» «

מכניקת הקוונטים

מכניקה קוונטית
מהי מכניקת הקוונטים?



מסתבר שבגדלים מאוד קטנים קורים דברים מאוד מוזרים. מדובר בדברים שאינם אינטואיטיביים כלל, כמו עצמים שעוברים דרך קירות, דברים שנמצאים בכמה מצבים בו זמנית, מצבים שבהם מדידה של תוצאות ניסוי משנות את מהלכו של הניסוי עצמו באופן משמעותי וכדומה.

מכניקה קוונטית, מכניקת הקוונטים או תורת הקוונטים, הם שמותיה השונים של תורה פיזיקלית שמתארת מה קורה בסדרי גודל מאוד קטנים שכאלה. תורת הקוונטים מספקת הסברים לתופעות רבות, הסברים שלא ניתן היה לתת בעזרת הידע של המכניקה הקלאסית למשל, או הידע הקיים בתחום האלקטרומגנטיות.

תורת הקוונטים פותחה ב-100 שנים האחרונות ולכן היא נחשבת חדשה. החוקרים לומדים בכל יום ומעצבים את עקרונותיה וכיווני המחקר בה. מחקרים רבים נעשים בתחום, כשבעיקר מנסים ליישב את הסתירות שיש בנקודות מסויימות בינה לבין תורת היחסות הכללית של איינשטיין.

במקביל נעשה גם מחקר רב בכיוון של מחשבים קוונטיים, שעל הנייר יהיו יכולותיהם החישוביות בלתי נתפסות. כך למשל יכול מחשב קוונטי לבצע בחינות של מיליארדי אפשרויות בשניה. אם מעבד מחשב רגיל מחשב בכל רגע נתון אפשרות חישובית אחת ולפיכך פועל באופן סדרתי לבדיקת כל האפשרויות החישוביות, הרי שמחשב קוונטי שמצויד בסך הכל בכמה מאות קְיוּבִּיטים (המקבילות הזעירות של הביטים במחשב רגיל), יוכל לבחון בכל נקודת זמן יותר אפשרויות ממספר החלקיקים ביקום.


הנה קליפ מדהים שבו שרים מדענים מהי תורת הקוונטים (הפעילו את התרגום):

http://youtu.be/DZGINaRUEkU


סרטון ארוך המסביר את המושג מכניקה קוונטית:

http://youtu.be/jtO5rwRqodE?t=1m30s


הסבר מקיף למחשב קוונטי:

http://youtu.be/g_IaVepNDT4


והנה סרט תיעודי על מכניקת הקוונטים:

https://youtu.be/CBrsWPCp_rs?t=3m15s?long=yes
החתול של שרדינגר
מהו החתול של שרדינגר?



האם שמעתם פעם את הביטוי "הסקרנות הרגה את החתול?" - הסקרנות הזו מרמזת על אחד הרעיונות המעניינים בפיזיקה ובמדע בכלל.

הניסוי המחשבתי פילוסופי הזה נקרא “חתולו של שרדינגר“. הציג אותו לעולם הפיזיקאי האוסטרי ארווין שרדינגר, ממפתחי מכניקת הקוונטים ומי שאף זכה על כך בפרס נובל. הוא ניסה להסביר בעזרתו את הבעיה לתאר מצבים קוונטיים שלא ניתנים למדידה.

דמיינו שהכנסנו חתול לתוך תיבה אטומה. בתוכה נמצא מתקן שבתוכו אטום אחד של חומר רדיואקטיבי, שיש לו סיכוי של בדיוק 50% להתפרק במהלך הניסוי. במידה שהחומר יתפרק, יזהה זאת חיישן שיפלוט רעל שיביא מיד למותו של החתול. כמובן שאם החומר הרדיואקטיבי לא יתפרק, החתול יישאר בחיים. אם בתום הזמן שהוקצב לניסוי נפתח את התיבה, נדע אם החתול בחיים או שמת, אבל מה מצבו של החתול כל עוד התיבה סגורה?

התשובה היא שהחתול לא חי ולא מת, או שהוא גם חי וגם מת. במילים אחרות, החתול של שרדינגר נמצא במצב של סופר-פוזיציה. הוא חי ומת באותו זמן. חומר קלאסי לתורת הקוונטים החמקמקה... דומה ששאלת החיים והמוות של החתול תלויה רק במה שנראה כשנפתח את הקופסה, ועד שזה יקרה החתול שרוי במעין לימבו, מצב שבין החיים למוות.


הנה סיפורם של שרדינגר והחתול עם תרגום:

http://youtu.be/UjaAxUO6-Uw


ושוב סיפור החתול של שרדינגר:

https://youtu.be/IOYyCHGWJq4


כך הוא מלמד אותנו בעברית על מכניקת הקוונטים:

http://youtu.be/z1GCnycbMeA


אנימציה שמתארת את הניסוי:

https://youtu.be/JNalMWLnt0o


דיון על הנושא:

https://youtu.be/uWMTOrux0LM


אז האם החתול של שרודינגר הוא חי או מת?

https://youtu.be/phDMUxumSHg


גברת שמסבירה כמה שהדימוי של החתול להצגת תיאוריית הקוונטים גרוע:

https://youtu.be/itQVDA6_TME


וסיטקום שמשתמש בסיפור החתול של שרדינגר כדי לנתח יחסים זוגיים:

https://youtu.be/HCOE__N6v4o
מחשב קוונטי
מהו המחשב הקוונטי?



מחשב קוונטי הוא מחשב עתידי שאמור לפתור בעיות שונות במחשוב הנוכחי ולהתמודד טוב יותר עם סיבוכיות. מדעני מחשב ואנשי טכנולוגיה מנסים לייצר מחשבים קוונטיים, אבל נראה שהדרך אליהם עדיין ארוכה. אמנם קיימים כבר מחשבים קוונטיים, אך הם חלשים ומוגבלים מאד בביצועים.

כיום משתמשים במדעי המחשב במודל התיאורטי של "מכונת טיורינג" (ראו בתגית "מכונת טיורינג"). מודל זה מתבסס על העיקרון הבינארי, כשהביטים נמצאים במצבי 0 או 1.

ב-1982 הגה הפיזיקאי ריצ'ארד פיינמן את רעיון המחשוב הקוונטי ובשנים האחרונות הוא יצא מתחום העניין האקדמי אל העולם הטכנולוגי ואל ענקיות הטכנולוגיה, המשקיעות משאבים בפרוייקטים בתחום ולא חוסכות מאמצים בדרך לפיתוח מחשבי-על קוונטיים.

אם לפשט את ההסבר המורכב, אז במקום בביטים דו-מצביים, המחשוב הקוונטי משתמש ברעיון שנקרא הסופר פוזיציה הקוונטית, או ביחידות שנקראות קיוביט. הקיוביט מייצג בו-זמנית גם ערך 0 וגם 1 וכך מייצג ערכים גדולים באמת. שזירת הקיוביטים, כך שיפעלו ביחד ובצורה מתואמת, מאפשרת ייצוג של מספר ערכים עצום בבת אחת. התוצאה היא פריצה של מגבלות כוח המחשוב הבינארי. הדבר מאפשר למחשב קוונטי קטן לבצע פעולות חישוב רבות מאד במקביל ובצורה מהירה להפליא וחסכונית באנרגיה לעומת טכנולוגיית החישוב הבינארי. אם חשבתם על מזעור אז צדקתם, אבל זה רק חלק קטן מהפלא האפשרי של המחשוב הקוונטי.

יתכן שהמחשוב הקוונטי הוא העתיד של עולם המחשבים. יכולותיו הבלתי נתפסות בהקלת הסיבוכיות החישובית ומהירות העיבוד והחישוב שלו יכולות להיות בדיוק מה שצריכים תחומים כמו הבינה המלאכותית והביג דאטה, כמו גם לוחמת סייבר ותחומים שיתגלו בעתיד ואינם ידועים לנו כרגע.


הנה המחשב הקוונטי:

http://youtu.be/_T1ArF3sVVA


הסבר פשוט של המושג מחשב קוונטי:

http://youtu.be/UhNbnYsIGso


סרטון אנימציה שמסביר את הקוונטום מחשוב:

https://youtu.be/T2DXrs0OpHU


הסבר מקיף למחשב קוונטי:

http://youtu.be/g_IaVepNDT4


ומחשב הקוונטום המסחרי הראשון שפיתחה חברת D-Wave מקנדה:

https://youtu.be/-LhPE6FpJYk
אלברט איינשטיין
מי היה אלברט איינשטיין?



שמו של אלברט איינשטיין הפך למילה נרדפת לגאונות. האיש שאמר שדמיון חשוב יותר מאשר ידע, היה גדול המדענים במאה ה-20 ואולי בכל הזמנים. הוא היה פיזיקאי יהודי שלצד אייזק ניוטון, אבי המכניקה הקלאסית, נחשב לגדול התאורטיקנים בכל הזמנים.

איינשטיין זכה לפרסום ברבע הראשון של המאה ה-20 בזכות תורת היחסות אותה הגה, ששינתה את כל אשר היה ידוע עד אז על טיבם של הזמן, המרחב, המסה, התנועה וכוח הכבידה. תגליותיו פרצו דרכים חדשות להבנת העולם, האנרגיה והחלל. בזכותו נעשתה קפיצה אדירה בהבנת היקום.

הנוסחה המפורסמת שלו E=MC2, שבה קשר בין חומר לאנרגיה והסביר שאנרגיה עצומה אצורה בחומר, פרצה את הדרך לפיתוח תחום האנרגיה הגרעינית ולהישגים יוצאי דופן, גם בתחום האזרחי ובתחום החלל וגם בתחום הצבאי. הוא גם נודע בזכות תרומותיו ליסודות מכניקת הקוונטים, למכניקה סטטיסטית ולהסברת האפקט הפוטואלקטרי (עליה קיבל פרס נובל לפיזיקה ב-1921) ועוד.

מלבד השפעתו העצומה והמהפכנית בתחומי המדע, הייתה לאיינשטיין גם תרומה מכריעה לניצחון על הנאצים, בזכות השימוש שנעשה בנשק גרעיני במלחמת העולם השנייה. זאת בשל תמיכתו ביוזמה שקידמה את פיתוח פצצת האטום בארצות הברית, על אף שהגדיר עצמו כפציפיסט. הסיבה - איינשטיין הבין שאם ארצות הברית לא תפתח נשק כזה שיאפשר את סיום המלחמה, יעשו זאת אויבותיה כנגדה וכנגד העולם החופשי. משהבין שניצחון של דיקטטורות כאלה יביא לסופו של העולם החופשי, הוא נקט עמדה ותרם תרומה גדולה לניצחון הדמוקרטיות.

איינשטיין אהב את מדינת ישראל ותמך בציונות מאד. עם הקמת המדינה הוצע לו התפקיד של נשיא מדינת ישראל הראשון, אך הוא לא ראה עצמו עוזב את המחקר ונאלץ לוותר על התפקיד ההיסטורי והחשוב לטובת המדע שכל כך אהב.


הנה שנת 1905 המופלאה שבה הפציץ איינשטיין ב-4 מאמרים גאוניים (מתורגם):

https://youtu.be/91XI7M9l3no?t=7s


תולדות חייו של איינשטיין:

http://youtu.be/ZMVKvO-gTs8


אלברט איינשטיין עצמו:

http://youtu.be/l-1Z2wi2uSA


שחקן בדמותו של איינשטיין מסביר על התפשטות היקום והמפץ הגדול (עברית):

http://youtu.be/_gRfgWOBg1A


לאן היקום מתפשט (מתורגם):

https://youtu.be/6PiyUjVxukI


התממשות התיאוריה של איינשטיין לגבי נסיעה בזמן (מתורגם):

http://youtu.be/7H3ksmxwpWc


סרט תיעודי על הגאונות של אלברט איינשטיין:

https://youtu.be/Uvpw6Jh1WGQ?long=yes


ותכנית חינוכית בעברית על איינשטיין (עברית):

https://youtu.be/V4YRfaJ1atY?long=yes


אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

העולם הוא צבעוני ומופלא, אאוריקה כאן בשביל שתגלו אותו...

אלפי נושאים, תמונות וסרטונים, מפתיעים, מסקרנים וממוקדים.

ניתן לנווט בין הפריטים במגע, בעכבר, בגלגלת, או במקשי המקלדת

בואו לגלות, לחקור, ולקבל השראה!

אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.