"כל מי שמצליח להגות במכניקת הקוונטים בלי לחוש סחרחורת - לא הבין אותה". - נילס בוהר

לאחר שסיים לקרוא את ספריו של לואיס קרול, "הרפתקאות אליס בארץ הפלאות" ואת "מבעד למראה ומה שאליס מצאה שם", חש פרפר שהוא מוכן לצאת עם אליס להרפתקאה נוספת, והפעם בארץ הקוונטים. יחד עם אליס הוא נשאב דרך מסך הטלויזיה אל עולמם המופלא של חלקיקים מוזרים ותופעות מוזרות לא פחות.

מצב 1:
פרפר עלה על רכבת הפוֹטוֹן־אקספרס, עמד בתור לקבלת אנרגיה מתנודות קוונטיות (Quantum fluctuations) בבנק הייזנברג יחד עם חלקיקים וירטואליים והגיע אל המכונאי הקוונטי (Quantum mechanic) שאמר לו: "נראה שאפשר לומר די בבטחון שאף אחד לא ממש מבין את מכניקת הקוונטים".
פרפר הרהר בדבריו במשך כמה רגעים, הגיע למסקנה שמכונאי הקוונטים צודק והחליט לקרוא ספר יותר "זורם" של רם אורן, כפי שהוצע לו בעבר, תוך התנדנדות בערסל עם כוס מוחיטו בידו (-;

מצב 2:
פרפר הגיע אל המכונאי הקוונטי (Quantum mechanic) שאמר לו: "נראה שאפשר לומר די בבטחון שאף אחד לא ממש מבין את מכניקת הקוונטים".
פרפר שהיה שקוע בקריאת "אליס בארץ הקוונטים" לא שמע את דבריו של מכונאי הקוונטים. הוא המשיך ללכת בשביל ולא הבחין באנטי־פרפר שצעד מולו באותו השביל ובכיוון ההפוך. בהתנגשות ביניהם היה הבזק ושניהם התאיינו, וכאן הסתיים סיפורו של פרפר...
או שלא...דמות של אנטי־פרפר נראתה הולכת באותו הכיוון שפרפר הלך בו, ואילו בכיוון ההפוך צעד פרפר...

מצב 3:
פרפר הגיע אל המכונאי הקוונטי (Quantum mechanic) שאמר לו: "נראה שאפשר לומר די בבטחון שאף אחד לא ממש מבין את מכניקת הקוונטים".
פרפר החליט בכל זאת לנסות לקרוא את "אליס בארץ הקוונטים" והמשיך לביקור בבית הספר קופנהגן. לפתע אתם, קוראי הסקירה, הבחנתם בו וקיבעתם את מצבו כאשר ביצעתם רדוקציה של המצב הקוונטי.

הקטע שלעיל מנסה להמחיש את רעיון ה"סופרפוזיציה" של המצבים, כאשר כל המצבים שתוארו לעיל מתרחשים בו־זמנית. התפישה שלכל דבר יש מקום מוחלט נראית הגיונית בעולם המוכר לנו, אך על פי תורת הקוונטים נראה שבעולמם של החלקיקים יש כללים שונים ולא ניתן לדעת בוודאות את מיקומו של חלקיק מסויים אלא רק את ההסתברות למיקומו. הרעיון נראה הזוי, אבל די מקובל כיום בקהילה המדעית. רעיונות נוספים: תצפית על החלקיק מקבעת את מצבו; יש אנרגיה שמגיעה בתנודה קוונטית משום מקום; מה המשמעות של "כלום" בעולם הקוונטי? – העדרם המוחלט של חלקיקים אמיתיים כלשהם (הדגש הוא על "אמיתיים"; קיימים חלקיקים וירטואליים שדווקא נמצאים שם); אנטי חלקיקים הם חלקיקים מהעתיד שחוזרים לעבר ועוד רעיונות מוזרים.

רוברט גילמור כתב אלגוריה על אליס, כאשר הרעיונות הקוונטיים מומחשים בסיפור הרפתקאותיה בעולם התת־אטומי. בין קטעי הסיפור משובצים קטעי מידע רבים המסבירים את המתרחש, הן על ידי דמויות בסיפור והן בקטעים ממוסגרים וממוקדים יותר.
גילמור שיבץ בסיפור מחוות רבות לספריו של לואיס קרול (שלא לומר, ציטוטים מדוייקים עם קצת טוויסטים בסופם) ואף אזכור קל להוביט ולקוסם מארץ עוץ. האסכולה הדנית של נילס בוהר וחבריו – אסכולת קופנהגן (באנגלית The Copenhagen School ) - מוצגת כאן כבית ספר, תוך שימוש בכפל המשמעות של המילה School, עם דמויות מסיפוריו של הסופר הדני האנס כריסטיאן אנדרסן, כאשר כל דמות משקפת רעיון מסויים של המכניקה הקוונטית בהתאם לאופיה.

גילמור מציג את מבנה האטום על מרכיביו (אלקטרונים כולל ספינים, פרוטונים, נייטרונים) ואת הכוחות הפועלים ביניהם, מסביר על סוגי אנרגיה (פוטנציאלית, קינטית וכו'), על פרמיונים, בוזונים, פוטונים, קווארקים, גלואונים, חלקיקים וירטואלים, קשר יוני וקשר קוולנטי, מחסום הקולון ומחסום הפוטנציאל, בור פוטנציאל (potential well), קרינת α/β/γ , דעיכה "ספונטנית", רעיונות שונים של המכניקה הקוונטית – סופרפוזיציה, התפלגות, התאבכות, עקרון האיסור של פאולי, עקרון אי הוודאות של הייזנברג, מִנהור דרך מחסום ועוד.

כמי שלא מבין הרבה בתחום המכניקה הקוונטית, נראה לי שגילמור בחר בדרך ציורית מצויינת להמחיש את התופעות והמונחים הקוונטיים. ההסברים הם בחלקם טובים וברורים ובחלקם קצת מעורפלים, כאשר לעיתים נראה שהוא מושך את ההסבר ומגלה רק טפח אחד בכל פעם כדי להאריך את הסיפור. גילמור נמנע מלשבץ בסיפור נוסחאות מתמטיות מלבד אחת של הייזנברג: ΔEΔt = ℏ/2
אשר מופיעה במקומות אחרים כ ΔEΔt ≥ ℏ/2. אם האפשרות האחרונה היא המדוייקת, היה כדאי לרשום אותה כך. התאורמה של בל (Bell's theorem) לא מוסברת באופן ברור, וגם לגבי פרדוקס EPR (איינשטיין-פודולסקי-רוזן) היה כדאי לציין שמדובר בשזירה קוונטית (Quantum Entanglement).

באופן כללי, הרעיון לשלב בין אליס לבין העולם הקוונטי נראה מצויין. הספר טוב, למרות שאיננו מושלם והוא די שונה מספרי אליס באופיו - נראה כשילוב בין הרצאה בפיזיקה לבין סיפור. מבחינת היצירתיות והדמיון, העולם שיוצר גילמור הוא פנטסטי וניכר שהושקעה בו מחשבה רבה.

הספר מתאים למי שאינם סולדים מפיזיקה ומעוניינים לנסות להבין באופן כללי את הרעיונות של מכניקת הקוונטים, ללא צורך בתואר במתמטיקה או בפיזיקה. הדגש הוא כמובן על "לנסות". צפיתי במרצה לאסטרונומיה שהעיד על עצמו שהוא לא מבין את מכניקת הקוונטים מספיק טוב, אז הסיכוי שהקורא הממוצע יבין את הנושא במלואו ללא רקע מתאים במתמטיקה ובפיזיקה הוא די נמוך.

דרך אגב, הספר קיים גם בעברית.

כמה דוגמאות:

- תיאור של חדירת נייטרון למצודת האטום:

As she watched, the Castle was torn into two half towers, which slumped apart. Each one was shaking violently, its outer surface vibrating wildly like a bag full of jelly. High-energy photons soared from the two castles like some dramatic fireworks display as both of them shed their surplus energy. Gradually the shaking died down and both the irregular shapes flowed into the same tall soaring shape which she had first seen. Two smaller replicas of Castle Rutherford now stood before her, except that they did not stand but slid rapidly away from one another, driven by the positive charge which they had previously shared between them.

- דוגמאות לחוש ההומור של גילמור:

The Nucleus contains the nuclear family, the hidden underground of Organized Charge.

Do not worry, Alice, said a calm voice by her side. It is only induced nuclear fission. A chain reaction, you know. It is nothing for you to worry about. It is just that you are standing in the middle of what, in your world, would be called a nuclear explosion.

- על חלקיקים וירטואליים:

It is the general rule that virtual particles do not obey the rules, even though they cannot manage to escape them for very long. This means that they can do things for which they do not actually have enough energy. These exchanged virtual particles, such as the photons you saw, produce interactions between other particles. They can penetrate through barriers which would stop a real classical particle, and this includes the barrier of time itself. They can move in a spacelike way, while real particles can only be timelike. This means that, although a real particle can sit at the same position while the time changes, it is unable to sit at the same time while its position changes. A virtual particle is able to do both. It can move sideways in time if it chooses.


מידע נוסף למי שהגיע עד לכאן :-) :

תופעת המנהור בשמש:
https://cutt.ly/iTvABWx

שזירה קוונטית:
https://cutt.ly/DTvSui2

המיקום כהסתברות:
https://cutt.ly/8TvSg8f

למי ששואל את עצמו האם יש היבט פרקטי לפיזיקת הקוונטים:
https://cutt.ly/cTvDyGe


Ƹ̵̡Ӝ̵̨̄Ʒ

"כל מי שמצליח להגות במכניקת הקוונטים בלי לחוש סחרחורת - לא הבין אותה". - נילס בוהר

לאחר שסיים לקרוא את ספריו של לואיס קרול, "הרפתקאות אליס בארץ הפלאות" ואת "מבעד למראה ומה שאליס מצאה שם", חש פרפר שהוא מוכן לצאת עם אליס להרפתקאה נוספת, והפעם בארץ הקוונטים. יחד עם אליס הוא נשאב דרך מסך הטלויזיה אל עולמם המופלא של חלקיקים מוזרים ותופעות מוזרות לא פחות.

מצב 1:
פרפר עלה על רכבת הפוֹטוֹן־אקספרס, עמד בתור לקבלת אנרגיה מתנודות קוונטיות (Quantum fluctuations) בבנק הייזנברג יחד עם חלקיקים וירטואליים והגיע אל המכונאי הקוונטי (Quantum mechanic) שאמר לו: "נראה שאפשר לומר די בבטחון שאף אחד לא ממש מבין את מכניקת הקוונטים".
פרפר הרהר בדבריו במשך כמה רגעים, הגיע למסקנה שמכונאי הקוונטים צודק והחליט לקרוא ספר יותר "זורם" של רם אורן, כפי שהוצע לו בעבר, תוך התנדנדות בערסל עם כוס מוחיטו בידו (-;

מצב 2:
פרפר הגיע אל המכונאי הקוונטי (Quantum mechanic) שאמר לו: "נראה שאפשר לומר די בבטחון שאף אחד לא ממש מבין את מכניקת הקוונטים".
פרפר שהיה שקוע בקריאת "אליס בארץ הקוונטים" לא שמע את דבריו של מכונאי הקוונטים. הוא המשיך ללכת בשביל ולא הבחין באנטי־פרפר שצעד מולו באותו השביל ובכיוון ההפוך. בהתנגשות ביניהם היה הבזק ושניהם התאיינו, וכאן הסתיים סיפורו של פרפר...
או שלא...דמות של אנטי־פרפר נראתה הולכת באותו הכיוון שפרפר הלך בו, ואילו בכיוון ההפוך צעד פרפר...

מצב 3:
פרפר הגיע אל המכונאי הקוונטי (Quantum mechanic) שאמר לו: "נראה שאפשר לומר די בבטחון שאף אחד לא ממש מבין את מכניקת הקוונטים".
פרפר החליט בכל זאת לנסות לקרוא את "אליס בארץ הקוונטים" והמשיך לביקור בבית הספר קופנהגן. לפתע אתם, קוראי הסקירה, הבחנתם בו וקיבעתם את מצבו כאשר ביצעתם רדוקציה של המצב הקוונטי.

הקטע שלעיל מנסה להמחיש את רעיון ה"סופרפוזיציה" של המצבים, כאשר כל המצבים שתוארו לעיל מתרחשים בו־זמנית. התפישה שלכל דבר יש מקום מוחלט נראית הגיונית בעולם המוכר לנו, אך על פי תורת הקוונטים נראה שבעולמם של החלקיקים יש כללים שונים ולא ניתן לדעת בוודאות את מיקומו של חלקיק מסויים אלא רק את ההסתברות למיקומו. הרעיון נראה הזוי, אבל די מקובל כיום בקהילה המדעית. רעיונות נוספים: תצפית על החלקיק מקבעת את מצבו; יש אנרגיה שמגיעה בתנודה קוונטית משום מקום; מה המשמעות של "כלום" בעולם הקוונטי? – העדרם המוחלט של חלקיקים אמיתיים כלשהם (הדגש הוא על "אמיתיים"; קיימים חלקיקים וירטואליים שדווקא נמצאים שם); אנטי חלקיקים הם חלקיקים מהעתיד שחוזרים לעבר ועוד רעיונות מוזרים.

רוברט גילמור כתב אלגוריה על אליס, כאשר הרעיונות הקוונטיים מומחשים בסיפור הרפתקאותיה בעולם התת־אטומי. בין קטעי הסיפור משובצים קטעי מידע רבים המסבירים את המתרחש, הן על ידי דמויות בסיפור והן בקטעים ממוסגרים וממוקדים יותר.
גילמור שיבץ בסיפור מחוות רבות לספריו של לואיס קרול (שלא לומר, ציטוטים מדוייקים עם קצת טוויסטים בסופם) ואף אזכור קל להוביט ולקוסם מארץ עוץ. האסכולה הדנית של נילס בוהר וחבריו – אסכולת קופנהגן (באנגלית The Copenhagen School ) - מוצגת כאן כבית ספר, תוך שימוש בכפל המשמעות של המילה School, עם דמויות מסיפוריו של הסופר הדני האנס כריסטיאן אנדרסן, כאשר כל דמות משקפת רעיון מסויים של המכניקה הקוונטית בהתאם לאופיה.

גילמור מציג את מבנה האטום על מרכיביו (אלקטרונים כולל ספינים, פרוטונים, נייטרונים) ואת הכוחות הפועלים ביניהם, מסביר על סוגי אנרגיה (פוטנציאלית, קינטית וכו'), על פרמיונים, בוזונים, פוטונים, קווארקים, גלואונים, חלקיקים וירטואלים, קשר יוני וקשר קוולנטי, מחסום הקולון ומחסום הפוטנציאל, בור פוטנציאל (potential well), קרינת α/β/γ , דעיכה "ספונטנית", רעיונות שונים של המכניקה הקוונטית – סופרפוזיציה, התפלגות, התאבכות, עקרון האיסור של פאולי, עקרון אי הוודאות של הייזנברג, מִנהור דרך מחסום ועוד.

כמי שלא מבין הרבה בתחום המכניקה הקוונטית, נראה לי שגילמור בחר בדרך ציורית מצויינת להמחיש את התופעות והמונחים הקוונטיים. ההסברים הם בחלקם טובים וברורים ובחלקם קצת מעורפלים, כאשר לעיתים נראה שהוא מושך את ההסבר ומגלה רק טפח אחד בכל פעם כדי להאריך את הסיפור. גילמור נמנע מלשבץ בסיפור נוסחאות מתמטיות מלבד אחת של הייזנברג: ΔEΔt = ℏ/2
אשר מופיעה במקומות אחרים כ ΔEΔt ≥ ℏ/2. אם האפשרות האחרונה היא המדוייקת, היה כדאי לרשום אותה כך. התאורמה של בל (Bell's theorem) לא מוסברת באופן ברור, וגם לגבי פרדוקס EPR (איינשטיין-פודולסקי-רוזן) היה כדאי לציין שמדובר בשזירה קוונטית (Quantum Entanglement).

באופן כללי, הרעיון לשלב בין אליס לבין העולם הקוונטי נראה מצויין. הספר טוב, למרות שאיננו מושלם והוא די שונה מספרי אליס באופיו - נראה כשילוב בין הרצאה בפיזיקה לבין סיפור. מבחינת היצירתיות והדמיון, העולם שיוצר גילמור הוא פנטסטי וניכר שהושקעה בו מחשבה רבה.

הספר מתאים למי שאינם סולדים מפיזיקה ומעוניינים לנסות להבין באופן כללי את הרעיונות של מכניקת הקוונטים, ללא צורך בתואר במתמטיקה או בפיזיקה. הדגש הוא כמובן על "לנסות". צפיתי במרצה לאסטרונומיה שהעיד על עצמו שהוא לא מבין את מכניקת הקוונטים מספיק טוב, אז הסיכוי שהקורא הממוצע יבין את הנושא במלואו ללא רקע מתאים במתמטיקה ובפיזיקה הוא די נמוך.

דרך אגב, הספר קיים גם בעברית.

כמה דוגמאות:

- תיאור של חדירת נייטרון למצודת האטום:

As she watched, the Castle was torn into two half towers, which slumped apart. Each one was shaking violently, its outer surface vibrating wildly like a bag full of jelly. High-energy photons soared from the two castles like some dramatic fireworks display as both of them shed their surplus energy. Gradually the shaking died down and both the irregular shapes flowed into the same tall soaring shape which she had first seen. Two smaller replicas of Castle Rutherford now stood before her, except that they did not stand but slid rapidly away from one another, driven by the positive charge which they had previously shared between them.

- דוגמאות לחוש ההומור של גילמור:

The Nucleus contains the nuclear family, the hidden underground of Organized Charge.

Do not worry, Alice, said a calm voice by her side. It is only induced nuclear fission. A chain reaction, you know. It is nothing for you to worry about. It is just that you are standing in the middle of what, in your world, would be called a nuclear explosion.

- על חלקיקים וירטואליים:

It is the general rule that virtual particles do not obey the rules, even though they cannot manage to escape them for very long. This means that they can do things for which they do not actually have enough energy. These exchanged virtual particles, such as the photons you saw, produce interactions between other particles. They can penetrate through barriers which would stop a real classical particle, and this includes the barrier of time itself. They can move in a spacelike way, while real particles can only be timelike. This means that, although a real particle can sit at the same position while the time changes, it is unable to sit at the same time while its position changes. A virtual particle is able to do both. It can move sideways in time if it chooses.


מידע נוסף למי שהגיע עד לכאן :-) :

תופעת המנהור בשמש:
https://cutt.ly/iTvABWx

שזירה קוונטית:
https://cutt.ly/DTvSui2

המיקום כהסתברות:
https://cutt.ly/8TvSg8f

למי ששואל את עצמו האם יש היבט פרקטי לפיזיקת הקוונטים:
https://cutt.ly/cTvDyGe


Ƹ̵̡Ӝ̵̨̄Ʒ