בעקבות הזמן החדש
בימים אלה חוגגת הקהילה המדעית בישראל 50 שנה לגילויו של אפקט אהרונוב-בוהם, בכנס חגיגי המתקיים באוניברסיטת תל אביב. אך בשיחה שערך עם צבי ינאי בחר אהרונוב להסביר למה דווקא עבור פיסיקאים אין משמעות לעבר, להווה או לעתיד
בנובל הוא לא זכה (בינתיים), אך הישגו הגדול נותר אחד החשובים והנדירים שהושגו בתחום הפיסיקה התיאורטית בישראל. השבוע מתקיים באוניברסיטת תל אביב כנס חגיגי, במלאות 50 שנה לניסוחו של אפקט אהרונוב-בוהם. לרגל האירוע מובאת כאן שיחה שנערכה בין פרופסור יקיר אהרונוב לצבי ינאי בשנת 2000, מתוך ספרו של ינאי "החיפוש האין סופי - שיחות עם מדענים".
ינאי: אחד הדברים המופלאים הקשורים בזמן, שהוא מוסיף להיות מופלא בעינינו כפי שהוא היה לפני אלפי שנים, למרות שנותח ופורק מאז למרכיביו הקטנים ביותר בכל מערכת מחשבתית אפשרית: מדעית, אמנותית, פסיכולוגית ופילוסופית. זנון היווני גילה את הפרדוקסליות של הזמן, אפלטון ניסה להפוך את כיוונו, אריסטו קשר אותו לתנועה, ניוטון העניק לו מעמד נבדל ומוחלט, ואילו אינשטיין הוריד אותו לדרגה של ממד יחסי ורגיל כמו גובה, רוחב ועומק.
הפיסיקה המודרנית, אומרים הפיסיקאים, לא מכירה בעבר ולא בעתיד. היא אדישה לכיוון הזמן, ולמעט במקרה של התפרקות חומר רדיואקטיבי - כל החוקים הפיסיקליים נשארים תקפים גם כאשר הופכים את התהליכים וצופים בהם מהסוף להתחלה.
ובכל זאת, בתודעה שלנו הזמן לא נתפס כממד רגיל. הוא שונה, ולו מהטעם הבנלי שאפשר לנוע בו אך ורק לפנים, כפי שמעידים כל התהליכים הגלויים לעינינו: צמיחת העצים, הבשלת הפירות, נשירת העלים, זרימת הנחלים, התפוררות החומרים, וכמובן החיים עצמם. שום חוק פיסיקלי לא יכול להשיב לנו שנייה אחת מחיינו. האירוניה של החיים, אמר הפילוסוף הדני קירקגור, היא שחיים אותם לפנים אבל מבינים אותם לאחור. והנה, 95 שנה לאחר הטיפול האלים של תורת היחסות המצומצמת של אינשטיין בזמן, יש הסבורים שהבשילה השעה למושג חדש של זמן, וכי התנועה בין עבר, הווה ועתיד אינה חייבת בהכרח להיות חד-סטרית.
אך עוד לפני שאנו באים לדון במושג החדש של הזמן, יש לנו חשבון עם מושג הזמן הישן של הפיסיקאים: מה פרוש הדבר שלגבי דידם אין עבר ועתיד ואין זרימה של זמן? מה זאת אומרת שהאירועים פרוסים כאילו על מפה ענקית - וכל מה שמפריד ומבדיל אירוע בעבר מאירוע בעתיד הוא שהאחד נמצא לפני השני? האמנם מצפים הפיסיקאים שנחוש נוח עם התפיסה הנוכחית של הזמן?
פרופ' אהרונוב: הפיסיקאים לא מצפים. הם עושים ניתוח הגיוני ואומרים את הדבר הבא: אנחנו מבינים מה זה תנועה בזמן. אנחנו רואים, למשל, שברגע אחד אנחנו נמצאים במקום אחד וברגע שני במקום אחר, לזה אנחנו קוראים תנועה. אבל איך נוכל להגיד שהזמן עצמו נע מזמן אחד לזמן אחר? לומר שבזמן אחד הזמן נמצא בזמן אחד, ובזמן שני הזמן נמצא בזמן שני, זה חסר משמעות.
ינאי: למה לא לקבל את התחושה הישירה, הבלתי אמצעית, שהזמן זורם? אנחנו שטים על נחל, זורמים יחד אתו והנוף חולף לעינינו ומשתנה בהתאם.
גבולות הפיסיקה
דיווח ישיר מרגע האמת של פיסיקת החלקיקים
אביטל להב, גרמניה
חמישה מבכירי הפיסיקאים בעולם התכנסו בגרמניה כדי לדון בציפיותיהם מהאירוע הגדול ביותר של הפיסיקה בדורנו - תחילת עבודתו של מאיץ ההדרונים הגדול. ynet מדע היה שם
פרופ' אהרונוב: כשאני אומר שהנחל זורם, אני מתכוון לכך שאם אסתכל על הנחל ברגע אחד אראה תמונה אחת של הנחל, ואם אסתכל עליו אחר כך אראה תמונה אחרת. כלומר, אני יכול להסביר את הניסיון הזה באמצעות תמונות מתחלפות. אבל איך אפשר להסביר שהרגעים עצמם זורמים? הפיסיקאים טוענים על ההשתנות הזאת של הזמן שהיא אילוזיה, תחושה פסיכולוגית. האמת היא, שכל הזמנים קיימים באיזשהו מובן.
ינאי: אנחנו רואים את החורף מתחלף באביב, האביב מתחלף בקיץ, הפירות מבשילים על העץ, עלים נושרים בשלכת ואנחנו מזדקנים כל הזמן. כל זה אשליה?
פרופ' אהרונוב: הפיסיקאים היו מציגים את הדברים בצורה אחרת. מנין לך שאתה מזדקן? בשלב מסוים אתה זוכר כל מיני דברים שקרו לך בעבר, ובשלב יותר מאוחר אתה זוכר יותר דברים. עכשיו, בוא נשחק את המשחק הבא: כשאתה מגיע לגיל 50 מעבירים אותך בבת אחת לגיל 40 - יחד עם כל האנשים והחפצים הסובבים אותך. האם היית זוכר שהיית בן 50? אפשר להמשיך במשחק הזה ולהעביר את כל העולם מזמן אחד לזמן אחר, בלי שמישהו ירגיש שהזמנים השתנו.
ינאי: מה המשחק המחשבתי הזה מוכיח?
פרופ' אהרונוב: מה שאני רוצה להראות הוא, שאין שום דרך להוכיח שהזמן עובר מזמן אחד לזמן שני, למרות התחושה הפנימית החזקה שלנו. זה פרדוקס. אינשטיין כינה אותו מסתורין גדול. הוא השתמש ברעיון שהזמן פרוס כמו המרחב, וכל הזמנים קיימים באיזה שהוא מובן ביחד. מספרים עליו שבמכתב תנחומים ששלח לאלמנה של חבר נעורים שנפטר, כתב שאל לה להצטער יותר מדי, כי אצל הפיסיקאים אין משמעות למוות, מאחר שכל הזמנים שהיו בחייהם מוסיפים להתקיים.
ינאי: אם הזמן מתנהג לשיטתו של אינשטיין, דהיינו כל האירועים בעתיד כבר קיימים ואנחנו פשוט עוברים מאירוע לאירוע, זה אומר שאנחנו חיים בדטרמיניזם מוחלט. זוהי מסקנה שצריכה לקומם אותך במיוחד, כי עיסוקך - תחום שבו עשית לעצמך שם בעולם - מאופיין דווקא על ידי העדר דטרמיניזם, עקב עקרון האי-ודאות. איך אתה מיישב את זה עם זה?
פרופ' אהרונוב: זה באמת לא כל כך מתיישב. אם כי, על פי אינטרפרטציה מסוימת של תורת הקוואנטים, הטענה שאיננו יכולים לנבא את העתיד איננה מדויקת. אירוע קוואנטי יכול להתממש בכמה כיוונים, ולכן אנחנו לא יכולים לנבא מראש איזה כיוון יתממש. לפי פירוש אחר, "תורת העולמות המרובים", כל האפשרויות מתממשות אבל בעולמות שונים, מקבילים לשלנו. מכאן, כאשר מסתכלים על כל העולמות האלה ביחד אפשר להגיד על המכלול שהוא דטרמיניסטי ושהעתיד אכן קיים מראש.
ינאי: אינשטיין הפך את הזמן לסתם ממד, אחד מארבעת ממדי המרחב-זמן, בעוד שאצל ניוטון הזמן נהנה ממעמד נבדל ומוחלט. בכל זאת, הזמן לא דומה לשלושת הממדים האחרים. אנחנו לא יכולים לזוז בזמן למעלה ולמטה, וגם לא ימינה ושמאלה, אנחנו יכולים לזוז רק בכיוון אחד: קדימה.
פרופ' אהרונוב: נכון, הזמן הוא לא ממד רגיל, אבל גם לא אבסולוטי. איננו יכולים להגיד ברגע מסוים כאן מה הזמן אי שם. למשל, אינני יכול לומר האם אדם הנמצא בכוכב רחוק הוא חי עכשיו או מת, כי ה"עכשיו" כאן איננו אבסולוטי.
ינאי: בעצם, כל האילוצים וכל המוזרויות האלה נובעים מכך שהאור - שהוא הסיגנל המהיר ביותר ביקום - הוא בעל מהירות סופית וקבועה?
פרופ' אהרונוב: בדיוק. מה שמאפשר לנו להשתעשע במכונות זמן, הנעות מהר יותר מהאור.
ינאי: אתה עצמך תרמת ניסוי מחשבתי לסיפורים אלה, אבל לפני שתציג את מכונות הזמן שלך אני רוצה להתעכב על השעון החשוב והמרכזי ביותר בטבע, המיוצג על ידי החוק השני של התרמודינמיקה. השעון התרמודינמי מסמן את מהלך הזמן באמצעות הגידול באנטרופיה, כלומר על ידי הגברת האי-סדר וההתפוררות של הדברים. על השעון הזה אי אפשר לומר שהוא אשליה. הוא שעון אמיתי, המתגלה בכל ההיבטים של המציאות - גם בחומר הדומם וגם בחומר החי.
פרופ' אהרונוב: אני מסכים אתך, השעון התרמודינמי הוא לא אילוזיה. הגידול באי סדר לאורך זמן הוא אמיתי. השאלה היא האם הוא מוכיח שהזמן נע. תאר לך שאני משקיף על רחוב, שבנקודת ההתחלה שלו הבתים מסודרים ומטויחים יפה, אבל ככל שמתקדמים לאורכו הבתים נעשים יותר מיושנים ויותר הרוסים. האם זה מוכיח שהזמן זורם? כל מה שזה אומר הוא, כי מה שמאפיין את הרחוב הזה הוא שאתה רואה בו יותר ויותר הריסות ככל שאתה מתקדם לאורכו, ואם תלך בכיוון הנגדי תראה את ההיפך.
ינאי: איבדתי אותך. אתה מתאר את המציאות כמו בספרונים המצוירים של פעם, שעל כל דף שלהם היה מצויר אדם בתנוחה מסוימת, וכאשר היו מדפדפים בו במהירות רבה זה היה נראה כאילו האדם המצויר עושה כל מיני תנועות - ותוך כדי כך גם מזדקן והולך. אבל חיי אדם אינם ספרון של ציורים נייחים.
פרופ' אהרונוב: נכון. מה שקורה הוא שאתה עובר לאורך ציר הזמן, וככל שאתה מתקדם אתה מזדקן באמת. כלומר, בנקודת זמן יותר מאוחרת אתה יותר זקן, וגם האנשים סביבך מזדקנים והבתים נהרסים. אתה מתאר את זה כתהליך דינמי, אבל נסה לדמות לעצמך שכל הדברים האלו בעצם קיימים כבר באיזשהו מובן. תאר לך שאתה נמצא במספר רב של מצבים: אתה צעיר, אתה קצת יותר מבוגר, אתה זקן, וכל המצבים האלה קיימים באיזשהו מובן ביחד.
ינאי: קשה לי לדמות את עצמי נוכח בעולם בגילים שונים בעת ובעונה אחת. אם נחיל את המצב הזה על העולם כולו, פירוש הדבר שהיקום קיים בכל מצביו - החל ברגע לידתו ב"מפץ הגדול" ועד קצו בעוד 100 מיליארד שנה. האמנם כך?
פרופ' אהרונוב: לא מדויק. זה לא דטרמיניזם במובן זה שניתן לנבא על סמך התמונות שבידינו כעת את התמונות הבאות. אתה אינך יכול לדעת את התמונות הבאות. זו נקודה מאוד חשובה.
ינאי: כלומר, המציאות היא כמו ספרון הציורים הפרוסים כבר מראש על עמודיו, אבל אני אינני יכול לראות את כל הדפים שלו מראש.
פרופ' אהרונוב: סלק את המילה כבר. ברגע שאתה אומר כבר אתה עושה שימוש במושג של זמן.
ינאי: מי כן יכול לראות את הדפים האחרונים בסוף הספרון?
פרופ' אהרונוב: אף אחד. זו הפליאה הגדולה של הזמן, פליאה שאנחנו לא מבינים עד הסוף. בפיסיקה הקיימת, הקשר בין עבר, הווה ועתיד לא מובן. הזרימה הזאת לא מובנת. אני צופה, ואני מאמין בזה אמונה שלמה - אף על פי שאני במיעוט בין הפיסיקאים - שתתחולל מהפכה נוספת בפיסיקה, ושבמסגרתה נבין את מושג הזמן באופן שונה לגמרי. עיקר העבודה שלי הוא לחפש רמזים בפיסיקה הקיימת כדי להבין איך לעשות את המהפכה הבאה.
המפץ הגדול. מה קרה בראשית היווצרות היקום? (צילום: נאס"א)
ינאי: תכף אגיע לנקודה מרתקת זאת, אבל לפני כן אני רוצה לשאול אותך על מצב אחר, אף הוא סתום ביותר: תחילת הזמן בהיווצרות היקום. מבחינת הפיסיקה, הזמן לא קיים בעת "המפץ הגדול", מפני שבמצב הייחודי שהיקום נמצא אז כל החוקים הפיסיקליים - לרבות הזמן והמרחב - קרסו. אבל אם "המפץ הגודל" הוא אירוע שהיה, זאת אומרת שהוא קרה בזמן. יתר על כן, גם מה שקדם לו היה מצב נתון שצריך להיות מוגדר בזמן. מה פירוש הדבר אין-זמן?
פרופ' אהרונוב: זה קצת קשה להסביר. האמת היא שהפיסיקה לא יודעת לתאר מה קרה בנקודת הראשית של היווצרות היקום, כי חוקי הפיסיקה - כפי שאנו מבינים אותם היום - עוד לא היו תקפים אז. אותו מצב ראשוני של היקום היה המקום היחידי שבו לתורת הקוואנטים ולתורת הכבידה של אינשטיין היה משקל דומה, אבל אנחנו איננו יודעים לאחד אותם.
ינאי: אני אהיה גס רוח לרגע ואומר לך שזו בעיה פנימית של הפיסיקאים. אתם לא יודעים לטפל במצבים קיצוניים של צפיפות אינסופית, ואתם לא יודעים איך לאחד את כל כוחות הטבע. זו בעיה שלכם. הבעיה שלנו היא מה קרה לזמן כשהתחיל היקום ומה קרה רגע אחד לפני כן.
פרופ' אהרונוב: כשאתה אומר "התחיל", אתה מניח שיש שם מרחב ויש שם זמן. שהנקודה הזעירה ממנה התפתח היקום הייתה קיימת במרחב ושם התחיל להיווצר היקום ויחד אתו הזמן. אבל זה לא מה שהפיסיקאים אומרים. כשאין יקום, אין גם זמן ואין גם מרחב. זאת אומרת, אתה לא יכול לשאול מה היה לפני תחילת היקום. לפניו לא היה כלום, לא היה זמן.
ינאי: זה מביא אותי לפתרון של הוקינג לבעיית הנקודה הסינגולרית שביסוד היקום הבראשיתי, אותה נקודה מתמטית הנגזרת מתורת הכבידה של אינשטיין, שבה כל החוקים מתרסקים ולכן לא ניתן לייחס לה לא זמן ולא מרחב. במקום נקודה סינגולרית הוקינג הציע ישות קוואנטית, גל, שלמרות זעירותו הוא תופס מקום מסוים, כלומר הוא נהנה מקצת מרחב ומקצת זמן, ולכן חוקי הפיסיקה לא מגיעים שם לכדי ריסוק.
פרופ' אהרונוב: אין לייחס לגל הקוואנטי הזה דימוי של גל קלאסי. אפשר לתאר אותו כתנודה, כפלוקטואציה, שבמסגרתה לא ניתן להגדיר מרחב וזמן.
ינאי: אם זה כך, במה פתר המודל של הוקינג את בעיית ההתרסקות של הזמן והמרחב במודל של הנקודה הסינגולרית?
פרופ' אהרונוב: הוא לא פתר. אף אחד לא טוען שהוא עשה את זה.
ינאי: הוא טוען.
פרופ' אהרונוב: הוא טען עוד דברים, ולא כל מה שהוא טען הפיסיקאים קיבלו. הוא עצמו שינה פעמים רבות את דעתו. אף איש לא חושב שיש פתרון לבעיית הראשית של היקום. אנחנו יודעים מה קרה שבריר שנייה לאחר המפץ הגדול, אבל לא מה שהיה לפני כן.
ינאי: בכל זאת, יש כל מיני השערות לגבי המצב הראשוני של טרום "המפץ הגדול".
פרופ' אהרונוב: זה לא פשוט. מה שתורת הקוואנטים אומרת הוא, שאפילו ריקנות מוחלטת אינה אפשרית בגלל עיקרון האי-ודאות. במקום שאמור להיות ואקום מוחלט מתרחשות פלוקטואציות, תנודות של אנרגיה. משמעות הדבר היא, שלפעמים יכולה להופיע בפתאומיות תנודה כל כך גדולה שיקום חדש יכול להיווצר ממנה. היקום הזה מתחיל להתפתח, ויש לו כמובן הזמן והמרחב שלו. במקום אחר יכול לצוץ יקום אחר, שגם לו זמן ומרחב משלו, אבל אין שום דרך ניסיונית - גם לא לוגית - לשאול מנקודת הראות של יקום אחד מה קורה ביקום השני. שני היקומים אינם קשורים זה לזה, ולכן אנשים החיים ביקום אחד לא יכולים לשאול מהו הזמן ביקום השני.
ינאי: אמרת שבמקום אחר יכול לצוץ יקום אחר, שגם לו זמן ומרחב משלו. מכך משתמע שקיים מרחב בין שני יקומים, שהאחד נוצר שנה או אלף שנה לפני השני.
פרופ' אהרונוב: כפי שאמרתי, אין קשר בין שני היקומים האלה, ולכן אי אפשר לשאול באיזה מקום הוא נוצר ובאיזה זמן, כי המרחב והזמן שלנו קשורים אך ורק ליקום שלנו. עמדת הפיסיקאים היא זאת: אנחנו יכולים לשאול אך ורק שאלות שבאופן עקרוני, לא תמיד באופן פרקטי, אפשר להשיב עליהן.
מסע בזמן. מה תרצו: מחילת תולעים או מחילה קוונטית? (צילום: גטי אימאג'בנק)
ינאי: נעבור אם כן להיבט בעייתי אחר של הזמן, הקשור במכונות זמן. זהו נושא חביב מאוד על סופרי המדע הבדיוני, והנה מסתבר שגם אתה, פיסיקאי מכובד, עסקת בזה ברצינות והגית אפילו ניסוי מחשבתי עם בלון גדול, ששינויי כבידה המתחוללים בו יכולים לגרום לזמן לנוע לאחור.
פרופ' אהרונוב: נתחיל בזה שקיימים שני סוגים של מכונות זמן. יש מכונת זמן מסוג מחילות תולעים, ויש מכונת זמן המתאימה למה שעמיתי ואני מצאנו בתורת הקוואנטים. מכונת הזמן הזאת לא נוגדת את האינטואיציה, משום שקורא בה דבר מאוד מעניין. למשל, כדי להשתמש במכונה אתה צריך להיכנס לתוכה, לשבת שם עשרים שנה, ואז להחזיר את עצמך אחורנית עשרים שנה לאחור. אם תנסה לחזור מרחק יותר גדול לאחור, אתה עלול להיקלע לפרדוקסים.
ינאי: במלים אחרות, מכונת הזמן שלך תוקעת אותך בנקודה אחת של זמן: אתה לא נעשה צעיר וגם לא מזדקן.
פרופ' אהרונוב: לא בדיוק. אתה כן מזדקן במכונה, וכל מיני דברים קורים לך שם, אבל אתה יכול לחזור ולחיות את חייך שוב ושוב. כמובן, לא תזכור שכבר חיית את חייך פעם, כי כל פעם שתחזור לאחור בזמן, הזיכרון שלך יימחק. מזה ניתן ללמוד שזו לא מכונה פרקטית, אבל אפשר לעשות אתה כל מיני משחקים שלא לגמרי מנוגדים לאינטואיציה. מכונת הזמן השניה, הדומה הרבה יותר למה שאנשי המדע הבדיוני עוסקים בה, היא מכונה מסוג מחילת התולעים. כלומר, מכונה שאפשר לנסוע אתה לאחור בזמן ולהגיע לזמנים מוקדמים יותר. האנשים סביבך נעשים יותר צעירים, ורק אתה שומר על גילך. בעצם, גם אתה מזדקן, אבל העולם סביבך נעשה הרבה יותר צעיר, ולכן תוכל לברר איך נולדת, לפגוש את סבך ולהרוג אותו. זהו הפרדוקס המפורסם.
ינאי: במכונת זמן מסוג מחילות תולעים מדובר בעצם במצב כבידתי חריג מאוד, שבו המרחב מקופל בתוך עצמו באופן כה קיצוני עד כי נוצר חור במרחב. במצב כזה, הדרך הקצרה ביותר בין שתי נקודות הוא לא הקו הרגיל המחבר ביניהן, אלא הקו החוצה את המרחב בין חור הכניסה לחור היציאה, קרי דרך מחילת תולעים. דרך קיצור זו מאפשרת להגיע ממקום למקום במהירות גבוהה ממהירות האור. כלומר, אתה יכול להיכנס בצד אחד של המחילה, לצאת בצד שני, ולראות את עצמך נכנס למחילה.
פרופ' אהרונוב: נכון, אלא שמחקרים שונים שנעשו בשנים האחרונות הראו שמחילות כאלו אפשריות מבחינה מתמטית, אבל לא מבחינה פיסיקלית, כיוון שהאנרגיה הדרושה ליצירתן גדולה מידי. למעשה, כל כך גדולה, עד כי הכל יהפוך לחושך. יש גם מצבים של חוסר קונסיסטנטיות הנובעים ממחילות כאלו. אמנם, יש דרכים לעקוף מצבים כאלה, אבל הן לא מקובלות עלי. למשל, הפיסיקאי האנגלי דויטש טוען שאפשר ליישב את הפרדוקסים השונים על ידי תורת העולמות המקבילים של יו אוורט. כלומר, ברגע שתיכנס למכונת זמן כדי להרוג את סבך, ייווצר עולם מקביל לשלך, שבו סבך כלל לא היה בו ולפיכך גם אתה לא יצאת לאוויר העולם. במלים אחרות, לא הרגת איש ואין שום פרדוקס. גם עולם שלנו נטול פרדוקסים, כי הסבא שלך אמנם היה בו, וגם אתה נמצא בו, אבל אין מכונת זמן.
ינאי: לשם איזון אני רוצה לעבור לתופעה מוזרה לא פחות המתגלה בתורת הקוואנטים, ובמקרה הזה - בניגוד למחילות תולעים - היא הוכחה באופן ניסויי פעמים רבות. אני מתכוון לשני חלקיקים תת-אטומיים שיוצאים ממקור אחד וטסים בכיוונים מנוגדים, ואז - כשהם במרחק של שנות אור זה מזה - כל פעולה שנעשה על חלקיק אחד תשפיע מיידית על החלקיק האחר, למרות שהמרחק ביניהם ומהירות התרחקותם זה מזה לא מאפשרים בעיקרון להעביר מידע ביניהם. אם גוף אחד יכול להשפיע על גוף אחר במהירות מיידית, כלומר יותר מהר מאור, זה כאילו אמרנו שאנחנו נוסעים אחורה בזמן. הנה, זה לא מחילות תולעים דמיוניות, אלא מציאות ניסויית הנגזרת מהפיסיקה הקוואנטית.
פרופ' אהרונוב: אתה מדבר על אפקט אינשטיין, פודולסקי רוזן, על שם שלושת הפיסיקאים הידועים שהגו את הניסוי המחשבתי הזה. אגב, נתן רוזן ז"ל לימד הרבה שנים בטכניון ואני זכיתי לשמוע אצלו את הקורס הראשון שלי בתורת הקוואנטים. עד היום אני אסיר תודה לו על כך. צריך להבין שההשפעה של חלקיק אחד על החלקיק האחר היא לא השפעה פיסיקלית אמיתית, כלומר זה לא המצב שבו אני עושה משהו לחלקיק אחד וכתוצאה מכך תכונה פיסיקלית של החלקיק השני משתנה באופן ממשי. יתר על כן, למרות שלכאורה מתקיים קשר בין שני החלקיקים האלה, הקשר הזה לא מאפשר להעביר ביניהם הודעות במהירות גדולה ממהירות האור, ולכן זה לא סוג של מכונת זמן.
ינאי: אני לא בטוח שהבנתי איך יכול להיווצר מיתאם גבוה בין שני החלקיקים ללא העברת מידע ביניהם?
פרופ' אהרונוב: אומר כך. תאר לך מקל שאורכו קילומטר. אם אתה מגלה את מקומו של קצה אחד של המקל תוכל מייד לומר היכן נמצא הקצה השני, למרות שלא התקיימה שום העברת אינפורמציה בין שני קצות המקל. במקרה של שני החלקיקים, התאום ביניהם דומה יותר למה שהיה קורה במציאות המתנהגת על פי חוקי הפיסיקה הקלאסית. יש במציאות שלנו דברים שלכאורה נעים במהירות גדולה ממהירות האור. למשל, כאשר אתה מכוון זרקור לשמים ומזיז אותו, אלומת האור נעה מקצה אחד של השמיים לקצה האחר במהירות גדולה יותר כביכול ממהירות האור, אבל זה רק למראית עין, אין בזה שום העברה אמיתית של מידע.
ינאי: אתה מתכוון לומר שהתאום בין שני החלקיקים הרחוקים הוא אשליה?
פרופ' אהרונוב: זו לא אשליה, קורה משהו ביניהם, שניתן היה להסבירו על ידי משתנים נסתרים, המסדירים את התאום ביניהם.
ינאי: אלא ששאלת המשתנים הנסתרים הופרכה על ידי ג'ון בֶל.
פרופ' אהרונוב: בדיוק. בֶל הראה שאם ניתן היה למדוד את המשתנים הנסתרים במהירות גדולה ממהירות האור – דבר שהיה סותר את תורת היחסות – אזי יש אפשרות להעביר אינפורמציה.
ינאי: איך יוצאים מהסבך הזה? אולי קיימת איזושהי תיאוריה, שעוד לא הגענו אליה, המסוגלת להסביר את התיאום המוזר בין שני החלקיקים הרחוקים במונחים של הסתברות וסיבתיות מקומית?
על פרדוקסים של מסע בזמן
להרוג את הסבא, ולהישאר בחיים
רן לוי "הידען"
כמובן שאף פיסיקאי לא חוקר את המסע בזמן, לפחות לא באופן רשמי. אם תצהיר שאתה מנסה לפתח מכונת זמן, תגלה שיש רק חומר אחד ביקום שמסוגל לנוע מהר יותר ממהירות האור, וזה המכתב מהנהלת האוניברסיטה שמודיע על הפסקת המימון למעבדה שלך
פרופ' אהרונוב: ייתכן. את עבודת הדוקטורט שלי עשיתי עם פיסיקאי מאוד ידוע, דויד בוהם, שנפטר לפני כמה שנים. בוהם הציע את תורת המשתנים הנסתרים כתיאוריה חלופית לתורת הקוואנטים. הוא יצא מנקודת הנחה שהטבע הוא אכן דטרמיניסטי, אבל כיוון שיש בו דברים שאנחנו לא מכירים עדיין - מכאן שמם: משתנים נסתרים - יש דברים הנראים לנו פרדוקסליים. במלים אחרות, אם אי פעם תהיה לנו אפשרות למדוד את המשתנים האלה נוכל באמת להעביר אינפורמציה במהירות גדולה ממהירות האור, וזה אומר התנגשות חזיתית עם תורת היחסות של אינשטיין, אשר בשום פנים לא מתירה העברת אינפורמציה במהירות גדולה ממהירות האור.
ינאי: בוא נעבור לתופעת המנהור, אחת מאותן תופעות מוזרות של עולם הקוואנטים. כאשר פוטון נתקל בחיץ בלתי עביר, הוא נעלם בצד אחד ומתגלה בצד השני. והנה, מניסוי שנערך לאחרונה התברר שהפוטון המונהר עבר דרך החיץ במהירות של 1.7 ממהירות האור. יש כאן שתי תמיהות: איך החלקיק עובר את החיץ הבלתי עביר ואיך הוא עושה את זה במהירות גבוהה מהאור.
פרופ' אהרונוב: לאחרונה נשמעו באמת טענות שהחלקיקים המחלחלים דרך החיץ נעים במהירות גדולה ממהירות האור, אבל זאת טעות. השאלה המעניינת היא איך בכלל מצליחים חלקיקים לעבור את החיץ. התשובה טמונה בעקרון אי-הוודאות. בפיסיקה הקלאסית אפשר לומר על חלקיק שהוא נמצא בנקודה מוגדרת, וכי יש לו מהירות ואנרגיה נתונות. ולכן אם האנרגיה שלו קטנה מדי הוא לא יוכל לעבור דרך החיץ. בפיסיקה הקוואנטית, לעומת זאת, עיקרון האי ודאות חל גם על האנרגיה. לכן, כאשר חלקיק נמצא ליד החיץ יש סיכוי שתהיה לו אנרגיה מספיק גדולה כדי לעבור לצד השני.
ינאי: זה מביא אותנו לאפקט הקרוי על שמך, וגם הוא טובל במסתורין. אתה מדבר על אלקטרון מבודד לחלוטין משדה מגנטי, ובכל זאת מושפע ממנו. איך זה אפשרי?
פרופ' אהרונוב: תראה, כדי שחלקיק בפיסיקה הקלאסית יהיה מושפע מכוחות הוא חייב להימצא במרחב מסוים שבו הם פועלים. זאת אומרת, כדי שחלקיק בעל מטען מגנטי או חשמלי יישנה את מהירותו, עליו לעבור בשדה אלקטרומגנטי. ולכן, אם אתה מציב מקור כוח מאחורי מחסום המבודד אותו, הוא לא יוכל להשפיע על חלקיקים העוברים מאחורי החיץ הזה. אבל בעולם הקוואנטי, שבו פועל עיקרון האי-ודאות, הדברים מתנהגים אחרת. כיוון שלא ניתן לקבוע בוודאות היכן נמצא החלקיק - בצד הזה של המחסום או בצדו השני - החלקיק הקוואנטי מושפע ממקור הכוח למרות שהוא מנוטרל כביכול על ידי המחסום המבודד. כלומר, יש לו סיכוי של 50% לעבור לצד זה של הכוח.
ינאי: במסגרת האפקט הקרוי על שמך, אם הבנתי אותך נכון, החלקיק לא היה אמור להיות מושפע ממקור הכוח, כיוון שהוא היה מחוץ לשדה הכוח שלו.
פרופ' אהרונוב: נכון. לכאורה הוא נע בריקנות מוחלטת, במרחב נקי מכוחות ומאנרגיה. האמת היא, שאין מרחב ריק באופן מוחלט מאנרגיה. מבחינה קוואנטית יש תמיד אנרגיה שיורית, המתוארת לפעמים על ידי פוטנציאלים. זאת אומרת, אם יש כוח באזור מסוים, אני יכול לומר שבצד אחד של הכוח חייב להיות פוטנציאל אחר מאשר בצד השני. את הפוטנציאל הזה אני לא יכול להרגיש, אבל את ההפרש בין שני הפוטנציאלים אני כן יכול להרגיש, וזה מה שקורה לחלקיק.
ינאי: בתחילת השיחה רמזת שאתה לא מרוצה מהמושג הנוכחי של הזמן, שאתה צופה שמשהו יתרחש בו, שאולי יתגבש מושג חדש של זמן אשר יביא בחשבון לא רק את העבר אלא גם את העתיד. שאתה מצפה שמושג הזמן החדש יכרוך את ההווה, העבר והעתיד יחד, בהווה שיהיה שונה מההווה שאנו חווים היום. למה התכוונת?
פרופ' אהרונוב: מה שמאפיין את תורת הקוואנטים הוא ששני חלקיקים יכולים להיות זהים בכל תכונותיהם בהווה, ובכל זאת התנהגותם בעתיד תהיה שונה. למשל, שני אטומים רדיואקטיביים, זהים לגמרי, מתפרקים בזמנים שונים. אחד עשוי להתפרק אחרי שניה, והשני - שהיה לגמרי זהה לו - יתפרק אחרי שעה. השאלה היא למה מתנהג הטבע בצורה קפריזית כזאת, באופן שרירותי כזה.
הקפריזיות הזאת הרגיזה את אינשטיין, ועד סוף ימיו הוא לא האמין בהגיון של תורת הקוונטים. הוא סירב להאמין שאלוהים זורק קוביה כדי לקבוע מתי יתפרקו האטומים. במהלך המחקר המדעי שלי אימצתי את האמירה הזאת של אינשטיין, אבל ניסחתי אותה באופן שונה. שאלתי את עצמי למה אלוהים משחק בקוביה. זאת אומרת, מה מרוויח הטבע מההתנהגות הקפריזית הזאת. אז עלתה בדעתי המחשבה, שבמקרה כזה של שני חלקיקים - שבעבר ועד ההווה - היו זהים לגמרי, אבל התנהגותם בעתיד שונה, אולי הטבע מנסה לומר לי שהעתיד חשוב גם כן להבנת ההווה.
במלים אחרות, העובדה שחלקיקים זהים בהווה מתנהגים בעתיד אחרת, מלמדת שבמידה זו או אחרת הם כבר שונים בהווה, אלא שאיננו יודעים לזהות את השוני הזה. זה הביא אותי לפיתוח הסתכלות חדשה על תורת הקוואנטים - גם מבחינה פורמלית וגם מבחינה מושגית. מצאתי דרך לנסח פיסיקה חדשה, שמבחינת ניבוייה היא זהה לגמרי לפיסיקה הנוכחית, אבל מבחינה מושגית והגיונית היא שונה ממנה באופן מהותי. הראיתי שאפשר להבין את מצב החלקיקים בהווה על ידי שתי אלומות של אינפורמציה - אחת שזורמת מהעבר להווה והשניה שחוזרת מהעתיד להווה.
לכאורה, זה פרדוקסלי לגמרי, כי זה אומר בעצם ללכת לעתיד, לעשות שם ניסוי שמבחין בין שני החלקיקים הזהים בהווה, ואז להחזיר את האינפורמציה הזאת אחורנית להווה. פירוש הדבר לבקר את ההווה פעמיים - פעם אחת אחרי הניסוי ופעם אחת לפניו. זה נשמע מאוד לא הגיוני, כי מה פירוש אחרי ואחר כך לפני? זה נשמע פרדוקסלי לגמרי, ואני מאוד שמח שזה נשמע פרדוקסלי, כי משמעות הדבר היא שאיננו מבינים את הזמן. אם הפיסיקה מנסה לרמוז לנו שצריך לבקר את ההווה פעמיים - פעם לפני שהעתיד מתרחש ופעם אחרי שהעתיד קורה - עלינו להבין תחילה מה פירוש הדבר לבקר בעתיד לפני שהוא מתרחש. זה אומר אולי שדרושה הבנה חדשה לגמרי של מושג הזמן.
למהפכות הקודמות בפיסיקה היו רמזים כבר בפיסיקה שקדמה להן. אני מאמין שלמהפכה הבאה בפיסיקה יש רמזים בפיסיקה הנוכחית, ואני מרגיש שזה תפקידי לנסות למצוא אותם. אינני יודע אם אספיק לעשות את המהפכה עצמה, אבל אני מלא תקווה.
פרק מתוך ספרו של צבי ינאי, "החיפוש האינסופי: שיחות עם מדענים", הוצאת עם עובד 2000
יקיר אהרונוב
צילום: עמית מגל
מדוע איינשטיין לא האמין בתורת הקוונטים?
צילום: Gettyimages Imagebank
הוקינג: "לא כל מה שהוא טוען נכון"
צילום: איי פי
