זמן אפס

חלבונים הם שרשרות מולקולריות ארוכות אשר מתַפקדות כאשר הן מקופלות במרחב במבנה מדויק. מעת לעת נפרמים מבנים תלת-ממדיים אלה, השרשרת המולקולרית נפתחת – ואז חוזרת ומתקפלת שוב. התפלגות משך הזמן החולף כאשר החלבון הפרום מתקפל, או להיפך, נמדדה כבר בעבר, שכן התיאוריה הנדרשת כדי לתאר את ההתפלגות הזאת מבוססת על המכניקה הקלאסית. אבל פרופ' אלי פולק, מהמחלקה לפיזיקה כימית במכון ויצמן למדע, החליט לנסות להבין אם אפשר למדוד את משך זמן המעבר בין מצבים שונים גם במסגרת המכניקה הקוונטית, שאלה שמעלה תהייה ותיקה אחרת: מה משמעותו של הזמן בתורת הקוונטים?

פרופ' פולק הראה שכדי לענות על שאלה בסיסית זו יש לשאול – ולענות – מה ההסתברות שבזמן מסוים תעבור המערכת ממצב קוונטי אחד למצב קוונטי אחר. אחת התופעות הקוונטיות המרתקות בהקשר זה היא תופעת המינהור: חלקיק קוונטי יכול לחדור ולעבור דרך מחסום אטום. לפיכך, מסקרן לדעת כמה זמן נדרש לחלקיק הקוונטי לבצע את המינהור (כלומר, לעבור דרך המחסום הפיסי). פולק חישב את התהליך הזה והוכיח שמשך הזמן הממוצע הנדרש לשינוי המצב הקוונטי במערכות שמצויות בטמפרטורות נמוכות מספיק הוא – אפס. כלומר, השינוי מתבצע באפס זמן. המשכו של אותו חישוב הראה, שלעיתים, ככל שהמרחק שהמערכת עוברת לצורך השינוי גדול יותר, כך משך הזמן הנדרש לשם כך קטן יותר.

עוד התפתחות מאותו חישוב הובילה את פולק לתוצאה מפתיעה נוספת: במערכות כאלה אפשר לחשב ולמצוא את מיקומו הכמעט מדויק של חלקיק המצוי בתנועה. במילים אחרות, מדובר בצמצום משמעותי של אי-הוודאות המתוארת בעקרון אי-הוודאות המפורסם שטבע ב-1927 ורנר הייזנברג, הפיזיקאי הגרמני חתן פרס נובל. חישובים אלה כלולים במאמרים שפירסם באחרונה פולק בכתבי-העת המדעיים Journal of Physical Chemistry Letters  ו- Physical Review Letters. לאור ממצאים אלה אומר פולק, שתוצאות אלה מקרבות אותנו להבנת מקומו ותפקידו של הזמן במערכות אשר פועלות על-פי חוקי תורת הקוונטים.
 

המאמר פורסם לראשונה במסע הקסם המדעי ב-20.3.17