# הפרדוקס של מכניקת הקוונטים בעולם המאקרוסקופי

> תורת הקוונטים עמדה כבר בלא מעט מבחנים ניסיוניים ולמרות זאת קיימות בה כמה פרדוקסים שקשה למדענים לענות. כעת חוקרים מקוריאה מציגים שכלול של פרדוקס החברים של ויגנר ומעלים תהיות על שלמות התאוריה והסיכוי שתצליח לתאר את הכל כנראה שלא קיימת תאוריה פיזיקאלית עם כמות כה גדולה של אישושים ניסיוניים כמו מכניקת הקוונטים. התאוריה המוצלחת "מוכחת" שוב ושוב כבר מאה שנה במגוון רחב של ניסויים מדויקים אבל עדיין הפיזיקאים לא ממש…

- Canonical: https://www.hayadan.org.il/quantum-theory-cannot-consistently-describe-the-use-of-itself-2009184
- Author: ד״ר נועם חי
- Published: 2018-09-20T00:50:34+03:00
- Modified: 2018-09-20T23:44:58+03:00
- Sections: פיזיקה קוונטית
- Topics: פיזיקה, פיסיקת הקוונטים, פרדוקס

## Article

תורת הקוונטים עמדה כבר בלא מעט מבחנים ניסיוניים ולמרות זאת קיימות בה כמה פרדוקסים שקשה למדענים לענות. כעת חוקרים מקוריאה מציגים שכלול של פרדוקס החברים של ויגנר ומעלים תהיות על שלמות התאוריה והסיכוי שתצליח לתאר את הכל כנראה שלא קיימת תאוריה פיזיקאלית עם כמות כה גדולה של אישושים ניסיוניים כמו מכניקת הקוונטים. התאוריה המוצלחת "מוכחת" שוב ושוב כבר מאה שנה במגוון רחב של ניסויים מדויקים אבל עדיין הפיזיקאים לא ממש מסופקים ורואים גם את החורים שבה. למרות שהתאוריה מסבירה באופן מפליא את העולם הזעיר, היא נכשלת בלהסביר את העולם הנשלט על החוקים הפיזיקאליים היומיומיים. כשמנסים להחיל את החוקים של עולם הקוונטים על העולם שלנו מקבלים לעיתים סתירות פנימיות. השאיפה של הפיזיקאים לנסות לאחד בין תורת הקוונטים שמסבירה את העולם המזערי לתורת היחסות של איינשטיין שמסבירה את העולם העצום מלא הכוכבים חייב להתחיל ביישוב הפרדוקסים ובניסיון להבין מכניקת הקוונטים על בורייה. אל עבר גופים עצומים הכיצד ניתן לשלב כוחות בין שתי תורות כה שונות אך מדויקות בגזרתן? אפשרות אחת היא לבחון ולערוך ניסוים קוונטים על גופים גדולים יותר ויותר ולקוות שיחשפו אי התאמות בניסוי. אבל כדי שכך יקרה פיזיקאים צריכים לעבוד תחת תנאים מגבילים ואילוצים רבים. גופים יום יומיים לא יכולים לחשוף את התכונות הקוונטיות שלהם כי אורך הגל של גופים אלו כמעט ולא קיים. כדי "לפתור" או לעקוף את המגבלות, חוקרים משתמשים ברעיון שאיינשטיין הוריש למדענים – ניסויים מחשבתיים. זה בדיוק מה שהחוקרים מקוריאה העלו במאמר שפורסם בNature Communication. הניסוי המחשבתי מרחיב את פרדוקס החברים של ויגנר – צופה א' מודד את הספין של חלקיק וצופה ב' מודד את המערכת המכילה את הספין והצופה הראשון. צופה א' לא יכול לדעת מה צופה א' מדד וכאן מתחיל הפרדוקס. במקרה כזה, צופה א' יכול למדוד ספין שונה מצופה ב'. ההרחבה שהחוקרים פירסמו במאמר שפורסם לאחרונה הכילה יותר שלבים ויותר צופים שמגדילים את הפער בין המדידות. לצורך הבהרה נתמקד בשאלה היכן בידיוק נמצא הפרדוקס? ובכן, הפרדוקס נמצא איי שם בעקרון המדידה של מכניקת הקוונטים. ברגע שמערכת קוונטית נמדדת, היא "קורסת" לאותו הערך הנמדד, כלומר התכונה ההסתברותית שלה נעלמת. המשמעות היא שכאשר נמדוד אותה שוב, נקבל את אותה התוצאה. לכן, אם צופה ב' (שהוא צופה לא ישיר) מודד את המערכת שכבר נמדדה הוא אמור לקבל את אותו הערך של צופה א', כי צופה א' כבר מדד את המערכת. במקום זאת הוא מודד ערך שרירותי בהסתברות של חצי, בין אם הספין היה מעלה או מטה. הכיצד? נשאלת השאלה מתי פונקציית הגל של הספין קרסה? האם בצופה א' או בצופה ב'? היכן באמת נמדדה המערכת? ויגנר ניסה להסביר את הפרדוקס שלו עם "מודעות" (ואת הפרשנות לכך אשאיר לקורא הסקרן). לטענתו הצופה הראשון הוא זה שקבע מראש לכל הצופים האחרים את תוצאות המדידה עוד לפני שהחלקיק נמדד על ידם באופן בלתי ישיר. כאן, כמובן נכנסת בעיה נוספת בסתירה לעיקרון הקוזאליות – מה מגיע לפני מה? סיבה מול תוצאה? פעולת המדידה מול הערך הנמדד? עוד פרדוקס שקשה לנו לענות. סביר להניח שהקורא הסקרן ישאל את עצמו האם הצופה השני שמודד כעת מערכת שונה הכוללת את הצופה הראשון והספין לא אמור לקבל ערך אחר, הרי זהו מצב קוונטי חדש? ובכן, כאן בידיוק נשאלת השאלה מהי מדידה? ומה ההשפעה שלה על הסביבה? בידיוק בשביל זה הפרדוקס המשוכלל הוצג במאמר כשהחוקרים הוסיפו עוד ועוד צופים משניים. אם טענה זו נכונה, המערכת כולה שמכילה מספר עצום של צופים משניים נמצאת במצב של סופרפוזיציה בין מצבים עד שהאחרון צופה. מיהו אותו אחרון? ואם האחרון לא "מחליט", איך זה מסתדר עם עיקרון הקוזאליות? האם רק האחרון "מודע"? (כפי שויגנר שאל, מי המודע שמקריס את פונקציית הגל במערכת?) מסקנות מבלבלות החוקר רנר שכתב את המאמר מצא שהניסוי המחשבתי שלו מקטב את אנשי המדע. הוא הופתע לגלות שחלק מהקולגות היו ממש נלהבים ונרגשים מהמאמר וכנראה בגלל המסקנות הכתובות בו – המאמר טוען שהתורה הקוונטית לא אוניברסלית כמו שהיא שואפת להיות, ובמערכות גדולות היא נכשלת להסביר את עיקרון המדידה בעולמנו המאקרוסקופי. הכיצד שני צופים מודדים שני דברים שונים? איך תאוריה שמסבירה כל כך הרבה מכילה סתירה פנימית? אולי למעשה המאמר מכיל שגיאה בחישוב? אולי הוא טועה בפיזיקה? ואולי יש עוד אפשרויות שלא מופיעות כאן? בימים אלה חוקרים מנסים לבחון את המתמטיקה של המאמר ולראות האם קיימות שגיאות. גם רנר מרגיש אי נעימות עם הפרשנות הזו שכתב במאמר והוא מאמין שהיא תיפתר מתשהו. "כשמביטים אל עבר ההיסטוריה, פרדוקסים נפתרים ממקומות בלתי צפויים" הוא מסביר. תורת היחסות, למשל, שפתרה כמה סתירות בתאוריה של ניוטון ושינתה את כל מה שידענו על רעיון הזמן. "העבודה שלנו עכשיו מתמקדת בבדיקת ההנחות, האם הנחנו הנחות שגויות, מי יודע? אולי הפרדוקס שלנו נכון והוא יגרום לנו לשנות את התפיסה על המרחב זמן שוב. כשאנחנו חושבים על התאוריות שלנו שוב ושוב, אנחנו מצליחים לחשוף את המציאות כפי שהיא". [למאמר המדעי](https://www.nature.com/articles/s41467-018-05739-8)