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
עידן ההסתברות וחוסר הוודאות - הבסיס הרעיוני של תורת הקוונטים
Loading...
Do curso por Tel Aviv University
Basic Notions in Physics - רעיונות מרכזיים בפיזיקה
35 classificações
Na lição
תורת הקוונטים - חלק א׳: הרעיונות המשונים והמופלאים מכולם
Conheça os instrutores
Ron Lifshitz, Ph.D.Professor of Physics
Raymond and Beverly Sackler School of Physics & Astronomy
كما سبق وقلت نتوق لنعرف ما هي الموجة التي تصف الالكترون، ما هي ماهيتها الفيزيائية؟
وهل قوانين الطبيعة تملي علينا الشكل الذي تتطور فيه هذه الموجة وفقا للزمن،
كما القوانين الكهرومغناطيسية من خلال معادلات ماكسويل،
تملي طبيعة تطور الٔامواج الكهرومغناطيسية وفقًا للزمن؟
من ناحية رسمية، نحن نفكر بدالة رياضية ما نسميها
"دالة موجية"، ونأمل أن تكون هناك معادلات رياضية
تصف تطورها وفقًا للزمن، وديناميكيتها.
بالطبع نحن أيضا نأمل بأن هناك أهمية فيزيائية ما لهذه الدالة الرياضية.
بنظرة للوراء، الاجابات على هذه الٔاسئلة توالت في مدة قصيرة.
ففي عام 1926، إرفين شرودنغر نجح بوصف ديناميكية دالة موجية لجزيء ليس نسبيا،
أي، جزيء لا يتحرك بسرعة كبيرة بحيث يمكن تجاهل تأثيرات النظرية النسبية.
شرودنغر فسر أيضا أنه ان نحن تبنينا معادله الٔامواج التي توصل اليها،
حينها الكمومية تأتي كنتيجة مباشرة لمتطلبات رياضية بسيطة جدا.
لا حاجة لافتراض وجود كمومية، لا للطاقة ولا للزخم الزاوي،
ان تبنينا فكرة دي بروي، والذي وفقه يتم تفسير الجزيئات من خلال داله موجة
ونتبنى معادله شرودنغر التي تملي ديناميكية الدوال الموجية،
حينها تتحول الكمومية من فرضية أساسية لنظرية الكم الى استنتاج رياضي بسيط.
حتى ان شرودنغر برهن على أنه في حال وجود طاقة الكتروستاتيكية،
كما في ذروة الهيدروجين، معادلته تعطي تماما الطاقات ذاتها المسموحة
التي حسبها بور ووجد بأنها تتناسب والقياسات الاختبارية.
ضمن سلسلة من الٔاعمال الاضافية في ذات العام،
فحص شرودنغر أيضا ماهية معادلته فيما يخص قوى أخرى، وهذا كان نجاحا ملفتا.
أكمل بول ديراك عام 1928 وصف شرودنغر
بحيث نجح بايجاد دالة موجية للالكترون النسبي، الذي يتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء.
كان نجاح ديراك النظري عظيما، لٔان معادلته، من بين أمور أخرى،
برهنت من خلال اعتبارات رياضية، على وجود البوزيترون.
وهو الجزيء المضاد للالكترون والذي يبدو تماما مثل الالكترون ما عدا أن له شحنة ايجابية.
في عام 1932، اكتشف كارل آندرسون بشكل اختباري
البوزيترون الذي استنتج ديراك وجوده من خلال معادلته.
على اثر التأكيد الاختباري، تقاسم شرودنغر وديراك جائزة نوبل عام 1933
وأيضا كارل أندرسون حاز على جائزة نوبل عام 1936.
انما هذا غير كافٍ، نحن معتادون من الفيزياء الكلاسيكية
على أنه ان كنا نعرف المكان والسرعة لجزيء ما ونعرف أي قوى تؤثر عليه،
يتيح لنا حينها قانون نيوتن الثاني أن نعرف ماذا سيكون مسار الجزيء مستقبلا.
ربما كانت دالة شرودنغر تتيح لنا أن نعرف كيف ستبدو دالة موجة الجزيء مستقبلا
بشرط أن نعرف كيف تبدو الٓان،
انما لا يزال ينقصنا تحليل فيزيائي للدالة الموجية لنستخلص منها
معلومات بخصوص ديناميكية الجزيء ذاته، كنا نود أن نعرف أين سيكون مستقبلا، مثلا.
من وفر التفسير الفيزيائي لهذه الموجة النظرية تلك،
التي تصف الجزي الكمي، كان ماكس بورن.
والذي نجح بأن يستنتج في عام 1926،
بأن الحديث هو عن موجات احتمالية،
فقد قال بأننا ان أخذنا القيمة التامة للدالة الموجية، بمكان وزمان معطيين
ونقوم بتربيعه نحصل على احتمال ايجاد الجزيء في ذات المكان والزمان.
مثلا، ان انطلق الجزيء من نقطة ما اذا تماما في وقت الانطلاق
نكون نعرف أين تماما هو موجود ولهذا يمكن وصف الدالة الموجية.
ستظهر بأن الاحتمال هو مئة بالمئة حيث نعرف أن الجزيء موجود وصفر في كل مكان آخر.
من تلك اللحظة الدالة الموجية تتطور وفقا لدالة شرودنغر،
ان وضعنا مثلا شقين أمام جزيء، اذا الدالة الموجية خاصته
تمر من خلال الشقين في الوقت ذاته، كما يمر ضوء من خلال شقين.
بما أن المعادلة الموجية للجزيء أيضا لها طور،
هي بنهاية الٔامر ستخلق تداخل الناتج من الشقين، عندما تصل الى الشاشة.
انما ما تقوله لنا صورة التداخل هذه،
هي ماهو الاحتمال بأن يصطدم الجزيء بكل نقطة ونقطة على الشاشة.
لا يمكننا أن نقول أين جزيء معين سيصطدم بل ما احتمال كل اصطدام.
ان كررنا التجربة أكثر من مرة في الشروط ذاتها تماما،
كما سبق وشاهدنا في الفيديو، يمكننا اعادة بناء دالة الاحتمالات تلك
وبهذا نرى تربيع القيمة التامة للدالة الموجية.
في النقاط التي فيها الاحتمال كبير،
نحصل على عدد اصطدامات كبير للجزيئات وحيث الاحتمال قليل نرى جزيئات أقل.
من المهم التشديد على أنه في نظرية الكم
للتجربة ذاتها قد تكون نتائج مختلفة، رغم أن ظروف البداية متشابهة.
بخلاف الفيزياء الكلاسيكية، نظرية الكم لا يمكنها أن تتنبأ
بنتائج تجربة ما بل احتمالات نتائج مختلفة.
في هذه النقطة يبدأ الجدال بين آينشتاين وبور، بينما آينشتاين
ادعى أن هذه نقطة ضعف النظرية وأنها لا تصف بشكل تام الواقع،
تمسك بور برأيه بأن الفيزياء ذاتها تتصرف هكذا وأنه لا مشكلة في النظرية.
قال آينشتاين في هذا الصدد وسأقتبس بترجمة حرة ما قاله،
"على الرغم من أن نظرية الكم ملفتة جدا،
"صوت داخلي يقول لي بأن ذلك ليس الشيء الحقيقي بعد، النظرية تقول لنا الكثير.
"انما لا تقربنا بالفعل من أسرار العجوز.
"أنا على أي حال مقتنع"، هذا ما قاله آينشتاين، "بأن الله لا يلعب النرد."
وعلى هذا الادعاء بأن الله لا يلعب النرد يقال أن بور رد عليه بالقول:
لا يمكنك أن تقول للرب بماذا يلعب.
أود أن أشدد على هذه النقطة الهامة.
معادلات شرودنغر وديراك تصفان بشكل دقيق وبشكل حتمي
كيف أن الدالة الموجية للجزيء الكمي تتغير وفقا للزمن.
ولكن طالما لا يلتقي الجزيء بالشاشة، في مثالنا، لن نعرف أين مكانه.
نظرية الكم توفر لنا معلومات جزئية فقط، فقط الاحتمالات
المتعلقة بالٔاماكن المختلفة للجزيء في كل مرحلة زمنية، انما ليس الٔاماكن.
لا نعرف ما هو مسار الجزيء،
حتى انه لا يمكننا أن نعرف من خلال أي من بين الشقين مر الجزيء.
اذن كيف لم يقلق ذلك بور؟
على أي أساس ادعى أنه كذلك هو نهج الفيزياء؟
لذا، ما يحدث في هذه التجربة هو، اذا حاولنا التذاكي
ووضع جهاز قياس يفحص لنا في كل مرة من أي شق يمر الجزيء،
عندها نغير ظروف التحربة وصورة التداخل تنهار ببساطة،
النتيجة تبدو وكأننا أطلقنا جزيئات كلاسيكية من خلال الشقين.
للحصول على تداخل، نحتاج بالنسبة للدالة الموجية للجزيء
أن تمر في الوقت ذاته من خلال الشقين.
ان كانت هناك معلومات بالنسبة للشق الذي منه مر الجزيء، الدالة الموجية تتغير وفقا لذلك.
بل هي تصف احتمالات أماكنه المختلفة،
اذا تقريبا في نصف الحالات كل دالة موجية ستمر من خلال أول شق لٔاننا هناك قسناها
وفي النصف الثاني من الحالات كل دالة موجية تمر من خلال الشق الثاني.
على أي حال لن نحصل على تداخل، لٔان ذلك يتطلب، كما ذكرنا،
مرور الموجة من خلال الشقين
وهذا يؤدي الى شك فيما يتعلق بالشق الذي مر منه الجزيء.
الماهية العميقة لكل هذا الجدال، هي أننا حتى لا يمكننا القول بأن الجزيء مر
اما من خلال الشق الٔاول أو الشق الثاني.
وأيضا ليس دقيقا تماما القول بأن الجزيء مر من خلال الشقين معا،
رغم أن هذا ما يقوله الناس في أحيان كثيرة لٔانه لا كلمات لدينا باللغة البشرية
لوصف ما يحدث فعلا للجزيء الكمي في الٔاوقات التي لا ينظرون فيها اليه.
انما بنهاية الٔامر الحديث هو عن جزيء عيني لا يمكنه ان يكون في مكانين في الوقت ذاته.
كل ما يمكننا قوله هو أن الدالة الموجية هي التي مرت في الوقت ذاته من خلال الشقين.
Explore nosso catálogo
Registre-se gratuitamente e obtenha recomendações, atualizações e ofertas personalizadas.
O Coursera proporciona acesso universal à melhor educação do mundo fazendo parcerias com as melhores universidades e organizações para oferecer cursos on-line.
© 2018 Coursera Inc. Todos os direitos reservados.
