היום כדי לחקור בפיסיקה יש צורך בציוד עתיר מיליארדים ובכל זאת, עדיין לא ענינו על השאלות הבסיסיות וכל פעם שאנו מגלים את התשובות – צצות שאלות מעמיקות יותר * הרצאתו של פרופ' דייויד גרוס, חתן פרס נובל לפיסיקה בכנס חתני פרס נובל שהתקיים בטכניון * כתבה שלישית בסדרה
דיוויד גרוס, יליד ארה”ב, עלה עם משפחתו ארצה בשנות החמישים.את התואר הראשון סיים באוניברסיטה העברית בירושלים ואת הדוקטורט קיבל מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי. גרוס חלק פרס נובל בשנת 2004 עם שני עמיתיו דיוויד פוליצר ופרנק ווילזק על גילוי החופש האסימפטוטי של הכוח הגרעיני החזק. הכוח החזק הוא אחד משלושת הכוחות היסודיים המתוארים במסגרת המודל הסטנדרטי, הבסיס התיאורטי של החלקיקים האלמנטריים והאינטראקציות ביניהם. השלושה גילו שבניגוד לכוחות המוכרים לנו יותר, כגון הכוח האלקטרומגנטי והכוח הכבידה, הכוח החזק בין שני חלקיקים גדל עם גדילת המרחק ביניהם.
לפני שפתח גרוס את הרצאתו באופן רשמי ציין כי הוא חזה בהתפתחות המדע בעשרות השנים האחרונות, וכי ישראל הצליחה לייצב את עצמה בזמן כה קצר כמובילה בתחומים מדעיים, אך הוסיף כי “ההנהגה בשנים האחרונות לוקחת את המצוינות המדעית בארץ כמובנת מאליה ומזניחה את ההשקעות… על ההנהגה לעשות מעשה”.
ההרצאה עסקה בעתיד הפיזיקה, אך כדי להגיע לעתיד עבר גרוס דרך העבר. “למדנו רבות בשישים השנה האחרונות. גילינו את אבני הבניין של החומר שאנו רואים ואת הכוחות היסודיים בטבע השולטים בהן. איינשטיין הסביר את כוח הכבידה במסגרת תורת היחסות הכללית, והמודל הסטנדרטי הסביר את שני הכוחות הגרעיניים. מיפינו את היקום, הן מבחינה מרחבית והן מבחינת הזמן. הגענו להבנה של החומר על מצביו השונים ועד לסדרי גודל של ננומטר.”
“התוצר הכי חשוב של הידע הוא חוסר הידע המושכל, – ככל שאנו יודעים יותר, הבורות היא שמובילה אותנו לשאול שאלות חכמות שניתן יהיה לענות עליהן בניסוי ובתיאוריה. כיום יש לנו אוסף נפלא של שאלות (הרבה יותר טוב מזה שהיה לנו כאשר אני הייתי סטודנט) שעלינו לענות עליהן. שאלות אלה בתחומים של קוסמולוגיה, אסטרופיזיקה, מצב מוצק, פיזיקה של חלקיקים, מיתרים, ביופיסיקה ועוד, עשויות להנחות את הפיסיקה בעשרים וחמש השנים הקרובות.”
“נתחיל בשאלה ,איך התחיל היקום?'. אור באורכי גל שונים מאפשר לנו להתבונן ביקום שלנו, שגילו 13.7 מיליארד שנה, לפני 13.5 מיליארד שנה. המפץ הגדול, הרגע בו נולד היקום שלנו, הוא האירוע שבו כל התיאוריות שלנו קורסות. כאשר אני הייתי סטודנט, שאלת מקור היקום לא נחשבה שאלה רצינית. כיום היא שאלה לגיטימית שנמצאת בחזית המחקר בקוסמולוגיה ובתחומים אחרים. יש לי תחושה שנוכל לענות על שאלה זאת. האם נוכל לקבוע מה היו התנאים ההתחלתיים של היקום? האם היה זמן לפני המפץ הגדול?”
עוד בנוא באתר הידען
- פרופ' דייויד גרוס בראיון לאתר הידען: ממשלת ישראל נוהגת בטפשות כשהיא פוגעת בהשכלה הגבוהה
- עשרה חתני פרס נובל קוראים לממשלה לחזור בה מהקיצוצים בהשכלה הגבוהה (כתבה ראשונה בסדרה)
- ששת המאפיינים הדרושים למחקר מוצלח – פרופ' אברהם הרשקו – כתבה שניה בסדרה בעקבות האירוע בטכניון)
“מהי תכולת היקום? כיום אנו חושבים שהוא עשוי משבעים וחמישה אחוזים אנרגיה אפלה, עשרים ואחד אחוזים חומר אפל ורק ארבעה אחוזים חומר בצורתו המוכרת לנו. מהם אותם אנרגיה אפלה וחומר אפל? איננו יכולים לראות את החומר האפל, אך ביכולתנו לחוש את המשיכה הכבידתית שלו. מדענים שואלים אם בהינתן שהחומר האפל עובר דרכנו בכל רגע, האם נוכל לגלותו? האם נוכל לייצר חומר אפל? ייתכן שבמאיץ החדש בג'נבה, ה-LHC, נוכל לייצר חלקיקי חומר אפל. כיצד אנו יודעים שאנרגיה אפלה קיימת? היקום מתפשט, וכאשר מדדנו את קצב ההתפשטות גילינו שהוא גדל. ייתכן שהאנרגיה האפלה היא הקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין, שהוא שקול לאנרגיה של הריק. אתם בוודאי מדמיינים את הריק בתור כלום די משעמם, אך דעו לכם שבמסגרת מכניקת הקוונטים הריק די מבולגן ודינמי. חישבו על מטוטלת, שהמצב הנמוך אנרגטית שלה הוא עמידה במקום בפיסיקה הקלאסית, אך במכניקת הקוונטים נקבל מעיקרון אי הוודאות שהמיקום שלה לא יכול להיות קבוע לחלוטין, היא נעה סביב המיקום ויש לה אנרגיה. בדומה לכך גם לריק יש אנרגיה.”
“מדוע לקבועים פיסיקליים שונים יש ערכים מסוימים? ייתכן שההסבר לערכים הספציפיים יתקבל מתיאוריית ריבוי היקומים, כלומר אין צורך לתהות מדוע ערך הקבוע הקוסמולוגי הוא מסוים, שכן יש יקומים אחרים בהם הוא שונה ואנחנו חיים ביקום הזה. אני חושב שתיאוריה כזאת צריכה להיות המוצא האחרון. אינשטיין בעצמו טען כי אין פרמטרים שרירותיים ביקום.”
“שאלה חשובה שנשאלת פעמים רבות היא האם מכניקת הקוונטים היא התיאור האולטימטיבי של הטבע או שמא היא תיאוריה זמנית שתיכשל בתחום כלשהו? רוג'ר פנרוז [מתמטיקאי ופיזיקאי, ד.א] טוען כי מכניקת הקוונטים תקרוס בתחום החשיבה והמודעות. היא עשויה לקרוס במרחקים מאוד קטנים, במערכות גדולות ומורכבות או אולי בסדרי גודל של היקום כולו.”
“מתי הכוחות היסודיים מתאחדים לכח אחד? מהידע הנוכחי שלנו על כוחות אלה ביכולתנו להסיק כי הכוחות מתאחדים באנרגיות של עשר בחזקת 28 אלקטרון וולט, המתקבלות במרחקים מאוד קטנים בין החלקיקים המדוברים, והכבידה הופכת לכוח חזק מאוד. מהי אותה תיאוריה מאוחדת של הכל אותה חיפש איינשטיין?”
“האם כל החלקיקים הם תנודות שונות של על מיתרים? אני מקווה שאהיה כאן לראות את התשובה.”
“שאלת החלל-זמן מעסיקה אותנו רבות. האם קיימים יותר משלושה מימדי מרחב? מהו טבעו של המרחב-זמן? ממה הוא עשוי?”
“בתחום הביולוגיה התיאורטית (אם כי כמה ביולוגים חולקים עמי על קיום המושג), ניתן לשאול אם קיימת בכלל תיאוריה בסיסית של הביולוגיה בכללותה? האם פיסיקה תיאורטית תוכל לתרום לתחום? האם יש צורך במתמטיקה חדשה? מתמטיקה חדשה מפותחת פעמים רבות בצמוד לפיסיקה או כדי לתאר תופעות טבעיות כלשהן. תחום הגנומיקה מושך אליו הרבה תשומת לב, כיוון שהוא טומן בחובו התמודדות עם נפחי מידע אדירים. האם האבולוציה תהפוך לתיאוריה כמותית המנבאת תחזיות? האם ניתן יהיה לתאר יצור חי בהסתמך על ידיעת הגנום שלו? אני מדמיין שאלה במבחן בגנומיקה בעתיד, בה על הסטודנט לצייר תמונה של היצור שהגנום שלו מצורף.”
“בתחום המודעות והמדעים הקוגניטיביים, מהם התהליכים העומדים בבסיסם של תהליכי הזיכרון והמודעות? האם ביכולתנו ליצור מכונה בעלת רצון חופשי? האם ביכולתנו למדוד את רמת המודעות של תינוק בן יומו? כולנו מסכימים שבני עשרה הם (ככל הנראה) בעלי מודעות עצמית, לעובר בשלביו הראשונים ביותר אין מודעות עצמית, האם המעבר ביניהם רציף?”
“לסיכום, בואו נדבר על הסכנות שאורבות למדע. ניתן לראות בנקל כי שיטות המחקר והניסוי הנוכחיות הופכות לבלתי ניתנות למימוש. מאיצים, טלסקופי חלל, כל אלה הם פרויקטי ענק בעלויות אסטרונומיות שדורשים שנים רבות להשלימם. אילו שיטות חדשות יש לבחון ולאמץ? והשאלה האחרונה: האם פיסיקה עדיין תהיה חשובה? כן!”
23 תגובות
מבקש להציע תאוריה חדשה
תנועה בקפיצות
המסה נמצאת בשני מצבים “חומר” ו”היולי” .
א. “חומר” = מצב מנוחה .
ב. “היולי” = קפיצה במהירות אין סופית , מרחק הקפיצה קובע את מהירות המסה, כאשר מרחק הקפיצה = אפס – החומר יחזור למקומו.
הקשר בין המסות נעשה בשלב הקפיצה , וחומר שקופץ בפזה אחרת שייך ליקום אחר . ז”א שיש “יקומים” מקבילים, שלא מרגישים אחד את השני .
תדר הקפיצות זהה בכל ה”עולמות” , לכן נשמר הסנכרון בפזה של הקפיצות .
אבל אם קורה שינוי בפזה , המסה עוברת ל”יקום” אחר, או שנוצר חור שחור .
עקיפה
אם התנועה היתה רציפה , אז המהירות הייתה אין סופית, וזהה לכל הגופים הנעים .
אבסורד יווני אומר שהסוס , לעולם , לא ישיג את הצב. כי בכל פעם שהסוס יגיע למקום הקודם של הצב, יעבור זמן, ובזמן זה, הצב יתקדם למקום חדש .
אבל ע”פ מודל הקפיצות : ה”קפיצה” של גוף מהיר גדולה מקפיצה של גוף איטי .
והקפיצה הגדולה יוצרת את העקיפה.
התאבכות
לפי חוק “ברנולי” גופים יכולים להתאבך,
התאבכות גופים איננה מתאימה למודל התנועה הליניארית.
אבל בתנועה ב”קפיצות” : המסה הופכת ל”היולי” וההיולי מתאבך .
עיקרון אי הוודאות של הייזנברג
אין אפשרות לדעת בו זמנית את המיקום המדויק והתנע המדויק של חלקיק.
כיון שאינטרקציה קיימת רק במצב קפיצה של “היולי”.
כוח משיכה בין מסות
ה”היולי” מתפשט במרחב וחוזר למקום שיווי המשקל להיות “חומר” .
התאבכות של “היולי” ב”היולי” יוצרת את “כוח המשיכה” שבין המסות.
כך נוצר “כוח הכובד” של כדור הארץ.
אפקט פוטואלקטרי
“היולי” שלא חוזר ל”חומר” , נהיה גל אלקטרו מגנטי.
באותו האופן, גל אלקטרו מגנטי יכול להקלט ב”חומר” .
גל אלקטרו מגנטי שיוצא מגוף בתנועה
גל אלקטרו מגנטי שיוצא מגוף בתנועה, נשאר ב “מהירות האור”.
היינו מצפים שהמהירות תהיה מהירות האור + מהירות הגוף המשגר.
אבל מאחר והגל המגנטי “נוצר” כאשר המסה במצב “חומר” ( מנוחה ) , לכן אין לגל “זיכרון” של התנועה של המסה, ואינו מושפע ממהירות המסה .
מסלול האלקטרונים סביב הגרעין
ה”אורביטל” סביב הגרעין הוא קו שמתאר את המקום ששם יש הסתברות למצוא את האלקטרון, למשל אורביטל בצורת 8 .
בתנועה רציפה האלקטרון היה צריך להמצא במידה שווה לאורך מסלול מעגלי,
אבל בתנועה בקפיצות האורביטל מתאר את ההסתברות למצוא את האלקטרון במקומות החניה של ה”חומר” .
ניסוי מיקלסון מורלי
הניסוי טען שמהירות גליי האור לא משתנה ביחס למהירות כדור הארץ.
מכוון שהפזה של הגל בסוף המסלול היתה זהה בכל כוון .
הניסוי מניח שפזת הגל תלויה במהירות , אולם כבר הוכח שתדר הגל משתנה בהתאם למהירות הצופה, לכן אי אפשר להסיק מסקנות מהפזה של הגל למהירות של הגל.
עושה רושם שעד שלא יתקבלו התוצאות מ CERN הפיזיקה די תקועה.
בקשר לשאלה"לעובר בשלביו הראשונים ביותר אין מודעות עצמית, האם המעבר ביניהם רציף" לדעתי המעבר הוא הדרגתי כלומר בדיד ולא רציף, וזה כמובן נובע מכך שכל תהליך שלוקח זמן הוא בדיד כי הזמן עצמו הוא בדיד לדעתי.
פיבונאצי:
אינך חש בסתירה מסויימת בין הצהרותיך לבין טענותיך?
תורת המיתרים היא ברובה מתמטיקה טהורה והמתמטיקה הזו נכונה.
הבעיה היא שכל עוד לא נבדוק את חיזוייה לא נדע אם היא נכונה כתורה פיזיקלית.
הגבות
אכן כך, המחלקות למתמטיקה בעולם מבחינת יחס עלות תועלת מבטאות את היחס הגבוה ביותר בכל מדעי הטבע ואלי גם הרוח.
הם זקוקים בסה"כ לנייר ועפרונות וסלי אשפה. החידושים הגדולים ב-200 שנה אחרונות התחילו בפיתוחים מתמטיים מסוגים שונים. התורות פיסקאליות הגדולות יכלו להווצר בגלל רימן בגלל פואנקרה הילברט גלואה אבל לי גאוס ועוד לאו דווקא בסדר הזה ולא רק בגללם. ללא פיתוחים שונים בתורת חבורות גאומטריה דיפרנציאלית PDE תורת מיספרים ועוד לא היו יחסות, קוונטים המודל הסטנדרטי, תורות מיתרים,מודלים כלכליים, אסטרו פיסיקה ועוד.
לפיבונאצי :
1 . לא מכיר את חרוז הסלנג , והיה נדרש ליישר את ההדורים ( תודה ששיתפת מעולמם של ילדים , יש בוודאי כאלה שזה היה מזמן עבורם ) .
2 . ובאשר להשקעות העתק שבאו לידי ביטוי במספר תגובות , לא הייתה החלטה לקופרניקוס , שצריך להשקיע הון רב על מנת לנסח את התורה ההליוצנטרית ; כנ"ל בנושא תורת היחסות .
כקנה מידה לעליית מדרגה בגילוי מדעי , אפשר להציע את היחס בין מהות השינוי ותועלתו לאנושות , לסכומי הכסף שהושקעו בו על מנת להביאו לידי ביטוי .
פיבונאצי:
עוד דבר מעניין: אני מבין שאתה כבר יודע שתורת המיתרים אינה נכונה!
אני מציע שתנסה להסביר זאת לכל המטומטמים שעוסקים בה.
אמור להם משהו כמו "התיאוריה שלכם לא יכולה להיות נכונה כי בדיקתה מחייבת ציוד יקר מדי".
נראה כמה מהם תצליח לשכנע.
פיבונאצ’י:
ומהם הדברים שהתרגלנו אליהם? אולי זה שניסויים עושים בזול?
אינני מבין את הזלזול שלך בקהיליה מדעית שלמה שמסתובבים בה הרבה אנשים הרבה יותר מוכשרים ממך ושחושבים שכלים כמו LHC הם דווקא מה שנחוץ.
אני חייב גם לומר שלא אמרת דבר ביחס לטיעונים שאני העליתי ורק ניסית לדמות אותי (כדי להעליב? הרי מטרה אחרת זה לא יכול להשיג כי טיעון אמיתי אין כאן) למישהו שתחזיותיו התבדו.
אם התורות שבידינו מדוייקות עד כדי ספרות רבות אחרי הנקודה יש צורך בכלים בעלי יכולת מדידה כזאת כדי לבדוק אילו מבינינהן מנבאות טוב יותר את תוצאות הניסוי. האם אתה חולק על כך?
לא תהיה זו חכמה לנסח תורה שנותנת תוצאות ששונות מהותית מאלו המתקבלות מן התורות הקיימות כי כאמור – התורות הקיימות חוזות בדיוק רב מאד ותורה שתחזה משהו שונה מהותית פשוט תהיה שגויה. לכן הפיתוח הבא שנחוץ הוא ביכולת המדידה. לא אמרת דבר שסותר זאת – רק ניסית לפגוע.
מיכאל
לא נורא, אל תסכים בסוף המאה ה19 חשבו שהמדע כבר הסתיים ואין עוד צורך בתאוריות חדשות. עכ"פ אין טעם לרתום את העגלה מוקדם מידי. כל ציוד הניסוי לא יעזור עבור תיאוריה שעדיין אינה קיימת עבורו. יתכן מאד שמימוש תיאוריות חדשות ידרשו ציוד אחר לחלוטין יתכן שהוא יהיה מאד זול לייצר. יתכנו הרבה דברים מה שבטוח שלא נישאר עם התפיסות שהורגלנו אליהם. כדי שנדע מה בכלל עושים צריך מישהו עם מחשבה חדשה ונייר ועיפרון.
הגבות ופיבונאצ’י:
אינני מסכים אתכם.
גם תורת איינשטיין חייבה ניסויים לפני שהתקבלה ולמעשה עד לניסוי עיקום קרנע האור בליקוי חמה היו רבים שלא קבלו אותה. למזלנו היה הניסוי של תורת איינשטיין אפשרי במסגרת האנרגיות שאנו יכולים להפיק והמדידות שאנו מסוגלים לבצע אבל כבר כאן זה היה “על הקשקש” כי מהירויות הקרובות למהירות האור ושעונים מספיק מדייקים להוכחת עוותי הזמן הם דברים שעד לפני זמן לא רב לא ידעו לייצר.
ככל שאנו מתקדמים ומכיוון שעד כה לא עסקנו בשטויות והתיאוריות שיש לנו כבר טובות למדי וחוזות את תוצאות הניסויים בדיוק רב יש צורך בטכנולוגיות הרבה יותר מורכבות כדי לבדוק תיאוריות חדשות.
למשל – בהחלט ייתכן שתורת המיתרים – תורה שהומצאה “עם עט וניר” כפי שאתם אומרים – תתברר כנכונה. המאמץ שעשו מנסחיה הוא זהה במהותו וגדול בהיקפו מזה שעשה איינשטיין בניסוח תורת היחסות אבל למרבה הצער, המדידות שאנו מסוגלים לבצע בטכנולוגיה הקיימת לא יכולים להכריע אם תורה זו נכונה או לא.
אם לא נפתח כלי מדידה טובים יותר (ו LHC הוא בדיוק כזה כלי) לא נדע לעולם אם התיאוריות היפות שפיתחנו באמצעות “ניר ועפרון” הן נכונות.
הגבות
הרגע, פצצות לגבות זה חרוז סלנג של ילדים לא חלילה קשור בטרור.
מסכים אתך שחידושים של ממש יגיעו משימוש בנייר ועיפרון לאו דווקא מהשקעת מיליארדי יורו. כל עוד אין למישהו רעיון חדש ידרשו השקעות יותר ויותר גדולות כדי לנצל רעיונות שהולכים ומתישנים. לתורת היחסות מלאו כבר מאה שנה למודל הסטנדרטי מלאו בערך 50 60 שנה. זה וודאי אינו סוף פסוק. וודאי יקומו תיאוריות חדשות שיחליפו אותן כפי שהן החליפו את קודמותיהם. יתכן שזה יבוא מכיוון תורות המיתרים סופר סימטריות למיניהם ויתכן משהו אחר לחלוטין. המוח האנושי איננו שוקט על שמריו.
למיכאל :
הבחנה פשוטה בין גילוי מדעי מרמה א ‘ כמו זה של קופרניקוס , ואיינשטיין , שלא נדרשו השקעות עתק על מנת שברוכי הכישרון הנ”ל , יגיעו למה ששינה באופן מהותי אורחות חיי אנוש , להשקעות הרבות שנדרשו ( וכאן בצדק ) על מנת להביא לידי ביטוי את רעיונם .
גם הסיפא של המאמר מתייחס להיבט זה בניסוח שלהלן :
“לסיכום, בואו נדבר על הסכנות שאורבות למדע. ניתן לראות בנקל כי שיטות המחקר והניסוי הנוכחיות הופכות לבלתי ניתנות למימוש. מאיצים, טלסקופי חלל, כל אלה הם פרויקטי ענק בעלויות אסטרונומיות שדורשים שנים רבות להשלימם. אילו שיטות חדשות יש לבחון ולאמץ? והשאלה האחרונה: האם פיסיקה עדיין תהיה חשובה? כן!”
ולהוא עם הפצצות , במידה וקיימת אצלך תופעה של עירבוב הגות מדעית באלימות (פצצות ? ) , לפני שהתופעה תחריף אולי תתייעץ עם מומחה .
אגב בתקופה של קופרניקוס וגליליי הייתה אלימות מסוג אחר , וזה לא עזר לה .
למיכאל ולפיבונאצי :
והופסקתי , מסיבות שלא יכול לפרט , ובעיקר ניתוק מהאינטרנט , ומשך הזמן הקצר מאוד שעומד לרשותי כאשר הוא זמין .
אזי אולי בפעם אחרת .
אולי פצצות לגבות
הגבות:
מה אתה מנסה לומר?
חממות אנוש :
צומחות בסופו של דבר מכורח ההתרחשויות / הנסיבות , שבמידה ולא , איינשטיין היה צריך כור אטומי בשביל E=mc² , וקופרניקוס לפניו מעבורת בשביל התיאוריה ההליוצנטרית .
מה חדש
לא נורא פיספסת קצת את בריאת היקום עשה לך אחד אחר. הכל ניסוי וטעיה.
טעות שלי .
אבי,
“נתחיל בשאלה ,איך התחיל היקום?’. אור באורכי גל שונים מאפשר לנו להתבונן ביקום שלנו, שגילו 13.7 מיליארד שנה, לפני 13.5 מיליארד שנה. המפץ הגדול, הרגע בו נולד היקום שלנו”
הקטע הזה לא ברור ולא נכון מבחינת זמנים אבקש לתקן אותו, תודה.
מאלף. תודה רבה.
אכן כתבה שמעלה תהייות שונות על הדברים שנאמרו
הרצאה מרתקת.
תודה על הכתבה.
כתבה טובה.