בשנת 1935 פרסם אלברט איינשטיין שני מאמרים חשובים. האחד פורסם בשיתוף עם נתן רוזן, מאמר שבו הם הציעו את ״גשר איינשטיין-רוזן״, או בשמו הפופולרי ״חור תולעת״, שעליו כתבנו בעבר [1]. המאמר השני, שפורסם בשיתוף עם נתן רוזן ובוריס פודולסקי, עסק באפקט קוונטי הקרוי שזירה [2]. שני מאמרים אלו עוסקים בנושאים שונים לחלוטין לכאורה, אולם לאחרונה הוצע שהם למעשה אותה גברת בשינוי אדרת, ואף ניתן לבדוק זאת בניסוי. האומנם?

אלברט איינשטיין, המדען הדגול, ידוע בזכות תרומתו הרבה לפיזיקה, בעיקר הודות לתורת היחסות הפרטית ותורת היחסות הכללית, וכן בשל הביקורת שלו על תורת הקוונטים. בשנת 1935 פרסם איינשטיין שני מאמרים, שנתאר כאן בקצרה. המעוניינים בהרחבה מוזמנים לעיין בפוסטים קודמים שפרסמנו במדע גדול, בקטנה [1, 2].

המאמר של איינשטיין ורוזן, ״גשר איינשטיין-רוזן״, עוסק בחיבור בין נקודת מרוחקות מאוד בחלל בעזרת מעין גשר, המכונה ״חור תולעת״ (ראו איור).

הרעיון של הגשר דומה במקצת לרעיון הבא: דמיינו שאתם רוצים להגיע מהקוטב הדרומי לקוטב הצפוני. המרחק שעליכם לעבור הוא חצי מעגל שרדיוסו הוא רדיוס כדור הארץ. אבל אם תצליחו לקדוח חור שעובר מהקוטב הצפוני דרך מרכז כדור הארץ לקוטב הדרומי, המרחק שתצטרכו לעבור קצר יותר, ושווה לקוטר כדור הארץ בלבד.
הרעיון של גשר איינשטיין-רוזן הוא חיבור נקודות מרוחקות מאוד במרחב בעזרת גשר קצרצר, מעין שפופרת דקיקה המחברת בין האזורים המרוחקים במרחב, כך שמסע של מיליון שנה עשוי להתקצר לכדי שניות בודדות!

רעיון השזירה הקוונטית עוסק בנושא שונה לחלוטין: כיצד מדידה של גודל פיזיקלי (מיקום או מהירות לדוגמה) של חלקיק אחד משפיעה על ערכו של גודל פיזיקלי של חלקיק אחר ה״שזור״ בו, או קשור אליו. במילה שזירה הכוונה לכך שנערכה מדידה שבעזרתה אפשר היה ללמוד על זוג החלקיקים, למשל מדידת מקומו של אחד ביחס לשני. במאמר שפרסמו איינשטיין, פודולסקי ורוזן, תיארו השלושה ניסוי מחשבתי, שהמסקנה ממנו נראתה לאיינשטיין אבסורדית: נניח שמודדים תכונה משותפת של שני חלקיקים (זוהי השזירה). אם מודדים אחר כך תכונה של חלקיק אחד, ניתן לדעת מייד מהו ערכה של אותה תכונה בחלקיק האחר, גם אם שני החלקיקים מרוחקים מאוד זה מזה. הדבר נראה מאוד מוזר ולא אינטואיטיבי, שכן כיצד החלקיקים יודעים לתקשר ביניהם ולתאם תוצאות אם הם מרוחקים מאוד זה מזה? למרות זאת, הניסוי בוצע בפועל, תוצאותיו ה״אבסורדיות״ אוששו, ולאחרונה ניתן פרס נובל לפיזיקה עבור ניסוי הקשור לכך [3].

בשנת 2010 הפיזיקאי מארק ואן ראמסדונק, ובעקבותיו הפיזיקאים סאסקינד ומלדסנה, העלו הצעה מעניינת: כאשר אנחנו יוצרים שזירה בין שני חלקיקים, נוצר חור תולעת המחבר ביניהם. ההצעה מבוססת על רעיון ההולוגרפיה, שעליו כתבנו בעבר [4], והיא מגובה בכמה ניסויים מחשבתיים. (ניסוי מחשבתי – Gedankenexperiment – הוא מושג שטבע איינשטיין. הכוונה היא  לניסוי שנערך במחשבה בלבד ומאושש באמצעות לוגיקה, מבלי שיבוצע בפועל.) בפרט, בעזרת הצעה זאת ניתן לפתור כמה בעיות בפיזיקה של חורים שחורים. הרעיון, שזכה לכינוי  ER=EPR (כלומר איינשטיין-רוזן = איינשטיין-פודולסקי-רוזן), מקשר רעיונות שנראים שונים לחלוטין: האחד עוסק בתאוריית הכבידה ובמבנה המרחב, ואילו השני עוסק בתורת הקוונטים.

הרעיון הנועז מציע הסבר פשוט לבעיית השזירה: אם בכל פעם שאנחנו יוצרים שזירה בין חלקיקים אנחנו בונים במרחב מעין גשר קטן אשר מקשר ביניהם, קל יותר להבין כיצד הם משפיעים מיידית זה על זה. בעצם המרחק ביניהם רק נראה לנו גדול, אבל קיים גשר נסתר המקשר ביניהם.

לאחרונה פורסם בכתב העת היוקרתי Nature מאמר [5] שבו טענו הכותבים שהצליחו לאשש את הטענה בדבר השקילות בין שזירה לחור תולעת, אולם בפועל הם לא ממש יצרו חור תולעת, אלא בחנו תכונות של שזירה הדומות לחור תולעת. בפרט, הם לא הצליחו ממש להעביר משהו מנקודה אחת לנקודה אחרת.

ההצעה של סאסקינד ומלדסנה מרשימה, ואומנם היא נראית קשורה למדע בדיוני יותר מאשר לפיזיקה, אולם הפיזיקה התאורטית אינה מפסיקה להפתיע, ואפשר שבעתיד יצליחו מדענים לאשש את השקילות המוצעת. כיום הצעה זאת נחשבת ספקולטיבית, מכיוון שהיא מבוססת על הולוגרפיה, שאינה בדיוק העולם שבו אנו חיים. חור התולעת מצריך ממד נוסף אחד לפחות. האם הוא קיים באמת?

עריכה: סמדר רבן

מקורות והרחבות

[1] גשר איינשטיין-רוזן

[2] שזירת איינשטיין-פודולסקי-רוזן

[3] פוסט על הזכייה בפרס נובל

[4] פוסט על רעיון ההולוגרפיה

[5] המאמר ב-Nature