סיקור מקיף

זמן אפס

מה משמעותו של הזמן בתורת הקוונטים? לפי חישוב של פרופ' אלי פולק ממכון ויצמן למדע, משך הזמן שלוקח לחלקיק קוונטי לעבור דרך מחסום אטום הוא, ובכן, אפס.

אילוסטרציה: numb3r.
אילוסטרציה: numb3r.

חלבונים הם שרשרות מולקולריות ארוכות אשר מתַפקדות כאשר הן מקופלות במרחב במבנה מדויק. מעת לעת נפרמים מבנים תלת-ממדיים אלה, השרשרת המולקולרית נפתחת – ואז חוזרת ומתקפלת שוב. התפלגות משך הזמן החולף כאשר החלבון הפרום מתקפל, או להיפך, נמדדה כבר בעבר, שכן התיאוריה הנדרשת כדי לתאר את ההתפלגות הזאת מבוססת על המכאניקה הקלאסית. אבל פרופ' אלי פולק, מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, החליט לנסות להבין אם אפשר למדוד את משך זמן המעבר בין מצבים שונים גם במסגרת המכאניקה הקוונטית, שאלה שמעלה תהייה ותיקה אחרת: מה משמעותו של הזמן בתורת הקוונטים?

פרופ' פולק הראה, שכדי לענות על שאלה בסיסית זו יש לשאול – ולענות – מה ההסתברות שבזמן מסוים תעבור המערכת ממצב קוונטי אחד למצב קוונטי אחר. אחת התופעות הקוונטיות המרתקות בהקשר זה היא תופעת המינהור: חלקיק קוונטי יכול לחדור ולעבור דרך מחסום אטום. לפיכך, מסקרן לדעת כמה זמן נדרש לחלקיק הקוונטי לבצע את המינהור (כלומר, לעבור דרך המחסום הפיסי). פרופ' פולק חישב את התהליך הזה והוכיח שמשך הזמן הממוצע הנדרש לשינוי המצב הקוונטי במערכות שמצויות בטמפרטורות נמוכות מספיק הוא – אפס. כלומר, השינוי מתבצע באפס זמן. המשכו של אותו חישוב הראה, שלעיתים, ככל שהמרחק שהמערכת עוברת לצורך השינוי גדול יותר, כך משך הזמן הנדרש לשם כך קטן יותר.

"תוצאות אלה מקרבות אותנו להבנת מקומו ותפקידו של הזמן במערכות אשר פועלות על-פי חוקי תורת הקוונטים"

פרופ' אלי פולק. צמצום משמעותי של אי-הוודאות המתוארת בעקרון אי-הוודאות. מקור: מגזין מכון ויצמן.
פרופ' אלי פולק. צמצום משמעותי של אי-הוודאות המתוארת בעקרון אי-הוודאות. מקור: מגזין מכון ויצמן.

עוד התפתחות מאותו חישוב הובילה את פרופ' פולק לתוצאה מפתיעה נוספת: במערכות כאלה אפשר לחשב ולמצוא את מיקומו הכמעט מדויק של חלקיק המצוי בתנועה. במילים אחרות, מדובר בצמצום משמעותי של אי-הוודאות המתוארת בעקרון אי-הוודאות המפורסם שטבע ב-1927 ורנר הייזנברג, הפיסיקאי הגרמני חתן פרס נובל. חישובים אלה כלולים במאמרים שפירסם באחרונה פרופ' פולק בכתבי-העת המדעיים Journal of Physical Chemistry Letters ו-Physical Review Letters. לאור ממצאים אלה אומר פרופ' פולק, שתוצאות אלה מקרבות אותנו להבנת מקומו ותפקידו של הזמן במערכות אשר פועלות על-פי חוקי תורת הקוונטים.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

36 תגובות

  1. שלום לכולכם,
    זהו דיון משנת 2017, כך שאני פונה אליכם מהעתיד (03.01.2021)…
    אני בודק איתכם הירהורים משלי:
    1. היקום אינו "קווי כוח" אלא "ים", ומערבולות של המרחב זמן עצמו הם ההסבר לבעיית התנועה ה"חסרה" של הגלקסיות.
    2. אם מהירות האור היא מכסימאלית בחוק טבע של מרחב חלקי זמן – הרי שלביטוי של "זמן חלקי מרחב" יש מינימום.
    3. היחס "זמן חלקי מרחב" מבטא את "עקימות המרחב" מבחינה גיאומטרית, והמינימום הוא הישר המושלם.
    4. מקסימום המהירות היא מינימום העקימות במרחב זמן = הישר.
    5. מינימום ה"ישר" גם הוא מתנדנד – הכל מתנדנד.
    6. הדרך "להתגבר" על הכבידה היא – לאבך אותה.

    ובמו שכותב כאן אדם בשם יהודה- בנעימות, במחילה מכם 🙂

    תודה.

  2. לישראל
    על קרינה לא חשבתי. אני מסתדר בלי קרינה, וויליאם (מאוקהם) יהיה מרוצה אם אני לא אכניס עוד גורם לתיאוריה, אבל שוב, אולי כדאי להקדיש לכך מחשבה נוספת.
    לילה טוב
    יהודה

  3. יודה

    יכול להיות שסביב השמש יש הוריקן שמסתובב במהירויות שונות כאשר כל מהירות מותאמת בדיוק למהירות הסיבוב של הפלנטה הרלוונטית, ושלארץ יש הוריקן פרטי משלה שמותאם למהירות סיבוב הירח, ולצדק יש הוריקן שלו שמהירויות הסיבוב שלו מתאימות בדיוק למהירויות הסיבוב של איו אירופה גנימד קליסטו וכל המשפחה.

    יכול להיות – אבל אוקהם זע בכסאו באי נוחות.

    מדוע לא תנסה קרינה במקום חלקיקים? לקרינה אלקטרומגנטית יש תכונה שלא משנה באיזו מהירות תנוע, היא תמיד נעה יחסית אליך במהירות האור.

    לא סוגר לנו פינה?

  4. לישראל
    קודם כל עם כוכבי הלכת והשמש אין בעייה ואין חיכוך. כנ"ל גם עם כל השמשות האחרות (הכוכבים בלעז) אבל מה עם הגלקסיות, הצבירים והזברורים?? ובכן…. כאן אין גרביטציה והם נעים בגלל סיבה אחרת. אתה בטח חושב שאני מגזים אבל אולי מי שהגזים זה מי שהחליטו שעקרונות הסיבוב של הגלקסיות (גודל של מאה מיליון שנות אור) הם בדיוק אותן העקרונות שמפעילים את התפוח שנפל על הראש של ניוטון??? מצחיק לא? אז נעשה סדר.כוכבי הלכת נעים בגלל גרביטציה . זה נימדד וזה נימצא נכון. אבל הם בקושי אלפית שנת אור, אתה לא יכול לקבוע שאותה הנוסחה תפעל גם למרחקים של פי מאה מיליון(הגלקסיה) או למרחקים של פי מאה מיליארד(בין גלקסיות וצבירים וזברבורים) . אתה יכול כמובן לנסות אבל כשהחישובים לא מסתדרים, זרוק את הנוסחה!, אל תוסיף לי מסה אפלה ואנרגיה אפלה רק כדי להחזיק את הנוסחה הקדושה של התפוח הקדוש של ניוטון. ודרך אגב לזכותו של ניוטון נאמר שהיקום בזמנו היה זעיר , עד כוכב הלכת שבתאי לכן אין להאשים אותו שהוא אמר שהנוסחה שלו פועלת על כל היקום.
    אז למה לא ניוטון, אמרתי, והסברתי, אבל למה בכל זאת הגלקסיה האהובה שלנו מסתובבת ולמה אנדרומדה האהובה דוהרת לקראתנו?. ובכן…. הפרש לחצים.
    עייפתי, ולך תדע אם אבי היקר יאשר התגובה, ומתי, אז מי שרוצה שיכנס לאתר שלי(ראה תגובה קודמת)
    נא להגיב בעדינות
    והפעם יותר מתמיד.
    יהודה

  5. אבל יודה!

    האין זה מחייב שלכל מסה – הארץ, הירח, אטום בודד – יש הוריקן פרטי משלו שכיוונו ומהירותו שונים מכיוון וגודל ההוריקן שסובב את השמש? הגלקסיה? הצביר? הזברביר?

  6. לישראל
    המסקנות הנובעות מקיומה של דרך מחשבה זו הן מאוד מיוחדות, למשל, חיכוך הקיים בתנועה בחלל "ריק" שלא בכיוון תנועתם של כוכבי הלכת, מהירות אור שונה בעבר ובעתיד. קבוע גרביטציה משתנה ולכן גופים מאבדים ממשקלם לאורך זמן, אין צורך בחומר אפל או באנרגיה אפלה להסברת התנועה ביקום, הגרביטציה מוגבלת במרחק עליו היא פועלת ולכן משהו אחר מניע את הגלקסיות, התפשטות היקום פועלת גם בתוך הגלקסיות, היא גם יכולה להסביר את הפרצסיה של כוכב חמה ללא צורך בתורת היחסות ועוד , ועוד.
    מסקנות אלה מגדירות את כל המיכלול כ"תיאורית היקום הפשוט".
    צריך להיות אמיץ כדי להסכים למסקנות נועזות אלה, אך אומר מראש שהן מגובות בהרבה תופעות בטבע.
    אשמח לשמוע את דעתך ודעתם של אחרים למסקנות שאני יודע שהן מוזרות. תודה.
    אבל,,, נא להגיב בעדינות.
    http://yekumpashut.freevar.com/

  7. לישראל
    אכן כמו שאמרת, הוריקן הפושינג גרביטי הוא רב שיכבתי כמו כל הוריקן שמרכזו הקרוב לעין ההוריקן סובב מהר יותר מהיקפו. כנ"ל, החלק בהוריקן של חלקיקיי הפושינג גרביטי מסתובב מהר יותר כשהוא קרוב יותר לשמש והחלק הרחוק יותר מהשמש מסתובב לאט יותר כך שלאף כוכב לכת וירח אין חיכוך (כמעט) מי שלא נהנה מהפריבילגיה הזאת הם השביטים והאסטרואידים שחוצים את סופות ההוריקן בתנועתם האליפסית ולכן אצלם יופיע החיכוך יותר מהרגיל.
    לי זה ממש ברור ולא הוגן שמבטלים תיאוריה כה מוצלחת בגלל חיכוך דימיוני. שים לב גם למסקנות מיוחדות המופיעות כתוצאה מהסבר הפושינג גרביטי. רשימה אצרף בתגובה הבאה. בהמשך
    עד אז להתאפק ולהגיב בעדינות.
    יהודה

  8. יודה, אל נא באפך.

    רק מנסה לראות אם ההוריקן פותר את בעיית החיכוך.

    אז בוא נראה. כדי שהארץ לא תיתקל בחיכוך בהקפתה את השמש, ההוריקן צריך להקיף את השמש באותה מהירות סיבובית כמו הארץ. מקבל?

    תנועה קצת מוזרה להוריקן. אבל אפילו אם זה נכון – מה עם יתר הפלנטות? הרי כל אחת מקיפה במהירות זוויתית שונה. האם ההוריקן הוא רב שכבתי?

    נא לענות במתינות.

  9. לישראל
    למה שהלווינים או הירח ייפלו???, הרי בממוצע הם נעים במהירותו של כדור הארץ חצי סיבוב יותר מהר וחצי יותר לאט. סתם לדבר??, ודרך אגב הייתה פלנטה שנעה שלא בהתאם למקובל אז מה עשו??, הוציאו אותה מהכלל ועכשיו, איזה יופי, כולם נעים לפי הכלל.(אם אשכחך פלוטו, תדבק לשוני לחיכי!).
    בקיצור עם תרוציך המופרכים אתה מנסה לדבוק בניוטון שאין לו שום הסבר על מהות הגרביטציה!
    טוב נירגעתי, ניכנס ללינקים ששלחת.
    יהודה

  10. יודה

    לא רק באותו הכיוון – גם באותו המישור. אף פלנטה לא מעיזה לשחות דרך הזרם..

    אבל יש לזה הסבר:

    https://www.howitworksdaily.com/which-bird-migrates-the-farthest-in-winter/

    לווינים פטורים מהמשמעת השמיימית, וחלקם מקיפים את הארץ בכיוונים מנוגדים או בכיוונים אחרים.

    https://www.quora.com/Can-a-satellite-orbit-in-any-direction-pole-to-pole-clockwise-counter-clockwise-etc

    והם לא נופלים, הם עדיין שם..

  11. ישראל
    נכון , עלים הנעים בכיוון הפוך ירגישו בחיכוך ולכן אין כוכבי לכת הנעים נגד הכיוון הכללי של כוכבי הלכת. אם היו כאלה הם מזמן נפלו לשמש. פושינג גרביטי מסביר זאת בקלות לעומת זאת ניוטון יתקשה להסביר למה אין כוכבי לכת הנעים נגד הכיוון הכללי המועדף,
    ולא רק זה, האנומליה של פיוניר שמראה האטה בתנועת החללית היא הוכחה לחיכוך. לא מקבל את הסבר נאסא על חימום מן המנועים של החללית שגורם להאטה.
    טוב, אני פורש כעת לשנת לילה מהנה ולכן אבקש לא לנצל את ההזדמנות להגיב בקשיחות. זיכרו כי מחר תזרח השמש ואני עלול לכעוס.
    לילה טוב
    יהודה

  12. יודה

    עלים הנעים בכיוון שונה מכיוון אותם עלים שהזכרת, ירגישו בהחלט חיכוך עם ההוריקן. כנ"ל לגבי פלנטות הנעות לכל הכיוונים.

    אך מכייוון שהנקודה הועלתה כבר בעבר, ואתה ישן טוב עם המחשבה, אז לא אחריד אותך משנתך הערבה.

    ליל מנוחה.

  13. לישראל
    מאמיניי החיכוך בפושינג גרביטי היו שמחים מאוד למהירות אין סופית המגדילה את משך הזמן לשרידות כוכבי הלכת. אבל אני לא חושב בכלל שקיים חיכוך לכן אני לא זקוק למהירות גדולה על- אורית או אין סופית חלילה. הסיבה היא מאוד פשוטה . ואני אסביר : חלקיקיי הפושינג גרביטי פועלים על כל דבר הנימצא במערכת השמש :- כוכבי לכת, אסטרואידים, אבנים, ענני גז וגם על… חלקיקיי הפושינג גרביטי עצמם! כלומר נכון שכל חלקיק פושינג גרביטי נא לכיוון אחר אבל הממוצע יהיה תנועה סביב השמש ממש במהירותו של כוכב הלכת באותו אזור לכן לא יהיה חיכוך בין כוכב הלכת לבין תלקיקיי הפושינג גרביטי באיזורו.
    למי שעדיין לא מבין הדבר דומה לסופת הוריקו המעיפה עלים לאוויר ואלה יעופו ללא חיכוך עם האוויר סביבם על אף שכל מולקולת אוויר נעה לכיוון אחר.
    כך שאני ישן היטב בלי פחד שהחיכוך יפריך את היקום הפשוט והאהוב!
    נותר רק לשכנע שנוסחת הגרביטציה הנוצרת ע"י הפושינג גרביטי במרחקים גדולים תהיה שונה מזו של ניוטון ושל תורת היחסות ולכן משהו אחר שאינו גרביטציה מניע את הגלקסיות למשל. פרטים בבלוג שלי:
    http://yekumpashut.freevar.com/
    נא להגיב בעדינות
    סבדרמיש יהודה

  14. אנו

    מהי משמעות הזמן בסיפור הזה- גדול עלי.

    בבלוג של סוסקינד משמעות הזמן היא בעיה מס׳ 1.

    אך אם ניקח את משך הזמן, שעל זה מדובר במאמר, דהיינו מספר השניות או חלקיקי השניות שמודד השעון בין 2 ארועים, אז על פי המאמר התשובה היא 0.

    הקשר לשזירה הוא ישיר. גם בשזירה חלקיק א׳ משפיע על חלקיק ב׳ ב0 זמן, ללא תלות במרחק.

    קיימים כמה הסברים, לדוגמה ששני החלקיקים הם בעצם חלקיק אחד. אבל יפים טוען שאם הם בעצם חלקיק אחד אז מה זה כל הגלקסיות האילו באמצע בין שניהם?

    דעתי היא שלמרות הסלידה של הפיזיקה מאינסופים, היקום הוא אינסופי כמו שטוען בוריס, היקום הפרטי הסופי שלנו הינו רק שבריר קטן מ ה י ק ו ם, שזה שכל הגלקסיות ביקום שלנו מתרחקות זו מזו ואפשר לחשב מתי כולן היו ביחד בזמן המפץ לא קשור ליקום האינסופי, כמו שרסיסיו של רימון יד המתפזרים לכל הכיוונים מהווים אולי יקום עבור מי שנמצא בתוך הכדור הנמצא ברדיוס הפיזור, אך אין להם שייכות למי שמרוחק מהרסיסים.

    וביקום אינסופי מהירות אינסופית היא הדבר הטבעי. זה מה שאנו רואים באי לוקליות בשזירה קוואנטית, וזה גם מה שנצפה במאמר שלנו.

    ואילו יודה שלנו היה מעמיק לחשוב, הוא היה רואה שזה פותר גם בעיית החיכוך בפושינג, אבל נראה לי שהתבדרנו כבר יותר מדי.

    חליבת בוקר.

  15. ישראל, תודה. אבל אני כנראה לא ניסחתי נכון את השאלה שלי.
    הכוונה שלי היתה:
    אם המעבר קורה באפס זמן אז מה היא המשמעות של הזמן בכל הסיפור הזה? האם בסקאלות כאלה ניתן להזניח את פקטור הזמן?
    ומה זה אומר (והאם זה אומר משהו בכלל) על הפרדוקס של השזירה (שאתה הצגת כמה פעמים)?

  16. אנו המומתן

    האדיוט היה כמובן למשה האדיוט.

    כדי לענות על שאלתך, התבוננן במשפט הראשון בכתבה:

    מה משמעותו של הזמן בתורת הקוונטים? לפי חישוב של פרופ' אלי פולק ממכון ויצמן למדע, משך הזמן שלוקח לחלקיק קוונטי לעבור דרך מחסום אטום הוא, ובכן, אפס.

    ומכייוון שמהירות היא מרחק מחולק בזמן, אז אם המרחק הוא סופי (מחסום האטום) ומהירות החלקיק הקוואנטי אינסופית, אז הזמן הנדרש לעבור מרחק זה הוא אפס.

    אלמנטרי, אנו יקירי.

  17. ל א. בן נר
    הכוונה היא לדבר הנוסף שנמצא במחקרים שלו ( כנראה בנוסף חוץ מהנושא של זמן אפס) שאי הוודאות קטנה בגלל שבמערכות כאלה כן ניתן לחשב את מיקומו של החלקיק .
    ציטוט : "במערכות כאלה אפשר לחשב ולמצוא את מיקומו הכמעט מדויק של חלקיק המצוי בתנועה" .

  18. אם כטענת הנאמר במאמר, "…משך הזמן הממוצע הנדרש לשינוי המצב הקוונטי במערכות שמצויות בטמפרטורות נמוכות מספיק הוא – אפס…" הרי שבאותה נקודת זמן, נקרא לה לצורך העניין "נקודת האפס בזמן" המערכת נמצאת בעת ובעונה אחת בשני המצבים הקוונטיים.
    אם מדובר על מיקום החלקיק, הרי שהמרחק בין שני המיקומים, המרחק שבין המיקום ש"לפני" לבין המיקום ש"אחרי", מבטא את את הגודל המינימלי של אי הוודאות לגבי מיקום החלקיק.
    זה בניגוד לנכתב במאמר כאילו "…מדובר בצמצום משמעותי של אי-הוודאות…".
    לא רק שאי הוודאות אינה מצטמצמת, היא גדלה.

  19. לא כל דבר שניתן להסביר מתמטית, ניתן להבין אינטואיטיבית.
    ולכן יש והיו גם גאונים כמו איינשטיין שמתקשים לקבל את תורת הקוונטים.
    מה שמוזר זה שיותר קל לאנשים לקבל את אלוהים שאותו לא ניתן להסביר אינטואיטיבית וגם לא מתמטית.

  20. בכל אופן, ישראל, ידידינו, נשמח לשמוע את תובנותיך בנושא.
    כיצד ניתן למדוד זמן אם מעברי הפאזה קורים בזמן אפס?

  21. שלום לפרופסור אמריטוס ישראל שפירא. לאן נעלמת לנו? מזמן כבר לא שמענו את הגיגיך. המופלאים חסרת לנו מאוד. כל יום פנינה חדשה

  22. יודה

    למה לא אמרת עתיד? עתיד זה משהו אחר לגמרי! בעתיד הרובוטים ישלטו, החייזרים יבקרו, נחיה חיי נצח וביבי לא יהיה ראש ממשלה (או שזה כבר קצת מוגזם).

    בהווה, מכניקת הקוואנטים מסבירה יפה את התצפיות.

    ניס – שלח מספר, או גרור גופתך במעלה ההר לגבעות אנסינו.

  23. לישראל
    אם היה לי הסבר אחר הייתם שומעים ממנו, אבל, אם אין לי הסבר אחר זה לא אומר שהוא לא קיים, ארוז באיזה נקודת זמן בעתיד, ויום אחד אולי הוא יופיע. משהו בסיגנון עולם פושינג גרביטי קוונטי ופשוט.
    סתם, מחשבות
    נא להגיב בעדינות
    יהודה

  24. יודה דוד שלהם

    דווקא חשבתי שאתה שטוען תמיד שאם תוצאות הניסויים אינן מתאימות לתאוריה יש לשנות את התאוריה, תקדש תורה שכולה מבוססת על תצפיות ותוצאות ניסויים..

    איזה הסבר אחר אתה יכול לתת לתוצאות הניסויים הרבים מספור מלבד ההסבר של מכניקת הקוואנטים?

  25. לישראל שפירא
    מה לעשות ישראל היקר, קשה לי להסכים עם המסקנות המוזרות של התורה הקוונטית. אני מודה שאני לא מבין את התורה הזאת אבל "חי או מת" או "השאלה הנישאלת תשפיע על התשובה" או "חלקיק עובר דרך שני חורים רחוקים יחסית אליו" , או "חלקיקים שנוצרים מן הריק ומיד נעלמים" וכו' וכו' , כל אלה לא מקובלים עלי. נכון שמה שאני אומר זה לא סיבה שזה לא נכון ולכן אני לא משתתף בדיון אבל דעתי האינטואיטיבית (שודאי לא חשובה) שמשהו דפוק בממלכת קוונטיניונה יהיו מי שיהיו הממדים שלה.
    נא להגיב בעדינות
    סתם רחשי לב שלי
    לילה טוב
    יהודה

  26. יודה אח שלו

    תורת הקוואנטים דפוקה?

    איזה ניסוי בדיוק מראה את זה? יש משהו יותר מדוייק ניסויית בשברי שברונים מקרוני מקרונים מהקוואנטים?

    מה קרה, לגמנו משהו הבוקר גלוג גלוג גלוג?

    ומה איינשטיין? הוא הרי טעה והפסיד במלחמה בקוואנטים. אז אולי הטעות היא אצלו ולא בקוואנטים?

    גרור את עצמך ביום ראשון הבא לסנטה מוניקה, בדיוק בנושא הזה עסקינן:

    https://www.meetup.com/Quantum-Physics-Discussion-Group/

    A DIVIDED UNIVERSE: RELATIVITY VS QUANTUM MECHANICS. THEY CAN'T BOTH BE RIGHT?

  27. למה אני חושב שמשהו דפוק בתורת הקוונטים?
    האם תורת הקוונטים דפוקה רק כשאני עושה ניסוי ששמנסה לברר זאת? או שאז היא דווקא לא דפוקה?
    נא להגיב בעדינות
    גם איינשטיין חשב ככה
    לפעמים
    יהודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן