מכניקת הקוונטים היא תורה בת קרוב ל-100 שנה, ועדיין מעוררת ויכוחים קשים בקרב מדענים. הויכוחים אינם סביב תקפותה של התורה, אלא סביב המשמעות שלה. הנוסחאות והכללים של התורה נבחנו במספר גדול של ניסויים ונמצאו מתאימים למציאות. הבעיה היא שהתורה סותרת במספר מובנים את האינטואיציה ואת הידע הבסיסי ביותר שלנו על המציאות. בבסיס התורה עומדים מספר כללים:
- לחלקיקים תת-אטומיים ישנן תכונות פיסיקליות שערכיהן לא יכולים להיות רציפים אלא לקבל ערכים מסויימים בלבד (מספרים קוונטיים).
- לא ניתן לדעת מראש איזה ערך קוונטי יהיה לחלקיק כאשר נמדוד אותו. ניתן לדעת רק את ההסתברות לכל אחד מהערכים האפשריים.
- ישנן קבוצות של ערכים קוונטיים שכפופות לעקרון אי הוודאות של הייזנברג. כלומר, אפשר לדעת רק אחד מהם עבור חלקיק מסויים.
- ישנם תהליכים שיוצרים שני חלקיקם שערכים קוונטים של כל אחד מהם קשורים חד-חד-ערכית עם הערכים המקבילים של החלקיק השני. מצב כזה נקרא שזירות (entanglement).
פרשנות קופנהגן – שהוגדרה ע"י נילס בוהר – גורסת שלא רק שלא ניתן לדעת את הערכים הקוונטיים לפני שמודדים אותם, אלא שאין להם ערכים עד אשר מודדים אותם. רק עם המדידה נוצר ערך מסויים. איינשטיין סרב לקבל את הפרשנות הזאת וידועה אמירתו: "הוא (הזקן) אינו משחק בקוביות." איינשטיין גם לא קיבל את האפשרות שחלקיקים שזורים שנמצאים במרחק אחד מהשני יכולים להשפיע אחד על השני וקרא לכך" Spooky action at a distance". במאמר שכתב בשיתוף עם פודולסקי ורוזן הביא לכאורה הוכחה לכך שתורת הקוונטים לא יכולה לתאר את המציאות באופן מלא ולכן היא תורה לא שלמה. בניגוד לבוהר הוא גרס שלמרות שאיננו יכולים לדעת את הערכים, קיימות לכל חלקיק, גם לפני המדידה, תכונות שקובעות מה יהיו הערכים הנמדדים (משתנים סמויים).
כמובן שלא ניתן היה ליישב את חילוקי הדעות האלה באופן ניסויי: אין כל אפשרות לדעת מה קורה עם תכונותיו של חלקיק לפני שמדדנו אותן באופן כלשהו. לא נמצאו גם סתירות לוגיות פנימיות באף אחת מהפרשנויות. לפי קרל פופר, תאוריה היא מדעית רק אם ניתן לסתור אותה. מכיוון שלא ניתן היה לסתור (או לאושש) אף אחת משתי הפרשנויות, הויכוח התנהל בתחום הפילוסופי ולא המדעי, וכך זה נשאר עד שהגיע ג'והן בל.
ג'והן בל הראה שיש סתירה בין תחזיות תורת הקוונטים לתחזיות של כל תורה אפשרית הכוללת משתנים סמויים. הוא עשה זאת באופן פשוט ומבריק, ע"י הצגת אי-שווין, הנוגע למתאמים (קורלציות) בין 3 תכונות שונות שיכולות להתקיים או לא להתקיים בקבוצת אובייקטים. אי השוויון הזה תקף תמיד, עבור כל קבוצה בכל גודל וללא קשר לשאלה אם התכונות השונות קשורות אחת לשניה או לא. הוא הראה שתחזיות תורת הקוונטים סותרות במקרים מסוימים את אי השוויון הזה.
לכאורה, התיאורמה של בל מעבירה את הכדור מהתחום הפילוסופי לתחום המדעי. ניתן לבדוק בניסויים בצמדי חלקיקים שזורים, מה מתאים למציאות – אי השוויון של בל, או התחזיות של תורת הקוונטים. הניסויים היטו את הכף לטובת תורת הקוונטים.
נוהגים להגיד שתיאורמת בל הוכיחה שהנחת המקומיות (לוקליות) והנחת הדטרמיניסטיות של המציאות מן הפיזיקה הקלאסית אינן תקפות. אבל האמת היא, שאין זה נכון. העובדה שאי השוויון של בל אינו מתקיים במציאות מוכיחה רק שלא ייתכן שכל ההנחות שעליהן התבססה הסקת אי השוויון ובחינת התאמתו לתורת הקוונטים נכונות. לפחות אחת מהן צריכה להיות שגויה. ההנחות האלה הן מעטות ובסיסיות מאד:
להוכחת אי השוויון משתמשים בשתי הנחות:
- תקפות הלוגיקה – כלומר, לא ייתכן שיתקיים במציאות משהו שיש בו סטירה לוגית פנימית.
- לאובייקטים ישנן תכונות שאינן תלויות במדידתן (למשל משתנים סמויים).
ליישום אי השוויון על ניסויים בחלקיקים שזורים הנחנו:
- לא יכולה להיות השפעה מידית של פעולה מרוחקת על חלקיק (לוקליות).
- כל קבוצה של מספר חלקיקים גדול מאוד תתנהג באופן דומה (חוק המספרים הגדולים).
מספיק שאחת ההנחות האלה לא תהיה נכונה, כדי להסביר את העובדה שאי השוויון לא מתקיים בניסויים. השאלה על איזה מההנחות האלה עלינו לוותר מחזירה אותנו שוב למגרש הפילוסופי.
ויכוחים פילוסופיים יכולים להמשיך לנצח.
כאן ניתן לקרוא הסבר מובן ולא פורמלי על תיאורמת בל
וכאן אפשר למצוא את נוסחאות הקורלציה של תורת הקוונטים עבור חלקיקים שזורים.
הוספת תגובה על "Dice and spooky action"
נא להתחבר כדי להגיב.
התחברות או הרשמה