חדשים כאן? ברוכים הבאים! קוראים לי נעה ואני דוקטורנטית לפיזיקה באוניברסיטת תל אביב. אני כותבת כאן על קוונטים לקהל הרחב. לא צריך רקע במתמטיקה או בפיזיקה, אבל כן מומלץ מאד לקרוא את הפוסט הראשון בבלוג לפני שקוראים את הפוסט הזה. מקווה שתהנו!
תקציר הפרק הקודם: אנחנו עוסקים בשאלה של מהי מדידה, ואיך ניתן לתאר אותה ביקום. הפרשנות היחידה שהכרנו עד עכשיו היא פרשנות קופנהגן, שאומרת ככה: חלקיקים קוונטיים נמצאים בסופרפוזציה של כמה מצבים. כאשר מתרחשת מדידה, נניח, הפעלת גלאי שימצא את מיקום החלקיק או ירגיש את השינוי שהוא מייצר בשדה המגנטי או החשמלי שסביבו, החלקיק קורס לאחת האופציות שהיו מותרות בסופרפוזיציה. בחירת המצב אליו יקרוס החלקיק נעשית באמצעות הגרלה שעורך היקום, וההסתברות של כל מצב לעלות בהגרלה נובעת מהסופרפוזיציה שבה החלקיק היה רגע לפני המדידה.
אבל זו רק פרשנות אחת אפשרית. היום נכיר פרשנות נוספת, שנקראת פרשנות ריבוי היקומים. לדעתי, היא אפילו יותר מפוצצת-מח (mind-blowing) מפרשנות קופנהגן, אבל בואו נתחיל לדבר עליה ואתם תשפטו בעצמכם.
אחד הדברים המשמעותיים בפרשנות קופנהגן הוא שמדידה היא פעולה בלתי הפיכה. החלקיק שלנו יכול להיות בסופרפוזיציה עם פונקציית הסתברות מאד מורכבת ומלאת מידע. ברגע המדידה, החלקיק קורס לאחת מהאופציות ו"שוכח" את כל ההסתברות שהיתה לו קודם. זוהי הפעולה הבלתי-הפיכה היחידה המותרת בתורת הקוונטים. באופן כללי, בפיזיקה אנחנו לא כל כך אוהבים פעולות בלתי הפיכות, בעיקר כי רב הפעולות הן כן הפיכות, והחרגה של הכלל הזה מרגישה מאד לא אלגנטית. אחת המטרות העיקריות של תיאוריית ריבוי היקומים היא לתאר את מכניקת הקוונטים כתיאוריה שאין בה פעולות בלתי הפיכות, כלומר, שכל המידע שהיה לחלקיק נשמר גם אחרי המדידה.
בעיה נוספת שתיאוריית ריבוי היקומים מנסה לפתור היא הבעיה שהצגתי בשבוע שעבר: מה קורה אם יש לנו מערכת בתוך מערכת בתוך מערכת? אם יש לי חתול בתוך קופסה ובהסתברות חצי ישתחרר בקופסה גז רעיל, מבחינתי החתול בסופרפוזיציה של שני מצבים - חי או מת. אבל אם אני והקופסה הזו נמצאות בתוך חדר אטום ואתם עומדים מחוץ לחדר, מבחינתכם מה שיש בחדר נמצא בסופרפוזיציה של שני מצבים - החתול חי ונעה שמחה, או החתול מת ונעה עצובה. ואת כל הבית שבתוכו החדר נמצא אנחנו יכולים גם לאטום ולשים מישהו אחר בחוץ, שיחשוב שכל הבית, כולל אתם, בסופרפוזיציה...
העניין הוא שאנחנו הרבה פעמים רואים מערכות פזיקליות קוונטיות שמתוארות בערך ככה. אלקטרונים ופרוטונים רואים זה את זה כחלקיקים קוונטיים בודדים (באנלוגיה שלנו - קופסאות עם חתולים), אבל ביחד אפשר להסתכל עליהם כמערכת אחת - אטום (באנלוגיה שלנו - חדרים שבתוכם קופסאות). אטומים גם הם מתנהגים באופן קוונטי, ורואים כל אטום אחר כחלקיק קוונטי. והאטומים האלו הם חלק ממולקולה, שמתנהגת גם היא (בדרך כלל) בצורה קוונטית... האינטראקציה של האלקטרונים והפרוטונים (= מדידה שלהם אחד את השני) הופכת אותם למערכת גדולה יותר, שהיא האטום, אבל כל המערכת כולה ממשיכה להתנהג באופן קוונטי. לא ברור מתי בדיוק מתרחשת המדידה. מתי דברים מפסיקים להיות קוונטיים ומתחילים לקרוס?
תיאוריית ריבוי היקומים טוענת שחלקיקים קוונטיים בעצם אף פעם לא קורסים. כל פעם שמתרחשת מדידה, שנניח בודקת האם החתול חי או מת, היקום מתפצל לשניים, כלומר למספר התשובות האפשריות לשאלה. באחד מהפיצולים, החתול חי, ובשני הוא מת. כשאני מבצעת מדידה, המצב שלי מתפצל לשתי האפשרויות. זה אומר שגם התודעה שלי מתפצלת. כשאתם תפתחו את דלת החדר ותבצעו את המדידה שלכם, גם התודעה שלכם תתפצל לאחת משתי האפשרויות.
אני מנחשת שקשה לכם מאד מאד להאמין לזה. אבל כשחושבים על זה שאנחנו תמיד חלק מאיזושהי מערכת ענקית שיכולה להימדד בכל רגע, כלומר, מבחינת מישהו ביקום המערכת שלנו עדיין לא נמדדה, זה מסתדר (בערך) שאנחנו בעצמנו נהיה בסופרפוזיציה של כל המצבים האפשריים שלנו. כלומר, אנחנו כולנו בתוך החדר, ומישהו מחכה בחוץ למדוד אותנו, אז כדאי שנתנהג כאילו הוא לא מדד אותנו עד עכשיו. אני לא בטוחה שזה בדיוק אומר שיש המון יקומים מקבילים, אלא שהיקום כולו נמצא בסופרפוזויציה של המון מצבים שונים.
תיאוריית ריבוי היקומים היא אכן תיאוריה הפיכה - לא זרקנו לפח שום מידע, המידע טמון בפיצול למספר היקומים השונים. הצורה המתמטית שבה התיאורייה מוסברת היא שיש איזשהו כלי של מדידה שמחכה למדידה שתתבצע (אולי זו תודעה אנושית? לא יודעים, אבל כנראה שלא). כשהמדידה מתרחשת, כלי המדידה והחלקיק שנמדד נשזרים אחד בשני, וכל המידע נשמר במצב המשותף של החלקיק ושל כלי המדידה. כלומר, מדידה יוצרת שזירה, כך שהמודד והנמדד נמצאים בסופרפוזיציה משותפת.
זה נשמע מופרך לחלוטין, אבל תופתעו לגלות שזו אחת התיאוריות המקובלות כיום להסבר של מכניקת הקוונטים. היא מסתדרת לחלוטין עם התצפיות הנסיוניות של היקום שלנו שראינו עד היום, ובעצם לא פחות טובה מפרשנות קופנהגן. בכל מקרה, היום אין שום דרך להוכיח או להפריך אותה. בהמשך סדרת הפוסטים הזו נמשיך לראות פרשנויות אפשריות למשמעות המדידה, שמתלווים לפרשנות קופנהגן ולתיאורית ריבוי היקומים.
אני לא בטוחה בדיוק מה המסר שאפשר לקחת מהפוסט הזה להמשך היום שלכם, אבל יש לי שני רעיונות: הראשון - עולם הפיזיקה והפילוסופיה של הפיזיקה עוסק ממש עכשיו בדברים כל כך מטורפים, שכנראה אפילו לא התחלתם לדמיין. השני - כל כך אין לנו מושג מה קורה בעולם, עד שתיאוריה כזו היא תיאוריה סבירה. לאיזה מהם אתם יותר מתחברים?