לפני קצת יותר משבוע, פיזיקאים אירופאים הודיע הם מדדו את עוצמת הכבידה בקנה מידה הקטן ביותר אי פעם.
בניסוי חכם על גבי שולחן, חוקרים מאוניברסיטת ליידן בהולנד, אוניברסיטת סאות'המפטון בבריטניה והמכון לפוטוניקה וננו-טכנולוגיות באיטליה מדדו כוח של כ-30 אטו-טון על חלקיק בעל מסה קצת פחות מחצי מיליגרם. אטונוטון הוא מיליארדית מיליארדית ניוטון, יחידת הכוח הסטנדרטית.
החוקרים לומר העבודה יכולה "לפתוח עוד סודות על המרקם של היקום" ועשויה להיות צעד חשוב לקראת המהפכה הגדולה הבאה בפיזיקה.
אבל למה זה? זו לא רק התוצאה: זו השיטה, ומה שהיא אומרת על דרך קדימה עבור ענף של מבקרי מדע אומרים עשוי להיות לכוד בלולאה של עלויות עולות ותשואות פוחתות.
כוח משיכה
מנקודת מבטו של הפיזיקאי, כוח הכבידה הוא כוח חלש ביותר. זה אולי נראה כמו דבר מוזר לומר. זה לא מרגיש חלש כשאתה מנסה לקום מהמיטה בבוקר!
ובכל זאת, בהשוואה לכוחות האחרים שאנו מכירים - כמו הכוח האלקטרומגנטי שאחראי לקישור אטומים וליצירת אור, והכוח הגרעיני החזק הקושר את ליבות האטומים - כוח הכבידה מפעיל משיכה חלשה יחסית בין עצמים.
ובהיקפים קטנים יותר, ההשפעות של כוח הכבידה נחלשות יותר ויותר.
קל לראות את השפעות הכבידה על עצמים בגודל של כוכב או כוכב לכת, אבל הרבה יותר קשה לזהות השפעות כבידה עבור עצמים קטנים וקלים.
הצורך לבדוק את כוח הכבידה
למרות הקושי, פיזיקאים באמת רוצים לבדוק את כוח הכבידה בקנה מידה קטן. הסיבה לכך היא שזה יכול לעזור לפתור תעלומה בת מאה שנים בפיזיקה הנוכחית.
הפיזיקה נשלטת על ידי שתי תיאוריות מוצלחות ביותר.
הראשונה היא תורת היחסות הכללית, המתארת את כוח הכבידה והמרחב-זמן בקנה מידה גדול. השנייה היא מכניקת הקוונטים, שהיא תיאוריה של חלקיקים ושדות - אבני הבניין הבסיסיות של החומר - בקנה מידה קטן.
שתי התיאוריות הללו סותרות במובנים מסוימים, ופיזיקאים לא מבינים מה קורה במצבים שבהם שניהם צריכים לחול. אחת המטרות של הפיזיקה המודרנית היא לשלב את תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים לתיאוריה של "כבידה קוונטית".
דוגמה אחת למצב שבו יש צורך בכבידה קוונטית היא הבנה מלאה של חורים שחורים. אלה חזויים על ידי תורת היחסות הכללית - וראינו כאלה ענקיים בחלל - אבל חורים שחורים זעירים עשויים להיווצר גם בקנה מידה קוונטי.
אולם כיום, איננו יודעים כיצד להפגיש את תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים כדי לתת דין וחשבון כיצד כוח הכבידה, ולפיכך החורים השחורים, פועלים בתחום הקוונטים.
תיאוריות חדשות ונתונים חדשים
פותחו מספר גישות לתיאוריה פוטנציאלית של כבידה קוונטית, כולל תיאוריית המיתרים, כבידה קוונטית בלולאה, ו תורת הקבוצות הסיבתיות.
עם זאת, גישות אלו הן תיאורטיות לחלוטין. כרגע אין לנו דרך לבדוק אותם באמצעות ניסויים.
כדי לבחון אמפירית את התיאוריות הללו, נצטרך דרך למדוד את כוח הכבידה בקנה מידה קטן מאוד שבו השפעות קוונטיות שולטות.
עד לאחרונה, ביצוע בדיקות כאלה לא היה בהישג יד. נראה היה שנצטרך חלקי ציוד גדולים מאוד: אפילו יותר ממאיץ החלקיקים הגדול בעולם, ה-Large Hadron Collider, ששולח חלקיקים עתירי אנרגיה מתקרבים סביב לולאה של 27 קילומטרים לפני שהם מרסקים אותם יחד.
ניסויים שולחניים
זו הסיבה שהמדידה האחרונה בקנה מידה קטן של כוח הכבידה היא כל כך חשובה.
הניסוי שנערך במשותף בין הולנד לבריטניה הוא ניסוי "שולחן". זה לא דרש מכונות מסיביות.
הניסוי פועל על ידי הצפת חלקיק בשדה מגנטי ולאחר מכן הנפת משקולת על פניו כדי לראות כיצד הוא "מתנועע" בתגובה.
זה מקביל לאופן שבו כוכב לכת אחד "מתנועע" כשהוא חולף על פני אחר.
על ידי ריחוף החלקיק באמצעות מגנטים, ניתן לבודד אותו מרבות מההשפעות שהופכות את זיהוי השפעות כבידה חלשות לקשה כל כך.
היופי של ניסויים שולחניים כמו זה הוא שהם לא עולים מיליארדי דולרים, מה שמסיר את אחד החסמים העיקריים לביצוע ניסויי כבידה בקנה מידה קטן, ופוטנציאל להתקדמות בפיזיקה. (ההצעה האחרונה ליורש גדול יותר למאיץ ההדרונים הגדול תהיה עלה 17 מיליארד דולר.)
עבודה לעשות
ניסויים שולחניים מבטיחים מאוד, אבל יש עדיין עבודה לעשות.
הניסוי האחרון מתקרב לתחום הקוונטי, אבל לא ממש מגיע לשם. המסות והכוחות המעורבים יצטרכו להיות קטנים עוד יותר כדי לגלות כיצד כוח הכבידה פועל בקנה מידה זה.
אנחנו גם צריכים להיות מוכנים לאפשרות שאולי לא ניתן יהיה לדחוף ניסויים שולחניים עד כאן.
ייתכן שעדיין ישנה מגבלה טכנולוגית שמונעת מאיתנו לערוך ניסויים של כוח הכבידה בקנה מידה קוונטי, מה שדוחף אותנו אחורה לעבר בניית מתנגשים גדולים יותר.
בחזרה לתיאוריות
כדאי גם לשים לב לכמה מהתיאוריות של כוח הכבידה הקוונטי שעשויות להיבדק באמצעות ניסויים על שולחן, הן קיצוניות מאוד.
כמה תיאוריות, כגון כוח הכבידה הקוונטית בלולאה, מציעות חלל וזמן עשויים להיעלם בהיקפים קטנים מאוד או באנרגיות גבוהות. אם זה נכון, ייתכן שלא ניתן יהיה לבצע ניסויים בקנה מידה כזה.
אחרי הכל, ניסויים כפי שאנו מכירים אותם הם מסוג הדברים שקורים במקום מסוים, על פני מרווח זמן מסוים. אם תיאוריות כאלה נכונות, ייתכן שנצטרך לחשוב מחדש על עצם הניסוי כדי שנוכל להבין זאת במצבים שבהם חלל וזמן נעדרים.
מצד שני, עצם העובדה שאנו יכולים לבצע ניסויים פשוטים הכוללים כוח משיכה בקנה מידה קטן עשויה להצביע על כך שהמרחב והזמן קיימים בכל זאת.
מה יתברר כאמת? הדרך הטובה ביותר לגלות היא להמשיך עם ניסויים על שולחנות, ולדחוף אותם הכי רחוק שהם יכולים להגיע.
מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.
תמונת אשראי: גאריק ברסגיאן / pixabay
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://singularityhub.com/2024/03/04/gravity-experiments-on-the-kitchen-table-why-a-tiny-tiny-measurement-may-be-a-big-leap-forward-for-physics/
- :הוא
- :לֹא
- :איפה
- 30
- a
- אודות
- נעדר
- מאיץ
- חֶשְׁבּוֹן
- לרוחב
- מעשים
- לאחר
- לִפנֵי
- תעשיות
- גם
- an
- ו
- אחר
- כל
- החל
- גישות
- ARE
- לְהִתְעוֹרֵר
- סביב
- מאמר
- AS
- At
- משיכה
- בחזרה
- מחסומים
- בסיסי
- BE
- יופי
- כי
- היה
- לפני
- להלן
- הטוב ביותר
- בֵּין
- גָדוֹל
- גדול
- מיליארדים
- כריכה
- שחור
- חורים שחורים
- אבני
- שניהם
- סניף
- להביא
- בִּניָן
- אבל
- by
- CAN
- לשאת
- סְגוֹר
- CO
- COM
- לשלב
- מגיע
- המון עם
- לעומת
- מנוהל
- מוליך
- שיחה
- לתקן
- עלות
- עלויות
- יכול
- דלפק
- יְצִירָתִי
- אשראי
- מבקרים
- נוֹכְחִי
- כיום
- מתאר
- לאתר
- מפותח
- קושי
- פוחתת
- do
- לא
- דולר
- תחום
- לשלוט
- נשלט
- לא
- קל
- תופעות
- לַחֲלוּטִין
- ציוד
- אֵירוֹפִּי
- אֲפִילוּ
- אי פעם
- דוגמה
- לְנַסוֹת
- ניסויים
- מאוד
- עובדה
- רחוק
- להרגיש
- שדה
- ראשון
- צף
- בעד
- להכריח
- כוחות
- קדימה
- החל מ-
- לגמרי
- כללי
- יצירת
- לקבל
- לתת
- Go
- מטרה
- הולך
- כבידה
- כוח משיכה
- היה
- חצי
- יד
- לקרות
- קורה
- קשה
- קשה
- יש
- לעזור
- גָבוֹהַ
- חורים
- איך
- איך
- אולם
- HTTPS
- עצום
- if
- חשוב
- in
- כולל
- מכון
- אל תוך
- מעורב
- מעורב
- מְבוּדָד
- IT
- איטליה
- רק
- שמור
- סוגים
- לדעת
- גָדוֹל
- הגדול ביותר
- האחרון
- Leap
- רישיון
- אוֹר
- כמו
- הגבלה
- מכונות
- שדה מגנטי
- מגנטים
- ראשי
- לעשות
- עשייה
- רב
- מסה
- המונים
- מסיבי
- מאי..
- למדוד
- מדידה
- מכניקה
- שיטה
- יכול
- מודרני
- יותר
- הרבה
- תעלומה
- טבע
- צורך
- נחוץ
- הולנד
- חדש
- ניוטון
- הבא
- NIH
- וציין
- גַרעִינִי
- מספר
- אובייקטים
- of
- on
- ONE
- יחידות
- or
- אחר
- הַחוּצָה
- יותר
- עמוד
- מסוים
- עבר
- נתיב
- לְבַצֵעַ
- ביצוע
- פיסיקה
- חתיכות
- מקום
- כוכב לכת
- אפלטון
- מודיעין אפלטון
- אפלטון נתונים
- אנא
- נקודה
- נקודת מבט
- אפשרות
- אפשרי
- פוטנציאל
- פוטנציאל
- חזה
- מוּכָן
- להציג
- מונע
- התקדמות
- מבטיח
- הצעה
- להוכיח
- דחוף
- דוחף
- קוונטית
- מכניקה קוואנטית
- דַי
- רדיקלי
- לְהַגִיעַ
- חומר עיוני
- בֶּאֱמֶת
- תחום
- לאחרונה
- לאחרונה
- יחסית
- תורת היחסות
- להסיר
- מסיר
- לדרוש
- חוקרים
- לפתור
- תגובה
- אחראי
- תוצאה
- מַהְפֵּכָה
- תקין
- s
- לומר
- אומר
- סולם
- מאזניים
- מדע
- שְׁנִיָה
- סודות
- לִרְאוֹת
- נראה
- נראה
- שולח
- תחושה
- סט
- צריך
- מצב
- מצבים
- מידה
- קטן
- קטן יותר
- So
- כמה
- סאות'המפטון
- מֶרחָב
- מרחב וזמן
- תֶקֶן
- כוכב
- שלב
- עוד
- פשוט
- כוח
- חזק
- מוצלח
- כזה
- להציע
- נדנדה
- שולחן
- תָג
- טכנולוגי
- מבחן
- נבדק
- בדיקות
- מֵאֲשֶׁר
- זֶה
- השמיים
- הולנד
- בריטניה
- אותם
- אז
- תיאורטי
- התאוריה
- שם.
- אלה
- הֵם
- דבר
- דברים
- זֶה
- כָּך
- זמן
- ל
- יַחַד
- לקראת
- לכודים
- נָכוֹן
- מנסה
- שתיים
- Uk
- תחת
- להבין
- יחידה
- אוניברסיטה
- us
- באמצעות
- מאוד
- באמצעות
- לצפיה
- רוצה
- היה
- דֶרֶך..
- דרכים
- we
- חלש
- חלש יותר
- שבוע
- מִשׁקָל
- מה
- מתי
- אשר
- למה
- יצטרך
- עם
- תיק עבודות
- עובד
- של העולם
- ראוי
- היה
- עוד
- זפירנט
- מתקרב