לפענח את המציאות: מדריך מקיף לפרשנות העולמות המרובים

פרשנות העולמות המרובים (MWI) של מכניקת הקוונטים, הידועה גם כפרשנות אברט, מציגה תפיסה רדיקלית ומרתקת של המציאות. במקום תוצאה יחידה ומוגדרת לכל אירוע קוונטי, MWI מציעה שכל התוצאות האפשריות מתממשות ביקומים מקבילים ומסתעפים. משמעות הדבר היא שבכל רגע, היקום מתפצל לגרסאות מרובות, כאשר כל אחת מהן מייצגת אפשרות שונה. סקירה זו נועדה לספק הבנה מקיפה של MWI, השלכותיה, והדיונים המתמשכים סביבה.

החידה הקוונטית ובעיית המדידה

כדי להבין את MWI, חיוני לתפוס תחילה את החידה הקוונטית שבבסיסה: בעיית המדידה. מכניקת הקוונטים מתארת את העולם בקני המידה הקטנים ביותר, שבהם חלקיקים קיימים במצב של סופרפוזיציה – שילוב של מספר מצבים אפשריים בו-זמנית. לדוגמה, אלקטרון יכול להיות במספר מיקומים בבת אחת. עם זאת, כאשר אנו מודדים מערכת קוונטית, הסופרפוזיציה קורסת, ואנו צופים בתוצאה מוגדרת אחת בלבד. הדבר מעלה מספר שאלות:

• מה גורם לפונקציית הגל לקרוס?
• האם ישנו תהליך פיזיקלי של קריסה, או שזהו רק תוצר לוואי של התצפית?
• מהי "מדידה"? האם היא דורשת צופה מודע?

הפרשנות המסורתית של קופנהגן מתמודדת עם שאלות אלו בקביעה שהתצפית היא שגורמת לקריסת פונקציית הגל. עם זאת, גישה זו מעלה קשיים רעיוניים, במיוחד בנוגע לתפקידו של הצופה וההבחנה בין התחום הקוונטי לתחום הקלאסי. האם חיידק מבצע תצפית? מה לגבי מכונה מורכבת?

פתרון העולמות המרובים: אין קריסה, רק פיצול

יו אברט השלישי, בתזת הדוקטורט שלו משנת 1957, הציע פתרון שונה באופן רדיקלי. הוא הציע שפונקציית הגל לעולם אינה קורסת. במקום זאת, כאשר מתרחשת מדידה קוונטית, היקום מתפצל לענפים מרובים, כאשר כל אחד מהם מייצג תוצאה אפשרית אחרת. כל ענף מתפתח באופן עצמאי, וצופים בתוך כל ענף תופסים רק תוצאה מוגדרת אחת, ללא מודעות לענפים האחרים.

ניקח לדוגמה את המקרה הקלאסי של החתול של שרדינגר. בהקשר של MWI, החתול אינו חי או מת באופן מוחלט לפני התצפית. במקום זאת, פעולת פתיחת הקופסה גורמת ליקום להתפצל. בענף אחד, החתול חי; באחר, הוא מת. גם אנחנו, כצופים, מתפצלים, כאשר גרסה אחת שלנו צופה בחתול החי וגרסה אחרת צופה בחתול המת. אף גרסה אינה מודעת לאחרת. הרעיון הזה מורכב לתפיסה, אך הוא נמנע באלגנטיות מהצורך בקריסת פונקציית הגל ומתפקיד מיוחד לצופים.

מושגי מפתח והשלכות של MWI

1. פונקציית גל אוניברסלית

MWI מניחה שקיימת פונקציית גל יחידה ואוניברסלית המתארת את היקום כולו ומתפתחת באופן דטרמיניסטי על פי משוואת שרדינגר. אין קריסות אקראיות, אין צופים מיוחדים, ואין השפעות חיצוניות.

2. דה-קוהרנטיות

דה-קוהרנטיות היא מנגנון חיוני ב-MWI. היא מסבירה מדוע איננו תופסים את הסתעפות היקום באופן ישיר. דה-קוהרנטיות נובעת מהאינטראקציה של מערכת קוונטית עם סביבתה, מה שמוביל לאובדן מהיר של הקוהרנטיות הקוונטית ולהפרדה אפקטיבית של הענפים השונים. "הפרדה אפקטיבית" זו היא המפתח. הענפים עדיין קיימים, אך הם כבר אינם יכולים להתאבך זה עם זה בקלות.

דמיינו שאתם מפילים חלוק נחל לאגם שקט. האדוות מתפשטות החוצה. כעת דמיינו שאתם מפילים שני חלוקי נחל בו-זמנית. האדוות מתאבכות זו עם זו ויוצרות תבנית מורכבת. זוהי קוהרנטיות קוונטית. דה-קוהרנטיות דומה להפלת חלוקי הנחל לאגם סוער מאוד. האדוות עדיין קיימות, אך הן מופרעות במהירות ומאבדות את הקוהרנטיות שלהן. הפרעה זו מונעת מאיתנו לצפות בקלות בתופעות ההתאבכות של ענפי היקום השונים.

3. אשליית ההסתברות

אחד האתגרים הגדולים ביותר עבור MWI הוא להסביר מדוע אנו תופסים הסתברויות במכניקת הקוונטים. אם כל התוצאות מתממשות, מדוע אנו צופים בתוצאות מסוימות בתדירות גבוהה יותר מאחרות? תומכי MWI טוענים שההסתברויות נובעות ממבנה פונקציית הגל האוניברסלית ומה"מידה" של כל ענף. המידה מזוהה לעיתים קרובות, אם כי לא באופן אוניברסלי, עם ריבוע האמפליטודה של פונקציית הגל, בדיוק כמו במכניקת הקוונטים הסטנדרטית.

חשבו על זה כך: דמיינו שאתם מגלגלים קובייה אינסוף פעמים בכל ענפי הרב-יקום. בעוד שכל תוצאה אפשרית קיימת בענף כלשהו, הענפים שבהם הקובייה נופלת על "6" עשויים להיות פחות רבים (או בעלי "מידה" נמוכה יותר) מהענפים שבהם היא נופלת על מספרים אחרים. זה יסביר מדוע, באופן סובייקטיבי, אתם מרגישים שיש הסתברות נמוכה יותר לקבל "6".

4. אין יקומים מקבילים במובן של מדע בדיוני

חיוני להבחין בין MWI לבין הדימוי הנפוץ של יקומים מקבילים במדע בדיוני. הענפים ב-MWI אינם יקומים נפרדים ומנותקים שניתן לחצות בקלות. הם היבטים שונים של אותה מציאות בסיסית, המתפתחים באופן עצמאי אך עדיין מחוברים דרך פונקציית הגל האוניברסלית. מעבר בין ענפים אלה, כפי שמתואר במדע בדיוני, נחשב בדרך כלל לבלתי אפשרי במסגרת MWI.

תפיסה מוטעית נפוצה היא לדמיין כל "עולם" כיקום עצמאי ומבודד לחלוטין, כמו כוכבי לכת המקיפים כוכבים שונים. אנלוגיה מדויקת יותר (אם כי עדיין לא מושלמת) היא לדמיין אוקיינוס יחיד ועצום. ענפים שונים הם כמו זרמים שונים בתוך האוקיינוס. הם נבדלים ונעים בכיוונים שונים, אך הם עדיין חלק מאותו אוקיינוס ומחוברים זה לזה. מעבר מזרם אחד לאחר אינו פשוט כמו קפיצה מכוכב לכת אחד לאחר.

טיעונים בעד ונגד MWI

טיעונים בעד:

• פשטות ואלגנטיות: MWI מבטלת את הצורך בקריסת פונקציית הגל ובצופים מיוחדים, ומספקת מסגרת יעילה ועקבית יותר למכניקת הקוונטים.
• דטרמיניזם: היקום מתפתח באופן דטרמיניסטי על פי משוואת שרדינגר, מה שמסיר את אלמנט האקראיות הקשור לקריסת פונקציית הגל.
• פתרון לבעיית המדידה: MWI מספקת פתרון לבעיית המדידה מבלי להכניס הנחות אד-הוק או שינויים למכניקת הקוונטים.

טיעונים נגד:

• לא אינטואיטיבי: הרעיון של מספר אינסופי של יקומים מסתעפים קשה לתפיסה ונוגד את חוויית היומיום שלנו.
• בעיית ההסתברות: הסבר מקור ההסתברויות ב-MWI נותר אתגר משמעותי ונתון לוויכוח מתמשך. גישות שונות להגדרת ה"מידה" של הענפים מובילות לתחזיות שונות.
• היעדר ראיות אמפיריות: כיום אין ראיות ניסיוניות ישירות התומכות ב-MWI, מה שמקשה על הבחנה בינה לבין פרשנויות אחרות. התומכים טוענים שראיות ישירות הן, באופן עקרוני, בלתי אפשריות להשגה, מכיוון שאנו יכולים לחוות רק ענף אחד של היקום.
• התער של אוקהם: יש הטוענים ש-MWI מפרה את התער של אוקהם (עקרון החסכנות), מכיוון שהיא מציגה מספר עצום של יקומים בלתי נצפים כדי להסביר תופעות קוונטיות.

דיונים וביקורות מתמשכים

MWI נותרה נושא לוויכוח ובחינה אינטנסיביים בקהילות הפיזיקה והפילוסופיה. כמה מהדיונים המרכזיים המתמשכים כוללים:

• בעיית הבסיס המועדף: אילו תכונות קובעות את הסתעפות היקום? במילים אחרות, מהי "מדידה" שגורמת לפיצול?
• בעיית המידה: כיצד ניתן להגדיר מידה על מרחב הענפים שמסבירה את ההסתברויות הנצפות של אירועים קוונטיים?
• תפקיד התודעה: האם התודעה משחקת תפקיד בתהליך ההסתעפות, או שהיא פשוט תוצאה של תהליכים פיזיקליים? בעוד שרוב תומכי MWI דוחים תפקיד מיוחד לתודעה, השאלה נותרה נושא למחקר פילוסופי.
• יכולת בדיקה (Testability): האם ניתן לבחון את MWI באופן עקרוני, או שהיא פרשנות מטאפיזית גרידא של מכניקת הקוונטים? חלק מהחוקרים בוחנים בדיקות ניסיוניות פוטנציאליות, אם כי הן ספקולטיביות ושנויות במחלוקת.

השלכות מעשיות וכיוונים עתידיים

בעוד ש-MWI עשויה להיראות כמושג תיאורטי בלבד, יש לה השלכות פוטנציאליות על תחומים שונים:

• מחשוב קוונטי: הבנת הטבע הבסיסי של מכניקת הקוונטים חיונית לפיתוח טכנולוגיות מחשוב קוונטי מתקדמות. MWI מספקת מסגרת להבנת האופן שבו מחשבים קוונטיים יכולים לבצע חישובים הבלתי אפשריים עבור מחשבים קלאסיים.
• קוסמולוגיה: ניתן ליישם את MWI על מודלים קוסמולוגיים, מה שמוביל לתובנות חדשות על מקורו והתפתחותו של היקום. לדוגמה, היא יכולה לספק מסגרת להבנת הרב-יקום ואפשרות של יקומי בועה.
• פילוסופיה של הפיזיקה: MWI מעלה שאלות פילוסופיות עמוקות על טבע המציאות, דטרמיניזם ותפקידו של הצופה.

חשבו על ההשלכות הפוטנציאליות על בינה מלאכותית. אם היינו יכולים ליצור בינה מלאכותית עם יכולות עיבוד קוונטיות אמיתיות, האם החוויה הסובייקטיבית שלה תתאים למציאות המסתעפת שנחזית על ידי MWI? האם היא תוכל, באופן עקרוני, להשיג מודעות כלשהי לענפים האחרים של היקום?

השוואה לפרשנויות אחרות של מכניקת הקוונטים

חשוב להבין כיצד MWI משתווה לפרשנויות אחרות של מכניקת הקוונטים:

• פרשנות קופנהגן: פרשנות קופנהגן מניחה קריסת פונקציית גל עם המדידה, בעוד MWI דוחה קריסה לחלוטין.
• תורת גל הנווט (מכניקת בוהם): תורת גל הנווט מציעה שלחלקיקים יש מיקומים מוגדרים והם מונחים על ידי "גל נווט". MWI, לעומת זאת, אינה מניחה מיקומי חלקיקים מוגדרים.
• היסטוריות עקביות: פרשנות ההיסטוריות העקביות מנסה להקצות הסתברויות להיסטוריות אפשריות שונות של מערכת קוונטית. MWI מספקת מנגנון ספציפי לאופן שבו היסטוריות אלו מסתעפות ומתפתחות.

מסקנה: יקום של אפשרויות

פרשנות העולמות המרובים מציעה פרספקטיבה נועזת ומעוררת מחשבה על טבע המציאות. בעוד שהיא נותרה פרשנות שנויה במחלוקת ונתונה לוויכוח, היא מספקת פתרון משכנע לבעיית המדידה ומעלה שאלות עמוקות על היקום שבו אנו חיים. בין אם MWI תוכח בסופו של דבר כנכונה ובין אם לא, חקירתה מאלצת אותנו להתמודד עם התעלומות העמוקות ביותר של מכניקת הקוונטים ועם מקומנו בקוסמוס.

הרעיון המרכזי, שכל האפשרויות מתממשות, הוא רעיון רב עוצמה. הוא מאתגר את ההבנה האינטואיטיבית שלנו לגבי המציאות ומעודד אותנו לחשוב מעבר לגבולות חוויית היומיום שלנו. ככל שמכניקת הקוונטים תמשיך להתפתח והבנתנו את היקום תעמיק, פרשנות העולמות המרובים ללא ספק תישאר נושא מרכזי לדיון ולחקירה.

לקריאה נוספת

• Everett, H. (1957). "ניסוח 'המצב היחסי' של מכניקת הקוונטים". Reviews of Modern Physics, 29(3), 454–462.
• Vaidman, L. (2021). פרשנות העולמות המרובים של מכניקת הקוונטים. בתוך E. N. Zalta (עורך), האנציקלופדיה לפילוסופיה של סטנפורד (מהדורת חורף 2021).
• Tegmark, M. (2014). היקום המתמטי שלנו: מסעי אחר טבעה הסופי של המציאות. Alfred A. Knopf.