האם כבידה פותרת את בעיית המדידה?

חוקר מצרפת פיתח מודל מתמטי המאלץ את פונקציית הגל לקרוס בעקבות אינטרקציה כבידתית. המודל מבוסס על הצעתו של הפיזיקאי פנרוז שטען שפונקציית הגל קורסת כאשר העקמומיות במרחב הזמן שונה משמעותית בין גופים שזורים

תורת הקוונטים הובילה מהפכה בעולם המדעי הטכנולוגי. ההישגים התיאורטיים מאוששים יום יום במעבדות ברחבי העולם עד לדיוק פנומנלי של שלוש עשרה ספרות אחרי הנקודה העשרונית. למרות הצלחתה של תורה זו, הבסיס שלה דיי רעוע. אחת מהבעיות של תורת הקוונטים היא כה יסודית שלמאזין מבחוץ זה ישמע כמו בדיחה גרועה. מהי מדידה? וכיצד היא מתוארת בתורת הקוונטים? עד היום פיזיקאים מרחבי העולם חלוקים בדעתם ואין לנו תשובה של ממש. בעיית המדידה הניבה פרשנויות שונות לתורת הקוונטים – עולמות מרובים, הפרשנות של קופנהגן, התורה הבוהמית, וגם הפרשנות של פנרוז. כל פרשנות מניחה רשימת הנחות שונה אך כולן מנסות בו זמנית לענות על בעיית המדידה. איכשהו, הפרשנות של קופנהגן נצחה, אולי כי היא גם הפשוטה ביותר, כזו שלא מצריכה מאיתנו מחשבה עמוקה לגבי מהי מדידה.

הפרשנות של קופנהגן מניחה שהמדידה, אותה פעולה שמאלצת את פונקציית הגל לקרוס, מושפעת ממבצע המדידה, המדען לצורך העניין. הפרשנות הזו הרגישה דאז למדענים כה מגוחכת ששרדינגר בעצמו המציא ניסוי מחשבתי שיראה כמה היא ביזארית. כולנו מכירים את החתול של שרדינגר – חתול בקופסא חשוף לאטום רדיואקטיבי שעשוי להתפרק בכל רגע. אם האטום אכן יתפרק, יופעל מנגנון שיהרוג את החתול. כל עוד המדען לא פותח את הקופסא, המצב הפיזיקאלי של החתול, השזור למצבו הפיזיקאלי של האטום, נמצא בסופרפוזיציה של חי ומת. רק בעת פתיחת הקופסא הנסיין למעשה מודד את המצב הפיזיקאלי של האטום שמאלץ את החתול להתאים את עצמו – חי אם האטום לא התפרק או מת אם האטום התפרק. כמובן שאף אחד מאיתנו לא מדד חתול בסופרפוזיציה או ראה מצב קוונטי שכזה על גופים מאקרוסקופיים. על כן נשאלת השאלה מה מונע ממצב שכזה להתרחש? האם יש מנגנון שמונע העולם המיקרוסקופי להשפיע על העולם המיקרוסקופי בצורה כה דרמטית?

בסוף שנות התשעים פנרוז הציע פיתרון לפרדוקס בעזרת כח הכבידה. בעת המדידה הגופים נשזרים, כלומר המצב הפיזיקאלי של כל אחד תלוי בשני. במידה והאנרגיה הכבידתית בין שני הגופים שונה מספיק, פונקציית הגל תקרוס. פנרוז שאב את הרעיון מהנטייה של כח הכבידה לרכז גופים הפזורים בחלל.  במחשבתו הוא הביע תקווה שאולי גם כח הכבידה משחק תפקיד משמעותי גם בריכוז פונקציית הגל ובכך יפרוך את הטענה שהמדידה תלויה איכשהו במדען. בעזרת המודל שהציע המדידה נעשית באופן טבעי בלי השפעתו של האדם. עד לעת הזו חוקרים לא הצליחו לממש את הרעיון של פנרוז.

לפני כמה ימים פרסם החוקר הצרפתי ללאו במגזין האירופאי לפיזיקה את המודל הבא: הוא הציע להתבסס על התפיסה הבוהמית (המניחה דווקא שמיקומם של חלקיקים מוגדר היטב ולא מרוח בסופרפוזיציה על כל המרחב) ועל גבה להוסיף כח כבידה מדומה. הכח המדומה אינו “מדומה” מילולית, אלא אותו כח הכבידה שאנו מכירים מוכפל במספר המדומה (שורש של מינוס אחד). המספר המדומה גורר מצב אי-ריברסיבילי שפונקציית הגל המתפתחת בזמן בזכות משוואת שרדינגר תקרוס למצב פיזיקאלי יחיד. מאחר והכח הכבידתי חלש, ההשפעה של הכח המדומה חלשה מאוד עבור כל אטום בודד. אך אם אטום מושפע מכח כבידה משמעותי הוא יאלץ את קריסת פונקציית הגל בזמן מדיד. כך גם עם החתול של שרדינגר. האטום הרדיואקטיבי שזור לסביבתו כך שכח הכבידה ישפיע עליו לקרוס לאחד המצבים בלי קשר לפתיחת הקופסא.

זאת הפעם הראשונה שהשערת פנרוז מקבלת תיאור מתמטי פורמאלי אבל היא עוד רחוקה מלתאר את המציאות. תחילה כח הכבידה שללאו מתאר הוא כח כבידה ניוטוני ולא איינשטייני. כמובן שבאנרגיות גבוהות התיאור הפשוט של תורת הקוונטים מאבד מאחיזתו ויש צורך בתורת השדות הקוונטית כדי לתאר במדויק את הפיזיקה בגבולות אלו.

למאמר המלא