האם פיזיקת החלקיקים התמכרה לחברים דימיוניים? 4177
סבינה הוסנפלדר טוענת שחקר החלקיקים האלמנטריים הפך לאוסף יקר של ניסיונות כושלים לפתור בעיות מדומיינות
הפיזיקאית הגרמניה ד"ר סבינה הוסנפלדר מתארת בסרטון שפרסמה, כיצד עיקר עיסוקם של הפיזיקאים בתחום החלקיקים האלמנטריים בחמישים השנים האחרונות נע סביב תאוריות מסובכות ומיותרות, שצומחות מן הסיבות הלא נכונות ומופרכות אחת אחרי השניה בניסויים יקרים ומתוקשרים.

הוסנפלדר מתייחסת לרשימה ארוכה של חלקיקים ותהליכים שקיומם נחזה, אך תצפיות אסטרונומיות וניסויים במאיצי חלקיקים כשלו מלאתר אותם. היא מביאה לדוגמא את החלקיקים הסופר־סימטריים, דעיכת הפרוטון, חלקיקי החומר האפל, sterile neutrinos, familons ,WIMPs, unparticles ואקסיונים.

היא מסבירה שהחלקיקים שכן התגלו בעשרות השנים האחרונות: קווארק t, חלקיקי ה-W, Z ובוזון היגס, הם אלו שהמודל הסטנדרטי של החלקיקים האלמנטריים ניבא את קיומם לפני 50 שנה ומעלה. כיום, טוענת הוסנפלדר, לא נותרו בעיות אמיתיות החותרות תחת מודל זה. כל הניסיונות התאורטיים להרחיבו, לא רק שהכזיבו, אלא גם שקשה לתארם כמדעיים.

מה שמניע תיאוריות אלו (מלבד העניינים האנושיים הרגילים), היא האמונה שחוקי הטבע הבסיסיים אמורים להיות אסתטיים. תפיסה זו מנסה לזהות בטבע כמה שיותר סימטריות מתמטיות, וכמה שפחות פרמטרים פיזיקליים "שרירותיים". איחוד הכח החזק, החלש והאלקטרומגנטי למשל, השאיר את הגרביטציה מאחור ובכך הביא לצרימה שהיא אסתטית בעיקרה. זה הביא לפיתוחן של "תיאוריות שדה מאוחד" מרובות, אשר גררו ניסויים יקרים שכשלו באישוש כל אחת מהן.

היא מתארת את תהליך החיפוש, הלא מדעי לטענתה, של פיזיקאים אחרי "החברים הדימיוניים שלהם":
טיעונים אסתטיים מביאים לפיתוח תיאוריה חדשה, שבנויה להניב תוצאות ניסיוניות שונות מן המודל הסטנדרטי באזורים בהם הוא טרם אושש ניסיונית - אנרגיות גבוהות יותר, מיכשור רגיש יותר. בשלב הבא עורכים ניסוי יקר באזור כזה. הניסוי מאשש פעם נוספת את המודל הסטנדרטי במקום את התיאוריה החדשה. עתה משנים יוצריה של התאוריה (או יורשיהם) את הפרמטרים שלה כך שסטיית תחזיותיה מאלו של המודל הסטנדרטי תידחה לאזור חדש ויקר יותר. בבוא הזמן והכסף נבדק גם אזור זה, רק כדי להניב בדיוק את אותה התוצאה.

בספרה: "Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray" שיצא בשנת 2018, מתארת הוסנפלדר את הבעיות הפתוחות כיום בפיזיקה בסיסית. היא מחלקת אותן לפסאודו־בעיות, כדוגמת שאלת חולשתו של כח הגרביטציה ביחס לשלושת האחרים, ולבעיות פיזיקליות אמיתיות, שאותן היא מחלקת לשני סוגים: אלו הנובעות מחוסר עיקביות פנימית של התיאוריה, כדוגמת בעיית המדידה בתורת הקוונטים, ובעיות בהן ישנה סתירה בין התאוריה לניסוי, כבבעיית החומר האפל. הוסנפלדר ממליצה כמובן להטות את המשאבים ואת תשומת הלב הציבורית לשני הסוגים הללו.
קישורים
הסרטון של סבינה
ספרה של הוסנפלדר
פרסום תגובה למאמר

פרסומים אחרונים במדור "מדע"


הצג את כל התגובות | הסתר את כל התגובות

758561
שבע וחצי שנים מאז תגובה 668911 ממשיכים לחפש כדורי דבק. פרויקט GlueX [Wikipedia] מפיק נתונים ברמה איכותית מאז 2016 ועדיין נאדה.
758594
ואולי הם כבר מצאו כאלה?
758632
''אולי'' לא נחשב.

אלו ראיות נסיבתיות, שכדור הדבק הוא הסבר אפשרי להן.

לפי ויקיפדיה יש כמה ''מועמדים'' לכדור דבק במספר תוצאות ניסויים. רק שניים-שלשה עד כה נחשבים מועמדים טובים.
758636
ה'אולי' מדבר על חוסר הוודאות שלי, לא בהכרח של המדענים שעוסקים בנושא.
ולגבי 'ראיות נסיבתיות' - לצערי, וזה אכן מבאס, כבר לא מעט שנים גילוי של חלקיק באנרגיות גבוהות הוא תוצאה של זיליוני ניסויים ואלפי חישובים ופילוחים סטטיסטיים שבסוף מתבטאים באיזה גרף עלום שיש בו איזו בליטה כלשהיא בסבירות של כך וכך סיגמה.

הכי ראיות נסיבתיות, אבל זה מה שיש. זה גם מה שהיה עם ההיגס, וזה הספיק.
758639
במאמר שקישרת יש הפרש בין שני סטים של תוצאות ניסויים שונים. המאמר טוען שההסבר להפרש הוא כדור הדבק. תסכים שזה רק הסבר אפשרי אחד מתוך הרבה. לכן ה "אולי".
המאמר כלל לא עוסק בתצפיות ישירות שיכולות להעיד על כדור דבק, כמו התצפיות הישירות שהיו בסיס להכרזה על גילוי ההיגס. שים לב לשפה החד משמעית בה מתואר גילוי ההיגס בויקיפדיה :
By March 2013, the existence of the Higgs boson was confirmed
לעומת השפה המאוד זהירה שהיא נוקטת כלפי כדורי הדבק:
In particle physics, a glueball (also gluonium, gluon-ball) is a hypothetical composite particle.
ובתוצאות הניסויים:
Some of the candidate particle resonances that could be glueballs, although the evidence is not definitive, include the following:

לי אין בעיה עם ההיגס, כי הוא לא נושא מטען צבע.
758595
וכשימצאו חלקיקים כאלה שגם מפגינים סופר-סימטריה, אני כבר יודע איך יקראו להם :)
הלפטונים דורשים את חלקם בעוגה התקציבית 758616
המאיצים הגדולים כיום מאיצים פרוטונים ולפעמים אלקטרונים. חיסרון אחד של הפרוטונים הוא שאין הם חלקיקים נקודתיים, ובהתנגשויות מתחלקת אנרגיית ההתנגשות בין מרכיביהם, מה שמקטין את האפשרות לקבל ריכוז נקודתי של אנרגיה גבוהה ליצירת חלקיקים חדשים. אלקטרונים הם חלקיקים נקודתיים, אבל מסתם הנמוכה מאוד מגבילה את אנרגיית ההתנגשות שלהם. חיסרון של שניהם הוא שכחלקיקים בעלי מטען חשמלי, האצתם במעגל גורמת להם להקרין החוצה חלק משמעותי מן האנרגיה שלהם.

פרופ' נימה ארקאני-חאמד מפרינסטון מציע לבנות מאיץ מיואונים. מיואונים הם נקודתיים כמו אלקטרונים, אבל כבדים מהם פי 200, מה שמאפשר להשיג מהם אנרגיית התנגשות גבוהה במהירויות נמוכות יותר ומכך גם איבוד מועט יותר של אנרגיה.
חסרונות: הביוגרפיה של חציים מתפרשת על פני שתי מיליוניות שניה של עשייה דלה. כדי להאריך תקופה זו, יש להאיצם למהירויות שקרובות למהירות האור, אבל כדי לרכז כמות מספיקה מהם, יש להאיטם. בקיצור, שפע של משרות, כנסים וכתבות שער מבטיחות.
מה מצפים להשיג? בגדול, אסתטיקה מתמטית.
קריסת הטיטן 759543
בעקבות האירוע, שאל אותי בן משפחה אמריקאי האם התיאור לפיו הקריסה לקחה כ-‏2 ננושניות,"לפני שהם יכלו לחוש משהו", אינה שגויה. טענתו היא שבגלל דחיסיותם האפסית של מים1, תנועת המים היא תוצר של כבידה והתמדה, ללא תרומה משמעותית של כוחות אלסטיים. מכאן שבהנחה שקריסת הדפנות והתקרה היו מיידיים (הן עשויות מחומר לא גמיש), אזי כדי לנוע מטר וחצי (נניח) ממצב מנוחה, נדרשת כחצי שניה.
נראה לי שהוא צודק, לא כן?

1 וגם זה
קריסת הטיטן 759546
אני לא מבין את הטענה.

לפי עקרונות הפיזיקה האינטואיטיבית (ענף שחידשתי לא מזמן, בעקבות אריסטו), כשאתה מסתכל על מולקולת מים שצמודה לדופן הצוללת, מופעל עליה כוח פרופורציונלי ללחץ ההידרוסטטי. ברגע שהוא לא מנוטרל ע"י הדופן שהתפרקה, תאוצת אותה מולקולה, וכמובן גם שכנותיה, פרופורציונלית לאותו לחץ.

איל לי יותר מדי חשק‏1 לערוך את החישוב, אבל בעומק של 4 ק"מ הלחץ הוא כ-‏400 אטמוספרות , ואותה פיזיקה אינטואיטיבית טוענת שהוא מעניק תאוצה גבוהה מאד (הלחץ הנגדי זניח לכל אורך התהליך, כי האויר אינו כלוא במהלך הקריסה). האם אני מבין נכון שאתה והאמריקאי סבורים שמה שקובע הוא תאוצת הכבידה g בלי קשר לעומק?
___________
1- בהתאמה לעקרון יסוד של הפיזיקה האיטואיטיבית: speak up and do *not* calculate!
קריסת הטיטן 759549
אם על המים פועל רק כח הכבידה וההתמדה, אז למה כשאני מכוון צינור גינה כלפי מעלה - ופותח את הברז - המים פורצים במהירות למעלה? הרי הכבידה דווקא פועלת נגדי, והמים מתחילים במצב מנוחה.

בקיצור, כמו שהשוטה כתב, לא התחשבת בלחץ המים.
קריסת הטיטן 759553
גם לי הננושניות האלה נראות מאוד מוגזמות.
אם חשבוני אינו מטעני, האור בכבודו ובעצמו עובר מטר אחד ב-‏3 ננושניות.
אז אלא אם מולקולה כלשהיא נעה שם בעשרות אחוזים ממהירות האור - מאד מאד לא סביר, עם כל הכבוד ל-‏400 האטמוספירות - נשמע שמישהו פספס שם כמה אפסים.
קריסת הטיטן 759556
תודה למשיבים. זה גם מה שאני חשבתי תחילה. אבל דמיינו שבמקום תחת עמוד מים, מחזיקה הצוללת מעמד תחת לחצו של מגדל אבן שגובהו כמה מאות מטרים, שניצב בתוך שדה חיטה.
אלא שעת קציר היא לנו. לא חולף זמן רב בטרם נוטלת הרוח גבעול מן הקמה ומניחה אותו מעדנות על ראש המגדל. המשקל הנוסף מכריע יריעות הטיטניום וסיבי הפחם של הצוללת.
עצום ככל שהיה לחצו של המגדל על שלדת הצוללת, קריסתו אל תוך חללה של הצוללת אינה יכולה להתרחש במהירות העולה על זו של נפילה חופשית, לא כן?
קריסת הטיטן 759558
אני עם השוטה. המים אינם נופלים לתוך הצוללת. דמיין לא מגדל אלא מלחציים וביצה. כח המלחציים אינו כח הכובד. ברגע שהביצה קורסת מבנית המהירות ששני צדדי הקליפה שלה ייפגשו לא תלויה ב G (כל עוד המלחציים ממשיכים ללחוץ).
קריסת הטיטן 759559
אולי אני מפספס משהו, אבל גם בדוגמא שלך, האין g (תאוצת כח המשיכה, שהיא קצת פחות בעשר מטר לשניה בריבוע בגובה פני הים) תלוי ביחס ישר ב-M (מסת הגוף המחולל את שדה הכבידה)?
קריסת הטיטן 759578
רדיוס כדור הארץ הוא כ-‏6,400 ק"מ. חמש מאות מטרים משנים משום כך את g רק בכ0.02%.
קריסת הטיטן 759593
לא הסברתי את כוונתי מספיק טוב.
מגדל האבן, בהנחה שהוא מוצק לחלוטין (הנחה חזקה), נופל בתאוצת g.
הצוללת נמצאת תחת לחץ של מים נוזלים ודחוסים‏1, ודימיתי את את הלחץ הזה (לפחות בעיני רוחי) למגדל אבן הנתון לכבידה של פי 300 מזאת של פני הים.
מהירות פריצת המים לצוללת (או קריסת הדפנות) אינה בסד״כ של ננו שניות, אך עדיין מהירה הרבה יותר מנפילת המגדל התאורטי‏2.

____

1. שמעתי שמים לא ניתנים לדחיסה תחת לחץ, אך אם זה היה לגמרי נכון גלי קול לא היו מתפשטים בהם.
2. אני מניח שבמציאות גם המגדל נדחס במידת מה כמו קפיץ לכיוון מרכז המסה. שחרור הלחץ הפתאומי בתחתית המגדל ״תשחרר את הקפיץ״ והמגדל יתארך במידת מה בצורה שקצת תאיץ את הנפילה ביחס ישיר למשקלו. אבל אין מושג איך לחשב את האפקט הזה‏3 על מהירות הנפילה הכללית.
3. הפקטור של התארכות המגדל ותוספת התאוצה של החלק היחסי של מסת המגדל שנע כלפי מטה בגלל אפקט הקפיץ.
קריסת הטיטן 759560
יש ניסוי יותר רלוונטי לעניין הצוללת והחלק היפה הוא שכל אחד יכול לבצע אותו בבית ב 5 דקות.
1. מה לדעתך יקרה אם הבקבוק יהיה בגובה 1000 מטר? לדעתי סילון המים יהיה חזק בהרבה ממה שנראה בתמונה, וזה מה שהתרחש בצוללת ברגע שנוצר בה חור.
2. מכיוון שחורים בגבהים שונים מייצרים סילון מים שמגיע למרחק שונה, בהכרח מהירות המים ביציאה מכל חור היא שונה.
3. המים בתוך הבקבוק נעים במהירות שקרובה לאפס (ביחס למהירות אחרי היציאה מהחור)‏1. לכן התאוצה באיזור של כל חור איננה שווה ל g אלא תלויה בעומק המים.

איפה אני טועה?

1 אפשר לפזר חלקיקים שצפים במים כדי ממש לראות את זה בעין. נניח גרגרי חול?
קריסת הטיטן 759569
ועדיין הסקאלה של נאנושניות נשמעת מוגזמת בכמה סדרי גודל, הלא כן?
קריסת הטיטן 759570
נשמע לי כמו סתם ציטוט לא נכון. בכתבה של ה bbc מצטטים מומחה שמדבר על מילישניה אחת.
קריסת הטיטן 759571
זה כבר הרבה יותר סביר (פי מיליון יותר סביר, לא רק מטאפורית).
זה אומר קילומטר בשנייה, שאלו גם סדרי הגודל של גל פיצוץ כימי רגיל.
קריסת הטיטן 759573
ייתכן מאד ש"ננו" כאן מתפקד כאילוסטרציה ("זיליונית") אבל העניין העיקרי לפנינו הוא הטענה שהתאוצה של המים אל תוך טיטאן היא g. ניסיתי לשכנע את GPT לבצע עבורי את החישוב אבל הוא מסרב בטענות לא ענייניות. אני מקווה ש GPT-4 יהיה יותר ידידותי.
קריסת הטיטן 759574
מספרית, הטעות מהנחת G כתאוצה קטנה (הרבה‏1) יותר מהטעות של הנאנושניות.
מסכים כמובן שהתאוצה היא הרבה יותר מ-G (והרי אם במקום צוללת שמוקפת מכל צדדיה במים, היה לנו תא קובייתי (שאמור-להיות-)אטום באותו עומק, אבל שהוא חלק מעמוד בטון מתחתיו ומעליו כך שהוא "רואה" מים רק מהצדדים, והתא - *אבל לא העמוד* - היה קורס, מהירות הקריסה היתה תלויה רק בלחץ המים שכיוונו מאונך לכיוון כבידת כדור הארץ. במקרה הזה אולי יותר ברור שהלחץ הוא המשפיע ולא הגרביטציה.)

1 פי אלף לפחות.
קריסת הטיטן 759579
אתה יכול לגשת אל -gpt4 בחינם דרך Bing.
קריסת הטיטן 759577
נראה לי שאתה צודק.
האופן בו אני רואה זאת הוא שהמגדל עשוי מחומר מוצק. במוחצו את הצוללת צריכים כל חלקיו לנוע ביחד בקצב המוגבל לזה של נפילה חופשית. בנוזל לעומת זאת ממלאים מים מן הצדדים את מקומם של אלו שעברו אל חלל הצוללת, מה שמשמר את הלחץ הגבוה. תהליך זה מבטיח שהלחץ הדינמי אינו נופל משמעותית מזה הסטטי. ירידת פני הים במקרה זה היא זניחה כך שכל נושא הנפילה החופשית אינו רלוונטי לתהליך זה. אם הסבר זה נכון אזי אילו היתה הצוללת נמחצת בתוך צינור מים שגובהו כעומק בו טבעה ורוחבו כזה שלה, היתה תנועה זו מוגבלת לנפילה חופשית. אפשר לאשש זאת בניסוי ביתי עם מצלמה מספיק מהירה אולי עם שימוש בגרגירי חול (או לפתור את משוואות אוילר).
קריסת הטיטן 759580
אז מה אם מדובר על מגדל בתוך המים? (למרבה הפלא לא מצאתי אצלו עיסוק במשהו דומה לצוללת שלנו. אבל תנועה במהירות שקרובה למהירות האור בהחלט חביבה עליו).
קריסת הטיטן 759586
שיכנעתי אותו בכך והוא שלח לי את חוק טוריצ'לי, לפיו אפשר להעריך את משך ההימחצות.
בהנחה שדפנות הצוללת קרסו בבת אחת בעומק 3,500 מטרים (ולא 500), מקבלים שזה קרה במהירות 260 מטרים לשניה. מאחר וגובה הצוללת היה 2.5 מטרים, הקריסה נמשכה מאית שניה.

חזרה לעמוד הראשי פרסום תגובה למאמר

מערכת האייל הקורא אינה אחראית לתוכן תגובות שנכתבו בידי קוראים