תורת המיתרים פשוטה
בשנת 1994 ערכו פרופסור ד"ר גינטר נימץ ועמיתו, הורסט אייכמן, ניסויים פורצי דרך בהיולט-פקארד שכללו העברת מידע מהר יותר מהאור. הם העבירו בהצלחה אות למרחק קצר מאוד במהירות פי 4.7 מזו של האור, הודות לתופעה הנקראת מנהור קוונטי. התוצאה המדהימה הזו הציתה דיונים סוערים בין מדענים, אך היא נותרה ניתנת לשחזור.
מהר יותר מהאור?
עד כמה שזה נשמע בלתי סביר, הייתי נוכח ב-1999 כשפרופסור ד"ר נימץ שידר אות מיקרוגל מאופנן AM של הסימפוניה ה-40 של מוצרט דרך פריזמה כפולה של Bose במהירות של פי 4.7 ממהירות האור.
כפי שמנהל האתר של אתר חדשות בנושא מדע בדיוני קרא "מוזיאון העתיד," חיפשתי כל הזמן נושאים מסקרנים. יום אחד, נתקלתי במאמר על ד"ר נימץ ועל התהליכים האניגמטיים של מנהור קוונטי על-לומינלי. מסוקרנת, הגעתי אליו, והוא הסכים באדיבות להדגים את הניסוי שלו.
להלן קטע מהמאמר המקורי שכתבתי על הניסוי של נימץ ב-9 בספטמבר 1999, שכותרתו העברת אותות מהירה יותר מהאור:
"לאחר שפגשתי את פרופ' ד"ר נימץ בפעם הראשונה הראו לי את ניסוי המנהור החדש שלו. כאדם הדיוט אני לא מסוגל להתחיל מיד לפרשנות מדעית מעמיקה של הניסוי שלו, אבל אני אנסה להבין את מה שראיתי היום, ואנסה לשתף בתובנות ובשאלות שלי ולהפוך את הנתונים לזמינים ככל שהם הופכים. יָדוּעַ."
"אני מציג כאן לראשונה תמונות בלעדיות בעולם של מערך הניסוי החדש של פרופ' נימץ".
בניסוי זה, האות המנהור הקוונטי נמדד מול אות שעובר בחלל מעבדה רגיל. כדי להדגים זאת, ד"ר נימץ השתמש באוסילוסקופ ודיודת גלאי כדי לאמוד במדויק את זמן המנהור.
מוצרט ב-4.7 פעמים ממהירות האור
בציפייה לשאלות פוטנציאליות בעתיד, הכנתי לפני שש שנים סרטון קצר הכולל את ההקלטה האחרונה ששרדה של שידור העל-לומינלי של מוצרט.
שאלות טכניות
באוגוסט 2023 התכתבתי עם הורסט אייכמן, המהנדס מאחורי ניסוי המנהור הקוונטי ומחבר משותף עם פרופסור נימץ על מאמרים קשורים שונים. ביררתי לגבי אפנון וזיהוי של תזמון האות. הוא סיפק את המידע הבא:
"במהלך מדידות התזמון שלנו, יצרתי מאפנן דופק מצויד בסינון מיוחד, המאפשר קצב חזרות של 13 מגה-הרץ וזמן עלייה של כ-500 פיקושניות. אות AM מספק עקבות שניתן לזהות ומדידה בקלות, הודות לדיודת גלאי מהירה יחד עם אוסילוסקופ מהיר מספיק".
אם אכן נקבל את קיומן של השפעות על-לומינליות שמקורן במנהור קוונטי, נוכל להסיק שתופעה זו מאפשרת לחלקיק להיכנס למצב טכיוני מקומי לחלוטין, לפרק זמן קצר מאוד.
מנהור על-לומינלי בוצע בהצלחה מאות פעמים במעבדות ברחבי העולם, מה שמוכיח את ישימותו בטכנולוגיה יומיומית. לדוגמה, קורא טביעות האצבע בטלפון החכם שלך משתמש במנהור קוונטי. אולי אתה לא חושב על זה, אבל זה פשוט עובד!
קוראי טביעות אצבע ומנהור קוונטי
כאשר מתרחשת מנהור קוונטי עם מצביע לייזר אדום (פועל בתדר של כמה מאות טרה-הרץ), השדה הטכיוני הנעלם מתרחב רק בכמה פיקומטרים בגלל התדר הגבוה.
במהלך הניסויים של נימץ, הוא השתמש בתדר של 8.7 גיגה-הרץ, שתאם במקרה את אורך הגל של פליטת הליום-3. התדר הספציפי הזה אפשר את השדה הנעלם שלו לזיהוי על פני כמה סנטימטרים בין פריזמה. (פשוט קרה שפולט המיקרוגל הזמין במעבדה של האוניברסיטה פעל בתדירות זו.)
באופן מעניין, נראה שככל שהתדר בשימוש נמוך יותר, כך השדה הנעלם משתרע מהמחסום.
רפליקציות (זה נושא נהדר עבורך פרויקט יריד המדע!)
לאחרונה, הניסוי פורץ הדרך הזה שוכפל על ידי פיטר אלסן ו סיימון טבק, שהציגו את ממצאיהם ב"יוגנד פורשט," תחרות הסטודנטים היוקרתית לפיזיקה של גרמניה, בשנת 2019. עבודתם זיכתה אותם בפרס ראשון מ-Rheinland-Pfalz וכן בפרס Heraeus לגרמניה.
הפניות:
Superluminal Tunneling: זוכי "Jugend forscht".
"Jugend forscht" הזוכים פוגשים את קנצלרית גרמניה
מה זה בריין? (טופולוגיה ותורת המיתרים בקצרה)
לכלל ששום דבר לא יכול לנוע מהר יותר מהאור יש יוצא מן הכלל שלא ידוע: גלים נעלמים. הסברים שונים נוסו להסביר תופעה זו.
ההסבר שלי פשוט: פוטון הוא היחידה הקטנה ביותר האפשרית של טופולוגיה, גיאומטריה, מימד, מידע, אנרגיה או כל דבר. מבחינה טופולוגית, פוטון הוא נקודה אפס מימדית במרחב; זהו קוונט של אפס (0) מימד.
בבלט המהפנט של מנהור קוונטי, הפוטון הזה, הפוטנציאל הטהור הזה, חוצה מחסום. בכך, הוא הופך; כאשר נקודה עוברת מישוב אחד לאחר, היא הופכת לקו - מחרוזת. המיתר הזה, אותו חוט עדין, הוא שמוצא את מקומו בנרטיב הגדול של תורת המיתרים. פתאום, התעלינו מהתחום האתרי של האפס-ממד למציאות המוחשית של אובייקט חד-ממדי.
בלקסיקון הפיזיקה התיאורטית, נוכל גם להתייחס למיתר החד-ממדי הזה כאל "בריין", הקיים בתוך חלל מצומצם וחד-ממדי נטול שטיח הזמן.
מה זה בריין?
בתחומי תורת המיתרים והקוואנטים, א 1-בראן הם "אובייקטים או גלים" חד מימדיים שחוצים את המרחב-זמן - לא באמצעות חוקים קלאסיים, אלא נשלטים על ידי עקרונות הפיזיקה הקוונטית. כאשר אנו רואים את המרחב החד-ממדי, אנו משמיטים את הממד הרביעי, שהוא הזמן.
בהקשר זה, פוטונים או מיתרים יכולים לנוע בצורה על-לומינית. זה לא רק רעיון מתמטי מופשט; זה משקף את המציאות שלנו.
גלי התחמקות נובעים מפוטונים הנכנסים מחדש לתחום הלא-קוונטי הארבע-מימדי, ומאפשרים לנו לחזות בתנועה מהירה מהאור של פוטון שחוצה מחסום.
זה החלל, ג'ים, אבל לא כמו שאנחנו מכירים אותו
אלברט איינשטיין הסביר את תורת היחסות הפרטית שלו באמצעות גיאומטריה על ידי המתמטיקאי הרמן מינקובסקי, שאיחד מרחב וזמן לרצף מרחב-זמן ארבעה ממדי.
לתורת היחסות הכללית שלו, איינשטיין השתמש בגיאומטריה רימנית - ענף הכולל את מושג המרחב המעוקל - כדי לתאר כיצד מסה ואנרגיה מעוותות את המרחב-זמן.
זה "טופולוגיה"מודל החלל המעוקל, החזיק עבורנו קסם אינסופי מאז הימים הראשונים.
כדור קיים ב-3 ו-4 ממדים. בתחומי האפס והחד-ממד, הכדור (והזמן) אינם קיימים, מכיוון שלממדים אלו אין את המבנה הדרוש כדי להגדיר "משטח" או "נפח", שלא לדבר על "זמן".
האם הגיע "הזמן" לנוע מעבר לתחום רימן בהבנתנו את הקוסמוס?
לחץ כאן ל"Superluminal", חלק 3:
פתיחת המוח: האם גלי מוח אנושיים מתריסים מול מהירות האור?
סדרת "Superluminal":
1. הגילוי של גלי מוח מהירים מהאור: מסע מאויר
2. מדענים חושפים את הטופולוגיה המרתקת של החלל כשהם מנפצים את מגבלות מהירות האור!
3. פתיחת המוח: האם גלי מוח אנושיים מתריסים מול מהירות האור?
4. חושפת את המסתורין של תודעה מהירה מהאור