החלק השישי והאחרון בסדרה מתאר מושג מעניין, שזירה של פונקציות גל. מצב זה הינו מצב בו שני חלקיקים (או יותר) מתוארים יחדיו בצורה כזו שלא ניתן להפריד ביניהם. פונקציית גל של שני חלקיקים (שאין אינטרקציה ביניהם) שאינם שזורים ניתנת לייצוג כמכפלה של שני חלקים אחד אשר מיייצג את החלקיק הראשון ושני אשר מייצג את החלקיק השני.כאשר החלקיקים שזורים לא ניתן לעשות זאת, פונקציית הגל מערבבת בין החלקיקים בצורה שלא ניתן להפרידה לשני חלקים האחד עבור כל חלקיק, ולכן תכונות כל חלקיק תלויות בתכונות החלקיק השני.

אפקט זה הינו חשוב ביותר והרעיונות הקימים היום לשינוי שיטת המחשוב וההצפנה למחשוב והצפנה קוונטית מבוססות עליו. בנוסף מדגים הסרט ניסוי המנצל תכונה זו. ניסוי זה הוצע במקום על ידי אינשטיין פודולבסקי ורוזן כהוכחה לבעיתיות במכאניקת הקוונטים. עוד על כך תוכלו לקרוא בקישורים המופיעים בסוף כתבה זו.

 

הסרטון תורגם בידי צוות אתר דוידסון אונליין
הסרטון הופק על ידי cassiopeia project.
סדרת הסרטים הועלתה על פי בקשתו של הגולש עוז מ.

סרטון זה הוא חלק מסדרת סרטונים בנושא מכאניקה קוונטית: 1,2,3,4,5,6

 

מאת: ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

14 תגובות

  • תום

    שאלה

    האם נמצא קשר כלשהו בין שני החלקיקים השזורים? כלומר איך הם משפעים זה על זה (העברת חלקיקים/אותות חשמליים...)?

  • ירון גרוס

    מהו הקשר בין חלקיקים שזורים?

    לא.
    כל איתור של חלקיק שכזה אומר שהוא ינוע מהר ממהירות האור ויהווה שבירה מדהימה של תורת היחסוות

  • עידו קמינסקי

    תשובה לשאלה האם יש קשר בין שני החלקיקים השזורים

    המנגנון בו מועבר המידע אינו ברור לא ניתן להצביע על דרך מסוימת להעברת המידע, בדומה לאותות חשמליים. אבל זה צפוי כי המידע שעובר בין שנ יהחלקיקים עובר במהירות גבוהה ממהירות האור לכן לא הינו מצפים שהוא יעבור בצורה אותה אנו מכירים.

    נכון להיום הדבר נשאר חידה.

  • דן

    עובר במהירות גבוהה ממהירות האור?

    אם קיימת אפשרות כלשהי שמידע יעבור במהירות גבוהה ממהירות האור, האם עובדה זו לא סותרת את תורת היחסות של איינשטיין?

  • דן

    OK

    קראתי תשובה בנושא במדור "שאל את המומחה" ואני יכול לקבל את ההסבר (לא שהבנתי הרבה D:) שאין סתירה עם תורת היחסות, אבל האם אפשר להשתמש בתופעה זו באפליקציות מעשיות? האם אפשר ליצור למשל תקשורת בזמן אפס בין כדור הארץ ומאדים?
    תודה

  • עידו קמינסקי

    העברת מידע מהירה ממהירות האור

    אני אדגיש כי אני עונה כאן למיטב הבנתי את הנושא, שהוא סבוך מבחינה תיאורטית, ובעיקר עומד בניגוד לאינטואיציה שיש לנו בראש.

    פרדוקסEPR מובן היום כפרדוקס רק ברמת התפיסה שלנו את הפיזיקה, אין באמת בעיה אמיתית במידע שכביכול מועבר. הסיבה לכך היא שלא ניתן להשתמש בתכונה הקוונטית הזו על מנת להעביר מידע ממשי, לקודד הודעה כלשהי לדוגמה. נכון יש תופעה מוזרה לפי נראה כי ניתן תיאורטית לשזור שני אלקטרונים לשלוח אחד למאדים והשני להשאיר על כדור הארץ ואז מדידות שיבוצעו על הספין של האלקטרון שבכדור הארץ ישפיעו מיידית על המדידות שיבוצעו במאדים. אבל, וזה החלק החשוב, לא ניתן להעביר מידע ממשי בדרך זו. רק אם מי שנמצא על כדור הארץ יוכל לעדכן כל העת את מי שנצמא במאדים מה הוא מודד בידיוק, יוכל האדם שבמאדים לכוון את המדידות שלו על מנת לחלץ מידע מן המדידה, אולם לשם עך כליהם לתקשר באמצעי אחר, רגיל, שמוגבל למהירות האור

  • שמואל

    העברת מידע מהירה ממהירות האור

    כשאני מפריד שני אלקטרונים שזורים, האם אוכל לגרום לאחד מהם שהספין שלו יהיה לכיוון שאני רוצה?

  • עידו קמינסקי

    השפעה על הספין של האלקטרון

    התשובה הינה כן. בהחלט ניתן לעשות זאת, אולם כדאי להסתכל על שני תרחישים אפשריים

    הראשון בו אתה מכריח את הספין להיות ערך מסויים, לדוגמה מפעיל שדה מגנטי עצום בכיוון ז, אז הספין יסתדר באותו הכיוון. פעולה זו נחשבת פחות מענינת מכיוון שאתה פעול למעשה באופן מקומי ומשנה ממש את פונקצית הגל של האלקטרון, כל המידע המיוחד של השזירה נאבד באופן זה

    המצב השני הוא מצב בו אתה מודד מהו הספין של האלקטרון בכיוון מסוים. פעולה זו שונה מאחר וכעת אתה יכול לקבל אחד משני ערכים + או -. עדין המדידה שלך הכריחה את הספין של האלקטרון להיות בכיוון מסוים אולם אינך יודע מראש אם תקבל את הפלוס (בכיוון שבחרת) או מינוס (בכיוון ההפוך). תופעה זו מענינת הרבה יותר שכן השזירה מתאפינת בכך שאם אלקטרון אחד בפלוס השני במינוס ולהיפך, לכן כאשר אתה מגלה שהאלקטרון שנמצא לידך הוא "פלוס" לדוגמה אתה מיד יודע גם מצבו של השני

  • תום

    שזירה וספונטאניות

    שלום! בכתבות האחרונות שפרסמתם (על מכניקת הקוונטים) הזכרתם את תופעת השזירה. (קפיצה לנושא אחר) ישנן תופעות פיסיקאליות המתרחשות באופן ספונטאני (קרינת אלפא...). האם קיים הסיכוי כי החלקיק ששינה את מצבו באופן ספונטאני בעצם שזור עם חלקיק אחר ביקום אשר בעקבות גורמים שפעלו עליו שינה את מצבו (דבר שהביא לשינוי החלקיק השזור לו- מה שנראה לנו כדבר רנדומאלי)? בתודה מראש, תום (-:

  • עידו קמינסקי

    טבעה ההסתברותי של מכאניקת הקוונטים

    הי תום

    השאלה היא מצוינת, מאחר ואפשר לחדד אותה ולהגיד שהאמירה שיש תופעות שמתרחשות באופן ספונטאני היא חלשה, למעשה כל הבסיס של מכאניקת הקוונטים היא כי הכל קורה בהסתברות מסוימת, הכל אקראי. כל דבר שיש לו סיכוי מספיק קטן להתרחש יראה לנו כתופעה שמשום מה קרתה ברגע מסוים באופן ספונטני.

    ספציפית לקרינת אלפא אתה יכול לחשוב על חלקיק האלפא ככלוא על ידי מחסום פוטנציאל שיוצרים שאר האטומים בגרעין. אפשר לדמיין ולחשוב על חלקיק אלפא שכלוי בתוך בור פוטנציאל ריבועי (פשוט כי את זה נדע לפתור) והוא פשוט נע מקיר לקיר של הבור, וכל פעם שהוא פוגע בקיר יש לו סיכוי להמלט החוצה. באופן מפתיע כאשר מחשבים זאת כך מקבלים זמני מחצית חיים שמתאימים לזמנים הנמדדים במציאות.

    ועדין השאלה שלך במקום פשוט אפשר לנסח אותה כך - מדוע מכאניקת הקוונטים כוללת בתוכה הסתברות שדבר מסויים יקרה או לא יקרה, איך זה שהתיאוריה אינה יכולה לחזור ארועים מסויימים בוודאות אלא רק להגיד מה הסיכוי שדבר מסוים יקרה?

    הנושא הטריד רבים וטובים והמפורסם בהם הינו אלברט אינשטיין אשר הציע ביחד עם פודולבסקי ורוזן את הניסוי המפורסם הקרוי על שמם ואני מפנה אותך ללינק לכתבות בנושא זה בשאל את המומחה.

    האם ההסתברות נובעת משזירה לחלקיק אחר שאינינו מודעים לקיומה? זו שאלה טובה שאין לה תשובה. למעשה במאמץ לענות על השאלות שהציבו אינשטיין פודולבסקי ורוזן היו שהציעו תיאוריות שקבעו כי מכאניקת הקוונטים הינה ייצוג חלקי של העולם בפועל יש תורה שלמה יותר שמכילה עוד פרמטר שאנחנו אינינו מכירים ומאחר ואנו אינינו יודעים מה הערך של הפרמטר הזה, הכל נראה לנו אקראי, אבל אם הינו מכירים אותו דווקא כן הינו יכולים לחזות בוודאות כיצד המערכת שלנו תתנהג

    פיזיקאי בשם בל הציע דרך לוודא שתיאוריה זו אינה נכונה. וזהי דרך מאוד מורכבת ודורשת שזירה של חלקיקים באופן הדומה מאוד לניסוי שהציעו אינשטיין פודולבסקי ורוזן. עד היום לא הצליחו להראות כי אכן קיים פרמטר נוסף שכזה. ונכון להיום הדעה הרווחת הינה כי מכאניקת הקוונטים הינה התיאוריה הנכונה, ואינינו יודעים מהיכן מגיע האופי ההסתברותי שלה, אנו פשוט מקבלים זאת.

    חשוב להבין שהקבלה הזו של בסיס לא טבעי בכלל לתיאוריה הינה דבר מקובל ביותר. תורת היחסות למעשה מתבססת על ההנחה שמהירות האור זהה לכל הצופים לא משנה באיזו מהירות הם נעים, משם והלאה מפותחות כל המסקנות מרחיקות הלכת שלה - מדוע זה נכון? איש אינו יודע. לנצח יהיו אקסיומות בסיסיות שנאלץ להסתמך עליהן. עד שיגיע ה"אינשטיין" או ה"ניוטון" הבא ויראה לנו שההנחה הבסיסית הזו שלנו אינה נכונה ויבנה תיאוריה חדשה וטובה יותר..

  • אלוני חיפה

    אני לא מאמין בהסתברות

    הסתברות היא חישוב של סיכוי של ארוע יחיד להתרחש כחלק מארועים רבים.
    אך כשמדברים על ארוע ספציפי יש לו סיבה שיתרחש או לא.
    אין פה וודו אלה פשוט שלא יכולים להכניס את כל המשתנים המשפיעים לחישוב.
    או בגלל שהם רבים מדי או בגלל שההבדל בינהם קטן כך שלא נתן להבחין בשוני שלהם או בגלל שהוא לא ידוע לנו.
    אפשר לראות את זה בתורת הקאוס שהיא בעצם תורת החישוב לאין סוף משתנים קטנים עד אין סוף.
    אני לא מאמין בכל הוודו של תורת הקוונטים ובעצם אני בטוח שיום אחד נבין משהו שיסביר את כל התופעות האלו. משהוא בתחום של מיימדים שאנחנו לא מודעים להם. משהוא דומה לתופעת כח המשיכה שלא היה ברור עד לגילוי תורת היחסות: איך מופעל כח ללא זרוע שתעביר אותו. הסתבר שמיימד ה"מרחב זמן" מתעוות כך שנוצר "שפוע" שבו מתדרדרים חפצים.
    נכון שנסויים הראו שיש שזירה אך אין לי ספק שההסבר שקיים היום הוא "בדיחה" של אנשים שחושבים שהם מבינים את המציאות.
    המציאות אינה ברורה לאף אדם וכשנדע אותה נשלוט בעולם כמו אלוהים כל המרחקים והחומרים יהיו כחומר בידיים שלנו. כיום אנחנו יודעים הרבה על מניפסצטיה מאוד מסויימת של המציאות שהיא כמו זרוע של מציאות שמתאימה למיימד הקיום שלנו.

  • עידו קמינסקי

    EPR

    הלינק

    קישורים:
    שאלה על ניסוי EPR

  • שיר ותום :-)

    ספונטאניות

    שלום!
    האם הסיכוי של התפרקות רדיו אקטיבית תלוייה בזמן?
    דוגמא: אטום רדיו אקטיבי ש"נותנים" לו ל"נסות" לתפרק בשעה מול אטום שנותנים לו דקה? (האם הסיכוי להתפרק שווה?)

  • עידו קמינסקי

    התפרקות ספונטנית - התפלגות מעריכית

    שלום שיר ותום. אני לא בטח אם הבנתי נכון את השאלה אז אני אענה שתי תשובות לשתי שאלות אפשריות שאני יכול להבין בתקווה שאחת מהם היא מה שחיפשתם.

    השאלה הראשונה הינה כלשונה של השאלה שלכם - האם יש יותר סיכוי שאטום יתפרק במהלך שעה מאשר במהלך דקה.

    התשובה לכך היא בוודאי שכן. אתם יכולים לדמיין זאת באופן גס מאוד בצורה הבאה - האטום מנסה להתפרק כל פרק זמן כלשהו קצר ביותר. אורך פרק הזמן הזה והסיכוי שלו להצליח להתפרק נובע מאיזשהו מנגנון קוונטי פנימי של האטום. בשעה הוא יבצע הרבה יותר ניסיונת מאשר בדקה ולכן יש יותר סיכוי שהוא יתפרק במהלך שעה.

    השאלה השניה הינה נניח כי יש לנו שני אטומים. אחד לא התפרק במהלך שעה למרות כפי שתיארתם זאת "הוא ניסה להתפרק" והשני לא התפרק במהלך דקה. ומעתה והלאה אנו מסתכלים קדימה ושואלים האם יש יותר סיכוי שהאטום שכבר שעה מנסה להתפרק יתפרק מאשר זה שניסה רק דקה?

    התשובה לכך היא לא. לשני האטומים בידיוק אותו סיכוי להתפרק בזמן נתון. שוב אתה יכול להבין את הסיבה באותה צורה כמו קודם, האטום שניסה להתפרק במהלך שעה אומנם עבר הרבה יותר פעמים את אותם פרקי זמן קצרים בהם הוא ניסה להתפרק, אולם מאחר והוא לא הצליח להתפרק בהם המצב שלו לא השתנה, ולכן מכל בחינה הוא זהה לחלוטין לאטום שניסה להתפרק כבר שעה.

    מבחינה מתמטית אם אתם מתענינים, התפלגות ההתפרקות של האטום נקראת התפלגות מעריכית (או התפלגות אקספוננציאלית). התפלגות זו הינה חסרת זכרון, כלומר לא משנה מתי נתחיל להסתכל על האטום אם הוא עוד לא התפרק יש לו אותו סיכוי להתפרק מעתה והלאה, שזו בעצם התשובה לשאלה השניה שניסחתי.

    אם תבחנו את הסיכוי שאטום יתפרק בפרק זמן מסוים תראו שהסיכוי תלוי באופן משמעותי באורך פרק הזמן, כלומר הסיכוי להתפרק בשעה גבוהה באופן משמעותי ביותר מאשר בדקה.

    אני מצרף לינק להסבר על התפלגות זו מאתר וויקיפדיה למתענינים.

    קישורים:
    התפלגות מעריכית - וויקיפדיה