העתיד משפיע על ההווה ואפילו על העבר

פרופ' יקיר אהרונוב שחתום על אחת התגליות הפיזיקליות המרעישות של השנים האחרונות, מסביר כיצד העתיד משפיע על ההווה שלנו, מדבר על השאלות הקיומיות שהובילו אותו לגלות את זה, ותוך כדי כך גם מציע פתרונות יישומיים לבעיות שורשיות במכניקת הקוונטים. "החלטתי שיש סיבה לכך שאלוהים משחק בקובייה ואני צריך למצוא אותה", הוא אומר

כשאלכסנדר פלמינג גידל ב-1928 מספר תרביות של חיידקים בשביל המחקר שלו, קרתה תקלה. מבלי ששם לב, לתוך אחת מהן נפלה פטריה כלשהי וזיהמה אותה בעובש. הדבר המפתיע היה שדווקא בצמוד לעובש החיידקים לא הצליחו להתפתח. כך, בעקבות אותה תקלה, התגלה לראשונה הפניצילין שבעקבותיו פותחו בהמשך מגוון תרופות האנטיביוטיקה.

יקיר אהרונוב

צילום:מיכל ראש – בן עמי

בדומה למקרה הפניצילין, קיימות עוד אין-ספור דוגמאות להמצאות שהתגלו לאחר תקלה או אף בעיה מסוימת שהתרחשה. שאלה שמעסיקה כיום לא מעט מדענים, היא האם כל זה לא קרה במקרה. האם למשל התרופות האלו היו אמורות להתגלות וכך לשנות את פני הרפואה של המאה ה-20? השאלה הזו אולי נשמעת לחלקכם הזויה לחלוטין, אבל לפרופסור יקיר אהרונוב, מהחוג לפיזיקה באוניברסיטת תל אביב, היא לא.

אהרונוב פיתח שיטות מדידה וחישוב חדשות המאפשרות להסתכל בצורה שונה לחלוטין על תפיסת הזמן המוכרת לנו. בעזרת "המדידות החלשות" שפיתח, כפי שהוא מכנה אותן, הוא הצליח להראות שלפחות בעולם החלקיקים הזעירים – הקוונטים – קיימים מצבים עתידיים שמצליחים להשפיע על האירועים שמתרחשים בהווה שלנו ואפילו בעבר.

כן, שמעתם נכון: העתיד יכול להשפיע על ההווה, אמירה שלא יוצאת מפיו של מדען זוטר, אלא מפיו של מי שהיה מועמד לפרס נובל, מספר פעמים, לאחר שגילה את "אפקט אהרונוב-בוהם" שתרם להבנת מכניקת הקוונטים. אהרונוב גם זכה בפרס ישראל ובפרס וולף הנחשב לשני ביוקרתו בעולם הפיזיקה, ואף קיבל מהנשיא אובמה את "המדליה הלאומית למדעים" של ארה"ב.

אל אהרונוב הצטרפו בשנים האחרונות גם מספר מעבדות ברחבי העולם שביצעו מדידות ברמה הקוונטית של החלקיקים הזעירים והדגימו שזה נכון – לפחות בסדרי הגודל הקטנים האלו, העתיד מצליח להשפיע על העבר.

פגשתי את אהרונוב כדי להבין ממקור ראשון את ההיגיון שמאחורי התגלית החדשה והשלכותיה, אך בעיקר רציתי לשמוע כיצד הצליח המדען הישראלי להוביל לפריצות דרך כאלו בתחום שעשוי לשנות בשנים הבאות את הדרך שבה אנחנו תופסים את הזמן. לפגישה הצטרף מי שבעבר היה תלמיד שלו ונראה כמעריץ שלו עד היום, פרופ' יובל גפן מהמחלקה לפיזיקה של חומר מעובה במכון וייצמן.

הפיזיקה של ה"מדוע"

הדרך לתגליות החשובות והמהפכניות של אהרונוב בן ה-81 החלה בקריית חיים, השכונה החיפאית שבה גדל והחל להתעניין בשאלות קיומיות. "כמו רוב הילדים, לפחות בזמני, היינו מדברים על כל מיני שאלות. היום הילדים עסוקים בדברים אחרים אבל אנחנו היינו מדברים על השאלות האלה, האם העולם סופי או אין-סופי, האם קיים רצון חופשי, מה המשמעות של הקיום שלנו כאן ועוד. גם כשאחרים התחילו להסתכל על הבָּנות, אני המשכתי לעסוק בשאלות הקיומיות האלה והמשכתי לחפש".

כיוון שאביו היה דתי, הוא חיפש בתחילה את התשובות בדת. "חשבתי שהכול בידי אלוהים וזה מסביר את הכול. אז כל הבעיות הקיומיות לא כל כך רלוונטיות". אבל מהר מאוד הוא גילה שלשאלות שהוא שואל אין תשובה, "או שמאמינים בזה בצורה עיוורת, בלי אפשרות לשאול שום שאלה, או שצריך לעזוב את זה ולחפש הלאה".

אז בגיל 13 הוא המשיך לחפש הלאה. "קראתי הרבה פילוסופיה, בהתחלה פילוסופיה מערבית וראיתי שהפילוסופים המערביים יודעים לשאול נהדר שאלות, אבל הם לא יודעים לתת תשובות. אחר כך הלכתי לפילוסופיה המזרחית ולמיסטיקה המזרחית ומצאתי שם דברים שדי עניינו אותי, אבל בסופו של דבר הבנתי שגם שם זה יותר עניין של אמונה".

כך, בגיל 17, אחרי שכבר הספיק להתאכזב ממגוון דרכים וגישות, הוא מצא את הכיוון האישי שלו. "מצאתי בספריה שני ספרים שלשמחתי תורגמו לעברית. אחד היה 'טבע העולם הגשמי' של ארתור אדינגטון והשני היה 'התפתחות הפיזיקה החדשה' של איינשטיין ואינפלד. ראיתי, במיוחד אצל אדינגטון, שהוא שואל שאלות קיומיות ויש לו גם כלים לענות עליהן מתוך הפיזיקה. וזה מה שחיפשתי, את הכלים שיאפשרו לנתח את זה מנקודת מבט פיזיקלית. אמרתי שאני מוכן ללמוד פיזיקה אם זה יעזור לי לענות על שאלות קיומיות. ומאז כל המחקר שלי בפיזיקה היה במטרה לשאול את השאלות היסודיות, שיתקשרו גם לשאלות הקיומיות האלו".

אחרי שסיים שירות צבאי כקצין בחיל התותחנים של צה"ל הצעיר, הגיע אהרונוב לטכניון. בהתחלה לפקולטה למתמטיקה, פשוט כי המחלקה לפיזיקה עדיין לא נפתחה. רק ב-1952, עם הקמתה של הפקולטה למדעים, הוא עבר ללמוד בה את מה שכל כך רצה.

בשנות לימודיו בטכניון הוא פגש באחד מגדולי הפיזיקאים באותן שנים – פרופ' דיוויד בוהם היהודי אמריקני שהגיע לטכניון לשנתיים. ב-1959, כשבוהם מנחה את עבודת הדוקטורט של אהרונוב באוניברסיטת בריסטול שבבריטניה, הם גילו ביחד את "אפקט אהרונוב-בוהם" שהזכרנו – המדגים כיצד בעולם הקוונטי ההשפעות לעתים חורגות מגבולות המרחב המוכרים. התברר ששדה אלקטרומגנטי יכול להשפיע גם במרחק, על חלקיקים מרוחקים שאפילו לא נכנסים לתחום ההשפעה של אותו שדה.

הפילוסופיה שמעבר למשוואות

אהרונוב מציין שמעבר למשוואות, לדעתו גם חשוב לפתח את השפה והאינטואיציה שיאפשרו לשאול את השאלות המעניינות, אלו שיגלו לנו את המציאות והפילוסופיה שמסתתרות מאחורי המשוואות. "לדעתי, במכניקת הקוונטים, במשך 100 שנים התעסקו בפורמליזם", אבל לא מצאו את האינטואיציה שתבהיר אותה, הוא מוסיף.

איזה שאלות פילוסופיות הוא שאל כאיש אקדמיה צעיר? כדי לענות על זה, כדאי שנכיר קצת את התקופה. הדרמה הגדולה בפיזיקה של לקראת אמצע המאה ה-20 הייתה הדיון הנוקב והממושך בין שני חברים שמאוד כיבדו זה את זה: נילס בוהר הדֶני, ממפתחיה של מכניקת הקוונטים שיצא להגנתה, מול אלברט איינשטיין, שאמנם היה שותף בהתחלה לפיתוחה, אך מאוחר יותר התנגד נחרצות לרבות מהשלכותיה החריגות.

אחת ההשלכות המפורסמות שלא הניחו את דעתו של איינשטיין, הוא "עקרון אי הוודאות" וכל המשתמע ממנו. לפי עיקרון זה, לעולם לא נוכל לדעת את מצבו המדויק של חלקיק. תמיד נוכל לדעת עליו רק חלק מהפרטים, וככל שנדע יותר לגבי אחד המאפיינים שלו, כך נאלץ לדעת פחות על מאפיין אחר. למשל, אם נדע יותר על מקומו, בהכרח נדע פחות על מהירותו.

כך קיבלנו בעולם הפיזיקה מצב חדש ומוזר. בניגוד לעולם הוודאי והנוח שהכרנו מהפיזיקה הקלאסית, שאפשרה לנו לחשב את מקומו העתידי של כל חפץ אם ידועים לנו מספיק פרטים על מצבו הנוכחי ועל הכוחות שיפעלו עליו, בפיזיקה הקוונטית אין הנחות כאלו. כל מה שהיא יכולה לספק לנו בהקשר הזה היא רק משוואה הסתברותית, שמספרת לנו מה הסיכוי למצוא את אותו חלקיק בכל מקום אפשרי ברגע מסוים בעתיד. כבר לא נוכל יותר לחזות מראש את מיקומו המדויק. והמשמעויות רחבות הרבה יותר – לא מדובר רק במיקומו של החלקיק, הפתרון ההסתברותי הזה חוזר על עצמו גם לגבי מאפיינים רבים אחרים של החלקיקים הקוונטים, כמו המהירות שלהם, מהירות הסיבוב ומאפיינים רבים נוספים.

הבעיה היא שההסתפקות בניבויים ההסתברותיים והוויתור על תמונה מדויקת יותר, בחלק מהמקרים השאירו אותנו עם הסברים שרירותיים בלבד. חישבו למשל על שני אטומים רדיו-אקטיביים, שאמנם נראים לנו זהים לחלוטין אבל בכל זאת, משום מה לכל אחד מהם יש קצב משלו – אחד מתפרק כעבור דקה והשני דווקא לאחר מספר שעות. מה גורם להבדלים האלו? האם ייתכן שהם זהים לחלוטין ורק האקראיות והשרירותיות גורמות להתנהגויות השונות שלהם? במסגרת הדיון הנוקב שהזכרנו בין איינשטיין לבוהר, בהתייחסו לאותה שרירותיות, איינשטיין קבע את משפטו המפורסם: "אני משוכנע שאלוהים לא משחק בקוביות".

כך, כמה שנים לאחר שגדולי הפיזיקאים התווכחו ביניהם בשאלה האם אלוהים משחק, או לא משחק בקוביות, אהרונוב הצעיר, שכאמור נוהג לחפש את האמת שמעבר למשוואות, הציע לשאול שאלה אחרת: "מדוע אלוהים משחק בקוביות?" והוא מספר, "החלטתי שיש סיבה לכך שאלוהים משחק בקובייה ואני צריך למצוא אותה".

"אולי מה שאלוהים מנסה לספר לנו, או שהטבע מנסה לספר לנו, זה שאם שני חלקיקים מתחילים בדיוק אותו הדבר והם נראים לנו מכל הבחינות בדיוק אותו הדבר, באמת יש ביניהם הבדל. אבל את ההבדל הזה ניתן לגלות רק בעתיד".

כבר בשנות השישים הגה אהרונוב את הרעיון שאולי כדי שנוכל ללמוד על ההבדלים בין שני חלקיקים רדיו-אקטיביים כאלו, כדאי לנו לקחת בחשבון בחישובים שלנו לא רק את מצבם בעבר, אלא גם את מצבם העתידי, שאליו הם צפויים, או אולי אפילו מיועדים, להגיע. האם יש דרך לשלב במשוואות לא רק את מצבו הקודם של החלקיק, אלא גם את זה העתידי? ומשילוב הנתונים האלו גם ללמוד קצת יותר על מצבו הנוכחי?

עברו עוד שני עשורים וחצי ואהרונוב גילה דרך כזאת, בעזרת "המדידות החלשות" והמשוואות החדשות שפיתח.

לא להפריע למערכת

כדי להבין את היתרון הגדול של המדידות החלשות, וכיצד הן עוזרות לשלב בחישובים גם את המידע מהעתיד, צריך להבין קודם את הבעייתיות במדידות הרגילות.

מסתבר שהן אגרסיביות מדי והן משבשות את מצב המערכת. כפי שמסביר אהרונוב, "אם אני רוצה להסתכל על משהו (כדי למדוד אותו, ר"ת), מוכרח לעבור אור מהדבר הזה אל העיניים שלי או למיקרוסקופ שבעזרתו אני מסתכל. האור הזה מורכב מפרודות קטנות של אנרגיה שנקראות קוונטים. כשהפרודות האלה פוגעות בי, או בך, או בכדור ביליארד, הן כל כך קטנות שהן לא עושות שום דבר, אבל אם הן פוגעות באלקטרון הן נותנות לו מכה חזקה מאוד". לכן, בגלל המכה הזו, "כל מדידה שתנסה לקבוע במדויק את המצב בהווה, תכניס אי ודאות ושוב לא נוכל לנבא את מצבו העתידי של החלקיק". אז האם יש דרך לבצע מדידות עדינות יותר שלא ישבשו את מצבו של החלקיק שמודדים?

מתברר שכן, באמצעות המדידות החלשות. הן אמנם לא מדויקות כמו הרגילות, וחושפות רק מידע חלקי ומוגבל על המערכת הקוונטית, אבל "אם יש לי הרבה הרבה חזרות, אני יכול לעשות מדידות שלא מפריעות למערכת. הן נותנות אינפורמציה לא מדויקת של המקום למשל, אבל בגלל שיש לי הרבה חזרות, מכולן ביחד אני יודע מידע נוסף על החלקיק".

כך, כשאנחנו רוצים לשלב מידע הן מעברו של החלקיק והן מעתידו, אנחנו יכולים בעזרת המדידות החלשות לקבל תמונה מסוימת על מצבו לפני מספר דקות וזה יספק לנו את המידע הדרוש על המצב "בעבר", ומאוחר יותר ללמוד על מצבו "העתידי" בעזרת מדידה רגילה, אגרסיבית, שבשלב זה כבר לא נורא שתפריעה למצב החלקיק.

כפי שמספר אהרונוב, הוא גילה שכמשלבים את שני הנתונים, "אחד שבא מהעבר ואחד שבא מהעתיד, מגלים עולם חדש לגמרי שלא ציפו שהוא קיים בתורת הקוונטים. הנתונים המתקבלים גם יכולים לענות על כל מיני פרדוקסים קוונטיים שחשבו שלא ניתן יהיה להבין. בצורה החדשה אני מפתח עכשיו אינטואיציה נכונה לגבי רבים מהפרדוקסים האלו".

ההשפעות של העתיד על ההווה גם ענו לאהרונוב על השאלה ששאל מלכתחילה, מדוע אלוהים משחקר בקוביות? "אם לא הייתה השרירותיות הזאת בטבע", כלומר אם הכול היה מוחלט ווודאי, "לא היה מתאפשר מצב שבו העתיד משפיע על ההווה מבלי לפגוע בעקרון של רצון חופשי".

מתחילים לחשוב על היישומים

למרות התגלית הסנסציונית של אהרונוב, נראה כי המדידות החלשות עדיין לא גרמו למהפכה בעולם הפיזיקה, ובשנה הקרובה גם לא יצאו לשוק מוצרים טכנולוגיים שיפותחו בעזרתן. "חלק מהניסויים הראשונים היו להוכיח את הקיום של המדידות החלשות", מסביר יובל גפן, ומוסיף שבשנים האחרונות גם משתמשים בהן כמכשיר שמאפשר לראות ולגלות דברים חדשים על העולם הקוונטי. יש כיום "סדר גודל של עשרים מעבדות. וגם מספר קבוצות תיאורטיות שעוסקות בתחום", אומר אהרונוב.

ענף שכנראה מפיק תועלת כבר עכשיו מהמדידות החלשות הוא המחקר הפיזיקאי. המדידות עוזרות לחוקרים להשיג מידע רב יותר על מה שקורה בממדים הזעירים. למשל, בדרך כלל האותות שמתקבלים מהקוונטים חלשים מאוד, אבל בעזרת המדידות החדשות, מסביר גפן, ביישומים מסוימים שלהן אנחנו יכולים לקבל הגברה של האותות החלשים האלו. ועם כל המידע החדש הזה, אהרונוב מקווה שתפותח גם אינטואיציה חדשה, "שתאפשר לנו להבין טוב יותר את תורת הקוונטים", על כל ההיבטים שלה שנראים כיום חריגים ואפילו ביזאריים.

בטווח הרחוק מעט יותר, גפן מציע גם יישום פרקטי מתחום שהוא מכיר היטב – מיחשוב קוונטי. המחשבים האלו הם תחום מחקר חם בתקופתנו, כי הם מציעים כוח חישוב חזק הרבה יותר מזה של המחשבים המוכרים לנו. במקום הביטים הרגילים שמקבלים רק את הערכים 0 או 1, בליבו של מחשב קוונטי פועל Qubit – "ביט קוונטי", שמנצל כמה ממאפייניה הייחודיים של מכניקת הקוונטים, ולכן יכול להחזיק גם בערכים נוספים. אחד האתגרים המרכזיים העומדים כיום בפני המחשבים הקוונטים הוא חוסר היציבות שלהם. למשל כשרוצים לגלות את ערכו הנוכחי של ה-Qubit, הבדיקות הרגילות מפריעות למצבו, כך שנדרש לאתחל אותו מחדש.

כפי שמסביר גפן, ייתכן שהמדידות החלשות האלו יוכלו לפתור את הבעיה הזאת. "אם יש לי מחשב קוונטי שרץ ואני יכול להוציא ממנו אינפורמציה מטושטשת ככל שתהיה, אבל לתת לו להמשיך לפעול, זה יתרון גדול מאוד".

מפתח את הפתרונות בעצמו

אז מה יש בו באהרונוב שעזר לו להגיע לתגליות האלו? אחד הדברים שהוא מציין זה "שתמיד, מילדותי, התעקשתי לעשות כל דבר בכוחות עצמי. כשהסֶפר ציין מה הצעד הבא, ניסיתי לבדוק איך אני אעשה בעצמי את הצעד הבא. כתוצאה מכך קראתי הרבה פחות מאחרים, ידעתי הרבה פחות מאחרים וניסיתי לפתח הכול בעצמי. לכן, למשל התגלית הגדולה הראשונה שלי, 'אפקט אהרונוב-בוהם' הושגה הודות לכך שלא הייתי מודע שיש משפט שאומר שדבר כזה לא יכול לקרות".

אז ככה בעצם היית יותר יצירתי מהאחרים? אני שואלת, וגפן מצידו חורג מהאיפוק המאפיין אותו ומגיב בהערכה רבה "בהחלט!" ואילו אהרונוב משיב "הייתי יותר בּוּר מאחרים, אבל גם יותר יצירתי".

וכאן נכנס לרגע גפן לדמות המראיין ושואל את אהרונוב על דמויות הפיזיקאים שהעריץ לאורך השנים, "מי היו המודלים שלך?".

הראשון שמציין אהרונוב הוא אלברט איינשטיין, "העובדה שהוא היה מוכן ללכת נגד כל המוסכמות". האם גם אתה הרגשת שאתה הולך נגד המוסכמות? אני שואלת. "מרדתי ברעיון, אפילו איינשטיין קבע שאלוהים לא משחק בקוביות, ואני הפכתי את זה לאמירה חיובית – מדוע אלוהים משחק בקוביות".

הפיזיקאי השני שהוא מציין הוא ריצ'רד פיינמן, "אהבתי את הגישה שלו מלאת החדווה. זה דבר שמאוד מדבר אלי". ומעבר לכל אלו, "חשוב גם שיהיה איזה בטחון עצמי ואינטואיציה שאומרת שאם אתה מרגיש שיש שם משהו, אל תוותר".

ייעוד היקום

אמנם המחקר בתחום עדיין בשלביו הראשונים, אבל אהרונוב כבר מדבר על כמה כיוונים שבהם ההסתכלות החדשה הזו על הזמן עשויה לשנות את תפיסת העולם שלנו.

למה למשל להגביל את עצמנו לסדרי הגודל הקוונטיים? זו אמנם רק ספקולציה מבחינתו של אהרונוב, אבל הוא מציע שאולי ההשפעות האלו של העתיד על ההווה אינן מוגבלות רק לסדרי הגודל הזעירים. "אם בכל מקרה ומקרה אנחנו אומרים שכל כך יותר יפה לתאר מערכת קוונטית לא רק על ידי העבר אלא גם על ידי העתיד, בואו נסתכל על כל העולם שלנו כעל מערכת קוונטית אחת גדולה", שמושפעת גם מהעתיד שלה. והוא ממחיש את הרעיון עם שאלת החיים על כדור הארץ: "היו פילוסופים ששאלו האם באמת היה מספיק זמן שחיים יווצרו? אולי לא מספיק רק הדרוויניזם? אולי בטבע קיים גם מצב הייעוד והוא לא מודרך רק על ידי המצב שבא מהעבר?"

יתרה מכך, אם אכן קיים מצב של ייעוד – מצב שהמערכת הקוונטית או בעצם העולם שלנו זורם אליו, כפי שמציע אהרונוב, יש לכך השלכות משמעותיות על תפיסת המציאות שלנו. במילים פשוטות, אולי התחושה המוכרת של חץ זמן שמתקדם ללא הרף מהעבר לעתיד אינה המציאות הבלעדית. האם במקביל לחוויה הזו שלנו קיימת גם נקודת מבט אחרת, שרואה את השפעות הזמן בשני הכיוונים?

אם ניקח את הרעיון של "מצב ייעוד" קצת הלאה, אולי, רק אולי, שני הספרים שמשכו את אהרונוב הצעיר לעולם הפיזיקה, לא נמצאו שם סתם במקרה? ומנקודת מבט רחבה יותר, אם לדברים אכן מצפה בעתיד איזה "מצב ייעוד", אולי גם כשנראָה לנו שהדברים לא מסתדרים, מנקודת מבט מסוימת, הדברים בעצם מתפתחים לקראת אותו "מצב ייעוד" ובסך הכול, "הכול לטובה"?

הירשמו לחשבון ניסיון

ותוכלו לקרוא את כל הכתבות למשך 24 שעות.

נא להכניס שם פרטי

נא להכניס שם משפחה

נא להכניס דואר אלקטרוני תקין

נא להכניס מספר טלפון תקין

במילוי הפרטים ולחיצה על כפתור אני מאשר/ת קבלת דיוור פרסומי ותוכן מרחיב דעת ומעורר מחשבה מאת אפוק טיימס ישראל. אנחנו לא אוהבים ספאם. לכן מתחייבים לא להעביר את פרטיך לגורם שלישי כלשהו.

התחברות למנויים רשומים

תודה! שלחנו לכם את סיסמת הכניסה לדואר האלקטרוני. המשך קריאה נעימה!