יש חוסר בהירות מצטבר עקב תגליות בתחום מכניקת קוונטים והשלכותיהן הפילוסופיות על רבדים רבים בחיינו, למשל: איך עושים מדע, האם קיים דטרמיניזם, מהי רזולוציית היקום, האם יש בחירה חופשית, ועוד. במאמר הזה אני אנסה טיפה לסדר, לפחות עבורי, את הנושא, ולהבין איך כל השינויים הפילוסופים הללו משפיעים על האמונה של האדם המודרני.
אחת ההתבטאויות המפורסמות ביותר בתחום נאמרה על ידי אלברט איינשטיין – "אלוהים לא משחק בקוביות עם היקום". אמירה זו שיקפה את הסתייגותו העמוקה ממכניקת הקוונטים, תיאוריה שזעזעה את יסודות הפיזיקה הקלאסית בתחילת המאה ה-20. איינשטיין, שהניח את היסודות לפיזיקה המודרנית עם תורת היחסות, התקשה לקבל את האופי ההסתברותי של מכניקת הקוונטים ואת הוויתור על עקרונות הדטרמיניזם והסיבתיות.
על מנת שנוכל להבין למה מכניקת קוונטים ערערה את איינשטיין ותפיסת הדטרמיניזם, נתחיל קודם בהגדרת המושג ומעבר היסטורי מהיר לגבי תפיסה זו.
דטרמיניזם היא עמדה פילוסופית הטוענת שכל אירוע או פעולה נובעים מסיבות מוקדמות ובלתי נמנעות. כלומר, הכל "קבוע מראש" לפי חוקים או תנאים קודמים. הכל מדויק. שום דבר לא יכל לקרות אחרת.
הקושי של איינשטיין לוותר על תפיסה פילוסופית זו מושתת על אלפי שנים בהן רעיון הדטרמיניזם עוצב תחילה בהקשר הפילוסופי, התאולוגי, ותוך כדי בהקשר המדעי. כבר הפילוסופים היוונים (כמו דמוקריטוס) במאה ה-5 לפני הספירה טענו שהכל נתון לחוקי הטבע. הסטואיקנים קראו לחוקים אלו הלוגוס, ונתנו להם פרשנות אלוהית. בתפיסות הדתיות המערביות המושרשות ביהדות, הושתת רעיון הבורא המשגיח על הכל, אך כבר אז חז״ל הבינו את האתגר הפילוסופי והמוסרי של בחירה חופשית, ומשפטים כמו ״הכל צפוי והרשות נתונה״ זכורים לנו כתיאור המאפשר בחירה איכשהו בתוך הדטרמיניזם האלוהי. המהפכה המדעית יצרה תפיסה דטרמניסטית של חוקי טבע נוקשים כמו שהיא יותר מוכרת לנו כיום, נקרא לה הפיזיקה הקלאסית ופיזיקאים כמו לפלס יצרו מסגרת למושג הדטרמיניזם. לפלס הגה את הרעיון המכונה ״שד לפלס״ – ישות בעלת ידע על כל חלקיק וחלקיק ביקום, ובעקבות החוקיות הסופית בעלת יכולת לדעת את כל מה שקרה בעבר וכל מה שיקרה בעתיד. במאה ה-20 סוגיות מדעיות ומוסריות עלו מחדש וערערו את מיקום הדטרמיניזם בפילוסופיה המודרנית. במאה ה-21 סוגיות אלה מקבלות תפנית נוספת בעקבות עלייתה של בינה מלאכותית.
הבה נצלול לכל סוגיה וסוגיה, ובראשית ננסה להבין מה תרומת התגליות בתחום מכניקת קוונטים לערעור העמוק בתפיסת הדטרמיניזם הרווחת. זה התחיל בסוף המאה ה-19 ובתחילת המאה ה-20 כשקרו מספר תופעות פיזיקליות שלא תאמו את הפיזיקה הקלאסית. לא אתייחס לכל תופעה היות וכל אחת ארוכה ומורכבת, אך אחת המוכרות בינהם אשר רלוונטית במיוחד לאיינשטיין נקראת האפקט הפוטו-אלקטרי, מצב בו האור לא התנהג כמו שחשבו. הפיזיקה הקלאסית הייתה בטוחה שאור בעוצמה גבוהה יותר משחרר יותר אלקטרונים כשהוא פוגע בחומר, אך התגלה שהתדר יותר משפיע על שחרור האנרגיה מאשר העוצמה. למשל, אור בתדר נמוך (אדום) ובעוצמה גבוה, יכול לא לשחרר אפילו אלקטרון אחד כשפוגע בחומר אחר, אך אור בתדר גבוה (סגול) ובעוצמה נמוכה כן יגרום לפליטת אלקטרונים מיידית. אינשטיין ניסה להסביר את זה כשחילק את האור לקוונטים (מנות קטנות), ובמקרה של אור לפוטונים הנושאים אנרגיה מסוימת. אם אין מספיק אנרגיה במנת אור – פוטון, אלקטרונים פשוט לא ישתחררו. פיתרון זה של אינשטיין היווה כאחד היסודות של תורת הקוונטים ועל כך איינשטיין קיבל פרס נובל (ולא על תורת היחסות).
אפשר לומר שחקר הפיזיקה באותה תקופה הגיע להתנהגויות מוזרות של הפיזיקה הקלאסית בזמן שניסו לאבחן את ההתנהגות של קוונטים (מנות) קטנים של חומר, אם זה ברמת הפוטון, או רמת החלקיק.
לאחר המוזרויות הראשונות חוקרים מובילים כמו שרדינגר או דה ברויי חקרו והציעו את התפיסה שחלקיק מראה תכונות של גל. ניסוי מפורסם הנקרא ״ניסוי שני הסדקים״ מראה תופעה זו. הניסוי התחיל עוד בתחילת המאה ה-19 על ידי יאנג ומטרתו הייתה לבדוק האם האור מתנהג כמו גל או חלקיק. במקום לראות שני כתמים המייצגים את האור שעובר דרך שני הסדקים הצרים, הוא גילה תבנית של התאבכות (גל). כשהתגלתה מכניקת קוונטים ניסוי זה קיבל במה היות והיה אפשר לבצע אותו באופן סטרילי עם חלקיק אחד-אחד ולראות שעדיין תבנית הגל נוצרת באופן לא מוסבר. מה שהיה כל כך מוזר בניסוי הזה שאם היה כלי מדידה כלשהו המודד האם חלקיק האלקטרון עבר בסדק הראשון או השני, תבנית ההתאבכות נעלמה, והיה נראה כאילו הפיזיקה הקוונטית ״קרסה״ להתנהגות של פיזיקה קלאסית חלקיקית.
תופעות מוזרות נוספות התגלו כמו עקרון האי-ודאות שניסח הייזנברג המראה שאי אפשר לדעת בו-זמנית את מיקום ומהירות החלקיק בדיוק מוחלט. דמיינו רזולוציה מוגבלת ותלויה כמו של פיקסלים במסך כך שאפשר לשנות את מימדי הפיקסלים אבל לא את הכמות, כשאתה מחדד מימד אחד, אתה מטשטש את המימד השני. טשטוש זה מקבל ביטוי באופן הסתברותי, כלומר, דיוק המדידה משנה את מבנה ההסתברות (ההתפלגות עצמה). הייזנברג טען שזה לא קורה כי אין לנו מכשירי מדידה מתאימים, אלא כי הטבע פשוט לא מאפשר את זה.
שזירה קוונטית היא עוד תופעה מוזרה, שני חלקיקים יכולים להיות ״שזורים״ כך שלא משנה כמה הם רחוקים אחד מהשני, אם מדדנו חלקיק אחד, גם השני יקרוס ויראה את אותה מדידה בהתאם ליחס ולמצב שהתחילו ממנו כל עוד לא הופעלו עליהם כוחות נוספים הפגעו בשזירה הקוונטית. אינשטיין כינה תופעה זו כ״פעולה רפאית ממרחק״ וראה בה עדות לכך שמכניקת קוונטים אינה תאוריה שלמה היות והיא דורשת וויתור על אחד מהחלקים מרכזיים בפיזיקה הקלאסית:
- תורת היחסות – שני חלקיקים ״מושפעים״ אחד על ידי השני, מה שאומר שהם שוברים את תורת היחסות ומתקשרים במהירות מעל מהירות האור.
- דטרמיניזם לוקלי – יש סט של חוקים או משתנים חבויים לוקליים שגורמים לחלקיק להתנהג בצורה מסוימת ומסונכרנת עם החלקיק השני. תאוריה שהופרכה על ידי נוסחה מתמטית (אי-שיוויון בל) אשר מראה שלא יכול להיות סט משתנים חבויים מקומי אשר יצליח בפונקציה שלו לסנכרן את התוצאות החוזרות במדידות (הפרה של אותה נוסחה מוכחת).
תאוריות נוספות ניסו לגשר על מצב מורכב זה, למשל, שיכול להיות דטרמיניזם באמצעות סט משתנים חבויים לא לוקליים. כלומר, יש משהו שקורה, אולי במימד אחר גלובלי שאנחנו לא מצליחים למדוד או להבין, שמחזיק את ההשפעה הקורית בין שני אותם חלקיקים, באופן שמשמר את תורת היחסות במימדים שאנחנו מכירים, ומשמר דטרמינזם באוסף מימדים רחב יותר. כמו שיצור דו מימדי לא יבין לעולם איך שתי נקודות על דף יכולות להיפגש במרחב תלת מימדי, כך גם אנחנו לא מבינים את המשתנים שלא פועלים רק במרחב זמן המוכר לנו הנתונים לתורת היחסות.
התפיסה הרווחת היום היא לוותר על הדטרמיניזם הלוקלי, ולהגיד על השאר שאנחנו פשוט לא יודעים. מה שאנחנו יודעים זה שיש מדידות אמינות ומדויקות עליהן אנחנו יכולים לסמוך, אך ההסברים והטרמינולוגיה שלנו מוגבלים מאוד.
אחרי שקיבלנו רקע על התגליות המערערות במכניקת קוונטים, סופסוף חזרנו לסוגיות הפילוסופיות המעניינות אשר לעיתים לא מובנות כראוי ויכולות להשפיע על האמונה שלנו.
האם האופי ההסתברותי שמכניקת קוונטים מראה לנו ברמת החלקיק מוכיחה בחירה חופשית?
לא, הסתברות לא אומרת בחירה. אין קשר ברור בין המוגבלות שלנו להבין את מיקום החלקיק באופן הסתברותי ללטעון שבמהות הקיום יש ביטוי לבחירה של תודעה כלשהי. במיוחד כשאנחנו מכירים באופציה של דטרמיניזם לא-לוקלי, אולי יש מערכת חוקים גלובלית, שאת חלקה לא נוכל לדעת במימדים הפיזיקליים שאנחנו יכולים להבין ולמדוד, הדואגת לכך שכל דבר לא יכל לקרות אחרת, הכל מדויק.
כאן נכנסת האמונה, איך אנחנו מגשרים על הפער שלנו בהבנת הפיזיקה, האם יש דטרמיניזם מוחלט או לא? האם יש לנו רק חווית בחירה חופשית ומתחת לפני השטח הכל צפוי? או האם ישנה בחירה הנבדלת מחוקי הפיזיקה ומשפיעה על המרחב הפיזיקלי ככוח נפרד? לא נדע, צריך להאמין.
סוגיה נוספת, האם עצם הצפייה שלנו במשהו משנה אותו?
כן ולא, השאלה באיזה מובן. במכניקת קוונטים מדובר על מדידה. כלומר, כל עוד הייתה אינטראקציה עם האלקטרון המודדת את נוכחותו, הקרסנו את הפיזיקה הקוונטית לפיזיקה קלאסית. אם ננסה להבהיר מהי מדידה, נבין שזו אינטראקציה בלתי הפיכה בין מערכת קוונטית למערכת קלאסית. האם זה אומר שאם אדם יסתכל על קופסה שבה עובר חלקיק הוא ישפיע על התנהגות החלקיק? כנראה שלא לפי הדעה הרווחת היות ולא הייתה אינטראקציה של ממש עם המערכת הקוונטית. האם חייב תודעה כדי להקריס מערכת קוונטית? ניסויים היום מראים שאין צורך בתודעה אנושית כדי לקבל את הקריסה בזמן המדידה. כמובן שבסוף תודעה אנושית תחקור את הנתונים ורק אז זה ״באמת קרה״, אבל זו כבר סוגיה פילוסופית אחרת. ובכן, האם ניתן להרחיב את מודל המדידה ליומיום שלנו? כמה אנחנו משפיעים על משהו רק כשאנחנו צופים בו או מתייחסים אליו באיזשהי צורה? כנראה שזו כבר שאלה מאוד מורכבת שעליה לא נוכל לקבל תשובה חד משמעית. אנחנו בהחלט באינטראקציה תמידית רבת שכבות עם הסביבה שלנו, וזה דורש מחקר נפרד, אך זה לא משהו שניתן לגזור באופן ברור ממכניקת קוונטים.
גם כאן יש אלמנט אמוני בו אנחנו נדרשים לגשר על הבנת השלכות הדינמיקה שלנו עם כל דבר שאנחנו עושים, מלברך על האוכל שאנחנו אוכלים, ועד לקדש את המגע שלנו עם אחרים, כנראה שיש לכך השלכות רבות אך עדיין לא מוכחות ומועגנות באופן מפורט ומדעי.
האם אנחנו והמדע מוגבלים ביכולת שלנו להבין את הפיזיקה והמציאות?
בהחלט, המדע מוגבל, אנחנו מוגבלים ביכולת שלנו למדוד את הקיום ולהסיק מסקנות. אין לנו ברירה. זה חלק מהטבע. יש רזולוציה שלא נוכל לראות מעבר אליה. יש תאוריות שלא נוכל להוכיח. יש דברים שלא נוכל למדוד או להבין בלי לשנות אותם. אנחנו לעולם לא נוכל לראות אמת אבסלוטית.
האלמנט הזה בפיזיקה הקוונטית ממש מחזק את הצורך באמונה האנושית להתמודד עם האינסוף, עם הלא נודע, ולנסות לגשר על פער זה עם חיבור עמוק ולא מדיד.
האם אלוהים משחק בקוביות עם היקום?
אנחנו פשוט לא יודעים. אנחנו רק יודעים שמה שהתגלה עד עכשיו הוא לא מוחלט, והמדידות שאנחנו פוגשים מכריחות אותנו לוותר על חלקים בתאוריה של הפיזיקה הקלאסית, אך עדיין לא ברור על איזה חלק לוותר, או איך הוא נשמר בכל זאת אם הייתה לנו את התמונה היותר רחבה.
אולי השאלה היא באיזה עולם אנחנו רוצים להאמין שאנחנו חיים כשכנראה לא נדע לעולם האם הכל דטרמיניסטי או לא? האם כדאי לנו להאמין שיש סדר מוחלט? האם אנחנו רוצים להשאיר מקום להסתברות? לרנדומליות?
לסיכום, פיזיקה קוונטית היא תחום מרתק ופורץ דרך. היא מגלה לנו שאנחנו אולי מוגבלים באופן אינהרנטי ביכולת שלנו להבין את היקום, ואולי ישנה נאיביות בדרך בה הנאורות זרקה את האמונה והאלוהות לטובת מדידות בלבד. תנועת הנאורות וההשכלה תרמו לנו רבות, אך כנראה צריך איכשהו לשלב בין השניים ולמצוא דרך לעזור לעצמנו, בני האדם המוגבלים, להתמודד עם מה שמעבר ליכולות המדידה הפיזיקליות שלנו, אי שם במרחבי האמונה.
Modern Believers 