המדענים קוראים לפרסי נובל בתחומים חדשים רגע לפני ההכרזה

קריאה לפרסי נובל בתחומים חדשים להוקרת מדענים “נשכחים”.

עיתון הטיימס הלונדוני והניו סייאנטיסט יצאו בקריאה לפרס נובל מסוג חדש רגע לפני ההכרזה הצפויה על זוכי פרס הנובל במדעים עוד מספר ימים. שבו בסוכה וחכו להכרזה הנרגשת! פרס הנובל הוא הפרס היוקרתי ביותר האפשרי שבו יכול לזכות כל מדען, כאשר נפרשת מאחוריו רשימה של מדענים מכובדים שזכו בו לפניו. בראש הרשימה כמובן אלברט אינשטיין, והמדענית המפורסמת מרי קירי שזכתה בו פעמיים. ב-1911 בפעם השנייה נשמעו קולות התנגדות לתת לה הפרס בגלל שנתגלה הרומן הסודי שלה עם הפיזיקאי פול לנג’בן – מה הקשר? שובניזם.

והנה עשרה חוקרים מזהירים בעולם סבורים שחסר משהו בפרס הנובל. ראוי לציין שאין פרס נובל במתמטיקה. וזו כבר לקות. בנוסף, מעדיפים תגליות על פני המצאות. כלומר, אם תמציאו מכונת זמן, סביר שלא תזכו בפרס נובל. תוכלו לשוב לעבר ולצפות בטקס פרסי נובל של גדולי המדענים בעבר, אבל לזכות בפרס… כנראה שלא. לעומת זאת אם תגלו תורת יחסות… סביר שגם לא תזכו בפרס הנובל, כי אינשטיין לא זכה בפרס הנובל על גילוי תורת היחסות. לא מקורית? לא חדשנית? לא. כלומר, כן. כן חדשנית וכן מקורית. אלא שמדובר בתגלית, בתורה שלא היה ברור באותה תקופה האם היא שונה מתורות האלקטרון קודמותיה, האם היא מדע יהודי (כפי שהאשימוה). על תגליתו מ-1905 בתחום האפקט הפוטואלקטרי אינשטיין זכה בפרס שנים אחר כך. כלומר, קבל פרס על הקוונטים. הפרס הועבר במלואו היישר לגרושתו בציריך בדיוק ככתוב לפי הסכם הגירושין.

פרס הנובל הוקם בעקבות עזבונו של אלפרד נובל, שהמציא את הדינמיט. רגשי האשמה כננו בליבו והוא החליט ללכת בדרכי השלום והאחווה בעודו כותב צואה שנה לפני מותו בפריס ב-1895. את הפרס הראשון חלקו אחר כבוד בשנת 1901. ואולם עתה טוענים המדענים שיש לבצע בו תיקון לרגל כניסתנו למאה ה-21.  

במכתב פתוח מה-30 לספטמבר לקרן נובל הם טוענים שטווח מערכת הנובל הנוכחית, שמעניקה את הפרס רק להישגים בפיזיולוגיה או רפואה, כימיה ופיזיקה, הוא צר מידי – ולא משקף את רוחב היריעה של המדע המודרני של המאה ה-21. למרות שפרס הנובל הוא הפרס היוקרתי ביותר במדע, חוקרים רבים שמגיע להם הכבוד וההכרה הראויים האלה במדע, לא נלקחים בחשבון בגלל שאין פרסים עבור תחומי המחקר שלהם. למשל, ביולוגיה אבולוציונית, רפואה ציבורית, מדעי הסביבה, מדעי הצמח או פסיכולוגיה ואקולוגיה.

זהו. בפעם הבאה שאתם בוחרים מה ללמוד, תבחרו תחום שכלול ברשימת התחומים שניתן לקבל עליהם פרס נובל. אחרת חבל על הזמן ללמוד את התחום. (מה גם שכמו אינשטיין, לפעמים צריכים להעביר את כספי פרס הנובל לגרושה).  

הדוגמא שאותה נותנים המדענים שדורשים תיקון בפרסי הנובל היא: צ’רלס דרווין. מה היה קורה אילו הוא היה חי היום… האם היה זוכה בפרס נובל? ותשובתם היא: בנסיבות החלוקה של פרסי הנובל כיום: לא!

נתבונן באמת בדרווין. לא רק שהכנסייה זרקה אותו מקרבה במשך 200 שנה (והתנצלה רק עכשיו כאשר הוא חגג פוסט-מורטם יום הולדת השנה). אלא גם אילו הוא היה חי במאה העשרים הוא לא היה יכול לקבל פרס נובל על אחד מההישגים הגדולים ביותר במדע: תורת האבולוציה על ידי הברירה הטבעית. (הערת אגב: לבטח היה נמצא סידור שדרווין יקבל את פרס נובל במסגרת הולמת כמו פרס נובל ברפואה, הלא כן?…) 

המדענים אומרים שגם סיר ריצ’רד דול אף פעם לא זכה בפרס נובל על שגילה את הקשר בין עישון לסרטן ריאות, וכאן הכבוד הבריטי נפגע, שכן הוא בהחלט יכל לזכות בפרס תחת הרובריקה של רפואה או פיזיולוגיה. שלא נדבר על זה שגם אנחנו נעלבנו על כך שפרופ’ יובל נאמן – הפיזיקאי הדגול – לא זכה בפרס נובל על הישגיו האדירים בטרם מותו. ואין כל ספק שהגיע לו הפרס על תגליותיו שהוכרו כראויות על ידי הקהילייה הבינלאומית.

המדענים לכן קוראים לכינון לפחות שני פרסים חדשים שיכירו בהישגים של מדעי הסביבה ורפואה ציבורית. כמו פרס נובל לשלום הקיים, פרסים חדשים אלה יכולים להיות מוענקים למוסדות כמו גם לאנשים פרטיים.

הם גם מציעים להרחיב את הירייה של פרס הנובל ברפואה כך שיכלול את מדעי החיים, או ליצור פרסים נוספים בביולוגיה בסיסית ומדעים התנהגותיים. וכאן ראוי לזכור, שאלברט אינשטיין באופן מובהק פעמיים סרב לתמוך בזיגמונד פרויד כמועמד לפרס נובל ברפואה, כי הוא לא האמין בפסיכואנליזה (כמו גם בקוונטים…). עכשיו יאמרו עוד בועדת פרס נובל: אם אינשטיין לא האמין בפסיכולוגיה, מדוע שאנו נצרף זאת כתחום לפרס?

בכל אופן, החתומים על המכתב שארגן המגזין ניו סאיינטיסט כוללים בין השאר את סיר דיויד קינג, המדען הראשי הבריטי לשעבר, סיר טים האנט, זוכה פרס הנובל לרפואה לשנת 2001 וסטיבן פינקר, פרופסור לפסיכולוגיה מאוניברסיטת הארברד.

הטיימס טוען שלפחות שלושה מבין החותמים היו זוכים בפרס נובל תחת המערכת שאותה הם מציעים: חתומים עליו הבוטניקאי הטוב הנחשב בעולם, תיאורטיקן אבולוציוני בין המפורסמים בעולם, תיאורטיקן אבולוציוני נודע ופרופסור לביולוגיה נודע.

במכתב המדענים מתארים את פרסי הנובל כ”מוסד בלתי רגיל שעושה יותר כדי לקדם מצוינות מחקר ואת הפרופיל הציבורי של המדע מאשר כל מהלך מעניק אחר”. ואולם הם מוסיפים ש”המדע השתנה משמעותית מאז שראשוני הפרסים הוענקו”. ואכן “כאשר אלפרד נובל חתם על צוואתו ב-1895, הוא לא יכל לחזות שינוי אווירה כזה ואת ה-HIV/איידס. והוא גם לא יכל לדעת שתחומי מדע חדשים וממצאיהם ישנו את העולם לטובה”.

המדענים טוענים ש”רבים מתחומים אלה, כמו גם האתגרים האלה, לא נכנסים היטב לסמכות הפרסים שהוא יצר”: פיזיקה, כימיה, פיזיולוגיה או רפואה, ספרות ושלום. פרס שישי בכלכלה הוענק מאז 1968 על ידי הבנק השוודי המרכזי, והוא לא נחשב באופן רשמי כפרס נובל, אך הוא מוענק בשילוב ויחד עם פרס נובל.

ושוב גם אחרי המכתב של המדענים שכחו להוסיף הצעה לפרס נובל במתמטיקה. כנראה בגלל שהמורה למתמטיקה של אינשטיין באוניברסיטה, פרופ’ הרמן מינקובסקי, היה אומר עליו שהוא כלב עצלן. ואינשטיין עצמו טען שהוא לא כל כך טוב במתמטיקה. הרי ב-1913 חברו המתמטיקאי מרסל גרוסמן קצת עזר לו במתמטיקה של תורת היחסות הכללית. לא שאינשטיין לא ידע. הוא ידע מצוין והרבה מעבר למצוין. אבל יש מתמטיקה של פיזיקאים ויש מתמטיקה של מתמטיקאים. ואלה הם שני דברים שונים לגמרי.

המכתב של המדענים נתקבל אצל סגן המנהל של קרן הנובל, מיקל סולמן, והוא אמר שהוא יעבירו למועצת נובל, אבל גם באותה נשימה הוסיף שרפורמות לפרסים הן מאוד לא סבירות. המועצה מתנגדת להוסיף פרסים חדשים, שכן מדובר בזמן נוסף ובייחוד בעוד כסף…

כמוכן, הטיעון שתמיד שולחים כתשובת סירוב הוא: כמה מהתחומים שמכוסים בפרסים החדשים כבר הוכרו על ידי פרסי נובל בעבר. ניתן לתת פרס נובל בכימיה על סיכון לשכבת האוזון (ואכן הוא ניתן בעבר). וגם בטח יאמרו שאינשטיין יכל להמליץ על פרויד לפרס הנובל בתחום הרפואה, וכך לא להזדעזע כל כך מהפסיכולוגיה (וגם לא מתורת הקוונטים). אמרנו את זה כבר.

ואם ישנה תרומה יוצאת מן הכלל לסביבה, שהרי לא נהוג לשמור על כוכב הלכת שלנו יותר – אלא רק לכבוש שטחים, לריב ולהלחם וכך לזהם הסביבה –  תמיד יש את פרס הנובל לשלום שיוקיר את מי שלשם שינוי אכפת לו ממה שנעשה כאן. לדוגמא אל גור זכה בפרס נובל לשלום ב-2007 על תרומתו לסביבה.

בקיצור, בעוד המדע מתקדם, מסורות מלכותיות וארכאיות לעולם אינן משתנות ולעד נחשבות ליוקרתיות מעצם היותן מסורות נוקשות. ברגע שהן משתנות ולו אף במעט, הן מפסיקות להיות יוקרתיות… ואינשטיין תמיד צודק לא?

 

  

 

Advertisements

עדשת עין דג: פתח לדמויות מושלמות

יצירת דמות מושלמת ברזולוציה לא מוגבלת בעדשת עין דג

שלום חתול: בלוגר כלשהו צילם את החתול הזה דרך עדשת עין הדג של דלת ביתו. האם עוד מעט נוכל לזהות גנבים או סתם מטרידים טוב יותר בפתח הבית? חוקר מאנגליה טוען שלעדשת עין הדג שאותה גילה מקסוול במאה ה-19 יכולת רזולוציה מושלמת. בתיאורה בינתיים…

עד כה חשבו שלא ניתן ליצור דמות מושלמת ולא ניתן להגיע לרזולוציה בלתי מוגבלת באופן טבעי. המחשבה הייתה שנזדקק לשבירה שלילית כדי ליצור דמות מושלמת ולכן באופן טבעי פנו למטא-חומרים (חומרים שלא מצויים בטבע וניתן להנדס אותם כך שיפגינו שבירה שלילית). אולם למטרה של יצירת דמות מושלמת המטא-חומרים מציגים מספר פגמים: הם נוטים להיות בולעים ובעלי פס צר. לכן היה צורך למצוא מכשיר אופטי ללא הבעיות הפיזיקאליות של שבירה שלילית. כאן אולף לאונהארט מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה שבאוניברסיטת סנט אנדרוס מצא רעיון ישן נושן והחליט לחדשו: הוא החיה את עדשת עין הדג של ג’יימס קלארק מקסוול מ-1854, תוך שהוא תיקן אותה. לאונהארט אמץ את רעיון ההסתרה הלא-אוקלידית ושלבו עם עדשת עין הדג של מקסוול. הוא קבל את מראת עין הדג בעלת יכולת יצירת דמויות מושלמות. כאן.  

לאונהארט – ומה לקקטוסים ולעדשת עין הדג?…

אולף לאונהארט מגיע בשבוע הבא ביום ראשון ה-11.10.09 לישראל כדי להשתתף בכנס באוניברסיטת תל אביב שמוקדש לכבודו של פרופ’ יקיר אהרונוב ולכבוד 50 שנה לאפקט אהרונוב-בוהם. ראו כאן.

מקסוול המציא פרופיל אינדקס שובר שבו כל קרני האור הם מעגלים. עדשת עין הדג של מקסוול – Maxwell fish-eye  – קשורה בפרופיל מקדם שבירה שהוא תואם לגיאומטריה של כדור. זוהי עדשה לא הומוגנית. אם מקור נקודתי ממוקם על פני הכדור בקצה אחד, העדשה תמקד את הקרניים לנקודה בקצה השני בדיוק. קרני האור שנפלטות מכל כיוון בנקודה אחת של הכדור יעקבו אחרי מעגלים גדולים (גיאודזים) סביב-סביב. הם יפגשו בצורה מושלמת בדיוק בצד השני ויצרו דמות בעלת רזולוציה בלתי מוגבלת בעקרון. מתקבלת באופן זה מראה מוזרה ביותר: היא מכילה את המקור ואת הדמות בתוך התווך האופטי.

לפי מאמרו של מקסוול: “כל הקרניים שמתקדמות מכל נקודה בתווך יפגשו בדיוק בנקודה אחרת”. כלומר, “האפשרות של הקיום של תווך מסוג זה שלו תכונות מזהירות, הוצע על ידי ההתבוננות בעדשה גבישית בדג”, ומכאן השם עדשת עין דג, “והשיטה לחיפוש התכונות האלה הוסקה באנלוגיה מה-פרינקיפיה של ניוטון, ספר I, תכונה VII“. אם נשים מישור בקו המשווה של הכדור, קרני האור ימופו לשני הממדים של המישור, בדיוק כמו שיוצרים מפה של כדור הארץ מהגלובוס. שוב מפה זו בעקרון תהיה בעלת רזולוציה מושלמת.

הבעיה היא שהעיוות במיפוי הזה דורש מהאור בחומר בצד אחד של הכדור (מעבר לקו המשווה, באזור ההמיספרה הצפונית) לנוע מהר יותר ממהירות האור בואקום.

בכדי להימנע מהצורך הנראה בהתפשטות של האור במהירות על-אורית, לאונהארט מאמץ רעיון שאותו הוא הציע כבר ב-2003 ולו הוא קרא “הסתרה לא-אוקלידית”. הוא נוטל את רכיב עין הדג של מקסוול, שהוא חלל לא אוקלידי, כאשר הוא מטיל עליו הגבלה: הוא ממקם מראה סביב קו המשווה של הכדור כך שהקרניים מספקות את האשליה כאילו הן נעות סביב-סביב, כאשר למעשה הן מוחזרות וכך הן נעות במהירות תת-אורית.

מהי הסתרה לא אוקלידית? ראשית, הסתרה אלקטרומגנטית גורמת לעצם להיות מוסתר. חומר שמתכננים אותו היטב בעזרת תכונות אופטיות מיוחדות גורם לעצם להיות בלתי נראה. משיגים זאת על ידי התעקמות קרני האור (או חזיתות הגלים) כך שהם עוקבים בצורה חלקה מסביב לעצם, ולאחר שהם עוברים אותו, הם חוזרים חזרה למסלולם המקורי כמיקודם. וכך הם יוצרים את האילוזיה שהמרחב הוא ריק. מספר גלימות העלמות מסתירות כאלה תוכננו, וחלקן אף מומשו ניסויית, כאשר כולן מבוססות על מה שקרוי אופטיקת טרנספורמציה. את הרעיון שהמדיה האופטית עושה טרנספורמציה בצורה אפקטיבית לגיאומטרית האור בעזרת מטא-חומרים הציע ג’ון פנדרי. הוא השתמש בטרנספורמציה גיאומטרית של המרחב האוקלידי כדי להרחיב נקודה בודדת לכדי אזור בעל נפח סופי. בהתבסס על רעיונות של אופטיקת טרנספורמציה, תוכנן מטא-חומר שיוביל את האור סביב אזור זה, וכך הוא גרם לו להיות בלתי נראה. החיסרון של הצעה זו היה שמהירות האור בשפות האזור הבלתי נראה הייתה אינסופית – מה שמונע מרכיב כזה בכלל לעבוד בפס הרחב של הספקטרום. כך ההצעה מומשה עבור גלי המיקרוגל.

עדשת העל המושלמת הלא קונבנציונאלית בעלת מקדם השבירה השלילי של פנדרי.

ואז לאונהראט הגה רעיון לפיו קומבינציה של אופטיקת טרנספורמציה וגיאומטריה לא אוקלידית יכולה למנוע את ההכרח של מהירות אור אינסופית. נראה שהצעה זו יכלה להפוך את גלימת ההעלמות לטכנולוגיה פראקטית. זה באשר למטא-חומרים.

ככה מראת עין הדג בעלת יכולת יצירת הדמויות המושלמות הופכת לרכיב שניתן לייצר אותו לשימושים מעשיים. לאונהארט מציע ליצור את פרופיל מקדם השבירה הרצוי של רכיב עין הדג על ידי ייצור של צ’יפים מישוריים: החוקר יכול ליצור גרסה שטוחה דו-ממדית של העדשה שתהיה מורכבת מדו-תחמוצת הסיליקון בעלת חורי אוויר זעירים או עמודי סיליקון (כמו באיור למטה) כד ליצור את פרופיל אינדקס השבירה הרצוי, כאשר מראה מעגלית ממוקמת מעל. בניגוד לעדשת העל של פנדרי – שבה לשבירה השלילית יש תופעות לוואי בלתי רצויות של בליעה גבוהה וטווח צר של פעילות אורכי גל – לעדשת עין הדג יש מעבר אור גבוה והיא פועלת בפס רחב של הספקטרום האלקטרומגנטי. ניתן לייצר עדשת עין דג כזו כאופטיקה משולבת על צ’יפ סיליקון עבור אור אינפרא-אדום או אולי עם גליום ניטריד או אופטיקת יהלום שמשולבת עבור האור הנראה. מראות עין דג יכולות לשמש גם מחוץ לתחום האופטיקה, כמו למשל, הן יכולות להיות אידיאליות לגלריות לחישה: עבור גלי הקול למשל.

Figure 5

יצירת דמות במראת עין הדג: השדה הצר לאין שעור שנפלט בנקודת המקור בחוד משמאל מתפשט כגל אלקטרומגנטי עד שהוא מתמקד כנקודת הדמות בחוד הימני ברזולוציה אינסופית.

מכאן.

 

קראו כאן על חידושים באופטיקה ופוטוניקה מבריטניה

ראו המאמר גם כאן

מחקר חדש: האם יצירתיות קשורה בפסיכוזה?

האם הכובען המטורף הוא כובען מטורף או כובען יצירתי?

במשתה התה שלו הזמן נעצר בשעה 6. “כן משום כך”, התאנח הכובען ואמר: “השעה היא תמיד שעת-תה, ואין לנו שהות לשטוף את הכלים בבין הזמנים”.

 

מחקר חדש מציע קשר בין פסיכוזה ליצירתיות אצל הגאון היצירתי. מה גרם למשל לוינסנט ואן גוך לחתוך את אוזנו? האם הוא היה משוגע או מבריק?

לפי מחקר חדש שמדווח בכתב העתPsychological Science  של האגודה למדע פסיכולוגי, יתכן שהתשובה היא גם זה וגם זה. מוטציה גנטית שקשורה לפסיכוזה ולסכיזופרניה משפיעה גם על היצירתיות. המחקר מצא שאנשים שנשאו שני עותקים של המוטציה אומנם לא נטו יותר מאחרים להיות בעלי נטיות פסיכוטיות וסכיזוטיפיות. נראה שהמוטציה מעוררת שחרור פוטנציאל יצירתי באנשים מסוימים בעלי IQ גבוה ואילו באחרים היא משחררת דלוזיות פסיכוטיות. מסתבר שהאינטליגנציה עשויה להיות גורם שיקבע האם המוטציה תמריץ יצירתיות או לחילופין תתרום לפסיכוזה. אולם הקו עדיין דק…


דוקטור האפבייקט משנות השבעים: העלים את יום רביעי, שרף את המעבדה, פוצץ דברים והמציא את הדוקטור המשוגע שלנו. מכאן. 

בכדי לבחון את הקשר שבין פסיכוזה ויצירתיות, הפסיכיאטר סזבולקס קרי Szabolcs Kéri מאוניברסיטת סמלוויס בהונגריה התמקד במחקרו בסוג גן שקרוי neuregulin 1 NRG1 – גן שבדרך כלל יש לו תפקיד במגוון תהליכים מוחיים. מחקרים מ-2006 קשרו אותו לסיכון מוגבר לסכיזופרניה. מוטציה בודדת בדנ”א שמשפיעה על כמות החלבון neuregulin 1 שייווצר במוח, נמצאה כקשורה בפסיכוזה, זיכרון חלש ורגישות לביקורת. כך סוג של גן זה קשור בסיכון מוגבר לפתח הפרעות אישיות, כמו למשל סכיזופרניה והפרעה דו-קוטבית.

במחקר של קרי, החוקרים גייסו מתנדבים שהחשיבו את עצמם כמאוד יצירתיים ומומחים. מתנדבים אלה עברו סדרה של מבדקים, כולל מבחן אינטליגנציה ויצירתיות. כדי למדוד את מידת היצירתיות, המתנדבים נתבקשו לענות על סדרת שאלות לא רגילות (למשל, “נגיד שהיו חוטים מחוברים לעננים עד לאדמה. מה היה קורה?”). המתנדבים קבלו נקודות בהתאם למקוריות ולגמישות של תשובותיהם. הם גם השלימו שאלון בנוגע להישגים היצירתיים שלהם במהלך חייהם והחוקרים נטלו מהם דגימות דם.

התוצאות מראות קשר ישיר בין סוג מסוים של neuregulin 1 ויצירתיות: מתנדבים בעלי שני עותקים של מוטציית neuregulin 1 – שהם בערך 12 אחוז ממשתתפי המחקר –  נטו לניקוד גבוה יותר במשימות היצירתיות וגם השיגו יותר משימות יצירתיות בחייהם. זאת בהשוואה למתנדבים בעלי עותק אחד של המוטציה שהיו גם יותר יצירתיים, אבל פחות מהקודמים ויותר מאלה ללא המוטציה של הגן.

קרי מציין שזהו המחקר הראשון שמראה ששונות גנטית אשר קשורה עם פסיכוזה עשויה שיהיו לה תפקידים מועילים. אמנם מתנדבים שהיו להם שני עותקים של המוטציה לא נטו יותר מאחרים להיות בעלי נטיות סכיזוטיפיות, כמו למשל פרנויה, תבניות של דיבור מוזר ורגשות לא הולמים. ולכן קרי סבור שהקשר בין המוטציה למחלת נפש לא לגמרי מסביר את הקשר של המוטציה ליצירתיות. אלא במקום זאת, קרי חושד שהמוטציה גורמת לשינוי באזור במוח שבולם מצבי רוח והתנהגות, אזור הקרוי קורטקס פרפרונטלי (קדם-מצחי). שינוי זה, לפי המחקר של קרי, יכול לשחרר פוטנציאל יצירתי באנשים מסוימים ואילו באחרים הוא משחרר דלוזיות פסיכוטיות. מסתבר שהאינטליגנציה יכולה להיות גורם שיכול לקבוע האם המוטציה בסוג neuregulin 1 תמריץ את היצירתיות או תתרום לפסיכוזה. המתנדבים של קרי נטו להיות בעלי אינטליגנציה מעל לממוצע. ואילו במחקר אחר שנערך במשפחות בעלי היסטוריה של סכיזופרניה, נמצא שאותה המוטציה בדיוק הייתה קשורה באינטליגנציה נמוכה יותר ובסימפטומים של סכיזופרניה.

כך מסתבר שגורמים מולקולאריים הקשורים בעקיפין בהפרעות מנטאליות קשות, וקיימים גם באנשים בריאים רבים, עשויים לסייע בסיוע בחשיבה שהיא יצירתית יותר. המחקר מציע בנוסף, ששוניות גנטיות מסוימות, למרות שהן קשורות בבעיות בריאות עוינות, עשויות לשרוד את הסלקציה האבולוציונית ולהישאר במאגר הגנים של האוכלוסייה אם יש להם גם השפעות מועילות.

הפסיכיאטר הנס אייזנק הראה שרמות גבוהות ביותר של מה שהוא כינה “פסיכוטיציזם” מעידות על חוסר יכולת הסתגלות של אדם לסביבה ועל התנהגות אימפולסיבית. על אנטי-חברתיות עד כי האדם נהפך לפסיכופטי (מה שמוביל למאסר ולהוקעה מהחברה). תהליכי מחשבתו הם כה לא מאורגנים כך שהוא פסיכופטי עם אילוצינציות, דלוזיות ואי-סדר מחשבתי (מה שמוביל לחוסר קוהרנטיות, חוסר תעסוקה ואולי אשפוז). זה לגבי רמות גבוהות של פסיכוטיציזם.

אבל אייזנק הראה שרמות מתונות יחסית של המאפיין פסיכוטיציזם קשורות ביצירתיות (בין אם היצירתיות נמדדת על ידי הישגים, או על ידי בדיקות מעבדה, או על יד מדידה של יצירתיות אצל אינדיבידואלים הנוטים לפסיכוזה. פסיכוטיציזם מתון יחסית הוא לרוב מאפיין של אינדיבידואלים שמראים את רמת ההישגים הגבוה ביותר (במדעים ובאומנויות).

להלן:

Eysenck, H. J. (1983). The roots of creativity: Cognitive ability or personality trait? Roeper Review, 5, 10-12.

Eysenck, H. J. (1993). Creativity and personality: Suggestions for a theory. Psychological Inquiry, 4, 147-178.

המאמר:

Research Report

Genes for Psychosis and Creativity: A Promoter Polymorphism of the Neuregulin 1 Gene Is Related to Creativity in People With High Intellectual Achievement

Szabolcs Kéri 1

  1 Semmelweis University

 Address correspondence to Szabolcs Kéri, Department of Psychiatry and Psychotherapy, Semmelweis University, Budapest H1083, Balassa u. 6, Hungary, e-mail: szkeri@phys.szote.u-szeged.hu.

Copyright © 2009 Association for Psychological Science

ABSTRACT

ABSTRACT—Why are genetic polymorphisms related to severe mental disorders retained in the gene pool of a population? A possible answer is that these genetic variations may have a positive impact on psychological functions. Here, I show that a biologically relevant polymorphism of the promoter region of the neuregulin 1 gene (SNP8NRG243177/rs6994992) is associated with creativity in people with high intellectual and academic performance. Intriguingly, the highest creative achievements and creative-thinking scores were found in people who carried the T/T genotype, which was previously shown to be related to psychosis risk and altered prefrontal activation.

 

האם יקיר אהרונוב יזכה בפרס נובל? 50 שנה לאפקט אהרונוב-בוהם

האם אהרונוב יזכה בפרס נובל בפיזיקה? כנס 50 שנה לאפקט אהרונוב-בוהם באוקטובר

הניחושים לקראת פרסי הנובל הם בעיצומם בסתיו עד להכרזה בתחילת אוקטובר. חברת רוייטרס תומסון הביטה בכדור הבדולח ונתנה רשימה של פיזיקאים שלדעתה עשויים לזכות השנה בפרס נובל בפיזיקה. הראשון ברשימה הוא פרופ’ יקיר אהרונוב:

Thomson Reuters Predicts the Nobel Prize in Physics

 

YAKIR AHARONOV
Professor, Department of Physics, Computational Science and Engineering, Chapman University, Orange, CA, USA; also, Emeritus Professor, Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel, and University of South Carolina, Columbia, SC, USA (joint appointment) • Winner of the 1998 Wolf Prize and the 2006 EMET Prize in the Exact Sciences

 

אין כל ספק שהפרס מגיע לפרופ’ יקיר אהרונוב, כמובן על גילוי אפקט אהרונוב-בוהם המפורסם יחד עם דיויד בוהם בדיוק לפני 50 שנה – ראו הכנס באוניברסיטת תל אביב.

אחרי מלחמת העולם השניה, דיויד בוהם היהודי ממוצא הונגרי, נהפך לפרופסור בפרינסטון ועבד גם עם אינשטיין. אינשטיין אמר לדיויד בוהם ב-10 לפברואר 1954, “אם אלוהים יצר את העולם, דאגתו העיקרית הייתה בודאי לגרום לכך שהבנתו לא תהיה קלה עבורנו”. אין כל ספק שאפקט אהרונוב-בוהם נכלל בהגדרה זו.

אפקט אהרונוב-בוהם: הוא אפקט קוונטי-מכני טהור, כאשר אלקטרון או חלקיק טעון מושפע על ידי פוטנציאלים אלקטרומגנטים בהעדר שדות חשמליים או מגנטיים שמשפיעים על האלקטרון.

אם ניקח גוף טעון, משוואות התנועה הבסיסיות שלו מבוטאות במונחים של שדות מגנטיים וחשמליים. בתמונת העולם של הפיזיקה הקלאסית, בהעדר שדות אלה אין השפעה על הגוף. בפיזיקה מקבלים גדלים שקרויים “פוטנציאלים” שבעזרתם מחשבים את השדה החשמלי והמגנטי. עכשיו נעבור למכניקת הקוונטים. המשוואות הבסיסיות שמתארות את תנועת הגופים הן כבר שונות. ב-1959 יקיר אהרונוב ודיוויד בוהם גילו שהגדלים שקרויים פוטנציאלים הם בעלי תפקיד משמעותי בעולם הקוונטי, בניגוד למה שזה בעולם הקלאסי. הם הציעו שני ניסויים שבהם תכונות מסוימות של האלקטרון יהיו רגישות לשינויים בפוטנציאלים, וזאת אפילו כאשר לא היו בסביבה שדות מגנטיים וחשמליים שפעלו על החלקיקים הטעונים. העדר שדות אלה מבחינה קלאסית כאמור פירושו שאין כל כוח שפועל על החלקיקים. אבל בעולם הקוונטי עדיין ניתן לשנות את התכונות של האלקטרון. ניסוי ראשון: חלקיק טעון מושפע על ידי אזורים בעלי פוטנציאלים חשמליים שונים, זאת כאשר אין שדה חשמלי. ניסוי שני: המקרה הנפוץ ביותר הוא אפקט סולנואיד אהרונוב-בוהם: כאשר חלקיק טעון עובר סביב סולנואיד ארוך וחש בהזזת פאזה קוונטית כתוצאה מהשדה המגנטי הכלוא בו. וזאת למרות העדר כל שדה מגנטי באזור שדרכו החלקיק חולף. הזזת פאזה זו נצפתה ניסויית על ידי האפקט שלה על טבעות התאבכות. ניסויים אלה שעומדים בניגוד להגיון ידועים בשם אפקט אהרונוב-בוהם: הידע אודות השדה האלקטרומגנטי הקלאסי שפועל לוקאלית על החלקיק הוא לא מספיק כדי לנבא את ההתנהגות הקוונטית מכנית.

ראו המאמר המקורי של אהרונוב ובוהם:

Aharonov, Y. and D. Bohm, “Significance of electromagnetic potentials in quantum theory,” Phys. Rev. 115, 485–491(1959).

אפקט אהרונוב-בוהם עלה לכותרות השנה במרץ כאשר מחקר מאוניברסיטת וורוויק גילה ננו-טבעות אהרונוב-בוהם שמאטות ומקפיאות את האור. להלן הסיפור.

חוקרים מאוניברסיטת וורוויק בבריטניה גילו דרך להשתמש בנקודות קוונטיות בצורת סופגנייה (בעלת חור באמצע) כדי להאט ואף להקפיא את האור. בכך הם פתחו טווח רחב של אפשרויות החל מאפשרויות מחשוב ועד למה שקרוי “זכוכית מאטה”.

המפתח למחקר הזה הוא ה”עירור”: אלקטרון הועף לרמת אנרגיה גבוהה יותר על ידי פוטון, כאשר הוא מותיר חור או אלקטרון נוסף בקליפה סביב הגרעין של האטום. למרות מצב האנרגיה החדש הזה, האלקטרון נותר בזוג יחד עם אחד החורים או המיקומים שנותר פנוי על ידי האלקטרונים שנעו לרמת האנרגיה הגבוהה יותר. כאשר רמת האנרגיה הגבוהה יותר של האלקטרון דועכת שוב הוא נמשך חזרה לחור שאליו הוא קשור, כאשר שוב נפלט פוטון בתהליך.

מחזור זה בדרך כלל מתרחש מהר מאוד, אבל אם ניתן למצוא דרך להקפיא או לעקב עירור זה במקום למשך זמן מה, או אז ניתן לעקב את הפליטה מחדש של הפוטון ואפקטיבית ניתן להאט או אפילו להקפיא את האור.

החוקרים מאוניברסיטת וורוויק, שבראשם ד”ר אנדראה פישר וד”ר רודולף א. רואמר מהמחלקה לפיזיקה, בחנו את האפשרויות שהציבו בפניהם טבעות זעירות (בצורת סופגניות) של חומר שבמקרה הופקו במהלך היצור של נקודות קוונטיות. כאשר נוצרו נקודות קוונטיות זעירות אלה בגודל של בין 10 עד 100 ננומטר, הפיזיקאים גרמו לחומר להינתז בעוד הם יצרו את המשטח, כאשר הם השאירו את הטבעות של החומר בצורת סופגנייה. למרות שהן נוצרו במקרה, “ננו-טבעות אהרונוב-בוהם” אלה היו מקור חדש למחקר, ובמקרה הן היו בדיוק בגודל המתאים להכיל אקסיטון (זוג אלקטרון-חור קשורים על פי התיאור שלמלה).

אולם רק היות הננו-טבעות בגודל המתאים עדיין לא מאפשר להן להכיל אקסיטון לפרק זמן כלשהו. החוקרים מוורוויק גילו שבעזרת שילוב של שדות מגנטיים וחשמליים שמיושמים לננו-טבעות אלה הם למעשה יכולים פשוט לכוון את השדה החשמלי כדי להקפיא אקסיטון במקום או לגרום לו לקרוס ואז לפלוט מחדש פוטון.

חוקרים אחרים השתמשו בחומרים אקזוטיים כדי להאט דרמטית את מהלך האור והאטו את מהירות האור למהירות של 17ms-1 בגז אולטרא קר של אטומי נתרן, טכניקות שעושות שימוש בעיבוי אינשטיין-בוז. אולם הטכניקה של החוקרים מוורוויק הייתה הפעם הראשונה שבה נמצאה טכניקה שבאמצעותה ניתן היה לגמרי להקפיא ואחר כך לשחרר פוטונים בודדים כרצוננו.

מחקר כלכלי חדש: לומר סליחה לא עולה כלום וגם זול

לרגל יום כיפור: לומר סליחה זה באמת לא עולה כלום לפי מחקר כלכלי חדש

במחקר חדש מ-21 לספטמבר שבוצע במרכז למחקרי החלטות וכלכלה ניסויית שבבית הספר לכלכלה בנוטינגהם בבריטניה, כלכלנים סוף כל סוף הוכיחו את מה שרובנו חשדנו מזה זמן רב – כאשר זה מגיע להתנצלות, זול יותר לומר סליחה.

בהתאם למחקר חדש, ממש מעכשיו (לקראת יום כיפור?), חברות שרק אומרות סליחה לצרכנים ממורמרים, מצליחות יותר מאשר אלה שמציעות פיצוי כספי לכעוסים. מסתבר שהתכסיס של הסליחה עובד. וזאת למרות שהצרכן המקבל את ההתנצלות כמעט אף פעם לא מקבל אותה מהאדם שביצע את “הפשע” – כלומר מהאדם שפגע בו מלכתחילה ורימה אותו בקניה או ברכישה למשל.

הכלכלנים בתחילה חיפשו לראות האם צרכנים שרימו אותם המשיכו לעשות עסקים באותו המקום לאחר שהתנצלו בפניהם ובקשו מהם סליחה יפה. החוקרים מצאו שהאנשים נטו פי שניים לסלוח לחברה שהתנצלה בסליחה מאשר זו שהציעה במקום מזומנים. התוצאות לכן הוכיחו שסליחה הייתה חזקה יותר ולכן זולה יותר.

הממצע המפתיע יותר הוא… שידוע שחברות מעסיקות סלחנים מקצועיים שכל משרתם היא אך ורק לומר: “סליחה” לצרכנים שחשים מתוסכלים. ניתן לחשוב שאם הסליחה לא עולה כסף או אז הצרכן יתעלם ממנה כאילו זהו דיבור זול. המחקר מראה שלא כך, והמחקר מראה שהתנצלות זו מסלחן מקצועי אכן משפיעה על התנהגות הצרכן יותר מאשר המתקתו בכסף. ומדוע?

אנשים פשוט לא מודעים לכך שעומד מולם סלחן מקצועי במקום אדם פרטי שבאמת מרגיש רגשי אשמה של החברה על כך שהיא פגעה בהם. מנקודת המבט של הכלכלה ההתנהגותית, גם אם אמירת הסליחה היא צבועה, מחושבת ופשוט אמירה זולה לכל דבר של סלחן מקצועי, היא מניבה תוצאה טובה יותר מאשר פיצוי כספי. זאת בגלל שכנראה שאמירת מילות הקסם “אני מצטער” ו-“סליחה” מעוררת בצרכן אינסטינקטים פסיכולוגיים לסלוח לחברה – אינסטינקט שקשה להתגבר עליו בצורה רציונאלית.  

מסקנה? תתחילו לומר סליחה, כי זה פשוט עובד.

מדריך הטרמפיסט לחור השחור ולחור התולעת

מדריך הטרמפיסט לחור השחור ולחור התולעת

הבה נבחין בין חורי תולעת לבין חורים שחורים: לחורים שחורים יש אופק אירועים ואילו לשפות לוע של חור התולעת אין אופק אירועים. מאפיין בולט של חור תולעת הוא המנהרה. למשל באליס בארץ הפלאות, אליס יוצאת משפת התמזה ומגיחה דרך מנהרה של מאורת השפן הישר אל עולם הפלאות. ובספר השני היא יוצאת מאוקספורד ומגיחה דרך המראה אל עולם המראה. כלומר דרך המנהרה גופים פיזיקאליים יכולים בהחלט לחלוף (לפחות בעולם הפלאות). המרחב-זמן מאוד מתעקם סמוך ללוע החור. התעקמות זו מגיעה לערכים שמתאימים בדיוק לאופק האירועים של חור שחור בעל אותה המסה. אבל את שפות לוע חור התולעת מקיף חומר (פאנטום) אקזוטי.

שיחה מקיפה על חורים שחורים. וגם שיחה על חורי תולעת, גופים מתמטיים שנובעים מתורת היחסות הכללית של אינשטיין ולא ברור אם אי פעם בכלל נגלה אותם. יתכן שהם נמצאים בדיוק בחצר האחורית מאחורינו במרחק נגיעה…

מדריך הטרמפיסט לחור השחור

נתחיל בחור שחור. חור שחור הוא גוף שיש לו שדה כבידתי כה חזק שאפילו האור לא יכול לברוח ממנו. לכן הוא שחור, כמעט לפי הוקינג. חורים שחורים אסטרופיזיקאלים יכולים להיווצר כתוצאה מקריסה של כוכבים מאוד מסיביים בעת מותם. הכוכב הוא כה מסיבי שדבר לא יכול לעצור את קריסתו הכבידתית. כל החומר של הכוכב קורס לנקודה קטנה לאין שעור, לסינגולאריות. החור השחור מוגן מפני העולם החיצוני על ידי אופק אירועים. זהו כדור מסביב לחור השחור שממנו האור כבר לא יכול לברוח. כל דבר שחוצה את אופק האירועים נעלם לעד.

מצוידים בזכוכית מגדלת, בפנס ובעוד אביזרים, איך נמצא חור שחור? כדי לגלות חור שחור צריך לבדוק את השפעת השדה הכבידתי המסיבי שלו על הגופים מסביבו, השפעתו על כוכבים ועל חומר ביקום. נוצרת קרינה כתוצאה מנוכחותו, ישנן דיסקות ספיחה סביבו –  חומר שפולט אנרגיה בזמן נפילתו אל תוך החור השחור. חורים שחורים אפילו מעקמים את האור באמצעות תופעת עדשות הכבידה. בנוסף ישנה התופעה של סילונים מחורים שחורים: סילוני חלקיקים שמסתם היא בערך כמסת הפלנטה צדק, והם מורכבים מפוזיטרונים ואלקטרונים או מאלקטרונים ופרוטונים. הם נורים לחלל הבין גלקטי למאות או אלפי שנות אור בכמעט מהירות האור. כך למרות שהם שחורים, בכל זאת חורים שחורים משאירים עדות לקיומם. אם חור שחור נוצר ליד כוכב – הכוכב נזלל על ידי החור השחור, וזוהי עדות לקיום חור שחור. יש המאמינים שגלקסיות רבות מכילות חור שחור סופר מסיבי במרכזן. חורים שחורים אלה זללו חומר כה רב שהם תפחו למסות של מיליוני שמשות.

מה רואים על שפות החור השחור?

ניסע לבקר בחור שחור. בתחילה נהיה בנפילה חופשית, חסרי משקל כמו אסטרונאוטים. מה נרגיש כאשר נגיע לשפות החור? לבסוף כוחות הגאות הכבידתיים יפרקו אותנו לגזרים. מתקרבים ומתחילים להימתח: הרגליים יותר קרובות לחור מאשר הראש. הרגליים חשות במשיכה גדולה יותר מאשר הראש. נמתחנו בדיוק כמו אליס בארץ הפלאות. הכוח שמבצע את המתיחה הוא כוח הגאות. בדיוק כמו הגלים בים על כדור הארץ, כך גם אנחנו נמתחים ונמשכים. כוחות הגאות מתחזקים. ברגע שאנחנו בתוך אופק האירועים, ניתן היה תיאורטית ללכת ערומים כי איש מבחוץ לא יכול לראות אותנו – האור מאיתנו לא יכול לחמוק מאופק האירועים. כל התהליך לוקח כמה דקות (במקרה הטוב) ותוך שניות ואף מהר יותר, בום פוגעים בסינגולאריות. לכן להיכנס לחור שחור פירושו להימחץ לגזרים בסינגולאריות. נניח שלכן הבנו מהר מאוד שעלינו לסובב את ההגאים ולשוב חזרה – הבנה זו צריכה להתרחש תוך שניות בודדות לכל היותר.

עבור אנשים על גבי כדור הארץ המסע שלנו לחור השחור יראה כמו מסע של אליס למשתה התה של הכובען המטורף, שם השעה תמיד 5 אחר הצהרים והזמן עצר מלכת. בעודנו קרבים לחור השחור הזמן הולך ומאט את קצבו. מנקודת מבטו של הצופה על כדור הארץ, ככל שנתקרב לחור השחור, תנועתנו תראה איטית יותר ויותר. לבסוף כאשר נחצה את אופק האירועים הזמן יקפא מלכת. נעמוד על אופק האירועים ולא נרגיש כל שינוי. אולם עבורנו הזמן ימשיך להתקדם כמיקודם באותו הקצב. נמשיך לראות את היקום סביב כי האור מבחוץ עדין מגיע אלינו. אם כי הכל מבחוץ יראה קצת מעוות (כי כבידת החור השחור מעקמת את האור). אם נחליט לשוב חזרה לכדור הארץ, ונסובב את ההגאים של חלליתנו ונצליח לשוב הביתה, נגלה את כדור הארץ שנים רבות בעתיד, בדיוק כמו בפרדוקס התיאומים.

מדריך הטרמפיסט לחור תולעת

חור תולעת הוא תולדה של תורת היחסות הכללית של אינשטיין. חור תולעת הוא קיצור דרך, מעבר דרך תעלה בחלל ובזמן. בסדרה “בלייק הולזי היי” (“בלאק הול היי”), התלמידים למדעים נכנסו לחדר המורה למדעים בבית הספר התיכון בקנדה והיה נפער חור תולעת במרכז הרצפה. התלמידים היו שבים אחורה בזמן לתקופות זמן מסוימות בעבר (מאז שנוצר חור התולעת ברצפת בית הספר) כדי לפתור תעלומות שקשורות בבית הספר. אולי אם נצא עם מדריך הטרמפיסט לגלקסיה, ספר של ז’ול ורן, מפה לבטן האדמה, נר ועששית ונחפש חור תולעת, נמצא אחד?

הכל התחיל ב-1916 כאשר קארל שוורצשילד מצא פתרון למשוואות השדה של אינשטיין מתורת היחסות הכללית בצורת חור שחור. מיד אחר כך באותה השנה ב-1916 לודוויג פלאם גילה שמשוואות אינשטיין מאפשרות פתרון נוסף, חור לבן, ההפך מהחור השחור, אך שנע אחורנית בזמן. בעוד שהחור השחור בולע הכל, החור הלבן יורק אנרגיה וחומר החוצה. מין הסתם לכן החור הלבן מפר בצורה בוטה את החוק השני של התרמודינאמיקה ולכן לא סביר שהוא קיים בטבע. ההנחה הייתה שהחור הלבן מתחבר עם החור השחור בתעלה ביקום. כלומר ששני הפתרונות מחוברים ביניהם מתמטית על ידי תעלה במרחב-זמן כאשר הם מתארים שני אזורים שונים במרחב-זמן.

ב-1935 אינשטיין והפיזיקאי נתן רוזן השתמשו ביחסות הכללית כדי לבחון את צורת המרחב-זמן סמוך לכוכב מאוד מסיבי. הם מצאו שהמרחב-זמן התעקם למנהרה, שהיא חור ביקום. אינשטיין ורוזן שמו לב שמנהרה זו תוביל לאזור אחר של היקום. הם הבינו שמעבר דרך המנהרה הזו דרש מהירויות גבוהות יותר מזו של האור. מכיוון שזה היה אסור עלפי תורת היחסות הפרטית, אינשטיין ורוזן הסיקו שפתרון זה הוא רק מקרה מוזר מתמטי ללא ממשות פיזיקאלית והיחסות לא מאפשרת מעבר דרך גשר זה. אם גשר כזה איכשהו נפתח הוא ייסגר מיד בטרם פוטון בודד אחד יכול לעבור דרכו וכך תישמר הסיבתיות של תורת היחסות.

ב-1988 שלושה פיזיקאים מיקל מוריס, קיפ תורן ואולבי יורטסבר מהקלטק פרסמו את המאמר הרציני הראשון אודות חורי התולעת. הרעיון למאמר היה ספר מדע בדיוני בשם “מגע” מאת קארל סייגן. סייגן היה אסטרונום והכיר היטב את תורת היחסות והחורים השחורים והוא שאל את קיפ תורן, האם מסע בזמן יתכן דרך חור תולעת? תורן הבין שגשר אינשטיין-רוזן יכול לשמש כמכונת זמן. אולם תורן הזהיר שחור תולעת צריך להכיל חומר אקזוטי שלא קיים בעולמנו, חומר שיצור אנטי-כבידה או דחייה כבידתית כדי לאפשר לנוסע בזמן לעבור דרך חור התולעת מבלי שהחור יקרוס על עצמו. דחייה כבידתית יכולה להיווצר על ידי אנרגיה שלילית או לחץ שלילי. 

חורי תולעת יכולים לקשר בין יקומים שונים, הם יכולים לחבר בין מיקומים שונים באותו היקום והם יכולים אף להיות תעלה מחברת בין חור שחור לבין חור לבן, ביקום. כך צמח לו המיתוס האורבאני לפיו ישנו חור תולעת בלב כדור הארץ המחבר בין משולש ברמודה (חור שחור) למשולש השטן (חור לבן). תהיה אשר תהיה הפונקציה של חור התולעת, הפיזיקה שלו היא אותה פיזיקה, חורי התולעת נוצרים כחיבור בין שני מיקומים במרחב-זמן, כאשר הם עוקפים את המסע הרגיל במרחב-זמן התלת ממדי.

אולם נשאלת השאלה הבסיסית והמטרידה (שאין עליה עד היום תשובה), האם חורי תולעת קיימים? והתשובה היא: לא יודעים. הם אפשריים מבחינת המשוואות של תורת היחסות וזה אומר שיתכן והם קיימים ויתכן שהם רק יצירים מתמטיים. כמו תמיד עם פתרונות מתמטיים בלתי אפשריים, במידה והם באמת קיימים, חורי התולעת הם כנראה מאוד לא יציבים, קשורים באנרגיה שלילית, ולכן כל אפשרות לנוע דרכם במרחב ובזמן היא קצרת מועד. בנוסף, הקרינה שחולפת דרך חור התולעת מוסחת לכחול במידה כה רבה, שנוסע שינוע דרכם יישרף מהר מאוד.

טוב אז איך אפשר לדעת שיש לנו בחצר חור תולעת?

נניח שחורי תולעת אכן קיימים, קשה להאמין שנמצא דרך לפתוח חור תולעת בחצר יקומנו, ממש לידנו. כנראה שהם מאוד חמקניים וכנראה שנזדקק לציוד מאוד מיוחד כדי לנוע דרך חור תולעת, מה שבסופו של דבר יהיה מעשית בלתי אפשרי.

ב-2006 הפיזיקאי פול דייויס הסביר כיצד לבנות מכונת זמן דרך חור תולעת שכזה על בסיס רעיונותיו של קיפ תורן. כדי להשתמש בחור תולעת למסע בזמן למשל יש לבנות חור תולעת או למצוא כזה מוכן ומזומן ביקום. צריך למצוא תעלה שמחברת בין שני מיקומים שונים בחלל. נניח שחורי תולעת גדולים מתקיימים באופן טבעי בחלל העמוק, שרידים מהמפץ הגדול. תורן ועוזריו הציעו ב-1988 שאולי ניתן לדמיין ולמצוא יום אחד חור שחור מסתובב מטיפוס קר שמבחינה מתמטית יש בתוכו תעלות למקומות אחרים – או ביקומנו או ביקומים אחרים. במקרה של חור תולעת המקשר שני מקומות באותו היקום, המרחק החיצוני בין המקומות יכול להיות מאוד גדול (במגה שנות אור) או שהמרחק דרך חור התולעת יכול גם להיות מאוד קטן. אם כן, איך מוצאים כזה חור תולעת? התשובה של תורן ועוזריו הייתה בשעתו: לא יודעים.


 

מכאן

 

ההצעה של תורן ועוזריו הייתה שקיימים חורי תולעת תת-אטומיים היכן שהוא סביבנו באורך פלנק, כלומר באורך שהוא יותר קטן מזה של הגרעין האטומי. כל שיש לעשות הוא למשוך חור תולעת כזה מהקצף הקוונטי ולהגדילו לגודל קלאסי. יש למשוך ולהגדיל חור תולעת זעיר שכזה לגודל אנושי. אחר כך אולי יהיה ניתן להשתמש בו לנסיעה בזמן בעזרת שדות אנרגיה כמו אלה שגרמו לחלל להתנפח ממש אחרי המפץ הגדול. כמובן שיש לייצב את חור התולעת כדי שלא יתמוטט על עצמו ולבסוף תוך שימוש באפקט האטת הזמנים מהיחסות הפרטית, יש לשנות את הזמן בפתח אחד של חור התולעת ביחס לפתח האחר. נניח שבתחילה שני הפתחים של חור התולעת הם במנוחה זה ביחס לזה. אחר כך, הפתח השמאלי נותר במנוחה ואילו הפתח הימני מואץ כמעט למהירות האור, הוא מסתובב, משנה כיוון ואז שב למנוחה. יוצרים את התנועה הזו למשל על ידי משיכה כבידתית או חשמלית חזקה. תנועה זו גורמת לפתח הימני להזדקן פחות ביחס לפתח השמאלי מנקודת מבט חיצונית. כתוצאה על ידי חציה של חור התולעת מימין לשמאל, ניתן לנוע אחורה בזמן וכך אולי להפר את הסיבתיות. דייויס מציע למקם את הפתח הימני ליד פני משטחו של כוכב ניטרונים – כוכב מאוד צפוף, בעל שדה כבידה חזק. הכבידה החזקה גורמת לזמן לחלוף לאט יותר בפתח זה. וכך חור התולעת יכול לחנות שם בקביעות והפרש הזמן בין הפתחים השמאלי והימני מוקפא. נניח, אומר דייויס, שהפרש הזמן הוא 10 שנים. נוסע שעובר במנהרה של החור בפתח אחד קופץ לעתיד 10 שנים. בעוד שנוסע שעובר בכיוון השני קופץ 10 שנים לעבר ויכול להגיע לנקודת היציאה ממנה הוא בא (אבל לא לעבר שטרם יצירת חור התולעת). כך נוצרה לולאה סגורה בחלל ובזמן.  

הבעיות רק מתחילות. יש לצקת בחור אנרגיה שלילית שמופקת באמצעים קוואנטים (כמו למשל באמצעות אפקט קזימיר), כך שעצם יוכל לעבור דרכו בבטחה. האנרגיה השלילית מאזנת את הנטייה של חור התולעת להידחס לנקודה סינגולארית בעלת אינסוף צפיפות. כלומר היא מונעת מחור התולעת מלהיהפך לחור שחור. כמובן שזקוקים לחומר אקזוטי. החומר הזה יצור אנטי כבידה שתלחם בנטייה הטבעית של מערכת מסיבית להתפוצץ לחור השחור. אנטי כבידה או דחייה כבידתית ניתן ליצור על ידי אנרגיה שלילית או לחץ שלילי. מצבי אנרגיה שליליים ידועים כקיימים במערכות קוונטיות מסוימות, מה שמציע שהחור האקזוטי של תורן לא נשלל לגמרי על ידי חוקי הפיזיקה, למרות שלא ברור האם מספיק חומר אנטי-כבידתי יכול להיות מורכב כדי לייצב חור תולעת. ואם מדובר בחורי תולעת בסקאלה קוונטית שיש להפוך אותם לחורי תולעת גדולים, את אלו ניתן לייצב על ידי פולס של אנרגיה ואז איך שהוא לבצע להם אינפלציה לממדים שמישים. ואולם, חוסר היציבות של החורים הובנה בסוף שנות השמונים ככה חמורה שלא היה ברור באותה תקופה כיצד אדם יכול לנוע דרכם ואפילו פוטון לא יוכל לחלוף דרך לוע חור התולעת. אפילו במהירות האור הפוטון לא יכול לחלוף דרך לוע החור בטרם ילכד בתוכו באזור בעל עקמומיות אינסופית. כל שכן יצור אנושי. גורלו יהיה גרוע אף יותר. חורי התולעת פשוט יקרסו כה מהר לאחר היווצרותם שדבר לא ינצל ממה שחדר לתוכם. אכן הנוכחות של חומר-אנרגיה בתוך חור התולעת מאיץ את קריסתו. נראה שעצם הדינאמיקה של חור התולעת גורמת לו להיות בלתי ניתן לחצייה בעליל.

ב-2008 – עשרים שנה אחרי מאמרם המפורסם של מוריס, תורן ויורטסבר – חוקר רוסי בשם אלכסנדר שצקי הציע לפתע רעיון חדש: מערך אנטנות רדיו מדויק יכול אולי לצוד חורי תולעת ביקום…

 

 

סליחה אלוהים, למה פיזיקאים רוצים להיות אלוהים

האם הגיע הזמן להגדיר מחדש את אלוהים כבעל יכולות מעבר לבורא עולם? ישנם פיזיקאים שמציעים לברוא יקום במעבדתם. למה פיזיקאים רוצים ליצור יקום במעבדה? אולי כדי להיות מעט אלוהים. בשנת 2006 הועלתה הצעה מתמטית ליצירת יקום במעבדה. האם קמה תחרות לאלוהים? כנראה שלא. כי מאז 2006 לא הועלתה הצעה נוספת וגם לא נוצר יקום מתחרה לשלנו לפי מודל זה. לפחות לא ידוע לנו על כך. אפשר לשלוח את שרלוק הולמס עם זכוכית מגדלת ענקית שיחפש במאיץ ההדרונים הענק שבסרן מיני חורים שחורים שמהם יולדו יקומים חדשים וייעלמו כלא היו במהירות הבזק. ואז אולי התיאוריה תקבל אימות היסטורי. בינתיים לא שמענו על שום חדשה מסעירה מעשית בתחום. לא נמצא אף יקום חדש ולא קם איש שיצר יקום כזה (ולו אף הזעיר ביותר) במעבדה.

שמענו שפיזיקאים יצרו חורים שחורים במעבדה, כלומר יצרו במעבדה מודלים שמחקים את ההתנהגות של חורים שחורים כמו למשל חורים סונים. נדמה היה שתגליות אלה סללו את הדרך ליצירת מבנים שמימיים גדולים יותר במעבדה. אולם כלום מכל זה לא ישווה להצעתו של היפני נוביוקי סאקי Nobuyuki Sakai  והקולגות שלו מאוניברסיטת יאמגטה משנת 2006 הם גילו בשעתו דרך מתמטית-פיזיקאלית לשימוש במאיץ החלקיקים כדי ליצור יקום חדש שלם.

לרגל יום הכיפורים מובא הסיפור ומועלית השאלה הבאה: סליחה אדון עולמים אשר במרומים, הפיזיקאים כאן על כדור הארץ הנידח והלא חשוב כל כך הזה, שואלים אותך ריבונו של עולם, מהו המתכון כדי להיות אלוהים בורא העולם?

חשבו נא לרגע על הרעיון של יצירת יקום נוסף. היקום שלנו מהו? הוא בעל מיליארדי-טריליארדי גלקסיות, ומיליארדי-מיליארדי צבירי גלקסיות, ומיליארדי טריליארדי כוכבים ואינסוף הגופים שמאכלסים כל פינה נידחת שביקום שלנו שכמובן אין אנו מכירים אותם ולעולם גם לא נכירם. מכיוון שהיקום הוא בן 13.7 מיליארד שנה (כך אנו חושבים לפחות), אנו יכולים להכיר רק את החלק הזעיר של היקום שהחזיר את האור (שנע במהירות סופית וקבועה) שהספיק להגיע עד אלינו בזמן זה. ובכן ב-2006 אמרו לנו חוקרים יפנים שהם גילו דרך ליצור יקום מבראשיתו (כך שיגדל לממדי ענק אלו ביום מן הימים) ויהיה שכן נאמן ליקום שלנו. וזאת מבלי שהם מכירים את רוב רובו של יקומנו על החומר האפל שלו והאנרגיה האפלה שלו, ובייחוד כיצד הוא פועל.

ראשית, הרעיון של יצירת יקום נוסף (למה בכלל ליצור יקום נוסף? כי נמאס לנו כבר מהיקום שלנו?) הוא לא חדש. הרעיון הוא בעל היסטוריה ארוכה. אנשים החלו להרהר משחר ההיסטוריה מה יקרה אם נשים כמות עצומה של חומר או אנרגיה במקום אחד במעבדה ונירה לכיוונה בתותחים קליעים ברעש עצום. האם נוכל לרכז מספיק אנרגיה עצומה כדי ליצור מפץ גדול? לאלוהים הפתרונים. שבנו בדחילו ורחימו לאלוהים. מסתבר שכל החלקיקים שניצור בתהליך כזה ימשכו זה את זה ויקרסו תחת הכבידה של עצמם. במקום ליצור יקום במעבדה יצרנו חור שחור. שוב עלינו לבקש סליחה מהאל על שאנו רוצים לשחק במשחק הבריאה.

ב-1981 אלאן גוט מה-MIT הציע את רעיון היקום האינפלציוני. פירושו של דבר שהיקום עבר דרך תקופה של התפשטות מהירה בדיוק אחרי המפץ הגדול. איך היקום עובר אינפלציה? אף אחד לא יודע. ניצור יקום חדש במעבדה ונגלה כיצד. לפתע התעוררו תיאוריות יצירת היקום במעבדה. סליחה ריבון עולמים, אנחנו שבים למשחק הבריאה.

פיזיקאים הציעו שהואקום (מלאכותי, מזויף ועוד מיני מונחים כאלה) או המרחב-זמן הריק הוא לא ריק ככלות הכל, אלא הוא נתון לפלוקטואציות קוונטיות שגורמות לבועות מוזרות להופיע בזמנים אקראיים. בועות אלה של המרחב-זמן הן בעלות תכונות מוזרות. למשל, הן יוצרות כוח כבידה דוחה בתוכן, מה שגורם למרחב-זמן של הבועה להתנפח. גודל הבועה לא משתנה עבור צופה מבחוץ. הגידול מתרחש רק בתוך בועה עבור צופה בתוך הבועה. בגלל שהלחץ בתוך הבועה הוא תמיד נמוך יותר מהלחץ בחוץ, בועות שמתחילות לגדול מתחת לגודל מסוים קורסות תחת המתח של דפנות הבועה בטרם החלל שהן מכילות מספיק להתפשט. כלומר, אם הבועה היא קטנה מידי, דפנותיה תמיד יטו לקרוס פנימה. לגבי בועות גדולות יותר, תיאורטית הן יכולות אמנם לגדול לממדים קוסמולוגיים, אולם הן צריכות דחיפה התחלתית בטרם הן תתפשטנה. ביקום הקדום שלנו דחיפה זו סופקה על ידי המפץ הגדול – נקודה בעלת צפיפות אנרגיה אינסופית. שחזור נקודה כזו במעבדה היא הבעיה. ברוכים הבאים למעבדה של אלוהים. שוב סליחה ריבונו של עולם, החוקרים גילו בועות והם חושבים שהגיעו לפתרון הבריאה. הם מתחילים לשחק במעבדה עם כמה משוואות קוסמולוגיות.

ב-1989 ווילי פישלר, קוסמולוג מאוניברסיטת טקסס באוסטין והקולגות שלו, גילו דרך עוקפת לבעיית שחזור נקודת המפץ הגדול במעבדה. הם הראו שאותם תהליכים קוונטיים אקראיים שיצרו את הבועה הקוונטית גם יאפשרו להפוך אותה ספונטאנית לגדולה יותר. ברגע שבועה גדולה יותר זו התפרצה החוצה, היא יכלה לעבור אינפלציה ליקום חדש ללא צורך בתהליך דחיפה ממקור בעל אנרגיה אינסופית. האם פרצנו את הסיסמא “סומסום היפתח” למעבדה של אלוהים? מסתבר שעדיין לא. כי נותרה בעיה אחת. כמו תמיד.

המעבר הספונטאני מבועה זעירה לבועה בממדים גדולים יכול להתרחש במשך זמן רב. והבועה ההתחלתית נוטה לקרוס תחת המתח של דפנותיה בטרם היא ממירה את עצמה לבועה גדולה יותר.

אומנם נראה היה שרק צריך ליצור בועה קטנה ואז לנפח אותה מהר כמו בלון ליקום ענק. אולם עברו שנים רבות והמפתחות למעבדה של אלוהים נשארו בגדר תעלומה ולא נמצאו. והנה נראה היה שב-2006 החוקרים מיפן מצאו סוג של מפתחות. סאקי הציע להשתמש במונופול מגנטי – חלקיק כדורי מוזר שמכיל שדה מגנטי צפוני או דרומי, בעל מסה עצומה שמרוכזת בנפחו הזעיר ובעל צפיפות אנרגיה עצומה שנוצרת על ידי שדה היגס. אנרגית היקום צבורה בשדות מסוגים שונים, כאשר אחד מהם קרוי שדה היגס: הוא אחראי לכך שצפיפות האנרגיה בתוך הבועות תהיה קבועה. אם נספק למונופול מספיק אנרגיה הוא יתחיל בתהליך האינפלציה. כיצד נגרום לו להיכנס לאינפלציה? אם מונופול שמרחף בחלל יתנגש בגוף מסיבי אחר הוא יצבור את המסה שדרושה לו כדי לגרום לאינפלציה. מי המועמד להתנגשות? מיתר קוסמי – קרע משוטט של המרחב-זמן. עוד לא פגשנו במיתר כזה, אבל מיתרים קוסמיים – כך מספרים לנו – נוצרו כתוצרי לוואי של המפץ הגדול. נניח שאנחנו רוצים משהו יותר קונקרטי ממיתרים. סאקי מציע שניתן לגרום לאינפלציה על ידי חלקיקים שממטירים אותם במונופול במאיץ חלקיקים. זה יוסיף מסה וכך אנרגיה למונופול ויגרום לו להתנפח ליקום לחלוטין חדש.

נניח שיצרנו כזה יקום במעבדה. איפה נשמור אותו, בארון? זה לא כל כך ילך. הוא גודל וגודל וגודל… לסאקי יש פתרון גם לזה. בתחילה תהליך יצירת היקום מעוות כל כך את המרחב-זמן, כך שהחלל בכלל מעבד את הגיאומטריה הרגילה שלו. זה בכלל לא כאילו שהיקום יתנפח ויבלע אותנו. מזל. חוץ מזה ליקום שנברא יש את המרחב-זמן משלו, ומרחב-זמן זה הוא לגמרי אחר משלנו – והוא-הוא זה שמתנפח. הסירו דאגה מלבכם. המרחב-זמן הזה שמתנפח נקרא בשם “ואקום מלאכותי”. ואילו הואקום שלנו הוא הואקום האמיתי.

אתם יודעים זה מזכיר את האתר של המאה ה-19. במאה ה-19 נהגו לכנות את המערכת באתר המערכת האמיתית ואילו את כל שאר המערכות שנעות יחסית לאתר, בשמות גנאי: “נראה”, “מלאכותי”, “לכאורה”, וכולי. אז חזרנו לאתר? במידה מסוימת כן. כבר אמרו את זה מזמן ברגע שהציעו את החומר והאנרגיה האפלים.

אלוהים ישמור. כן במעבדה. אם כן אמרנו שהיקום שבראנו הוא בעל מרחב-זמן משל עצמו, שעובר אינפלציה. ואז הלחץ מהואקום האמיתי מבחוץ על דפנות היקום בעל הואקום המלאכותי שבראנו ממשיך להגביל אותו. הכוחות (אינפלציה מול לחץ מהואקום האמיתי) מתחילים להתחרות זה בזה והיקום נאלץ ליצור בועה מהמרחב-זמן עד אשר החיבור היחיד ליקום שלנו הוא באמצעות תעלת מרחב-זמן צרה שקרויה חור-תולעת. צופה שיושב על המונופול יראה את היקום מתפשט לכל עבר, בדיוק כפי שהיקום שלנו עשה בעת המפץ הגדול. ואילו צופה מבחוץ למונופול, שיושב במעבדה ביקום שלנו ומביט על היצירה, יראה את התיאור שלמעלה. ברגע שהיקום ייפרד משלנו הוא ינעל בתוך חור שחור שלא נראה שיגדל בגודלו. חור שחור זה יפלוט קרינת הוקינג ומהר מאוד יתאדה מהיקום שלנו. היקום החדש ימשיך לגדול במרחב-זמן משלו, אבל יותיר מאחור שובל זעיר של נוכחותו ביקום שלנו. אנו יצרנו את הדבר הזעיר הזה, ולפני שהרגשנו הוא כבר התעופף… למעשה, הוא יעלם כה מהר, שלא ברור האם נוכל לוודא שיצרנו אותו בכלל.

 

מכאן.

וכך במאיץ ההדרונים הגדול של סרן (לכשיפעל מחדש) הפיזיקאים אולי יוכלו לגלות מיני חורים שחורים זעירים לאין שיעור, שמהם אולי יצוצו או יוולדו יקומי תינוקות שכאלה. יקומים אלה ייעלמו במהירות הבזק עוד לפני שהפיזיקאים יוכלו לומר את המשפט: “סליחה ריבון עולמים על ששחקנו במשחק הבריאה”. ואז לרגע קט הם ירגישו מה זה להיות אלוהים.

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)