סולטן קוזן הגבוה ביותר בעולם

לקוראי היקרים ששלחו לי למייל ברכות שנה טובה. תודה רבה ושנה טובה גם לכם. אמשיך לתרגם את לשון המדע ואת הממצאים המדעיים הכי אחרונים בשפה מובנת לכל. לכבודכם אביא לרגל השנה החדשה סיפור מעט מוזר. סוכנות הידיעות מספרת שבלונדון השבוע עמד ליד הביג בן האדם הגבוה ביותר בעולם. הוא לא עמד ליד מגדל האייפל הגבוה… אלא ליד הביג בן הנמוך יותר.

 

האדם הגבוה ביותר בעולם הוא סולטן קוזן מטורקיה. הוא נמדד בגובה של 246 סנטימטר והוא בן 27. כך הכריז ארגון שיאי גיניס העולמי ב-17 לספטמבר.

גובהו של קוזן מוסבר כתוצאה מבעיה בבלוטת יותר המוח. הבעיה הנפוצה ביותר בבלוטת יותר המוח היא כאשר מתפתח בה גידול שפיר (לא ממאיר). גידול כזה בבלוטת יותרת המוח גרם לקוזן להיות ענק. הגידול גורם לבלוטה להפריש יתר על המידה הורמוני גדילה, מצב שידוע בשם ענקות pituitary gigantism. הגידול הוסר בשנה שעברה ורק אז קוזן הפסיק לגדול. מצב הענקות מאופיין בקצב גדילה מואץ ובכפות ידיים ורגליים גדולות. לכן מצב זה גם מסביר את גודל רגליו של קוזן: 36.5 סנטימטר, מה שמתאים כנראה למידת נעליים של בערך 55 או 56. גודל ידיו הם 27.5 סנטימטר (שקול למידת נעליים של גבר ממוצע: 44.5).

קוזן בן ה-27 קיבל סיור לאתרים העיקריים בלונדון, כאשר הוא מתנשא לגובה מעל לשאר הולכי הרגל הלונדוניים, בעודו מתערבב בין הקהל ההמון מחוץ לביג בן. האיכר הרם מ-מרדין בדרום-מזרח טורקיה משתמש בקביים כדי להסתדר. וכל זאת בגלל שחוליות ברכיו נחלשו בשל גובהו. גורמים רשמיים מגיניס טוענים שישנם רק עשרה מקרים אמינים או מאושרים בהיסטוריה של בני אדם שצמחו לגובה של 2.40 מטרים.

מאמינים שישנו בכל זאת אדם גבוה מקוזן בעולם – האוקראיני לאוניד שטדניק, שלפי הדיווחים גובהו נמדד כ-2.54 מטרים, אולם הוא לא מאפשר לאף אחד לאמת את גובהו, מדווחים מגיניס.

קוזן אומר שהדבר הטוב בלהיות כל כך גבוה הוא היכולת לראות הכל ממרומים. בנוסף, בבית משתמשים בגובהו במקום סולם, כדי להחליף נורות וכדי לתלות וילונות ולשימושים דומים.

קוזן אמר לכתבים, שברצונו להשתמש בפרסומו החדש כדי לנסוע בעולם ולפגוש אישה כדי להתחתן.

מי ייתן והשנה החדשה תביא לגבוהים (ולנמוכים שאותם הם רואים ממרומים) הצלחה ואושר רב.

לראשונה נצפו ענני אלקטרונים סביב גרעין האטום!

לראשונה נצפו ענני אלקטרונים סביב גרעין האטום!

כתמים כחולים אלה הם ענני אלקטרונים סביב גרעין אטומי פחמן.

ישנו כתם בעל סימטריה רדיאלית וכתם בעל שתי אונות כפולות ובעל צומת במרכז זה בדיוק כמו התבניות של צפיפויות האלקטרונים במה שקרוי “אורביטלים”  sו-p בתורת הקוונטים.

 

אורביטלים: פעם חשבו שהאלקטרונים הם כמו פלנטות מוצקות שסובבות את הגרעין (השמש) במודל מערכת השמש. ולכן דברו על orbits – מסלולים שנחשבו למסלולי פלנטות לכל דבר. אולם מאז שהאלקטרון נהפך לחלקיק קוונטי (גלי אלקטרונים) החלו לדבר על “אורביטלים” ואלה נהפכו לעננים במקום למסלולים. האורביטלים מתארים את ההתנהגות הדמוי-גלית של האלקטרונים באטום. מחשבים את ההסתברות למציאת האלקטרון או האלקטרונים באטום באזור מסוים סביב הגרעין. כל אורביטל מכיל עד שני אלקטרונים, מוגדר על ידי קבוצת מספרים קוונטיים ומאופיין על ידי הקווים הספקטרוסקופים: sharp, principal, diffuse, fundamental או בקיצור: s, p, d, f

את התצלומים החדשים של כתמי האלקטרונים ביצע איגור מיקאילובסקי והקולגות שלו במכון קרקו לפיזיקה וטכנולוגיה באוקראינה והוא דיווח על כך במאמר שפורסם ב-Physical Review B. התמונות שנתקבלו של ענני האלקטרונים מייצגים את צפיפות האלקטרונים סביב האטום. מיקאילובסקי והקולגות שלו קיררו גרפין כדי ליצור שרשרת אטומי פחמן לטמפרטורה של 4.2 קלווין בואקום. הם ישמו מתח של 425 וולט כדי ליצור שדה חשמלי וגרמו לאטומי המחט של מיקרוסקופ פליטת שדה לפלוט אלקטרונים אל עבר מסך זרחני ושם נוצרו התמונות של ענן האלקטרונים סביב הגרעין.

שיטה זו קרויה מיקרוסקופית פליטת שדה: פליטת אלקטרונים תחת ההשפעה של שדה אלקטרוסטאטי חזק ממתכת או מוליך למחצה אל ואקום למשטח היא פליטת שדה. תופעה זו דווחה לראשונה בשנת 1897. ב-1928 פוולר ונורדהיים הסבירו את התופעה על בסיס מנהור קוונטי של אלקטרונים. אחר כך השתמשו בתופעה של פליטת שדה כדי לפתח מיקרוסקופ. המיקרוסקופ, שמצוי בואקום, בנוי ממחט חדה מאוד שמפיקה שדה חשמלי מאוד חזק סביבה. בהפשטה, השדה החשמלי בקצה המחט הוא פרופורציוני הפוך לרדיוס המחט. האלקטרונים שנפלטים נעים לאורך קווי השדה ויוצרים כתמים כהים ובהירים על מסך זרחני. המיקרוסקופ פועל ללא עדשות והוא בעל יכולת הגדלה של 105 ויכולת חדות והבחנה של 30 אנגסטרום.

זוג התמונות בהגדלה של ענני האלקטרונים: 

 

ננו-פלסמוניקה: הלייזר הננו-פלסמוני

 

 

 

הפלסמונים נוטים להתפזר לאחר מילימטרים בודדים בלבד. לכן הם קצרי חיים.

בתחילת אוגוסט חוקרים להנדסת חשמל ומחשוב מאוניברסיטת פורדיו (מיקאיל נוגינוב וקבוצתו), בשיתוף עם אוניברסיטת המדינה של נורפולק ואוניברסיטת קורניל בארה”ב יצרו את הלייזר הזעיר ביותר – ננו-לייזר – מאז המצאתו כמעט לפני 50 שנה. הלייזר העובד הראשון הודגם ב-1960.

הנו-לייזר הוא כדור בקוטר של 44 ננו-מטרים, או מיליארדי המטרים. יותר ממיליון כאלה יכלו להיכנס אל תוך תא דם אדום. את הכדורים יצרו אוניברסיטת קורל, כאשר בנורפולק ובפורדיו סיפקו את האפיון האופטי שהיה דרוש כדי לקבוע כיצד הרכיב יתנהג כמו לייזר.

הננו-לייזר מכיל ליבת זהב מוקפת בקליפה דמוית זכוכית מלאה בצבע ירוק. כאשר הכדור מואר באור, פלסמונים שמיוצרים על ידי ליבת הזהב מוגברים על ידי הצבע. הפלסמונים אז מומרים לפוטונים של האור הנראה. הרזונטור האופטי בקוטר של 44 ננומטרים גורם לפלסמונים המשטחיים לרטוט הלוך ושוב כך שהם ירכשו אנרגיה והם נפלטים כאור לייזר.

 

(a) התכנון של הננו-לייזר: ליבת זהב שמוקפת בקליפה דמוית זכוכית מלאה בצבע ירוק. (b, c) תמונות ממיקרוסקופ אלקטרוני סורק שמראות את עובי ליבת הזהב (14 ננו-מטר) ואת עובי קליפת דו-תחמוצת הצורן (15 ננו-מטר).

(d) סימולציה של הרכיב שמראה את הרכיב פולט אור נראה באורך גל של 525 ננומטרים.   

Birck Nanotechnology Center, Purdue University

הממצאים אמתו את עבודתם של הפיזיקאים מאוניברסיטת תל אביב דויד ברגמן ומרק שטוקמן מאוניברסיטת המדינה של ג’ורג’יה – שהיו הראשונים להציע את רעיון הספאסר בשנת 2003.

הננו-לייזר עומד להתחיל מהפכה בננו-פוטוניקה, שלה יישום לדימות ולחישה ברמות גודל זעירות יותר מאורך הגל הנראה. הוא סולל את הדרך למגוון חידושים, כולל למחשבים סופר-מהירים – העושים שימוש באור במקום באלקטרונים כדי לעבד מידע. כמוכן לננו-לייזר יישום לחיישנים מתקדמים ולחידושים בדימות. ננו-פוטוניקה יכולה להוביל להתקדמות רבה במיקרוסקופים שהם פי 10 חזקים יותר מאלה שבהם משתמשים היום והם מסוגלים לראות עצמים זעירים כולל את ה-דנ”א. הרכיב מייצג התקדמות טכנולוגית שמבוססת על מעגלים ננו-פוטוניים. מעגלים כאלה יזדקקו למקור אור של לייזר, אולם לייזרים עכשוויים הם לא מספיק זעירים כדי שניתן יהיה לשלבם אל תוך צ’יפים אלקטרונים. עתה החוקרים התגברו על מכשלה זו, כאשר הם רותמים את הפלסמונים במקום הפוטונים כדי ליצור את הספאסרים. הם פרסמו את ממצאיהם בכתב העת נייצ’ר.

 

כזכור הפלסמונים נוטים להתפזר לאחר מילימטרים בודדים בלבד ולכן הם קצרי חיים.

schematic and electron microscope image of Plasmon Laser Setup

 (Courtesy of Xiang Zhang Lab/UC Berkeley)

 

optical setup for single plasmon laser

 (Courtesy of Xiang Zhang Lab/UC Berkeley)

 

 

“גדאנקנאקספרימנט” חדש: הוירוס של שרדינגר

“גדאנקנאקספרימנט” חדש (ניסוי אמיתי): הוירוס של שרדינגר

ב-1935 ארווין שרדינגר כתב את הדבר המדהים הבא: “מישהו יכול אפילו לתכנן מקרים מגוחכים למדי. חתול נכלא בתוך כלוב מפלדה, יחד עם הרכיב השטני הבא (שחייבים להגן עליו מחשש להפרעה ישירה מהחתול): במונה גייגר ישנה מעט חתיכת חומר רדיואקטיבי, כה קטנה, שאולי עם חלוף שעה אחת, אחד מהאטומים דועך, אבל גם, באותה הסתברות, אולי אף אחד. אם זה קורה, שפופרת המונה מתפקרת ובאמצעות תמסורת משחררת פטיש שמנפץ בקבוקון קטן של חומצה הידרוציאנית. אם משאירים את המערכת הזו כולה לבדה למשך שעה, נוכל לומר שהחתול עדין חי אם בינתיים שום אטום לא דעך. דעיכת האטום הראשונה תרעילו. פונקצית הגל של המערכת כולה תבטא זאת על ידי זה שתכלול בתוכה את החתול החי והמת (סליחה על הביטוי) מעורבב או מרוח כולו בחלקים שווים”.

ארווין שרדינגר – כאן וגם שם

פרדיגמת ניסוי החתול של שרדינגר היא אחד מניסויי המחשבה המפורסמים ביותר במכניקת הקוונטים. הקיום של מצבי סופרפוזיציה – השהיית החתול בין חיים למוות בו-זמנית, או עצם שמופיע במצבים שונים בו-זמנית –  היא המאפיין המזהיר ביותר של מכניקת הקוונטים.

עד כה, הקיום של מצבים אלה נבדקו בהקשר לעצמים זעירים כגון אטומים, יונים, אלקטרונים, פוטונים ואף מולקולות. לאחרונה ניסו ליצור סופרפוזיציה של אוספי פוטונים ואטומים, ואף של עצמים גדולים יותר.

עתה אוריול רומרו-איסרט ממכון מקס פלנק למכניקת הקוונטים בגרכינג בגרמניה והקולגות שלו מספרד מקווים ללכת צעד קדימה. הם מציעים את ניסוי ה”וירוס של שרדינגר”. אין זהו ניסוי מחשבה אלא הצעה לניסוי של ממש.

אוריול רומרו-איסרט. מכאן.

ניסוי באופטומכניקה קוונטית

זוכרים את ניסוי מיקלסון-מורלי המפורסם? הניסוי נועד לגלות את תנועת כדור הארץ דרך האתר המאיר באמצעות מכשיר שאותו מיקלסון תכנן והוא קרוי “אינטרפרומטר”. המכשיר מורכב מסידור של מראות – זו מול זו –  שביניהן האור מוחזר הלוך ושוב וכך יוצר כוך או חלל (cavity) אופטי של אופנים, גלים עומדים עבור תדירויות תהודה מסוימות.  

עתה נכניס גם מתנד מכני למערכת. המטרה של התחום שקרוי “אופטומכניקה קוונטית” היא לגרום לתנועה של גופים מאקרוסקופיים להגיע לגבול הקוונטי. כיצד? על ידי קירור התנועה המכנית של הגוף. הניסוי האופייני בתחום מורכב מהרכיבים הבאים: כוך או חלל אופטי, שתדירות התהודה שלו תלויה בתנועת ההעתק של מתנד מכני כלשהו, כמו למשל זרוע הקנטילבר של מיקרוסקופ כוח אטומי. התנועה המכנית מזיזה את תדירות התהודה, וכתוצאה לחץ הקרינה מופעל אל תוך הגוף המכני. האפקט הכולל שמתקבל הוא של צימוד אופטומכני, שצריך לאפשר לחוקרים לקרר את התנועה המכנית של הגוף לאנרגית מצב היסוד. או אז הגוף המאקרוסקופי שקורר יוכל להציג תופעות קוונטיות כמו סופרפוזיציה או שזירה קוונטית.  

החוקרים מגרמניה ומספרד מציעים ניסוי שיבדוק, האם גוף דיאלקטרי (לא מוליך), שמקורר לאנרגית מצב היסוד ולכוד בתוך החלל האופטי שמתוכנן היטב בלחץ מאוד נמוך, יכול להתקיים במצב של סופרפוזיציה של שני “מצבי חתול” קוונטיים. המודל של החוקרים הוא ניסוי שמבוצע במסגרת “אופטומכניקה קוונטית”.

וירוס מרחף בכוך

הניסוי מורכב מחלל אופטי בואקום וגוף דיאלקטרי זעיר המרחף בתוך החלל. ישנו מנגנון של שני לייזרים משני צידי החלל. זוג לייזרים אחד יוצר שדה שלוכד את הגוף הדיאלקטרי וזוג לייזרים שני יוצר שדה מניע שגורם ללחץ קרינה המאט את תנועתו המכנית של הגוף ומאפשר קירור התנועה של הגוף. הגוף מגיע לאנרגיה הנמוכה ביותר שלו, אנרגית מצב היסוד.

כאשר הגוף הוא באנרגית מצב היסוד החוקרים מציעים לשלוח פולס של אור לחלל האופטי ולשאוב את הגוף בעזרת שדה אלקטרומגנטי חזק. הגוף יגיע למצב של סופרפוזיציה קוונטית של שני “מצבי חתול” שרדינגר – מצב של תנועה וחוסר תנועה בו-זמנית. זאת עד שמגלים את שדה האור המוחזר.

מדוע ניסוי כזה הוא חשוב? מודל זה מתאים במיוחד לאורגניזמים חיים מסוימים כגון וירוסים, ששורדים תחת לחצי ואקום נמוכים ומתנהגים מבחינה אופטית בדיוק כמו עצמים דיאלקטריים בניסויים אופטומכניים. הוירוסים ירחפו בתוך החלל כמו העצמים הדיאלקטריים בניסוי:

34252840.jpg

קראו כאן.

הוירוסים מאוד דומים לעצמים דיאלקטריים קוונטים מהטעמים הבאים:

1)    מיקרואורגניזמים חיים מתנהגים כמו עצמים דיאלקטריים, כפי שהראו ניסויים קודמים במניפולציה אופטית בנוזלים.

2)    מיקרואורגניזמים מסוימים מדגימים התנגדות מאוד גבוהה לתנאים קיצוניים, ובייחוד לואקום שדרוש לניסויים האופטומכאניים הקוונטיים. הם יכולים לחיות בואקום בלחץ נמוך.

3)    גודלם של האורגניזמים החיים הקטנים ביותר, כמו וירוסים למשל, הוא בסדר גודל של אורך הגל של הלייזר, כנדרש בתבנית הניסויית התיאורטית שמודגמת על ידי החוקרים מגרמניה ומספרד.

4)    כמה וירוסים, כמו וירוסי השפעת הנפוצים (ומה עם וירוס שפעת החזירים?…). הם בגודל אופייני של בערך 100 ננומטר, וניתן לאחסנם במשך מספר שבועות בואקום עמוק בתוך חלל אלקטרומגנטי. המועמד האידיאלי הוא וירוס מוזאיקת הטבק בעל הופעת המוט ברוחב של ננומטר אחד ואורך של 50 ננומטר.

וירוס מוזאיקת הטבק (צולם על ידי האוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה, בית הספר למחקר ביולוגי. Copyright  מכאן).

לכן, טוענים החוקרים, המחקר פותח אפשרות לבדיקת עקרון הסופרפוזיציה והטבע הקוונטי בעצמים דיאלקטריים קוונטיים ובייחוד באורגניזמים חיים כמו וירוסים. ניתן לעשות זאת על ידי היצירה של מצבי סופרפוזיציה קוונטית ברוח פרדיגמת ניסוי המחשבה המקורי של החתול של שרדינגר. כך ניתן יהיה להביא אורגניזמים חיים מורכבים יותר אל העולם הקוונטי. ואולי יום אחד אף לממש את ניסוי המחשבה של החתול של שרדינגר?…

ריחוף באוויר כך סתם מכלום

לביטצייה קוונטית: היכולת לרחף באוויר כך סתם מכלום

הארי פוטר נטל את המטאטא נימבוס 2000 ועלה לאוויר והחל לרחף. נניח שיהיה אפשר לעשות זאת באמת במציאות?

פיזיקאים חוקרים מזה זמן שיטות למניפולציה של הכוח של הואקום הקוונטי שידוע בשם כוח קזימיר, שאותו גילה קזימיר ב-1948. הדרך הפשוטה ביותר היא לדמיין שני לוחות מתכת בואקום. מסתבר שאפילו בואקום יש פעילות ערה של שדה חלקיקים שכל הזמן מופיעים ונעלמים. הם באינטראקציה מתמדת עם הלוחות. המרווח הזעיר שבין הלוחות מגביל את סוג החלקיקים שמופיע, כך שהלחץ מאחורי הלוחות גובר על זה שבניהם ומקבלים כוח מושך. אפקט קזימיר וכוח קזימיר נובעים מהשדה שעובר קוונטיזציה. הכוח הוא לא עקב מטען חשמלי וגם לא עקב כבידה. אלא עקב הפלוקטואציות בשדות האנרגיה האופפים אותנו בחלל הריק שבין העצמים. התברר אם כן שניתן לבצע מניפולציות לכוח קזימיר ולהפוך אותו מכוח מושך לכוח דוחה ולהשתמש בו ללביטציה, כלומר לרחיפה. מחקר כזה הוא בעל יישומים לננו-רכיבים ולכן לננוטכנולוגיה. החוקרים אומרים שאותו האפקט יכול להוביל לכך שניתן להשתמש בו לריחוף של עצמים גדולים יותר גם כן, ואפילו אדם.

אפקט קזימיר

נתבונן בשני לוחות מתכתיים בריק, הממוקמים במרחק של כמה מיקרו-מטרים זה מזה. זאת כאשר לא פועל כל שדה אלקטרומגנטי חיצוני.

בהסבר הקלאסי העדר השדה החיצוני פירושו גם שאין שדה בין הלוחות. לכן לא יימדד כל כוח בין הלוחות.

עתה נעבור למה שקרוי אלקטרודינמיקה קוונטית. נחקור את השדה מבחינה קוונטית ונגלה שהלוחות משפיעים על פוטונים וירטואליים שמרכיבים את השדה.

פוטונים וירטואליים הם לא אנטי חלקיקים, אלא פוטונים שקיימים למשך פרקי זמן ובמקומות מוגבלים. מכיוון שבמכניקת הקוונטים האנרגיה והתנע הם נגזרים מהזמן והחלל, הם מכניסים אי ודאות באנרגיה ובתנע שלהם בהתאם ליחסי אי הודאות המפורסמים של ורנר הייזנברג. הם בעלי כמה מהתכונות שיש לפוטונים אמיתיים.

וכך הואקום המוחלט הוא לא ריק, אלא שופע בחלקיקים וירטואליים שכל הזמן מופיעים ונעלמים לפרקי זמן בלתי מוגדרים. זה נותן לואקום אנרגיה, אנרגית ואקום, אנרגית נקודת האפס – במובן המקורי של המושג הוא מציין את רמת האנרגיה הנמוכה ביותר האפשרית שיכולה להיות למערכת הקוונטית. המושג הוצע לראשונה על ידי אינשטיין ואוטו שטרן ב-1913.

בהסבר הקוונטי מגלים שהלוחות משפיעים על הפוטונים הוירטואליים שמרכיבים את השדה ויוצרים כוח משיכה כולל. כוח זה נמדד והוא דוגמא קוונטית טהורה.

ב-1933 הפיזיקאי ההולנדי הנדריק ב. ג’. קזימיר מצא שענן החלקיקים הוירטואלים יצר לחץ כולל בואקום. החלל שבין שני הלוחות המתכתיים מוגבל, ולכן הלחץ נמוך. אולם הלחץ מבחוץ הוא לא מוגבל וגדול יותר. לכן יהיה לחץ כולל שידחוף את הלוחות יחד. קזימיר הציע את קיום הכוח המושך הכולל הזה וגם ניסח את הניסוי שלמעלה כדי לגלותו בעודו משתתף במחקר במעבדות המחקר של פיליפס בהולנד.

בדרך כלל מצב אנרגית נקודת האפס מתרחש כאשר שני הלוחות הם במנוחה ורחוקים זה מזה. אולם כאשר הלוחות מתקרבים זה לזה, ניתן לחלץ מהם אנרגיה. ולכן בגלל שניטלה מהלוחות אנרגיה קינטית, האנרגיה של הלוחות היא קטנה מאפס, כלומר אנרגיה שלילית. אנרגיה שלילית זו נמדדה במעבדה על די דריק פולדר בשנת 1948 והתוצאות אמתו את הניבוי של קזימיר.

קזימיר דיווח לנילס בוהר אודות תגליתו. בוהר הציע שניתן להסביר את הכוח בין הלוחות כנגרם מאנרגית נקודת האפס של השדה האלקטרומגנטי, על ידי פלוקטואציות קוונטיות. החלל הריק הוא ככלות הכל לא ריק, אלא מלא בואקום קוונטי, חלקיקים וירטואליים והאנרגיה של הואקום הקוונטי היא אנרגית נקודת האפס והיא אינסופית. אם אנרגיה זו היא אינסופית, השדה האלקטרומגנטי יהיה מסיבי בצורה אינסופית, כי האנרגיה והמסה קשורות על ידי הנוסחא המפורסמת של אינשטיין: E = mc2.

בצורה זו השדה האלקטרומגנטי יתמוטט תחת משקלו העצום – כלומר, תחת כבידתו. ולכן מכניזם לא ידוע מעבר לאלקטרומגנטיות הקוונטית מווסת את האינסופיות של אנרגית הואקום האלקטרומגנטית. מסתבר שבכל זאת, אנרגית נקודת האפס מתאמתת ניסויית עם כוח קזימיר.

בגלל שעוצמת כוח קזימיר יורדת במהירות עם המרחק, ניתן למדוד אותה רק כאשר המרחק בין העצמים הוא קטן לאין שעור. בסקאלת גודל תת-מיקרו-מטרית כוח זה נעשה לכה חזק, שהוא נהפך לכוח הדומיננטי בין מוליכים לא טעונים.

רחיפה

ב-1961 תיאורטיקנים רוסים ניבאו שבנסיבות מסוימות, אפקט קזימיר יכול לגרום לעצמים לדחות זה את זה.

כך התברר ב-2007 שניתן לפתח שיטות חדשות לביצוע מניפולציה דינמית ולהפוך את כוח קזימיר המושך, שאותו גילה קזימיר ב-1948 מכוח משיכה לכוח דחייה ולהשתמש בו ללביטציה, כלומר לרחיפה. מחקר כזה הוא בעל יישומים לננו-רכיבים ולכן לננוטכנולוגיה. יש לשים לב לכוחות שבדרך כלל לא שמים אליהם לב ברמת המאקרו, כי כוח קזימיר הוא למשל הגורם האולטימטיבי לחיכוך בעולם הננו. וכך אם מצליחים לבצע מניפולציה לכוח קזימיר ברכיבי ננו, ניתן להשיג ננו-מכניקה בעלת חיכוך אפס וחלקים שהם למעשה מרחפים. כלומר, ניתן להגיע ללביטציה. מכיוון שכוח קזימיר פועל בטווח האורכים של הננו- מכניקה, הוא מאוד יעיל לננוטכנולוגיה.

Beijing saleswoman demonstrates toy which levitates by magnetic force; Physicists have 'solved' mystery of levitation 

מכאן

מהו המדע שעומד מאחורי הלביטציה הקוונטית? באפקט קזימיר בין שני הלוחות ממתכת ההפרש בלחץ של הואקום הקוונטי בין הלוחות ומחוץ ללוחות גורם ללוחות למשוך זה את זה (כוח קזימיר המושך). ניקח את שני לוחות קזימיר מהניסוי באפקט קזימיר ונשים ביניהם חומר שקוף. מה יקרה? החומר עשוי להשפיע על האופן שבו החלקיקים הוירטואליים מגיבים זה לזה והתפלגות אנרגית נקודת האפס עשויה להשתנות.

עתה נשים בין לוחות קזימיר חומר שמציג שבירה שלילית ונבנה ממנו רכיב שפועל כמו עדשה “מושלמת”. ב-2007 שני מדענים מבריטניה חישבו שבמקרה זה כוח קזימיר בין שני הלוחות יהפך ממושך לדוחה: לוחות קזימיר שמשכו זה את זה עברו טרנספורמציה שגרמה להם לדחות זה את זה. לוח אחד יכל עתה לרחף מעל לאחר במרחק שבו כוח קזימיר הדוחה בואקום הקוונטי יכל לאזן את משקל הלוח. הלוח מרחף למעשה על כלום – מרחף באוויר.

החוקרים פרופ’ אולף לאונהרדט וד”ר תומס פילבין מאוניברסיטת סנט אנדרוס בסקוטלנד יצרו אפקטים של רחיפה על ידי זה שהם הנדסו מטא-חומרים.

העדשה המושלמת שהם הנדסו יכולה למקד דמות ברזולוציה שהיא לא מוגבלת. תיאורטית ניתן לבנות עדשה כזו ממטא-חומר שבנוי מלאכותית. מהנדסים את המטא-חומר כך שיהיה לו אינדקס שבריה שלילי. עדשת המטא-חומר תעקם את האור בכיוון הנגדי לזה שעדשת חומר רגיל תעקם אותו, כי לחומר הרגיל יש אינדקס שבירה חיובי. וכך המטא-חומר שהוא בעל אינדקס שבירה שלילי מסוגל לשנות את אנרגית נקודת האפס במרווח שבין שני הלוחות. על ידי זה שכיוון כוח קזימיר מתהפך ונהפך מכוח מושך לדוחה.

הסתבר שכוח קזימיר דוחה זה הוא עד כדי כך חזק שהוא יכול לגרום ללביטציה – כלומר לרחיפה – של מראת אלומניום שהיא בעובי של 500 ננומטר. וכך הוא יכול לגרום לה לשוטט באוויר מעל לעדשה מושלמת שממוקמת על פני לוח מוליך.

החוקרים אומרים שאותו האפקט יכול להוביל לכך שניתן להשתמש בו לריחוף של עצמים גדולים יותר גם כן, ואפילו אדם.

דניאל דנגלס נולד באדינבורו שבסקוטלנד ב-20 במרץ 1833 להורים ויליאם ואליזבט הום. בגיל 17 הוא הרגיש שביתו רדוף רוחות – הוא שמע קולות, רהיטים זזים סביב בבית מעצמם, אור הבהב כך סתם – נדלק ונכבה. ובאוגוסט 1852 דניאל לראשונה הצליח לרחף. הוא נראה מרחף פעמיים ואף עלה עד לתקרה בקולות חריקה, כאשר השולחנות נעו באגרסיביות והקולות ליוו את האירוע…

מכאן

השטיח המעופף (או אם תרצו המרחף?) של הפרופסור ההודי

באותה שנה 2007 פיזיקאי הודי מהארברד בשם פרופ’ לקשמינאריאנן מאהדבאן הציע גרסה שונה ללביטציה נוסח השטיח המעופף מסיפורי אלף לילה ולילה ו-“אלדין ומנורת הקסמים”. למרות שהוא הצליח רק להדגים ריחוף של שטיח בגודל של עשרה סנטימטר, הוא וקבוצתו האמינו שניתן לגרום בעתיד לאדם לרחף.

רעיון הרחיפה שלו שנובע משיקולים אווירודינמיים של גיליון שנע בנוזל, פורסם בכתב העת Physical Review Letters. “המיתוס של השטיח המעופף מצוי בכל מקום בתרבויות רבות, מכשף דמויות של מסעות קסומים ומיסטיים” כותבים פרופ’ מאהדבאן ושני החוקרים במאמר. “לאחרונה, אנימטורים מיחזרו חזיונות אלה בסרטים מצויירים ואולי היום לא ירחק שבו מהנדסים יספקו לנו מסע ממשי על אחד מהם. מפרספקטיבה פיזיקאלית אנו עשויים לשאול האם שטיח מעופף הוא אפשרי, ואם כן, תחת איזה תנאים הוא עשוי לפעול”. ומלים אלה נכתבו במאמר בכתב עת פיזיקאלי…

החוקרים ממשיכים לומר שבעולם הטבע ישנן אנלוגיות רבות לשטיח המעופף – כפי שנראה על ידי יצורים ימיים או דגים בעלי מבנה אנטומי שהוא דומה לגיליון (כמו שטיח)שגולש בנוזל. תצפיות ביצורים כאלה היוו מוטיבציה למחקר לפתרון אפשרי לבעית השטיח המעופף: השטיח כ”שוחה” בנוזל. החוקרים מתבוננים במודל כזה תוך שהוא שוחה ועובר דפורמציה. הם מתבוננים בתנועת הדפורמציה שלו ומבצעים אנלוגיה לגופים ששוחים בים. פרופ’ מאהדבאן אכן עבד קודם לכן על מודל מתמטי-פיזיקאלי של גיליונות אשר עוברים קימוטים ועיקומים (דפורמציה) במרחב. ב-2007 הוא הרחיב את המחקר לעילוי הגיליונות בנוזל. למעשה הרעיון הוא ליצור מעין פלוקטואציות גליות שדוחפות כנגד האוויר הסמוך לפני המשטח האופקיים של הרצפה. התנועות הגליות יוצרות זרימת נוזל שמובילה ללחץ גבוה במרווח שמצוי בין השטיח לרצפה. דבר זה גורם להתרוממות השטיח. המשקל של השטיח מאזן את הלחץ שגרם לעילוי.

מכאן

היכן אם כן הקסם מהמזרח שמעלה את השטיח המעופף? בעודו עולה, פלוקטואציות האדוות יכולות להניע את השטיח קדימה. קודם הן מסובבות אותו קצת על הצד ממש כמו אווירון ואחר כך השטיח נע קדימה כאשר קצהו מתרומם למעלה.

פרופ’ מאהדבאן אמר לכתבי העת המדעיים, כמו נייצ’ר ודומיהם ב-2007, שמתכון זה יגרום לשטיח לעוף בדיוק כמו יצורים ימיים מסוימים שחולפים באוקיינוס. אולם מאז לא נראו שטיחים מעופפים בשמי העולם וגם הארי פוטר ומעריציו לא נראו עם מטאטאי נימבוס 2000 בשמים.

הפרופסור העריך בשנת 2007, שכדי להישאר באוויר, שטיח שמידותיו הם בערך באורך של 10 סנטימטר ורוחב של 0.1 מילימטרים, יצטרך לרטוט בערך 10 פעמים בשנייה באמפליטודה של בערך 0.25 מילימטרים. לידיעת אלאדין, נראה לי שמנורת הקסמים לא תשרוד רטט כזה והג’יני יקבל בחילה ומחלת ים בנסיעה הזו.

נניח שהשטיח הוא עבה יותר. השטיח יצטרך לעבור אדוות קשות יותר והנוסעים יחוו מחלת ים רצינית ומשמעותית בעת הנסיעה. כל זאת כדי להשיג את הרחיפה ואת המהירות הדרושה. תראו אם ברצונכם נסיעה חלקה, ניתן במקום זאת ליצור אדוות רבות וקטנות, אומר הפרופסור ההודי.

בכל זאת, עם היוודע רעיון השטיח המעופף תהו ושאלו את הפרופסור האם אדם יוכל לעופף עליו, והוא ענה במאמרו שזה עדיין בגדר העולם המיסטי והקסם לעת עתה וזו התשובה מדוע איננו רואים בשמים שטיחים מעופפים. ומדוע? מכיוון שהמנוע שדרוש להניע את הויברציות של השטיח יצטרך להיות מאוד חזק. בנוסף יצטרכו לטוות את השטיח מחומרים אולטרא-קלים ומיוחדים (אולי ממטא-חומרים?). כמובן שבמים ניגוד הצפיפות בין השטיח למים הוא לא כמו באוויר, ולכן שטיחים מעופפים עבים הם מן הסתם הגיוניים במים… אבל פרופ’ מאהדבאן קווה שעבודתו לבסוף תוביל גם תוביל למטרה זו שאדם יעוף בשטיח מעופף בשמים. בכל אופן, מאז שנת 2007 פרופ’ מאהדבאן לא דיבר על השטיח המעופף…

יוגיסטים הודים (עוסקים ביוגה) שעושים לביטציה תועדו מאז 1884. בשנת 1936 פורסמו תמונות של היוגיסט סאביאה פולאבאר, גורו הודי. הוא ביצע רחיפה במשך ארבע דקות שלמות. ב-6 ליוני 1936 הוא ריחף כך אל מול קהל עדים של 150 איש. הוא היה במצב של טראנס עמוק – כאשר הוא יושב ואיבריו מקופלים. 

עוזריו בתחילה הקימו אוהל קטן באזור פתוח. אחר כך היוגיסט עצמו החל לסמן מעגל מים סביב היקף האוהל. הצופים לא הורשו להכניס נעליים לאזור שסומן על ידי המעגל. אחר כך היוגיסט נכנס לאוהל ושם הוא נותר חבוי ולא ראו אותו במשך מספר דקות. לאחר מספר דקות הנוכחים הסירו את האוהל. ברגע שהוא נחשף היוגיסט נראה כאשר הוא שרוי אופקית כמה סנטימטרים מעל לקרקע. הוא היה שרוי בטרנס והוא שם את ידו מעל למקל שהיה מכוסה במטלית. לבסוף הוא שקע למצב אופקי לקרקע.

התהליך כולו ארך בערך חמש דקות בסך הכל. כאשר האוהל הוסר היוגיסט היה שרוי על הקרקע עדיין בטרנס עמוק. מתנדבים נתבקשו לישר את אבריו. כאשר הוא נחת שוב חזרה לקרקע, הוא לא יכל לישר את אבריו בתחילה ממצבם הנעול. הצופים היו צריכים להתיז מים עליו ולשפשף אותו במשך חמש דקות בטרם הוא יצא ממצב הטרנס שלו ובטרם הוא יכל להשתמש באבריו.

הוא צולם וחדשות לונדון פרסם את סיפורו ואת התמונות.

 

מכאן

ריחוף של זהב

בינואר השנה הפיזיקאים ג’רמי מונדי, פדריקו קפאסו וקבוצתם דווחו שהם לראשונה ביצעו ניסוי שמדגים את הגרסה של אפקט קזימיר הדוחה, כלומר לראשונה הדגימו לביטציה או ריחוף. התוצאה של הניסוי הייתה מן אפקט שהוא כמו כוח העילוי שחווים בעולם המאקרו שלנו: כאשר גופים שהם פחות צפופים מהמים צפים על פי המים שסביבם. ולכן ניתן היה לכנות זאת עילוי קוונטי. ארכימדס צריך לזעוק “אאוריקה” עתה באמבט עם כתר מזהב טהור של המלך שלו.

הקבוצה בחרה שני חומרים (דו-תחמוצת הצורן וזהב) השרויים בנוזל (ברומובנזן – ריאקציה של ברומין לבנזין עם מימן ברומי) והראתה שניתן לראות שפלוקטואציות קוונטיות מניעות את החומרים זה מזה.

מכאן

מוצא הנבערות

לנשיא שלנו שמעון פרס יש אמרות שפר מעניינות. ולא רק בתחום הננוטכנולוגיה. ביוני כזכור הנשיא אמר “ננוטכנולוגיה הייתה קיימת גם בתקופת משה רבנו, אבל טרם התגלתה”. בתוכנית סיעור מוחות, שעסקה בנושא החינוך ושודרה בערוץ הראשון ביום שלישי ב-9:30 בערב, הנשיא אמר משפט שמתאר נכונה את החינוך במדינה: “יש אוריינות ויש בוריינות – אוריינות זה לדעת ובוריינות זה לא לדעת“.

Scientific American Magazine

סיינטיפק אמריקן יוצא החודש בפרויקט גרנדיוזי: מוצא היקום, מוצא החיים, מוצא המחשבים (לרגל 40 שנה לאינטרנט) ועוד כמה מוצאים. למשל, היקום שלנו החל במפץ גדול לפני 13.7 מיליארד שנה והתפשט תוך שהוא התקרר מאז. הוא התפתח ממרק חסר צורה של חלקיקים אלמנטאריים אל עבר יקום בעל מבנה עשיר, שאותו אנחנו מכירים היום. בהנחה שבגיליון סיינטיפיק אמריקן של ספטמבר 3009 התיאוריה הזו לא תשתנה לתיאוריה לפיה אולי היקום שלנו מונח במקרה במבחנה של מדען מטורף כלשהו ביקום מקביל, יש לנו מוצא קדמון.

מסתבר שבישראל עוסקים בעניינים פחות בוערים ויותר נבערים משאלות המוצא של היקום. ברשימה זו אעסוק בתשובות אפשריות לשאלת מוצא הנבערות. אתמקד בתחום המדעי. אם למישהו אחר יש רעיונות בתחומים אחרים הוא מוזמן לכתוב ברשימות את תשובותיו.

1) בוריינות (נבערות) חלק ראשון.

אין מוסד בעולם המודרני שהוא יוקרתי יותר מאשר המדע. חיינו תלויים במכשירים שבנייתם התאפשרה רק במאה או המאתיים האחרונות ובתגליות המדעיות. למשל, הגלויים באלקטרומגנטיות במאה ה-19 הובילו לחשמל ולמכשירים חשמליים ולאלקטרוניקה. הגילויים בתורת הקוונטים הובילו לרכיבים האלקטרונים, עד אשר כל אלה הובילו למחשב. הגילויים בביולוגיה וברפואה הובילו לפיתוח האנטיביוטיקה, ומדע החומרים הוביל לפיתוח הפלסטיק וחומרים חדשניים אחרים שבלעדיהם אנחנו למעשה לא יכולים לחיות.

במובן זה אין עוררין אודות חשיבות המדע ותגליותיו. ברמה המעשית המדע יוצר סביבה הכרחית לאנושות כדי שהיא תוכל לחיות בה והיא מעוניינת לחיות בה.

אבל המדע שנוי במחלוקת. הוא קונטרוברסיאלי כי ישנה קבוצה של אנשים שמתנגדים ליישומים העכשוויים המסוימים של המדע, כמו למשל לשימוש בכוח הגרעיני ולכורים גרעיניים, לשימוש בגרעין בתחנות כוח גרעיניות או לתופעות הלוואי של מפעלי תעשייה (זיהום אוויר), ולזיהום כתוצאה משימוש בדלק לא נטול עופרת על ידי מכוניות. פרופגנדה כזו כנגד המדע מורידה את ערכו. לכן ההתנגדויות למדע ולמחקר המדעי נוטות להיות חלקיות, לאספקטים מסוימים של היישום של הידע המדעי. אולם רב היישומים של המדע הם בלתי מעורערים ומצויים בקונסנזוס.

חרף זאת ישנה ירידה בערך המדע ובהוראת המדעים במערכת החינוך בישראל. הנושא לא מעניין וסבורים שאין זה חשוב במיוחד ללמוד אותו. חשוב ללמוד איך לעשות כסף, איך לטפל באנשים, איך להוציא אנשים מתסבוכות משפטיות, איך להרוויח בבורסה ואיך להגיע להיות כוכב נולד. המכשירים והפיתוחים הטכנולוגיים באים מאליהם וכל ילד בן ארבע יודע היום להפעיל את המיקרוגל. אבל מה זה מכשיר מיקרוגל? אם באמת התלמידים של היום לא ידעו עובדה אלמנטארית זו, מקסימום כולנו נחייה בטבע כמו האדם הקדמון. יש במילא כמה מיסטיקנים שדוגלים בפילוסופיה הזו והשאר יצרחו עד לב השמיים אם האוטופיה הזו באמת תתרחש.

בנוסף לעיצוב חיינו, הגילויים המדעיים הם במידה רבה בלתי תלויים באמונות פוליטיות ודתיות. לעומת זאת, לאחר שמתפרסמת תיאוריה מדעית, מוסדות הדת קושרים את המדע לאמונות דתיות. הכנסייה הרומית פסלה את התיאוריה של גלילאו לפיה כדור הארץ הוא עוד כוכב לכת בפינה לא חשובה ביקום. ואותה כנסייה האשימה את דרווין ואת הקופים – הסמל לברירה הטבעית שבבסיס תורתו – והשתמשה בנשק החרם כנגד תורתו. ורק כמה מאות אחר כך התפייסה עם גלילאו לאחר מותו וביום הולדתו ה-200 הכנסייה התפייסה גם עם דרווין.

המדע תלוי באפקטיביות של היישום של תגליות מדעיות. מרבית האזרחים והמדינות מעוניינים בתועלת החומרית מהגילויים המדעיים, בלא קשר לנטיות פוליטיות. וההשקעות הכספיות מתנודדות בהתאם לתועלת.

כן נכון, יש והמדע מושפע מהפוליטיקה. היטלר למשל לא הצליח להשיג פצצת אטום בגלל כמה גורמים. אולי אחד מהם הוא התנגדותו ליהודים ולמדע ה”יהודי” של אינשטיין. החקלאות הרוסית נהרסה לגמרי בגלל תורות ביולוגיות לא נכונות. אבל המדע בעקרון בדרך כלל הוא בלתי תלוי באידיאולוגיה פוליטית, כי התורות שלו אודות הטבע הן נכונות או שגויות באופן בלתי תלוי בפוליטיקה, בגזע ובאומנות של ממציאיו. המדע מתאמת או לא מתאמת באופן בלתי תלוי בדעות פוליטיות ודתיות. קבוצה של אנטי יחסותיים אנטישמיים בגרמניה של שנות העשרים, לפני עליית היטלר לשלטון, ניסו להוכיח שתורת היחסות של אינשטיין היא מדע יהודי ושגויה.

בעולם שבו ההצלחה הטכנולוגית היא מהותית לכל שלטון באשר הוא, השליטים כיום לא יפריעו למחקר המדעי על רקע אידיאולוגי. אבל בארץ שלנו – למרות שהמדע חיוני מעין כמוהו לצבא ולתעשייה – הממשלה לא מעודדת את הוראת המדעים בבתי הספר ובמערכת החינוך. יחס החברה והממשלה למדע הוא שהמקצוע לא במיוחד חשוב. דויד בן גוריון אמר: “על אנשי המדע בישראל לחשוף סודות הטבע המיוחדים לארצנו ולמצוא דרכים להשתלט על איתניו – ובזאת יפתחו דף חדש ומקורי במחקר המדעי, יעזרו להפרחת השממה המנחה כל עתידנו – ויתרמו אולי התרומה הגדולה ביותר שיש בכוח המדע לתרום לפתרון הבעיות האנושיות הגדולות”. מה נשאר מחזון זה?

נכון אנו תלויים במדע ואין באפשרותנו כיום בעולם לחיות וליהנות מרמת חיים נאותה ללא השענות על תגליות רבות של המדע. אין לנו את המקום והמקורות בעולם לחזרה כללית לטבע. השאלות, בדיוק כיצד אנו משתמשים בטכנולוגיה ובאילו טכנולוגיות אנו משתמשים, הן במידה רבה שאלות פוליטיות, שדורשות החלטות אתיות. ניתן להתווכח עליהן רבות. אולם הויכוח בנוגע לעניינים אלה לא גורר אחריו עמדה אנטי-מדעית. אלה שמתנגדים לאספקטים בתעשייה הגרעינית – כמו כורים גרעיניים אסור אבל מותר תחנות כוח גרעיניות, או מתנגדים לשניהם – או אלה שמתנגדים להנדסה גנטית – למשל מתנגדים לשיבוט של יצורים חיים – הם לא אנטי מדע. הם מתנגדים רק לאספקט מסוים במדע.

המדע הוא יותר מידי יוקרתי מכדי שנצא נגדו תוך שנצבור על ידי זה רווח פוליטי. יוקרתו של המדע היא לא פרופגנדה ותו לו, אלא היא נובעת בחלקה מההכרה המוצקה שיש לאנשים רבים כל כך תועלת מהמדע ומחדירתו של המדע לחיים של כולנו. ברמה היותר תיאורטית יוקרתו של המדע נובעת מהאובייקטיביות של טיעוני המדע ומהדרך שבה המדע מתקדם בניגוד למה שקורה לענפי ידע אחרים.

2) בוריינות (נבערות) חלק שני:

מהי ננוטכנולוגיה? ננו מה?…

היום מאוד פופולארי לדבר על ננוטכנולוגיה והתחום נהפך למאוד שווקי. מפליא שעדיין לא מופיע בסיליבוס של בית הספר התיכון בארץ מקצוע בגרות בשם “ננוטכנולוגיה”.

מגזין בריטי אף כינה את התחום “מדע מסע בין כוכבים”, באומרו ש”בעתיד אפילו משערים שעשויה להיות מכונה בהתאם לרעיונות של המשכפל של מסע בין כוכבים, כאשר אטומים יסודרו על ידי המכונה כדי ליצור כל דבר שאנשים ירצו”.

אולי כדאי שנעצור לרגע ונשאל, מהי ננוטכנולוגיה? האם היא מדע או תעשיה? התשובות משתנות בהתאם למה ששואלים ובאילו נסיבות שואלים. ננוטכנולוגיה עוסקת במדע, טכנולוגיה, יצור, כימיה, מדע הבריאות, מדע החומרים, תוכניות חלל והנדסה. היא כוללת דימות, מדידה, מידול ומניפולציה של החומר בטווח אורך הננומטר.

כך נולדו תחומים חדשים כגון: ננו-חומרים, ננו-רפואה, ננו-ביוטכנולוגיה, ננו-ליטוגרפיה, ננו-מגנטיקה, ננו-אלקטרוניקה, ננו-רובוטיקה, ננו-אלקטרומכניקה, וכולי.

חלק מהרצאתו המפורסמת של ריצ’רד פיינמן “נכתבה” בטכניקת ננו-ליטוגרפיה.

הננוטכנולוגיה היא ההבנה והשליטה בחומר בסקאלה האטומית, בסקאלת הננו. המלה ננו באה מהמלה היוונית שפירושה החלק המיליארד, מיליארד המטר.

התחום עוסק בממדים של בין 1 ועד 100 ננומטרים, כאשר בטווחי גודל אלה תופעות יחידות במינן מובילות ליישומים חדשים. בסקאלת הננו, התכונות הפיזיקאליות, הכימיות והביולוגיות של החומרים הן שונות בתכלית מאשר אלה של אטומים ומולקולות בודדות ומשל החומר הגולמי.

הננוטכנולוגיה, התעשייה והמחקר בתחום מכוונים להבנת וליצירת חומרים, מערכות ורכיבים משופרים שינצלו תכונות חדשות אלה.

האם הננוטכנולוגיה היא תורה כמו תורת היחסות? לא. ממש לא. זו אינה תורה. אם כך כדי לעסוק בננוטכנולוגיה צריך קודם כל לדעת פיזיקה, כימיה וביולוגיה בסיסיות. אם לא נקדיש מספיק שעות ללימוד בארץ של מקצועות היסוד במדע לא נוכל לעסוק בתחום “כוכב הנולד” ששמו ננוטכנולוגיה.

נתחיל בגדול ונרד לקטן. מטר הוא הגובה שלי ועוד איזה כמעט שבעים סנטימטר. הבן שלי כבר עובר אותי.

נרד עוד לתחתית כי יש שם הרבה מקום כפי שריצ’רד פיינמן סיפר בהרצאתו המפורסמת בקלטק ב-1959.

אלפית המטר היא המילימטר. עכשיו אלפית של זה ונקבל מיקרון. אלפית של אלפית של המטר.

כלומר מיקרון הוא מיליונית המטר. זוהי הסקאלה שבה בונים מחשבים, זיכרונות מחשבים ורכיבי לוגיקה.

אמרנו שיש המון מקום בתחתית למטה נכון? נרד עוד יותר…

נגיע לגודל הננומטר. ננומטר הוא אלפית המיקרון, ואלפית המיליונית של המטר (מיליארדי המטר). דמינו: מיליארד ננומטרים בתוך מטר אחד. ננומטר הוא ערך הרוחב של ששה אטומי פחמן קשורים.

כדי לקבל את הרוחב של שערה אנושית אחת אנחנו זקוקים ללא פחות מ-40,000 אטומי פחמן כאלה.

וירוס למשל הוא בגודל של בערך בין 75 ל-100 ננומטרים. ואילו בקטריות נעות בטווח של בין 1000 ל-10,000 ננומטרים. חיות הן בכל זאת גדולות יותר…

אטום מימן הוא בגודל של ננומטר אחד.

חלקיק ננומטר הוא בטווח גדלים של בין ננומטר אחד ועד 100 ננומטרים. ואילו דנ”א גודלו שני ננומטרים וחלבונים הם בטווח של בין 5 ל-50 ננומטר.

אם כך, מי המציא את השם “ננוטכנולוגיה”? נוריו טאניגוצ’י Norio Taniguchi

מאוניברסיטת טוקיו ב-1974:

N. Taniguchi, “On the Basic Concept of ‘Nano-Technology’,” Proc. Intl. Conf. Prod. Eng. Tokyo, Part II, Japan Society of Precision Engineering, 1974.

וב-1986 אריק דרקסלר גם כן הכניס את המונח ננוטכנולוגיה והקים את מכון פורסייט למחקר ננוטכנולוגי.

Eric Drexler

3) בוריינות (נבערות) חלק שלישי:

אתמול ביבי נתניהו הודיע שהוא מוכן להפסקת הבנייה בהתאם לדרישה של אובמה. היום הוא הודיע שהוא קודם יאשר בניית מאות יחידות דיור בגדה ורק אחר כך הוא יכריז על הפסקת הבנייה. כלומר קודם הוא יבנה, ואחרי שיבנה הוא יקפיא.

בעקבות הדיווחים האלה ח”כ אופיר פינס הגיב לכך באומרו, ש”הרצון לאשר בניית מאות יחידות מבטלת למעשה את ההקפאה. מדובר בשני מהלכים המנטרלים זה את זה, ומעידים שנתניהו מנסה לאכול את העוגה ולהשאיר אותה שלמה”. 

מסתבר שבמאה ה-19 לואיס קארול כבר גילה עוגה כזו וקוראים לה עוגת השזיפים בעולם המראה. להלן ההסבר של קרול מתוך הספר עליזה בארץ המראה

“בוא הב את עוגת השזיפים, אחי!” המשיך הראם, בפנותו ממנה [מעליזה] אל המלך.

חד הקרן הוציא עוגה גדולה מן התרמיל, ומסרה לעליזה שתחזיק בה, עד שהוא נוטל משם סכין וצלחת. איך עלו כל אלה משם, דבר זה נפלא מבינתה של עליזה. הרי זה כמין מעשה-להטים, סברה.

מכאן

“אם כן תגישי את עוגת-השזיפים, מפלצת!” אמר הארי, והוא כורע-רובץ ומניח סנטרו על כפותיו. “ושבו, אתם שניכם”, (אל המלך והראם): חלוקה צודקת, דעו לכם!”

… עליזה התיישבה על שפת הנחל הקטן, כשהצלחת הגדולה על ברכיה, והייתה מנסרת בסכין בחריצות. “מרגיז מאוד!” אמרה בתשובה לארי… “חתכתי כבר כמה נתחים, אבל תמיד הם חוזרים ומתחברים!”

“אין את יודעת לטפל בעוגות-מראה”, חוה הראם. “תחילה חלקי אותן בין המסובים, ואחר כך תחתכי”.

לכאורה היתה זו שטות גמורה, אבל עליזה קמה בציטנות מרובה והעבירה את הצלחת סביב, ובתוך כך נחלקה העוגה מעצמה לשלושה. “עכשיו חתכי”, אמר הארי כשובה למקומה ובידה הצלחת הריקה.

והנה הפטנט של עוגת השזיפים: אם חותכים אותה קודם לחתיכות, החתיכות שבות אחר כך מאליהן חזרה לעוגה והעוגה נשארת שלמה. לכן ניתן קודם להחזיר שטחים ואחר כך הם במילא חוזרים חזרה אלינו. וכך אפשר להודיע על הפסקת הבניה ולדחות את הבניה לאחר כך. עם עוגה כזו קודם עוברים בין הסובבים, והעוגה נחלקת מעצמה לחתיכות ורק כאשר הצלחת ריקה, אז מחזירים חזרה את השטחים. מתכון לעוגה כאן.

 

 

 

 

 

לראות מבלי להראות

לראות מבלי להראות

cloaking הסוואה מכאן

אנחנו יודעים שאי אפשר להשתמש במיקרוסקופ אופטי כדי לראות עצמים שהם קטנים יותר מאורך גל האור. וזוהי הגבלה רצינית שהובילה לפיתוח מיקרוסקופ האלקטרונים ומיני המיקרוסקופים החדשים האחרים. אולם נניח שנצליח להעיר את גל האור דרך נקב זעיר ביותר. נבנה סיב אופטי, תוך שנצפה אותו באלומיניום שעוביו ילך וירד עד שבקצה שלו יהיה נקב שיאיר דוגמית באמצעות שדה קרוב של מקור אור קטן. ננו-בודק אופטי זה (המחט של המיקרוסקופ) יסרוק את הדוגמית על פני משטח במרחק זעיר של כמה ננו-מטרים. הכל כאמור קורה ברמות גודל זעירות. או אז נוכל לראות בעזרת האור עצמים שהם קטנים מגל האור עצמו. טכניקה זו קרויה מיקרוסקופ אופטי סורק שדה קרוב.

המחט של המיקרוסקופ. תמונה על ידי מיקרוסקופ אופטי  מכאן.

אולם ננו-בודק אופטי זה או החיישן המודד של המיקרוסקופ מפריע בעצם נוכחותו לסביבה ולכמות שאותה הוא מודד. בניסויים רבים מדידות מוגבלות עקב רמת הרעש שמוכנסת למדידה.

אינטואיטיבית, חושבים שאם הננו-בודק האופטי או החיישן הוא בעל יכולת “ראות” גדולה יותר, הוא יכול לקלוט, לחוש ולמדוד בקלות יותר את הנתונים הנדונים. אבל כאמור נוכחותו יכולה להפריע להליך המדידה והמחיר הוא שניתן לחוש אותו חזק יותר בסביבתו.

נשאלת השאלה האם ניתן להתגבר על מוגבלות אינהרנטית ובעיית מדידה זו. האם ניתן לתכנן חיישן שהוא בעקרון “בלתי נראה” לחלל הסובב אותו, אבל עדיין מסוגל “לראות” ביעילות ולבצע את המדידה?

כדי לפתור בעיה זו, חוקרים מהמחלקה להנדסת חשמל ומערכות באוניברסיטת פנסילבניה, אנדראה אלו ונאדר אנגטה פנו לחידושים במדע החומרים. הם הציעו להפוך חיישן לגלימת העלמות. כלומר להסוותו ולעשות לו מה שקרוי הסתרה cloaking. וזאת מבלי להשפיע על יכולתו לקבל, למדוד ולצפות בסיגנל הנכנס. הם ציפו את החיישן בקליפת מטא-חומרים אלקטרומגנטיים ובמבנים פלסמונים – במטא-חומרים פלסמונים. התוצאה שהתקבלה הייתה מערכת חיישן שיכולה לקלוט ולשדר מידע, בעוד שנוכחותה לא יכולה להתגלות על ידי הסביבה ולכן גם לא להפריע לה.

פלסמוניקה.

תעשיית האלקטרוניקה והטלקומוניקציה הולכת וקטנה בגודל הרכיבים המשולבים האלקטרוניים והפוטוניים, עד כי הגיעו לסקאלת אורך של האלקטרון וגלי האור, בהתאמה. אם מדברים באלקטרוניקה, פירושו של דבר שנצטרך לתכנן את הרכיבים שהם קטנים מעשר ננומטר תוך שניקח בחשבון אפקטים קוונטיים. אולם מה לגבי הרכיבים האופטיים המשולבים כמו נתב גלים, שמגיעים ל-גבול העקיפה מסדר גודל של כמה מאות ננומטרים עבור האור הנראה למשל?

העקיפה קובעת את גבול הביצועים העליון שאליו יכולה להגיע מערכת המנתבת גלים. גבול העקיפה קובע שלא ניתן למקד או להגביל קרן אור תלת-ממדית לגודל לטראלי שהוא קטן יותר מבערך חצי מאורך הגל שלה בטווח המארח אותה. כלומר, גבול זה מתנגד ליצירה של נתבי גלים שיכולים להעביר את האור לממד לטראלי שהוא קטן יותר מכמה מאות ננו-מטר עבור האור הנראה למשל. במיקרוסקופיה ובביולוגיה גבול העקיפה מעכב את הגילוי של כמויות אולטרא-קטנות של מולוקלות בריכוזי תאים, כי הוא מגביל את עוצמת הריכוז של עדשות קונבנציונאליות.

אם כן, כדי שנוכל לצמצם את הפער שבין הרכיבים המשולבים המיקרואלקטרוניים לאלה הפוטוניים, וכדי באמת להשיג התקדמות עבור רכיבים ננו-אופטיים, חשבו איך אפשר לשבור את גבול העקיפה כדי ליצור רכיבים אופטיים מיניאטוריים בעלי מהירות ורגישות עצומות, שמתאימים למעגלים ממוזערים על גבי צ’יפ. וכל זאת כדי שיתאימו לתקשורת העתיד ולמחשוב האופטי, כמו גם לישומים ביו-רפואיים וביוטכנולוגיים. שם רכיבים ממוזערים בגודל ננו-מטרי יאפשרו שליטה אדירה בחישה ובדימות. 

המחשבה הגיעה בדמות תיאור שיאחד בין חומרים דאלקטריים ומתכתיים כדי לשבור את גבול העקיפה – וכך נולד תחום חדש בשם “פלסמוניקה” בתחום הננו-אופטיקה.

למה בעצם מתכות מוליכות חשמל טוב? כי האלקטרונים קשורים בצורה רופפת לאטומי המתכת, כך שהם יכולים לנוע בחופשיות במישטח שריג המתכת. עתה אם האור פוגע בממשק שבין המתכת לחומר הדיאלקטרי (הלא מוליך), ואם הוא גם בעל אותה התדירות, הוא יכול בנסיבות מסוימות לרטוט בתהודה יחד עם האלקטרונים שנמצאים במשטח של המתכת וקשורים שם חלש. תנודות האלקטרונים בפני משטח המתכת תואמות את השדה האלקטרומגנטי שמחוץ למתכת. כלומר, כאשר האור פוגע בממשק המתכת והחומר הדיאלקטרי, האלקטרונים מתחילים לרטוט יחד עם האור הפוגע. נוצרות כך תנועות גליות של האלקטרונים במישטח המתכת יחד ובאחידות עם התנועות הגליות של האור הפוגע. כך נוצרים אופנים אלקטרומגנטיים שקרויים פלסמוני משטח: גלי צפיפות של האלקטרונים אשר מתפשטים לאורך הממשק שבין המתכת והחומר הדיאלקטרי כמו מעין אדוות. אופנים אלה מספקים דרך יעילה לצימוד האור והאלקטרונים ואת האפשרות למניפולצית האור בסקלות גודל קטנות הרבה יותר מאשר אורך הגל שלו: דוחסים את הפלסמונים ותוחמים אותם למבנים בגודל ננומטרי, כך שתהיה להם אותה התדירות כמו לאור הפוגע, ואותו המידע. אולם עתה הם בעלי אורך גל קטן יותר.

מבנים פלסמונים ומטא-חומרים. מבנים פלסמונים נחשבים כמעבירי נתונים אופטיים ואלקטרוניים החזקים ביותר. המבנים הפלסמונים מאפשרים את השידור של נתונים בתדירויות אופטיות על פני משטח של חוט מתכת זעיר, זאת למרות העובדה שהנתונים נעים בצורת התפלגויות צפיפות אלקטרונים ולא בצורת פוטונים. ההגבלה העיקרית של המבנים הפלסמונים היא שפלסמונים נוטים להתפזר לאחר מילימטרים בודדים בלבד. לכן הם קצרי חיים מכדי לשמש לשליחת נתונים למרחק של אפילו כמה סנטימטרים בודדים. הטכנולוגיה לכן זקוקה לשיפור רב יותר. מסיבה זו משתמשים בחומר בעל מקדם שבירה נמוך, או במטא-חומר שלו מקדם שבירה שלילי. כך שהאנרגיה האלקטרומגנטית הנכנסת מוחזרת במקביל לפני המשטח של החומר ומועברת לאורכו כמה שניתן. לא קיים חומר טבעי בעל מקדם שבירה שלילי, ולכן חומרים מהונדסים ברמת הננו משמשים לבניית רכיבים פלסמונים אפקטיביים. ואלה הם כאמור המטא-חומרים. ולכן הרכיבים הפלסמונים תלויים בננוטכנולוגיה.

החוקרים התחילו לחקור בתחום ב-2005. ביוני 2009 הם שכללו את המערכת.

החוקרים יצרו כיסוי מטא-חומר פלסמוני על החיישן כדי להפחית דראסטית את הפיזור הכללי באמצעות תחום חדש שקרוי אופטיקת טרנספורמציה ובעגה פופולארית זוהי “פיזיקת הארי פוטר”. מעין דרך חדשה לתכנן מערכות אלקטרומגנטיות.

אופטיקת טרנספורמציה: בעולם אידיאלי קווי שדה מגנטי וחשמלי ממוקמים בכל מקום בהתאם לחוקי הפיזיקה. עתה נתחיל בתבנית קווי שדה שנשלטת על ידי משוואות מקסוול של האלקטרומגנטיות עבור מערכת שהיא בחלל חופשי או מערכת במבנה פשוט של פֶּ‏‏רְמִיטִיבִיות (גודל המתאר כיצד שדה חשמלי משפיע ומושפע מתווך דיאלקטרי) ופרמביליות (דרגת המגנטיזציה של החומר שמגיב לשדה מגנטי).

נעוות את המערכת עד אשר השדות מקבלים מבנה רצוי. אם נדמיין שהמערכת המקורית שזורה במעין סבכה אלסטית של קואורדינאטות קרטזיות (A). לאחר שעיוותנו את המערכת – כאילו בידינו עדשה מעוותת, הקואורדינאטות המעוותות מתוארות על ידי מה שקרוי טרנספורמציה של קואורדינאטות (B). עתה כותבים מחדש את משוואות מקסוול בעזרת מערכת קואורדינאטות חדשה.

 

מכאן.

כידוע משוואות מקסוול מקבלות את אותה הצורה בכל מערכת קואורדינאטות. אולם הערכים של הפרמיטיביות והפרמביליות ישתנו. ערכים חדשים אלה הם אלה שמקבל המטא-חומר וכך השדה האלקטרומגנטי מקבל מבנה מעוות.  

המהנדסים תכננו חומר בעל מקדם שבירה שלילי (מטא-חומר), באופן כזה שהוא ינתב מחדש את הסיגנלים האלקטרומגנטיים מסביב לאזור נתון בחלל. המטא-חומר מבודד את האזור הזה מסביבתו והופך אותו לבלתי נראה. באמצעות טכניקות העלמה של ניתוב מחדש של הסיגנלים האלקטרומגנטיים, מובטח שהעצם בתוך האזור יהיה בלתי נראה מפני הצופה שיושב סביב ומחוץ לעצם שאותו מסתירים. טכניקות ההסתרה האלה גם מבטיחות שניתן “לראות דרך העצם ומאחורי” האזור שאותו מעלימים, מבלי לשים לב לנוכחות העצם המוסתר. וכל זאת בתדירות האור שאותו המטא-חומר מסיט.

אולם אחד מהמאפיינים המעניינים שהם ייחודיים דווקא למערכת ההסוואה שאותה גילו החוקרים עתה, ומיושם לחיישן המצופה במטא-חומר פלסמוני, הוא שהפנים של האזור המוסווה הוא לא מבודד מהסביבה החיצונית. במקום זאת, ישנו שדה כלשהו שהוא פרופורציוני לסיגנל הנכנס ומושרה בתוך המסווה. נניח שהעצם המוסווה הוא חיישן, כלומר ננו-בודק אופטי- מחט המיקרוסקופ אופטי סורק שדה קרוב. הוא עדין יכול לחוש את הנוכחות של העולם החיצוני, למרות שניתן להפחית דרמטית את השדות המפוזרים שלו על ידי כיסוי שהחוקרים תכננו אותו היטב. ניתן לכסות את הננו-בודק האופטי של המיקרוסקופ בשכבה פלסמונית שתוכננה היטב, וזו תפחית משמעותית את ההפרעות של השדה-קרוב לסביבה בעת המדידה.

37872972.jpg 

באיור a רואים את החיישן חשוף, כאשר הוא יכול לקבל סיגנלים, אבל נוכחותו יכולה להפריע לסביבתו, ולכן ניתן לגלותו מבחוץ וגם הוא יוצר רעשים.

באיור b על החיישן מסביב מולבשת “גלימת העלמות” או חומר מסתיר, שמתכננים אותו בצורת קליפה פלסמונית סביב החיישן. יכולת החישה של החיישן לא נפגעת – הוא יכול לקבל סיגנלים שבאים מבחוץ. אולם החיישן נהפך לבלתי נראה לסביבתו – הקליפה יכולה להפחית בצורה דראסטית את הקרינה המתפזרת הכוללת של המערכת בכל הכיוונים, וכך לגרום לנוכחותה להיות בעקרון בלתי מורגשת.  

מחקר נוסף. פיזיקאים מאוניברסיטת בוסטון – וילי ג’י פדילה ונתן לנדי – יצרו סימולציה לרכיב שמורכב מהרכב מסובך של מטא-חומרים שמנחה את הגלים האלקטרומגנטיים לנוע סביב עצמים כמו למשל סביב פינות של בניינים או מבנה כמו התבנית של החוף המזרחי של ארה”ב. בזמן שהגלים עושים זאת הם ממשיכים להתנהג כאילו הם נעים בקו ישר. החוקרים משלבים מטא-חומרים ואת מתודולוגיית אופטיקת הטרנספורמציה ליצירת סבכה של מיפוי מעוות שיכול לגרום לגלים לחלוף סביב העצמים ועדיין להתנהג כאילו העצמים לא קיימים, ולכן הגלים מתנהגים כאילו הם נעים בקו ישר.

הגלים האלקטרומגנטיים מונחים על ידי מנחה גלים (שבנוי ממטא-חומר) סביב דפורמציות ועיקולים, עוברים פינות ומתנהגים בסופו של דבר כאילו הם נעים בקו ישר. בסימולציית מחשב קיצונית אחת, החוקרים מתארים רכיב בעל יכולת הסתרה והסוואה ניכרת. הרכיב הוא מנחה גלים מרובע בצורת החוף המזרחי של ארה”ב, שמתפרש ממישיגן ועד למיין, סביב פלורידה ועד לואיזיאנה. מנחה הגלים כיוון את הגלים המתפשטים בחלקות כמעט ללא הפרעה סביב פרופיל חוף ארה”ב המזרחי, אבל הגלים התנהגו כאילו הם נעו בקו ישר:

הגלים מתפשטים לאורך מנחה גלים מרובע שממופה לכדי חוף ארה”ב המזרחי. הגלים מתפשטים בחלקות לאורך מנחה הגלים כמעט ללא הפרעה ומתנהגים כאילו הם נעים בקו ישר.

קראו כאן המאמר המקורי.

פיזיקת הבלתי אפשרי מאת הפופולריזטור של המדע מישיו קאקו. הספר עוסק בטלפורטציה, מסע בזמן ופיזיקת הסתרה, פיזיקת הארי פוטר – מטא-חומרים והעלמת עצמים…

 

Physics of the Impossible: A Scientific Exploration into the World of Phasers,  Force Fields, Teleportation, and Time Travel By Michio Kaku Doubleday 352 pp., $26.95

כאן

מחקר חדש. דלוזיה בהתקף אפילפטי: אישה הפכה לגבר

מחקר חדש. דלוזיה בעת התקף אפילפטי: אישה עברה טרנספורמציה לגבר

חוקרים מגרמניה מדווחים על מקרה מוזר של אישה שמרגישה שהיא נהפכת לגבר במהלך התקפים אפילפטיים. האישה בת ה-37, חשה דלוזיות של טרנספורמציית מגדר רגעית בפרק הזמן אחרי תום ההתקף והוא מתאפיין באובדן התמצאות. האישה חשה שקולה נעשה עמוק יותר כשל גבר וידיה נהפכות לשעירות יותר.

נתחיל בספרות הבדיונית… קלייר אבשייר הייתה בת שמונה כאשר היא לראשונה פגשה בהנרי שחזר אחורה בזמן, והופיע לה ערום באחו. הנרי, ספרן משיקגו, היה בן עשרים ושמונה כאשר הוא פגש אותה לראשונה בספרייה. הפעם שניהם היו לבושים. בפגישה הזו, קלייר כבר הכירה את הנרי מהיותה בת שמונה. הנרי מצידו כלל לא הכיר אותה עדיין אבל מתחיל לצאת איתה.

The Time Traveler's Wife

מכאן

הנרי לוקה בליקוי כרוני שגורם לו פתאום להעלם מבלי להודיע, לנסוע במרחבי הזמן. התקפים אפילפטיים של נסיעה בזמן. הוא אינו שולט מתי ההתקפים מתרחשים, לאן הוא ייסע ולכמה זמן ייסע. הוא קורא ספר, עומד ומדבר או עושה כל פעולה יומיומית אחרת, ואז לפתע הוא חש תחושה מקדימה מבחילה, אורות או אאורה מאירה. הוא נעלם. הוא מוצא את עצמו ערום באמצע חודש אחר, שנה אחרת, אחורה או קדימה בזמן. הוא יכול למצוא את עצמו באמצע הלילה או סתם כך בבוקר מחוץ לביתו ברחוב סואן. הוא לימד את עצמו לגנוב בגדים ונעליים, ביודעו שימצאו אותו תמיד ערום, למשל בחצר אחורית של מישהו.

כמו ברומן – או בספר מדע בדיוני אם תרצו – כאשר הנרי וקלייר סוף כל סוף מגיעים לליל הכלולות שלהם, והמשפחה והחברים מחכים לחתן והכלה, הנרי לוקה בהתקף. נעלם כלא היה בצורה מרגיזה בדיוק לפני הטקס. אבל בסיפור כמו בסיפור הכל בא על מקומו. לפתע צץ מהעתיד הנרי המבוגר יותר – שב אחורנית בזמן מהתקף עתידי דרך שנות העתיד אל עבר ליל כלולותיו. במיוחד כדי לעמוד בטקס לצד אהובתו קלייר. רק כמה אורחים מתפלאים על ההופעה הפתאומית של החתן המבוגר.

אשתו קלייר אף פעם לא יודעת מתי הנרי יעזוב ולכמה זמן ילך. לפעמים הוא נעלם לדקות, לפעמים ליום שלם ולפעמים אף ליותר. כל מה שנותר ממנו בעת העדרותו הם בגדיו שהתמוטטו על הרצפה בערימה. כאשר קלייר והנרי לראשונה מתנים אהבים, היא בת 18, והוא חזר אחורנית בזמן בעודו בן 41, נשוי לקלייר לא מעט שנים. אחר מעשה הוא שב לביתו, לקלייר בת הלמעלה משלושים. היא כועסת על כי נעדר מהבית למעלה מ-24 שעות. באחד ממסעותיו?… הנרי חוזר שוב אחורה בזמן כדי לפגוש את קלייר כאשר היא בת שמונה. נוסע קדימה ואחורה בסיפור של אודרי ניפנגר, אשתו של הנוסע זמן.

הרומן – שלאחרונה עובד לסרט – עושה שימוש במוטיב ההתקפים האפילפטיים. אולם בעת ההתקף האפילפטי – אם נצמד לרעיון מהסיפור הבדיוני שכאן – רק הנרי עצמו אמור לדווח שהוא נהפך לנוסע בזמן. ואילו הסובבים אותו לא אמורים לראות אותו נעלם מסביבתם. הם לא אמורים לראות ערימת בגדים מתמוטטת על הרצפה… הדבר היחיד שכן אולי מייצג נאמנה את התחושות של החולה האפילפטי הוא, שתמיד בעת התקף הנרי מוצא את עצמו ערום אל מול צופים כלשהם…

והנה אכן מחקר חדש מה-19 לאוגוסט בוחן את הסוגיה של דלוזיות בעת התקפים אפילפטיים.

במהלך התקפים אפילפטיים, גלים של פעילות שהיא אינה נורמאלית חולשים על פני המוח. ישנה קבוצה שלמה של הפרעות פרכוסים. החוקרים מדברים על מקרה של אישה שסובלת מאפילפסיה טמפוראלית –Temporal lobe epilepsy.

במקרה זה פעילות לא נורמאלית יכולה ליצור חוויות מוזרות כולל הלוצינציות ותחושות של חוויות מדומות. החוקרים מדווחים על המקרה של האישה – שבהיותו מקרה אמיתי, נראה שהוא אף יותר מוזר מהסיפור הבדיוני על אשתו של הנוסע בזמן. זהו המקרה על האישה האפילפטית, שדווחה כי היא מרגישה שהיא נהפכת לגבר במהלך ההתקפים האפילפטיים.  

במאמר שפורסם בכתב העת  ,Epilepsy & Behaviorד”ר בורקהארד קספר (Burkhard Kasper) והקולגות שלו מהמחלקה לנוירולוגיה בפקולטה לרפואה באוניברסיטת ארלאנגן-נירנברג מגרמניה דווחו על האישה בת ה-37, שחשה טרנספורמציית מגדר רגעית בעת מה שקרוי המצב הפוסט איקטאלי של התקף אפילפטי – זהו פרק הזמן שאחרי תום ההתקף והוא מתאפיין באובדן התמצאות.

Dr. Burkhard Kasper

                                                           ד”ר בורקהארד קספר. כאן.

האישה חשה שקולה נעשה עמוק יותר כשל גבר וידיה נהפכות לשעירות יותר. במקרה אחד, היא אמרה לחוקרים, שחברתה הייתה בחדר בעת שהיא נתקפה בהתקף, והיא חשה שחברתה הפכה לגבר גם כן.

ביצעו לאישה דימות MRI שחשף הרס באמיגדלה הימנית. כנראה שהרס זה נגרם כתוצאה מכך שלאשה ישנו גידול קטן באזור. אלקטרודות EEG דווחו על פעילות לא נורמאלית בסביבת האונה הרקתית הימנית, מה שרמז שאזור זה הוא המקור להתקפים שלה.

לאישה לא הייתה היסטוריה של מחלות נפש והיא אף פעם לא חוותה את הטרנספורמציה המדוברת בהעדר התקפי האפילפסיה הנדונים.

תחושות הדלוזיה של טרנספורמציה מגדרית דווחו בעבר באנשים עם סכיזופרניה ומחלות פסיכוטיות אחרות, כותבים המחברים. אולם למיטב ידיעתם, לא היה מעולם דווח שכזה בחולה באפילפסיה.

החוקרים מזהים אצל החולה בעלת הגידול בצד הימני של האמגידלה הפרעה שקרויה: Delusional misidentification syndrome מסוג איקטאלי (התקפי) – כלומר קבוצה של הפרעות דלוזיה שמופיעות במחלות מנטאליות או נוירולוגיות בזמן התקפים. דוגמא להפרעות תחת המטריה של הסינדרום, בעיות בדלוזיה בזיהוי קשורות באנומליות בנוגע לחוויית המוכר, בחוויות מדומות, באמונה שהזהות של האדם, העצם או המקום איכשהו השתנתה או עברה טרנספורמציה. למשל, הדלוזיה שקרוב או בן זוג הוחלף במתחזה או רמאי. או הדלוזיה שמובילה לאמונה שמספר אנשים שאותם פוגשים הם למעשה אותו האדם במסווה. או אינטר-מטמורפוזה – האמונה שאנשים בסביבה מחליפים זהויות זה עם זה בעודם שומרים על אותה ההופעה. או כפולה סובייקטיבית, לפיה אדם מאמין שיש לו כפיל שמבצע פעולות עצמאיות.

המאמר: 

Case Report

Ictal delusion of sexual transformation

 


References and further reading may be available for this article. To view references and further reading you must purchase this article.

B.S. Kasper, a, , F. Kerlinga, W. Grafa, H. Stefana and E. Paulia

aEpilepsy Center, Department of Neurology, Erlangen University, Schwabachanlage 6, 91054 Erlangen, Germany


Received 16 June 2009; 

revised 13 July 2009; 

accepted 14 July 2009. 

Available online 19 August 2009.

 

Abstract

Psychic and psychotic symptoms can be part of seizure-related symptoms, especially within the postictal phase in partial epilepsies. Among the classic examples are dysmnestic phenomena, visual and acoustic hallucinations, and more rarely delusional syndromes. Here we report about the unique seizure symptom of transformation towards the opposite gender in a patient with a right amygdalar tumor, which we classify as ictal delusional misidentification syndrome.

Keywords: Epilepsy; Neoplasia; Amygdala; Delusional misidentification

 

אנלוגיה חדשה לחור שחור במעבדה

אנלוגיה לחור שחור במעבדה באמצעות התקנים על-מוליכים של התאבכות קוונטית

ביוני בטכניון מצאו אנלוגיה לחור שחור במעבדה על ידי בנית חור שחור סוני. לא עברו חודשיים והנה הטכניון משתף פעולה עם חוקרים מדארטמות’ לבניית אנלוגיה לחור שחור במעבדה באמצעות התקנים על-מוליכים של התאבכות קוונטית. וכל זאת במירוץ אחרי קרינת הוקינג המפורסמת.

זוכרים את החור השחור הסוני מהטכניון? ובכן היום קיים טרנד חדש במדע, שנשמע הזוי למדי, משהו כמו מדע בדיוני, לשחזר חורים שחורים במעבדה. לא מספיק שהפחידו אותנו שיתכן כי מאיץ החלקיקים הגדול בג’נבה יכול ליצור חור שחור ענק ולבלוע את כדור הארץ, המדענים מנסים לשחזר חור שחור כזה במעבדות שלהם. אין מדובר בחור שחור מסוכן חלילה ששום אור וכל החומר שלנו יבלע לתוכו כמו לתוך מפלצת מפחידה. אלא מדובר במודל שיכול לחקות בכל המובנים את ההתנהגות של החור השחור. והרי מה עושה המודל? המודל הוא משהו זעיר-ממדים, שבונים במעבדה והוא מתנהג כמו החור השחור העצום הגלובאלי האסטרונומי – בולע את הקרינה ולוכד אותה –  אולם מדובר במודל בנוי. והנה שוב הטכניון עולה לכותרות בנושא זה. מדען מהטכניון בשם אייל בוקס ומדענים ממכללת דארטמות’ – פול ניישן, מילס בלנקוו ואלכסנדר רימברג תכננו את המודל החדש ופרסמו את ממצאיהם ב-20 לאוגוסט בכתב העת Physical Review Letters.

החור השחור וקרינת הוקינג

חור שחור הוא אזור בחלל שהוא כל כך צפוף שהכבידה במרכזו שואפת לאינסוף. מסביב לאזור זה ישנו מה שנקרא אופק האירועים. אחרי אופק האירועים של החור השחור כלום – אפילו האור – לא יכול לברוח. החור השחור בולע את כל החומר והאור בתוך אופק האירועים והוא נהפך בהדרגה עם הזמן למסיבי. כך עד 1974 ניתן היה לומר שהחור השחור הוא גוף אסטרונומי שחור משחור.

אפילו אינשטיין החשיב את פתרון החור השחור כפתולוגיה מתמטית במקום כתיאור של עצם פיזיקאלי ממשי. אינשטיין טען שהחור השחור הוא לא הגיוני, לא פיזיקאלי, ולכן הוא דחה את הניבוי הזה שנבע מתורת היחסות הכללית של עצמו. אינשטיין ניסה להוכיח ש”ה[חור השחור] לא קיים במציאות הפיזיקאלית [בגלל] שהחומר לא יכול להיות מרוכז בצורה שרירותית”. הוא קבע ששום גוף ובטח ששום כוכב לא יכול להידחס לגודל קטן כל כך. הוא סרב אפילו לבחון את הרעיון שכוכבים עלולים לקרוס לחלוטין.

בעוד שזה בלתי אפשרי לראות חור שחור כשלעצמו – ככלות הכל, כאמור שום אור לא יכול לברוח מלכידתו – חורים שחורים נתגלו באופן עקיף על ידי תצפיות של האפקט של השדות הכבידתיים על עצמים סמוכים.

מכאן.

במשך זמן רב, המושג של החור השחור – כשמו כן הוא – נחשב לשחור משחור. אולם לפני 35 שנה סטיבן הוקינג הציע את מה שידוע כיום בשם “קרינת הוקינג”. הוקינג אמר כי חורים שחורים הם ככלות הכל לא שחורים. פלוקטואציות קוונטיות באופק האירועים של החור השחור יגרמו לו בהדרגה להתנדף. אם זוג של חלקיק-אנטי חלקיק נוצרו ופגעו באופק האירועים של החור השחור, החלקיק שהיה הקרוב ביותר לחור השחור ייפול פנימה בעוד שהאחר יברח. הסכום של החלקיקים הבורחים ירכיב את מה שקרוי קרינת הוקינג, ויכול לחשוף את נוכחות החור השחור.

לא נתן לבצע מדידות אלה בחורים שחורים אסטרונומיים. כי החורים השחורים פולטים קרינה בהתאם לספקטרום התרמי שלהם. והטמפרטורה של קרינת הוקינג תהיה הרבה יותר נמוכה מקרינת הרקע של היקום (בשפה מתמטית: הטמפרטורה של הקרינה משתנה ביחס הפוך למסת החור השחור). מסיבה זאת מאוד קשה להבדיל בין קרינת הוקינג לבין קרינת הרקע של היקום.

ויליאם אונרו הציע פתרון. ליצור אנלוגיה לחורים שחורים במעבדה ולהפחית את טמפרטורת הרקע. במרוצת השנים חוקרים שונים ניסו ליצור מערכות שונות שיחקו חורים שחורים כדי לגלות את קרינת הוקינג.

למעשה אונרו הציע את האפשרות לצפות בקרינת הוקינג במערכת חומר מעובה, תוך שהוא חשף את האנלוגיה שבין גלי קול בנוזל ושדה סקאלרי במרחב זמן עקום.

החידוש של החוקרים ממכללת דארטמות’ ומהטכניון

החוקרים במחקר החדש יצרו אנלוגיה לחור שחור קורן על ידי השימוש במה שקרוי “התקנים על-מוליכים של התאבכות קוונטית” או SQUID. למה הכוונה? התקנים של SQUID הם מכניזם שמשמש למדידת סיגנלים חלשים ביותר, כמו למשל שינויים קלים בשדה האנרגיה האלקטרומגנטי בגוף האדם. תוך שימוש במה שקרוי צומת ג’וזפסון (רכיב על מוליך שבנוי משני על-מוליכים), ל- SQUIDיש יכולת לגלות שינויי אנרגיה חלשים של עד פי 100 מיליארד יותר חלש מאשר האנרגיה האלקטרומגנטית שמניעה מחט של מצפן! התקן ה- SQUIDמורכב מלולאות זעירות של על-מוליכים כאשר הוא עושה שימוש בצמתי ג’וזפסון כדי להשיג את האפקט הקוונטי שקרוי סופרפוזיציה – כלומר, כל אלקטרון נע בו-זמנית לשני הכיוונים. בגלל שהזרם נע לשני כיוונים מנוגדים, האלקטרונים למעשה מתפקדים כמו מה שקרוי “קיוביטים” (במידע קוונטי). לכן משתמשים ב- SQUID למטרות בדיקות שדורשות רגישות רבה, כולל מטרות הנדסיות, רפואיות וציוד גיאולוגי. מכיוון שהם מודדים שינויים בשדה המגנטי ברגישות רבה, הם לא באים במגע עם המערכת שאותה הם בודקים.

ועתה נמצא שימוש נוסף ל- SQUID, אנלוגיה לחור שחור קורן במעבדה. החוקרים בנו מבנה הנדסי שבו שולבו מערך של התקנים של SQUID במטרה לבדוק קרינת הוקינג.

כיצד החוקרים בנו את האנלוגיה לחור השחור הקורן?

באפריל השנה החוקרים פרסמו בפעם הראשונה את מחקרם והם הסבירו, שהם הציעו להשתמש במה שקרוי מטא-חומרים (בעגה העממית מטא-חומרים קרויים “פיזיקת הארי פוטר”, כי הם עלו לכותרות בכל שנוגע להעלמת עצמים וגלימות העלמות). עתה במאמר החדש הם הסבירו שהמערכת הזו היא קו תמסורת של מיקרוגל, שנותן פולסים של שדה מגנטי, הנוצר ממערך של dc-SQUID (זרם-ישר).

כיצד נוצר אופק האירועים? החוקרים בצעו מודלוציה של מהירות ההתפשטות, שדרושה ליצירת אופק האירועים של האנלוגיה לחור השחור. הם השיגו זאת באמצעות יישום של שטף חיצוני תוך שימוש במערך ה-SQUID. תחת תנאים מתאימים, מבנה זה מספק מימוש על-מוליך של מערכת שהיא אנלוגית לשדה סקאלרי במרחב-זמן עקום. כלומר, מספק מימוש למערכת שהיא אנלוגית לחור השחור. זאת כאשר היתרון הוא במערך ה-SQUID-ים בעלי הפרמטרים שהם קרובים לאלה שדרושים לתצפית של אפקט הוקינג.

החוקרים מראים (בעזרת משוואות מתחום החומר המעובה, שמייצגות את המודל שאותו הם בנו, ותוך השוואה למשוואות של מרחב-זמן עקום), כיצד המודל שלהם מוביל למטריקת מרחב-זמן שהיא אפקטיבית מכילה אופק אירועים וגם את טממפרטורת הוקינג שקשורה אליה. במלים אחרות, הם מראים כיצד המודל שלהם מוביל לחור שחור ולאפקט הוקינג.

לפיכך, המבנה הזה כולו לא רק שמשחזר חור שחור קורן, אלא עושה זאת במערכת שבה האנרגיה הגבוהה והתכונות המכניות הקוונטיות מובנות היטב וניתן לשלוט בהן היטב במעבדה. ולכן בעקרון מבנה זה מאפשר את החקירה האנלוגית של אפקטים כבידתיים קוונטיים. בהיות המבנה כולו רכיב קוונטי מכני, הוא מאפשר חקירה של אפקטים קוונטיים בתהליך הוקינג.

במבנה הזה בנוסף ניתן לתמרן את העוצמה של השדה המגנטי המיושם, כך שמערך ה- SQUID ישמש לבדיקת קרינת החור השחור, אפילו מעבר למה שהוקינג עצמו חשב. כך טוענים החוקרים של המחקר החדש. החוקרים סבורים שהשיטה החדשה, שעושה שימוש ב- SQUID, היא שיטה ישירה יותר לגילוי קרינת הוקינג מהשיטות שהוצעו בעבר לבניית אנלוגיות לחור שחור במעבדה, כולל החור השחור הסוני של החוקרים מהטכניון שהוצע לא מכבר.

המאמר:

Phys. Rev. Lett. 103, 087004 (2009) [4 pages]

Analogue Hawking Radiation in a dc-SQUID Array Transmission Line

P. D. Nation,1 M. P. Blencowe,1 A. J. Rimberg,1 and E. Buks2
1Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College, Hanover, New Hampshire 03755, USA
2Department of Electrical Engineering, Technion, Haifa 32000 Israel

Received 23 April 2009; published 20 August 2009

We propose the use of a superconducting transmission line formed from an array of direct-current superconducting quantum interference devices for investigating analogue Hawking radiation. Biasing the array with a space-time varying flux modifies the propagation velocity of the transmission line, leading to an effective metric with a horizon. Being a fundamentally quantum mechanical device, this setup allows for investigations of quantum effects such as backreaction and analogue space-time fluctuations on the Hawking process.

©2009 The American Physical Society

 

 

מחקר חדש: חוסר ביטחון תעסוקתי גרוע יותר מעישון ויתר לחץ דם

מחקר חדש: חוסר ביטחון תעסוקתי גרוע יותר מעישון ויתר לחץ דם

מחקר חדש מאוניברסיטת מישיגן, שפורסם אתמול בתקשורת, קובע נחרצות ובאופן פרדוקסאלי, שלעבוד שנים בחוסר ביטחון כרוני ולחשוב שכל רגע עומדים להעיף אותך פוגע בבריאות יותר מאשר עישון סיגריות.

המחקר החדש השתמש בנתונים ארוכי טווח משני תסקירי דגימה מייצגים של אוכלוסיית ארה”ב כדי לאמת את ההשפעה של חוסר ביטחון תעסוקתי כרוני בהשוואה לאיבוד מעשי של עבודה. אחד המחקרים של החוקרים בוצע בין 1986 ל-1989 והאחר בין 1995 ל-2005.

להלן ממצאי המחקר. “שינויים דרמאטיים בשוק העבודה החופשי של ארה”ב החלישו קשרים בין המעסיקים לעובדים והביעו תחושות של חוסר ביטחון תעסוקתי”, אומרת הסוציולוגית מאוניברסיטת מישיגן שרה בורגארד, חוקרת המכון למחקר סוציולוגי באוניברסיטת מישיגן. והיא ממשיכה, “מחקר זה מספק את העדות החזקה ביותר כיום לכך שלחוסר ביטחון תעסוקתי מתמשך ישנה השפעה שלילית על בריאותו של העובד. למעשה, באחת מהקבוצות הנחקרות, חוסר ביטחון תעסוקתי כרוני הייה המבשר החזק ביותר לבריאות לקויה, יותר מאשר עישון או יתר לחץ דם”.

   burgard_s.jpg      Picture of James House

שרה בורגראד             ג’יימס האוס

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ג’ני בראנד (מכאן)

בורגראד והקולגות שלה ג’ני בראנד מאוניברסיטת קליפורניה אשר בלוס אנג’לס, וג’יימס האוס מאוניברסיטת מישיגן, בחנו נתונים ביותר מ-1700 מבוגרים שנאספו על פני תקופות של בין שלוש עד עשר שנים. תוך שהם ראינו את אותם האנשים בנקודות זמן שונות, החוקרים היו מסוגלים להבין מהו החיבור בין בריאות לקויה וחוסר ביטחון תעסוקתי, ולבחון את ההשפעה של איבוד עבודה מעשי וגורמים אחרים בנבדקים.

“זה אולי יראה מפתיע שחוסר ביטחון תעסוקתי כרוני ברמה גבוהה קשור חזק יותר בהתדרדרות בריאותית מאשר איבוד עבודה מעשי או אבטלה”, אמרה בורגראד. “אולם”, היא הוסיפה, “ישנן מספר סיבות מדוע זה כך. חוסר ודאות מתמשכת אודות העתיד, חוסר יכולת לנקוט בפעולות, אלא אם האירוע שממנו חוששים למעשה מתרחש, והעדר תמיכה מוסדית שקשורה בביטחון שניתן לחוש אותו, הם כמה מהסיבות”.

החוקרים ממשכים להסביר, שתחושת חוסר הביטחון נובעת גם מהעדר פנסיות וביטוחי בריאות שקשורים במשרות עבור מרבית האנשים, ולכן חוסר ביטחון תעסוקתי קבוע גורם למתח.

החוקרים מסכמים: “אנחנו צריכים ללמוד יותר אודות התנאים שיוצרים או משנים את התחושות של העובד אודות חוסר ביטחון תעסוקתי. או אז ארגונים עשויים לרצות להתערב כדי להפחית את תחושת חוסר הביטחון, או אולי להרחיב את הביטוחים הממשלתיים שעשויים לסייע ולהקל על דרגת המתח שקשורה בחוסר הביטחון שחשים בעבודה. מתחים אקוטיים וכרונים נוספים בעבודה ובתחומים נוספים בחיים עשויים גם הם להחמיר או לשכך את ההשפעה הבריאותית של חוסר הביטחון התעסוקתי.

בודאי שחוסר ביטחון תעסוקתי הוא לא דבר חדש, אבל המספרים שחשים חוסר ביטחון תעסוקתי מתמשך יכולים להיות משמעותית גבוהים יותר במהלך המיתון הגלובאלי הזה, ולכן הממצאים האלה יכולים להיות מיושמים בצורה הרבה יותר נרחבת היום מאשר הם היו כמה שנים קודם לכן”.

אם ננסה ליישם את המחקר של החוקרים האמריקאים אלינו לכאן, אחת הדוגמאות לעובדים שחשים חוסר ביטחון תעסוקתי מתמשך הם עובדי הקבלן. ערכי הצדק והמוסר, כבוד האדם ושמירת החוק נעשקים כאשר המנקה והמאבטח, בעודם חולים, נאלצים לבוא לעבודה כדי לא להפסיד שכר מינימום של יום עבודה בעודם מנוצלים בהעדר זכויות. האם, בעקבות המסקנות של המחקר למעלה, חוסר הודאות והמתח המתמשכים שבו הם שרויים מביאים להשפעה בריאותית כאילו עשנו סיגריות? שאלה שאולי אפשר לבדוק אותה.

דוגמא שאני מכירה מניסיוני האישי היא דווקא מהקצה השני, הדוקטור, המרצה מן החוץ באקדמיה. האם חוסר הודאות שחש מרצה מן החוץ באקדמיה מוביל להשפעה בריאותית שהיא גרועה יותר מאשר ההשפעה של עישון? שהרי מעמדם של המרצים מן החוץ אינו בטוח ומעולם לא היה כזה. יכולים לפטר את המרצים מן החוץ בכל עת. מרצה מן החוץ יכול לעבוד עשרים שנה באוניברסיטה והוא מפוטר בכל שנה מחדש, תוך שכל שנה מחדש הוא אינו יודע האם בשנה הבאה הוא ילמד במוסד שבו הוא מלמד. בכתב ההעסקה הוא חותם על ויתור זכויות הפיטורין, כי הם מגולמים בשכר החודשי השוטף.

המאמר:

 

Perceived job insecurity and worker health in the United States

 


 

Sarah A. Burgarda, , Jennie E. Brandb and James S. Housec

aDepartment of Sociology, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109-1382, United States

bUniversity of California, Los Angeles, United States

cUniversity of Michigan, MI, United States


Available online 11 July 2009.

 

Abstract

Economic recessions, the industrial shift from manufacturing toward service industries, and rising global competition have contributed to uncertainty about job security, with potential consequences for workers’ health. To address limitations of prior research on the health consequences of perceived job insecurity, we use longitudinal data from two nationally-representative samples of the United States population, and examine episodic and persistent perceived job insecurity over periods of about three years to almost a decade. Results show that persistent perceived job insecurity is a significant and substantively important predictor of poorer self-rated health in the American’s Changing Lives (ACL) and Midlife in the United States (MIDUS) samples, and of depressive symptoms among ACL respondents. Job losses or unemployment episodes are associated with perceived job insecurity, but do not account for its association with health. Results are robust to controls for sociodemographic and job characteristics, negative reporting style, and earlier health and health behaviors.

Keywords: USA; Perceived job insecurity; Self-rated health; Depressive symptoms