קהילת הפיזיקה הקוונטית נסערה בשבועות האחרונים בעקבות דיווח של צוות חוקרים כי יצר שזירה קוונטית בין דובון מים למעגלים על-מוליכים קוונטיים. שזירה קוונטית היא מטביעות האצבע הייחודיות והמשונות של מערכות קוונטיות, והיא הודגמה עד כה בשלל מערכות, אך היו אלו כמעט תמיד מערכות של חלקיקים קטנים ביותר, כמו אטומים, פוטונים ואלקטרונים. על כן, הטענה על יצירת שזירה קוונטית של אורגניזם מורכב, שגדול מאותם חלקיקים בסדרי גודל רבים, היא לא פחות ממדהימה. יחד עם זאת, לאחר פרסום המאמר החלו להופיע ברשת שלל תגובות של חוקרים בתחום החולקים על הקביעה וטוענים – דובון מים יש, אבל עדות לשזירה קוונטית כנראה אין.
מה זו שזירה?
שזירה קוונטית היא תופעה ייחודית למערכות קוונטיות, הקושרת בין המצבים של שני חלקיקים המפגינים התנהגות קוונטית, כמו אטומים ואלקטרונים. פעולה על אחד משני החלקיקים השזורים גוררת השפעה על החלקיק האחר, גם אם הם מרוחקים זה מזה פיזית, ועל כן איינשטיין תיאר תופעה זו כ"פעולת רפאים ממרחק".
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
למרות כל המאמצים: המתאן ממשיך לטפס
הטיפול הניסיוני בסרטן ממשיך לעבוד גם אחרי עשור
למה פסנתר וגיטרה נשמעים אחרת?
שזירה קוונטית עומדת כיום בבסיס מגוון טכנולוגיות קוונטיות, והיא אחראית למשל לייחודם של מחשבים קוונטיים. עד לאחרונה, מחקרים הדגימו שזירה קוונטית בין חלקיקים טבעיים יסודיים, אטומים וחלקיקים קטנים אף יותר. בשנה האחרונה פורסם מחקר שבו הדגימו החוקרים שזירה קוונטית של מערכות גדולות יחסית – שתי פיסות של יריעת אלומיניום בקוטר של 0.02 מילימטר כל אחת. מחקר זה הוכתר בדירוג יוקרתי כפריצת הדרך של השנה בפיזיקה. מובן אם כן ששזירה של בעל חיים שלם, אפילו קטן מאוד, היא קפיצת מדרגה משמעותית.
דובוני מים רדומים כמערכת קוונטית
דובוני מים (Tardigrade) הם מערכת של בעלי חיים זעירים המונה יותר מ-1,000 מינים. אין קשר בין יצורים אלה לבין היונק הנקרא דוב, אך המראה וצורת התנועה שלהם הובילו את הזואולוג הגרמני יוהאן גצה (Johann Goeze) לכנות אותם "דובי מים קטנים". אורכו של דובון מים ממוצע הוא עד כמילימטר אחד, והם ידועים בשל עמידותם בתנאים קיצוניים – טמפרטורות נמוכות, קרינה גבוהה ואף ריק (ואקום), כגון זה השורר בחלל החיצון. דובוני המים שורדים בתנאים קשים על ידי כניסה למצב של תרדמת יבשה (קריפטוביוזה), שבו כל התהליכים המטבוליים נעצרים, והם ישובו ויתעוררו בתוך דקות לאחר חזרה לתנאי סביבה נוחים.
במאמר שהועלה ל-Arxiv, מאגר פתוח של מאמרים מדעיים לפני פרסום ולפני שעברו ביקורת עמיתים, צוות בינלאומי בהובלת חוקרים מאוניברסיטת נניאנג בסינגפור תיאר את הניסוי בעל התוצאות המפתיעות. החוקרים לקחו דובון מים במצב תרדמת והניחו אותו על מעגל של חומר מוליך-על. מעגלים כאלה אפשר להכניס למצב קוונטי, והם משמשים כיחידות הבסיס של המחשבים הקוונטיים המובילים כיום. הניסוי כולו התבצע בטמפרטורה נמוכה ביותר, של כמאית המעלה מעל האפס המוחלט, ובלחץ נמוך ביותר - קטן פי 160 מיליון מלחץ אטמוספרי. החוקרים טוענים כי נצפתה שזירה בין המערכת המורכבת ממעגל מוליך-על ומהדובון לבין מעגל מוליך-על נוסף. לטענתם, שינוי שנצפה בתדירות הקרינה הדרושה על מנת לשנות את מצבו הקוונטי של המעגל מעיד על השזירה בין שני המעגלים.
דובון מים
(צילום: מתוך מחקר קודם על דובוני מים)
לא שזירה קוונטית ולא יער
פרסום המאמר גרר שלל תגובות של מדענים, הטוענים בין היתר כי שינוי התדר אינו חתימה של שזירה קוונטית אלא תופעה חשמלית קלאסית המוכרת זה למעלה מ-150 שנה. עוד טוענים המבקרים כי גם אם ישנה שזירה קוונטית, היא לא נמדדה בניסוי הזה, משום שהמצב הקוונטי של הדובון לבדו לא נמדד – וכרגע גם לא ידוע כיצד לעשות זאת. הניסוי שבו מצבו של דובון המים לכאורה שזור עם המערכת הקוונטית מזכיר את הפרדוקס המכונה "החתול של שרדינגר".
הפרדוקס הוא ניסוי מחשבה שהגה הפיזיקאי ארווין שרדינגר, מאבות תורת הקוונטים, שלפיו חתול בקופסה, שחייו תלויים בפעולתה של מערכת קוואנטית, עשוי להימצא בו-זמנית במצב חי ומת. שרדינגר הגה את הפרדוקס כדי להגחיך את התוצאות העולות מהתורה שהוא עזר לבנות, אולם השערה מגוחכת-לכאורה זו אכן קיבלה אישוש בפועל באינספור ניסויים שנערכו במערכות קוונטיות מיקרוסקופיות.
בינתיים נראה כי עוד מוקדם לקבוע שאפשר לבצע שזירה קוונטית של יצור חי. לעומת זאת, דבר אחד בטוח, והוא שהמחקר שבר שיא חדש של תנאי קיצון להישרדות דובון מים. בניסוי הוחזק היצור במשך 420 שעות (יותר מ-17 יום) בטמפרטורה הנמוכה ביותר שנבדקה עד היום להישרדות דובוני מים, וחזר לחיים לאחר סיום הניסוי וחימום התא בחזרה לטמפרטורת החדר.
דן יודילביץ, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
