על זמן, העברת מסרים ותופעות קוונטיות
כמה זמן נדרש כדי שחבילה שנשלחה בדואר, תגיע מתל-אביב לניו-יורק? כמה זמן נדרש למסר בדואר אלקטרוני להגיע מקצה אחד של קמפוס מכון ויצמן למדע ברחובות לקצהו האחר? הדעת (האינטואיטיבית) נותנת שלחבילה יידרש זמן רב יותר מאשר למסר האלקטרוני. אבל נראה שהאינטואיציה אינה בהכרח הדרך הנכונה לבחון משכי זמן. תפיסה זו זכתה באחרונה לחיזוק מפתיע במחקר שביצעו פרופ’ אלי פולק והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד”ר תום ריבלין מהמחלקה לפיסיקה כימית וביולוגית במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם פרופ’ רנדל דיומונט מאוניברסיטת מק’מאסטר שבקנדה.
אחת התופעות הקוונטיות המרתקות היא תופעת ה”מינהור”, לפיה חלקיק קוונטי יכול לחדור ולעבור דרך מחסום שהוא, לכאורה, בלתי-עביר. תופעה זו נחקרת כבר כתשעה עשורים. בשנות ה-60 של המאה הקודמת, הראה תומס הרטמן מוזרות נוספת של התופעה: אורך ה”מנהרה” שהחלקיק עובר בה מצד אחד של המחסום למשנהו יכול לגדול, אך זמן המעבר נותר קבוע. משמעות הטענה הזאת היא, שחלקיק שמבצע מינהור עשוי לנוע מהר יותר מן האור (אם, למשל, הוא עובר מכשול “עבה” מאוד); דבר שאינו אפשרי לפי תורת היחסות הפרטית והכללית. תוצאת החישוב הזה, שהתבססה על עקרונות תורת הקוונטים ה”רגילה”, לא הטרידה את הפיסיקאים יותר מדי, שכן היה ברור שתורת קוונטים “רגילה” אינה צפויה לעלות בקנה אחד עם תורת היחסות.
התוצאה הזאת “תסתדר”, סברו רבים, אם וכאשר יתבצעו החישובים באמצעות תורת קוונטים יחסותית. פרופ’ אלי פולק ושותפיו למחקר ביצעו באחרונה חישוב כזה, שהתבסס על תורת הקוונטים היחסותית שפיתח פול דיראק, ואשר מראה דרך שמאפשרת, לכאורה, לקיים תופעות קוונטיות בעולמה של תורת היחסות הפרטית.
החישוב העלה שגם תחת תורת קוונטים יחסותית, עדיין מתקיים, לכאורה, מצב שבו “מהירות הצליחה” של חלקיק בתהליך של מינהור היא קבועה, ללא תלות באורך המנהרה (או בעובי המחסום הנצלח). תיאורטית (לפחות) התוצאה הזאת מציעה, שבהינתן מחסום ארוך מאוד, עשוי להיווצר מצב שהחלקיק שמבצע מינהור דרך המחסום (במהירות קבועה), ינוע מהר יותר מחלקיק אחר, שנע בחלל הפתוח, ללא הפרעה, בגבול מהירות האור.
האם משמעות התוצאה הזאת היא שנוכל בקרוב לבצע תהליכים שונים (למשל, משלוח מסרים בדואר אלקטרוני) במהירות גבוהה ממהירות האור? לאכזבתם של רבים (ולרווחתם של רבים אחרים) נראה שהתשובה על כך שלילית. פרופ’ פולק מסביר את הסיבה לכך: “הסיכוי שחלקיק יבצע מינהור אינו גדול מלכתחילה, והוא קטן בקצב מעריכי (אקספוננציאלי) ככל שגדלים אורך המנהרה או עובי המכשול שהוא נדרש לעבור. במלים אחרות, הסיכוי שחלקיק יעבור דרך מכשול ארוך דיו אשר מבטיח שמהירות הצליחה הקבועה תגרום לכך שהחלקיק ינוע מהר מן האור, הוא קרוב מאוד לאפסי… לפיכך מומלץ לכל מי שמבקש להעביר מידע ממקום למקום, לבחור בדרך שמקיימת את מגבלת מהירות האור”.
עוד בנושא באתר הידען:
