יום רביעי, 24 באפריל 2013

מעשה בראשית - שיעור 7: סדקים נוספים בתמונת העולם המכניסטית




שיעור 7- 24.04.2013

הפסדתי את תחילת השיעור.

מדברים על הפיכת הרציונליות לחישוב. איך פיסיקה מודרנית דומה לתעלולי מתמטיקה (הוכחה שאם מחברים מספרים אי זוגיים עוקבים החל מאחד התוצאות הם ריבוע מספר המספרים שמחברים. ההוכחה היא לבנות ריבועים אחד סביב השני). באנלוגיה, אפשר להכפיל לא מספרים אלא זמן בזמן ואז מקבלים פיסיקה מודרנית.


ניסוי שני הסדקים double slit experiment
--קבוצת ניסויים שביחד מייצרים פרדוקס--

היו שאלות גדולות לגבי האור – אם הוא חלקיק או גל. אם הוא חלקיק הוא ממש עובר ממקום למקום (“חתיכת אור"). אם הוא גל רק האנרגיה עוברת (כמו כשעושים "גל" בחבל – התנועה, ההפרעה עברה לאורך החבל, אבל שום חומר לא עבר. עוד מאפיין חשוב של גל – בגלים יש תופעה שאין בחלקיקים שקוראים לה התאבכות (זה קשור לעיקרון הויגנס). עקרון הויגנס – אם נציין רק את השיאים של הגלים (למשל באבן שזורקים למים ויוצרת אדוות). אם נחכה השיאים יהפכו לשפלים (במרחק מה) [או שמאחורי כל שיא יש שפל, כמו גל בים] [??]. אם נטיל שתי אבנים במרחק יחסית קטן זה מזה יהיו נקודות מפגש בין השיאים. עקרון המשהו-פוזיציה = עקרון הויגנס אומר שההגבהה במצב של פגישת שני שיאים תהיה שווה לסכום ההגבהות. לזה קורים התאבכות בונה. מה קורה כששיא של גל נפגש עם שפל של גל אחר? הם יקזזו אחד את שני --> התאבכות הורסת.
ניוטון חשב שאור הוא חלקיקים. זה מסביר למה אור נע בקו ישר, למשל. זה מסביר עוד תופעות פשוטות, כמו צל (במובן הפשטני – חסמתי חלק מהאור ואזורים מסויימים לא קיבלו אור – זה הצל).
ניסוי שני הסדקים – מצאו כמה תופעות: מה שרלוונטי לנו הוא ההתאבכות. שולחים קרן אור דרך שני סדקים, ומסתכלים על שני הסדקים כעוד מקורות אור כאשר אחריהם יש משטח שמשחיר כשהוא פוגש אור (-שיא או שפל). אם האור הוא גל אנחנו אמורים לראות מידת השחרה בהתאם למה שקורה – גל רגיל או התאבכות בונה. אם שיא ושפל נפגשים בדרך הם מקזזים זה את זה ולכן במקום בו היינו רואים השחרה אם היינו סוגרים אחד מהסדקים לא נראה השחרה אם נפתח את שניהם – בגלל התאבכות הורסת. אם רואים את זה (והצליחו לראות את זה), זה טיעון מחץ לטובת התיאוריה הגלית של האור (התיאוריה החלקיקית של האור לא יכולה להסביר את זה).
הניסוי הזה, ועוד ניסויים אחרים, סגרו את העניין – נהייתה הסכמה שהאור הוא גל. [ניסוי הסדקים והתיאוריה של האור מקבילים מבחינת חשיבות לנפילה חופשית והתיאוריה של כבידה (?)].

עוד ניסוי עם שני הסדקים:
אפשר לירות דרך מבנה של שני הסדקים אלקטרונים אחד אחרי השני. במקרה שנירה דרך שני הסדקים נקבל מבנה גלי שדומה למה שאנחנו מצפים לפי תיאוריית הגלים. זה מוזר! למה שמשהו חלקיקי יתנהל כמו גל?!
ננסה להבין מה קורה, נוסיף נורה שאומרת לנו בכל פעם אם האלקטרון עבר מסדק 1 או מסדק 2. במקרה כזה, נעלמת ההתאבכות ויש התנהלות כמו של חלקיק.
אם מתבוננים מאיפה עבר החלקיק – הוא מתנהג כמו חלקיק. אם מתבוננים עליו כגל, הוא מתנהג כגל.
עוד יותר משונה – זה עובד בכל מרחק, זה עדיין תלוי בידיעה – גם אם המרחק הוא שנת אור וכיביתי את הנורה אחרי שהאלקטרון יצא לדרך, הוא יתנהג כמו גל (איך הוא יודע???).

פרדוקס!
יש פה התמוטטות של תפיסת עולם שלמה, ואין תפיסת עולם חלופית.
איך פיסיקאים מתמודדים עם זה?
  • צריך לשנות את הלוגיקה
  • צריך לשנות את חוקי הסטטיטיקה (פרוייקט חייו של איתמר פיטובסקי)
  • הצופה נכנס כמרכיב בתיאור של הפיסיקה (בחק פיסיקלי מופיעה המדידה) – ביטוי מנטלי מופיע בתוך חוק פיסיקלי! הכנסת מרכיב תודעתי לפיסיקה. פתח עולם שלם של ספקולציות. מזכיר רשימת שמות של "פיסיקאים על גבול המיסטיקאים".


אנחנו נמצאים במקום שיש תמונת עולם פיסיקליסטית, דטרמיניסטית, והסרת קסם מהעולם. העניין הוא שתפיסת העולם הזאת כשלה.

עוד משהו שמסתבר – הייזנברג הדגיש את זה מאד – אי אפשר לייחס מסלולים לחלקיקים כשהם לא נצפים. כלומר, אם אצל ניוטון לכל חלקיק יש מסלול שנקבע בשלב מסויים ולפי המקום וה___ של חלקיק אפש רלדעת את כל המסלול אם מכירים את מערך הכוחות, עכשיו זה כבר לא כך. הכל משתנה: אי אפשר לומר שיודעים את המקום, וקשה לומר אם החלקיק עבר דרך סדק מסויים או אחר. הדוגמה שלחקיק יש מסלול, לא משנה אם נצפה או לא, כך אומר הייזנברג – הופרכה. ידיעת המקום והמהירות באים אחד על חשבון השני. זה מגיע לא רק לאלקטרונים אלא לחלקיקים הרבה יותר גדולים, כמו C60 – מולקולת פחמן.
חייבים לוותר על היכולת לנבא היכן יעבוד החלקיק. נשים את זה אחד מול אחד מול נפילה חופשית.
כל הדטרמיניזם שלפלס רץ אחריו הופרך.
יש שאלה עד כמה החלל ממשי – היה חלקיק, עכשיו הוא במקום אחר, ואי אפשר לדעת באיזה מסלול הוא עבר – אז יש שאלה מהו החלל.
הייזנברג חשב שפיתגורס צדק בוויכוח שלו עם דמוקריטוס (?).
קיבלנו שהדטרמיניזם די נפל.
התפיסה המכניסטית, שגם היא לוותה את הסיפור של גלילאו, היא כבר לא בלעדית.
החלל מתהדק – אי אפשר לומר שההפרדה החללית היא הפרדה מהותית (דיברנו על זה שתורת היחסות הכללית הפכה את החלל לאחד). יש חללים שלמרות שהם רחוקים הם מקיימים שלם בינהם ואי אפשר לפצל את המערך של שניהם לשני חלקים – קוראים לזה שזירה.
יש בעיה עם לוקאליות – עיקרון חשוב בפיסיקה. “חגיגה של שינויים". (אפשר לראות את זה אם מכבים את המנורה שמודדת איפה החלקיק עובר באמצע המהלך שלו).
מסתבר שמטימטיזציה של הטבע לא בהכרח גוררת דטרמיניזם.
אם מישהו חשב שאי קיום האל נובע מקדמות העולם יש לו בעיה (פעם קודמת).
היום: אם מישהו חשב בגלל לפלס שאין חרות יש לו בעיה.
אז תמונת העולם מאד משתנה.

עוד "זפטות" ש____(תמונת העולם?) חוטפת:
  • כבר בתורת היחסות ה____ (של חלקיקים ומסות) יש בעיה. דמוקרטוס: חלקיקים לא משתנים. מסתבר שחלקיקים כן נבראים! מסה היא רק צורה אחת של אנרגיה, דהיינו חלקיקים. וחלקיקים יכולים להעלם ולהפוך לאנרגיות. גם כשהם קיימים יש בעיה עם המסלולים שלהם והם נבראים – נוצרים מאנרגיבה ויכולים להפוך לאנרגיה אם הם מתנגשים. חומריות מתחילה להיות בעייתית.
  • הנושא של הרכבה הפך להיות מסובך. בחלקיקים יכולה להיות התופעה הבאה: א' מורכב מב'' וג', אבל ג' מורכב מא' וד' (מכניזם: רוצים לבנות את השלם מהחלקים). [משהו על האנטינומיות של קאנט. מה שיש לפיסיקה לומר זה לא אנטינומי, זה לא סתירה. אבל יש תשובה לשאלה מטאפיזית שמוסכמת על ידי הקהילה. והגוון של התשובה אינו מטריאליסטי כמו שדמיינו].
  • לסיכומו של דבר, נשארת מתמטיזציה, אבל לא תפיסה מכנית.


לשיעור הבא:
נעסוק בעיקרון האנתרופי שלוקח את כל מה שדיברנו עליו לממדים מבהילים. מאיר ישלח לנו במודל כמה מאמרים בעניין הזה.
כל התפיסות של הוצאת האדם, או החי, מן המרכז, הופכות להיות בעייתיות.
לא חייבים להבין הכל במאה אחוז. מה שחשוב הוא המהלכים שעושה המדע המודרני.