הפיסיקה הקלאסית, שהתקיימה לפני המצאת מכניקת הקוונטים, מתארת את הטבע בקנה מידה רגיל (מקרוסקופי). ניתן להסיק את רוב התיאוריות בפיזיקה הקלאסית כקירובים הפועלים בסולמות שאנו רגילים אליהם. פיזיקת הקוונטים (זו גם מכניקת הקוונטים) שונה מהמדע הקלאסי בכך שהאנרגיה, התנע, התנע הזוויתי וכמויות אחרות של מערכת משולבת מוגבלים לערכים בדידים (קוונטיזציה). לאובייקטים מאפיינים מיוחדים הן בצורת חלקיקים והן בצורת גלים (דואליות של חלקיקי גל). גם במדע זה יש גבולות לדיוק שבו ניתן למדוד כמויות (עקרון אי הוודאות).
ניתן לומר שלאחר הופעתה של הפיזיקה הקוונטית במדעים המדויקים, התרחשה מעין מהפכה, שאפשרה לשקול ולנתח מחדש את כל החוקים הישנים שנחשבו בעבר לאמיתות שאין עליהן עוררין. האם זה טוב או רע? אולי דבר טוב, כי המדע האמיתי לעולם לא צריך לעמוד במקום.
עם זאת, "המהפכה הקוונטית" הפכה להיותסוג של מכה לפיסיקאים של האסכולה הישנה, שנאלצו להשלים עם העובדה שמה שהם האמינו בו קודם לכן התברר רק כאוסף של תיאוריות שגויות וארכאיות הזקוקות לתיקון דחוף והתאמה למציאות החדשה.. רוב הפיזיקאים קיבלו בהתלהבות את הרעיונות החדשים הללו על מדע ידוע, ותרמו למחקר, פיתוח ויישום שלו. כיום, פיזיקת הקוונטים קובעת את הדינמיקה לכל המדע בכללותו. בזכותה קמו פרויקטים ניסיוניים חדישים (כמו מאיץ ההדרונים הגדול).
פתיחה
מה אפשר לומר על יסודות הפיזיקה הקוונטית? הוא צץ בהדרגה מתיאוריות שונות שנועדו להסביר תופעות שלא ניתן ליישב עם הפיזיקה הקלאסית, כמו הפתרון של מקס פלאנק ב-1900 וגישתו לבעיית הקרינה של בעיות מדעיות רבות, וההתאמה בין אנרגיה ותדר במאמר משנת 1905. מאת אלברט איינשטיין, שהסביר אפקטים פוטו-אלקטריים. התיאוריה המוקדמת של פיזיקת הקוונטים תוקנה ביסודיות באמצע שנות ה-20 על ידי ארווין שרדינגר, ורנר הייזנברג, מקס בורן ואחרים. התיאוריה המודרנית מנוסחת במושגים מתמטיים שונים שפותחו במיוחד. באחד מהם, הפונקציה האריתמטית (או פונקציית הגל) נותנת לנו מידע מקיף על משרעת ההסתברות של מיקום הדחף.
יסודות הפיזיקה הקוונטית עבור בובות
מחקר מדעי של הגלמהות האור החלה לפני יותר מ-200 שנה, כאשר המדענים הגדולים והמוכרים של אותה תקופה הציעו, פיתחו והוכיחו את תורת האור על סמך תצפיות ניסוי משלהם. הם קראו לזה גל.
בשנת 1803, המדען האנגלי המפורסם תומס יאנג ערך את הניסוי הכפול המפורסם שלו, שבעקבותיו כתב את העבודה המפורסמת "על טבע האור והצבע", שמילאה תפקיד עצום בעיצוב רעיונות מודרניים אודות התופעות המוכרות הללו. לניסוי זה היה תפקיד מרכזי בקבלה הכללית של תיאוריה זו.
ניסויים כאלה מתוארים לעתים קרובות בספרים שונים, למשל, "יסודות הפיזיקה הקוונטית עבור בובות". ניסויים מודרניים עם האצה של חלקיקים אלמנטריים, למשל, החיפוש אחר בוזון היגס במאיץ ההדרונים הגדול (בקיצור LHC) מתבצע בדיוק על מנת למצוא אישור מעשי להרבה תיאוריות קוונטיות תיאורטיות בלבד.
היסטוריה
בשנת 1838, מייקל פאראדיי, לשמחת העולם כולו, גילה קרני קתודה. בעקבות מחקרים סנסציוניים אלו באה ההצהרה על בעיית הקרינה, מה שמכונה "הגוף השחור" (1859), של גוסטב קירכהוף, וכן ההנחה המפורסמת של לודוויג בולצמן שמצבי האנרגיה של כל מערכת פיזיקלית יכולים גם להיות דיסקרטי (1877).). מאוחר יותר הופיעה השערת הקוונטים שפיתח מקס פלאנק (1900). זה נחשב לאחד מיסודות הפיזיקה הקוונטית. ההשערה הנועזת של פלאנק לפיה אנרגיה יכולה להיפלט וגם להיספג ב"קוואנטה" נפרדת(או מנות אנרגיה), מתאים בדיוק לדפוסים שנצפו של קרינת גוף שחור.
אלברט איינשטיין המפורסם בעולם תרם תרומה גדולה לפיזיקת הקוונטים. התרשם מתיאוריות הקוונטים, הוא פיתח משלו. תורת היחסות הכללית - כך היא נקראת. גילויים בפיזיקה הקוונטית השפיעו גם על התפתחות תורת היחסות המיוחדת. מדענים רבים במחצית הראשונה של המאה הקודמת החלו ללמוד מדע זה בהצעת איינשטיין. היא הייתה בחזית באותה תקופה, כולם אהבו אותה, כולם התעניינו בה. לא פלא, מכיוון שהיא סגרה כל כך הרבה "חורים" במדע הפיזיקלי הקלאסי (עם זאת, היא גם יצרה חדשים), הציעה הצדקה מדעית למסע בזמן, טלקינזיס, טלפתיה ועולמות מקבילים.
תפקיד הצופה
כל אירוע או מדינה תלויים ישירות במתבונן. בדרך כלל, כך מוסברים בקצרה את יסודות הפיזיקה הקוונטית לאנשים שרחוקים מהמדעים המדויקים. עם זאת, המציאות הרבה יותר מסובכת.
זה מתאים באופן מושלם למסורות נסתרות ודתיות רבות שהתעקשו במשך מאות שנים על יכולתם של אנשים להשפיע על האירועים סביבם. במובן מסוים, זה גם הבסיס להסבר מדעי של תפיסה חוץ-חושית, כי כעת האמירה שאדם (מתבונן) מסוגל להשפיע על אירועים פיזיים בכוח המחשבה לא נראית אבסורדית.
כל מצב עצמי של אירוע או אובייקט שנצפה מתאים לוקטור עצמי של הצופה. אם הספקטרום של האופרטור (הצופה) הוא בדיד, האובייקט הנצפה יכול להגיע רק לערכים עצמיים נפרדים. כלומר, מושא ההתבוננות, כמו גם המאפיינים שלו, נקבעים לחלוטין על ידי האופרטור הזה.
יסודות הפיזיקה הקוונטית במילים מורכבות
בניגוד למכניקה הקלאסית המקובלת (או הפיזיקה), לא ניתן לבצע תחזיות בו-זמנית של משתנים מצומדים כמו מיקום ותנע. לדוגמה, אלקטרונים יכולים (בהסתברות מסוימת) להיות ממוקמים בערך באזור מסוים במרחב, אך מיקומם המדויק המתמטי אינו ידוע למעשה.
ניתן לצייר קווי מתאר של צפיפות הסתברות קבועה, המכונה לעתים קרובות "עננים", מסביב לגרעין של אטום כדי להמשיג היכן סביר להניח שהאלקטרון נמצא. עקרון אי הוודאות של הייזנברג מוכיח את חוסר היכולת לאתר במדויק חלקיק בהתחשב במומנטום המצומד שלו. לכמה מודלים בתיאוריה זו אופי חישובי מופשט בלבד ואינם מרמזים על ערך יישומי. עם זאת, הם משמשים לעתים קרובות לחישוב אינטראקציות מורכבות ברמה של חלקיקים תת-אטומיים ועניינים עדינים אחרים. בנוסף, ענף זה של הפיזיקה אפשר למדענים להניח את האפשרות של קיומם האמיתי של עולמות רבים. אולי נוכל לראות אותם בקרוב.
פונקציות Wave
חוקי הפיזיקה הקוונטית הם נפחיים ומגוונים מאוד. הם מצטלבים עםמושג של פונקציות גל. כמה פונקציות גל מיוחדות יוצרות התפשטות של הסתברויות שהיא מטבעה קבועה או בלתי תלויה בזמן, למשל, כאשר במצב נייח של אנרגיה, נראה שהזמן נעלם ביחס לפונקציית הגל. זוהי אחת ההשפעות של פיזיקת הקוונטים, שהיא הבסיסית לה. העובדה המוזרה היא שתופעת הזמן שונתה באופן קיצוני במדע יוצא דופן זה.
תורת ההפרעות
עם זאת, ישנן מספר דרכים מהימנות לפתח את הפתרונות הדרושים לעבודה עם נוסחאות ותיאוריות בפיזיקה קוונטית. שיטה אחת כזו, המכונה בדרך כלל "תורת הפרעות", משתמשת בתוצאה אנליטית עבור מודל מכאני קוונטי יסודי. הוא נוצר כדי להביא תוצאות מניסויים לפיתוח מודל מורכב עוד יותר שקשור למודל פשוט יותר. כך מתברר הרקורסיה.
גישה זו חשובה במיוחד בתורת הכאוס הקוונטי, הפופולרית ביותר לפירוש אירועים שונים במציאות מיקרוסקופית.
כללים וחוקים
כללי מכניקת הקוונטים הם בסיסיים. הם טוענים שמרחב הפריסה של מערכת הוא בסיסי לחלוטין (יש לה מוצר נקודה). הצהרה נוספת היא שההשפעות הנצפות על ידי מערכת זו הן באותו זמן אופרטורים מוזרים המשפיעים על וקטורים במדיום הזה ממש. עם זאת, הם לא אומרים לנו באיזה מרחב הילברט או באילו אופרטורים קיימיםהרגע הזה. ניתן לבחור אותם בצורה מתאימה כדי לתת תיאור כמותי של מערכת קוונטית.
משמעות והשפעה
מההתחלה של מדע יוצא דופן זה, היבטים ותוצאות אנטי-אינטואיטיביות רבות של חקר מכניקת הקוונטים עוררו ויכוחים פילוסופיים קולניים ופרשנויות רבות. אפילו שאלות בסיסיות, כמו הכללים לחישוב אמפליטודות והתפלגויות הסתברות שונות, ראויות לכבוד מהציבור וממדענים מובילים רבים.
ריצ'רד פיינמן, למשל, ציין פעם בעצב שהוא בכלל לא בטוח שמישהו מהמדענים הבין בכלל את מכניקת הקוונטים. לפי סטיבן ויינברג, כרגע אין פרשנות אחת למכניקת הקוונטים שתתאים לכולם. זה מצביע על כך שמדענים יצרו "מפלצת", כדי להבין ולהסביר היטב את קיומו שהם עצמם אינם מסוגלים. עם זאת, זה לא פוגע ברלוונטיות ובפופולריות של המדע הזה בשום צורה, אלא מושך אליו אנשי מקצוע צעירים שרוצים לפתור בעיות ממש מורכבות ובלתי מובנות.
חוץ מזה, מכניקת הקוונטים אילצה עדכון מלא של החוקים הפיזיקליים האובייקטיביים של היקום, וזה חדשות טובות.
פרשנות קופנגן
לפי פרשנות זו, אין עוד צורך בהגדרה המקובלת של סיבתיות המוכרת לנו מהפיסיקה הקלאסית. לפי תיאוריות הקוונטים, סיבתיות במובן הרגיל עבורנו כלל אינה קיימת. כל התופעות הפיזיקליות בהן מוסברות מנקודת המבט של האינטראקציה של היסודי הקטן ביותרחלקיקים ברמה התת-אטומית. אזור זה, למרות חוסר הסבירות לכאורה, מבטיח ביותר.
פסיכולוגיה קוונטית
מה אפשר לומר על הקשר בין פיזיקת הקוונטים לתודעה האנושית? זה כתוב יפה בספר שכתב רוברט אנטון ווילסון ב-1990 בשם Quantum Psychology.
לפי התיאוריה המפורטת בספר, כל התהליכים המתרחשים במוח שלנו נובעים מהחוקים המתוארים במאמר זה. כלומר, זהו סוג של ניסיון להתאים את תורת הפיזיקה הקוונטית לפסיכולוגיה. תיאוריה זו נחשבת פרא-מדעית ואינה מוכרת על ידי הקהילה האקדמית.
ספרו של וילסון בולט בעובדה שהוא מספק בו אוסף של טכניקות ופרקטיקות שונות המוכיחות פחות או יותר את השערתו. כך או אחרת, על הקורא להחליט בעצמו אם הוא מאמין בכדאיותם של ניסיונות כאלה ליישם מודלים מתמטיים ופיזיקליים על מדעי הרוח.
ספרו של וילסון נתפס בעיני כמה כניסיון להצדיק חשיבה מיסטית ולקשור אותה לניסוחים פיזיקליים חדשים שהוכחו מדעית. עבודה מאוד לא טריוויאלית ובולטת זו מבוקשת כבר יותר מ-100 שנה. הספר יוצא לאור, מתורגם ונקרא בכל העולם. מי יודע, אולי עם התפתחות מכניקת הקוונטים, ישתנה גם היחס של הקהילה המדעית לפסיכולוגיה הקוונטית.
מסקנה
הודות לתיאוריה המדהימה הזו, שהפכה במהרה למדע נפרד, הצלחנו לחקור את הסביבההמציאות ברמת החלקיקים התת-אטומיים. זוהי הרמה הקטנה מכל האפשרית, בלתי נגישה לחלוטין לתפיסתנו. מה שידעו הפיזיקאים בעבר על העולם שלנו זקוק לתיקון דחוף. בהחלט כולם מסכימים עם זה. התברר שחלקיקים שונים יכולים לקיים אינטראקציה זה עם זה במרחקים בלתי נתפסים לחלוטין, אותם נוכל למדוד רק על ידי נוסחאות מתמטיות מורכבות.
יתר על כן, מכניקת הקוונטים (ופיזיקת הקוונטים) הוכיחה אפשרות של מציאויות מקבילות רבות, מסע בזמן ודברים אחרים שלאורך ההיסטוריה נחשבו רק לחומר של מדע בדיוני. זו ללא ספק תרומה עצומה לא רק למדע, אלא גם לעתיד האנושות.
עבור אוהבי התמונה המדעית של העולם, המדע הזה יכול להיות גם חבר וגם אויב. העובדה היא שתורת הקוונטים פותחת הזדמנויות רחבות לספקולציות שונות בנושא פאר-מדעי, כפי שכבר הוכח בדוגמה של אחת התיאוריות הפסיכולוגיות האלטרנטיביות. כמה מאוקולטים מודרניים, אזוטריקים ותומכים בתנועות דתיות ורוחניות אלטרנטיביות (לרוב פסיכוקולטות) פונים אל ההבניות התיאורטיות של מדע זה כדי לבסס את הרציונליות והאמת של התיאוריות, האמונות והפרקטיקות המיסטיות שלהם.
זהו מקרה חסר תקדים, כאשר השערות פשוטות של תיאורטיקנים ונוסחאות מתמטיות מופשטות הובילו למהפכה מדעית של ממש ויצרו מדע חדש שחצה את כל מה שהיה ידוע קודם לכן. בחלקתואר, הפיזיקה הקוונטית הפריכה את חוקי ההיגיון האריסטוטלי, שכן היא הראתה שכאשר בוחרים ב"או-או" ישנה אלטרנטיבה אחת נוספת (ואולי כמה).
