פרק א׳ - הפיזיקה הניוטונית
בקטנה: ברוכים הבאים לסדרה בנושא המקום והזמן בפיזיקה. בסדרה זו נתאר את ההתייחסות למושגים  מתחום הפיזיקה הניוטונית, תאורית היחסות הפרטית והכללית, המכניקה הקוונטית ותאוריות כבידה קוונטיות, בדגש על תאורית המיתרים.
 
מאת: עדי ארמוני ובועז קרני-הראל
 
מושג הזמן העסיק את האדם משחר האנושות. הפילוסופים היוונים תהו על מהותו של הזמן ועל ראשיתו [1], וגם פילוסופים מודרניים מתווכחים על מה הוא הזמן, והאם הוא בכלל קיים מחוץ לתודעה [2]. אפילו אלברט איינשטיין אמר שההבדל בין עבר, הווה והעתיד הם אשלייה בלבד, אך אשלייה עיקשת [3]. מאידך, זמן הוא מושג בסיסי בפיזיקה כבר מימי ראשיתה ביוון העתיקה.
מושגי המקום והזמן, השזורים זה בזה, אינם מושגים שמוגדרים היטב. אלו מושגים המוגדרים אינטואיטיבית, לא באמצעות הסתמכות על מושגים אחרים. לדוגמה, אחד הדברים החשובים שאנו רוצים לתאר בפיזיקה הוא תנועת גופים - שינוי המיקום שלהם לאורך זמן. האופי החמקמק של מושגי הזמן והמקום הוביל לפרדוקסים מפורסמים הנוגעים לתנועה ולמהותם של זמן ומקום כמו הפרדוקסים של זנון [4].
הפיזיקה הקלאסית, שפותחה בעיקר על ידי גלילאו גליליי ואייזיק ניוטון, לא עוסקת בתיאור הזמן והמקום: מבחינתה הם במה עליה מתרחשים האירועים ביקום -הזמן והמרחב קיימים גם מבלי שיתחוללו בהם אירועים ובלי תלות בצופה.
 
לדוגמה: נניח שאדם זורק אבן מראש מגדל והאבן נופלת ונוחתת על יד צופה אשר נמצא בתחתית המגדל. על-פי הפיזיקה הקלאסית, הצופה איננו נוטל חלק פעיל בתהליך והוא רק מתאר את מהלך האירועים באמצעות רישום של מיקום האבן בכל רגע ורגע. הצופה בתהליך הפיזיקלי דומה לאדם הצופה בסרט. המרחב והזמן בפיזיקה הקלאסית קיימים גם לולא נזרקה האבן מראש המגדל, או אם לא היה אדם שיצפה בתנועתה. קיומם של הזמן והמרחב אף איננו תלוי בקיומם של עצמים. הם מוחלטים.
מעבר לכך, בעוד ששני אנשים שונים הנעים אחד ביחס לשני לא בהכרח יסכימו על התיאור המתמטי, כלומר הקואורדינטות, של המקום בו התרחש מאורע מסוים- הם תמיד יסכימו על הזמן בו התרחש המאורע. הזמן והמרחב אינם ״מתערבבים״ זה עם זה בפיזיקה הניוטונית. מדובר במושגים שונים. בתיאור הזמן עלינו לדמיין מעין שעון המתקתק ברקע ללא שום קשר לאירועים המתרחשים במרחב. השעון יכול להמשיך לתקתק גם אם לא מתקיימים אירועים כלל. בפיזיקה הניוטונית הזמן קיים, גם בהעדר תנועה.
 
נשוב אל האבן הנזרקת מהמגדל ונתאר את תנועתה לא מנקודת מבטו של צופה הנמצא בתחתית המגדל, אלא מנקודת המבט של צופה המתרחק מבסיס המגדל במהירות קבועה. על פי הפיזיקה הניוטונית צופה זה ייראה את האבן נוחתת במקום אחר (כלומר הוא ישתמש במערכת צירים שונה לתיאור המיקום), אבל בדיוק באותו רגע, בהשוואה לצופה הנייח. כפי שנראה בהמשך הסדרה, תיאור זה כבר לא נכון במסגרת תאורית היחסות של איינשטיין, וכשמדובר בתאוריות קוונטיות בהן הדברים נעשים מורכבים אף יותר. בחלק הבא נדבר על מה שקורה במסגרת תאורית היחסות הפרטית, ועל העירוב שהיא יוצרת בין הזמן למקום.
 
עדי ארמוני הוא פרופסור לפיזיקה תיאורטית.
בועז קרני-הראל הוא דוקטור לפיזיקה תיאורטית.
לפוסט הבא >>
מקורות:
[1]
זנון, זמן ופילוסופיה
https://he.wikipedia.org/wiki/זנון_מאליאה
 
[2]על גבולות הזמן
https://he.wikipedia.org/wiki/גבולות_הזמן
 
[3] לציטוטים של איינשטיין
https://en.wikiquote.org/wiki/Albert_Einstein
 
[4] על הפרדוקסים של זנון
https://he.wikipedia.org/wiki/הפרדוקסים_של_זנון