* פילוסופיה / פיזיקה - אסימטריה פורקת עול - על ציר הזמן - חלק 2.

על מוקדם ומאוחר בתורת הקוונטים

אם היחסות מאכזבת את המבקש הוכחה למעבר הזמן, מה אומרת על כך יריבתה ההיסטורית של היחסות, מכאניקת הקוונטים? תשובתה של התורה הזאת היא - כמה לא מפתיע - "כן ולא. "

תורת הקוונטים היא תורה די מסובכת, אבל הפרדוקסים הנובעים ממנה הם פשוטים מאוד - כל אחד יכול להבינם במעט מאמץ - וזו בדיוק הסיבה שהם כל כך חמורים! נציג כאן שלושה מהניסויים המפורסמים של תורה זו, המביאים לתוצאות פרדוקסליות, ונבחן את ההשלכות שלהם לגבי טבע הזמן.

תמונה 4

הניסוי הראשון קשור בתופעה הקרויה התאבכות. לשם כך נפצל אלומת אור לשתי תת - אלומות בדרך הבאה. אם קרן אור פוגעת בזכוכית שקופה, היא עוברת כולה. אם היא פוגעת בראי, היא מוחזרת כולה. לפיכך, אם היא פוגעת בראי חצי - חדיר, חציה עובר וחציה מוחזר (תמונה 4א). עכשיו נשים משני צדדיו של ראי חצי - חדיר כזה שתי מראות שלמות, שתהיינה קצת מעליו, וקצת מעליהן עוד ראי חצי - חדיר, ועוד קצת מעליו שני גלאי - אור משני הצדדים. מתקבל מעוין מדויק של מראות (תמונה 4ב). למעוין הזה, כפי שגילו מאך וזנדר לפני שנים רבות, יש תכונה נחמדה: אם קרן אור פוגעת באלכסון בראי החצי - חדיר התחתון, היא מתפצלת לשני חצאים, הפוגעים בשתי המראות השלמות ומוחזרים בשלמותם אל הראי החצי - חדיר העליון. כאן מתפצלת כל מחצית לשני רבעים, אבל כל ארבעת הרבעים הללו מצטרפים זה אל זה בדרך השונה מהחשבון המוכר לנו: שני הרבעים מצד אחד מבטלים זה את זה, וכך מתקבל אפס אור בגלאי שבאותו צד, ואילו שני הרבעים מהצד השני מחזקים זה את זה ויוצרים אלומת אור שלמה הנקלטת בגלאי הנגדי. אם כן, כל אלומת אור שתיכנס למתקן הזה מלמטה מכיוון ימין תצא ממנו מלמעלה לשמאל, ולהפך.

כל זה ידוע יפה מתורת הגלים של הפיזיקה הקלאסית ולא קשה להסבר. והנה, איינשטיין, כשחיפש דרך להפריך את תורת הקוונטים שתמיד הרגיזה אותו, מצא במתקן הזה דווקא תמיכה מפתיעה לתורת הקוונטים. תארו לעצמכם חלקיק אור יחיד, "פוטון, " הנכנס למתקן כזה. הפוטון הוא חלקיק בודד, ולעולם לא נמצא חצי פוטון. לפיכך היינו מצפים שהפוטון יעבור רק באחד המסלולים של מתקן מאך - זנדר. אבל העובדה היא שהוא תמיד יודע לצאת למעלה מימין, ונקלט בגלאי שממול, מראה שבאיזו דרך כישופית הפוטון עבר בשני המסלולים בעת ובעונה אחת! ואמנם, ב - 1991 הציעו אליצור ו - ויידמן ניסוי שבו מונחת על אחד המסלולים פצצה כה רגישה עד שדי בפוטון יחיד לפוצץ אותה. האם אפשר לבדוק האם פצצה כזאת תקינה או מקולקלת בלי לפוצץ? ההיגיון הפשוט אומר, כמובן, שאם הפצצה רגישה אפילו לאינטראקציה החלשה ביותר שאפשר, לא ניתן לבחון אותה וגם להשאיר אותה שלמה. אבל, בהסתמך על התהליך הקוונטי שבו פוטון יחיד "עובר" איכשהו בשני מסלולים, הראו אליצור ו - ויידמן איך פוטון בודד יכול להרגיש בקיומה של פצצה במסלול אחד בעוד שהוא עבר, לכאורה במסלול השני.

מה שעושה את תורת הקוונטים לתורה פיסיקלית מרכזית היא העובדה שמה שאמרנו כאן על הפוטון נכון לגבי כל חלקיק: אלקטרונים, פרוטונים וכל החלקיקים הידועים לנו כחלקיקים בעלי מסה, ואפילו אטומים ומולקולות שלמות, יתנהגו כגלים לכל דבר כשיעברו במתקן מאך - זנדר. כלומר, הם מסוגלים לעבור בשני מסלולים (או באלף מסלולים) בעת ובעונה אחת. העובדה שהדואליות הזאת מאפיינת אל כל חלקיקי החומר והאטומים הידועים לנו היא העושה את תורת הקוונטים לתורה בעלת תוקף כללי.

עכשיו נצעד רק עוד צעד אחד מהניסוי הפשוט הזה לניסוי דומה, "ניסוי הברירה המאוחרת. " גם כאן, הרעיון המקורי הוא של איינשטיין, כאשר ג'ון וילר מאוניברסיטת פרינסטון פיתח אותו בצורה המדגישה את הפרדוקס שהוא יוצר. נתאר לעצמנו מתקן מאך - זנדר גדול מאוד, כזה שנדרשות שנים רבות לפוטון הבודד כדי לעבור אותו. למעשה, טען וילר, יש ביקום כוכבים רבים המפצלים פוטונים העוברים לידם ומאחדים אותם בדיוק כמו מתקן מאך - זנדר, רק שהמרחקים במקרה זה נמדדים במיליוני שנות אור. לכן, כשהפוטונים הללו מגיעים לכדור הארץ, הם מספקים ניסוי ברירה מאוחרת בקנה - מידה אסטרונומי.

עכשיו נדמה לעצמנו נסיין היושב ליד הראי החצי - חדיר העליון ומחליט ברגע האחרון, סתם לפי החשק, אם לסלק את הראי הזה או להשאירו במקומו. אם יסלק אותו, יתגלה הפוטון באופן אקראי באחד משני הגלאים. פירוש הדבר הזה הוא שהפוטון התנהג כחלקיק במשך כל השנים ועבר רק במסלול הימני או השמאלי. לעומת זאת, אם יחליט הנסיין להשאיר את הראי החצי - חדיר, יתגלה הפוטון רק בגלאי הימני, ופירוש הדבר הוא שהפוטון התנהג כגל במשך כל השנים ועבר בשני המסלולים. הנה, למעשה, חלומם של כל הסטאליניסטים לדורותיהם: החלטה בהווה משנה את ההיסטוריה כרצוננו. ניתן לומר כי אנחנו המחליטים אם הפוטון "היה" חלקיק או "היה" גל במשך כל התקופה בה עשה את דרכו אלינו.

מה אומר הניסוי הזה לגבי מעבר הזמן? הדברים אינם פשוטים וכאן יש מחלוקת אפילו בין שני המחברים של מאמר זה. אחד מאתנו (א. א). רואה בניסוי הזה תמיכה חזקה להשערת ההתהוות: הנה, לא רק העתיד נתון לשינוי, אלא גם העבר, הנחשב מעצם הגדרתו לעובדה מוגמרת, יכול, בתנאים מסוימים ובהגבלות מסוימות, להשתנות. השני (ש. ד). גורס אחרת: הנה, כל מצב קוונטי "כבר" נקבע ע"י אירועים שיתרחשו בעתיד ממש כשם שהוא נקבע ע"י תנאי העבר, כפי שטוענת השקפת "היקום הקפוא. "

הניסוי השלישי שנציג הוא ניסוי איינשטיין - פודולסקי - רוזן (EPR). הוא הומצא ע"י איינשטיין כדי להקניט את חברו נילס בוהר, אבל עם הזמן התברר שתוצאות הניסוי דווקא תומכות בפירושו של בוהר למכניקת הקוונטים, על כל המסקנות המהפכניות הנובעות ממנו.

על - פי אחת הגרסאות של ניסוי זה אטום פולט שני חלקיקים כך שהספין המשותף שלהם הוא אפס. הספין הוא תכונה פנימית של חלקיקים קוונטיים הדומה לסיבוב החלקיק סביב עצמו כסביבון. חלקיקים קוונטיים (בעלי ספין) בשדה מגנטי, יכולים להסתובב רק בשתי צורות: עם כיוון השעון (הנקרא ספין או "ספין מטה" על - פי כיוון ציר הסיבוב ב"חוק היד הימנית") או נגד כיוון השעון (ספין או "ספין מעלה") - תמונה 5.

תמונה 5

כלומר, אם חלקיק 1 מסתובב כך שציר סיבובו פונה כלפי מעלה, אזי ציר סיבובו של חלקיק 2 חייב לפנות מטה, וכן להפך. נניח לשני החלקיקים להתרחק זה מזה מרחק רב כרצוננו ואז נמדוד את הספין של אחד מהם. אם הוא פונה למעלה נדע שהספין של החלקיק השני פונה מטה ולהפך. פירושו של איינשטיין לניסוי זה היה פשוט: לשני החלקיקים היו מראש ספינים מוגדרים, והמדידה שלנו רק שינתה את הידע שלנו לגבי הספין האחד ולפיכך גם את הידע שלנו לגבי הספין השני. זו, כמובן, תשובת השכל הישר למצב זה. כך, אם במקרה העלה אדם נעל בית ימנית מהמגירה, הוא פשוט יודע שהנעל שנותרה היא שמאלית. המדידה לא שינתה אם כן את מצב החלקיקים אלא רק את מצב ידיעתו של הצופה.

אבל בוהר העדיף כאן את ההיגיון המטורף של תורת הקוונטים, לפיו המדידה אינה סתם מגלה תכונה שהייתה קבועה מראש אלא ממש יוצרת אותה ברגע המדידה. מכאן משתמעת מסקנה מטרידה: אם המדידה יצרה את הספין של חלקיק אחד, היא חייבת ליצור באופן מיידי גם את הספין של החלקיק השני, אחת היא כמה הוא מרוחק. ההתנגשות עם תורת היחסות היא בלתי - נמנעת, שהרי היחסות הציבה את מהירות האור כגבול העליון למהירות, בעוד שכאן מהירות ההשפעה של חלקיק אחד על משנהו היא אינסופית. מכאן הרעש הגדול שחולל ניסוי זה. שנים רבות מאוחר יותר בא ג'ון בל ומצא סידור מדידות קצת יותר מורכב, שבעזרת אי - שוויון מתמטי שולל לחלוטין את האפשרות שאיינשטיין נטה לה, דהיינו ששני החלקיקים יצאו לדרכם מתואמים מראש. ניסוי EPR היה במקורו ניסוי מחשבתי בלבד, אבל מהרגע שג'ון בל ניסח אותו בצורה המאפשרת להבדיל בין השקפותיהם של איינשטיין ובוהר, הוא הפך לאתגר מעניין לפיסיקאים הניסיוניים. ואכן, החל משנות השמונים נעשה הניסוי פעמים רבות והתוצאות חזרו ואוששו את תורת הקוונטים. מאז, היכולת של אירוע אחד להשפיע מיידית על אירוע אחר תוך סתירה עקיפה לתורת היחסות ("נון - לוקאליות"), נעשתה לחלק בלתי - נפרד מעולם הקסמים הקוונטי.

מה אומר הניסוי הזה על טבע הזמן? הוא יכול לומר הרבה דברים, תלוי איך מפרשים אותו, ובמהלך השנים אכן הוצעו לו פירושים שונים ומשונים. נסתפק כאן בהערה אחת: יש בניסוי הזה סתירה עקיפה לתורת היחסות. אנו אומרים "סתירה עקיפה" כי למרות שהניסוי הזה מוכיח שמדידת חלקיק אחד משפיעה בו - זמנית על החלקיק השני, לא ניתן להעביר אינפורמציה בדרך זו. לכן נוקטים פיסיקאים רבים בעמדה הפוזיטיביסטית האומרת שלא הוכחה כאן הפרה אמיתי של האיסור על מהירויות גבוהות ממהירות האור. לנו זו נראית עמדה מתחמקת וברור שאיינשטיין, לו היה חי לראות את תוצאות הניסוי, היה מודה שתורת היחסות אינה נותנת תיאור שלם של הזמן.

נשוב לנושא זה מאוחר יותר, אבל קודם נצטרך לעשות סיבוב בתחום נוסף של הפיזיקה שיש לו מה לומר על הזמן.

* פילוסופיה / פיזיקה - אסימטריה פורקת עול - על ציר הזמן - חלק 4.