אז מה זה בעצם "שדה חשמלי" ?

[יניב ריז]

אז מה זה בעצם "שדה חשמלי" ?

רק לפני כמה ימים התוודעתי לקונטיזציה של השדה החשמלי,והדבר הותיר בי רושם עמוק לגבי תובנה על איך היקום עובד. התובנה כ"כ משמעותית שאני חייב לחלוק איתכם אותה,בתקווה שאלו שאינם בקיאים בתובנה זאת,יזכו לחוות אותה

תמיד שאלתי את עצמי-אז איך זה שבתכל'ס שני אלקטרונים "מרגישים" זה את זה? איך הם דוחים אחד את השני,מבלי שבעצם יש ביניהם מגע? התשובה הלא מספקת שהכרתי הייתה "כי יש שדה חשמלי,והלה מפעיל כוח בכל המרחב ביחס פרופורציונלי לעוצמת המטען והמרחק ביניהם"... הסבר זה לא ממש סיפק לי את הסחורה לגבי היכולת של שני חלקיקים להרגיש אחד את השני...וגם לא ענה לשאלה,מדוע השדה החשמלי,אם כך,נחלש עם ריבוע המרחק? לאחרונה קראתי את הספר "היקום עלפי הפיזיקה המודרנית" שנתן לי מענה מלא ויפה על שאלתה "הפעלת הכוח ממרחק",ושואות אני מעונין לחלוק כאן. לפי הפיזיקה הקוונטית,כל אלקטרון פולט פוטונים בעלי תנע,גם כשהוא במנוחה,וכשפוטונים אלו פוגעים באלקטרון אחר,הם מעבירים לו את התנע שלהם,ולכם האלקטרון חש בכוח דחיה. מכאן עולות 2 שאלות מאוד משמעותיות: 1-אם אלקטרון במנוחה פולט פוטונים בעלי תנע,כיצד אין הוא מאבד אנרגיה? 2-ומדוע התנע נחלש עם ריבוע המרחק? התשובות לשאלות אלה מאוד מיוחדות ומדהימות. לפי עיקרון אי-הוודאות,ישנו יחס של אי וודאות בין האנרגיה לזמן,או בניסוח: dE*Dt=h כלומר,ככל שאנו יודעים את אנרגיית החלקיק בדיוק רב יותר,כך אנו נדע פחות לגבי משך הקיום של החלקיק,ולהיפך. דבר זה לא אומר הרבה בהתחלה,אך מסתבר שיש לו משמעות קריטית לגבי הפוטונים שפולטים החלקיקים החשמליים-גם במנוחה. אותם פוטונים "וירטואלים" שנפלטים ע"י האלקטרון אינם ברי גילוי,שכן הם שומרים על עיקרון אי הוודאות,בצורה כזאת שככל שהפוטון הוירטואלי יהיה בעל אנרגיה גבוהה יותר,כך משך קיומו יהיה קצר יותר (וכל זאת ברמה של עד קצה הוודאות). ומכיוון שהפוטונים נעים במהירות האור,הרי שככל שמשך קיומם קצר יותר,הרי שהם יעברו פחות מרחק. ומכאן אנו מקבלים תשובות ל-2 השאלות: הדרך שבה 2 אלקטרונים מרגישים זה את זה היא ע"י פליטת פוטונים וירטואליים נושאי תנע,ומכיוון שפוטנים אלו הם בתחום של אי הוודאות,לעולם לא נוכל למדוד אותם,ולכן לא נראה אף פעם הפרה של חוק שימור האנרגיה-והאלקטרון לא יראה כמאבד מהאנרגיה שלו בשל פליטת אותם פוטונים וירוטאליים. וככל שהפוטון יהיה יותר אנרגטי,הוא יוכל לנוע רק למרחקים קצרים,לכן הכוח שיורגש בין 2 אלקטרונים יורד עם ריבוע המרחק! אני מוצא את זה מדהים

 

[the YOOK]

ושאלה קטנה...

לפי גישה זו, נניח ויש לנו אלקטרון- נפלטים ממנו פוטונים וירטואליים נושאי תנע. איך הם משנים את התנע שלהם ל"שלילי" כאשר הם פוגעים פתאום בפרוטון במקום באלקטרון נוסף? מה המשמעות בכלל של תנע שלילי כאשר תנע הוא וקטור? החלקיקים המתווכים לא פותרים כלום, הם רק דוחפים את הבעיה יותר רחוק- צריך עוד חלקיק מתווך בין הפוטון הוירטואלי לבין הפרוטון כדי שזה יקבל את המידע לגבי התנע שאמור לתת או לקחת (וזה כבר לא אפשרי כיוון שהפוטון הוירטואלי כבר נע במהירות האור). לדעתי הפיתרון האמיתי לכל הבעיה הזו הוא גיאומטרי- השדה מתבטא בעקמומיות כלשהי של המרחב (ממש כמו בכבידה, רק יותר מסובך לדעתי).

 

[יניב ריז]

ממש לא תנע שלילי.

הנה הסבר מדוייק יותר ממה שמצאתי ברשת. The situation should be treated with quantum mechanical care. The "backwards in time" business is not a modern physical interpretation, but a formal identification one can make for computational purposes. Set up the situation by having two charges particles at a large enough distance so that their position space wavefunctions don't overlap. L is the particle on the left, R the one on the right. There is a probability amplitude that L will emit and photon and a probability amplitude that it will absorb a photon. Quantum mechanics tells us to add the amplitudes. The (complex) photon wavefunction will consequently encode an amplitude for "positive momentum" and "negative momentum"...this sums of the fact that we cannot distinguish between L emitting a photon, which is subsequently absorbed by R from the situation where L absorbs a photon that was emitted by R. The photon wavefunction is also proportional to the charge of L: qL. Now to determine how R is affected by the photon. The rules tell us to multiply the photon wavefunction by the unperturbed R wavefunction. The result is a sum of two wavefunctions giving two bumps in position space: one that corresponds to the photon shifting the peak of R's wavepacket left and another for the photon shifting of the peak right. R's wavefunction is proportional to its charge qR. Therefore, the resulting total amplitude is proportional to the product qL*qR. The rules then tell us that if we want to know what the probability for the possible final results are, we should square the total wavefunction. But so far everything has been symmetric in the following sense: even if the left wavefunction is + and the right part of the wavefunction is -, the numbers going into the two amplitudes are the same. Therefore, squaring the total amplitude will tell us that there is equal probability for R to be shifted toward or away from L. The problem is that we have jumped the gun. In quantum mechanics we must be careful to include all the possibilities of interaction...including no interaction! That is, we have to include the amplitude for there to be no photon exchange. Thus, before squaring, we add R's original bump wavepacket (located at position 0) to the amplitude with the two bumps (one to the left and one to the right). If the product qL*qR>0 (same sign charges), then the left bump is + and the right one -, so when they combine with the central + bump, the result is a larger + bump to the left of 0, and smaller on the right side of 0. Squaring the result, there is a large probability that R is shifted away from L: repulsion. If qL*qR<0 (opposite sign charges), the left bump is - and the right one is -, so when you add the central + bump (non-interacting wavefunction) you get a bump that is larger and to the right of 0, while smaller to the left of 0. After squaring, there is a high probability that R is shifted toward L: attraction. We have only done the analysis at the level of one-photon interaction, but that is enough to get the essence: even and odd photon number interactions will serve to cancel out amplitudes for same charge attraction, and opposite charge repulsion. Thus, forces in classical mechanics arise from quantum mechanics in a subtle but beautiful way...using classical analogies is dangerous.

 

[niv1990]

לא הבנתי לפי ההסבר הזה למה ריבוע המרחק...

ניחוש: זה בגלל שאותה כמות של חלקיקים שליליים (לא יודע עד כמה זה נכון להגיד), אחרי מרחק יותר גדול, השטח שכולל אותם ורק אותם, גדל כריבוע המרחק. אני חושב איך להסביר את זה יותר ברור... זה כמו שאם נצייר משולש שווה שוקיים, ככל שגדול צלע גדל, גודל הבסיס יגדל באותו יחס. אז אם נצייר צורה תלת מימדים הבסיס צרך לגדול לפי יחס הצלע בריבוע.

 

[avinamal]

לא אהבתי את ההסבר הזה

זה מילא, לא פוסלים תיאוריות פיסיקליות על סמך זה שאני לא אוהב אותן... אבל זה לא מסביר כלום, ומוסיף אינטרקציה שלמה שאין לנו יכולת למדוד... מפוקפק לחלוטין לטעמי. זה לא מטופש פחות מ"החלקיק נושא הגרביטציה". זה שלא מבינים משהו זה לא סיבה להמציא חלקיקים + סיבות למה לעולם לא נמדוד שום דבר שקשור אליהם

 

[the YOOK]

../images/Emo45.gifתגובה כלבבי!

 

[יניב ריז]

זה לא תיאוריה ../images/Emo6.gif זה אלקטרודינמיקה קוונטית..

זה שזה לא מוצא חן בעינך,לא הופך את זה ללא נכון. זה בעצם הקוונטיזציה של השדה החשמלי... הרעיון מקבל תימוכין גם בהסתכלות על הכוח החזק והחלש,שמסביר באותה המידה,מדוע חלקיק בעל מסה שנושא את הכוח,הוא בעל טווח פעולה קצר ומוגבל.

 

[יניב ריז]

הנה תקרא קצת כאן...

כאן,וגם פה...

 

[יניב ריז]

ההוכחה של הפוטונים הוירטאלים-אפקט קיזמיר.

אם לוקחים 2 לוחות מתכת בריק ושמים אותם אחד ליד השני,האלקטרונים שלל הלוחות פולטים פוטנים וירטואלים. משום שהחלל בין 2 הלוחות מגביל את סוגי הפוטונים הוירטואליים שיכולים להיווצר,ואילו כמות הפוטונים הוירטואלים מחוץ לחיץ הלוחות הוא לא מוגבל,אזי יווצר לחץ שידחוף את הלוחות זה כלפי זה,כפי שנצפה בניסוי. אפקט זה מכונה "אפקט קיזמיר" והוא אחד הדרכים להשתמש בדבר הקרוי "אנרגיית הריק".

 

[יניב ריז]

הנה מה שיש לויקופדיה להגיד בנושא

אפקט קזימיר

 

[avinamal]

מכיר, למרות הבורות שלי בפיסיקה ../images/Emo13.gif

מיותר לציין שזה לא מוכיח כלום. קבל תיאוריה שלי להסברת כח המשיכה - כדורים וירטואליים עפים מכל היקף היקום "פנימה" ודוחפים את הכוכבים. תיאוריה מטופשת זו מסבירה מיידית את התלות בריבוע המרחק.... אתה מקבל אותה?

 

[the YOOK]

../images/Emo6.gifאני מקבל אותה!

אבל לדעתי אלו לא סתם כדורים אלא כדורי בשר קטנים (שכמובן ניתן אז להסביר שמפלצת הספגטי המעופפת היא זו שמייצרת את אותם כדורים). זו נראית תיאוריה הרבה יותר הגיונית!

 

[יניב ריז]

אתם ממש בורות רצינית אני רואה...

אלקטרודימיקה קוונטית היא במקרה התורה הפיזיקלית הכי מדוייקת שיש כיום בפיזיקה. יכולת הניבוי שלה באות לידי דיוק מוחלט בניסויים שנערכים. היא מסבירה אפקטים ותופעות פיזיקליות שלא היו ניתנים להסבר לפני כן (אפקט קזימיר),והיא ניבאה את קיומם של מספר חלקיקים (כמו הפוזיטרון). למעשה,תורה זה כלכך מדוייקת,עד כי היא זיכתה את בעליה,ורבים מחוקריה בפרס נובל בפיזיקה. זה שאתם חושבים שמדובר באיזה תיאוריה "מופרחת" היא משום שזה חומר שלומדים אותו רק בתארים גבוהים לפיזיקה,בשל המורכבות המתמטית שלו,ואינכם יוצאים יותר מבורים כאשר אתם צוחקים על כך,בדיוק כמו שילד בן 5 יצחק כשתספר לו שיש דבר בשם "תורת היחסות" והיא מאפשרת לזמן לנוע בצורות שונות ביחס למערכות שונות... הישגה הענק של האלקטרודינמיקה הקוונטית,הוא בהכנסת תורת היחסות לתוך הפיזיקה הקוונטית,ויצירת אבן הבנין לאיחוד הכוח החלש והאלקטרומגנטי לידי כוח אחד "האלקטרו-חלש".

 

[יניב ריז]

בקיצור-יצאתם טמבלים..../images/Emo163.gif../images/Emo163.gif

אני הבאתי לכם הסבר של תורה מדעית,שכמו תורה אחרת עמדה במבחן הניסוי (ועשתה זאת יותר טוב מכל תורה מדעית שהיתה לפניה),השיגיה ניבויים שנמצאו נכונים בניסוי והסבירה דברים שלא היה להם הסבר לפני כן. ואתם,שלא הכרתם את התורה הזאת לפני כן,חושבים שמדובר כאן באיזה תאורית קונספירציה בגלל מילים כמו "פוטונים וירטואלים" או "אנרגיית ריק",אבל אם תפתחו את הראש שלכם,ותהיו מוכנים לקבל דברים שהוכחו בניסוי כנכונים,גם אם זה לא מסתדר עם ההגיון,אולי תרוויחו קצת יותר ידע מעבר לרמה התיכונית שהפגנתם כרגע... והחלק הכי עצוב,זה שאני כבר די הרבה שנים בפורום הזה,ואני מכיר את שניכם ככותבים רציניים ועם ידע יחסית נרחב בפיזקה,מה שמקצין יותר את תחושת האכזה לנוכח תגובתכם למדע המדוייק ביותר מבחינה אמפירית שיש לפיזיקה להציע! אם אתם עדיין חושבים שזה שטויות-תנסחו הסבר אחר לאפקט קזימיר,הנובל מובטח לכל אחד ואחד מכם...

 

[avinamal]

../images/Emo45.gif טוב, אל תשתולל ../images/Emo6.gif

מובן שהתיאוריה יקרה לליבך

מבחינתי דובר אך ורק על ההסבר שלך לשדה חשמלי, ותו לא. אין לי שום דבר נגד אנרגיית הריק. ה"התנגדות" שלי היא, שוב, אך ורק לרעיון של פתרון בעיית ה"פעולה ממרחק" ע"י המצאת "חלקיק נושא הפעולה" שכל ביטויו בטבע אך ורק בפעולה שכדי להסביר אותה הוא הומצא מלכתחילה. אני צריך לציין שאני בור מוחלט בנושא הזה או שזה מובן מאליו?

 

[the YOOK]

דוקא כן הכרנו.

לפחות אני. אני כבר מכיר את התיאוריה (ברמה של ההסברים של פיינמן לפחות), ומכיר את אפקט קזמיר ובכל זאת מוצא את זה מאוד מטופש ולא נחוץ. אין בהסברת החלשות השדה החשמלי עם ריבוע המרחק ע"י עיקרון האי וודאות שום יופי בעיני. אתה לוקח תכונה פשוטה- שדה משמר, ומחליף אותה בתכונה לא מובנת ומסורבלת- אי וודאות קוונטית (שים לב שכשאתה מנסה להסביר בעזרת זה דברים נכנס לשאלות של מדידה וכו'... קצת בעייתי בלשון המעטה). אני לא חושב שהתיאוריה היא שטותית, אבל היא בהחלט לא מספקת הסבר טוב לטעמי. (ואת אפקט קזמיר אפשר מן הסתם להסביר בצורה של קיטוב המטענים בלוחות או פשוט הדסיקריטיזציה של האור שיכול להיווצר בין הלוחות כתלות בתנאי השפה- שזה כמו ההסבר הקוונטי רק בלי "פוטונים וירטואליים". בכל אופן זהו אפקט כל כך חלש שניתן למצוא לו כל כך הרבה הסברים שונים). ואל תילחץ מהשטויות שכתבתי- זה בכוונה כדי להגזים ולהקצין

.

 

[prefect]

אז אולי כדאי שכן תכיר מעבר לרמה של בצפר

אני לא חושב שהוא נלחץ מהשטויות שכתבת - אבל כמה שטויות אפשר לכתוב? אם תרשום הסבר כמותי לאפקט קזימיר במונחים קלאסיים תוכל להבהיר מאיפה בדיוק נובעת העמדה שלך. או שיש לך נימוקים (טובים) אחרים?

 

[the YOOK]

אין לי כרגע הסבר טוב לאפקט,

אולי בשנה הבאה אחרי שאלמד גלים. בכל מקרה, הטיעון לי הוא שאפילו אם התיאוריה מצליחה (כביכול) להסביר אפקט מסוים (שכמעט ואינו מדיד), היא עדיין נראית מטופשת בעיני. מהי התדירות של הפוטונים הוירטואליים היוצאים מהאלקטרון? האם זה אומר שההשפעה של השדה החשמלי היא דיסקרטית בזמן? איך עיקרון אי הוודאות מסביר כאן משהו לעזאזל? מתי ביצענו מדידה שאנחנו יכולים לקבוע דברים כמו התנע או המיקום? (ושימו לב שבעת הפגיעה באלקטרון השני שני הגדלים ידועים לנו לחלוטין). אולי התיאוריה היא יותר הגיונית כאשר מנסחים אותה בצורה גלית ולא חלקיקית. סביר להניח אפילו שזה המצב. אני רק מגיב בקשר לתיאוריה שהוזכרה על החלקיקים המתווכים שנפלטים מאלקטרון ומחליטים באמצע הדרך האם הם הולכים למשוך את הפרוטון או לדחות את האלקטרון השני.

 

[prefect]

אוקי, הבנתי מה הבעיה

הבעיה היא שאתה מתייחס להסבר פשטני, לא מדויק ומנוסח בצורה מטעה. אז שוב, אם אתה לגמרי לא מבין את התיאוריה ש"כביכול" מסבירה משהו ומסיק שהיא מטופשת, הבעיה היא בך ורק בך. סמוך על סמוך, התיאוריה מסבירה הרבה מאוד דברים, ובכלל לא "כביכול". לעובדה שהאפקט חלש אין כל קשר לטענה. זה שהוא חלש לא אומר שהוא פחות אמיתי מכל אפקט אחר (ובמרחקים קטנים אפקט קזימיר מתחיל להיות משמעותי מאוד).

 

[the YOOK]

אני לא ביקרתי את התיאוריה האמיתית,

אלא רק את "ההבנה המדהימה" שיניב הבין בקשר לשדה המגנטי והפעולה ממרחק. לדעתי ההבנה הזאת לא רק שלא מסבירה אלא מסבכת את הכל ומטופשת למדי.