בקטנה: חייו של אלברט איינשטיין שזורים בסיפור אהבה שנאה עם תאורית הקוונטים. לצד תרומתו המכרעת לגילויה של התאוריה, הוא התעמת עם פרשנותה ההסתברותית.

 
עדי ארמוני
 
אלברט איינשטיין, המדען החשוב שהגה את תאוריות היחסות הפרטית והכללית, הוא גם מאבות תאורית הקוונטים. בשנת 1905 הסביר אלברט איינשטיין את ה״אפקט הפוטואלקטרי״ - עירור אלקטרונים ושחרורם מהאטום על-ידי הקרנתם בקוונטה של אור שמאוחר יותר הוכרו כחלקיקים בשם פוטונים. על הסבר חשוב זה זכה איינשטיין בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1921. לאיינשטיין, לפיכך, היתה תרומה מכרעת בראשית גילוייה של תאורית הקוונטים.
 
בשנות העשרים של המאה הקודמת התפתחה תאורית הקוונטים. היא הפכה ממודל לתאוריה מוצקה שבבסיסה עומדת משוואת שרדינגר ולצידה הפרשנות ההסתברותית של בורן, בוהר, שרדינגר והייזנברג.
 
החלק שאותו התקשה איינשטיין לקבל הוא הפרשנות של תאורית הקוונטים, לפיה לא ניתן לחזות תוצאת מדידה מסויימת, אלא רק את ההסתברות לתוצאת המדידה. לדוגמא: נניח שאנו מטילים קוביה. אנו יודעים שיש הסתברות של שישית לכל אחת מהתוצאות. על-פי תאורית הקוונטים, בכל מדידה שהיא בטבע לא ניתן לדעת את התוצאה בוודאות אלא רק את ההסתברות לתוצאה מסוימת. ההתנגדות של איינשטיין מתבטאת בין היתר באמירתו המפורסמת, לפיה: ״אלוהים לא משחק בקוביה״.
 
התנגדותו של איינשטיין לפרשנותה ההסתברותית של תאורית הקוונטים התפרסמה בשנת 1930 בועידת סולביי [1], כאשר הוא ניסה להפריך באמצעות ניסוי מחשבתי את עיקרון אי הודאות אנרגיה-זמן. איינשטיין גרס שניתן למדוד במדויק הן את משך הזמן שנמשך תהליך פיזיקלי מסויים והן את כמות האנרגיה שנפלטה בו, בניגוד לעקרון אי-הודאות. נילס בוהר הראה לאיינשטיין שהוא טועה ולמרבה המבוכה הטעות של איינשטיין לא היתה בתאורית הקוונטים אלא טעות בתאורית היחסות הכללית.
 
בשנים שאחר-כך קיבל איינשטיין את תוצאותיה ותחזיותיה של תאורית הקוונטים, אך סרב להשלים עם אופיה ההסתברותי. הוא סבר שאופיה ההסתברותי של תאורית הקוונטים נובע מכך שאנחנו לא יודעים עדיין את חוקי הטבע הבסיסים השולטים בתנועת החלקיקים. אילו נדע את תכונות החלקיקים ואת חוקי הטבע לעומקם נוכל לחזות בוודאות את התנהגות החלקיקים.
 
ביחד עם שותפיו למאמר, פודולסקי ורוזן, כתב איינשטיין בשנת 1935 מאמר בשם "האם התאור של המכניקה הקוונטית את המציאות הפיזיקלית יכול להחשב שלם?״. במאמר זה הנקרא מאמר EPR על שם כותביו, הציגו כותבי המאמר ניסוי מחשבתי שבו נראה שאכן אופיה ההסתברותי של תורת הקוונטים נובע מאי-ידיעתו של המודד את מצבו המדויק של החלקיק (מיקום, תנע, ספין …), למרות שהוא מוגדר. על ניסוי EPR כתבנו בעבר בהרחבה [3].
 
עד יום מותו סרב איינשטיין לקבל את שגיונותיה של תאורית הקוונטים. הוא התמיד בחיפושיו אחר תאוריה קלאסית שתאחד את כל הכוחות. אט אט הוא הפך להיות מבודד בקהילת הפיזיקאים שעסקו בהתלהבות בפיזיקת הגרעין שהיתה מבוססת על פיזיקה קוונטית.
 
אחרי מותו של איינשטיין פרסם המדען ג׳והן סטיוארט בל גרסה משוכללת משלו של ניסוי EPR. ניסוי בל (עליו כתבנו בהרחבה כאן [4]) מביא את השערתו של אינשטיין שקיימים ״משתנים חבויים״ הקובעים את התנהגות החלקיק לעימות דרמטי עם חוקי הטבע הידועים לנו: אם קיימים ״משתנים חבויים״ בעזרתם ניתן לקבוע בוודאות את התנהגותם של חלקיקים, הרי שחוקי הטבע הם לא מקומיים, כלומר פעולות הגומלין היסודיות בטבע אינם מתרחשות בנקודה מסויימת אלא על פני מרחקים ארוכים (חוסר מקומיות).
 
עד היום לא נמצאה עדות לחוסר מקומיות של חוקי הטבע. לפיכך מקובל לחשוב שאופיה ההסתברותי של תאורית הקוונטים, אותה התקשה איינשטיין להכיל עד יום מותו, היא תכונה בסיסית של הטבע.
 
עדי ארמוני הוא פרופסור לפיזיקה תאורטית
[1] על הניסוי המחשבתי של איינשטיין

• N. Bohr. “Discussion with Einstein on Epistemological Problems in Atomic Physics” in Albert Einstein: Philosopher - Scientist edited by P. A. Schilpp. The Library of Living Philosophers. Vol. VII. Open Court. La Salle (1949).

 
[2] קישור למאמר של EPR
https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.47.777
 
[3] על ניסוי EPR
http://lbscience.org/2017/11/06/שזירה-קוונטית-ניסוי-איינשטיין-פודולס/
 
[4] על ניסוי בל
http://lbscience.org/2017/11/07/6900/