תיאוריית הקוונטים מציעה פתרונות מוזרים לחידת המציאות

ארווין שרדינגר, פיזיקאי אוסטרי שחי בראשית המאה הקודמת, בלט מאוד הודות לתרומתו לפיתוח תיאוריית הקוונטים, ושמו נצרב בתודעה דווקא בזכות החתול שלו. לשרדינגר היה חתול תיאורטי שבאמצעותו ניסה להוכיח נקודה לגבי שאלת המציאות ברמה הקוונטית (המידה הקטנה ביותר של חומר). הוא הגה ניסוי מחשבתי שידוע כיום בשם "החתול של שרדינגר", וזה הולך כך: אם מכניסים חתול לקופסה וסוגרים אותה, האם החתול חי או מת? התשובה לחידה לכאורה פשוטה – אין לדעת עד שפותחים את הקופסה. אבל מאחורי הקביעה האינטואיטיבית הזו מסתתר עולם של מוזרויות קיומיות. המציאות, על פי התיאוריה הזו, היא לא דבר מובן מאליו כפי שנדמה לנו.

לפי "החתול של שרדינגר", דבר לא מתקיים עד שלא מודדים אותו. במילים פשוטת יותר – מה שלא ראינו, לא קיים. זוהי קביעה מטלטלת שמשחקת על גבולות ההבנה שלנו את המציאות, אבל מדענים הצליחו להוכיח אותה בניסוי חוזר במעבדה.

חלקיק או גל?

הראשון שניסה להוכיח את הטענה כי מצבם של חלקיקים קוונטיים נקבע רק אם וכאשר מודדים אותם היה הפיזיקאי האמריקאי ג'ון וילר, האיש שטבע את המונח "חור שחור". מדענים מהאוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה הצליחו לאחרונה לשחזר את הניסוי של וילר בתנאים הרבה יותר מתקדמים.

השאלה שסקרנה בזמנו את וילר ושרדינגר, ובימים אלו מעסיקה את מרבית הפיזיקאים בעולם, היא כיצד מתנהג חומר ברמה הקוונטית – האם הוא נע בקו ישר כמו חלקיק, או מתעקל כמו גל? כדי להבין את הניסוי אפשר להיעזר באור כדוגמה: אם ניקח לוחית עם שני חריצים ונאיר עליה בפנס כנגד קיר נקבל פיזור של אור על הקיר במקום שני פסים. אם יואר רק חריץ אחד – האור יתנהג כמו חלקיק וינוע בקו ישר. התוצאה תהיה פס בודד של אור על הקיר. אולם במצב של שני פסים המוארים במקביל, מתקבל דפוס רחב יותר של אור, הנוצר בעקבות עיקרון פיזיקלי שנקרא התאבכות ומתאר התנהגות גלית.

ניסוי שני הסדקים, נהגה לראשונה בשנת 1801. אור נע בצורה גלית, אבל מה לגבי אטום?

החוקרים האוסטרלים שדרגו את הניסוי הזה ובדקו את השאלה באמצעות אטום הליום בודד שהועבר דרך קרני לייזר. הרעיון הוא שהקרניים יוצרות על אטום ההליום אפקט פיזור כמו של אור. החוקרים העבירו את האטום דרך רשת קרני לייזר וגילו כי הוא נע בנתיב ישר כמו חלקיק. ואולם, כאשר העבירו אותו דרך רשת שנייה של קרני לייזר, פתאום התנהג האטום כמו גל.

הטוויסט הוא שהפיזיקאים הוסיפו את הרשת השנייה של לייזרים באופן רנדומלי, ורק לאחר שהאטום עבר כבר דרך הרשת הראשונה. פרופסור אנדרו טראסקוט, ממובילי המחקר, ניסח את זה במילים פשוטות: "אם מישהו בוחר להאמין שהאטום אכן עבר במסלול או מסלולים ספציפיים, עליו לקבל שמדידה עתידית משפיעה על העבר של האטום".

המציאות הקוונטית החמקמקה

כמו האור, ההליום והחתול של שרדינגר, מציאות ברמה הקוונטית יכולה לבלבל. לפיזיקאים תיאורטיים החוקרים את התופעות המזעריות של הקיום עוד אין תשובות נחרצות לגבי התנהגות החומר. נכון לעכשיו קיים דיון בשאלה איזה סוג של מציאות מתקיים בעולם הקוונטי. כתבה ב-BBC ניסתה, למשל, להסביר מה קורה למי שנופל לחור שחור – והתשובה המוזרה הייתה שהוא נותר חי ומת בו זמנית, תלוי בנקודת המבט של המתבונן מהצד. מבחינת האדם שנכנס לחור השחור, פיתולים במרחב ובזמן מעוותים את המציאות והוא נותר חי. אך מי שצופה בו מהצד יחזה במותו.

בדומה לכך, המציאות בנסיבות קוונטיות יכולה לקבל תפניות מוזרות: הניסוי של החוקרים האוסטרלים מאשש את ההשערה לפיה חומר מחליט כיצד הוא מתנהג רק לאחר שמודדים אותו. כלומר, נקודת המבט היא זו שמכריעה אם מציאות מסוימת התקיימה – או לא.

ההשערות הללו חותרות תחת יסודות הפיזיקה המוכרים לנו, כיוון שהאינטואיציה אומרת לנו שיש מציאות קבועה אחת. אם עץ נפל ביער, אנחנו נגיע לאותו יער ונראה את העץ על הקרקע. וכאן בדיוק הנקודה – אנחנו צריכים להגיע ליער ולראות את העץ, בדיוק כמו שפיזיקאים צריכים למדוד את מסלול אטום ההליום כדי לקבוע אם הוא נע כחלקיק או כגל. אמנם יש כאן הפשטה של הניסוי, אבל העיקרון הוא שהמציאות – הן ברמה הקוונטית והן ברמה הפילוסופית – כפופה לחוקים גמישים יותר משנדמה לנו. נקודת המבט שלנו היא גורם מכריע ביצירת המציאות עצמה. במילים אחרות, התפיסה של המציאות משפיעה על מהלך המציאות.

חי, מת, שניהם – או שרק אנחנו קובעים? החתול של שרדינגר.

יוצר אחד או עולמות מרובים?

נקדים ונאמר ששאלנו שאלה שאין עליה תשובה, אבל בהחלט שווה לחשוב עליה כי היא עושה קצת סדר בסלט האטומים והקוונטים שהכנו. פרופסור מיצ'יו קאקו מציג את שני ההסברים האפשריים והנפוצים למשל החתול של שרדינגר. "אתם נשארים עם פרדוקס מדהים", הוא אומר על החתול שבקופסה, "או שעצם ההתבוננות קובעת את הקיום של החתול – או שהחתול הוא חי ומת בו זמנית". האופציה הראשונה – התבוננות קובעת קיום – דורשת תנאי מקדים, והוא התודעה. כלומר, באמצעות התודעה אנו מסוגלים לתפוס את החתול ולקבוע שהוא קיים.

אבל אז נשאלת השאלה, מי קובע שאנו קיימים? תודעה של מישהו אחר צריכה להתבונן בנו מתבוננים בחתול. וכך נוצרת שרשרת של תודעות שמגיעה בסופו של דבר לישות תודעתית אחת שמתבוננות בכל רבדי המציאות וקובעת שהיא קיימת. "אז מתחילים בתיאוריית הקוונטים, שהיא התיאוריה האובייקטיבית והרדוקציונית ביותר בכל הזמנים, והולכים הרחק למעלה עד אלוהים".

ההסבר השני הוא "אפילו יותר גרוע", בניסוח של קאקו. מדובר בתיאוריית ריבוי העולמות או היקומים: "דמיינו שאתם בחדר, ובאותו חדר יש הרבה תדרי רדיו. הרדיו שלכם מכוון לתדר אחד, אבל מאוד נוח לכם להיות בחדר עם הרבה תדרים". התדרים הללו, הוא מסביר, הם תפקודי גל, והם מגלמים ביטויים שונים של המציאות. "בחדר הזה יש את תפקוד הגל של דינוזאורים, כי הם לא מתו לפני 65 מיליון שנה מכיוון שאירוע קוסמי מנע את היכחדותם". על פי תיאוריה זו, מסביר קאקו, "תפקודי הגל" של חייזרים או של אלכסנדר מוקדון יכולים להיות נוכחים במציאות העכשווית, אלא שאנו כנראה לא מכוונים לתדר הזה. "המוח שלכם יכול להשתגע… אז ברוכים הבאים לריבוי היקומים".

אחד הדברים שקשה להתעלם מהם הוא השימוש החוזר במילה "אמונה" בקונטקסט מדעי כה מובהק, הן של החוקרים האוסטרלים והן של פרופסור קאקו. אמונה במקרה זה לא קשורה בהכרח לשאלות תיאולוגיות, אבל היא בהחלט מעידה על פרק בידע האנושי שטרם נכתב עד תום.

נכון לעכשיו, עד שיתגלו ממצאים נוספים או שתתגלינה הוכחות חותכות, אנו נישאר עם המחשבה המעניינת שעצם הקיום שלנו, של מציאות בכלל או של חתולים תיאורטיים, יכול להיות מוטל בספקות שונים ומוזרים.

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך:

7 תיאוריות שמאתגרות את כל מה שחשבתם על המציאות

מכניקת הקוונטים מגלה כי ייתכן וכולנו חלק ממערכת מידע אינסופית

8 חידות קיומיות שהאנושות עוד לא פתרה

עוד מרדיו מהות החיים:

מדיטציית צלילים לפני השינה – צלילי הג'ונגל