מי שצופה, משפיע

אחת המוזרויות היותר ידועות של תורת הקוונטים מתבטאת בהשפעתו של הצופה על המציאות שהוא צופה בה. תופעה זו גררה בעקבותיה תלי תלים של פרשנויות פילוסופיות שונות, דבר שלא הפריע לפיסיקאים במקומות שונים בעולם להמשיך ולחקור את ההיבטים הפיסיקליים של התופעה. התקדמות משמעותית בתחום זה הושגה באחרונה כאשר מדענים במכון ויצמן למדע הצליחו, לראשונה בעולם, להדגים את התופעה באופן מבוקר בקרני אלקטרונים. דיווח על המחקר החלוצי הזה מתפרסם השבוע בכתב העת המדעי היוקרתי "נייצ'ר" ("טבע").

 

מדעני המרכז למחקר תת-מיקרוני שבמכון ויצמן למדע, תלמיד המחקר איל בוקס, ד"ר רלף שוסטר, פרופ' מרדכי הייבלום, ד"ר דיאנה מהלו וד"ר ולדימיר אומנסקי, שביצעו את המחקר בעקבות הצעתו של פרופ' שמואל גורביץ ממכון ויצמן למדע, בנו מתקן ניסוי שגודלו פחות ממיקרון (אלפית המילימטר). הניסוי בוצע כאשר זרם אלקטרונים שוגר לעבר מחסום שבשני צדדיו נפתחו שני פתחים. כידוע, מכניקת הקוונטים קובעת שחלקיקים תת-אטומיים עשויים להתנהג הן כחלקיקי חומר והן כגלים. הגלים יכולים לעבור בעת ובעונה אחת בשני הפתחים (תופעה הקרויה "עקיפה"), ולאחר מכן לשוב ולהיפגש - ולהתאבך - מאחורי המחסום.

 

עד כמה שיישמע הדבר מוזר, תופעת ההתאבכות (המעידה על מעבר הגלים בשני הפתחים בעת ובעונה אחת) יכולה להתחולל רק כאשר אין צופים במערכת בשעת פעולתה. אבל, כאשר מציבים במערכת "צופה" שמבחין באלקטרונים שעוברים באחד מהפתחים, משתנה התמונה לחלוטין: אם ידוע שהחלקיק עבר בפתח אחד, הרי ברור שהוא לא עבר בפתח השני. משמעות הידיעה הזאת היא, שבמקרה זה האלקטרונים מתנהגים כחלקיקים ולא כגלים, ולפיכך הם אינם יכולים להתאבך. כך משפיע "הצופה" על המציאות שהוא צופה בה.

 

למעשה, לא רק בני אדם יכולים למלא את תפקיד הצופה. לשם כך די בגלאי חשמלי כלשהו, המסוגל להבחין באלקטרון שחולף בסמוך אליו. מדעני המרכז למחקר תת מיקרוני שבמכון ויצמן בנו ושילבו במערכת הניסוי שלהם "צופה" זעיר מתוחכם שאפשר לבצע שינויים קוואנטיים בתכונת המוליכות החשמלית שלו או בעוצמת הזרם שעובר דרכו. "צופה קוואנטי" זה הוצב בקרבת אחד מהפתחים שבמחסום כך, שאלקטרונים שעברו בפתח זה השפיעו על מידת מוליכותו. באותה עת, נוכחותו של הגלאי ("הצופה") גרמה לשינויים בדגם ההתאבכות של גלי האלקטרונים שעברו בפתחי המחסום: כשה"צופה" הופעל ויכולתו להבחין באלקטרונים גדלה, נחלשה ההתאבכות; וכאשר צומצמה יכולתו של ה"צופה" להבחין באלקטרונים, והשפעתו פחתה - ההתאבכות התחזקה. למעשה, באמצעות השליטה בתכונותיו של "הצופה הקוואנטי", הצליחו החוקרים לשלוט בעוצמת השפעתו ובעוצמת ההתאבכות.

 

התיאוריה הכללית הקשורה בתופעה זו הוצעה בעבר על ידי ד"ר עדי שטרן ופרופ' יוסף אמרי ממכון ויצמן למדע, יחד עם פרופ' יקיר אהרונוב מאוניברסיטת תל אביב. תוצאות הניסוי נבחנו על-ידי פיסיקאים תיאורטיים במקומות שונים בעולם, וביניהם פרופ' יהושע לוינסון ממכון ויצמן למדע.

 

ניסוי חלוצי זה מהווה צעד חשוב במאמץ העולמי לפיתוחה של אלקטרוניקה קוואנטית, שתגיע לשלב היישום, אולי, במאה העשרים ואחת. מדובר באלקטרוניקה מסוג חדש לחלוטין שתבטא ותנצל בעת ובעונה אחת את האופי הגלי ואת האופי החלקיקי של האלקטרונים. בטכנולוגיה עתידית זו ייוצרו, למשל, מחשבים מקביליים קוואנטיים שישמשו לאבטחת מידע ולבקרה על מערכות מורכבות וגדולות במיוחד.