* פיזיקה / פילוסופיה - על טבע הזמן בפיזיקה של המאה העשרים ואחת - חלק 6.

תמונה 10

למעשה עשינו כאן דבר אפילו יותר מרחיק לכת: האטומים עצמם אינם מגיבים זה עם זה כלל. תחת זאת, פוטון יחיד יוצא באותו רגע משני מקורות אור מרוחקים אל מטרה אחת, ובדרכו הוא נוגע בו - זמנית בשני האטומים המרוחקים (תמונה 10).

הקורא הסבלן, שעדיין לא סגר את המאמר הזה בייאוש, בוודאי הבחין שהמשפט האחרון שאמרנו נשמע בלתי - שפוי לחלוטין: "פוטון יחיד יוצא באותו רגע משני מקורות אור מרוחקים אל מטרה אחת"? היה זה כאילו אמרנו שנהג מונית בודד יצא לדרכו באותה עת גם מבאר - שבע וגם מחיפה והגיע לבסוף לתל - אביב. מה לעשות, תורת הקוונטים אכן מאפשרת מצב כזה שבו אותו פוטון יוצא משני מקורות בעת ובעונה אחת ומגיע למקום שלישי כחלקיק אחד. זוהי למעשה הרחבה של הלקח שמלמד אותנו ניסוי הברירה המאוחרת של וילר (פרק ה) : כשאנו מבצעים ניסוי התאבכות, אנו יוצרים אי - ודאות לא בקשר לעתיד, כפי שאנו רגילים לחשוב, אלא בקשר לעבר: מהרגע שנצפתה ההתאבכות של פוטון יחיד, לא ניתן לדעת אם הפוטון הגיע אלינו מצד ימין או מצד שמאל. גם במקרה שלנו, אם פוטון בודד הגיע אלינו מאחד משני מקורות אפשריים, ובהגיעו הציג תופעת התאבכות שאינה מאפשרת לדעת מהיכן הגיע, אזי שתי ההיסטוריות הסותרות של הפוטוןהן אמיתיות באותה מידה ושתיהן תורמות לתוצאה הסופית.

ולכן, אם על שני מסלוליו הסותרים של הפוטון היחיד עמדו שני אטומים, שאחד מהם יכול היה לבלוע או לא לבלוע את הפוטון, יהפכו עכשיו שני האטומים לזוג EPR לכל דבר: מדידה של האחד משפיעה מיידית על השני.

ההפתעה בניסוי הזה היא שבחלק ניכר מהמקרים, מתברר שאחד האטומים חסם את אחד ממסלוליו של הפוטון, כך שהפוטון היחיד יכול היה לעבור רק במסלול השני. במילים אחרות: הפוטון שהגיע לאתר ההתאבכות יצא לדרכו רק ממקור - האור השמאלי ומעולם לא מהמקור הימני, כי המקור הימני היה חסום ע"י האטום. אבל, לפי ההוכחה המפורסמת של ג'ון בל לניסוי EPR, ה"החלטה" של אטום אחד לחסום את מסלולו של הפוטון נקבעה ע"י ה"החלטה" של האטום השני שלא לחסום את המסלול השני. הדבר מביא לשלוש קביעות שאינן יכולות להיות נכונות בו זמנית:

א. מסלולו הימני של הפוטון חסום ע"י אטום ימין ולכן הפוטון מעולם לא עבר שם אלא במסלול השמאלי, הבלתי - חסום

ב. לפיכך, אין כל תהליך שמקשר בין שני האטומים

ג. אולם, על פי ההוכחה של בל, עצם ההחלטה לחסום את הדרך לפוטון, המנתקת את הקשר בין אטום ימין לאטום שמאל, נקבעה ע"י התאמה בין אטום ימין לאטום שמאל!

לפרדוקס זה קראנו "פרדוקס השקרן הקוונטי" על שם "פרדוקס השקרן" הידוע מהלוגיקה: "משפט זה הוא שקרי. " אם המשפט שקרי הוא אומר אמת ולהיפך. "משפט" דומה מבטאים האטומים בניסוי שתואר לעיל: "הקישור בינינו מלמד שאין בינינו קישור. "

מה שנֹאמר עכשיו יישמע אולי שחצני אבל אנחנו עומדים מאחריו: "פרדוקס השקרן הקוונטי" הוא חמור יותר מכל הפרדוקסים הקוונטיים שהתגלו עד היום (התאבכות חלקיק בודד, ניסוי הברירה המאוחרת, חתול שרדינגר וניסוי EPR) בכך שהוא מתאר תהליך שבו תורת הקוונטים לא רק סותרת את תורת היחסות או את הפיזיקה הניוטונית, אלא מציגה תהליך שסותר את עצמו.

ההסבר שאנו הצענו לתופעה זו מסתמך על פירוש ה"זיגזג" של אהרונוב שהזכרנו סוף פרק ה ', לפיו יש היסטוריות הנקבעות לא רק ע"י אירועי העבר אלא גם רטרואקטיבית ע"י אירועים בעתיד. על כך הוספנו את ההשערה כי לפעמים, מקטע כזה של היסטוריה עובר רוויזיה, מעין "שכתוב, " ובמקרים נדירים כגון זה משאיר השכתוב סתירות המעידות על התיקונים המאוחרים.

אנחנו מאמינים, בכל הצניעות המתבקשת, שהמודל שלנו, המניח שמעבר הזמן הוא תופעה אמיתית ולא אשליה, מציע לראשונה דרך פשוטה להפליא שבה הן האפקטים של תורת הקוונטים והן אלו של היחסות נובעים מאותה תכונה של הזמן. בקצרה: אם אירועי העתיד עדיין לא קיימים, אזי, על - פי עיקרון מפורסם של מאך, גם הזמן והחלל עדיין לא קיימים בעתיד. מכאן משתמעת גרסה חדשה של המפץ הגדול, לפיה היקום לא רק מתפשט מבחינת ממדי החלל שלו, אלא שהוא גם "מתפשט" בזמן, כך שכל שנייה חדשה מגדילה את נפחו על ציר הזמן. אם כך, נפתחת הדרך להבנה חדשה של היישות הקוונטית המוזרה הקרויה "פונקציית גל" האחראית לכל התופעות הפרדוקסליות שמנינו לעיל: אולי פונקציית - הגל אינה מתפתחת בחלל - זמן ריק, אלא לפני היווצרות החלל - זמן? אולי כל שנייה ביקום נוצרה מהתגובה בין פונקציות - גל שהגיבו ביניהן ב"לא כלום" האמיתי, ורק אז, אחרי ה"קריסה, " הופיעו אירועים של ממש יחד עם החלל - זמן שסביבם?

זו כמובן השערה מרחיקת - לכת, אבל הפרדוקס שגילינו ראוי לתשומת - לב בפני עצמו. הוא מצטרף לשאר הרמזים שמנינו עד עתה, לפיהם הגיע הזמן לתיאוריה מקיפה יותר של הזמן.

יד. מה צופן הזמן?

"מהו הזמן יודע אני, " אמר אוגוסטינוס הקדוש (שבמציאות לא היה קדוש אלא קנאי דת מרושע), "אבל כששואלים אותי איני יודע. " אלף ושש מאות שנה מאוחר יותר, כשמאחרינו שתי מהפכות גדולות בפיזיקה של המאה העשרים, גם אנחנו איננו יודעים עדיין מהו הזמן, ובכל זאת זו אי - ידיעה מורכבת, עשירה ומסקרנת יותר.

אנו יודעים, לפחות, מה הזמן איננו: החלל והזמן אינם סתם במה פאסיבית שעליה מתחוללים האירועים. תורת היחסות הראתה שהחלל - זמן הוא מעין יריעה דינמית, המשתתפת באופן פעיל במה ש"מצויר" עליה ע"י הקיפולים והעיקומים הרוחשים בה סביב כל קו. תורת הקוונטים הוסיפה והראתה שהחלל - זמן עושה דבר יותר מפליא: ברמה הקוונטית, הרבה מתחת ליכולת הצפייה שלנו, יוצר החלל - זמן אינספור זוגות חלקיקים "וירטואליים" המופיעים ומתאיינים ללא הפסק לפרקי - זמן קצרים מכל שיעור. החלל - זמן, אם כן, הוא "חי" ויוצר ללא הרף. תורת המיתרים, אותה תורה שאפתנית המנסה לאחד את תורות הקוונטים והיחסות, מנסה אף להרחיק לכת יותר ולהראות כי בעולמנו אין, למעשה מאומה מלבד החלל - זמן, רק שמספר ממדיו הוא גדול יותר ממה שחשבנו, וכל החלקיקים והכוחות הידועים לנו אינם אלא פיתולים זעירים ביותר של חלל - זמן רב - ממדי זה. לתורת היחסות ולתורת הקוונטים מצטרפות התורות הגדולות האחרות של הפיזיקה, דהיינו, התרמודינמיקה והקוסמולוגיה, וגם להן יש מה לומר על הזמן, על כיוונו ועל מוצאו, וגם הן מחכות להשתלב עם התורות האחרות לפיזיקה חדשה, שאיש אינו יודע כיצד תיראה.

במאמר זה סקרנו שתי מגמות סותרות המתרוצצות בהתפתחויות אלה. הגישה היחסותית, המאחדת את החלל והזמן ואולי עוד ממדים, "מקפיאה" את המציאות הפיזיקלית למכלול אירועים שהחוקים החלים עליו הם, למעשה, חוקיה הפשוטים, הסימטריים והיפהפיים של הגיאומטריה. מנגד, תורת הקוונטים, עם אי - הוודאות המהותית בתמונת - העולם שלה, עם הספק שהיא מטילה על קיומן של תופעות לפני שצפינו בהן, מכניסה ליקום ממד של התהוות וחידוש בכל רגע.

איזה מודל יתברר כנכון יותר? נדמה כאילו עדיין ממשיכים שני גדולי הפילוסופיה הקדם - סוקראטית להתווכח במסדרונות המחלקות לפיזיקה, מאיצי החלקיקים ומצפי הכוכבים המודרניים של ימינו: "השינוי, " אומר פארמנידס, "הוא רק אשליה. העולם האמיתי, שחושינו משיגים רק בצורה חלקית, הוא נצחי, מושלם ונטול - שינויים. " "בדיוק ההיפך! " משיב לו הראקליטוס. "הכל זורם. הדבר היחידי הקבוע בעולמנו הוא השינוי. " מי קלע קרוב יותר לאמת? נטיית לבנו, כאמור, היא אחרי הדעה השנייה, דעת המיעוט כיום, האומרת שהתיאור המודרני של הזמן עדיין לוקה בחסר. לנו, כמו לאדם מהרחוב, נראה כי העתיד באמת אינו קיים וכי אנו היוצרים אותו מדי רגע. לעתיד הזה, הפתוח עדיין ומחכה למה שנעשה, אנו חותרים בחיפוש אחר תשובות לחידת הזמן.

מחקרינו על הזמן הושפעו מעבודתו רבת - השנים של פרופ' יקיר אהרונוב, חתן פרס ישראל, פרס וולף ופרסים מדעיים נוספים, בעבר מנחה הדוקטוראט של אחד מאתנו וכיום מורה וחבר יקר לשנינו. ליקיר אנו מקדישים מאמר זה ומאחלים לו עוד הרבה שנים של יצירה מדעית.

טו. אחרית - דבר (2009)

את המחלוקת שלנו עם הוקינג פרסמנו בשני כתבי - עת לפיזיקה ב - 1999. הוקינג לא הגיב וכמובן שגם לא ציפינו לכך. לכן נקל לתאר כמה הופתענו כשב - 2005 הכריז הוקינג כי מצא פיתרון לפרדוקס אותו ילד כשלושים שנה קודם לכן. בכך - ואיננו מניחים כי לנו הייתה יד בדבר - נחלץ הוקינג מהסתירה עליה הצבענו בין שתי עמדותיו הקודמות, לומר, א) חץ הזמן תלוי בתנאי ההתחלה ו - ב) אינפורמציה נשמדת במהלך התנדפות חור שחור. עכשיו, משנסוג מהטענה השנייה, נעלמה הסתירה.

מהו הפיתרון שהציע הוקינג לפרדוקס של עצמו? נודה ולא נבוש: לא הבנו אותו כראוי. מעניין לציין, עם זאת, שהפיתרון לא התקבל על דעת כל החוקרים בתחום, אפילו לא על דעת רובם. משמעותית אף יותר, לדעתנו, היא העובדה שהפיתרון הוא נורא מסובך בעוד הפרדוקס עצמו, כפי שהבאנו לעיל, הוא פשוט. מובן שזו לעצמה אינה סיבה להתנגד לפיתרון, אבל בכל זאת, זה לא מה שהיינו מצפים מפיתרון מוצלח.

ובכן, האם הפיתרון של הוקינג נכון? בכנות: אנחנו מקווים שלא. אם יתברר שאינפורמציה נשמדת במהלך התנדפות החור השחור, כפי שסבר הוקינג המוקדם ובניגוד להוקינג המאוחר, תהיה זו הוכחה כי חץ - הזמן טבוע בכל אינטראקציה פיזיקלית, ולכן משהו יסודי חסר בתמונת העולם הנוכחית של הפיזיקה. ימים יגידו, לכל היותר עוד כמה שנים.

אבשלום אליצור עשה את הדוקטורט בתורת היחסות ובפיזיקה קוונטית באוניברסיטת תל - אביב בהדרכת יקיר אהרונוב ושימש כמרצה ופרופסור - אורח באוניברסיטאות בארץ ובחו"ל. שחר דולב עשה דוקטורט בתורת הקוונטים באוניברסיטת בר - אילן בהדרכת אבשלום אליצור ועבודות פוסט - דוקטורט באוניברסיטאות העברית וחיפה. שניהם נמנים, יחד עם קבוצת מדענים מאוניברסיטאות שונות בישראל, על מייסדי "אייר, המכון הישראלי למחקר מתקדם" המיועד לקדם את המחקר העיוני בישראל.

Avshalom C. Elitzur has earned his Ph. D. in relativity theory and quantum mechanics in Tel - Aviv University under the guidance of Yakir Aharonov, and served as lecturer and visiting professor in several universities in Israel and abroad. Shahar Dolev has earned his Ph. D. in quantum mechanics in Bar - Ilan University under the guidance of Avshalom Elitzur, and post - doctoral works in The Hebrew and Haifa Universities. Both, together with a group of scientists from various universities in Israel, are among the founders of "Iyar, The Israeli Institute for Advanced Research" aimed at promoting theoretical research in Israel.