דרוויניזם קוונטי, שעשוי להסביר את המציאות שלנו, נצפה בשלושה ניסויים

מכניקת הקוונטים תמיד גורמת לנו לגרד את ראשנו בתהייה - בין השאר בגלל מה שנראה כחוסר התאמה לפיזיקה הקלאסית. אחת החידות העיקריות שהיא מציע הוא מושג הסופרפוזיציה - יכולתו של חלקיק להתקיים במגוון מצבים אפשריים. וזה בהחלט לא משתלב עם החוויה היומיומית שלנו. נראה שאנחנו חיים במציאות קונסיסטנטית אחת שבה האובייקטים שאנו יכולים להתבונן בהם אינם קופצים פנימה והחוצה מקיום. הסיבה לכך אולי נעוצה בדרוויניזם קוונטי, תיאוריה שנתמכת על ידי שלושה ניסויים שבוצעו לאחרונה.

איחוד המכניקה הקלאסית והקוונטית הוא הגביע הקדוש של הפיזיקה. דרוויניזם קוונטי (Quantum Darwinism), תיאוריה שהוצעה לראשונה בשנת 2003 על ידי הפיזיקאי התיאורטי הפולני וויצ'ך צורק מהמעבדה הלאומית לוס אלמוס, מנסה ליישב בין השתיים בעזרת הסבר של תהליך הדה-קוהרנטיות - הדרך בה מערכת קוונטית הופכת למצב קלאסי. התיאוריה של צורק מציעה שהדרך בה המערכת מתקשרת עם הסביבה שלה היא הגורם לדה-קוהרנטיות, ולא ההתבוננות בה. הימצאותן של השפעות סביבתיות בכל מקום ובכל עת היא הסיבה לכך שאיננו רואים עצמים גדולים כמו עצמנו או הירח, למשל, נמצאים במצבים קוונטיים.


צורק אומר כי מערכות קוונטיות מציגות "מצבי פוינטר" ("pointer states") - מאפיינים כמו מיקום או מהירות חלקיק שניתן למדוד. במהלך אינטראקציות עם הסביבה שלו, סופרפוזיציות של חלקיק (כמו מהירויות או מיקומים אלטרנטיביים) מאבדות את הקוהרנטיות שלהן, כאשר נותר רק מצב הפוינטר. זהו המצב בו אנשים יכולים להתבונן כאשר הוא "מחתים" את הרפליקה שלו על הסביבה. לטענת צורק, רק המצב ה"כשיר ביותר" המותאם ביותר לסביבה ייצא מהדה-קוהרנטיות. וזהו הקשר לדרוויניזם.


לפי תיאוריית האבולוציה, מינים ביולוגיים התפתחו לאורך מיליוני שנים על פי העיקרון של "הישרדות המתאים ביותר". במשך הדורות, יצורים עוברים מוטציות – שינויים גנטיים בתכונות שלהם, אולם רק אלה שהתכונות שלהם מעניקות להם יתרון הישרדותי בסביבתם ישגשגו. דרווין תיאר במודל שלו תהליך שכולל שכפול (רבייה), שינוי בתכונות בין דורות עקב מוטציות, וברירה טבעית של התכונות המתאימות יותר. מתברר שהמודל הזה אוניברסלי והולם עוד מערכות רבות בטבע – ביניהן דרוויניזם קוונטי.


בראיון משנת 2008 ל-The Foundational Questions Institute, פירט צורק את חשיבתו ואמר "הרעיון העיקרי של הדרוויניזם הקוונטי הוא שכמעט אף פעם אנחנו לא עושים שום מדידה ישירה על שום דבר". הוא הוסיף כי "[הסביבה] היא כמו לוח מודעות גדול, שמציף עותקים מרובים של מידע על היקום שלנו בכל מקום".

כלומר, העיסוק הפיזי באובייקט אכן עשוי לשנות אותו, אבל הדרוויניזם הקוונטי אומר לנו, ביסודו של דבר, שזה אינו לב העניין: תהליך איסוף המידע הוא שמשנה את התמונה. באמצעות דה-קוהרנטיות, היקום "מקליט קטעים נבחרים" מהעולם הקוונטי, ולקטעים האלה יש בדיוק את אותם מאפיינים שאנו מצפים להם בעולם הקלאסי. אנחנו באים וגורפים את המידע – ועל הדרך הורסים אותו, עותק אחר עותק.


דה-קוהרנטיות אינה פותרת לחלוטין את חידת המכניקה הקוונטית. הבעיה המרכזית היא שאף על פי שדה-קוהרנטיות מלמדת אותנו כיצד התכונות האינהרנטיות של פונקציית הגל הקוונטית נושרות ממנה עד שאנו נותרים עם תוצר "קלאסי", אינה מסבירה את סוגיית הייחודיות: למה מתוך כל תוצאות המדידה האפשריות ששורדות את הדה-קוהרנטיות, אנחנו רואים רק אחת. יש חוקרים שמרגישים מחויבים להוסיף את זה כאקסיומה לתיאוריה (ואפשר אף לומר אקסיומה "סופר-הגיונית-ופשוטה"): הם מגדירים את המציאות כמכניקת הקוונטים פלוס ייחודיות.

הפיזיקאי פדור ילזקו בדק את מצבו של "פגם" חנקן בתוך יהלום סינטטי (מוצג מימין) על ידי ניטור אטומי הפחמן שמסביב.

אם אתם עדיין עוקבים אחרי הרעיון המשוגע הזה, הייתם שמחים לדעת שלאחרונה בוצעו ניסויים שבדקו את הדרוויניזם הקוונטי, כפי שדווח ב-Quanta Magazine. שלוש קבוצות נפרדות של חוקרים מאיטליה, סין וגרמניה חיפשו סימני החתמה שהותירה מערכת קוונטית על הסביבה. שני ניסויים כללו שליחת פוטונים בלייזר דרך מכשירים אופטיים, ואילו השלישי ניצל את "פגם החנקן" (nitrogen-vacancy defect). כפי שצ'ורק אמר, "כל המחקרים הללו הראו את מה שהיה צפוי, לפחות בקירוב."


המחקר בוצע על ידי מאורו פטרנוסטרו (Mauro Paternostro), פיסיקאי מאוניברסיטת המלכה בבלפסט ושותפיו מאוניברסיטת ספיאנצה ברומא, מומחה הקוונטים ג'יאן-ווי פאן (Jian-Wei Pan) ומחברים משותפים מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין, והצוות השלישי כלל את הפיזיקאי פדור ילזקו (Fedor Jelezko) מאוניברסיטת אולם בגרמניה בשיתוף פעולה עם זורק ואחרים.


מחקרים אלה עדיין מתהווים בשטח ויש צורך להבין עוד בניסויים עתידיים על מנת לקבל תמונה מלאה יותר של כיצד המציאות שלנו מתעבה מאפשרויות שונות.

מקורות:

Big Think

Alaxon

Davidson Weizmann

162 צפיות0 תגובות