש מישהו שמודד. אחרת לא הייתה משמעות למושג "מדידה" כי שום דבר עדיין לא נמדד והמערכת יכולה להישאר בסופרפוזיציה כמו שהייתה עד עכשיו. התחושה שלי בעניין היא שקצת מנסים להתחמק מהעניין של "מודעות" אולי בגלל שמדובר בנושא שאין למדענים שום מושג בו.

  4. נועם

    @אורי, לפי כללי חיבור התנע הזויתי ניתן להגדיר ספין לאטומים. כך למשל ניתן לקבל אטום בוזוני על אף העובדה שהוא מורכב כידוע מפרמיונים.
    @קובי, השאלה הפתוחה היא כיצד פונקציות הגל קורסות, העובדה כי זה קורה הינה אמפירית. כמובן שהמונח קורסות הינו שרירותי, והשימוש בו הוא לצורך יצירת שפה משותפת של תופעה מוכרת.

  5. אורי

    קובי, תודה, אבל הטענה ש״מודעות״ היא זו שגורמת לקריסה נשמעת בלתי סבירה בעליל, אם כך באמת היה אז איך אתה מסביר את העובדה שבעלי חיים חסרי מודעות מצליחים לראות את תמונת העולם סביבם ולהתנהל בהתאם ? איך אתה מסביר ראייה של רובוטים חסרי כל מודעות שיודעים לנתח את סביבתם ?

    לי דיי ברור שקריסת המערכת נגרמת כתוצאה מהמדידה עצמה (האינטראקציה בין חלקיקי המערכת ובין החלקיקים שמודדים אותם) ולא כתוצאה ממבט חיצוני בתוצאות המדידה שקיימות בכל מקרה גם אם אף אחד לא יביט בהן.

    אויי כמעט שכחתי, תודה.

  6. מים נושפים

    מר קובי הנכבד שלום רב .
    לפי דעתי התנועה אחורה וקדימה בזמן , מסבירה את השכפול והכניסה של הסופר פוזיציה ואת העברת האינפורמציה ,וזה שלעצמו הוכחה ,תודה ( מה עוד שאני מתעסק בזה , רק שזה שלעצמו לא מוכיח כלום )

  7. קובי

    אורי,
    שאלת שאלה טובה מאד. אני לא בטוח שגדולי המדענים יכולים להשיב לך בכזאת נחרצות כפי שהשיבו לך פה.
    ובכן, למיטב ידיעתי התשובה לשאלה עדיין לא סגורה לגמרי. בספר האחרון שקראתי בעניין של מצ'יו קאקו מגדולי המדענים בעניין, הוא נשאר בשאלה.
    מה שכן מסתבר הוא, ש"מודעות" היא זו שגורמת לקריסה. לא דווקא עין.

    אלא מה, יש אנשים שהעובדה שמודעות מחוללת כזה דבר משונה לא כל כך נוחה להם אז הם ממציאים דברים בביטחון גדול. זה שהחלקיק נע אחורה-קדימה בזמן ומשתכפל זה רק השערה, וחוץ מזה שזה לא פותר שום דבר.

    אני אשמח גם לשמוע אם יש למישהו הסבר קצת יותר מעמיק ונכון לשאלה.

  8. מישהו

    אורי הבנת נכון וגם הסבירו לך בתשובות.

    תודה.

  9. מים נושפים

    פלסטף הנכבד שלום
    יש כאלה שטוענים שלזמן יש כמה ממדים ולא רק אחורה וקדימה אבל קשה לי לדמיין זאת תכלס בשטח . תודה

  10. פלסטף

    מזל שהחלקיקים לא פונים הצידה בזמן אא רק קדימה ואחורה. ומכך שהם מצליחים לעשות רוורס בזמן אני מסיק שהם לא ממין נקבה.
    תודה.

  11. מים נושפים

    תודה שלא חוסמים אותי כל פעם שאני מזכיר שמשהו חוזר גם אחורה בזמן , תודה

  12. אורי

    נושפים תודה על התשובה, דרך אגב רק הערה קטנה קצת מצחיק שאתה חותם את ההודעות שלך במילה "תודה". אתה זה שמשיב, על מה תודה ?

  13. מים נושפים

    אורי , מתבוננים הכוונה בודקים ,שולחים אור שפוגע וזה משפיע .
    ושוב אותו עיקרון רק בספינים , לחלקיק ואם זה פוטון או אלקרון ,יש שוב תנועה אחורה וקדימה בזמן ולכן כמה ספינים לאותו חלקיק (בסופר פוזיציה ), אפשר להגיד שיש לו איזה ממוצע של כמה ספינים אבל אני לא סגור על זה , אבל מה שקורה שאתה בודק אותו שוב ,הספינים ,הם מתכנסים ומתייצבים שוב על הבדיקה לספין כמה שיותר בודד , תודה

  14. אורי

    תודה לעונים, כלומר לפי מה שהבנתי מתשובותיכם, הקריסה מתבצעת (כמו שתארתי לעצמי) כתוצאה מתהליך המדידה עצמו, בגלל חלקיקי האור (הפוטונים) שפגעו באטום וע"י כך ביצעו את המדידה, ולא בגלל שהיה שם אדם שעינו קלטה את הפוטונים החוזרים משם.

    אני לא מבין מדוע ברוב המאמרים בנושא תאוריית הקוונטים מנסים ליצור אצל הקורא רושם שגוי שכאילו המבט עצמו הוא זה שמשפיע על מצב המערכת ("הסופרפוזיציה מתקיימת כל עוד איננו מתבוננים במערכת").

    דרך אגב כשמדברים על ספינים לא מדברים בדרך כלל על אלקטרון בודד ? מה זה ספין של אטום ?

  15. מים נושפים

    לאורי :
    החלקיק זז אחורה וקדימה בזמן פעמים רבות ובשל כך הוא משתכפל לסופר פוזיציה , אם תביט עליו בעזרת מערכת מורכבת שתלויה בהתנהגות שלה גם היא בזמן , החלקיק יתייצב על המערכת המורכבת ( במקרה זה העין והגוף האנושי ) ויתכנס למספר מצומצם יותר של אפשרויות , תלוי ביציבות של העין במרחב וכוח שהחלקיק צריך כדי להתכנס . תודה

  16. נועם

    @אורי, כמובן שאין ייחוד לעין האנושית. ההגדרה הפיזיקלית של מדידה היא קביעת מאפיין ספציפי של מערכת קוונטית, למשל המיקום או התנע של חלקיק. אם תבצע את המדידה עם פוטון, המערכת תקרוס למצב ספציפי בהתאם לפונקצית הגל של החלקיק. לשאלתך, המערכת תקרוס ברגע המדידה, ולא כאשר האדם יגיע שעה אחרי.

  17. AR

    אם אתה מתרגם את זה לאינפורמציה- אתה מאבד מידע כאשר אתה דוגם כל דבר
    כלומר אין חרב חד צדדית.
    ואם אתה מתרגם את זה לבחירות בחיים – כל בחירה שלקחת איבדת דרך אחרת
    עכשיו השאלה היא אם רצוי תמיד לבחור או להשאר ב'סופרפוזיציה' בחיים כעקרון והתשובה על זה היא בחלק המקרים…אם אתה לא בוחר במשהו אתה לא חי.

  18. אורי

    שאלת תם: "אנו מודדים את מיקום האותיות על מסך המחשב בכך שאנו מתבוננים בהן".

    מהמשפט הנ"ל נשמע כאילו קריסת המערכת למצב אחד נוצרת רק כתוצאה מהתבוננות של עין אנושית (או מוח אנושי) זה נשמע לי "קצת" תמוה ולא הגיוני, אני רוצה פעם אחת להבין, האם הטענה היא שמערכת קורסת רק כאשר אדם מתבונן בה ? כלומר, אם נציב מתקן שמודד את המערכת ומציג את התוצאה איפשהו (לדוגמה על מסך מחשב) האם הקריסה תתבצע ברגע המדידה ? או רק כאשר אדם יראה (אחרי שעה נגיד) את התוצאות ?

    אני לא מבין מדוע ההתבוננות של עין אנושית באותיות על מסך המחשב גורמת להן לקרוס ? הרי עם עין, או בלי עין החלקיקים על המסך (האותיות) מופצצים ללא הרף בפוטונים "שמודדים" אותם, וחלק מהפוטונים חוזר חזרה לכיוון הכיסא שמול מסך המחשב, אז מה זה משנה אם יושב אדם מול המחשב ומתבונן בתוצאות או לא ? הרי המדידה התבצעה כבר (הפוטונים שפגעו במסך וחזרו חזרה עם התוצאות).

    מקווה שהשאלה ברורה.

  19. מים נושפים

    צעד חשוב , אבל לא הבנתי מה חדש כאן ? ? ?

הוספת תגובה

  • (will not be published)