בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו
 

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

לקרוא ללא הגבלה, רק עם מינוי דיגיטלי בהארץ  

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

המדען שהעלים אירוע מהעבר מקווה לשנות את תפישת המציאות

ד"ר מוטי פרידמן הצליח לבצע מניפולציה בזמן ובאור ולהסתיר מעבר של קרן אור בין נקודות. לדבריו, ארוכה הדרך לפנטזיות המוכרות מספרי מדע בדיוני

56תגובות

נסו לדמיין אירוע שמתרחש לנגד עיניכם, אבל אינכם יכולים לראותו – חשבו על אדם שעוטה על עצמו גלימה והופך בלתי נראה או על גנב הגונב יצירת אמנות ממוזיאון מבלי שיימצא לכך תיעוד במצלמות האבטחה. את הפנטזיה הזו, בזעיר אנפין, הצליחו חוקרים מאוניברסיטת קורנל לבצע לפני כשנתיים. החוקרים לא רק הצליחו להסתיר את האירוע עצמו – מעבר של קרן אור מנקודה אחת לאחרת - אלא גם את עצם היעלמותו.

אחד משני החוקרים שהובילו את המחקר, ד"ר מוטי פרידמן (35), מרצה בכיר בפקולטה להנדסה ובמכון לננו־טכנולוגיה וחומרים מתקדמים באוניברסיטת בר אילן, מקים בה בימים אלה מעבדת פיזיקה מסקרנת במיוחד. "אני מחפש סטודנטים שיבואו לעבוד איתי. אנחנו ממש בתחילת הדרך ומקווים להגיע להרבה דברים מעניינים", הוא מספר ל"הארץ".

הוא כנראה לא יתקשה למצוא כאלה - מחקר שפרסם בכתב העת Nature ב–2012 עורר עניין רב בקהילה המדעית. פרידמן הצליח לבצע מניפולציה בזמן ובאור, ליצור "חור בזמן" ולהסתיר את קיומו של אירוע קצר - מעבר של קרן אור מנקודה אחת לאחרת. שמה של התופעה המלאכותית הוא "הסתרה זמנית" (Time Cloak), ובמעבדה החדשה מתכוון פרידמן להגדיל בהרבה את טווח ההסתרה.

תיאוריות היחסות של איינשטיין מראות כי כוח משיכה יכול לגרום לזמן להאט את הקצב. במחקר שפרסמו הדגים פרידמן דרך לעצור את הזמן לחלוטין, או ליתר דיוק להעניק מראה של עצירה, על ידי כיפוף אור, כדי ליצור חור בזמן. האירוע שהתרחש בגבולותיו של החור הזעיר התקיים במציאות, אך לא ניתן היה לראותו ולא להרגיש בקיומו גם במימד הזמן.

מוטי מילרוד

העיסוק במושגים כאלה מזכיר ספרי וסרטי מדע בדיוני ומזמין הפלגה בתהיות פילוסופיות על הקשר שבין ההכרה האנושית לעולם שבחוץ. אלא שהמדע, משבית שמחות ידוע, מספק התאת הסחורה רק במנות קטנות, במקרה הזה מיקרוניות ממש: מה שהצליח לעשות פרידמן במעבדה שבבית הספר לפיזיקה יישומית באוניברסיטת קורנל קרה מהר מאוד, אפילו לא כהרף עין. החוקרים הסתירו אירוע לפרק זמן של 50 פיקו־שניות (אחד חלקי טריליון של שנייה).

את האירועים שמתרחשים אנחנו קולטים כאור שמגיע לעינינו, בדרך כלל בזרימה רציפה, ומתרגם את עצמו במוח. החוקרים קטעו את הזרימה הזו לרגע. בעזרת השיטה שפיתחו הצליחו לבצע שינוי בזרימת האור, כך שחלק אחד של קרן האור זורז וחלק אחר שלה הואט. בכך פערו למעשה חור קטן בקרן האור, כך שאירוע פיסי שיתרחש באותו זמן לא יקבל ביטוי ויזואלי ולא ניתן יהיה להבחין בו.

"מבחינת האור, אין הבדל בין זרם אור שמתקדם במרחב או בזמן", מסביר פרידמן. "כשעוסקים בדברים שנעים במהירות האור, הזמן והמרחב קשורים אחד בשני. כשאתה מדליק פנס הקרן מתרחבת ככל שאתה מתרחק ממנו, ואותו דבר קורה גם בזמן. אם אתה לוקח פולס קצר של אור, נגיד באורך של שנייה, ככל שהוא מתקדם הוא מתרחב גם במונחי זמן. בגלל שהמשוואות שמתארות התקדמות אור במרחב זהות לחלוטין לאלה שמתארות השתנות אור בזמן, ניתן לאמץ את אותן התבניות המרחביות באופטיקה גם ביחס לזמן. המשמעות של זה היא לדוגמה שבאותה מידה שאפשר לבצע הדמייה לאובייקט במרחב, כך ניתן לבצע הדמיה של סיגנל בזמן ולהקטין או להגדיל אותו כרצוננו, ובנוסף לאמץ את עיקרון ההסתרה מהמרחב לזמן".

הניסוי של פרידמן התמודד עם השאלה הבסיסית שהעסיקה גנבים לא מעטים בהיסטוריה: איך לעבור דרך חיישן לייזר מבלי לעורר את גלאי הלייזר ומבלי שאיש יבחין שהאירוע התרחש. במסגרת הניסוי, העבירו החוקרים קרן לייזר דרך סיב אופטי אל גלאי שמנטר כל שינוי באור. אלא שכאן הם ביצעו מניפולציה על הקרן. בסיוע אלמנט אופטי שנקרא "עדשת זמן" – החדרה של קרניים נוספות באמצעות סיבים אופטיים שונים לסיב המרכזי - הם הצליחו לשנות תכונות של קרן הלייזר כך שחלקים שונים של הקרן ינועו במהירויות שונות, וכך יצרו למעשה "חור" זמני בקרן.

איך הם עשו זאת? בשלב הראשון שינו את אורך הגל של קרן הלייזר באזור קטן בזמן ובמרחב תוך כדי התקדמותו בסיב האופטי על ידי עדשת זמן. העדשה מבוססת על סיב מחומר מיוחד, שמאפשר לקרן אור אחת לבצע אינטרקציה עם קרן אור אחרת. אורך הגל החדש של הלייזר נע בין כחול בצד אחד לאדום בצד שני. האור ממשיך לסיב אופטי נוסף, שבו אור כחול זז מהר יותר מאור אדום, ולכן נפתח פתח בקרן האור. בפתח זה ניתן לבצע איזה אירוע שרוצים והוא יוסתר – למשל לעבור את קרן הלייזר לצד השני שלה. בהמשך מעבירים את קרן הלייזר דרך חומר שבו כחול זז לאט יותר מאדום כך שהפתח ייסגר ולסיום משתמשים בעדשת זמן נוספת כדי להחזיר את הלייזר לצבע ולאורך הגל המקורי שלו ולקבל קרן אחידה, כך שהאירוע מוסתר מהגלאי וגם ההסתרה עצמה אינה נרשמת.

הפתח שהצליחו החוקרים לפעור מתבטא גם בזמן וגם במרחב - גודלו כסנטימטר וחצי.
זה היה הניסוי המוכר הראשון בהסתרה זמנית והוא עורר עניין רב, אך קשה להסבירו באופן מוחשי: חלקו המעשי ארך שברי זמן בלתי נתפסים והוא בוצע באמצעות סיבים אופטיים דקים יותר משיער אדם; שולחן העבודה הארוך שעליו הונחו הסיבים נראה כמו ערימת ספגטי.

פרידמן, בן 35, סיים תואר ראשון בפיזיקה ובמחשבים באוניברסיטת בר אילן. את התואר השני והשלישי עשה במחלקה לפיזיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן, אצל הפרופסורים ניר דוידזון ואשר פריזם, ועבודת הדוקטורט שלו עסקה בחיבור לייזרים. בשנת 2010 נסע לכתוב את עבודת הפוסט־דוקטורט שלו במעבדתו של פרופ' אלכס גאטה בבית הספר לפיזיקה יישומית בקורנל.

תיאוריות ההסתרה בפיזיקה הולכות ומתפתחות במהלך העשור האחרון, בין היתר בשל פיתוח של חומרים אופטיים חדשים ומתקדמים שעשויים לאפשר בחינה ממשית שלהן. פרופ' אולף לאונהרדט, מהמחלקה לפיזיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן שבה למד גם פרידמן, הפתיע את עולם המדע כשפרסם ב–2006 מאמרים המתארים "הסתרה מרחבית", שבהם הסביר איך ניתן להפוך עצמים לבלתי נראים דרך קרני אור, באמצעות כיוון האור כך שינוע באופן מעגלי ויותיר "חור" בלתי נראה במרכזו.

ההסתרה שבה עוסק פרידמן קשורה אמנם במימד הזמן, אבל היא פועלת על פי עיקרון דומה. "כשאתה צופה באובייקט במרחב, אתה רואה למעשה את האור שפוגע באובייקט שמולך", הוא מסביר. "כשאנחנו עושים 'הסתרה מרחבית', אנחנו גורמים לכך שהאור לא פוגע באותו אובייקט אלא מקיף אותו. אבל זה לא מספיק: צריך גם להחזיר הכל בחזרה כדי ליצור הסתרה, אחרת מה שיתקבל הוא חור במרחב שמסתיר את האובייקט. אותו הדבר קורה גם בזמן. כשאני פותח חור בזמן אני דוחף חלק מהאור קדימה בזמן וחלק מהאור אחורה בזמן, ואז סוגר את הפתח".

המחקר שפרסם פרידמן הוא רק תחילת הדרך. במעבדה החדשה שהוא מקים הוא שואף להגדיל את זמן ההסתרה פי 10,000 לעומת זה שנרשם במחקר בקורנל, כמו גם את רוחבו של הפיסי של החור במרחב, ויש לו כבר תוכנית כיצד לעשות זאת באמצעות לייזרים יותר חזקים יותר, קרני אור נקיות יותר וסיבים אופטיים איכותיים יותר. השאיפה הגדולה שלו היא להצליח ולבצע מניפולציה של אור בזמן ובמרחב בו זמנית. כאן הקושי הוא הקצב שבו מתקדם תחום ההסתרה המרחבית, שתלוי גם בפיתוח מטא־חומרים אופטיים. לדברי פרידמן, עד כה בוצעה הסתרה מרחבית רק באורכי גל ארוכים מאוד ורק בתדר ספציפי: "הסתרה זמנית עובדת לטווח 10 ננו־מטר, שזה פי מיליון יותר רחב ממה שעובד במרחב, כך שיש יתרונות לזמני על פני המרחבי. מצד שני, במרחב ישנם יותר מימדים, מה שמאפשר מניפולציות מתוחכמות יותר. לכן אנו רוצים לשלב בין השניים ולנצל את היתרונות של שניהם יחד".

עבור פיזיקאים, הסתרת אירועים משמעותה תהליכים אופטיים, אבל מחוץ למעבדות היא עלולה להישמע כדבר אפל. מה יש להסתיר? וממי? פרידמן חושב במונחים מעשיים יותר: "מניפולציה של אור בזמן ובמרחב מהווה נדבך רחב ליישומים שונים, שהסתרה היא רק אחד מהם. יכולים להיות לכך שימושים כמו עיבוד מידע אופטי, הזרמה של מידע במהירות גבוהה יותר דרך מחשבים או הצפנה ופענוח צפנים". אך בשלב זה, הפנטזיה על קפיצות זמן או הפכית אובייקטים לבלתי נראים עדיין מקדימה את המציאות. "אנחנו רחוקים מזה שנות אור, זה בערך כמו שממציא הגלגל היה צריך לחכות קצת כדי לבנות פרארי", אומר פרידמן. בינתיים, הוא שבע רצון מההדים שמעורר תחום המחקר שלו. "הייתה הרבה התעניינות וזה טוב מאוד, כי זה גרם לאנשים שלא עוסקים במדע להתעניין באופטיקה. ואם כל הסיפור הזה בסוף יגרום לילד אחד להיות מדען במקום עורך דין – אני את שלי עשיתי". 



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות
*#
בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו