נוזל-על: האם אפשר לעבור דרך קירות?

האם אפשר לעבור דרך קירות?

עד לפיזיקת הקוונטים רק במדע-בדיוני היה ניתן לעבור דרך קירות • היום המדע מכיר בכך שכולנו יכולים לעבור דרך קירות (בהסתברות אפסית, אמנם) • אבל יש חומרים שמול עינינו מראים לנו שאפשר לעבור דרך מחיצות, כאילו הן לא היו קיימות • חומר של אטומים מתרוצצים הופך לחומר של אטומים באחדות מלאה, שקוראים תיגר על המציאות שאנחנו מכירים • הכירו את נוזל העל

לפני כמה ימים צפיתי בפרק של BBC Horizon בשם "מהי מעלה אחת" (What Is One Degree). הפרק עסק במשמעות של חום, טמפרטורה, של כל דבר. למשל, אחד הדברים שנאמרו שם, הוא שככל שדבר חם יותר, התנועה בקרבו מהירה ביותר: תנועה מהירה יותר = יותר חם. האטת התנועה = יותר קר. כך מסתבר, שהתנועה הפנימית שבתוך כל חומר הולכת ופוחתת ככל שמקררים אותו. והיה מסתבר שבטמפרטורה מסויימת, החומר יגיע לעצירה מוחלטת של תנועה החלקיקים שלו, ויקפא על שמריו -- תרתי משמע. הטמפרטורה הזו קרויה "האפס המוחלט": מינוס 273.15 מעלות צלזיוס (או: 0 קלוין).

אלא, שאי אפשר להביא חומרים לטמפרטורה הזו (שבה חלקיקיהם יהיו במנוחה מוחלטת), אלא רק לטמפרטורה קרובה מאוד אליה. זה מזכיר קצת את מהירות האור, שאי אפשר להגיע אליה, אלא רק למהירות קרובה אליה. אך בעוד שכדי להתקרב למהירות האור יש צורך, כיום, במאיצי חלקיקים, ואת התוצאות רואים על המחשב, הרי שאת התוצאות של התקרבות ל"אפס המוחלט" אפשר לראות בעיניים ממש, וכאן היה הקטע המעניין יותר בפרק הנ"ל:

כשמקררים הליום (הגז הידוע שנמצא בבלונים הידועים…) עד לטמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט, מתקבל "נוזל-על", שתכונותיו שונות מאוד מנוזל רגיל, או מכל חומר רגיל שאנחנו מכירים: החומר הזה מסוגל לעבור דרך מחיצות! (יצויין שלפי פיזיקת הקוונטים, גם אנחנו יכולים לעבור אפילו דרך קירות, למרות שהאחוז להתרחשות כזו הוא אפסי, עדיין הוא קיים מדעית)

לפניכם קטע הוידאו הרלבנטי מהפרק הנ"ל, בתוספת תרגום חופשי:

תמליל הקטע הנ"ל:

" …אפילו אם אי אפשר להגיע אל טמפרטורת ׳האפס המוחלט׳, רוברט הבטיח שהוא יביא אותי קרוב לזה: להפוך הליום לנוזל בטמפרטורות שבהן חוש המציאות הרגיל שלנו מתהפך לגמרי."

- וכאשר הלחץ נופל מההליום, הטמפרטורה שלו צונחת, ובסופו של דבר זה ירד אל בערך 2.17 מעלות מעל האפס המוחלט, ודבר מופלא קורה שם, כאשר הוא הופך מההליום הרגיל הזה,  להליום שקרוי: נוזל-על.

-  ומה קורה אז? זה נעשה כאילו דומם? כן

- דומם לגמרי, כן

- הו, וואו! הנה

- זה לגמרי דומם. זה נעשה דומם לחלוטין.  זה עכשיו יושב שם בטמפרטורה של 2.17 מעלות מעל אפס מוחלט.

- וואו, זה דומם לגמרי! בלי בועות בכלל

- בגלל שכל הנוזל מונח בטמפרטורה אחידה

- אז מה אני רואה? זה כמעט לא נראה כמו נוזל

- לא, מה שקורה הוא שכל אטום בודד של נוזל ההליום הזה, שמונח שם, מתנהג במה שקרוי ״מצב שיתוף פעולה״. הם כולם מתנהגים באחידות כך שבשומקום אין טמפרטורה שונה,  הכל באותה טמפרטורה בדיוק בכל מקום בתוך הנוזל הזה.

"כשאטומי ההליום הופכים לנוזל-על ב׳טמפרטורה הקריטית׳ הזו, הטבע הקוואנטי היסודי שלהם מציג את עצמו. במקום אטומים יחידים שמתרוצצים, האטומים נעים יחדיו, כאילו היו כולם בדעה אחת".

- טוב, בן, תרים את הדלי משם ונראה מה קורה

"בעוד שבדר"כ דלי מזכוכית מוצקה עוצר את שפיכת נוזל ההליום דרכו, כשהוא נעשה נוזל-על, עצם הרעיון שדברים הם מוצקים, כבר לא מחזיק"

- הסתכלו על תחתית הדלי. האם אתם רואים טפטוף שיוצא ונופל החוצה?  זהו נוזל העל של ההליום שעובר דרך התחתית. התחתית החזיקה את ההליום הרגיל, אבל בגלל שזהו נוזל-על, הוא נופל דרך התחתית, ואפשר לראות את הטפטוף יוצא ונופל החוצה. אפשר לראות אותו נשפך

"עכשיו, זה ממש מוזר: בתור נוזל-על, לנוזל ההליום אין צְמיגוּת, אז במקום להיות מוחזק באמצעות התחתית המוצקה הזו, הוא עכשיו פשוט עובר דרכה".

- זה אפקט קוואנטי אמיתי!

- זה כמו חלון לעולם מכניקת הקוונטים.

- ממש

- איזה מחשבה מדהימה שהאמת היא, שזו ההתנהגות האמיתית של החומר: כל החומר שאנחנו עשויים ממנו, זו למעשה דרך ההתנהגות שלו. וההתנהגות הטבעית האמיתית שלו, נעשית מוזרה בטמפרטורה הזו, בגלל כל הויברציה, וכל אנרגית החום. זה באמת מה שאנחנו עשויים ממנו: אנחנו עשויים מחומר מוזר כזה.  זה משגע, נכון?

- זה גם מאוד קר. זה ב-2.17 קלוין, או 2.17 מעל ׳האפס המוחלט׳, וזה למעשה קר יותר מהחלל החיצון.

מאמרים רלבנטים: