יותר ממאה שנה אחרי שאלברט איינשטיין ניסח את תורת היחסות הכללית, חוקרים בבאר שבע העמידו אחד מעקרונות היסוד שלה במבחן יוצא דופן – הפעם בעולם הקוונטי.
המחקר, שפורסם בכתב העת המדעי Science Advances, נערך בהובלת פרופ׳ רון פולמן מאוניברסיטת בן־גוריון בנגב, בשיתוף חוקרים מאוניברסיטת אולם בגרמניה, אוניברסיטת אוקספורד ומוסדות מחקר נוספים, ובהשתתפות הפיזיקאי וזוכה פרס נובל פרופ׳ סר רוג׳ר פנרוז.
בלב המחקר נמצאת אחת השאלות הגדולות והוותיקות ביותר בפיזיקה: כיצד שתי התיאוריות המצליחות ביותר לתיאור הטבע – מכניקת הקוונטים ותורת הכבידה של איינשטיין – יכולות להשתלב זו בזו.
מכניקת הקוונטים מתארת את עולמם של אטומים וחלקיקים זעירים, שבו עצם יכול להתנהג גם כגל ולהימצא בכמה מצבים בו־זמנית. תורת היחסות הכללית, לעומת זאת, מתארת את כוח הכבידה ואת התנהגותם של גופים גדולים, מכוכבי לכת ועד גלקסיות.
אחד מעקרונות היסוד של איינשטיין הוא עקרון השקילות. באופן פשוט, הוא קובע כי עבור מי שנמצא בנפילה חופשית, כוח הכבידה "נעלם" באופן מקומי. אדם הנופל בחופשיות, למשל, יחוש לרגע חוסר משקל.
העיקרון הזה נבדק שוב ושוב על גופים גדולים, אבל השאלה מה קורה כאשר מכניסים לתמונה עצם קוונטי – כזה שיכול למעשה לנוע ביותר ממסלול אחד בו־זמנית – מורכבת הרבה יותר.
כאן נכנס לתמונה הניסוי שבוצע במעבדת "השבב האטומי" באוניברסיטת בן־גוריון.
החוקרים השתמשו באטומי רובידיום שקוררו לטמפרטורה הקרובה מאוד לאפס המוחלט. באמצעות פולסים של מיקרוגל ושדות מגנטיים מדויקים הם הכניסו את האטומים למצב של סופרפוזיציה קוונטית – מצב שבו אפשר לתאר את האטום כאילו הוא מתקדם בו־זמנית בשני מסלולים שונים.
החוקרים פיתחו לשם כך מנגנון שכינו "אינטרפרומטר גלילאו קוונטי". בחלק אחד של הניסוי הוחזק חלק מהגל הקוונטי של האטום במקום באמצעות כוח מגנטי, בעוד החלק השני הורשה ליפול בחופשיות תחת כוח הכבידה.
לאחר מכן אוחדו שני החלקים מחדש.
כאשר גלים קוונטיים מתאחדים, נוצרת תופעת התאבכות, שמאפשרת למדוד הבדלים זעירים מאוד בין המצבים שעברו במסלולים השונים. בדרך זו הצליחו החוקרים למדוד כיצד השתנה מצבו הקוונטי של האטום במהלך הנפילה.
לדברי החוקרים, התוצאה שנמדדה הייתה זהה לזו שמתקבלת כאשר מיישמים את עקרון השקילות של איינשטיין על מערכת קוונטית.
המשמעות היא שבתחום הפרמטרים שנבדק בניסוי, עקרון השקילות נותר עקבי עם מכניקת הקוונטים.
עם זאת, החוקרים מדגישים כי התוצאה אינה פותרת את אחת הבעיות הגדולות של הפיזיקה ואינה מאחדת בין תורת הקוונטים לבין הכבידה. היא גם אינה מוכיחה שכוח הכבידה עצמו הוא קוונטי.
פרופ׳ רון פולמן מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בן־גוריון, החוקר הראשי במחקר, אמר כי מדובר בעבודה שמשלבת ניסוי מורכב עם פרשנות תיאורטית לשאלה בסיסית במיוחד: כיצד ניתן בסופו של דבר לחבר את הכבידה ואת תורת הקוונטים לתיאור אחד של היקום.
לדבריו, שני התחומים מהווים את עמודי התווך של הפיזיקה המודרנית, אך עד היום לא נמצאה מסגרת תיאורטית מלאה שמאחדת ביניהם.
פרופ׳ ולאטקו ודרל מאוניברסיטת אוקספורד, שהיה שותף למחקר, ציין כי הניסוי דוחף את מכניקת הקוונטים לאחד הגבולות המסקרנים ביותר שלה – המפגש עם כוח הכבידה – ומראה שוב כי התחזיות הקוונטיות ממשיכות להתקיים גם שם.
גם פרופ׳ סר רוג׳ר פנרוז, זוכה פרס נובל ואחד הפיזיקאים הבולטים בעולם, היה שותף למחקר. חשוב לציין כי תוצאות הניסוי אינן שוללות רעיון שפנרוז עצמו העלה בעבר, שלפיו מכניקת הקוונטים עשויה להפסיק לתאר באופן מלא עצמים בעלי מסה גדולה מספיק הנשמרים במצב קוונטי לאורך זמן.
הניסוי הנוכחי לא הגיע למסות או לפרקי הזמן הדרושים כדי לבדוק את האפשרות הזאת.
השלב הבא של החוקרים יהיה לנסות להתקדם למערכות כבדות יותר. באותה קבוצת מחקר באוניברסיטת בן־גוריון כבר מתקיים ניסוי המבקש להשתמש בעצמים כבדים בהרבה, ובהם ננו־יהלומים, כדי לבדוק עד כמה רחוק אפשר לדחוף את המפגש בין עולם הקוונטים לבין כוח הכבידה.
במחקר השתתפו חוקרים מאוניברסיטת בן־גוריון, אוניברסיטת אוקספורד, אוניברסיטת אולם, אוניברסיטת סאות'המפטון, המרכז הגרמני לחלל, המכון לטכנולוגיות קוונטיות באולם ואוניברסיטת טקסס, לצד גופים נוספים.
קבוצת ערים
- אופקים
- אור יהודה
- אילת והערבה
- אשדוד
- אשקלון
- באר יעקב
- באר שבע והנגב
- בת ים
- גבעת שמואל
- גבעתיים
- גדרה
- גן יבנה
- גני תקווה
- דימונה
- הרצליה
- חולון
- יבנה
- יהוד מונוסון
- ירוחם
- ירושלים
- כל הארץ
- כפר סבא
- לוד
- מודיעין מכבים רעות
- מועצות - עוטף עזה
- מזכרת בתיה
- מצפה רמון
- נס ציונה
- נתיבות
- נתניה
- סביון
- ערד
- פתח תקווה
- קריית אונו
- קריית גת
- קריית עקרון
- קרית מלאכי ו-מ.א באר טוביה
- ראש העין
- ראשון לציון
- רחובות
- רמלה
- רמת גן
- רמת השרון
- שדרות
קטגוריות
זכויות יוצרים: המערכת משקיעה מאמצים רבים באיתור בעלי זכויות היוצרים בתכנים המופצים ברבים. במידה ופורסמה מדיה שבעליה אינו ידוע, השימוש נעשה לפי סעיף 27א לחוק זכויות יוצרים. אם הנכם בעלי הזכויות, ניתן לפנות אלינו לצורך הוספת קרדיט או הסרת התוכן.
