במהלך מאות השנים האחרונות, פיתחה הפיזיקה מגוון רחב של רעיונות המאפשרים לתאר ולהסביר את העולם שסביבנו בדיוק מפליא ומתוך הבנה עקרונית עמוקה. חלק מרעיונות אלה נראים כיום פשוטים ומובנים, אבל חלקם מורכבים ויצירתיים עד כדי כך שיש מי שיגדירם כיצירות האינטלקטואליות הכבירות ביותר של האנושות. קורס זה, אשר אינו דורש ידע מוקדם בפיזיקה או נטייה מתמטית, סוקר תחומי פיזיקה מגוונים, החל ממכניקה וכבידה, דרך אלקטרומגנטיות, גלים ואופטיקה, וכלה בתורת הקוונטים, ומציע טעימה ממבחר דוגמאות של רעיונות מרכזיים בפיזיקה. אלה כוללים, בין היתר את רעיון הסימטריה, חוקי שימור, מושגי האנרגיה והאנטרופיה, עקרון היחסות ותפיסת הזמן בפיזיקה, עקרון האוניברסליות ורעיון האיחוד, עקרונות מינימום, וכמובן, עקרון הפרה הכדורית החשוב. במהלך הקורס נכיר את השיטה המדעית עליה מבוססת ההתפתחות הרעיונית בפיזיקה, ונצפה בעשרות הדגמות וניסויים שיסייעו לנו בהבנת הרעיונות והמושגים האלה. מומלץ לקחת את הקורס במלואו על פי סדר הפרקים, אולם ישנה אפשרות לבחור מבין כמה מסלולי למידה מקוצרים. נושאי הלימוד: ראשית המכניקה – הולדתה של השיטה המדעית המודרנית תורת הכבידה – הצלחתה של השיטה המדעית המודרנית אלקטרוסטטיקה – האיחוד המופלא בין חשמל, מגנטיות ואור סימטריה ושבירתה – עקרון הסימטריה מימי היוונים ועד ימינו חוקי שימור בפיזיקה – מה שהיה הוא שיהיה רעיון האוניברסליות בפיזיקה – תנודות וגלים אור ואופטיקה – רבדים שונים של הבנה מושג הזמן בפיזיקה – הקשר למהירות האור ולשיקולים סטטיסטיים תורת הקוונטים – הרעיונות המשונים והמופלאים מכולם על מנת לצבור קרדיט אקדמי של אוניברסיטת תל אביב עבור הקורס, יש לעמוד בהצלחה בבחינה שמתקיימת באוניברסיטת תל אביב. תוכלו למצוא מידע נוסף בקישור- https://tauonline.tau.ac.il/registration בנוסף, ניתן להתקבל לחלק ממסלולי הלימוד באוניברסיטת תל אביב באמצעות הקורסים המקוונים - קראו עוד כאן- https://go.tau.ac.il/b.a/mooc-acceptance מורים המעוניינים ללמד את הקורסים בכיתותיהם מוזמנים לקרוא בקישור הבא על תוכנית תיכון אקדמי מקוון- https://tauonline.tau.ac.il/online-highschool
תמונת המציאות לפי הפיזיקה המודרנית
Loading...
Del curso dictado por Tel Aviv University
Basic Notions in Physics - רעיונות מרכזיים בפיזיקה
37 calificaciones
De la lección
תורת הקוונטים - חלק א׳: הרעיונות המשונים והמופלאים מכולם
Conoce a los instructores
Ron Lifshitz, Ph.D.Professor of Physics
Raymond and Beverly Sackler School of Physics & Astronomy
أيضا النظرية النسبية ونظرية الكم اللتان تطورتا لحاجة لتفسير نتائج اختبارية
رغبة بتبديد الغمامتان اللتان تحدث عنهما كالفين، قوضتا
من الٔاساس فهمنا لواقعنا، انما كل واحدة بطريقتها.
نذكر بأن فيزياء نيوتن الكلاسيكية تصف الواقع بشكل كامل، بشكل تام وموضوعي.
لا مكان فيه لعدم اليقين أو لٔاي تعلق جوهري بموقع المراقب،
بالطبع لا حاجة لوجود مراقب فعلي.
كل شيء محسوم، كل شيء مفهوم بشكل لا لبس فيه، كل شيء معروف.
بشكل أساسي، مع معرفة الوضع الٔاولي لنظام فيزيائي ما،
يمكن أن نتنبأ بشكل دقيق حركة مركباتها في الحيز في كل زمن مستقبلي.
هناك جزيئات مادية وبينها تؤثر قوى والتي يمكن وصفها بواسطة حقول،
مثلا، الحقل الكهرومغناطيسي حيث تتركز في الحيز أحيانا على شكل أمواج.
الحيز ذاته ثابت، بشكل عام يشكل منصة ثابتة تحدث عليها العمليات الفيزيائية
بينما ساعات التوقيت تتكتك بايقاع موجد وثابت في الخلفية.
النظرية النسبية الخاصة تسلبنا القدرة على وصف الطبيعة بشكل مطلق.
فهم الحيز والزمن يتحول الى نسبي،
الواقع يصبح متعلقًا بموقع المراقب،
لدرجة أن مراقبين اثنين قد لا يتفقان حتى على ترتيب حدوث عمليات مختلفة.
النظرية النسبية العامة تبعدنا خطوة كبيرة أخرى عن الصوره النيوتنية،
بحيث تحدد أن الحيز والزمن يتغيران نتيجة حركة الٔاجسام.
أذكر بأنه وفقًا للنظرية النسبية العامة،
الٔاجسام ذات الكتلة تتسبب بتشويه الحيز والزمن حولهما.
ان كانت تلك الٔاجسام ضمن حركة، اذا الحيز والزمن يتحركان معهما.
هذا وكأن الديكور الذي في الخلفية يصبح جزءًا من العرض ويتجاوب مع حركة الممثلين.
كل هذا لا يبدو بديهيا ولكننا نفهم بأن نظرية الكم
تبعدنا بعد أكثر عن وجهة النظر النيوتنية البسيطة.
أولا، وفقا لنظرية الكم كل شيء في الطبيعة لطبيعة يأتي بكمات، أو مكون من جزيئات.
ليست فقط المادة مصنوعة من جزيئات مثل الذرات أو ما يركبها،
البروتونات، النيوترونات والالكترونات.
يتضح بأن الٔامواج التي عرفناها، التي من بين أمور أخرى تعبر عن القوى
التي تعمل بين جزيئات المادة هي أيضا مكونة من جزيئات.
في حالة الضوء والقوى الكهرومغناطيسية تلك هي الفوتونات.
نحن تحدثنا عن أن الالكترونات يمكنها أن تبتلع وأن تطلق فوتونات.
ولكننا نتحدث اليوم أيضا عن جزيئات الصوت التي تسمى فونونات
أو جزيئات حاملة القوة الجاذبية التي تسمى جرافتونات،
والقائمة طويلة لٔان كل شيء مصنوع من جزيئات.
من جهة أخرى، ديناميكية تلك الجزيئات يتم وصفها
من خلال دوال موجية ومن خلال دوال موجية ملائمة.
قد تكون دالة شردينغر أو دالة ديراك أو دوال ماكسويل أو غيرها.
كل جزيء ودواله الموجية.
انما كلها لها طور وكلها يمكنها أن تتصرف كأمواج وتنفيذ تداخل.
انما ما يجعل واقع الكمومية يبدو مختلفا عن الواقع الكلاسيكي
الذي نحن معتادون عليه هو التفسير الاحتمالي الذي نضطر لاعطائه لدالة الموجة.
هذا التفسير يدخل مكونًا دامغًا من عدم اليقين ولا يمكن تفاديه أبدًا.
لتلك التجربة قد تكون هناك نتائج مختلفة،
ولا يمكننا أن نتنبأ مسبقًا ما النتيجة التي سنحصل عليها.
يمكننا أن نعطي تنبؤا دقيقا جدا انما فقط لاحتمالات النتائج المختلفة.
تماما مثل القاء حجر نرد، لا نعرف على أي رقم سنحصل
ولكننا نعرف تماما بأن الاحتمال هو 1 من 6 لكل نتيجة محتملة.
وان لم يكن هذا كافيا، اذا مبدأ عدم التأكد يبعدنا أكثر عن صوة الواقع الكاملة
التي اعتدنا عليها في الفيزياء الكلاسيكية.
علينا أن نتقبل عائق وجود أزواج خصائص ديناميكية متغيرة مثل المكان والزخم،
ولن نتمكن أبدا أن نعرف قيمتها بشكل مؤكد في الوقت ذاته.
هذا الٔامر يسلبنا القدرة على أن نصف بشكل تام هنا والٓان
النظام الفيزيائي خاصتنا بدون أن نتحدث عما سيحدث مستقبلا.
نحن حتى لا يمكننا التطرق الى مصطلح بديهي مثل مدار الجزيء.
هل حكم علينا أن نكتفي بهذا؟
أو كما ادعى آينشتاين، النظرية النسبية ببساطة ليست كاملة.
وهي توفر لنا معلومات جزئية وحسب تتعلق بالواقع.
وفقا لٓاينشتاين لا بد أنه لكل جزيء هناك أيضا مكان وزخم،
وان كانت نظرية الكم لا تتيح لنا معرفة كليهما اذا هي ليست تامة.
بالمناسبة، في نهاية العشرينات وبداية الثلاثينات أقيمت سلسلة مؤتمرات
سميت "مؤتمرات سولفاي" حيث التقى كبار الفيزيائيين لنقاش نظرية الكم،
نرى هنا صورة معروفة من المؤتمر الذي أقيم عام 1927
حيث يمكن تمييز العديد من الوجوه المعروفة وبينهم آينشتاين وبور.
خلال تلك المؤتمرات، اقترح آينشتاين عدة تجارب تفكيرية،
والتي أسماها "غاندكن اكسبريمنتس"، والتي تتيح في الوقت ذاته قياسا دقيقًا
لكل تلك الٔازواج التي فيها خصائص ديناميكية مثل المكان والزخم بخلاف نظرية الكم.
هذه كانت طريقة آينشتاين بمحاولة زعزعة ثقة المشاركين
وعلى رأسهم بور، بكمال نظرية الكم.
ان أمكن قياس المتغيرين من خلال التجربة،
اذن لا شك بأن النظرية الشائعة القائلة بأنه لا يمكن فعل ذلك، غير كاملة.
ما حدث هو أنه بعد كل تجربة وتجربة كان آينشتاين يجريها
ولا يهم كم كان ذلك محكمًا، كان بور يجد فجوة ويظهر
بأنه لا يمكن أن نقيس في الوقت ذاته بشكل أكيد المتغيرين.
قياس متغير واحد دائما يفسد قياس المتغير الثاني.
في أحد الٔامثلة المشهورة، استخدم بور حتى نظرية النسبية العامة التي وضعها آينشتاين
للدلالة على المشكلة في التجربة.
انما الٔاخطر من كل ذلك، هو أن نظرية الكم
تعطي المشاهد دورا أهم بعد من الدور الذي تعطيه له النظرية النسبية.
ما تقوله النظرية النسبية عموما،
هو ليس أن نتيجة القياس تتأثر بمكان مراقبة المراقب،
بل ان الٔاحجام الفيزيائية الديناميكية التي اعتدنا عليها في الفيزياء الكلاسيكية
مثل المكان، الزخم أو الطاقة، لا توجد قيم تامة لها الا بعد أن نقيسها.
هذا كان بالنهاية أساس النقاش بين آينشتاين وبور.
لا يمكن لنظرية الكم أن تقول لنا أي شيء عما يحدث لجزيء ما
عندما لا ننظر اليه، وحتى لا يمكنها أن تعزو مدارا لجزيء ما.
ادعى آينشتاين بأن ذلك غير معقول،
لٔانه مؤكد أن للواقع وجود موضوعي بدون علاقة لمسألة تنفيذ أي عملية قياس.
الالكترون، وفقا لادعائه، لا شك يعرف ما هو مساره.
بور بالمقابل، ادعى بأن الفيزياء تناقش فقط ما يمكن قياسه
ومن غير المعقول أن نطلب كفيزيائيين أكثر من ذلك.
كعلماء فيزياء لا يفترض أن يعنينا بالنسبة لشيء لا ننجح بقياسه، ان كان موجودا.
مسألة القياس في نظرية الكم هي مسألة معقدة جدا ومركبة ولا أريد التطرق اليها.
انما مهم أن نؤكد أن "المشاهد"
الذين نتحدث عنه بخصوص القياس هو ليس بالضرورة مخلوق عاقل.
بمعنى آخر أن القياس يحدد السطح البيني بين العالم الكمي والعالم الكلاسيكي.
وبالفعل ان أجرينا تجربة في المختبر بنهاية الٔامر سنقيس النظام الكمي
بمساعدة جهاز قياس كلاسيكي.
واضح لنا بأننا كلاسيكيين، نحن لدينا مكان وزخم،
لا حساسية لدينا لمبدأ عدم التأكد انما ماذا عن جهاز قياس في المختبر؟
ما الذي يمكنه أن يقرر ان كان كلاسيكيا أو كميًا؟
هل ما يقرر ذلك هو فقط حجمه بالنسبة لثابت بلانك الذي يحدد ذلك؟
ربما حتى أجسام كبيرة تتصرف وفقًا لنظرية الكم؟
من كان قلقًا جدا من هذه الٔاسئلة، اضافة لٓاينشتاين، هو ارفين شردينغر.
وصف تجربة ذهنية والتي تتضمن وضع قطة طوال ساعة داخل صندوق فيه مادة مشعة
حيث وفقًا لنظرية الكم هناك احتمال %50 بأن تتحلل خلال ساعة
و%50 احتمال ألا تتحلل.
في حالة تحلل المادة، يوجد في الصندوق جهاز كشف يكشف ذلك
ويؤدي لانفجار زجاجة سم وذلك السم يقتل القطة.
كما ذكرت، نظرية الكم يمكنها التنبؤ بهذه الاحتمالات بشكل دقيق،
انما لا تعرف في تجربة معطاة اذا كانت ستتحلل المادة المشعة بعد ساعة أم لا،
لا تعرف ان بعد ساعة ان كانت القطة ستكون حية أم ميتة.
وفقا لنظرية الكم لا اجابة على هذا السؤال قبل النظر داخل الصندوق.
الشيء غير المعقول هو، أن القطة أيضا لا تعرف ان كانت حية أم ميتة.
وماذا لو نحن كنا في الصندوق مكان القطة؟
هل نحن أيضًا ما كنا لنعرف بأي وضع نحن موجودون
لحين يفتح أحد الصندوق وينظر الينا؟
بالطبع لا. انما لماذا هذا؟
هل قطة شرودينغر تشكل مثالا آخر لشيء غير معقول نابع من نظرية
ببساطة لا تصف بشكل كامل الواقع كما حاول آينشتاين أن يشرح للجميع؟
أو أنه هكذا هي حال الواقع الكمي،
انما لسبب ما نحن لا نشهد هذا السلوك مع أجسام كبيرة.
كتب آينشتاين لشرودينغر رسالة بدا فيها محبطا من أن معظم علماء فيزياء عهدهم
لا يدرون أي لعبة خطيرة يلعبون بالواقع،
كشيء ماثل بحد ذاته بدون علاقة بما يقيسون بشكل اختباري.
فمن الواضح للجميع أن وضع القطة غير متعلق بأي قياس.
بالمقابل، ادعى بور بأن العالم الكمي غير موجود بحد ذاته.
الموجود فقط هو الوصف المجرد له.
وفقا لوجهة نظر بور،
من غير الصحيح التفكير بأن وظيفة الفيزيائيين هي اكتشاف ماهية الطبيعة ذاتها.
الفيزياء فقط تتناول ما يمكن قوله عن الطبيعة، فقط ما يمكن قياسه.
هذه طرق فيزيائية مختلفة انما شرعية وهنا بقي أساس النقاش بينهم.
هل هناك واقع موضوعي أم لا؟
هذا يلخص تقريبا ما أردت أن أقوله عن نظرية الكم.
أريد أن أكرس بقية هذا الفصل لنفهم بشكل أفضل
ونجيب على السؤال الٔاساسي، من كان المحق؟ آينشتاين أم بور؟
Explora nuestro catálogo
Inscríbete de manera gratuita y obtén recomendaciones personalizadas, actualizaciones y ofertas.
Coursera brinda acceso universal a la mejor educación del mundo, al asociarse con las mejores universidades y organizaciones, para ofrecer cursos en línea.
© 2018 Coursera Inc. Todos los derechos reservados.
