תאומים מתואמים

 

 

 

אומרים שאני אינני אני,

לכן אני נבהל

כי אם אני אינני אני

אז מי אני בכלל?

 

 

מציאות יש רק אחת. כך אומר ההיגיון. אבל תורת הקוונטים, התורה המדעית המוכחת ביותר, מאפשרת לכמה מציאויות סותרות להתקיים בעת ובעונה אחת. לדוגמה, כאשר משגרים פוטונים (חלקיקי אור) בזה אחר זה לעבר  לוח שנפתחו בו שני סדקים, ומאחוריו הונח לוח צילום, ההיגיון אומר שהחלקיקים יכולים לעבור בחריץ אחד, או בחריץ השני. אבל, על לוח הצילום מתקבלת שורה של כתמים בהירים וכהים. משמעות התופעה הזאת היא, שכל אחד מהחלקיקים עבר בשני הסדקים בעת ובעונה אחת. הכתמים הכהים (שאליהם האור לא הגיע), הם מקומות שבהם שתי המציאויות האלה (או שני מסלולי הקיום של החלקיק) ביטלו זו את זו (תופעה הקרויה התאבכות הורסת). הכתמים הבהירים הם המקומות שבהם שתי המציאויות חיזקו זו את זו (התאבכות בונה).

 

עד כמה שיישמע הדבר מוזר, הניסוי הזה בוצע הלכה למעשה, והוביל לאותן תוצאות פעמים רבות מאוד. כך התברר, שעולמם של החלקיקים הזעירים, העולם הקוונטי, פועל בדרך שונה מאוד מהעולם של החפצים הגדולים, הוא העולם המוכר לבני-האדם. השוני הזה, שבין שני העולמות, העלה שאלות רבות: היכן עובר קו הגבול בין  העולם הקוונטי לעולם המוכר לנו? מה קורה כאשר שולחים לעבר שני הסדקים מולקולה שלמה? או תא חי? או יצור תבוני? מה קורה כאשר מנסים לגלות, באמצעות גלאי מיוחד, היכן באמת עבר כל חלקיק? פרופ' מרדכי הייבלום, ראש המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון ויצמן למדע, וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה, חוקרים את התופעות האלה, ומבצעים ניסויי התאבכות של אלקטרונים הנעים בהתקנים מיוחדים העשויים מחומרים מוליכים למחצה.

 

אחת השאלות המרכזיות בתחום מחקר זה היא, האם כל חלקיק עומד בפני עצמו, ומתאבך רק עם עצמו, או שתיתכן גם התאבכות קוונטית של שני חלקיקי המתאבכים זה עם זה. מתברר, ששני חלקיקים אכן  כולים להתאבך זה עם זה - בתנאי שהם יהיו זהים לחלוטין זה לזה, כמו תאומים זהים שאי-אפשר להבחין ביניהם. 

 

לתאומים זהים יש יתרון ידוע: אנשים אחרים אינם יכולים להבחין ביניהם, ולכן אינם יכולים לדעת אם הם התחלפו זה בזה. חברי קבוצת המחקר של פרופ' הייבלום נוכחו לדעת, כי במציאות הקוונטית, יכולותיהם של חלקיקים תאומים זהים מקבלות משמעות מפתיעה. החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר יזהר נדר, תלמיד המחקר נסים אופק, יחד עם ד"ר יונצ'ול צ'אנג, ד"ר דיאנה מהלו וד"ר  ולדימיר אומנסקי, שיגרו זוגות של אלקטרונים, משני קצוות שונים של התקן מוליך למחצה, אל שני הקצוות האחרים של ההתקן. החלקיקים הגיעו לארבעה גלאים בקצוות ההתקן (שניים בכל קצה). במילים אחרות, כל אחד מהחלקיקים יכול היה "לבחור" לעצמו מסלול אחד מבין שני מסלולים אפשריים, וגלאי אחד מבין שני גלאים שהוצבו בקצה של כל מסלול. בדרך זו ביקשו המדענים לבדוק כיצד משפיעה ההחלטה והבחירה של חלקיק אחד על החלטתו של התאום השני, המשוגר מקצהו האחר של התקן הניסוי.

 

הדבר דומה למצב שבו שני תאומים יוצאים משני בתים, בדרכם לשני בתי-ספר שונים, הממוקמים בשני קצות העיר. כל אחד מהם בוחר להיכנס - בבית-הספר שלו - לאחת משתי כיתות:  א-1 או א-2. מה הסיכוי ששניהם יבחרו באותה כיתה? ניסיונות להשיב על השאלה הזאת נתקלים בקושי: אין אפשרות לדעת איזה תאום הגיע לאיזה בית-ספר. קיימות שתי אפשרויות: או שהתאום הראשון הגיע לבית-הספר הצפוני, והשני לדרומי, או שהם התחלפו זה בזה, והתאום הראשון הגיע לבית-הספר הדרומי, והשני לצפוני. על-פי תורת הקוונטים (כמו בניסוי שני הסדקים), שתי האפשרויות הללו קיימות בעת ובעונה אחת ("סופרפוזיציה"). ההתאבכות של שתי האפשרויות הללו גרמה לתיאום מפתיע בין ההחלטות והבחירות של התאומים האלקטרוניים (דבר שבעולם האמיתי היה מתבטא בכך ששני התאומים המרוחקים זה מזה היו תמיד בוחרים להיכנס לאותה כיתה). אבל, התיאום שבין התאומים התבטל כאשר החוקרים שינו במעט את מסלול תנועתו של אלקטרון אחד. כלומר, במצב הזה, התיאום היה תמיד הפוך: אם האחד בחר להיכנס לכיתה א-1, השני בחר תמיד להיכנס דווקא לכיתה א-2. כיצד התאום השני יודע שאחיו התאום שינה את מסלולו?

 

המערכות האלה, שבהן נדמה כי התאומים קוראים מרחוק זה את מחשבותיו של זה, נקראות "מערכות שזורות", והן נחזו בעבר על-ידי אלברט איינשטיין, בוריס פודולסקי ונתן רוזן במאמר משותף שפירסמו בשנת 1935. זהו מצב שבו נראה כאילו שתי מערכות מרוחקות מאוד זו מזו מתואמות ביניהן עד כדי כך, שהאחת "יודעת" באופן מיידי מה מתבצע במערכת השנייה. 

 

ניסויים במצבים שזורים בוצעו בעבר,  על חלקיקים שיצאו ממקור משותף. אבל בניסוי שביצעו חברי קבוצת המחקר של פרופ' הייבלום, שתוצאותיו פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Nature, התברר שמצבים שזורים נוצרים גם כאשר שני האלקטרונים התאומים יוצאים ממקורות שונים לחלוטין. אמנם, אין אפשרות לדעת לאן הגיע כל אחד, אבל אפשר לדעת בוודאות שהם הלכו בדרכים נפרדות לחלוטין, לא ראו זה את זה, ולא דיברו ביניהם. למעשה, הם כלל אינם מכירים זה את זה, ובכל זאת, הם "חשים" זה את זה ממרחק - רק מכיוון שהם תאומים זהים.

 

ממצאים אלה תורמים להעמקת ההבנה של הקשר שבין המציאות הקוונטית לבין  עולמם של החפצים הגדולים ובני-האדם.