קוונטים ותודעה

קוונטים ותודעה

שלום לחברי הפורום, צפיתי לאחרונה בסרט "What the bleep do we know" ואני חייב לציין שהסרט די עיצבן אותי. מעבר לכך שהסרט לדעתי מציג מספר נושאים שונים, שכביכול קשורים כולם לחשיבה ותודעה, בצורה מבולבלת ומעורפלת, הפריע לי ההתייחסות לנושא פיסיקת הקוונטים. בסרט מוצגים מספר פרופסורים לפיסיקה אשר מכריזים קבל עם ועדה שמתוך פיסיקת הקוונטים נובע, באופן שאינו מתפרש לשתי פנים, כי קיימת נפש שמנותקת מהגוף ("הצופה") שתודעתה משפיעה ישירות על המציאות הפיסיקלית. מכאן הדיון הולך ומתדרדר לכך שלא רק התודעה אלא גם המחשבה משפיעים על המציאות, עיצוב המציאות על-ידי האינדיבידואל, מקומו של אלוהים בכל הנושא הזה ושאר ירקות. אני מהנדס חשמל בהשכלתי ובנוסף חובב פיסיקה שקרא מספר ספרי מדע פופולארי בנושא. עד כמה שאני יודע (ואשמח לשמוע תובנות נוספות בנושא) ההכנסה של נושא התודעה למכניקת הקוונטים נובע מההתייחסות לפונקצית הגל של חלקיק כפונקצית צפיפות הסתברות לכל דבר, פירוש הדבר שבהינתן מידע כלשהו על החלקיק ההסתברות למצוא את החלקיק במקום מסוים משתנה. אין זה משנה כיצד הושג מידע זה - שכן המידע יכול להיות מושג ללא אינטראקציה ישירה עם החלקיק. למשל בניסוי שני החריצים - אם נשים גלאי על חריץ אחד אזי תהיה אינטראקציה פיסיקלית עם אלקטרונים שיעברו דרך חריץ זה ופונקצית הגל שלהם תקרוס. מצד שני, אלקטרונים שלא יעברו דרך חריץ זה לא יעברו אינטראקציה פיסיקלית כלשהי כתוצאה מהגלאי אך עדיין ידוע כי הם עברו בחריץ השני (כיוון שהגלאי לא גילה אותם, לצורך העניין אנו יודעים שנשלח אלקטרון לעבר החריצים) ולכן פונקצית הגל שלהם גם תקרוס! המשותף לאלקטרונים שעברו דרך החריצים הוא רק המידע של הצופה לגבי מיקומם ומכאן שהצופה משפיע על המציאות הפיסיקלית. רעיון זה היה קשה מאד לעיכול ע"י איינשטיין שהמשיך להתנגד לו עד מותו. שאלתי היא מה עמדת הפיזיקאים כיום לגבי הנושא? (רוב ספרי המדע הפופולארי מסתיימים בשנות השלושים עם גילוי משוואת שרדינגר). עד כמה שידוע לי המועמדת המועדפת כיום לתיאורית האיחוד הגדול היא תיאוריית העל-מיתרים (או אחת מגילגוליה) שגורסת כי היקום הוא רב-מימדי. ממה שקראתי על התיאוריה לא הצלחתי להבין האם היא מתיישבת עם תפיסתו של איינשטיין או עם תפיסת מכניקת הקוונטים? כמו-כן האם קיימות דרכים אחרות לנתח את תוצאות מכניקת הקוונטים או שבאמת קיום נפש לא סיבתית מחוץ למציאות הפיסיקלית היא המסקנה היחידה? אשמח לשמוע דעות בנושא.
 

the YOOK

New member
תורת המיתרים היא קוונטית,

והיא מעיין "טריק מתמטי" שיאפשר שילוב הכבידה של אינשטיין בלי סתירות נראות לעין. היא בהחלט לא מתיישבת עם תפיסתו של אינשטיין שהאמין כי קיים הגיון כלשהו מאחורי המציאות שלנו. כמו כן, היא שגויה לדעת רוב הפיזיקאים כיום, בניגוד לאיך שהיא מוצגת בספרות המדע פופלרי. וכן, הסרט "בליפ" הוא שטות מוחלטת. למרות זאת, יש בעיה רצינית להגדיר את ה"מדידה" במכניקת הקוונטים (וזה אחד המאפיינים שלה שהכי עיצבנו את אינשטיין, השרירותיות בהחלטה מתי התבצעה "מדידה" במקרים שונים). יש הרבה תיאוריות משלימות לקוונטים שניסו לתת מודל לדבר הזה (למשל יש תיאוריה של פנרוז שגורסת שהקריסה היא פונקציה של המסה, ויש גם את תיאוריית העולמות המרובים, שהיא הכי פחות רצינית מבניהן ועוד כמה...). "קיום נפש לא סיבתית מחוץ למציאות הפיסיקלית" שמשפיעה על המציאות היא לא רק לא מסקנה הכרחית, אלא שהיא גם פרדוקסיאלית (אם היא משפיעה על המציאות, היא אכן סיבתית, ואז חוקי הפיזיקה הרגילים, כמו היחסות, חלים גם עליה).
 
תורת המיתרים היא קוונטית

תודה על התגובה. לגבי תורת המיתרים: עד כמה שידוע לי תורת המיתרים נהגתה, נזנחה, חזרה, עברה שינויים וכיום קיימת איזשהי תיאוריה (תיאורית M אם אני לא טועה) שכן מצליחה איכשהו להסביר את תורת היחסות והקוונטים כאשר הבעיה העיקרית היא מציאת הטופולוגיה הנכונה של היקום הרב-מימדי. אשמח אם תוכל להרחיב/לעדכן את ידיעותי בנושא גם לגבי תפיסת הפיזיקאים כיום. לגבי בעיית המדידה: שוב ממה שאני יודע תיאוריות שמנסות ליישב את התפיסה הקלאסית עם מכניקת הקוונטים נידחו ומסיבות טובות. תיאוריות אלו (כמו למשל תיאורית הגל המנחה) בדרך כלל מוסיפות סיבוך שאינו תורם לתחזיות של התיאוריה. כמו-כן תיאוריות אלו פותחו לפני כ-50 שנה. האם כיום עדיין יש תיאוריות שמנסות ליישב את המחלוקת בין שתי התפיסות? כמו-כן אשמח לדעת מה ההסבר של תיאוריות אלו לניסוי שני החריצים - כלומר איך תיאוריות אלו מסבירות את ההשפעה של גלאי בחריץ אחד על אלקטרון שעובר בחריץ השני? (אני בכוונה מתייחס לניסוי זה כי לדעתי הוא מציג בצורה פשוטה את הבעייתיות של מכניקת הקוונטים).
 

the YOOK

New member
היא לא מצליחה להסביר,

היא פשוט, כמו שאמרתי, על פניו מאפשרת איחוד של התיאוריות ללא סתירות. אין כאן שום "הסבר" למה עומד מאחורי הדברחם, ונראה כאילו הפיזיקאים זנחו את הרצון למצוא כזה ממזמן... אם אתה רוצה לקרוא על הנושא ברמה הפופולארית יש את הספר "מארג היקום" של פרופ' בראיין גרין. ספר זה גם מדגים לדעתי כיצד איבד הממסד המדעי את הדרך הנכונה לעשות מדע מאז אינשטיין בבניית מודלים מופרכים וחסרי הגיון (אחד מהם הוא המודל האינפלציוני, המתואר בפרוטרוט בספר, והשני הוא כאמור תורת המיתרים). מעבר לזה לא תוכל ללמוד הרבה בלי תואר מתקדם במתמטיקה, אבל תוכל לדבר עם מספר פיזיקאים שעוסקים בתחום באוניברסיטה העברית (למרות שלדבר עם פיזיקאים שעוסקים בתחום ממש מדגים לך כמה הם לא מבינים בעצמם במה בדיוק הם עוסקים...).
 

kaplanal

New member
מתנהל וויכוח

היום מתנהל וויכוח האם פיסיקה תאורטית היא מדע פיסיקלי או מתמטי.תאוריית הM מאחדת את חמשת תורות המיתרים השונים,כשכל אחת מהם היא תאוריה שהתימרה להיות בעבר תאוריה שמסבירה את הכל.הבעיה היא שלאף אחת מהתאוריות האלה אין חיזוק ניסיוני,וגם ספק אם יהיה בכלל.לעומת זאת זה לא מרתיע פיסיקאים רבים לתמוך בתאוריות האלה ללא סייג.פיסיקאים אחרים מתרעמים על הגישה הזאת,האומרת שניתן לזניח את הניסוי כקנה מידה האולטימטיבי למציאת התאוריה האמיתית.
 
מדידה קוונטית

קודם כל, אני איתך בעצבים על הסרט. להגיד שמתורת הקוונטים נובע שיש נשמה שלה קיום עצמאי זה כמו לקבוע שמתורת האבולוציה נובע שגזענות היא נכונה. זה פשוט סילוף ואני אומר את זה כמישהו שעובד בתחום (לא של סילופים, בשביל זה צריך להיות ח"כ, אלא של קוונטים). בקשר למדידות קוונטיות, ניסוי שני הסדקים (ניסוי יאנג) הוא דוגמה מצויינת להשפעת מדידה. הוא גם דוגמה מצויינת לכשל הבסיסי שגורמת לנו האינטואיציה היומיומית בהבנת תורת הקוונטים. הנקודה היא שאלקטרון לא עובר דרך פתח זה או אחר, אלא עובר דרך שני הפתחים בו זמנית. זה נשמע אבסורדי כשחושבים על כל אלקטרון בתור כדור קטן; זה הרבה יותר הגיוני אם חושבים על אלקטרון כמו על גל בים ועל הסדקים כעל פתחים בשובר גלים. כל גל פוגע בשני הסדקים ועובר דרך שניהם. לכן מדידה באחד הפתחים משפיעה על הגל כולו, דהיינו קובעת מה יקרה עם האלקטרון כולו.
 
ניסוי שני הסדקים

קודם כל טוב לדעת שאני לא לבד :). רוב האנשים סביבי אינם מתעניינים כל כך בנושא, המעטים שכן מתעניינים כמעט תמיד ניגשים לנושא עם איזושהי גישה רוחנית שרואה את תיאוריית הקוונטים כחיזוק לתורת הקבלה או קיום הנפש או משהו כזה (ואני עובד בחברת הייטק, מדובר באנשים משכילים עם רקע אקדמי ריאלי). אבל לעניינינו - מובן לי כי הדרך להבין את ניסוי שני החריצים היא בהסתכלות על האלקטרון כגל שעובר דרך שובר גלים, השאלה היא איזה אינטראקציה קיימת בין הגלאי לאלקטרון במידה והגלאי לא גילה אלקטרון - כלומר אנו משגרים אלקטרון לעבר החריצים ומציבים גלאי על חריץ אחד, הגלאי לא גילה אלקטרון - פירוש הדבר שהגלאי לא השפיע על האלקטרון (לא פגע שום פוטון באלקטרון או משהו דומה), ובכל זאת האלקטרון מושפע מנוכחות הגלאי כיוון שעתה ידוע כי האלקטרון עבר בחריץ השני. כלומר לכאורה ההשפעה היחידה על האלקטרון היא הידיעה שהוא עבר דרך חריץ מסוים. אשמח לשמוע תיאוריה שמסבירה תופעה זו (כפי שציינתי בהודעה קודמת - תופעה זו מדגישה בעיני בצורה פשוטה ותמציתית את הבעייתיות של תורת הקוונטים, מבלי להיכנס לספינים, סוגי חלקיקים וכ'ו) מבלי להשתמש בתודעה של הצופה, קראתי על מספר תיאוריות שניסו להסביר את תופעות הקוונטים בצורה קלאסית אך לא ברור לי איך הן מיישבות את הבעייתיות של תופעת החריצים (כמו-כן אף אחת מהתיאוריות לא ממש תפסה עד כמה שידוע לי, אך אשמח בכל זאת לשמוע עליהן).
 
נסיון להסבר

קודם כל, לתודעה של הצופה אין דבר וחצי דבר עם הדבר. מה שחשוב זה האם המערכת מבודדת או לא. כלומר, אטום אחד יכול להיות "הצופה" של אטום אחר. זה מביא אותנו לאינטרקציה ששאלת עליה, בין הגלאי והאלקטרון. אני לא מבין את השאלה שלך עד הסוף, אז אני אענה על מה שבא לי
. שוב, גלאי, במובן הקלאסי, הוא משהו שמאפשר לנו לדעת אם אלקטרון עבר או לא עבר בחריץ מסויים. אנחנו מניחים במובלע שאלקטרון היה אמור לעבור או לא לעבור שם והגלאי, כשמו, רק מגלה את זה. גלאי, במובן הקוונטי, הוא משהו שמשפיע על האלקטרון שעובר דרך החריץ, כאשר כל אלקטרון עובר דרך שני החריצים. בניסויים שאנחנו עושים אצלנו הגלאי זה בעצם משהו שמכניס פאזה לחלק של פונקציית הגל המתאר את המעבר דרך החריץ עם הגלאי. אם הפאזה שמוסיפים היא קבועה, אז למרות שיש אינטרקציה בין הגלאי והאלקטרונים, תבנית ההתאבכות נשמרת. אם הפאזה שמוסיפים אקראית, תבנית ההתאבכות נהרסת. עד עכשיו ההסבר שני היה במונחים של אינטרקציה. אתה דיברת במונחים של מידע ("ידוע כי האלקטרון עבר בחריץ השני..."). בעבודה פורצת דרך של ג'ו אימרי (Imry) ואחרים, הם הראו ששתי נקודות המבט האלה בעצם עקביות אחת עם השניה. ואכן, אם אתה מנתח את המידע מהגלאי במקרה של הוספת פאזה קבועה, אתה לא יכול לחלץ מידע על האלקטרונים שעברו, בעוד אם הפאזה היתה אקראית, הגלאי עצמו הושפע כך שאתה יכול לחלץ ממנו מידע על האלקטרונים שעברו. זה העניין, על פחות מרגל אחת. אל תטעה לחשוב שבגלל שאני מדבר על זה בבטחון כזה זה משהו שהיה ברור לי מההתחלה. למען האמת התייסרתי על אותן שאלות שאתה שואל במשך שנים, ואני עדיין לא מבין את הדברים עד הסוף. אני לא בטוח שיש מישהו במבין באמת עד הסוף. בכל אופן, אתה שואל את השאלות הנכונות ואני שמח לענות, כמיטב יכולתי.
 

אמִיר

New member
אתה יכול להגיד כמה מילים

על המחקר שלך? לאיזה תחום/אוניברסיטה הוא שייך? נשמע מאוד מאוד מעניין.
 
כמה מילים

אני עושה תואר שני בפיזיקה במכון ויצמן. יש כאן מרכז למחקר תת-מיקרוני שבו יש כמה קבוצות שעושות ניסוים בהתקנים מאד קטנים (מוליכות של מולקולה יחידה, יצירת גז של אקסיטונים, נסיונות לבניה של קיו-ביט ועוד). אני עובד, עם עוד אנשים כמובן, על התקן שהוא אינטרפרומטר של אלקטרונים. כלומר, אנחנו עושים משהו מאד דומה לניסוי שני הסדקים, אבל עם אלקטרונים. אחד הדברים שבדקו, הרבה לפני שבאתי לקבוצה, זה את העניין המאד subtle (אין לי מושג איך לומר את זה בעברית; "עדין" לא מביע הכל...) של מדידה קוונטית.
 
ניסיון להבין ../images/Emo13.gif

קודם כל תודה על התשובה הארוכה והמפורטת. אוקי אז אם אני מבין נכון מדידה, ולא משנה איזו מדידה, מתבטאת בהוספת פאזה לפונקצית הגל של החלקיק (אני מניח שפאזה פירושה הזזה של הפונקציה, אנא תקן אותי אם אני טועה). הפאזה יכולה להיות אחת משתיים: דטרמיניסטית - פירוש הדבר הוא: אין אינטראקציה עם החלקיק / אין מידע על החלקיק. התוצאה: אי שינוי בהתאבכות. אקראית - פירוש הדבר הוא: אינטראקציה עם החלקיק / מידע על החלקיק. התוצאה: שינוי בהתאבכות. מכאן שמידע על החלקיק פירושו אינטראקציה עם החלקיק. יפה! כדי לחדד את השאלה שלי אני צריך להגדיר בדיוק מהו גלאי. מכיוון שאינני מגיע מהתחום אני יכול רק להניח שגלאי הוא התקן פיסי שמודד שינוי מתח חשמלי כתוצאה ממעבר אלקטרון בחריץ. בפועל החלקיק הנושא של שדה חשמלי הוא פוטון, מכאן שפעולת הגלאי היא שידור פוטון, קליטתו ובדיקה האם יש שינוי באנרגיה או תנע של הפוטון (לכך אני מתכוון באינטראקציה, ייתכן והיה טעם לחדד את המושג, בגדול להבנתי אינטראקציה היא שינוי תנע או אנרגיה של האלקטרון, במקרה הזה כתוצאה ממעבר אנרגיה / תנע מהפוטון של הגלאי). עתה אנו משגרים אלקטרון לעבר החריצים, הגלאי משדר פוטון, קולט אותו ורואה כי האנרגיה ותנע של הפוטון לא השתנו. מכאן שלא הייתה אינטראקציה עם האלקטרון, כלומר התנע והאנרגיה של האלקטרון לא השתנו. אך למרות זאת פונקצית הגל השתנתה כיוון שיש מידע על האלקטרון - כלומר יש מידע ואין אינטראקציה. מה שאני מנסה לעשות זה בסך הכל לגשר בין הבנתי הפשטנית והלא מושכלת לבין הסבריך. שאלתי היא - בניסוי שתארתי (בהנחה שלא פיספסתי יותר מדי בתיאור הגלאי) איזו אינטראקציה בכל זאת הייתה בין הגלאי לאלקטרון? או לחילופין מה לא נכון / לא אפשרי בניסוי זה? (או איך הוכנסה פאזה אקראית לפונקצית הגל של האלקטרון?)
 
אינטרקציה של גלאי

1. מדידה קוונטית אכן משפיעה על פונקציית הגל של החלקיק הנמדד ע"י הוספת פאזה או שינוי עוצמה. זאת אמירה מאד כללית. אגב, שים לב שגם הגלאי וגם המערכת משתנים כתוצאה מהמדידה - לכן הקביעה מי הגלאי ומי המערכת היא די שרירותית (לפחות בניסוי אצלנו). לגבי השפעה דטרמיניסטית/אקראית, אולי לא התנסחתי נכון ואולי אני סתם לא בטוח, אבל לדעתי גם השפעה "דטרמיניסטית" יכולה לגרום למדידה. לדעתי זה יותר אינטרקציה קבועה מול אינטרקציה משתנה. אני צריך לחשוב על זה. 2. בניסוי שהצעת אמרת ש"הגלאי משדר פוטון, קולט אותו ורואה כי האנרגיה ותנע של הפוטון לא השתנו." נראה לי שזאת נקודה הכשל בניסוי המחשבתי. זכור: כל אלקטרון עובר דרך שני הסדקים. לכן, כל אלקטרון יעבור אינטרקציה עם הגלאי. בתמונת האינטרקציה דרך חלקיק נושא (משהו שאני לא מבין בו כל כך), כנראה שהחלקיק הנושא ישתנה. נראה לי שאתה מניח במובלע את עניין קריסת פונקציית הגל בעת מדידה - כלומר שמדידה גורמת לאלקטרון "להחליט" איפה הוא עובר. אני, לעומת זאת, מנסה להמנע מזה, כי קריסת פונקציית הגל היא תופעה לא מוסברת, ולדעת אחדים, תפר גס במקום שבו אין לנו הבנה. בכל אופן, בניסוי אצלנו האינטרקציה הייתה בין שני אלקטרונים- מצד אחד האלקטרון שעובר בחריץ ומצד שני אלקטרון שישנו/איננו נמצא בקרבת מקום. אם יש אלקטרון גלאי - השניים ידחו אחד את השני אלקטרוסטטית. פונקצייות הגל של שניהם ישתנו ובפרט החלק של פונקציית הגל שמתארת מעבר האלקטרון דרך החריץ הזה ישתנה. אם אין אלקטרון גלאי - לא יהיה שינוי בפונק' הגל. אם תמיד יש אלקטרון גלאי, תמיד יש השפעה, אבל היא קבועה ולכן לא גורמת להריסת האינטרפרנציה בין האלקטרון לעצמו (לא התבלבלתי - זה לב העניין בניסוי שני הסדקים). אני מצרף פה לינק למאמר שמתאר את הניסוי הזה. זה לא קל לקריאה, אבל אולי תגלה בו עניין.
 
למעלה