סופית – מסע בזמן אינו אפשרי

תורת היחסות הפרטית שוב קבלה חיזוק ניסויי: לא ניתן לעבור את מהירות האור

כרזת הסרט בחזרה לעתיד, בכיכובו של מייקל ג'יי פוקס
כרזת הסרט בחזרה לעתיד, בכיכובו של מייקל ג'יי פוקס

פיסיקאים מהונג קונג בראשותו של פרופ' שנגוואנג דו Shengwang Du מאוניברסיטת הונג קונג למדע וטכנולוגיה בהונג קונג, סין, פרסמו מחקר לפיו הפוטון הבודד לא יכול לעבור את מהירות האור. פירושו של דבר שהפוטון נע במהירות c, אך אינו יכול לנוע מהר יותר מזה. המחקר פורסם כמאמר קצר בכתב העת Physical Review Letters.

לתוצאות יש משמעות לגבי המהירות המקסימאלית שבה ניתן להעביר מידע (כלומר, השלכות לתחום התקשורת והמחשוב) וגם השלכות תיאורטיות בכך שמזה שנים לא היה ברור האם הפוטון הבודד מציית לסיבתיות והאם קיימים הטכיונים המסתוריים. עתה בניסוי אופטי מהונג קונג התברר שהפוטון הבודד מציית לחלוטין לחוקי הסיבתיות, וכך גם לחץ הזמן. פירושו שהסיבה אינה יכולה להופיע לפני התוצאה.
מסתבר שהאנטי-טלפון הטכיוני מ-1973 של בנפורד, בוק וניוקמב לא יכול להתממש. לפי הטלפון הזה ישנם שני אנשים משה וחיים ולכל אחד מהם ישנו משדר של טכיונים ששולח מידע שעה אחורנית בזמן. כלומר מדובר כאן במהירות הסיגנל שנשלח אחורנית בזמן. נניח שמשה וחיים מגיעים להסכם הבא: משה ישלח מסר בשעה שלוש אם ורק אם הוא לא יקבל כזה בשעה אחת. חיים ישלח מסר שיגיע למשה בשעה אחת מיד כאשר הוא יקבל כזה ממשה בשעה שתיים. וככה משה וחיים אף פעם לא יכולים לדבר באנטי-טלפון הטכיוני שמשדר לעבר, או תחלופת המסרים בין משה לחיים תתקיים אם ורק אם היא לא תתרחש.
ולכן אם משתמשים במכשיר טלפון שמשגר סיגנלים במהירות גבוהה מזו של האור מגיעים לפרדוקס. עכשיו נניח שלטלפון האנטי טכיוני יש פקס אנטי טכיוני. וויליאם שיקספיר ופרנסיס בייקון מסכימים ביניהם ששיקספיר יעביר בפקס את המלט לבייקון. שייקספיר מעביר את המלט על גבי הפקס הטכיוני ובייקון מקבל את הפקס בזמן מוקדם יותר. האם ניתן לטעון שבייקון כתב את המלט? לא, כי שום טיעון לא יכול לגרום לבייקון להיות מחבר של המלט. זהו שייקספיר ולא בייקון שהינו בעל השליטה על תוכן הפקס שנשלח. החתימה על המלט היא גודל אינבריאנטי.
עכשיו דומה שהבעיות האלה נפתרו על ידי הניסוי של החוקרים מהונג קונג. מבחינת תורת היחסות הפרטית שאותה פרסם אינשטיין ב-1905 הוא דיבר על שני דברים:
1) תשדורת סיגנל מהירה יותר ממהירות האור היא בלתי אפשרית.
2) גוף חומרי לא יכול לצבור מהירות שתגיע למהירות האור.
החוקרים הוכיחו שהפוטון הבודד שמרכיב את הסיגנל אכן נע במהירות האור. והם הוכיחו בניסוי שתשדורת סיגנל מהירה יותר ממהירות האור היא בלתי אפשרית.
מחקרים קודמים ניסו להדגים כמה מהר האור יכול לנוע. מאז שני המאמרים הראשונים ב-1914 של ארנולד זומרפלד ולאון ברילואין, שחקרו את התפשטות האור בתווך דיפרקטיבי, כלומר מפזר, החוקרים התעניינו בתופעה של התפשטות פולסי אור (שמורכבים מפוטונים רבים) בתוך התווך המפזר. הם גילו שמהירות החבורה של הפולס עשויה להיות גבוהה יותר ממהירות האור בואקום. מחקרים אף דווחו על הדגמות של מהירות איטית מהאור ועל מהירות חבורה כה איטית, עד כדי כמעט עצירה של הפולס. הדגמה של מהירות חבורה על אורית הודגמה במספר ניסויים בחומרים מוצקים והתופעה קשורה בפיזור הרב של החומר. מידת הפיזור היא שתוביל להאטה של מהירות החבורה מצד אחד או למהירות חבורה על אורית מצד שני.
למרות שמחקרים קודמים אלה מצאו שמהירות החבורה של האור עשויה להיות מהירה ממהירות האור, החוקרים סברו שמהירות הסיגנל – כלומר, המהירות שבה המידע נע – לא יכולה לעבור את מהירות האור. וכך, תורת היחסות של אינשטיין דומה שניצלה. אולם לאור הממצא האחרון של החוקרים מהונג קונג, הם תהו האם פוטונים בודדים נעים במהירות החבורה או במהירות הסיגנל?
כאשר מדברים על סיגנל אופטי שמתפשט בתוך תווך דיפרקטיבי, החוקרים האמינו שמהירות הסיגנל שווה תמיד למהירות האור ללא תלות בתכונות של התווך המפזר. הם סברו לכן שישנו גל טרנסיינט שקרוי מקדים אופטי, שהוא התנהגות רגעית של השדה של הגל המתפשט. גל הטרנסיינט נע במהירות האור בואקום. הבעיה היא, שנדרשו ניסויים שידגימו שהמקדים האופטי הוא החלק המהיר ביותר בהתפשטות הפולס האופטי.
כדי לפתור את התעלומה: האם מהירות הפוטון הבודד היא מהירות החבורה או מהירות הסיגנל, הניסוי של הקבוצה בראשותו של פרופ' שנגוואנג לא רק שהפיק פוטונים בודדים, אלא גם נקט בהפרדת המקדים האופטי משאר הפולס, או מהפוטון. החוקרים בראשותו של פרופ' שנגוואנג הדגישו, שניסויים קודמים שהיו מבוססים על התפשטות גלים אלקטרומגנטיים מקרוסקופיים – ואלה היו גם מעורבים בפוטונים רבים – הראו שהמקדים האופטי הוא החלק המהיר ביותר בהתפשטות של הפולס האופטי. ואולם המחקר של החוקרים מהונג קונג הוא הבדיקה הניסויית הראשונה שמראה שהמקדימים האופטיים קיימים ברמה של הפוטון הבודד, והם החלק המהיר ביותר בחבילת הגל של הפוטון הבודד.
פירושו שלפוטון יש מהירות סיגנל שהיא מהירות האור ולא ניתן לעבור את המהירות הזו! תורת היחסות הפרטית של אינשטיין שוב קיבלה חיזוק ניסויי יותר ממאה שנה לאחר שהוצעה.
לידיעה בנושא באתר הפיזיקה
נסיעתו של מארטי מקפליי בזמן בלתי אפשרית

סרטי המסע בזמן של כל הזמנים:

נסיעה אחורה בזמן עם גוגל ארץ':

 

הזמן במבט מהצד – פנטסיה 2000

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

64 תגובות

  1. בימים שמסע בזמן היה אפשרי, לי אישית היה קשה לקבל את זה. אני שאלתי את עצמי שאלות פשוטות כגון: נניח שאנחנו נעביר את מגדל עזריאלי 10 דקות אחורה בזמן (לפרדס חנה). יצא מזה, שבזמן האמור היקום שלנו (בעבר) יכיל את עצמו + מגדל עזריאלי ובהווה אנחנו נהיה עם החומר הנתון פחות המגדל. זה נראה לי בלתי סביר ובלתי פתיר. בכל אופן, 10 דקות זה לא הרבה זמן ואלו חולפים להן כמו 10 דקות ונשאלת השאלה – מה קורה בדקה העשירית (שאנחנו מגיעים בזמן לנקודה בה העברנו את המגדל).
    כשהכרחתי את עצמי לקבל את המסע בזמן, זה היה נראה כמו משהו חד כיווני (אל העבר). אז מה שהייתי עושה הייתי עושה טיולים בזמן ומנסה ליצר שיחה עם יהוירין (עבד שחי כאן לפני 2300 שנה). בזמן שדברנו היה ברור לי שהעתיד ממנו באתי קיים ובעצם המסע הביתה הוא בעצם מסע בזמן בכיוון ההפוך – משמע אל העתיד. ואם אני יכול לקפוץ ליהוירין ולחזור, הרי שאני יכול לעשות את אותו הדבר אבל בכיוון ההפוך (לקפוץ לשיחה עם קי שחי בשנת 4123). זה הוליד לי שאלה די פשוטה: אם אני יכול לדבר עם יהוירין ועם קי – אז מה שיש לנו כרגע זה עתיד שנכתב מראש. או במילים אחרות העתיד כמו העבר הוא כמו סרט. אנחנו פשוט צריכים להגיע אל הפריים הנכון כדי לדעת מה קרה שם. (לא מיותר לציין שגם את התובנה הזו אני לא מחבב).
    אבל אז נכנס לסיפור המשתנה הבלתי ידוע הידוע כחומר/אנרגיה אפלה שאנחנו לא יודעים יותר מידי בגין העיניין הזה (חוץ מהעובדה שהם הרוב כאן ולא אנחנו) אבל אנחנו יכולים לשער שרב המשותף על השונה (בין החומר הקיים כאן לחומר הקיים שם) ואולי ביום בו נכול לשים את היד שלנו על החומר/אנרגיה הזו המציאות שלנו, תראה אחרת. בכל אופן, מאחר ואנחנו החריגים (פחות מאחוז ביחס לכלל החומר הקיים) זה כשלעצמו משאיר הרבה מאוד מקום למחקר אולי אפילו לאלוהים…

  2. ליוסי כהן:

    כפי שכתבת, מסע בזמן במובן שנמצא בדמיונם של רבים הוא סתירה פנימית.
    לדעתי, השאלה האמיתית היא; האם ניתן "לצאת מהקופסא" של הזמן, ולהתבונן על הכול במבט חיצוני, מלמעלה, ללא יכולת השפעה על המציאות שנתונה במגבלות הזמן.

  3. איך כל זה מסתדר עם ההנחה המקובלת שבעת המפץ הגדול, חומר ואנרגיה התפשטו במהירות גדולה ממהירות האור?

  4. באופן תאורטי אם עוברים את מהירות האור אז בעצם התהליך שקורה הוא חזרה בזמן. מכיון שהחוקרים הוכיחו שלא ניתן לעבור את מהירות האור- אז ההיסק הלוגי שנובע מכך הוא שגם אי אפשר לחזור בזמן.

  5. אי אפשר לחזור ולשנות כי אז לא צריך לחזור ולשנות ואז השינוי לא קרה. לגבי העתיד, הוא כל הזמן משתנה

  6. מסע בזמן בלתי אפשרי בגלל סיבה אחת:
    בגלל המצב שבו דברים גורמים לדברים אחרים לקרות גם אם מישהו יחזור בזמן ויעשה את מה שהוא רצה הוא בעצם לא יעשה את זה כי הסיבה למסע נעלמה
    נניח מישהו חוזר בזמן כדי להציל מישהו ממפגע כלשהו הוא חזר בזמן והציל אותו מהמפגע מכאן שהוא לא היה צריך להציל אותו כי הרי במצב הנתון הוא ללא פגע והוא אינו צריך הצלה (המפגע לא התרחש לכן הסיבה למסע מתבטלת) ואז בעצם הוא לא נוסע בזמן להציל אותו מה שמבטל את הצלתו של האדם והמצב אינו משתנה

    (וגם שהתפישה שלנו של זמן היא שינויים בחומר וכדי לחזור בזמן ולהיות מודע לכך אתה צריך להחזיר את כל החומר אחורה בכל תהליכיו האינסופיים של היקום או רק בכדו"א לא כולל את החומר שמרכיב את התודעה שלך ולהחזיר חומר מתהליכיו השונים לא תמיד אפשרי או דורש כמות אנרגיה בלתי מוגבלת מה שאין לנו)

  7. ישראל:
    אתה מבין לא נכון.
    יש הבדל בין מהירות האור לבין מהירויות אחרות ומה שמאחד את כולן היא נוסחת חישוב המהירות היחסית של תורת היחסות.
    אם עד כה חשבתי שרק אינך מבין את תורת היחסות הרי שתשובתך האחרונה מרמזת על כך שאפילו אינך יודע על קיומה.
    בנוסף לכך, מצביע האופן בו סיימת את תגובתך על כך שאינך רק בור אלא שאתה גם חצוף.
    הייתי מציע לך להשתפר אבל אתה כבר שפירא וכנראה הגעת למקסימום האישי שלך.

  8. הבנתי אותך, מיכאל, אז אני מניח לפי דבריך שאותו עיקרון חל גם על כדור רובה או גל במים. ז"א שאם רובה יורה כדור במהירות של 1000 מ\ש, אז כל צופה ימדוד את אותה המהירות של 1000 מ\ש יחסית אליו ואין זה משנה מה מהירותו של הצופה? ומה אם הצופה טס בעצמו במהירות של 1000 מ\ש באותו כיוון? האין מהירותו אפס יחסית לכדור?
    ולגבי גל במים: אם מהירותו נאמר 10 מ\ש, יחסית למים, האין מהירותו אפס יחסית לגולש הרוכב עליו וצופה בו? ו50 מ\ש יחסית לסירה הנוסעת במהירות 40 מ\ש בכיוון ההפוך?
    עכשיו השווה זאת לאור, ומצא את ההבדל.
    נא להשתפר.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן