אחד הדברים שהופכים את תורת הקוונטים לכל כך מסובכת, מרתקת ולא אינטואיטיבית הוא בעיית המדידה.

למיטב הבנתנו, תורת הקוונטים מספרת לנו שאי אפשר למדוד תכונה מסויימת של מערכת קוונטית מבלי להשפיע על המערכת. למשל, תורת הקוונטים מאפשרת לחלקיק להיות בכמה מקומות "בו-זמנית". אולם, כאשר נמדוד את מיקומו של החלקיק הוא ימצא במקום מסוים אחד. כך, בעצם ביצוע המדידה, השפענו על המצב שהחלקיק נמצא בו.

ניסוי שני הסדקים [1], הוא הדגמה פשוטה של השפעת המדידה על מערכת באופן לא צפוי. מדובר באחד הניסויים שהכי קל לתאר והכי קשה להבין.
ניקח לוח ובו שני סדקים קטנים וקרובים מאוד. מצדו האחד נניח "תותח" אשר יורה אלקטרונים, אחד אחד, לעבר הסדקים, ומהצד השני נשים סרט צילום שנהיה כהה יותר ככל שפוגעים בו יותר אלקטרונים. אם נניח לתותח לירות כמות עצומה של אלקטרונים, איך יראה סרט הצילום שלנו?

היות והתותח יורה את האלקטרונים אחד אחד דרך הסדקים, נראה שהתשובה ברורה - על סרט הצילום יווצרו שני אזורים כהים שנמצאים על המשך הקווים הישרים בין לוע התותח לכל אחד מהסדקים. עם זאת, כאשר מבצעים את הניסוי הזה בפועל מתקבלת תבנית אחרת לגמרי, שנראית כאילו האלקטרון הוא גל שעובר דרך שני הסדקים במקביל ומתאבך עם עצמו [2].

מה שעוד יותר מטריד הוא, שתבנית ההתאבכות המוזרה הזאת נצפית למרות שאנחנו יורים את האלקטרונים אחד אחד. בשום שלב בניסוי אין שני אלקטרונים שעברו באותו הזמן דרך שני הסדקים, למרות תבנית ההתאבכות המושלמת שמרמזת אחרת.
בשביל להבין מה קורה בניסוי, הדבר המתבקש הוא לשים מכשיר מדידה על אחד הסדקים, כדי שנדע איפה עבר כל אלקטרון. אולם, כשנעשה זאת מתרחש משהו מדהים - תבנית ההתאבכות נעלמת לחלוטין ובמקומה מופיעות שתי הנקודות אשר ציפינו להן בתחילת הניסוי! עצם המדידה שביצענו שינתה את המצב של האלקטרון באופן שהעלים את תבנית ההתאבכות.

אז מה קורה כאן בעצם?

ההסבר המקובל הוא: כל עוד לא מדדנו דרך איזה סדק האלקטרון עבר, הוא עובר בשניהם "בבת אחת", במובן שאם ננסה למדוד איפה הוא, יש הסתברות מסוימת שנמדוד אותו בסדק הראשון והסתברות מסוימת שנמדוד אותו בסדק השני. פונקצית ההסתברות (״פונקציית הגל״) הזו ממשיכה להתקדם במרחב, כמו שני גלים מעגליים - כמו אלו הנוצרים כאשר זורקים אבן לתוך בריכה - הבוקעים מתוך שני הסדקים. ברגע שאנחנו מודדים את האלקטרון, מיקומו הופך להיות ידוע, ואין יותר פונקצית הסתברות שתגרום לתבנית ההתאבכות. העלמות פונקצית ההסתברות נקראת ״קריסה״.

זה הסבר סביר שנותן תיאור מתמטי קונקרטי לבעיה, אבל מעלה הרבה שאלות קשות: איך יתכן שהאלקטרון משפיע על עצמו בצורה כזאת? איך האלקטרון בכלל יודע שאנחנו מודדים אותו? האם לא ייתכן תהליך מדידה אשר אינו משפיע על המערכת בצורה כזו? האם ״פונקצית הגל״ אכן קיימת? האם ניתן למדוד אותה וכיצד היא קורסת? מתי מדידה היא "מדידה"?
הסבר פשטני הוא שבמהלך המדידה אנחנו ״מטלטלים״ את המערכת וכך גורמים לשינוי. הסבר זה לא יכול להיות מלא מאחר וגם אם נציב מכשיר מדידה ליד אחד מהסדקים תמונת ההתאבכות תעלם, אפילו אם האלקטרון עבר בסדק השני!

מכאן נובע שלא התגובה של מכשיר המדידה עם האלקטרון היא שגורמת לקריסה. מה אם כן גורם לקריסה? האם האלקטרון איכשהו "יודע" שאנחנו יודעים דרך איזה חריץ הוא עבר?

מטרת הפיזיקה היא לתאר את תופעות הטבע ואת זאת עושה תורת הקוונטים בצורה יוצאת מהכלל. אולם, שאלות כאלו עדיין מטרידות פיזיקאים, מתמטיקאים ופילוסופים. גם כי הבנה פילוסופית עמוקה סייעה ותסייע לנו לחשוב על עוד תאוריות ולעשות מדע טוב יותר, ובעיקר כי בשביל הרבה אנשים להגיד ש"זה ככה כי זה ככה והחיזויים המוצלחים מאששים את זה" פשוט אינה תשובה מספקת. בשביל לנסות לגשר על הפער הרבה אנשים הציעו פרשנויות מעניינות ומרתקות לאורך השנים.

הפרשנות המפורסמת ביותר לתהליך המדידה היא ״תאוריית העולמות המרובים״ של אוורט [3]. על-פי פרשנות מעניינת זאת, כאשר מבצעים מדידה, אין ״קריסה״, ולא נבחרת אחת מבין מספר האפשרויות לתוצאת המדידה. לפי אוורט, כל התוצאות האפשריות מתקיימות - אולם ביקומים שונים!

כאשר מודדים באיזה מהסדקים עבר האלקטרון, המערכת אינה קורסת כי אם היקום מתפצל לשניים - אחד בו האלקטרון עבר בסדק הראשון, ואחד בו עבר בסדר השני.

ההסבר הנועז והמעניין הזה מניח את הדעת בהרבה מובנים - הוא יחסית אינטואיטיבי, מעלים את האלמנט ההסתברותי מתורת הקוונטים ונותן הסבר אלגנטי להרבה מהפרדוקסים שלה. ישנן אסכולות של פיזיקאים ופילוסופים הסבורים שזה הפתרון היחיד לבעיה המניח את הדעת.

מנגד, יש לפתרון הזה גם חסרונות עקרוניים, והביקורת המרכזית כלפיו הוא שהוא כופה על הטבע מגוון עצום של יקומים שאין לנו גישה אליהם. לא חסרים אנשי מדע המרגישים לא בנוח עם פילוסופיה של המדע שמניחה את קיומם של דברים פיזיים שאין לנו את היכולת למדוד.

למקורות וקריאה נוספת

[1] ניסוי שני הסדקים - ערוץ היוטיוב של מכון דוידסון
[2] 3B50.z - Ripple Tank - Two Slit Interference - University of Michigan Physics DemoLab
[3] Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics - Stanford Encyclopedia of Philosophy