כוח המשיכה דרך חור התולעת

האם כוח הכבידה הוא תוצאה של אינספור זוגות חלקיקים המופיעים ונעלמים יש מאין?
X זמן קריאה משוער: 3 דקות

אם פיזיקאים מבקשים לגלות את הכללים לפיהם פועל היקום, אפשר לומר שהסתירה בין תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים אינה נותנת להם מנוח מזה שמונים שנה. במוקד הסתירה עומד מושג הגרביטציה. אולם שני מחקרים שהתפרסמו לאחרונה מציעים קצה חוט לפתרון מעניין, תחילתו של ניסיון רציני ועם זאת משונה, לתאר את כוח הכבידה באמצעות מכניקת הקוונטיים.

בקונצנזוס המדעי כיום, ידוע כי בטבע קיימים ארבעה כוחות יסודיים: הכוח הגרעיני החזק, הכוח הגרעיני החלש, הכוח האלקטרומגנטי וכוח הכבידה. מבלי להיכנס להסבר שלושת הראשונים, נציין רק כי בתיאור כוחות אלה פיסיקאים הצליחו לתארם באמצעות מכניקת הקוונטים, וזאת משם שהוכח כי הם למעשה כוח אחד ברזולוציות שונות. הבעיה היתה (ועודנה), שכוח הכבידה אינו מתיישב בתמונה המאוחדת הזו. אחת מפריצות הדרך הגדולות במדע, היתה הגילוי של איינשטיין כי גרביטציה היא למעשה עיקום של המרחב-זמן. כלומר, במקום כוח מושך במובן הפשוט כפי שתיאר ניוטון, תורת היחסות מראה כי סביב מסות גדולות המרחב מתעקם באופן שלוכד תנועה של גופים סביבן. זהו אפקט שלא ניתן להסביר באמצעות מכניקת הקוונטים, שכלליה משמשים פיסיקאים כדי להסביר ולנבא תופעות רק ברזולוציה מיקרוסקופית. אך בהנחה שהטבע פועל לפי כללי משחק אחידים, פיסיקאים ממשיכים עוד לנסות למצוא את הגשר המיוחל בין שתי התורות. המחקרים שהתפרסמו לאחרונה בכתב העת Physical Review Letters מציעים כי גשר זה עשוי להיות טמון בתופעת השזירה בין חלקיקים תת-אטומיים.

חלקיק ברמה תת-אטומית (כמו למשל אלקטרונים סביב האטום, פוטונים המרכיבים את קרני האור, קוורקים שמהם עשויים הפרוטונים בגרעין האטום) מתקיים בכמה מצבים בו זמנית מבחינת תכונות המיקום, התנע, הספין שלו ועוד. אלקטרון, למשל, אינו נמצא במסלול תנועה מובחן סביב הגרעין אלא הוא מתקיים סביבו בכל המקומות בעת ובעונה אחת. מיקומו המדויק יתקבע אך ורק כאשר נבצע תצפית ונמדוד אותו. משמעות השזירה בין שני חלקיקים, היא שהם מקיימים ביניהם מערכת יחסים מיוחדת: מדידתו של חלקיק אחד וייצוב תכונותיו למצב חד ערכי, תאפשר לנו לדעת בוודאות מה יהיו ערכי החלקיק השני כאשר נמדוד אותו בעתיד. החלקיקים אינם מתקשרים זה עם זה ואין שום משתנה סמוי הקובע מראש את מצב תכונותיהם בעת המדידה. תחת זאת, אפשר לומר כי שניהם פשוט פועלים כאילו היו חלק מאותה מערכת אחידה, וזאת גם אם קיים ביניהם מרחק רב.

עבודותיהם של החוקרים מ-MIT באחד המחקרים שהתפרסם ומאוניברסיטאות וושינגטון וּוִיקטוריה במחקר השני, מציעות כי שזירה בין חלקיקים מסוימים יוצרת ביניהם חור תולעת (Wormhole). חור תולעת הוא תופעה פיסיקלית משוערת בה המרחב מתעקם עד כדי כך, ששתי נקודות מרוחקות ביקום נעשות קרובות זו לזו. אפשר להבין את העיקרון בקלות באמצעות משטח דו-ממדי, כמו דף נייר למשל. אם נצייר שתי נקודות מרוחקות ונקפל את הדף, שני הנקודות תהיינה קרובות מאוד זו לזו, אף על פי שהמרחק ביניהן על גבי הדף לא השתנה. באותה מידה, אם קיימים חורי תולעת ביקום, כך הם פועלים רק בשלושה ממדים. עיקום מרחב קיצוני עשוי, תיאורטית, לאפשר לאובייקט להיכנס בנקודה אחת ולצאת מיד בנקודה אחרת המרוחקת ממנה שנות אור (רעיון שהזין לא מעט ספרי מדע בדיוני). אבל כיצד כל זה קשור לכוח המשיכה? הרי גם אם אכן מתקיים חור תולעת המעקם את המרחב בין שני חלקיקים שזורים, כיצד מכאן אפשר להציע שזה קשור לכוחות המתנהלים בין גרמי השמיים?

ובכן, התשובה לכך היא משום שזוגות של חלקיקים שזורים הם תופעה שנוצרת בכל מקום במרחב, כל הזמן. גם מה שאנו מכנים "וואקום" אינו רֵיק לגמרי: בכל נקודה במרחב נוצרים מתוך הרִיק זוגות חלקיקים ואז, מפני שמדובר בחלקיק ואנטי חלקיק, הם מתאיינים מיד. במאיץ חלקיקים ניתן אף לחזות באופן בו תחת שדה אלקטרומגנטי חזק זוגות חלקיקים שנוצרים יש מאין מופרדים לפני שהם מספיקים לבטל זה את זה. אמנם קשה לתפוס כיצד נוצר יש מאין, אך בהקשר הזה חשוב לזכור שאין כזה דבר "אין". מועיל לחשוב על המרחב בתור אוסף אינסופי של מתנדים: הקיום של כל החלקיקים היסודיים ביקום נמצא בתנודה מתמדת. המרחב כולו רוטט כתוצאה מתנועה בלתי מורגשת זו.

חשוב לסייג ולומר כי הממצאים שתוארו במחקרים אודות חורי התולעת אינם תוצאות של ניסוי אמפירי במאיץ חלקיקים, אלא של מחקר תיאורטי. החוקרים מיפו זוגות קווארקים שזורים באמצעות שיקוף הולוגרפי- כלי המבוסס על תורת המיתרים, שהוא למעשה אלגוריתם חישובי העורך סימולציה. ג'וליאן סונר מ- MIT מסביר כי עולה כאן ייצוג בסיסי ביותר של הגיאומטריה הנוצרת בין שני חלקיקים שזורים. סונר רואה בממצאי המחקרים אבן דרך בניסיון לגשר בין תורת היחסות לבין מכניקת הקוונטים; ניסיון להסביר את  כוח הכבידה בין גרמי השמיים, באמצעות עיקום מרחב מיקרוסקופי של אינספור חלקיקים המופיעים ונעלמים במרחב.

מקורות

אפקט שווינגר הולוגרפי והגיאומטריה של השזירה
בין זוג הולוגרפי של חלקיקי אינשטיין-פודולסקי-רוזן משתרע חור-תולעת
לא תיתכן שזירה ללא חור-תולעת- מאמר ב- MIT news

מחשבה זו התפרסמה באלכסון ב


תגובות פייסבוק

תגובה אחת על כוח המשיכה דרך חור התולעת

01
אסף מ.

" כיצד כל זה קשור לכוח המשיכה?"
"משום ששזירה נוצרת בכל מקום ובכל זמן". לא מבואר איך זה עונה על השאלה.
והערות לשוניות: "שני הנקודות תהיינה קרובות", "בתיאור כוחות אלה פיסיקאים הצליחו לתארם באמצעות מכניקת הקוונטים".