האח הגדול של הפיזיקה

יש ויכוחים מדעיים שנשארים בתוך מאמרים, נוסחאות ולוחות גיר. ויש ויכוחים שמרגישים כאילו מישהו לקח את האנשים הכי חכמים בעולם, סגר אותם באחוזה לשבוע שלם, ונתן להם לריב על השאלה הכי גדולה שיש: מה בכלל אמיתי?

זה פחות או יותר מה שקרה כשהפיזיקה הקוונטית התחילה לטלטל את העולם. מצד אחד עמדו נילס בוהר והחבורה מקופנהגן, שהסתכלו על המשוואות של שרדינגר והסיקו מהן מסקנות כמעט בלתי נסבלות לאינטואיציה האנושית. מצד שני עמד אלברט איינשטיין, שלא היה מוכן לקבל עולם שבו המציאות מתנהגת כמו משחק הסתברויות.

וזה, כנראה, הוויכוח המדעי הכי גדול בהיסטוריה.

קופנהגן נגד כל מה שהרגשנו שהוא הגיוני

הפרשנות של קופנהגן לפיזיקה קוונטית אמרה משהו שנשמע עד היום קצת כמו בדיחה על חשבון השכל הישר: חלקיק הוא לא פשוט כדור קטן שנמצא איפשהו ומחכה שנגלה אותו. חלקיק הוא גל הסתברות.

כלומר, לפני שמודדים אותו, אין לו מיקום מוגדר במובן הקלאסי. יש הסתברות למצוא אותו פה, הסתברות למצוא אותו שם, והמתמטיקה יודעת לתאר את כל האפשרויות האלה. רק ברגע המדידה, הגל הזה ״קורס״, ופתאום מתקבלת תוצאה אחת ברורה.

לזה מצטרף עיקרון אי-הוודאות: אי אפשר לדעת הכול על חלקיק. אפשר לדעת מיקום או מהירות ברמת דיוק מסוימת, אבל לא את שניהם בדיוק מוחלט. אפשר לדעת זמן או אנרגיה, אבל לא גם וגם עד הסוף.

והנקודה הכי מטרידה? זה לא בגלל שהמכשירים שלנו לא מספיק טובים. זה לא עניין טכני. לפי תורת הקוונטים, זה פשוט לא אפשרי.

כנס סולווה: כש-29 גאונים נכנסו לחדר אחד

בשנים 1927 ו-1930 נערכו שניים מהמפגשים המדעיים הדרמטיים ביותר אי פעם. 29 מדעני-על, 17 מהם זוכי פרס נובל, ואחת אפילו זכתה בשני פרסי נובל, התכנסו לשבוע של הרצאות, דיונים, ויכוחים וארוחות ערב שבהן, כנראה, גם עם פה מלא המשיכו להתווכח על טבע המציאות.

איינשטיין הגיע לכנס של 1927 לא כדי למחוא כפיים לבוהר. הוא הגיע כדי להראות לחבורה מקופנהגן שהם ממש לא בכיוון. הוא לא קיבל את הרעיון שהטבע בבסיסו הסתברותי. מבחינתו, אם משהו קיים, אמור להיות לו מצב ברור. אם אנחנו לא יודעים אותו, זו בעיה שלנו — לא של המציאות.

אז הוא התחיל לשלוף ניסויים מחשבתיים. שוב ושוב הוא ניסה למצוא דרך לעקוף את עיקרון אי-הוודאות, להגחיך את הסופרפוזיציה, להראות שהפיזיקה הקוונטית אולי עובדת בחישובים, אבל לא באמת יכולה להיות הסיפור המלא.

ובוהר? בוהר ענה. בסבלנות. טענה אחרי טענה. איינשטיין לחץ, בוהר פירק. איינשטיין חיפש סדק, בוהר סגר אותו.

שם גם נולדה אחת האמירות המפורסמות ביותר במדע. איינשטיין אמר: ״אלוהים לא משחק בקוביות״. ובוהר, בתגובה כמעט חצופה בגאוניות שלה, ענה לו משהו בסגנון: ״איינשטיין, אולי תפסיק להגיד לאלוהים מה לעשות?״

הקופסה של איינשטיין: רצית ודאות? הנה ודאות

ב-1930 איינשטיין הגיע מוכן יותר. הפעם הוא חשב שיש לו את זה. ניסוי מחשבתי שאמור לשבור את עיקרון אי-הוודאות ולמדוד גם זמן וגם אנרגיה בדיוק.

הרעיון היה כזה: לוקחים קופסה מלאה בחלקיקי אור, מוסיפים שעון מדויק, דלת קטנה שנפתחת לשבריר שנייה, ומשקל. אם הדלת נפתחת בדיוק בזמן מסוים וחלקיק אור יוצא, אז אנחנו יודעים מתי הוא יצא. ואם שוקלים את הקופסה לפני ואחרי, אפשר לדעת כמה אנרגיה היא איבדה.

כלומר: זמן מדויק, אנרגיה מדויקת. בום. רצית ודאות? הנה ודאות.

לרגע, בוהר השתתק. זו הייתה אחת הפעמים הנדירות שבהן איינשטיין הצליח להשאיר אותו בלי תשובה מיידית. לרגע היה נדמה שאיינשטיין ניצח בסיבוב הזה.

עד למחרת.

בוהר חזר עם תשובה שלא רק מצילה את עיקרון אי-הוודאות, אלא עושה את זה בדרך כמעט אכזרית: הוא השתמש בתורת היחסות של איינשטיין עצמו.

הטיעון היה שהשקילה של הקופסה מושפעת מכבידה, וכבידה משפיעה על הזמן. לפי תורת היחסות הכללית, הזמן לא מתקתק אותו דבר בכל מצב כבידתי. לכן עצם הניסיון למדוד את שינוי המשקל של הקופסה בדיוק מספיק יוצר אי-ודאות בזמן של השעון. במילים אחרות: אי-הוודאות לא נעלמת. היא פשוט חוזרת מהדלת האחורית.

להוכיח לאיינשטיין שהוא טועה באמצעות איינשטיין עצמו? כן, זה בטח היה כואב.

אבל איינשטיין לא ויתר על המציאות

גם אחרי שבוהר ניצח בקרבות הגדולים של כנסי סולווה, איינשטיין לא באמת השתכנע. מבחינתו, פיזיקה קוונטית אולי הייתה כלי חישובי מדהים, אבל היא לא יכולה להיות התיאור המלא של העולם.

ב-1935 הוא פרסם יחד עם פודולסקי ורוזן מאמר שהפך לאחד המפורסמים בתולדות הפיזיקה. הרעיון המרכזי שלו היה פשוט ועמוק: אם יש משהו שאפשר למדוד ולקבל עבורו ערך, אז הערך הזה אמור להיות קיים גם לפני שמדדנו. מציאות לא אמורה להיווצר רק כשאנחנו מסתכלים.

מכאן נולדה הדילמה הגדולה:

• או שתורת הקוונטים לא שלמה, ויש משתנים חבויים שאנחנו עדיין לא מכירים.
• או שהרעיון שלנו על מציאות אובייקטיבית פשוט לא עובד כמו שחשבנו.

וזה כבר לא רק ויכוח על חלקיקים. זה ויכוח על מה זה אומר ״קיים״. האם העולם מחזיק תשובות ברורות גם כשאף אחד לא מודד? או שהמציאות עצמה בנויה אחרת לגמרי ממה שהמוח שלנו רוצה להאמין?

הקרב שלא באמת נגמר

העימות בין איינשטיין לבוהר לא היה סתם ריב בין שני גאונים עם אגו. הוא היה התנגשות בין שתי תפיסות עולם: עולם קלאסי, מסודר ודטרמיניסטי, מול עולם קוונטי, הסתברותי ומוזר עד כאב.

איינשטיין רצה ודאות. בוהר קיבל את זה שהטבע לא חייב להתנהג לפי הציפיות שלנו. ובאמצע נשארה השאלה שממשיכה לרדוף את הפיזיקה עד היום: האם אנחנו פשוט לא יודעים מספיק — או שהמציאות עצמה לא בנויה מוודאות?

כי בסוף, אולי הבעיה היא לא שאלוהים משחק בקוביות. אולי הבעיה היא שאנחנו עדיין מנסים להחליט מה נחשב משחק, מה נחשב קוביות, ומה בכלל נחשב מציאות.