נשלח בתאריך: 23 June 2008 בשעה 21:44 | IP רשוּם

איינשטין הניח במשוואתיו שהזמן קיים, עכשיו פיסיקאי ישראלי מסביר גם למה

פרופסור אשר יהלום מהמרכז האוניברסיטאי באריאל ישראלי הצליח לאשש את הנחות היסוד שבהן השתמש איינשטיין ביחס למימד הזמן בתורת היחסות הכללית * תוצאות עבודת המחקר מתפרסמות בכתב העת FOUNDATIONS OF PHYSICS

כוכב מסתובב ה

מחקר חדש שערך פרופ' אשר יהלום מן המרכז האוניברסיטאי אריאל בשומרון בשיתוף עם אוניברסיטת קיימברידג' בבריטניה, מסביר מדוע שונה מימד הזמן משלושת המימדים האחרים של החלל. המחקר מצביע על דרך לבצע צמצום מהותי של הנחות היסוד של תורת היחסות הכללית, וייתכנו לו השלכות גם על תחומים אחרים בפיזיקה כגון תורת החלקיקים האלמנטאריים. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת המדעי FOUNDATIONS OF PHYSICS.

בשיחה עם אתר הידען מסביר פרופ' יהלום: "בהתחלה היה ניוטון, וניוטון אמר שכשיש לנו שתי מסות פועל ביניהן כוח משיכה. הוא נתן לזה ביטוי שמדבר על מכפלת המסות בקבוע גרביטציה אוניברסלי ובחלוקה למרחק בריבוע בין שתי המסות. אבל ניוטון לא הסביר לנו למה הכוח הזה קיים ואז בא איינשטיין ותקף את הבעיה מזוית שונה. לפי תורת היחסות הכללית של איינשטיין אותה פרסם בשנת 1915, עשר שנים לאחר פרסום תורת היחסות הפרטית, זה לא שמסה אחת מפעילה כוח על מסה אחרת אלא שהמסה גורמת לעיקום של המרחב והעיקום הזה מורגש על ידי הגוף השני שנמצא באותו מרחב עקום ככוח משיכה."

"איינשטיין הציע סט של משוואות שמראות כיצד מסה (ואנרגיה) מעקמות את המרחב. שאני דן במקרה שהמסה הזו לא חסרה כלומר שהמרחב לא עקום אלא דווקא שטוח. מסתבר שמרחב שטוח יכול להיות מכמה סוגים – אנחנו יכולים לחשוב על מרחב אוקלידי שבו יש רק ממדים מרחביים ואין בו ממדי זמן. איינשטיין דיבר על מרחב ארבעה ממדי שיכול להיות מצב שיכלול ארבעה מרחבים ממדיים ואין בו בכלל ממדי זמן. אנו גם יכולים לחשוב על מרחב שיש בו שני ממדים מרחביים ושני ממדי זמן אבל מה שמקובל לחשוב ומה שאיינשטיין הניח, זה המרחב המוכר לנו שיש בו 3 ממדים מרחביים וממד אחד של זמן. ניתן למצוא פתרונות אפשריים למשוואות של איינשטיין גם בואריאציות האחרות של יקום ארבע ממדי אבל איינשטייין החליט לבחור ביקום המוכר לנו בצורה אקסיומטית בלי להסביר, בכל אופן זהו הפתרון הברור מאליו והמתקבל על הדעת –יקום בעל שלושה ממדים של מרחב וממד אחד של זמן אך הוא מעולם לא הסביר מדוע הוא בחר כך מעבר למציאות האמפירית. במילים אחרות הוא הסביר מדוע מהבחינה התיאורטית הטבע בנוי בצורה כזו. ואכן, כבר בשנים הראשונות לאחר פרסום תורת היחסות הכללית, ליתר דיוק ב-1923 הציע ארתור אדינגטון (אותו חוקר שב-1919 אישר את תורת היחסות הכללית של איינשטיין בצפיה בתזוזת הכוכבים על רקע ליקוי חמה בדרום אמריקה), אפשרות תיאורטית למעבר בין יקום של שלושה ממדי מרחב וממד זמן אחד ליקום של שני ממדים מכל סוג."

"במאמר שפרסמתי בפאונדיישן אוף פיסיקס הוכחתי שרק הפתרון של שלוש פלוס אחד הוא פתרון יציב כמו כדור בקערה . לקחתי פתרון שנותן מרחב שטוח וגרמתי בו להפרעה (פרטורבציה). לאחר מכן בדקתי איך ההפרעה משפיעה (הכל כמובן בתיאוריה ובנוסחאות). הראיתי שרק הפתרון המוכר לנו הוא הפתרון היחיד היציב. כל האחרים לא יציבים (כמו עפרון העומד על חודו), אם כי במקרים פרטיים המשוואות של איינשטיין תהיינה נכונות גם שם.

ומה המשמעות של התגלית?

התגלית מאשרת ואף מחזקת את תורת היחסות הכללית של איינשטיין מהבחינה הזו שמספר האקסיומות וההנחות השרירותיות הוא קטן ביחס לניסוח המקורי. במדע אנחנו מנסים להסביר את חוקי הטבע בעזרת מספר מינימאלי של הנחות ובמקרה הזה אני מראה שאפשר היה לנסח את תורת היחסות של איינשטיין בפחות הנחות ולמעשה להוכיח את קיום הזמן במקום רק להניח אותו. לכך יתכנו משמעויות בהמשך. מכיוון שאנחנו לא שוללים בצורה קטגורית את כל הפתרונות האחרים יכול להיות שבסיטואציות מסוימות, קיצוניות כדוגמת אלו שבהם משתמשים אנשים החוקרים חלקיקים אלמנטריים אפשר יהיה להגיע למציאות שבה לא יהיה קיים ממד של זמן אלא רק ממדים של מרחב. אנשי החלקיקים משתמשים הרבה פעמים במרחב אוקלידי מסוג זה בחישובים שלהם ככלי עזר מתמטי. הם מציגים זאת כזוית חלשה (Weak Angle) שבה ממד הזמן הופך לממד מרחבי.

האם יישום מעשי?

"פעם שאלו את תומפסון לגבי האלקטרון אם יהיה לזה אי פעם שימוש מעשי והוא ענה שכנראה שלא, אבל בינתיים כל הכלכלה שלנו מבוססת על האלקטרון. על פניו אני לא רואה שימוש מעשי אבל ימים יגידו.

כיצד מתקשרת אוניברסיטת קיימברידג' למחקר הזה?

"את העבודה הזו עשיתי כשהייתי בשבתון באוניברסיטת קיימברידג', קרוב מאוד לחדר של אדינגטון עצמו בשנים 2005-2006."

ספר על עצמך?

"אני פיסיקאי אך אני עובד על תחומי הפיסיקה התיאורטית במסגרת המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה במרכז האוניברסיטאי באריאל עוד משנת 1999. קודם לכן סיימתי את כל שלושת התארים שלי באוניברסיטה העברית ועשיתי פוסט דוקטורט באוניברסיטה העברית." לדבריו, בשנת השבתון בקיימברידג' הוא לא הרגיש בבעיה כלשהי, "הם אוהבים ישראלים. כולם ידעו מאיפה אני בא, ולמרות שיש חוגים שלא אוהבים זאת, זה לא שינה לאנשי האוניברסיטה. גם הקהילה היהודית קיבלה אותי מאוד יפה.