החלק השלישי בסדרת הסרטים מסביר שני נושאים חשובים במכניקת הקוונטים. הראשון הוא עקרון אי-הוודאות של הייזנברג, הקובע שאי אפשר לדעת בדיוק מלא, בו-זמנית, את מקומו של חלקיק ואת התנע שלו. אם אנחנו יודעים באופן מדויק את האחד, אי-הוודאות של השני גדל. (אפשר להרחיב את העיקרון הזה גם לזוגות של גדלים אחרים). הנושא השני הוא משוואת שרדינגר, שמספקת למכניקת הקוונטים את התיאור המתמטי.

 

 

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

הסרט נוגע בכמה נקודות שהיתי רוצה לחדד, ואולי אף להציג תפיסה מעט אחרת לגבי חלקן.

ראשית, לגבי משמעות פונקציות הגל, או מהו התיאור הגלי של חלקיקים. פונקציית הגל מתארת מהי ההסתברות למצוא חלקיק במיקום או בתנע מסוים בזמן נתון. כלומר, מה שמתנהג כמו גל זו ההסתברות. כשאנחנו מבצעים מדידה, מתרחש תהליך שנקרא "קריסה של פונקציות הגל". מאחר שכעת אנו יודעים בבירור איפה נמצא החלקיק, פונקציית הגל שלו משתנה וקובעת שהוא אכן נמצא בוודאות במקום שבו מדדנו. אבל המקום שבו נגלה את החלקיק תלוי בפונקציות הגל שלו לפני שביצענו את המדידה, וזו העובדה החשובה.

ההתייחסות לחלקיקים כאילו הם יוצאים ונכנסים מ"קיום" בין נקודות המדידה היא גישה שאני אינני מסכים איתה. בעיניי, הדרך הנכונה להסתכל על כך היא שאיננו יודעים היכן נמצא החלקיק בין המדידות שלנו, וכל שאנו יכולים לדעת זה את פונקציית הגל, כלומר מה ההסתברות שהוא נמצא בנקודה זו או אחרת, לא מעבר לכך.

הנושא השני הוא משוואת שרדינגר, שאי אפשר להגזים במידת החשיבות שלה. משוואת שרדינגר מתארת למעשה כל מערכת קוונטית, החל באטום המימן, דרך שאר היסודות והמולקולות, וכלה באלקטרונים במתכת, אלקטרונים במוליכים למחצה, במוליכי על ועוד.

הפתרון למשוואת שרדינגר נותן לנו מערכת של פונקציות גל יציבות, כלומר כאלו שאם נכניס את המערכת אליהן, המערכת תישאר בהן עד שהתערבות חיצונית תשנה את מצבה. כמו כן, הפתרון נותן לנו את האנרגיה של המערכת בכל אחד מהמצבים אלו. (לאלו מכם שמכירים יותר, אציין שמדובר במשוואת ערכים עצמיים של מטריצה/אופרטור שנקרא המילטוניאן). לדוגמה, הפתרונות למשוואת שרדינגר באטום המימן הם האורביטלים של האלקטרונים מסביב לגרעין והאנרגיות של האלקטרון בכל אורביטל שכזה.

נושא מעניין שהסרט נוגע בו רק על קצה המזלג הוא קיומם של חלקיקים וירטואליים. חלקיקים כאלה נוצרים לזמן קצר מתוך הריק, ואז ונעלמים. כדי שדבר כזה יקרה, החלקיקים הנוצרים חייבים לקיים תנאי כלשהו. האם תוכלו לחשוב מהו? אם כן, נסו להציע את התשובה בתגובות לכתבה זו, ואני אגיד לכם אם צדקתם.

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 יתקבלו תמיד בברכה.