גם תורת היחסות וגם תורת הקוונטים שהתפתחו מתוך הצורך להסביר תוצאות
ניסיוניות מתוך הרצון לפזר את שני העננים שקלווין דיבר עליהם ערערו
עד ליסוד את תפיסת המציאות שלנו, כל אחת אבל בדרכה שלה.
נזכיר שהפיזיקה הקלאסית של ניוטון מתארת את המציאות בצורה מלאה,
באופן אבסולוטי ואובייקטיבי.
אין בה שום מקום לאי וודאות או לתלות מהותית בנקודת מבטו של הצופה,
וודאי שלא קיים צורך בקיומו של איזשהו צופה סובייקטיבי.
הכל מוחלט, הכל ברור באופן חד משמעי, הכל ידוע.
באופן עקרוני, בהינתן מצבה ההתחלתית של מערכת פיזיקלית,
ניתן לנבא במדויק את התנועה של המרכיבים שלה במרחב בכל זמן עתידי.
ישנם חלקיקים חומריים וביניהם פועלים כוחות שאותם ניתן לתאר באמצעות שדות,
כדוגמת השדה האלקטרומגנטי שמתקדמים במרחב לפעמים בצורת גלים.
המרחב עצמו הוא קבוע, הוא בסך הכל מהווה במה נייחת שעליה מתרחשים
האירועים הפיזיקלים בשעה ששעוני הזמן מתקתקים להם בקצב אחיד וקבוע ברקע.
תורת היחסות הפרטית גוזלת מאיתנו את היכולת לתאר את הטבע באופן אבסולוטי.
תפיסת המרחב והזמן הופכת להיות יחסית,
המציאות נעשית תלויה בנקודת מבטו של הצופה,
עד כדי כך ששני צופים עלולים שלא להסכים אפילו על סדר ההתרחשות של אירועים שונים.
תורת היחסות הכללית מרחיקה אותנו צעד משמעותי נוסף מהתמונה הניוטונית,
בכך שהיא קובעת שהמרחב והזמן בעצמם משתנים כתוצאה מתנועתם של עצמים.
אני מזכיר שלפי תורת היחסות הכללית,
גופים בעלי מסה גורמים לעיקום של המרחב והזמן סביבם.
אם הגופים האלה נמצאים בתנועה, אז המרחב והזמן נעים יחד איתם.
זה כאילו שהתפאורה שברקע הופכת להיות חלק מההצגה ומגיבה לתנועה של השחקנים.
כל זה נשמע מאוד לא אינטואיטיבי אבל אנחנו כבר מבינים שתורת הקוונטים
מרחיקה אותנו עוד יותר מנקודת המבט הניוטונית התמימה.
ראשית, לפי תורת הקוונטים הכל בטבע מגיע בקוונטים, או עשוי מחלקיקים.
לא רק החומר עשוי מחלקיקים כמו האטומים או מה שמרכיב אותם,
הפרוטונים, הניוטרונים והאלקטרונים.
מסתבר שגם כל הגלים שהכרנו, שבין היתר מתארים את הכוחות
שפועלים בין חלקיקי החומר גם הם עשויים מחלקיקים.
במקרה של אור וכוחות אלקטרומגנטים אלו הם הפוטונים.
אנחנו דיברנו על כך שאלקטרונים יכולים לבלוע ולפלוט פוטונים.
אבל אנחנו מדברים היום גם על חלקיקים של קול שנקראים
פונונים או חלקיקים של כבידה שנקראים גרביטונים,
והרשימה היא ארוכה כי הכל עשוי מחלקיקים.
מצד שני, הדינמיקה של כל החלקיקים האלה מתוארת
באמצעות פונקציות גל ובעזרת משוואות גלים מתאימות.
זו יכולה להיות משוואת שרדינגר או משוואת דיראק או משוואות מקסוול או משוואות אחרות.
כל חלקיק ומשוואת הגלים שלו.
אבל לכולם יש פאזה וכולם יכולים להתנהג כמו גלים ולבצע התאבכות.
אבל מה שגורם למציאות הקוונטית להראות כל כך שונה מהמציאות הקלאסית
שאנחנו רגילים לה זו הפרשנות ההסתברותית שאנחנו נאלצים לתת לפונקציית הגל.
הפרשנות הזאת מכניסה מרכיב נהרנטי של אי וודאות שלא ניתן להפטר ממנו בשום צורה.
לאותו הניסוי יכולות להיות תוצאות שונות,
ואנחנו לא יכולים לנבא מראש איזו תוצאה נקבל.
אנחנו יכולים לתת ניבוי מאוד מדויק אבל רק להסתברויות של התוצאות השונות.
ממש כמו להטיל קוביה, אנחנו לא יודעים איזה מספר נקבל אבל אנחנו
יודעים בוודאות שההסתברות היא בדיוק שישית לכל תוצאה אפשרית.
ואם לא די בזה, אז עיקרון האי-וודאות מרחיק אותנו עוד
יותר מתמונת המציאות המלאה שהורגלנו לה בפיזיקה הקלאסית.
אנחנו חייבים לקבל על עצמנו את המגבלה שישנם זוגות של משתנים דינמיים כמו מקום ותנע,
שלעולם לא נוכל לדעת את ערכיהם בוודאות מלאה בו זמנית.
זה גוזל מאיתנו את היכולת לתאר באופן מלא כאן ועכשיו את
המערכת הפיזיקלית שלנו שלא לדבר על מה שיקרה בעתיד.
אנחנו גם לא יכולים להתייחס אפילו למושג כל כך אינטואיטיבי כמו המסלול של חלקיק.
האם נגזר עלינו להסתפק בזה?
או שכפי שאיינשטיין טען, תורת הקוונטים פשוט לא שלמה.
היא מספקת לנו מידע חלקי בלבד על המציאות.
לפי איינשטיין וודאי שלכל חלקיקי יש גם מקום וגם תנע,
ואם תורת הקוונטים לא מאפשרת לדעת את שניהם אז היא לא שלמה.
אגב, בסוף שנות ה-20 ותחילת שנות ה-30 התקיימה סדרת כנסים
שנקראו "כנסי סולווה" שבהם נפגשו כל גדולי הפיזיקאים לדון בתורת הקוונטים המתהווה,
כאן אנחנו רואים תמונה מפורסמת מהכנס שהתקיים בשנת 1927
שבה ניתן לזהות הרבה מאוד פרצופים מוכרים וביניהם את איינשטיין ואת בוהר.
במהלך הכנסים האלה, איינשטיין הציע סדרה של ניסויים מחשבתיים,
מה שהוא קרא להם "גדנקן-אקספרימנטס", שמאפשרים לכאורה מדידה בו-זמנית
מדויקת של זוגות כאלה של משתנים דינאמיים כמו מקום ותנע בסתירה לתורת הקוונטים.
זו הייתה הדרך של איינשטיין לנסות ולערער את בטחונם של
המשתתפים ובראשם בוהר, בשלמותה של תורת הקוונטים.
אם אפשר למדוד את שני המשתנים בניסוי,
אז בהכרח התיאוריה שגורסת שאי אפשר לעשות את זה, פשוט איננה שלמה.
מה שקרה זה שניסוי אחר ניסוי שאיינשטיין הציע ולא
משנה כמה מתוחכם הוא היה, בוהר הצליח למצוא בו פגם ולהראות
שבעצם לא ניתן למדוד בו-זמנית בוודאות מלאה את שני המשתנים.
מדידה של משתנה אחד תמיד מקלקלת את המדידה של המשתנה השני.
באחת הדוגמאות המפורסמות, בוהר אפילו השתמש בתורת הייחסות הכללית
של איינשטיין כדי להצביע על הפגם בניסוי.
אבל מה שיותר חמור מכל זה, הוא שתורת הקוונטים מעניקה
לצופה תפקיד עוד הרבה יותר משמעותי ממה שנתנה לו תורת הייחסות.
מה שתורת הקוונטים בעצם אומרת,
זה שלא רק שתוצאת המדידה מושפעת מנקודת המבט של הצופה,
אלא שלגדלים הפיזיקליים הדינאמיים שלהם התרגלנו בפיזיקה הקלאסית כמו מקום,
תנע או אנרגיה, אין ערכים מוחלטים עד שלא מודדים אותם.
זה היה בסופו של דבר שורש הויכוח בין איינשטיין לבוהר.
תורת הקוונטים לא מסוגלת להגיד לנו כלום על מה שקורה
לחלקיק כשלא מסתכלים עליו, ואפילו לא מסוגלת כאמור לייחס לחלקיק מסלול.
איינשטיין טען שזה פשוט לא סביר, כי ברור שלמציאות יש קיום
אובייקטיבי ללא תלות בביצוע של מדידות כלשהן.
האלקטרון לטענתו וודאי יודע מה המסלול שלו.
בוהר לעומתו, טען שהפיזיקה דנה רק במה שניתן למדוד ולא סביר שכפיזיקאים נדרוש יותר מזה.
כפיזיקאים לא צריך לעניין אותנו אם משהו שאנחנו ממילא לא מודדים, קיים או לא קיים.
סוגיית המדידה בתורת הקוונטים היא אכן נושא מאוד
מורכב וסבוך שאני לא רוצה להכנס אליו חשוב אבל להדגיש שה"צופה"
הזה שאנחנו מדברים עליו בהקשר של המדידה הוא לא בהכרח איזשהו יצור תבוני.
במובנים מסוימים המדידה מסמנת את הממשק שבין העולם הקוונטי לעולם הקלאסי.
אכן אם אנחנו עושים ניסוי במעבדה בסופו של דבר אנחנו נמדוד את המערכת
הקוונטית בעזרת איזשהו מכשיר מדידה קלאסי.
ברור לנו שאנחנו קלאסיים, לנו יש גם מקום וגם תנע,
אנחנו לא רגישים לעקרון האי-וודאות אבל מה לגבי מכשיר מדידה במעבדה?
מה קובע אם הוא יהיה קלאסי או קוונטי?
האם זה רק הגודל שלו ביחס לקבוע פלאנק שקובע?
אולי גם עצמים גדולים מתנהגים לפי תורת הקוונטים?
מי שהיה מוטרד מאוד מהשאלות האלה בנוסף לאיינשטיין היה ארווין שרדינגר.
הוא תיאר ניסוי מחשבתי שבו מכניסים חתול למשך שעה לתיבה
שבה יש חומר רדיואקטיבי שלפי תורת הקוונטים יש סיכוי של 50
אחוז שהוא יתפרק תוך שעה ו-50 אחוז סיכוי שהוא לא יתפרק.
במקרה של התפרקות, גלאי שנמצא בתוך התיבה ומזהה את זה
גורם לניפוץ של צנצנת רעל והרעל הורג את החתול.
כאמור, תורת הקוונטים יכולה לנבא את ההסתברויות האלה בצורה מדויקת,
אבל לא יודעת בניסוי נתון אם כעבור שעה החומר הרדיואקטיבי יתפרק או לא,
היא לא יודעת אם כעבור שעה החתול יהיה חי או מת.
לפי תורת הקוונטים לא קיימת תשובה לשאלה הזו עד שפותחים את התיבה ומסתכלים.
האבסורד הוא, שגם החתול לכאורה לא יודע אם הוא חי או מת.
ומה אם אנחנו היינו בתוך התיבה במקום החתול?
האם גם אנחנו לא היינו יודעים באיזה מצב אנחנו נמצאים עד שמישהו מבחוץ היה פותח
את התיבה ומסתכל עלינו?
ברור שלא.
אבל מדוע זה?
האם החתול של שרדינגר מהווה דוגמא נוספת לאבסורד שנובע מתורה
שפשוט איננה מתארת בצורה שלמה את המציאות כפי שאיינשטיין ניסה להסביר לכולם?
או שכך באמת מתנהגת המציאות הקוונטית,
אבל מסיבה כלשהי אנחנו לא חווים את ההתנהגות הזו עם עצמים גדולים.
איינשטיין כתב לשרדינגר מכתב שבו הוא נשמע ממש מתוסכל
מכך שרוב הפיזיקאים בני דורם פשוט לא רואים איזה משחק מסוכן הם משחקים עם המציאות,
כדבר שקיים בפני עצמו ללא תלות במה שמודדים באופן ניסיוני.
הרי ברור לכולם שמצב החתול לא תלוי בשום מדידה.
לעומתו, בוהר טען שהעולם הקוונטי לא קיים בפני עצמו.
מה שקיים זה רק התיאור האבסטרקטי שלו.
לתפיסתו של בוהר, זה לא נכון לחשוב שתפקיד הפיזיקאים הוא לגלות את מהות הטבע עצמו.
הפיזיקה עוסקת אך ורק במה שניתן להגיד על הטבע, רק במה שניתן למדוד.
אלה גישות פילוסופיות שונות אבל לגטימיות ועל זה ניטש עיקר הויכוח ביניהם.
האם קיימת מציאות אובייקטיבית או לא?
זה מסכם פחות או יותר את מה שרציתי לספר על תורת הקוונטים.
אני רוצה להקדיש את יתר הפרק כדי להבין יותר טוב וגם לענות על השאלה המרכזית מי צדק?
איינשטיין או בוהר?
[ללא_קול]