1. תורת הקוונטים – מה היא אומרת? (ולמה היא מתכוונת כשהיא שותקת?)
אבשלום אליצור
תורת הקוונטים – מה היא אומרת?
(ולמה היא מתכוונת כשהיא שותקת?)
מהדורה חדשה ינואר 2010
2010 © כל מאן דבעי הרשות נתונה לכל אדם להעתיק מצגת זו ולעשות בה כל שימוש כרצונו

2. ניוטון, אבי הפיסיקה הקלאסית
Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)

3. ניוטון, אבי הפיסיקה הקלאסית
Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)
המתמטיזציה של הפיזיקה: חוקים מנוסחים בצורת משוואות

4. ניוטון: בכל מצב פיזיקלי, בהינתן חוקי הפיסיקה הכלליים ותנאי ההתחלה הספציפיים, ניתן יהיה לחזות את המצבים לכל רגע בעתיד או בעבר.
לדוגמה: נפילה חופשית
קבוע התאוצה על כדור-הארץ (9.8 מ' לשנייה בריבוע)
הגובה ההתחלתי
זמן המדידה
הגובה ברגע מסוים

5. בכל מצב פיסיקלי, בהינתן חוקי הפיסיקה הכלליים
ותנאי ההתחלה הספציפיים, ניתן יהיה לחזות את
המצבים לכל רגע בעתיד או בעבר.

6. ניוטון מאחד

7. עוצמת עיקרון הסיבתיות חוקי השימור מבטיחים: חפשו עד שתגלו את... נפטון !
בכל פעם שתתגלה סטייה מהתחזיות, חייבת להתגלות תופעה חדשה (כוכב חדש, יסוד חדש, חלקיק חדש, וכו')
או חוק טבע חדש!
(נכון שכיף להיות מדען?) ?
אוראנוס לא מתנהג על-פי חוקי ניוטון?

8. יש רק בעיה אחת קטנטנה:
זה לא תמיד נכון

9. היי שלום, הפיזיקה הקלאסית

10. George Koch
וברוכה הבאה ...

11. זרעי המהפכה הקוונטית: מהו האור?

12. גלים!!! מהו האור? חלקיקים!!! גלים! חלקיקים! גלים! חלקיקים! גלים!
ניוטון
האוכנס

13. מהו האור? עקיפה!!! התפזרות!!! עקיפה! עקיפה! התפזרות! התפזרות! עקיפה!
שאלה לדוגמא: למה אלומת האור מתרחבת אחרי מעבר בסדק צר?
התפזרות!
התפזרות!

14. מהו האור?
שיהיה ברור: זה גלים (עשיתי ניסוי פשוט ומפורסם בשם "ניסוי הסדק הכפול")
הוא צודק
הוכחתי שזו אלקטרומגנטיות
תומס יאנג , רופא, פיזיקאי, אגיפטולוג, אשורולוג ועוד כמה "לוג"ים
ג'יימס קלרק מקסוול, ,
מגלה האלקטרומגנטיות ומאבות התרמודינמיקה

15. התאבכות : גלים מחזקים או מחלישים זה את זה
בונה
התאבכות : גלים מחזקים או מחלישים זה את זה
הורסת

16. ניסוי הסדק הכפול (באדיבות עיריית תל-אביב)
בונה
הורסת
התאבכות בונה

17. ניסוי הסדק הכפול
התאבכות גלי מים
התאבכות גלי אור

18. המהפכה מתחילה: פלאנק מחסל אינסופים
המשוואה מתפרעת כשהיא מתקרבת לתחום הסגול?
אל דאגה: תניחו שהאנרגיה באה במנות בדידות (כמו האטומים של החומר) והמשוואה תתאים יופי לתוצאות המדידות!
האנרגיה באה במנות בדידות

19. שיהיה ברור: זה חלקיקים (נתנו לי על זה נובל)
מהו האור?
שיהיה ברור: זה חלקיקים (נתנו לי על זה נובל)

20. מהו האור?

21. מהו האור? איינשטיין: לפי פלאנק, האור חייב להשפיע על החומר באופן בדיד,
Newton
איינשטיין: לפי פלאנק, האור חייב להשפיע על החומר באופן בדיד,
לכן כשנפלט קוונט בודד של אור, רק אטום אחד (או אפילו אלקטרון אחד) יקבל ממנו דחיפה.
גלים, מה?!
קוונט אחד...
קוונט אחד...

22. מהו האור?

23. מהו האור?

24. מהו האור?

25. ניסוי שבע-עשרה הסדקים

26. ניסוי שבע-עשרה הסדקים אבשלום אליצור ושמואל מרקוביץ
A. C. Elitzur & S. Marcovitch, unpublished
אפילו כשיש שבע-עשרה סדקים, ברוחבים ובמרחקים שונים, ואנו משגרים חלקיק אחד
כל שעה, הדגם המתקבל על המסך הוא של גל שעבר דרך כל הסדקים והתאבך לפי
רוחביהם ומיקומיהם.
סגרו סדק אחד – ודגם ההתאבכות ישתנה!

27. באיזו מהן יבחר הפוטון הבודד שהגיע מהשמש?
מהו, אם כן, האור?
מולקולת כלורופיל אי-שם בסיביר, מולקולת רודופסין אי-שם באנטארקטיקה, ומולקולת מלאנין בחוף תל-אביב:
באיזו מהן יבחר הפוטון הבודד שהגיע מהשמש?

28. מבולבלים? אל דאגה!
זה תיכף יהיה הרבה יותר גרוע

29. שיהיה ברור: זה גלים (וגם לי נתנו על זה נובל)
מהו החומר?
שיהיה ברור: זה גלים (וגם לי נתנו על זה נובל)
L. de Broglie ( )

30. למה? מהו החומר? במערכת השמש יכולים כוכבי-הלכת, עקרונית, לנוע בכל מסלול
באטום יכולים האלקטרונים לנוע רק במסלולים מוגדרים

31. מהו החומר? דה ברואי: האלקטרונים מסתובבים רק במסלולים שבהם ייצור
הגל התאבכות בונה עם עצמו.

32. מהו החומר? לכן אפשר לעשות ניסוי התאבכות עם: פוטונים אלקטרונים פרוטונים
נויטרונים
אטומים
...

33. תלמידך הרים את שוליו של
פרגוד גדול!
o la la…
Langevin
Einstein

34. הדואליות חלקיק-גל אין דבר כזה, "חצי פוטון"
פוטון נפלט ופוגע בראי החצי-חדיר
"נחצה לשניים"
שני ה"חצאים" מגיעים אל הגלאים
הפוטון השלם מתגלה באחד מהם, באופן אקראי
Add one stage, where the photon goes only from the left

35. התאבכות קרן אור (קלאסית, מיליוני פוטונים)
קרן אור נפלטת ופוגעת בראי-החצי-חדיר
מתחלקת לשני חצאים (שימו לב להיפוך הפאזה של החצי השמאלי!)
שני החצאים מוחזרים למרכז (ובשניהם מתהפכת הפאזה)
מחצית שמאל מתחלקת שוב (הרבע השמאלי מתהפך)
מחצית ימין, באותו זמן, מתחלקת שוב (הרבע הימני מתהפך)
התאבכות הורסת (בשל ניגודי הפאזות)
התאבכות בונה (בשל התאמת הפאזות)
כל האור (שנכנס למטה משמאל) מגיע לגלאי הימני
Add one stage, where the photon goes only from the left

36. הפרדוקס הקוונטי:
אותה התאבכות מופיעה גם כשעובר במערכת פוטון (קוונט של אור) בודד!
אבל אם נציב שני גלאים על שני המסלולים יתגלה תמיד רק פוטון בודד, ורק באחד מהם!
איך יכול פוטון (אלקטרון, נויטרון וכו') יחיד לעבור בו-זמנית בשני מסלולי ההתאבכות ???

37. עיקרון אי-הוודאות: "דע מאין באת – או לאן אתה הולך" (אבל לא שניהם)
עיקרון אי-הוודאות: "דע מאין באת – או לאן אתה הולך" (אבל לא שניהם)
50% 0% 0%
100%
100%
50%
אין התאבכות
יש התאבכות
Add one stage, where the photon goes only from the left
50%
50%

38. מה קורה אם נציב רק גלאי אחד?
ב-50% מהמקרים יישמע קליק,
מה שאומר שהפוטון עבר מימין,
ולכן, על-פי עיקרון אי-הוודאות, ההתאבכות תיהרס.
אבל ב-50% מהמקרים לא יישמע קליק
לכן הפוטון עבר משמאל.
האם ההתאבכות תיהרס גם הפעם? (רמז: אליצור טרם קיבל פרס נובל על הפרכת עיקרון אי-הוודאות  )
לשם השוואה: נניח שהסוללה של הגלאי היחיד לא פועלת: האם יישמע קליק? האם תיהרס ההתאבכות?
יש להבחין אם כן בין שני סוגי "כלום":
ה"כלום" הקלאסי (אין סוללה, אין קליק, ההתאבכות נותרת בעינה) – ייקרא מעתה Nothing
ואילו הכלום הקוונטי (יש סוללה, יכול היה להיות קליק, אבל אין, ולכן ההתאבכות נהרסת) – ייקרא מעתה...
Gurnisht
Add one stage, where the photon goes only from the left
...
קליק!

39. ניסוי אליצור-ויידמן 1993 איך נדע אם הפצצה "טובה" בלי לפוצץ אותה?
פוטון נפלט
נחצה לשניים
"קריסה" בצד בו נמצאת הפצצה
בום!
Add one stage, where the photon goes only from the left

40. ניסוי אליצור-ויידמן 1993 פוטון נפלט נחצה לשניים ומוחזר למרכז
“קריסה” בצד הנגדי (Gurnisht)
מחצית הפוטון הנותר מתחלקת לשניים
הגלאי ה"אסור" משמיע קליק
הפצצה טובה!
Add one stage, where the photon goes only from the left

41. קוונטים = כאב-ראש
גלים = סופרפוזיציה
ספין למעלה
ספין למטה
סופרפוזיציה

42. קוונטים = כאב-ראש גלים = סופרפוזיציה סופרפוזיציה = פעולה ממרחק
פעולה ממרחק = סתירה עם היחסות!

43. קוונטים = כאב-ראש גלים = סופרפוזיציה סופרפוזיציה = פעולה ממרחק
פעולה ממרחק = סתירה עם היחסות!

44. ניסוי איינשטיין-פודולסקי-רוזן
אם יש לחלקיקים ערכים מוגדרים מראש – אין שום "טלפאתיה" והכל בסדר
ניסוי איינשטיין-פודולסקי-רוזן
והוכחת בל
אם החלקיקים יוצאים לדרכם במצב סופרפוזיציה – יש "טלפאתיה" וסתירה עם היחסות

45. יש פיתרון לדואליות חלקיק-גל!
חלקיק או גל?
חלקיק וגל!

46. יש פיתרון?
זול מדי...

47. ניסוי EPR ואי-שוויון בל
Spin
Turning the magnets by an angle : x x
Stern Gerlach
P =Cos2(2) x
P =1-Cos2(2)

48. ניסוי EPR ואי-שוויון בל
EPR system:
The two particles’ spin is always correlated (opposite)
Unless we rotate one of the magnets x x x x

49. ניסוי EPR ואי-שוויון בל
Rotate right hand magnet by 300: Spin correlations drop to 75%
Rotate left hand magnet by 300: Spin correlations drop to 75%
Rotating the two magnets in opposite directions: Spin correlations drop to…
25%!
No realist explanation without action at a distance

50. אי-שוויון בל
Measured Directions
Correlation 00 00
100%
300
300
100%
300-
300-
100% 00
300
75% 00
300-
75%
300 00
75%
300- 00
75%
300-
300
25%
300
300-
25%

51. הפרדוקסים הקוונטיים הדואליות גל-חלקיק בעיית הגבול בין הקלאסי והקוונטי
בעיית הנון-לוקאליות

52. טכנולוגיה קוונטית הטרנזיסטור קריפטוגרפיה קוונטית מיחשוב קוונטי
הדמיה קוונטית
טלפורטציה קוונטית

53. Quo Vadis Quantum Mechanics?
A. C. Elitzur, S. Dolev & N. Kolenda, Eds Springer Verlag, 2005

54. קוונטים ויחסות: שונאים, סיפור אהבה
אנטי-חלקיקים
P. Dirac,
פוזיטרון
ספין
E=Mc2

55. קוונטים ויחסות: שונאים, סיפור אהבה
R. Feynman, t
השמדה הדדית ויצירה
דחייה בין חלקיקים x

56. “Where there is meat, there are flies”
ג'ון ארצ'יבלד וילר

57. מה לא מלמדת תורת הקוונטים?
"הוכח שאין מציאות אובייקטיבית"
"הכל תלוי בצופה"
"כל אחד והאמת שלו"
"הכל יחסי"
"אנרגיות"
"הבניה"
"נרטיבים"

58. סימני ההיכר של הנוכלים "רפואה קוונטית" "פסיכולוגיה קוונטית"
"קבלה/תקשור קוונטיים"
וכו'

59. מה היא כן מלמדת? אהיה מופתע מאוד אם תורת הקוונטים לא תפתיע אותנו
(Anton Zeilinger)
לַמֵד לשונךָ לומר "איני יודע" שֶׁמא תתבדה ותֵאָחֵז (ברכות ד ע"א)