יש הרבה מקרים וכמפתח אני באמת יכול להעיד על כך, לפתור בעיות מורכבות מאוד, אולי האפשרות הטובה ביותר היא להתחיל בצורה מאוד פשוטה. בהזדמנות זו אני רוצה שנדבר על כל המסתורין הגדול סביב הפיזיקה הקוונטית וכיצד, בעזרת הכרחית המטוטלת של ניוטון, קבוצת חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד הצליחה לפתור רבים מהם.
לפרט מעט יותר, אולי הדרך הטובה ביותר להבין מדוע להשתמש במטוטלת ניוטון, באזורים מסוימים המכונים גם ערש ניוטון, היא בדיוק לדעת מהו המנגנון הזה. בצורה הרבה יותר מהירה, אנו מדברים על האובייקט שתוכלו לראות בתצלום הממוקם ממש בראש פוסט זה, בו תוכלו לראות מכשיר שבמרכזו סדרת כדורים מיושרים ומאוזנים מוכים זה בזה במשך תקופה ארוכה.
המטוטלת של ניוטון מסבירה בצורה מושלמת איך הרגע והאנרגיה עובדים בצורה מאוד פשוטה
כפרט, אמור לך שהמטוטלת הזו של ניוטון היא אחד הכלים המעניינים ביותר בכל הנוגע להסבר כיצד המומנטום והאנרגיה עובדים. רחוק מכל אלה נראה שקבוצת חוקרים הצליחה להשתמש בו גם כדי ללמוד ולהבין מערכות קוונטיות שונות.
לשם ביצוע עבודה זו, קבוצת החוקרים שפיתחה פרויקט זה לא השתמשה במטוטלת ניוטון בקנה מידה מלא, אלא אחד הצעדים הראשונים שעשו היה לבנות גרסה קטנה בהרבה, כמו עובדת השימוש א בקנה מידה קוונטי. לאחר בנייתו, הוא איפשר להם ללמוד את תהליך ההחלמה, כלומר הדרך בה התנועה הכאוטית של חלקיקים קוונטיים מובילה בסופו של דבר לשיווי משקל תרמי יציב.
כדי להבין קצת יותר טוב את כל העבודה הזו ולמה היא בוצעה, ברצוני לתת לך דוגמה בסיסית מאוד. כולנו מכירים היטב את תרמיזציה של הפיזיקה הקלאסית, אם אינכם מכירים מונח זה, אמרו לכם שזה התהליך שבו, למשל, אם נערבב חלב קר וקפה חם, כל הנוזל המתקבל מקבל גמר אחיד טֶמפֶּרָטוּרָה. הבעיה שיש לפתור היא בדיוק ה איך, מדוע ומתי עיקרון זה פועל בתחום הקוונטי.
בנימין לב וצוותו הצליחו לפתח השערה המסבירה מה קורה במהלך שיווי משקל תרמי ברמה הקוונטית
השאלות הללו היו בדיוק אלה שהצליחו לענות עליהן בזכות השימוש במטוטלת ניוטון בקנה מידה קוונטי. כפרט, אמור לך שהם לא יצרו כלי כשלעצמו מכיוון שלא הונחו כדורים על חוטים אך הם שימשו קבוצות אטומים שהתקררו לאפס מעלות כדי להיטען באמצעות סדרת צינורות לייזר שהופעלו מאוחר יותר על ידי קרני לייזר מרוכזות מאוד.
כפרט, אמור לך כי סוג זה של גישה כבר נעשה שימוש בהזדמנויות אחרות, ומציע תוצאות אולי לא כל כך מדהימות. בהזדמנות זו, החוקרים החליטו להשתמש באטומים ממוגנטים מאוד על מנת להתאים באופן מדויק יותר כיצד שינויים באטומים מסוימים משפיעים על שכניהם. הניסוי גילה שני צעדים שונים ואקספוננציאליים להשגת שיווי משקל תרמי, שאפשר סוף סוף למדענים לפתח השערה חדשה לגבי כל מה שקורה ברמה הקוונטית.
כפי שהעיר בנימין לבהחוקר הראשי האחראי על פיתוח הפרויקט ופרופסור באוניברסיטת סטנפורד (קליפורניה):
המשמעות היא שנוכל לקבל תיאוריה כללית ופשוטה מאוד לגבי כמה מערכות קוונטיות מסובכות יכולות להגיע. זה יפה כי זה מאפשר לך לתרגם את כל מה שקורה במערכת זו לאחרים.
אם אנו רוצים להיות מסוגלים ליצור מכשירים חזקים ושימושיים, עלינו להבין כיצד מערכות קוונטיות מתנהגות משיווי משקל ברמה כה בסיסית כפי שאנו מבינים זאת ממערכות קלאסיות.
מידע נוסף: סקירה גופנית X