יום שלישי, 22 בדצמבר 2009

שאלות ותשובות על אודות המאיץ

אני מצרף את כל השאלות שנשאלתי בעת האירוח בפורום מדע וחברה של גליליאו ואת התשובות שלי עליהן.

רון: אפשר לקבל תיאור בשפה (לא מקצועית) של הניסויים המתוכננים, והמטרות שלהם, כשתגיעה ההפעלה לרמת האנרגיה המלאה שהמאיץ יכול לספק? ובאופן ספציפי: עד כמה יסודיים החלקיקים אותם אפשר יהיה לייצר?

תשובה: שלום רון, סביב נקודות ההתנגשות נבנו ארבעה גלאים ענקיים. שניים מהם ייחודיים למטרה מסוימת (אליס ו-LHCb) ושניים כלליים יותר (אטלס ו-CMS), כלומר ניתן לגלות בעזרתם כמעט כל מה שקיים עד מסה מסוימת.
בקרוב עומד להתפרסם בגליליאו חלקו השני של המאמר על המאיץ ובו תשובה מלאה לשאלתך. אביא כאן את ראשי הפרקים.
בנוסף לבדיקה חוזרת של ניסויים קודמים מקווים לגלות חמישה דברים:
  1. בוזון היגס שהוא חלקיק יסודי. זהו חלקיק מיוחד שיש לו אינטראקציה עם כל שאר החלקיקים ומכאן מגיעה חשיבותו. מעצם קיומו ניתן להבין את מהות המסה, המהווה מושג יסוד בפיזיקה.
  2. גילוי ראיות לתורת הסופר-סימטריה. הראיות הללו יהיו בדמות אוסף של חלקיקים חדשים, רובם לא יציבים.
  3. שחזור של מצב החומר שהתקיים רגעים ספורים אחרי המפץ הגדול, ובפרט גילוי מצב צבירה חדש הקרוי פלזמת קווארקים-גלואונים.
  4. יצירת אנטי-חומר במטרה לנסות להבין למה כמות החומר ביקום גדולה לאין שיעור מכמות האנטי-חומר.
  5. גילוי חלקיקים ועצמים "אקזוטיים", כמו למשל חורים שחורים זעירים.

רולי: היי אריה, נושא שלא ציפיתי שיעלה בהקשר של מאיץ החלקיקים הוא מסע בזמן - אבל דווקא זה הנושא שתפס כותרות בחודשים האחרונים יותר מקטסטרופות של חורים שחורים..
האם יש לך עמדה בנושא ההצעה שעלתה להסבר התקלות כ"תיקון עצמי" מן העתיד? - נושא ההשפעה של העתיד על העבר לעיתים עולה מכיוונים יותר מד"ביים אבל הפעם יש כמה פיסיקאים שקשורים בדיון..

תשובה: נעים להתארח אצלך :-) שאלה מעניינת. קראתי בעיון את המאמר והתייחסתי אליו באריכות בבלוג שלי. אביא כאן את סיכום הדברים מנקודת ראותי: אותם שני פיזיקאים שפרסמו את המאמר טוענים שיש אוסף לא סביר של תקלות המונעות גילוי חלקיקים חדשים, אך אני לא רואה אוסף כזה. מדובר בתקלות רגילות שמלוות כל פרויקט גדול. כמו כן, הם טוענים שהטבע מנסה למנוע את גילויו של בוזון היגס - איני רואה משהו מיוחד בחלקיק הזה. עד היום התגלו חלקיקים רבים ובוודאי רבים נוספים יתגלו בעתיד.
בנוסף לכך, השיטה שהם מציעים על מנת להחליט אם להמשיך את הניסוי - הגרלת מספרים אקראיים - אינה מובנת לי. למה שאותה יישות מסתורית (הטבע?) תבחר להתערב דווקא בהגרלת המספרים על מנת למנוע את המשך הניסוי? האם יש להם תקשורת כלשהי איתה? נקודה נוספת היא שהם לא מדברים בהכרח על השפעה מהעתיד אלא על קיומה של יישות-על שפועלת בהווה.
לסיכומו של דבר לא התרשמתי מהנימוקים שלהם, ולמרות שהנושא בכללותו מעניין, אני סבור שהוא אינו קשור לפיזיקה בשלב זה. אולי לפילוסופיה?

רולי: אני יותר המתארח מהמארח, אתה בפורום הרבה יותר זמן ממני..
אולי זו באמת שאלה פילוסופית, ושם נתקלים בכל מיני פרדוקסים מעניינים.

תשובה: לדעתי הפילוסופיה של מדעי הטבע לא עומדת בקצב הגילויים.
אולי העברה של נושאים פיזיקליים שעל גבול הפילוסופיה לטיפול המחלקות לפילוסופיה תסייע בהדבקת הפער ובו בזמן תניח לפיזיקאים להתעסק במה שהם טובים בו.
דוגמה שאני יכול לחשוב עליה עליה היא העיקרון האנתרופי שגוזל המון ויכוחים ודיונים בקהילה הפיזיקלית. לדעתי פילוסופים יוכלו לנתח את הסוגייה הזו טוב יותר.

אפרים: אבל חשבתי שחלקיק היגס כן חשוב, ואם חלקיק היגס הוא היושב בבסיס כל ההתנהגות של חלקיקים והכוחות ביניהם - אולי חשיפה שלו היא באמת מסוכנת?

תשובה: בוזון היגס בהחלט חשוב ואפילו יכול לשמש כהסבר בסיסי למהות מושג המסה, אך איני רואה במה הוא שונה מחלקיקים אחרים ולמה חשיפה שלו בניסוי עלולה להיות מסוכנת?
כרגע עדיין קשה לומר מה נעשה איתו כשנצליח לייצר אותו, והאם תהיה לו חשיבות תעשייתית או מסחרית. במבט היסטורי, נכון להיום, גילוי האלקטרון היה חשוב יותר.
נקודה נוספת היא שאם בוזון היגס קיים, הרי שהוא נוצר ונעלם באופן ספונטני בכל מקום ביקום, אפילו בריק. בוזוני היגס כאלו (שנקראים וירטואליים) הם אלו שאחראים למסה של כל החלקיקים. בניסוי המאיץ ינסו לייצר אותו באופן מבוקר, כך שניתן יהיה לגלות אותו באופן חד-משמעי.

יגאל: לאריה, קראתי את המאמר - תודה.
מה קורה עכשיו במאיץ?
האם יכול להיות שכבר נוצרו חורים שחורים או חלקיקים חדשים?

תשובה: שלום יגאל, כרגע המאיץ מושבת עקב פגרת חג המולד המסורתית...
התוכנית המקורית היא להשבית אותו במהלך כל חורף, כשצריכת החשמל באזור גבוהה וקשה לספק לו את החשמל הדרוש. הזמן הזה ינוצל בדרך כלל לתיקונים ושדרוגים.
בחורף הנוכחי, עקב התקלה של השנה שעברה, ההפסקה תהיה קצרה יחסית. הם מתכוונים להפעיל את המאיץ מחדש כבר בפברואר, אחרי שיכינו אותו לעבודה באנרגיה גבוהה יותר.
לדעתי לא נוצרו חלקיקים חדשים משום שטרם הגיעו לאנרגיה גבוהה. אומנם נקבע שיא עולמי, אך עדיין האנרגיה שהגיעו אליה לא גבוהה בצורה ניכרת מהאנרגיה של ההתנגשויות במאיץ הטווטרון האמריקני. את ההתנגשויות הללו (בטווטרון ) ניתחו במשך שנים ולא מצאו משהו חדש.
התוכנית היא להעלות במשך 2010 הן את האנרגיה של ההתנגשויות והן את הלומינוסיטי (luminosity) שזה בעצם גודל שקובע את כמות ההתנגשויות. פרטים טכניים על תוכנית העבודה ניתן למצוא בקישור הבא:
http://lhc-commissioning.web.cern.ch/lhc-commissioning/luminosity/09-10-lumi-estimate.htm

יגאל: מה החשיבות של הלומינוסיטי?

תשובה: כשיש יותר התנגשויות הסטטיסטיקה גדולה יותר, כך שיש סיכוי גדול יותר שיתרחשו אירועים נדירים, כמו יצירת חלקיקים חדשים.
בנוסף לכך: לעתים אירוע שנראה כמו יצירת חלקיק חדש אינו מספיק לקביעה שאכן נוצר חלקיק חדש, משום שייתכן שהאירוע הזה נובע מרעש רקע. במקרה הנוכחי תהליכים מוכרים יכולים להיחשב כרעש רקע. כשהסטטיסטיקה עולה (כמות אירועים גדולה) שגיאת המדידה היחסית יורדת, והביטחון בתוצאות עולה.

יגאל: האמת שפעם ראשונה שאני שומע את המושג הזה. איך מגדירים אותו?

תשובה: הלומינוסיטי היא גודל שמתאר את אלומות החלקיקים. היא תלויה בצפיפות החלקיקים בכל אלומה של פרוטונים, בכמות החלקיקים ובמהירות שלהם.
חלק קטן מאוד מהפרוטונים בכל אלומה עוברים אינטראקציה בעת מפגש של קבוצות פרוטונים זו עם זו. קצב התגובות בין הפרוטונים הוא מכפלה של הלומינוסיטי בחתך הפעולה.
הלומינוסיטי נקבעת על ידי ביצועי המאיץ, ואילו חתך הפעולה, שמתאר את ההסתברות לתגובה, נובע מהפיזיקה עצמה. אחת המדידות החשובות במאיץ תהיה מציאת חתך הפעולה של תהליכים מסוימים וחתך הפעולה הכללי של אינטראקציה כלשהי בין זוג פרוטונים שנעים אחד לעבר השני במהירות גבוהה.

סילבר: מה יקרה אם לא ימצאו כלום.....

תשובה: במחקר אומרים שגם תוצאה שלילית היא חשובה, אבל אני חושב שזה יהיה מאוד מאוד מאכזב...

אלי: איך אמורים החורים השחורים המיקרוסקופיים להתנהג? סדר הגודל שלהם הרי הרבה יותר קטן מזה של החלקיקים האלמנטריים?

תשובה: אין הסכמה לגבי הצורה הגאומטרית של החלקיקים היסודיים, דוגמת האלקטרון. ההתייחסות אליהם היא כאל עצמים נקודתיים. מבחינה זו החורים השחורים הזעירים גדולים יותר משום שיש להם רדיוס מוגדר. הרדיוס הזה קטן פי עשרת אלפים בערך מגודל של פרוטון (שהוא לא חלקיק יסוד).
משערים שהחורים השחורים הללו יתקיימו לזמן קצר מאוד, פחות ממיליארדית של מיליארדית שנייה והם יתפרקו לאוסף של חלקיקים אחרים. החלקיקים הללו ייקלטו בגלאים ובעזרתם ניתן יהיה לשחזר את המסה של העצם ממנו הם נוצרו. בדרך זו יהיה ניתן לגלות בקלות יחסית חורים שחורים לא יציבים.
אם החורים השחורים הללו היו יציבים, אז הם היו גדלים באטיות רבה. להערכתי חורים שחורים זעירים יציבים יכולים לבלוע כוכב תוך כמה מאות שנים. עצם העובדה שזה לא קרה בכדור הארץ (למרות שהוא מופצץ באופן קבוע על ידי קרינה קוסמית אנרגטית מאוד) או בכוכבים אחרים שאנו צופים עליהם היא אחת הראיות לכך שהחורים השחורים אינם יציבים.

רולי: האם ההתנגשויות באנרגיה המקסימלית של המאיץ יחשפו תהליכים המתרחשים בסדר גודל של זמן-פלנק ואורך-פלנק?

תשובה: כנראה שלא - זמן פלאנק ואורך פלאנק קצרים מדי.
מאידך, מסת פלאנק היא גודל שאולי יגיעו אליו. אומנם מסת הפלאנק כפי שהוגדרה על ידי מקס פלאנק עצמו גדולה מדי, אך אם מודל ADD (שצופה את אפשרות יצירתם של חורים שחורים זעירים במאיצי חלקיקים) נכון, אז מסת פלאנק הרבה יותר נמוכה, ובמקרה כזה ייתכן שניתן יהיה להגיע אליה.
אחד המחקרים המעניינים שעשיתי בדוקטורט היה פיתוח שיטה שתאפשר את מציאת מסת פלאנק בעזרת תוצרי התפרקות של חורים שחורים זעירים. אני מקווה שישתמשו בשיטה הזו, אבל קודם צריך לגלות חורים שחורים זעירים... 

סילבר: מה הגילוי הכי מפתיע שיכול להיות?

תשובה: הגילוי הכי מפתיע הוא משהו שלא חשבנו עליו :-) וזה בהחלט יכול לקרות.
מבין הדברים שחשבו עליהם בוזון היגס נחשב כהימור בטוח, כלומר הגילוי שלו לא יהיה מפתיע.
לעומת זאת גילוי החלקיקים הרבים שחוזה תורת הסופר-סימטריה יכול לפתוח אפיקי מחקר חדשים.
חורים שחורים זעירים הם בעיני רבים "הגביע הקדוש" של הניסוי. גילוי שלהם יאפשר צעד ראשון באיחוד של תורת הקוונטים עם תורת היחסות ובהבנה של מבנה המרחב בקנה מידה קטן. יכולים להיות להם גם שימושים בפועל - למשל בתור יצרני אנרגיה. מצד שני, יצירת חורים זעירים עלולה לסמל את סוף פיזיקת החלקיקים.

סילבר: למה זה יהיה סוף הפיזיקה של החלקיק?

תשובה: אם נגיע במאיץ לגודל הקרוי מסת פלאנק, אז לפי ההבנה שלנו כיום - עלייה באנרגיה במאיצים עתידיים תגרום ליצירה של חורים שחורים גדולים יותר ולא של חלקיקים אחרים.
כלומר, אנו נעבור מפיזיקת חלקיקים לפיזיקת חורים שחורים.

שרית: האם תקלה כמו זו שהתרחשה ב-2008 עלולה להתרחש שוב?

תשובה: אני לא חושב שתקלה כזו תחזור על עצמה משום שנעשו פעולות מנע רבות, הן באמצעות מערכות התראה והן באמצעות מערכת לשחרור לחצים. כזכור הנזק העיקרי נגרם מהליום נוזלי שהפך לגז בלחץ גבוה. הגז פגע במספר גדול של מגנטים. בנוסף לכך, נבדקו כל החיבורים החשמליים (התקלה נגרמה מניצוץ חשמלי במקום שהיה בו חיבור לא תקין), וכמובן - הוחלפו המגנטים הפגומים.
בנוסף לכך, המאיץ כבר עובד באופן כמעט מלא, כלומר כל החלקים שלו נוסו, ומחלות הילדות שמלוות כמעט כל מתקן גדול כבר כמעט מאחורינו.
אבל, כמובן, שתקלות, ואפילו תקלות גדולות וקטלניות, עלולות להתרחש. אף אחד לא חסין מפני כך. השאלה היא אם עשינו את כל מה שביכולתנו על מנת למנוע אותן. אין לי תשובה חד-משמעית על כך משום שאני לא מעורה בפעולות הבקרה שנעשות במאיץ באופן שוטף.
אני רק יכול לומר שניתן היה למנוע את התקלה הגדולה של 2008, משום שתרחיש כזה היה ידוע. להערכתי נעשו שם טעויות בתכנון ובבקרת האיכות.

שרית: אני מתנצלת מראש אם זה פוגע. האם אתה לא חושב שיש דרכים טובות יותר להשקיע את הכסף?

תשובה: שאלה מצוינת. לדעתי זה לא בזבוז כסף, ולו משום שכסף עודף אף פעם לא יילך למקום שצריכים אותו.
ולמה אני סבור שההשקעה במאיץ חשובה? יש כמה סיבות:
  1. הפרויקט סיפק ומספק הרבה מקומות עבודה, בעיקר לאנשים בעלי כישורים והשכלה.
  2. יש כאן שיתוף פעולה בינלאומי למטרות שלום - תופעה יוצאת דופן בימינו.
  3. פרויקט בעל חשיבות חינוכית, שמדגים לבני הנוער איך מדע עובד בפועל ובזמן אמת.
  4. פיתוח חלקי המאיץ הביא לקידום הטכנולוגיה והתעשייה במספר תחומים, כמו למשל על-מוליכים. להערכתי, זה תחום שיהיה רלוונטי לכולנו בעתיד. גם בתחום המחשוב הייתה התפתחות, למשל רשת הגריד (grid) שמאפשרת שיתוף ביכולת עיבוד ובזיכרון בין מחשבים בעולם כולו.
  5. הגילויים עשויים להביא ליישומים עתידיים, כפי שקרה בגילויים רבים אחרים שנבעו ממחקר בסיסי (למשל גילוי האלקטרון).
  6. נקודה אחרונה וחשובה נוגעת לדרך שבה מתקדמת האנושות. הייתי אומר זאת כך: "הסקרנות מניעה את האנושות". לא במקרה מדינות חזקות במדע טהור תמיד היו חזקות גם בתעשייה (למשל אנגליה של אמצע המאה ה-19). מדע טהור מתקדם יוצר אקלים חיובי לפיתוחים בתחומים אחרים, ובהקשר זה חשוב לדעתי שישראל תמשיך להשתייך למועדון היוקרתי של המדינות החברות בניסוי, גם אם זה כרוך בהשקעה כספית.

19 תגובות:

Ehoud אמר/ה...

אריה

מדוע משתמשים במאיץ בהתנגשויות של פרוטון פרוטון ולא פרוטון אנטי פרוטון? בשימוש בהתנגשות פרוטון אנטי-פרוטון ניתן להאיץ את שתי הקרניים באותו המסלול בכוונים מנוגדים ובכך להרוויח אנרגיה גבוה יותר ותנע גבוה יותר בהתנגשות.

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

שאלה יפה. המבנה של המגנטים ב-LHC אכן מורכב בגלל הצורך ליצור שדות מגנטיים הפוכים במרחק קצר זה מזה.

במאיץ הטווטרון האמריקני בחרו להאיץ פרוטונים ואנטי-פרוטונים, אבל ב-LHC רצו להגיע ללומינוסיטי (Luminosity) גבוה יותר. קשה לייצר אנטי-פרוטונים ועל כן קשה להגיע לצפיפות גבוהה שלהם בקרן החלקיקים, כלומר הלומינוסיטי יהיה נמוך יותר כשמשתמשים באנטי-פרוטונים.

ואכן הלומינוסיטי הסופי של ה-LHC (בעוד כחמש שנים להערכתי) צפוי להיות גדול ביותר משני סדרי גודל יחסית ללומינוסיטי של הטווטרון. השורה התחתונה היא שבזכות הלומינוסיטי הגבוה ניתן יהיה לגלות חלקיקים חדשים או למצוא חסם תחתון למסה שלהם תוך שנים ספורות.

אגב, חתך הפעולה (ההסתברות ליצירת חלקיקים חדשים) אינו שונה באופן ניכר בשני המקרים, כל עוד מדובר באנרגיות גבוהות. באנרגיות כאלה, מרבית התהליכים המעניינים מתרחשים כאינטראקציה בין צמד גלואונים - אחד מכל פרוטון (או אנטי-פרוטון), וכמות הגלואונים בפרוטונים ובאנטי-פרוטונים לא אמורה להיות שונה.

lotem אמר/ה...

אריה תודה על הכתבה.

אני אשמח אם תעשה רשומה על איך החלקיקים מסתדרים אחר עם השני. כלומר, איפה הם נמצאים ביחס אחד לשני.
בביה"ס מלמדים שאטום מורכב מאלקטרונים, פרוטונים וניוטרונים, מאיפה מגיעים כל החלקיקים האחרים? חיפשתי ולא הצלחתי למצוא הסבר פשוט...

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

שלום לוטם, שאלה מעולה.
אנסה להתייחס לכך בפוסט נפרד (תודה על הרעיון), אך בינתיים אומר שאכן תמונת האטום המודרנית שונה מזו שמלמדים.

התשובה הקצרה היא שכל חלקיק יכול להופיע ולהיעלם מבלי שתהיה אפשרות לגלות אותו. בצורה זו החלקיקים נקראים וירטואליים. בתנאים מסוימים הם יכולים "להתממש", ואז כבר ניתן לגלות אותם.

אנונימי אמר/ה...

אריה אשמח להוסיף לשאלות,במיוחד אם אקבל תשובה בהירה.
באחת מן התשובות הסברת כי תורה אחת העל-סימטרייה,הנבדקת בניסויי "מיץ(מאיץ) החלקיקים" או "מסחטת החלקיקים" :) מהווה איחוד של תורת היחסות ותורת הקוונטים,ובכן אני מנסה להבין מדוע בכלל יש פער בין שתי התורות,הלא תורת הקוונטים מדברת בשדות,ואילו תורת היחסות באה להסביר שדה מסוים(כבידה),נדמה לי דווקא שהן ממש משיקות זו לזו,אני יודע כי העיסוק הגיאומטרי בתורת היחסות נרחב,ואילו בתורת הקוונטים אין הדבר כך,אך הגישור בין האמצעים המתמטים נעשה כבר ע"י המתמטיקה,ואין לפיזיקה כלל צורך לגשר על פערי התיאור המתמטי,כאמור,ביטוי גיאומטרי ניתן לייצוג אלגברי(הנדסה אנליטית מדגימה זאת,ווקטורים מדגימים זאת תיאור אלגברי-גיאומטרי,כמוהם מספרים מרוכבים-מישור גאוס).
במובן מסוים אני מתקשה להבין היכן מבחינת מבניי התורות הפער נמצא(אני מבין שכל תורה מגיעה למסקנות שונות-אך מניין זה נובע,ובקיצור מהן ההנחות השונות? ומדוע הן מניחות דברים אחרים?)

מלבד זאת יש לי עוד שאלה,והיא יותר פיסיקלית מעשית מאשר תיאורטית,אך אשמח קודם להבין את העניין הזה,לפחות כמה שאדם שלא למד באקדמיה פיסיקה יכל להבין.

שלך
האנונימי מן הפוליסמנטיקה(אני חושב לעברת את החתימה שלי-גם אנונימוס וגם פוליסמנטיקה-אחרי הכל ההתמחות שלי היא בעברית :) )

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

ההנחה המרכזית של תורת היחסות היא שקיימת מהירות מקסימלית - מהירות האור בריק - שדבר לא יכול לנוע מהר ממנה. לעומת זאת, תורת הקוונטים חוזה העברת מידע בין חלקיקים רחוקים באפס זמן.

כלומר, במצבים מסוימים כשמבצעים מדידה על חלקיק אחד (ואז מצבו הקוונטי נקבע בהתאם לתוצאת המדידה) נקבע גם מצבו של חלקיק מרוחק באופן מיידי. זה נשמע מוזר, וזו אכן אחת המוזרויות של תורת הקוונטים, אבל הדבר נבדק בניסוי.

אם כך, יש סתירה בין תורת הקוונטים, שמאפשרת מעבר מידע באפס זמן, לתורת היחסות, שאוסרת מעבר מידע באפס זמן. סתירה זו מבוטאת בפרדוקס מפורסם הקרוי EPR על שם איינשטיין, פודולסקי ונתן רוזן (הישראלי) שניסחו אותו ב-1935.

אנונימי אמר/ה...

תודה רבה על התשובה.

עתה,עלי לבקש ממך סליחה,משום שלא אפנה לשאלה השנייה,כי טרם הבנתי את תשובתך,ואני ממשיך לשאול עוד אחרות בנושא.

אם כך הדבר אין אפשרות לאחד את התורות אלא להרכיב תורה חדשה בעלת חיתוך עם שתי התורות,אך היא כבר אחרת משתיהן.

האם ניסו פילוסופים למצוא סידור לתורת היחסות מבלי להסתמך על הגבלת המהירות,או אולי לסייג את עניין המהירות לתחומים מסוימים(אולי להגדיר מחדש מהירות-להכיל את ההגדרה רק על חלקיקים מסוימים-כך נקבל תיאור יחסותי של החלקיקים,בעצם נבדיל בין חלקיקים שונים ע"י כאלה המוגבלים במהירות וכאלה שהמהירות אינה תקפה להם,הלא כאשר אתה טוען שישנה מהירות גבוהה מן מהירות האור אינך מתכוון שישנה מהירות האור וחצי,אלא אתה מתכוון שישנם תהליכים בו זמניים-המתרחשים מידית,ואז ניתן כבר לפשט את ההבדלה בין החלקיקים המוגבלים במהירות וכאלה שלא(החלטה שרירותית על פי תצפיות מבלי להבין מדוע אחד מוגבל ואחר לא),ע"י הבדלה לא במהירות(הרי מהירות היא ביטוי מורכב למדי הקושר בין המרחב ובין הזמן),אלא ע"י הזמן עצמו,כלומר חלקיקים שאינם מושפעים בציר הזמן.

בסידור רב יותר אבקש להבהיר את שאלותיי,
האם בכלל אפשר לאחד את שתי התורות הפיסיקליות?,
או שניתן רק למצוא תורה חותכת להן?

האם זה נכון בכלל לטעון שתורת היחסות נסתרת ע"י הממצאים הקוונטים?,כלומר,אולי ישנו גבול תחתון הניתן לתיאור והסבר מתמטי-פיסקלי,בו תיאור הממדים משתנה(ובפרט ציר הזמן)?

אריה אני מעוניין להבין עניין מעשי,אך קשרו הדוק ואני אדוק לנסות ולהבין בעצמי,או לפחות למצוא את הניסוח הפחות מעצבן,דהינו,זה שפחות יעלה רעיונות(כפי שעשיתי בתגובה זו) שאינם באים בחשבון עקב סתירות מוקדמות ופחות מורכבות להוכחה מן הבעיות הנדונות(אנשים שאינם מבינים בתחום מסוימים נוטים דווקא לסבך אותו ואילו אלו המבינים בו מפשטים אותו כפי שהוא פשוט להם).

בתודה
האנונימי מן הפוליסמנטיקה

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

עד היום לא הצליחו ליישב את פרדוקס EPR. זו בעיה בסיסית בפיזיקה.

ניסיונות לאחד את תורת הכבידה עם תורת הקוונטים (כבידה קוונטית - Quantum gravity) בדרך כלל מתעלמים מהבעיה הבסיסית שמציב פרדוקס EPR ומתמקדים בתיאור של הכבידה בעזרת שיטות קוונטיות. זו בעיה קשה לכשעצמה בגלל הבדלים מהותיים בדרך שבה שתי התורות בנויות.

אנונימי אמר/ה...

ובכן אריה נדמה שנכנסתי למקום לא לי,ולכן הציג בפניך שאלה,שוודאי לא תהיה מסובכת כמו זו על איחוד התורות.

נדמה ונשווה שני חלקיקים,חלקיק ואנטי-חלקיק,בהתאם לחוקיי הטבע הם יתקדמו זה לזה עקב המסות,והמטענים המהופכים.
כאשר יפגשו יהפכו לנשא-כוח,וכאן אני תוהה לאן "ילך" הנשא?
האם עוד יוותרו שדות הכבידה(וכמותם שדות חשמל-מגנטיים),אשר ישפיעו על מהלכו,נאמר יקטינו את מהירותו ההתחלתית?
או שמא השדות יאבדו לפני הגשמת הנשא או עם הגשמתו ולכן תנועתו תהיה אקראית אם בכלל ינוע(לפי ניוטון לא ינוע,אך זאת בהתעלמות מן האקראיות של חלקיקים)?

שוב תודה
האנונימי מן הפוליסמנטיקה

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

המטען הכללי לא ישתנה - ערכו יישאר אפס. לכן, בפועל, במרחק מספיק גדול משני החלקיקים, לא יורגש השינוי בזהות החלקיקים. גם שדה הכבידה לא אמור להשתנות, משום שכמות המסה-אנרגיה נשמרת.

אנונימי אמר/ה...

אריה אני חושש שלא הבנתי את תשובתך,כיוון שאתה לא הבנת את שאלתי.

אנסה לנסח את שאלתי בשנית,כדי להבהיר את הקושייה.

אלקטרון ופוזיטרון "נעלמים" לפוטון,עתה לא יפנה הפוטון,ובתיאור ווקטורי,מה תהיה זוויתו וגודלו(גודל מהירותו)?

האם שדות הכבידה של האלקטרון והפוזיטרון,השואפים לסינגולריות,אך הם בעלי שני מוקדי כבידה יעלמו לפני הופעת הפוטון,או שמא הפוטון עוד יושפע מן השדות הללו ויאבד ממהירותו?

השאלה מתייחסת לעיקרון הגבלת המהירות,אם ישנה הגבלה על המהירות הרי שהשדות ימשיכו להתקיים זמן מסוים לאחר היעלמות המסות עצמן,ולכן ישפיעו על החלקיקים הנוכחים,במקרה זה על החלקיק הנוכח.

אני מקווה שעתה הצלחתי להסביר את שאלתי היטב,

שלך
האנונימי מן הפוליסמנטיקה(שטרם עיברת את שמו)

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

תהליך כזה, שבו אלקטרון ופוזיטרון הופכים לפוטון אחד, לא ייתכן, משום שכך לא יתקיימו חוק שימור האנרגיה וחוק שימור התנע בו-זמנית.

לכן, לצורך העניין נניח שנוצרים שני פוטונים. הפוטונים הללו יכולים לנוע בכיוונים שונים, כל זאת בתנאי שמתקיימים חוק שימור האנרגיה וחוק שימור התנע.

לשדות בטרם ההתנגשות לא תהיה השפעה משום שהחלקיקים המתנגשים נעים במהירות קטנה ממהירות האור, ואילו השפעת שדה הכבידה והשדה האלקטרומגנטי נעשית במהירות האור.

אנונימי אמר/ה...

ראשית כל,תודה על התשובות המעניינות.
שנית בכל,כאשר האלקטרון והפוזיטרון
נמצאים במסלול התנגשות,הרי שטרם ההתנגשות המהירות שלהם הנה אינסופית כלומר קרובה למהירות האור או שווה לה(הרי שדה הוא גזירה לפי מרחק,וכאשר המרחק שואף לאפס הרי עוצמת השדה תשאף לאינסוף,עוצמת השדה היא פוטנציאל ההופך לתנועה משמע למהירות מקסימלית).

עתה למגוון שאלות,
מדוע דווקא שני פוטונים ולא אחד?
אין מצב של התנגשות בה שני גופים הופכים אחד(התנע נשמר),לא נוכל לומר שנוצר פוטון אחד בעל תדירות גבוהה(לעומת מצב בו נוצר שני פוטונים,להם התדירויות יהיו נמוכות) יחסית,כלומר אנרגטי יותר.

ועכשיו אני רוצה להבהיר את השאלה עוד יותר,נוצרו שני פוטונים והם,כצפוי,נעים במהירות האור(הם אור!),האם הם מושפעים משדות הכבידה של האלקטרון והפוזיטרון(שכבר לא קיימים)?

כלומר האם השדות משתהים מלהיעלם עקב הגבלת המהירות ולכן ממשיכים זמן מה להשפיע(במקרה זה על התוצרים-הפוטונים/פוטון),אף על פי שהמסות כבר אינן?

אריה כל זאת התפלפלות,ואני מקווה שאתה נהנה ממנה כמוני,כיוון שאני נהנה מאוד.

שלך,
מודה
האנונימי מן הפולסמנטיקה

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

1. האינטראקציה בין שני החלקיקים תתרחש במרחק קטן, אך לא במרחק אפס.

2. דמיין לעצמך פוזיטרון ואלקטרון בעלי מהירות שווה בכיוון הפוך. התנע הכולל הוא אפס. לא קיים פוטון בעל תנע אפס, לכן במקרה כזה לא יכול להיווצר פוטון בודד. ניתוח של מקרים בהם החלקיקים נושאים תנע שונה יביא למסקנה דומה.

3. שדות הכבידה של אלקטרון ושל פוזיטרון זניחים. אין צורך לקחת אותם בחשבון בשאלה זו.

אנונימי אמר/ה...

אריה תודה על התשובה.

1. עניין מעניין לכשעצמו היכן מתרחשת התגובה בין החלקיקים,אם תקרא את נוסח שאלתי תוכל לראות שכיוונתי לכך שהמרחק שואף לאפס ועודנו גדול ממנו,בדיוק כמו רעיון הנגזרת,אשר היא נקודות השואפת לנקודה,ומחד הדבר מתיר לנגזרת להיות בעלת שיפוע(לעומת נקודה שאין לא שיפוע) ומאידך להיות בעלת דיוק אינסופי.
2. אני מתקשה לדמיין לי פוזיטרונים ואלקטרונים משום שאין לי כל כך דרך,אך אני מנסה לראות בעיניי רוחי נאמר שני כדורים בעלי תכונות כאלה ואיני מצליח להבין מדוע התנע אינו נשמר,האמת היא שלא התעמקתי בעניין,ומדוע אבהיר בנקודה השלישית אך לעת זו אציין שאני מעריך שאוכל לבדוק את העניין,עקרונית(לא באופן מדויק),ע"י הצבה נכונה במשוואת שימור תנע,אך טרם השלמתי מחשבה זו.
3. על אף היות השאלה די מעשית,מה קורה במצב מסוים,ולא נע כל דבר,היא עקרונית בהחלט,משום שאני מנסה להבין האם ייתכנו שדות מבלי מחוללים,והאם אכן מגבלת המהירות תקפה לשדות,ולחלקיקים(מלבד מצבים של בו זמניות בין חלקיקים הקשורים זה בזה באופן המתואר בקוונטיקה).

שלך
האנונימי מן הפוליסמנטיקה(שמרגיש שהגיב מעט יותר מדי J )

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

לאנונימי - שאלותיך מצוינות, אבל לא לכל דבר יש לי תשובות. עניתי ככל שיכולתי.

אני רוצה לחזור לנקודה שהעליתי קודם - טיפול יחסותי שלוקח בחשבון את הכבידה בצורה מדויקת עדיין לא קיים לחלקיקים קטנים. זו בדיוק המטרה של כבידה קוונטית. קראתי על כמה רעיונות יפים שיכולים להוות בסיס לכבידה קוונטית, אבל התחום הזה עדיין בחיתולים, ולו משום שעדיין לא נמצאה דרך לבדוק אותו בניסוי. הבעיה העיקרית במציאת ניסוי כזה היא העוצמה הנמוכה של הכבידה יחסית לכוחות אחרים.

אנונימי אמר/ה...

התייחסת ככל שהתייחסת,כן לא רק גופים וחלקיקים מקיימים מערכות יחסים,ועל כך הודתי לך ואני ממשיך להודות.

עניין מאוד פורה המחשבה,אך נדמה שהוא גם גלומיי,אינו מצליח באמת למצוא את המקום שלו מעבר למוח(גם אם תיתן אלף אלפי הדוגמאות על השימוש בחשמל,ובאלקטרוניקה,שאכן מושתת על עקרונות קוונטים במידה רבה).

חסר הפנים מן ריבוים(ובלעז האנונימי מן הפולסימנטיקה)-חהמ"ר.

אנונימי אמר/ה...

התייחסת ככל שהתייחסת,כן לא רק גופים וחלקיקים מקיימים מערכות יחסים,ועל כך הודתי לך ואני ממשיך להודות.

עניין מאוד פורה מחשבה,אך נדמה שהוא גם גולומי,אינו מצליח באמת למצוא את המקום שלו מעבר למוח(גם אם תיתן אלף אלפי דוגמאות על השימוש בחשמל,ובאלקטרוניקה,שאכן מושתת על עקרונות קוונטים במידה רבה).

התייחסת ככל שהתייחסת,כן לא רק גופים וחלקיקים מקיימים מערכות יחסים,ועל כך הודתי לך ואני ממשיך להודות.

עניין מאוד פורה המחשבה,אך נדמה שהוא גם גלומיי,אינו מצליח באמת למצוא את המקום שלו מעבר למוח(גם אם תיתן אלף אלפי הדוגמאות על השימוש בחשמל,ובאלקטרוניקה,שאכן מושתת על עקרונות קוונטים במידה רבה).

חסר הפנים מן ריבוים(ובלעז האנונימי מן הפולסימנטיקה)-חהמ"ר.

אנונימי אמר/ה...

:)