פילוסופיה של המדע – האם ניתן לגרום לירח להיעלם?

האם הירח קיים שם למעלה כאשר איש לא צופה בו? Is the moon there when nobody looks?

לפעמים נדמה שכאשר נוסעים ברכבת לחיפה, תל אביב כבר לא קיימת. נסגור את הוילון או התריס בחלון. האם הירח עדיין קיים שם בחוץ? זו שאלה בפירושים לתורת הקוונטים והיא בעלת זקן ארוך.

השאלה היא למעשה, האם לתכונות פיזיקאליות יש קיום אובייקטיבי בלתי תלוי באקט התצפית? תורת הקוונטים אומרת לנו שהתצפיות מפריעות לעצם הנמדד. עצם התצפיות יוצרות את תוצאת המדידה ומגדירות את התוצאה שנקבל. ולכן אפילו בעקרון לא ניתן לבנות מכשיר שיניב מידע קלאסי במדידה.

אינשטיין לא אהב את הרעיון הזה. הוא רצה שלדברים בטבע יהיו תכונות משל עצמם, בלא קשר אם הם נמדדים או לא. כלומר, הוא רצה מציאות אובייקטיבית. בנוסף לדאגתו בנוגע לטבע ההסתברותי של מכניקת הקוונטים באמרתו המפורסמת למקס בורן מדצמבר 1926 “אלוהים לא משחק בקוביות”, הוא דאג למציאות האובייקטיבית בעולם.

יום אחד, מספר הפיזיקאי-פילוסוף דייויד מרמין, אינשטיין הלך לטייל בפרינסטון עם חברו אברהם פייס והם שוחחו על מושג המציאות האובייקטיבית. לפתע אינשטיין נעצר ושאל את פייס: האם אתה באמת מאמין שהירח קיים רק כאשר אתה מביט בו?

ב-1935 אינשטיין הגה את ניסוי אפ”ר המפורסם יחד עם נתן רוזן ובוריס פודולסקי. נניח שני חלקיקים A ו-B שבתחילה היו במגע ואחר כך כל אחד הלך לו לדרכו לקצה אחר של היקום. התכונות במרחב-זמן באזור של B הם התוצאה של אקט המדידה באזור מרחב-זמן אחר A – שהוא כה רחוק מ-B – עד כי אין כל סיכוי שמכניזם דינמי ידוע כלשהו והמדידה שבוצעה ב-A מפעילים השפעה על האזור ב-B.

תחת תנאים אלה, איינשטיין ממש הזדעזע מהאפשרות שהתכונות של A היו קיימות כל הזמן, כאשר התיאור המכני הוא ייצוג שלם של הממשות הפיזיקאלית, ו-B סובל משינוי פתאומי כתוצאה מהמדידה ב-A. במרץ 1947 איינשטין כתב למקס בורן שהוא לא יכול להאמין ברצינות בתורת הקוונטים, כי הפיזיקה צריכה לייצג מציאות בזמן ובחלל, שהיא חופשית מפעולת רפאים למרחוק. פעולת רפאים למרחוק: המערכת שבאזור B רוכשת ערך ברור של תכונה בגין המדידה שבוצעה באזור A. ניסוי אפ”ר מציג פונקצית גל שמתארת שני חלקיקים בקורלציה, ממוקמים באזורים A ו-B – הרחק זה מזה. במצב חלקיקי כפול זה ניתן לנבא את המיקום או התנע של החלקיק באזור B כתוצאה ממדידה של התכונה המתאימה של החלקיק באזור A.

איינשטיין חשב שהתיאור הזה של מכניקת הקוונטים הוא לא שלם ולא תיאור ישיר של המציאות הפיזיקאלית. לדעתו לתכונות פיזיקאליות יש בדרך כלל מציאות אובייקטיבית בלתי תלויה באקט התצפית. אז הירח שם כאשר איש לא מביט בו?

עברו חלפו להן השנים. ודיויד בוהם הציע ניסוי גדנקן (מחשבה) וג’ון בל הראה ב-1964 שמכניקת הקוונטים היא בלתי תואמת עם תיאוריות ריאליסטיות ולוקליות. כלומר, שאם מכניקת הקוונטים נכונה, התיאוריה צריכה להיות או לא לוקאלית או בלתי תואמת עם העמדה הפילוסופית של אינשטיין של מציאות אובייקטיבית. אלן אספה (זוכה פרס וולף) ועמיתיו בצעו גרסה של ניסוי אפ”ר תחת תנאים בהם אנליזת בל הייתה תקפה.

אלן אספה בחגיגות קבלת פרס וולף באוניברסיטה העברית מקבל את הספר:

Einstein, Albert, Einstein’s 1912 Manuscript on the Special Theory of Relativity, 1996, Jerusalem: The Hebrew University of Jerusalem, Magnes

באפריל 1985 בכתב העת Physics Today דייויד מרמין הציע ניסוי מחשבה אפ”ר נוסח זה של בל והניסויים שאותם ביצעו אספה ועוזריו.

נבחן מקור C שפולט חומר כלשהו ושני גלאים A ו-B שממוקמים במרחק של 10 מטרים זה מזה בכיוונים מנוגדים מהמקור הפולט. אם נשים משהו בין המקור לבין הגלאים, לא יהיה סיגנל. יש מעט עיקוב בין לחיצה על הכפתור במקור ועד שהסיגנל נקלט בגלאים. עיקוב זה הוא גדול יותר ככל שהגלאים רחוקים יותר. הגלאים מגיבים לפליטת המקור. אין כל חיבור בין המקור לגלאים זולת הפליטה מהמקור. ואין כל חיבור בין הגלאים. לכל גלאי יש מתג בעל שלוש אפשרויות 1,2 ו-3, ולכל גלאי יש שני אורות: אדום וירוק.

כאשר גלאי מגלה את הסיגנל שהמקור פולט, אור אחד דולק.

סיבוב אחד של הניסוי כולל:

א)    כיוון המתגים של שני הגלאים בצורה אקראית ובלתי תלויה זה בזה.

ב)    הנסיין דוחף את הכפתור במקור.

ג)      הנסיין בודק איזה צבע אור נדלק בכל גלאי.

עכשיו נניח סיבובים רבים של הניסוי. מהן התוצאות שמתקבלות בניסוי?

מרמין כותב שישנן רק שתי תכונות שהן רלוונטיות:

1)    אם בוחנים רק את הסיבובים שבהם למתגים יש את אותו סידור, מוצאים שהאורות תמיד מהבהבים באותו הצבע.

2)    אם בודקים את כל הסיבובים, מבלי להתייחס לאופן שבו המתגים מסודרים, מגלים שתבנית ההבהוב היא לגמרי אקראית: מחצית מהזמן האורות מהבהבים באותו הצבע ומחצית מהזמן בצבעים אחרים.

מסתבר שבכל זאת, תוצאות אלה תואמות להפליא עם הניבוי של מכניקת הקוונטים. מדוע?

יכולנו להסביר את התכונה הראשונה אילו היו חוטים שמחברים בין הגלאים למקור שפולט את הסיגנל: לוחצים על מתג שמפעיל את האור המתאים. אבל הגלאים לא מחוברים בשום דרך שהיא למקור וגם לא אחד לשני. הגלאים גם לא תוכנתו מראש לשלוח ללא תלות בפליטת המקור את אותו הבהוב צבע אור. מדוע? בגלל התכונה השנייה: אם בודקים את כל הסיבובים, מבלי להתייחס לאופן שבו המתגים מסודרים, מגלים שתבנית צבע האור היא לגמרי אקראית. מכאן איך נסביר את התכונה הראשונה שנצפתה? על ידי מושג הקוהרנטיות: עצמים שהם רחוקים בחלל ובעלי מקור משותף הם לא בהכרח בלתי תלויים.

עולות לפחות שתי שאלות מוזרות:

1)    האם הגלאי ב-A הבהב בצבע ירוק לפני המדידה של הגלאי ב-B שגם הבהב באותו הצבע בדיוק? התשובה לא יכולה להיות כן. לפני המדידה באותו האופן יכל גם להתקיים הצבע האדום ב-B, אילו היינו מתחילים למדוד שם.

2)    נשאלת השאלה האם משהו – כלומר הצבע הירוק המהבהב – הועבר לגלאי ב-A כתוצאה מהמדידה ב-B? מכניקת הקוונטים אומרת שלא. דבר לא השתנה ב-A כתוצאה מהמדידה ב-B. מה שהשתנה הוא רק הידיעה שלנו אודות הגלאי ב-A. הבעיה היא לוקאלית כאשר עוסקים “ב-“A ו”ב-B”. אולם כאשר הצבעים לא מאפיינים את העצם או החלקיק, אלא רק את מה שידוע לנו עליהם, מדובר בפעולת רפאים למרחוק או שזירה קוונטית. זהו קסם קוונטי.

אם כך, האם הירח קיים שם למעלה כאשר איש לא צופה בו? תלוי את מי שואלים, האם את איינשטיין – שהיה בין מייסדי הקוונטים – או את חבריו שפיתחו את תורת הקוונטים.

Entangled

Advertisements

One thought on “פילוסופיה של המדע – האם ניתן לגרום לירח להיעלם?

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s