קורס פיזיקה קוונטית וחכמת הקבלה: העתיד משפיע על ההווה

יצא לכם פעם לדמיין שאתם מצליחים לשנות את העבר ולשפר את מה שעשיתם? אנחנו רגילים לחשוב על העבר כעל משהו שכבר התקבע שלעולם לא נוכל לשנות אותו יותר. אבל מה אם יום אחד נלמד איך האירועים מהעתיד יכולים להשפיע על ההווה שלנו או על העבר שלנו? בעולם היומיומי המוכר לנו אין בינתיים הפתעות ואין עדויות לדברים כאלה, מי שלא מכיר את חכמת הקבלה, אבל בעולם של החלקיקים הזעירים, הקוונטים, כמו למשל הפוטונים והאלקטרונים, זה עובד ממש כך. העתיד משפיע על ההווה כפי שכמה קבוצות חוקרים ברחבי העולם הראו בשנים האחרונות. פוטון היא נקודת אור.

אחת הדוגמאות הדומיננטיות לכך כיום במחקר בפיזיקה קשורה למדידות. חוקרים מראים לנו שמדידות שהם יעשו בעתיד על מערכת קוונטית כלשהי, ישפיעו על מצבה בהווה. למשל, אם בעוד מספר דקות הם ינסו למדוד את מהירות תנועתו הסיבובית של אלקטרון סביב עצמו, זה ישפיע במידה מסויימת כבר עכשיו על מהירות הסיבוב של האלקטרון, עוד לפני שערכו את המדידה.
עד כמה שזה נשמע הזוי, זה ככה קורה. היום זה מוכח מחקרית.

בעולם המיקרוסקופי יש אפשרות חדשה להסתכל על הזמן. יש דברים שחוזרים מהעתיד ומשפיעים על ההווה. הראשון שפיתח את המשוואות המתמטיות שמסבירות איך זה עובד הוא דווקא אחד משלנו, קוראים לו פרופ' אמריטוס יקיר אהרונוב מאוניברסיטת תל אביב והוא חתן פרס ישראל בפיזיקה. הוא אומר ואני מצטט: "אני בא ומראה שלפחות בעולם המיקרוסקופי יש אפשרות חדשה להסתכל על הזמן. אני מראה שיש דברים שחוזרים מהעתיד ומשפיעים על ההווה". זה ציטוט שלו, לא שלי. לא מחכמת קבלה.

נעצור לרגע כדי להבין כיצד פועלת מערכת קוונטית ומה מיוחד בה ואז נתקדם. בעולם שלנו כאן הרגיל אנחנו יודעים היכן אנחנו נמצאים בכל רגע. למשל אנחנו יודעים שברגע הנוכחי אנחנו נמצאים בתוך האוטו או מול המחשב, מישהו נוסע במהירות מסויימת נניח ברכב. אם נחליט למדוד את המצב של הרכב, נוכל לדעת תמונה מדוייקת שלו – איפה הוא נמצא, באיזו מהירות הוא נוסע, מתי הוא יגיע, לאן הוא יגיע אם הוא ימשיך לנסוע באותה מהירות זהה. האתגר הגדול שמעכב את הפיתוח של המחשבים הקוונטים זה חוסר היציבות שלהם. הם מתפקדים לכל היותר בסדרי גודל של אלפיות השניה.

מדידה בעולם הקוונטי של החלקיקים הזעירים היא משהו שונה לגמרי. מדידה כזאת משפיעה באופן דרמטי, הרסני ממש, על מערכת של מודדים. כיון שמדובר בחלקיקים זעירים, כמו פוטונים או אלקטרונים, כל האינטראקציה בין מכשיר המדידה לחלקיקים הזעירים שנמדדים, בהכרח משפיעה על החלקיקים. תחשבו למשל על מטבע שמסתובב ללא סוף באוויר, בלי להחליט אם הוא נופל על עץ או פלי. אם נחליט לערוך מדידה שתגלה מה מצבו, הוא יפסיק להסתובב באוויר ויבחר צד אחד בלבד. וכאן גילו תופעה מפתיעה. המדידות האלה לא רק משפיעות על המצב של החלקיק שנבדק בעת הביצוע של המדידה, אלא יש לו השפעה גם על המצב שלו עוד לפני שערכו את המדידה.
לדוגמא בסיפור של המטבע שנתתי לכם, אם נניח נבדוק בעוד 5 דקות את המצב שלו, נגלה שכבר עכשיו, עוד לפני שביצענו את המדידה, ההתנהגות שלו השתנתה.
בהפשטה גסה, אם בעוד 5 דקות הוא יפול על עץ, נגלה שכבר עכשיו הוא נוטה להימצא טיפה יותר על עץ.
אני יודע שזה קצת קשה להבנה אבל תנסו.
במלים אחרות, מה שיקרה לו בעתיד, משפיע על ההווה שלו.

כבר משנות השמונים חוקרים בעולם התחילו לחשוב איך הם יוכלו לעקוף את האתגר של המדידות ההרסניות. האם קיימת דרך לבצע מדידות על המערכת הקוונטית, מדידות מעודנות יותר שלא ישפיעו עליה? אולי הבדיקות האלה יספקו תמונה מדויקת פחות אבל בכל זאת יאפשרו להציץ קצת על מצב החלקיק שנבדק מבלי שזה ישפיע עליו או על המערכת כולה.
אז אחד מהאנשים האלה שעסקו בזה היה פרופ' אהרון. אבל הסיפור שלו מתחיל הרבה יותר קודם. זה מתחיל בשנות החמישים. תקשיבו.
הוא פגש בטכניון את אחד השמות הגדולים של הפיזיקה באותם ימים, קראו לו דיוויד בוהם שסיפרתי לכם בשיעור הקודם. המדען היהודי האמריקני הוא הגיע לטכניון לתקופה של שנתיים. יותר מאוחר הם גילו ביחד תופעה חשובה במכניקת הקוונטים שקיבלה לימים את השם "אפקט אהרונוב-בוהם".
על קצה המזלג זה אומר ששדה אלקטרו-מגנטי יכול להשפיע על חלקיקים מרוחקים שאפילו לא נכנסים לתחום ההשפעה שלו. הודות לתגלית החשובה הזאת שניהם היו מועמדים לפרס נובל אחר כך.
בהמשך, אהרונוב גם זכה בפרס ישראל ובפרס וולף הנחשב לשני ביוקרתו בעולם הפיזיקה. ואפילו קיבל מתנה מהנשיא אובמה את המדליה הלאומית למדעים של ארה"ב.

על הרעיון לשלב את המצב העתידי בחישובים מתמטיים פרופ' אהרונוב חישב כבר בשנות השישים אחרי שעלה בדעתו שבמקרים מסוימים אם נדע יותר על קורותיו העתידיים של חלקיק, נוכל ללמוד מכך היום על מצבו הנוכחי. אבל אחרי בערך 20 שנה הוא השאיר את הנושא הזה ברקע. הוא התפנה להתעסק בדברים אחרים עד שבשנות השמונים הוא מצא לראשונה דרך לשלב את הרעיון הזה בכלי העבודה של החוקרים במדידות שהם עושים. הוא פיתח מדידות מעודנות שלא פוגעות במצב של החלקיק בעקבות המדידה וקרא להן "מדידות חלשות", שאת החשיבות שלהן לפיתוח המחשבים הקוונטים אחר כך זה עזר להם. בשלב הזה הרעיונות האלה כבר שוכללו לתאוריה שלמה שכיום כבר מתברר שממש ממש עובדת. ההסבר לתופעה המוזרה הזאת שהעתיד משפיע על העבר גם קשור לוויכוח ממושך לגבי ההתנהגות של הזמן. בניגוד למה שאנחנו מכירים מהחוויה הסובייקטיבית שלנו שהזמן מסוגל לנוע רק מהעבר לעתיד, פיזיקאים רבים טוענים שהזמן הוא בכלל דבר סימטרי שמסוגל לנוע לשני הכיוונים ובעולם הקוונטי קל יותר לראות את זה שזה קורה באמת, כמו שאומרת חכמת הקבלה, שניתן לחזור אחורה בזמן.