הדפסה

מי אמר שהגודל לא קובע? על מיסתורין מכניקת הקוונטים.

on .

בני האדם מבינים בצורה האינטואיטיבית מהו עולם המוגדר בסקאלות מידה גדולות יחסית (ק"מ, מטר,  ס"מ), בהן הכוחות ה"רגילים" המתוארים ע"י חוקי ניוטון, עובדים כהלכה ומצליחים לתאר תופעות שונות המתרחשות בטבע. אך כאשר מדברים על מולקולות ואטומים יורדים לעולם עם סקאלות מאוד קטנות, שם התנהגות החלקיקים לא תואמת את הכוחות הרגילים, האינטואיטיבים. מכניקת הקוונטים בה לתת מענה לתופעות המתרחשות בסקאלות הקטנות.

ראשית, בכדי להבין את מכניקת הקוונטים, צריך להבין את אבני הבניין של מכניקה קלאסית, המחלקת את עולמנו לשתי סוגי תופעות: תופעות של חלקיקים ותופעות של גלים. חלקיק מאופיין ע"י מסה או אנרגיה, החלקיק תופס נפח סופי (גבולות מוגדרים) ומתואר ע"י המיקום והזמן. לעומת זאת גל הוא הפרעה שמתקדמת בתווך בהתאם למשוואת הגלים ומתוארת ע"י אורך הגל (הקובע את התדירות) ומשרעת הגל (גובה הגל).

חוקי המכניקה הקלאסית, שימשו לתיאור תופעות רבות עד תחילת המאה ה-20, אחת התופעות היא כאשר יורים חלקיקים דרך סדק יחיד מקבלים דוגמה אופיינית לחלקיק- סימון במקומות בהם עברו החלקיקים את הסדק ופגעו בקיר (פס יחיד), ולכן אם יורים חלקיקים דרך שני סדקים נצפה לקבל בהתאמה שני פסים. אולם בשנות ה-60, ערכו ניסוי בו הקרינו אלקטרונים, שהוגדרו בזמנו כ"חלקיקים טהורים", דרך סדק יחיד ודרך שני סדקים. דרך סדק יחיד התקבל כמצופה פס יחיד, אך כאשר הוקרנו האלקטרונים דרך שני סדקים, קיבלו תופעת התאבכות ועקיפה, התנהגות זו תואמת תכונה של גל. מהניסוי הסיקו, כי לחלקיקים יש גם תכונות גליות.

.לעצמים גדולים, כמו בני אדם קיימות תכונות גליות, עם זאת מכיוון שמדובר בסקאלת מידה גדולה (מאקרוסקופית) הגלים לא ניתנים להבחנה. מכניקת הקוונטים מסבירה כי ניתן להתייחס לכל עצם מכל סדר גודל, כגל בתנאים מסוימים וכחלקיק בתנאים אחרים, תופעה זו נקראת דואליות גל-חלקיק

הבחינו בתופעה מבלבלת נוספת בניסוי עם שני הסדקים- בהוספת מכשיר מדידה על מנת לבדוק מאיזה סדק עבר החלקיק שנורה, במקום קבלת תבנית התאבכות ועקיפה כמקודם, התקבלו שני סדקים, דבר התואם התנהגות חלקיקית. ניתן לחשוב כי האלקטרון מודע למכשיר המדידה ובעקבות כך חוזר להתנהג כחלקיק. אך בעצם, על מנת לבצע את המדידה, מכשיר המדידה ביצע אינטראקציה עם האלקטרון ובכך השפיע על הניסוי וגרם לקריסת תבנית ההתאבכות.

ניסוי זה יחד עם ניסויים נוספים הובילו לפיתוח תאוריית מכניקת הקוונטים. על מנת לפתח תואריה זו היה צריך להיפרד מהשקפה עקרונית בפיזיקה והיא הדטרמיניזם, חזרה על ניסוי מספר פעמים באותם התנאים תגרור תוצאה זהה. מכניקת הקוונטים גורסת את ההשקפה הזו, כלומר, אם מבצעים את אותו הניסוי שוב, יש סיכוי לקבל תוצאה אחרת, והטבע, כזריקת קוביות, מגריל את תוצאות הניסוי. אם מדובר בהגרלת תוצאה, המשמעות היא שלכל תוצאה יש הסתברות מסוימת להתקבל בניסוי. ולכן מכניקת הקוונטים עוסקת בחיזוי התפלגות התוצאות.

.כפי שהפיזיקאים למדו, סקאלת הגודל חשובה מאוד כשאנו בוחנים תופעות פיזקאליות המתרחשות בעולמנו, כך שחוקים ותאוריות שתיארו בצורה טובה תופעות המתרחשות בסקאלות גדולות, נפלו כאשר בחנו תופעות בסקאלות יותר קטנות, ואילצו פיזקאים לחשוב מחדש על חשיבותו של המושג גודל

  {youtube}XZQ3aT9Q_bE&list=PLW3u28VuDAHKxs9dFxYMQ8P9_D9-foOzR{/youtube}

 

 

FaLang translation system by Faboba