Schrodingers Dog
New member
חומת האש
התנגשות חזיתית בין מכניקת הקוונטים לתורת היחסות הכללית של איינטשיין.
נתחיל מהחלק הקל שזה מכניקת קוונטים. בלי להכנס לפרטים טכניים יותר מידי אז אנחנו מתארים את העולם ע״י פונקציית גל. אנחנו מנרמלים אותה כך שהגודל שלה (בערך מוחלט) הוא 1 ולכן כל מספר שהיא תחזיר יהיה בין 0 ל-1 וניתן לזה משמעות של הסתברות. כדי לתאר התפתחות בזמן אנחנו מפעילים אופרטור ומקבלים פונקציית גל חדשה. אנחנו רוצים שגם היא תהיה מנורמלת ומכאן אנחנו קובעים שהאופרטור שאיתו אנחנו מקדמים בזמן חייב להיות אוניטרי. זאת נקודה חשובה מאד ואחד העקרונות החשובים של מכניקת קוונטים. אחת המסקנות המיידיות היא שסכום ההסתברויות בכל רגע נתון הוא 1 ואחת המסקנות הפחות מיידיות היא שמידע לא הולך לאיבוד אף פעם וכל הזמן נשמר.
כעת נדבר על תורת היחסות הכללית. בגדול היא מספרת לנו שצריך להסתכל על המרחב התלת מימדי ביחד עם הזמן בתור מרחב-זמן 4 מימדי וגמיש שיכול להתעקם - להתרחב ולהתכווץ בנקודות שונות ע״פ האנרגיה והמסה שמפוזרת במרחב. חור שחור הוא אחד האובייקטים שהתאוריה מנבאת. מה שקורה הוא שיש מעטפת סביב החור השחור שנקראת ״אופק ארועים״ ומרגע שחצינו אותו, לא ניתן לברוח ואנו ניפול אל החור השחור (הנקודתי) במרכז. בנוסף, כאשר נחצה את האופק, באותו רגע לא יקרה כלום/לא נרגיש כלום אבל כבר לא נוכל לברוח.
שימו לב מה קורה, אובייקטים יכולים ליפול אל החור השחור ולעולם לא לצאת. המסה של החור השחור גדלה בהתאם אבל נדמה כי כל האינפורמציה שהייתה לגבי האובייקטים אבדה לנצח! זאת הייתה הבעיה הראשונה.
לאחר כמה שנים, הוקינג הראה כי ישנו תהליך קוונטי שגורם לקרינה להפלט מהחור השחור וגורם לו לאבד מסה ובסופו של דבר - להתנדף. אוקי, אמרו חסידי היחסות הכללית, הקרינה הזאת שיוצאת החוצה נושאת עימה את האינפורמציה של כל האובייקטים שאי פעם נפלו לחור השחור וכך החזרנו את האוניטריות לתמונה.
לאחרונה (שנת 2013) מספר חוקרים בדקו את עניין הקרינה הזה יותר לעומק. הם משתמשים ברעיון שנקרא שזירות. זה רעיון קוונטי. זה אומר בגדול ששני חלקיקים שיש ביניהם אינטרקציה, המצבים הקוונטיים שלהם נהיים שזורים וכל חלקיק יש לו גם אינפורמציה על החלקיק השני. ננתח את קרינת הוקינג: היא אומרת שבתוך החור השחור נוצרים שני חלקיקים ואחד מצליח לברוח ואחד נופל בחזרה. מבחינה קוונטית הם שזורים לכן החלקיק שבורח שזור עם החלקיק שנשאר, יש לו מידע לגביו ולכן אינפורמציה לא אובדת! בנוסף החלקיק שברח שזור עם כל החלקיקים הקודמים שברחו.
כאן הפרדוקס: אי אפשר להיות שזור עם יותר ״מבן זוג״ אחד. ניסיון לפתור את הפרדוקס הוא בעצם ההתנגשות בין הרעיונות הכי גדולים של הפיזיקה.
אופציה ראשונה שיש שבירה מיידית של השזירה בין החלקיק שברח לחלקיק שנפל אז שבירה כזאת מייצרת המון אנרגיה. נוצרת ״חומה של אש״ או שכבה עם אנרגיה כמעט אינסופית על או ממש ליד אופק האירועים. מי שנופל לחור השחור ישרף מיד ובעצם זאת שבירה מיידית של חוקי היחסות הכללית.
אופציה שניה היא שמלכתחילה החלקיק שבורח והחלקיק שנופל אינם שזורים, הקרינה מהחור השחור היא קרינה תרמית (אקראית). אבל אז אינפורמציה אכן אובדת בניגוד חריף לאוניטריות של מכניקת הקוונטים.
הבעיה פתוחה אבל אנחנו מבינים שליחסות כללית אין את הכלים להסביר חורים שחורים מבחינה קוונטית ואולי התאוריה טועה לחלוטין ביחס אליהם ואנחנו צריכים תאוריה שלמה של כבידה קוונטית. יש גם רעיונות חדשים ומעניינים שקשורים לחורי תולעת בין החלקיקים שברחו לבין החלקיקים שנשארו. עדיין עובדים על זה.
התנגשות חזיתית בין מכניקת הקוונטים לתורת היחסות הכללית של איינטשיין.
נתחיל מהחלק הקל שזה מכניקת קוונטים. בלי להכנס לפרטים טכניים יותר מידי אז אנחנו מתארים את העולם ע״י פונקציית גל. אנחנו מנרמלים אותה כך שהגודל שלה (בערך מוחלט) הוא 1 ולכן כל מספר שהיא תחזיר יהיה בין 0 ל-1 וניתן לזה משמעות של הסתברות. כדי לתאר התפתחות בזמן אנחנו מפעילים אופרטור ומקבלים פונקציית גל חדשה. אנחנו רוצים שגם היא תהיה מנורמלת ומכאן אנחנו קובעים שהאופרטור שאיתו אנחנו מקדמים בזמן חייב להיות אוניטרי. זאת נקודה חשובה מאד ואחד העקרונות החשובים של מכניקת קוונטים. אחת המסקנות המיידיות היא שסכום ההסתברויות בכל רגע נתון הוא 1 ואחת המסקנות הפחות מיידיות היא שמידע לא הולך לאיבוד אף פעם וכל הזמן נשמר.
כעת נדבר על תורת היחסות הכללית. בגדול היא מספרת לנו שצריך להסתכל על המרחב התלת מימדי ביחד עם הזמן בתור מרחב-זמן 4 מימדי וגמיש שיכול להתעקם - להתרחב ולהתכווץ בנקודות שונות ע״פ האנרגיה והמסה שמפוזרת במרחב. חור שחור הוא אחד האובייקטים שהתאוריה מנבאת. מה שקורה הוא שיש מעטפת סביב החור השחור שנקראת ״אופק ארועים״ ומרגע שחצינו אותו, לא ניתן לברוח ואנו ניפול אל החור השחור (הנקודתי) במרכז. בנוסף, כאשר נחצה את האופק, באותו רגע לא יקרה כלום/לא נרגיש כלום אבל כבר לא נוכל לברוח.
שימו לב מה קורה, אובייקטים יכולים ליפול אל החור השחור ולעולם לא לצאת. המסה של החור השחור גדלה בהתאם אבל נדמה כי כל האינפורמציה שהייתה לגבי האובייקטים אבדה לנצח! זאת הייתה הבעיה הראשונה.
לאחר כמה שנים, הוקינג הראה כי ישנו תהליך קוונטי שגורם לקרינה להפלט מהחור השחור וגורם לו לאבד מסה ובסופו של דבר - להתנדף. אוקי, אמרו חסידי היחסות הכללית, הקרינה הזאת שיוצאת החוצה נושאת עימה את האינפורמציה של כל האובייקטים שאי פעם נפלו לחור השחור וכך החזרנו את האוניטריות לתמונה.
לאחרונה (שנת 2013) מספר חוקרים בדקו את עניין הקרינה הזה יותר לעומק. הם משתמשים ברעיון שנקרא שזירות. זה רעיון קוונטי. זה אומר בגדול ששני חלקיקים שיש ביניהם אינטרקציה, המצבים הקוונטיים שלהם נהיים שזורים וכל חלקיק יש לו גם אינפורמציה על החלקיק השני. ננתח את קרינת הוקינג: היא אומרת שבתוך החור השחור נוצרים שני חלקיקים ואחד מצליח לברוח ואחד נופל בחזרה. מבחינה קוונטית הם שזורים לכן החלקיק שבורח שזור עם החלקיק שנשאר, יש לו מידע לגביו ולכן אינפורמציה לא אובדת! בנוסף החלקיק שברח שזור עם כל החלקיקים הקודמים שברחו.
כאן הפרדוקס: אי אפשר להיות שזור עם יותר ״מבן זוג״ אחד. ניסיון לפתור את הפרדוקס הוא בעצם ההתנגשות בין הרעיונות הכי גדולים של הפיזיקה.
אופציה ראשונה שיש שבירה מיידית של השזירה בין החלקיק שברח לחלקיק שנפל אז שבירה כזאת מייצרת המון אנרגיה. נוצרת ״חומה של אש״ או שכבה עם אנרגיה כמעט אינסופית על או ממש ליד אופק האירועים. מי שנופל לחור השחור ישרף מיד ובעצם זאת שבירה מיידית של חוקי היחסות הכללית.
אופציה שניה היא שמלכתחילה החלקיק שבורח והחלקיק שנופל אינם שזורים, הקרינה מהחור השחור היא קרינה תרמית (אקראית). אבל אז אינפורמציה אכן אובדת בניגוד חריף לאוניטריות של מכניקת הקוונטים.
הבעיה פתוחה אבל אנחנו מבינים שליחסות כללית אין את הכלים להסביר חורים שחורים מבחינה קוונטית ואולי התאוריה טועה לחלוטין ביחס אליהם ואנחנו צריכים תאוריה שלמה של כבידה קוונטית. יש גם רעיונות חדשים ומעניינים שקשורים לחורי תולעת בין החלקיקים שברחו לבין החלקיקים שנשארו. עדיין עובדים על זה.
