לחצות את הפער הקוונטי

את מרבית הדברים שיוצאים מתחת ידיו של סימון גרבלאכר (Gröblacher) אי אפשר לראות בעין בלתי מזוינת. אורכו של אחד המכשירים המכניים שהרכיב במעבדתו באוניברסיטה הטכנולוגית של דלפט בהולנד מסתכם בכמה מיליוניות המטר בלבד, לא גדול בהרבה מחיידק, ועוביו 250 ננומטר – כאלפית מעוביו של דף נייר. גרבלאכר יוכל ללא ספק לכווץ עוד ועוד את מעשי ידיו, אולם המטרה שלו היא אחרת: הוא רוצה להגדיל את קנה המידה של הדברים, לא להקטין אותו.

"מה שאנחנו מנסים לעשות הוא ליצור דברים ממש ממש גדולים", הוא אומר בשעה שהוא מעלה תמונות של רכיבי חומרה על צג המחשב שלו. קחו בחשבון שעבור גרבלאכר, פיזיקאי נסיין, המשמעות של "ממש ממש גדול", היא דבר שאי אפשר כמעט לראות בלי עזרת מיקרוסקופ, "בגודל של מילימטר על מילימטר".

גרבלאכר מקווה שבאמצעות העבודה בקנה המידה הזה, שלא בדיוק שובר שיאי גודל, הוא יוכל להתמודד עם שאלה מדהימה: האם עצם מקרוסקופי יחיד יכול להימצא בשני מקומות בעת ובעונה אחת? האם משהו בגודל של ראש סיכה, למשל, יכול להתקיים גם כאן וגם שם באותו זמן? התנאי הזה, הבלתי אפשרי לכאורה, הוא עניין שגרתי עבור אטומים, פוטונים וחלקיקים אחרים. על פי החוקים הסוריאליסטיים של מכניקת הקוונטים, המציאות ברמה היסודית ביותר שלה מתנגשת עם השכל הישר שלנו: אין לחלקיקים מקום קבוע, וגם לא אנרגיה קבועה או תכונות מוגדרות אחרות – לפחות כל עוד אף אחד לא מסתכל. הם קיימים במצבים רבים בעת ובעונה אחת.

איורים: יֶן כריסטיאנסן

אולם מסיבות שהפיזיקאים אינם מבינים, המציאות שאנו רואים היא אחרת. העולם שלנו – אפילו אותם חלקים שאיננו מסוגלים לראות ישירות – נראה לחלוטין לא קוונטי. דברים גדולים באמת – כלומר כל דבר בגודל של נגיף ומעלה – מופיעים תמיד במקום אחד ויחיד; במעבדה בדלפט יש גרבלאכר אחד בלבד, והעיתונאי המשרבט הסובל מג'ט לאג, שעימו הוא משוחח –  גם הוא אחד ויחיד. וכאן טמונה תעלומה: אם כל הדברים בנויים על ערפל קוונטי של חומר ואנרגיה, מדוע איננו חווים את המוזרות הקוונטית בעצמנו? היכן מסתיים העולם הקוונטי ומתחיל העולם המכונה קלאסי, עולמה של המכניקה הניוטונית? האם יש קרע כלשהו במציאות, קנה מידה כלשהו שמעבר לו התוצאים הקוונטיים פשוט מפסיקים להתקיים? או שמא מכניקת הקוונטים מושלת בכל מקום, ומשום מה איננו מסוגלים לראות אותה?

"אנחנו יודעים שהעולם המיקרוסקופי הוא קוונטי, ואנחנו יודעים שמסיבה זו או אחרת, אנחנו קלאסיים –תהיה המשמעות של זה אשר תהיה", אומר אנג'לו באסי (Bassi), פיזיקאי תיאורטיקן מאוניברסיטת טריאסטה שבאיטליה. "איננו יודעים דבר על טבעו האמיתי של החומר שבין המיקרוסקופי והמקרוסקופי". שטח ההפקר הזה מבלבל פיזיקאים משחר ימי תורת הקוונטים לפני מאה שנה. אולם בשנים האחרונות, התחילו גרבלאכר ופיזיקאים אחרים לערוך ניסויים רגישים מאוד, אך כאלה שעדיין אפשר לבצע במעבדה רגילה, ואולי הם יחשפו בעתיד איך עצמים עוברים את השינוי המטלטל הזה, מהקוונטי המוזר לקלאסי המוכר. האם המאמצים האלו עתידים לפענח את התעלומות של תורת הקוונטים או רק להעמיק אותן? איש אינו יודע עדיין. אולם הסיור באזורי הספר הפראיים והפרועים של הקוונטים מציע לחוקרים אפשרות לגלות ממלכה פיזיקלית חדשה לגמרי.

בעיית המדידה

למרות שלל הפרדוקסים שלה, מכניקת הקוונטים היא התיאוריה המדעית רבת העוצמה והמדויקת ביותר שנוסחה מעולם. הניבויים של התיאוריה הולמים את הניסויים ברמת דיוק מגוחכת ממש – עד כדי שברירי הטריליונית (1/10¹²) במקרים מסוימים. המהפכה שהתיאוריה הזאת חוללה בהבנתנו את מבנה האטום שינתה את פניהם של כל ענפי המדע, החל בביולוגיה וכלה באסטרופיזיקה. אלמלא תורת הקוונטים לא היו לנו תעשיית אלקטרוניקה, לא טלפונים סלולריים ולא גוגל. ועם זאת, יש לתיאוריה הזו פגם אחד שזועק לשמיים, אומר סטיבן ל' אדלר, פיזיקאי תיאורטיקן מהמכון למחקר מתקדם בפרינסטון: "במכניקת הקוונטים, דברים אינם קורים".

ההערה החידתית הזאת של אדלר מתייחסת למה שהמשוואות הבסיסיות של תורת הקוונטים אומרות – או לא אומרות – על טבע המציאות. המשוואות, הידועות בשם פונקציות גל, מצמידות הסתברויות לכל אחת מהאפשרויות שיש לעצם כלשהו להימצא במצבים שונים. בשונה מהפיזיקה הניוטונית, שבה יש לתפוחים, לכוכבי לכת ולכל השאר מאפיינים מוגדרים היטב, פיזיקת הקוונטים היא הסתברותית מעצם מהותה. במובן מסוים אי אפשר אפילו לומר שלחלקיקים המתוארים על ידי פונקציות גל יש קיום של ממש. אין להם שום מקום, מהירות או אנרגיה קבועים – אלא רק הסתברויות. אולם הכול משתנה כשמדענים עורכים מדידות. כי כאשר הם מודדים, צצים פתאום מאפיינים ממשיים, מוחשיים, כאילו נוצרו יש מאין מעצם הניסיון לצפות בהם. ולא זו בלבד שהתיאוריה אינה מסבירה מדוע המדידות מחוללות את התמורה הזאת – היא גם אינה מסבירה לנו מדוע דווקא אפשרות מסוימת מתוך האפשרויות הרבות הללו היא זו שמופיעה ולא אחרות. מכניקת הקוונטים מתארת מה עשוי לקרות בעקבות מדידה, אולם לא מה יקרה בפועל. במילים אחרות, התיאוריה אינה מספקת שום מנגנון למעבר מהמסתבר אל המציאותי.

על מנת ש"דברים יקרו" במכניקת הקוונטים, אחד ממייסדיה האגדיים של התיאוריה טען שקיימת פרצה כמעט מטפיזית. בשלהי שנות ה-20 של המאה הקודמת ניסח ורנר הייזנברג (Heisenberg) את הרעיון שעצם פעולת המדידה גורם לפונקציית הגל של החלקיק "לקרוס" – כל התוצאות האפשריות הרבות מצטמצמות בבת אחת לתוצאה נצפית יחידה. הפגם היחיד ברעיון הזה הוא שאין במשוואות של תורת הקוונטים שום דבר שאומר שמתרחשת קריסה או מציע תהליך פיזיקלי שיסביר אותה. ה"פתרון" של הייזנברג בעצם הכניס לפיזיקה תעלומה חדשה: מה בדיוק קורה כשפונקציית גל קורסת? החידה הקוונטית הזו מוכרת כיום בשם "בעיית המדידה".

במרוצת תשעים השנים האחרונות הפיזיקאים אולי הסתגלו לרעיון הקריסה, אולם הם מעולם לא היו מרוצים ממנו. אנשים שנוטים לדגול בקיומה של מציאות אובייקטיבית מתקשים לקבל את הרעיון שלפיו פעולה אנושית – מדידה – ממלאת תפקיד מרכזי בתיאוריה היסודית ביותר שיש לנו על אופן פעולת היקום.

"יש לי עמדה יסודית בשאלה איך אמורה להיראות תיאוריה פיזיקלית אידיאלית", אומר הפיזיקאי חתן פרס נובל סטיבן וינברג (Weinberg) מאוניברסיטת טקסס באוסטין (וינברג הוא חבר בוועדה המייעצת של "סיינטיפיק אמריקן"). "היא אמורה להיות משהו שלא מתייחס בשום דרך מסוימת לבני אדם. היא אמורה להיות משהו שממנו כל הדברים האחרים – כולל כל דבר שיטתי שאפשר לומר על כימיה, ביולוגיה, או ענייני בני האדם – יכולים להיגזר. לא אמורים להיות בני אדם בשורשם של חוקי הטבע. ועם זאת, אינני רואה שום דרך לנסח את מכניקת הקוונטים ללא הנחה פרשנית שמתייחסת למה שקורה כשאנשים בוחרים למדוד דבר זה או אחר".

פרשנויות לבחירתכם

אחד הלהטוטים שנועדו לחלץ אותנו מבעיית המדידה הוא להניח שהקריסה פשוט אינה מתרחשת. בתחילת שנות ה-70 הציע ה' דיטר זה (Zeh), מאוניברסיטת היידלברג בגרמניה, שהלך לעולמו באפריל השנה, תהליך שיוצר מראית עין של קריסה אף שהוא משמר במלואו את הריבוי הקוונטי של פונקציית הגל. בעולם האמיתי, טען זה, פונקציית הגל של כל עצם מסוים נכרכת לבלי הפרד בפונקציות הגל של כל הדברים האחרים הסובבים אותו, כך שבלתי אפשרי לעקוב אחרי כל אינספור האינטראקציות הקוונטיות המתקיימות סביבנו. בשפה המקצועית של מכניקת הקוונטים אומרים שפונקציות הגל "נשזרות" – כלומר מנהלות קשר גומלין מיוחד שמשמר את החיבור ביניהן אפילו על פני מרחקים עצומים. צופים יכולים רק לקוות שיצליחו לצפות בחלק קטן אחד של המערכת השזורה העצומה הזו, כך שכל מדידה מסוימת לוכדת רק שביב מהעולם הקוונטי.

התהליך הזה, שדיטר זה קרא לו  "דה-קוהרנטיות", הפך להסבר שפיזיקאים נוטים לשלוף במענה לשאלה מדוע איננו עדים לתופעות פיזיקליות קוונטיות ברמה המקרוסקופית. התהליך מתאר איך כיצד פונקציית גל נקייה – המורכבת מכל המצבים הפיזיקליים האפשריים שיכולים להיות לחלקיק – מאבדת את הקוהרנטיות שלה כאשר היא מתערבבת עם פונקציות הגל של מערכות קוונטיות אחרות בסביבתה. אם מודל הדה-קוהרנטיות נכון, אזי אנו עצמנו חיים בין חוטי הרשת הקוונטית השזורה הזאת, אבל רואים רק חלק ממנה.

לא כל הפיזיקאים סבורים שהדה-קוהרנטיות מיישבת את בעיית המדידה. ראשית, היא עדיין לא מצליחה להסביר מדוע אנחנו רואים חוט אחד של הרשת הקוונטית ולא חוטים אחרים. "אתם עדיין צריכים את הנחת הקריסה, שלוקחת מצב שזור ואומרת שאחד המצבים האפשריים הללו חייב להיבחר, וזה נעשה בדרך כלל באופן שרירותי", אומר מיילס פ' בלנקו (Blencowe), פיזיקאי תיאורטיקן במכללת דארטמות'. לדעת בלנקו ואחרים, התהליך הזה אינו מתאר את האופן שבו אנחנו חווים דברים.

"אני סבור שיש לנו עולם אחד שמתפתח", הוא אומר. "איך עוברים ממצב שזור אל התפיסה הזו של העולם כדבר שמוצא תמיד מסלול אחד ויחיד אל העתיד? מומחים רבים במכניקת הקוונטים ירגישו שהקריסה נחוצה על מנת לשחזר את האחידות הזו בנוגע לעולם בשעה שהוא מתפתח, ולא את רשת השזירה הזאת, הגדלה והולכת". הערכתו של אדלר בנוגע לקוהרנטיות בוטה אף יותר: "היא אינה מספקת שום מנגנון [לקריסה]. היא אינה פותרת את הבעיה, חד וחלק".

לפני שישה עשורים, הציע דוקטורנט מאוניברסיטת פרינסטון פתרון קיצוני עוד יותר לבעיית הקריסה. בעבודת הדוקטורט שלו משנת 1957 טען יו אוורט (Everett) שפונקציית הגל אינה קורסת וגם אינה עוברת דה-קוהרנציה. לדבריו, לכל רכיבי פונקציית הגל יש ממשות פיזיקלית, והם חלקים של מערך כביר של יקומים שמסתעף ללא הרף. הפרשנות של אוורט, המכונה פרשנות "העולמות המרובים", זכתה לפופולריות בקרב קוסמולוגים, שיש להם סיבות אחרות לחשוב שאנחנו שוכנים בתוך רב-יקום. אולם איש לא הצליח מעולם להבחין באופן ניסויי בין רעיון העולמות המרובים לבין תורת הקוונטים המקובלת.

הוא הדין גם לגבי פרשנויות אחרות של מכניקת הקוונטים. הפיזיקאי הצרפתי לואי דה-ברויי (de Broglie), שהיה ממייסדי תורת הקוונטים, ניסה להיפטר מהצורך בקריסה על ידי הצגת רעיון "גלי החלוץ" (Pilot waves) שמנחים את מסלוליהם של האלקטרונים ושל כל יתר החלקיקים. בגרסתו של דה-ברויי לתורת הקוונטים, שהפיזיקאי האמריקאי דיוויד בוהם הרחיב ופיתח בשנות ה-50, אין שום קריסה מסתורית; המדידות פשוט מראות את האינטראקציות של גלי החלוץ ושל החלקיקים המתאימים להם. אולם גם כאן איש לא מצא עד כה ראיה ניסויית שתבחין בין תפיסת גלים החלוץ של דה-ברויי ובוהם על המציאות, לבין השקפת העולמות המרובים של אוורט או כל אחת מבין כתריסר דרכים שונות להסביר את מכניקת הקוונטים.

בסופו של דבר, חסידי הקוונטים בוחרים את תיאור המציאות החביב עליהם בהתבסס עם שיקולים אסתטיים. "אני חוזר שוב ושוב לעובדה שיש לנו עולם אחד שמתפתח בהתמדה", אומר בלנקו. "לשם כך באמת חייבים צורה כלשהי של קריסה, שחורגת מהיותה רק חוק הנוגע לתוצאות ניסויים – היא צריכה להיות תהליך ממשי".

לבחון את הקריסה

העיר דלפט יכולה להיחשב מערכת קוונטית שזורה. התעלות השלוות ובנייני הלבנים מימי הביניים שבה חופפים במרחב ובזמן עם מכוניות, אופניים, חנויות טלפונים וסטודנטים שחוזרים הביתה בצעדים מתנודדים ממסיבות שנמשכו לתוך הלילה, באותם רחובות צרים שלפני שנים רבות הדהדו בהם פסיעותיו של הצייר יאן ורמיר. מעבדתו של גראבלכר נמצאת במרחק של כשני קילומטר דרומית מלב העיר העתיקה ושל מה שנדמה כמו מסע של מאות שנים לעתיד. בבוקר אביבי חמים הוא מראה לאורח את אחד הדברים ה"ממש, ממש גדולים" שבנו הוא ועמיתיו: ממברנה בגודל מילימטר הקשורה לשבב סיליקון, שאפשר לראות רק בקושי בעין בלתי מזוינת.

כשמתבוננים בממברנה מקרוב (או בתמונה המוגדלת שלה על גבי הכרזה שבמסדרון מחוץ למשרדו של גרבלאכר), היא מזכירה טרמפולינה זעירה. היא עשויה מסיליקון ניטריד, חומר קרמי עמיד שממנו יצרו מסבי מנועים במעבורות החלל, ובמרכזה יש מראה בעלת כושר החזרה גבוה. דחיפה אחת באמצעות רכיב שנמצא על השבב יכולה לגרום לממברנה להתנודד במשך כמה דקות. ממברנות כאלו הן "מתנדים טובים מאד", אומר גרבלאכר. "לשם השוואה, זה כמו לדחוף מישהו על נדנדה, ושהאדם הזה ימשיך להתנדנד הלוך ושוב, מכוח אותה דחיפה יחידה, במשך עשר שנים".

על אף הממדים הזערוריים של הממברנה, היא חסינה להפליא. "הפעלנו עליה באמת המון לחץ – שישה ג'יגה-פסקל" אומר ריצ'רד נורטה  (Norte), אחד מעמיתיו של גרבלאכר. "מדובר בלחץ גבוה בערך פי 10,000 מהלחץ בצמיג אופניים, על משהו שעוביו עולה פי שמונה בלבד על העובי של DNA".

התכונות החסונות האלו הופכות את הממברנה ליעד אידיאלי לחקר תופעות קוונטיות – היא מתנודדת בצורה אמינה בטמפרטורת החדר בלי להתפרק. גרבלאכר ונורטה מתכננים להשתמש בסופו של דבר בלייזר על מנת להדוף את הממברנה לתוך סופרפוזיציה – מצב קוונטי שבו הממברנה תוכל להתנודד בשתי משרעות שונות בעת ובעונה אחת. היכולת של הממברנה לרטוט במשך דקות ארוכות יכולה להלכה לאפשר למצבים קוונטיים כאלה להחזיק מעמד די זמן כדי לאפשר לנו לראות מה קורה כאשר – או אם – הממברנה קורסת למצב קלאסי יחיד.

"זה בדיוק מה שצריך כדי ליצור סוג של קוונטיות", אומר גרבלאכר. "לא רצוי שיהיו לה יחסי גומלין עם הסביבה שלה, מכיוון שאינטראקציות כאלה משרות דה-קוהרנטיות – לכאורה. אז צריך לבנות מערכת מבודדת היטב, להכניס אותה למצב קוונטי, ואז להפעיל דה-קוהרנטיות משלנו, משהו שאנחנו שולטים בו – לייזר. לא הגענו עדיין לשלב שבו אנחנו יכולים ליצור בפועל סופרפוזיציה של תנודות המערכת. אבל זה היעד שאנחנו שואפים להגיע אליו בתוך כמה שנים".

וגרבלאכר ועמיתיו אינם מתכננים לעצור שם. החוקרים מקווים לשים בסופו של דבר יצור חי על הממברנה ואז להכניס את הממברנה ואת כל הנוסעים שעליה לסופרפוזיציה קוונטית. מועמדים מובילים למשימה הזו למעבה המרחב הקוונטי הם מיקרואורגניזמים בעלי שמונה רגליים בשם טרדיגריידים, שמוכרים גם כדובוני מים.

"הם יצורים מדהימים", אומר גרבלאכר. "אפשר לקרר אותם – והם נשארים בחיים; אפשר לחמם אותם – והם נשארים בחיים; תכניסו אותם לרִיק – והם נשארים בחיים". הוא מודה שהצעד הזה עדיין רחוק במקצת. "זה לא מטורף. זה נחמד כמטרה לטווח ארוך, אבל קודם כל אנחנו צריכים להכניס את ההתקן שלנו לסופרפוזיציה, ורק אז נוכל לתכנן איך להכניס לשם יצור חי".

לוקליזציה ספונטנית מתמשכת

עם דובוני מים או בלעדיהם, ניסוי כזה יוכל לאפשר לפיזיקאים לבדוק אם מעבר לקנה מידה מסוים הטבע מצנזר באופן כלשהו תוצאים קוונטיים. פיזיקאים מסוימים העלו את האפשרות שהקריסה היא תופעה פיזיקלית ממשית, עם תוצאים בני מדידה. אחד הרעיונות – הידוע כלוקליזציה ספונטנית מתמשכת, או CSL (קיצור של Continuous Spontaneous Localization) – גורס שקריסת פונקציית הגל היא פשוט אירוע אקראי שמתרחש כל הזמן בעולם המיקרוסקופי. על פי תיאוריית ה-CSL, הסיכוי שחלקיק אחד כלשהו יקרוס הוא זעיר – דבר שעשוי לקרות רק פעם בכמה מאות מיליוני שנים – אולם כשיש לנו מצבורים גדולים של חלקיקים, הקריסה הופכת לוודאות.

"פרוטון יחיד צריך להמתין בערך 10¹⁶ שניות על מנת לראות קריסה, ולכן זה קורה רק פעמים ספורות במשך כל קיומו של היקום", אומר באסי. אולם בגלל המספר העצום של חלקיקים בכל עצם מקרוסקופי, הקריסה הופכת בלתי נמנעת. "אם תיקחו שולחן, שמכיל בערך מספר אבוגדרו של חלקיקים – 10²⁴ – הקריסה תתרחש כמעט מיד".

אם CSL נכונה, אזי המדידה והתצפית אינן ממלאות כל תפקיד בקריסה. בכל מדידה שהיא, חלקיק נתון והמכשירים המתעדים אותו הופכים לחלק ממערך קוונטי כביר שקורס מהר מאוד. גם אם נדמה שהחלקיק עבר מסופרפוזיציה למצב ממשי במהלך מדידה, התמורה הזאת התרחשה בעצם ברגע שהחלקיק יצר אינטראקציה עם המכשירים, לפני שהמדידה התרחשה.

אם יתברר שהקריסה היא תופעה פיזיקלית ממשית, ההשלכות המעשיות של זה יכולות להיות משמעותיות. ראשית, זה העלול להגביל את טכנולוגיית המחשבים הקוונטיים, שעודנה בחיתוליה. "השאיפה היא ליצור מחשבים קוונטיים יותר ויותר גדולים", אומר באסי, "אבל לא תוכלו להריץ אלגוריתמים קוונטיים, מכיוון שהקריסה תהרוס הכל".

המראות של LIGO | צילום: מעבדת LIGO, המכון הטכנולוגי של קליפורניה ו-MIT

במשך עשרות שנים ראו רוב הפיזיקאים את הקריסה כהיבט של תורת הקוונטים שאינו ניתן לבדיקה מעצם מהותו. אולם ה-CSL ומודלי קריסה אחרים שינו זאת. מודל ה-CSL חוזה לדוגמה שפעולת הקריסה מטלטלת קלות את החלקיקים ויוצרת כך תנודת רקע ששוררת תמיד בכל מקום, וייתכן שאפשר לגלות אותה בניסויים.

"הקריסה [ב-CSL] היא אוניברסלית, גם למערכות מיקרוסקופיות וגם למערכות מקרוסקופיות", אומר באסי. "בכל פעם שיש קריסה אתם מזיזים מעט את החלקיק". הוא ופיזיקאים אחרים חיפשו אחרי ראיה כזו במקומות מפתיעים. הם סרקו את נתוני הכיול של LIGO (מצפה גלי הכבידה באמצעות אינטרפרומטר לייזר, או Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), מכשיר שמסוגל לרשום תנודות קטנות פי 10,000 מרוחב הפרוטון.

בפברואר 2016 דיווח LIGO על הזיהוי הראשון של גל כבידה. הגל – אדווה במרחב-זמן שחוללו שני חורים שחורים מרוחקים שהתנגשו – מתח וכיווץ את המרחב שבין שתי מראות בשני האתרים התאומים של הניסוי, במדינת וושינגטון ובלואיזיאנה. הגל החולף הזיז את מקומן של המראות של LIGO בשיעור של ארבע אלפיות קוטר הפרוטון, בהתאמה מלאה לתחזיות של תורת היחסות הכללית של איינשטיין. אולם באסי ועמיתיו לא מצאו בנתונים של LIGO שום ראיה לתנועה נוספת כלשהי שנובעת מדחיפות קוונטיות כמו אלה שה-CSL חוזה. התוצאה לא הפתיעה אותם. אם הקריסה הקוונטית היא תופעה פיזיקלית ממשית, אזי היא חלשה במיוחד. השאלה הייתה עד כמה חלשה היא? כעת הם הציבו חסמים מדויקים במיוחד על התוצא הזה. "אם מיישמים את המודל על המראה של LIGO, היא צריכה לזוז יותר מהמצופה. אבל המראה לא זזה הרבה. לפיכך לא ייתכן שרעש הקריסה חזק במיוחד", אומר באסי.

פיזיקאים תרו אחר סימנים לקריסה גם בניסויים שנועדו לחפש חומר אפל – חלקיקים היפותטיים שמרכיבים, כמשוער, 85 אחוזים מהחומר ביקום. אחד הניסויים האלה, שחוסה בין הרי הפירנאים הספרדיים, משתמש בגלאי גרמניום על מנת לחפש סימנים לחלקיקי חומר אפל שטסים דרכם ויוצרים הבזק של קרני רנטגן. גם פונקציית גל קורסת אמורה ליצור הבזק דומה, אולם הניסויים כלל לא מצאו פליטות כאלה.

ניסויים כאלה הידקו מאוד את האילוצים המוטלים על מודלי קריסה, אבל לא שמו להם קץ. בספטמבר 2017 דיווח אנדראה וינאנטה (Vinante), פיזיקאי מאוניברסיטת סאות'המפטון באנגליה, בשיתוף עם באסי ושלושה עמיתים נוספים, על תגלית שעשויה אולי להיות ראיה התומכת במודל ה-CSL. הצוות שלו בנה שלוחה מיניאטורית (קורה אופקית הקבועה בצד אחד), באורך של מחצית המילימטר ובעובי של שני מיקרונים בלבד, שבקצה שלה יש מגנט קטן. החוקרים הגנו על המבנה הזה בקפידה מפני כל תנודה חיצונית, וקיררו את השלוחה לטמפרטורה של 40 אלפיות מעלות קלווין מעל האפס המוחלט, כדי לבטל כל אפשרות לתנועה בהשפעת אנרגיה תרמית (אנרגיית חום).

בתנאים הללו, השלוחה היתה אמורה להתנודד תנודות זעירות במיוחד, כתוצאה מתנועה תרמית של החלקיקים שלה. אולם הרטיטה בפועל עלתה על התנועה החזויה הזאת. גלאי התנועה של הניסוי – מכשיר רגיש להפליא המכונה התקן התאבכות קוונטי על-מוליך, או SQUID (ראשי תיבות של Superconducting Quantum-Interference Device) – גילה שהשלוחה והמגנט שלה התנודדו כמו קרש קפיצה, כלומר התכופפו מעלה ומטה בשיעור של כמה טריליוניות המטר. 11 שנים קודם לכן חישב אדלר שפונקציות גל קורסות עשויות להפיק תנודות בערך בגודל הזה.

"ראינו רעש בלתי מוסבר כלשהו", תיאר וינאנטה את תוצאות הניסוי שלו. "זה עולה בקנה אחד עם מה שהיינו מצפים ממודלים של קריסה, אבל באותה מידה זה יכול לנבוע מתוצא שאיננו מבינים במלואו". הוא ועמיתיו שוקדים על שדרוגים שנועדו לשפר את הרגישות של הניסוי פי עשרה לפחות, ואולי אפילו פי מאה. "אנחנו אמורים להיות מסוגלים או לאשש את ההשערה שיש כאן משהו בלתי רגיל, או לבטל את האפשרות שמה שראינו היה מעניין". וינאנטה אומר שעשויות להידרש להם עוד שנה או שנתיים עד שיהיו להם נתונים חדשים. תורת הקוונטים מושלת בכיפה כבר מאה שנה, ולאור הביצועים שהראתה כל התקופה הזאת, הסיכויים לגלות סטייה הם קלושים.

אבל מה יהיה אם אחד הניסויים הללו אכן יצליח לאשש את תופעת הקריסה הקוונטית? האם זה יסתום את הגולל על התעלומות והפרדוקסים של התיאוריה? "אם קריסה מתרחשת באמת, היא תחלק את העולם לקני מידה שונים", אומר איגור פיקובסקי (Pikovski), פיזיקאי תיאורטיקן במרכז לאסטרופיזיקה של אוניברסיטת הרווארד והסמית'סוניאן. "מעל לקנה מידה מסוים, מכניקת הקוונטים כבר לא תהיה נכונה. אולם מתחת לקנה המידה הזה, כל מה שאנחנו יודעים על מכניקת הקוונטים יישאר בתוקף. כך שאותן שאלות פילוסופיות ופרשנויות שמציקות לנו יישארו תקפות עבור קנה המידה הקטן יותר. עדיין ייוותרו הרבה עולמות עבור אלקטרונים או אטומים – אבל לא עבור הירח! כך שזה לא יפתור חלק מהבעיות – אני חושב שהכול יהפוך במקרה הזה עוד יותר מוזר".

מודלים כמו CSL אינם אלא מאמצים ראשוניים לאחד את שתי הממלכות הללו. אף על פי שהן אינן תיאוריות בשלות עדיין, הן עשויות לעזור בסופו של דבר לפיזיקאים לפתח מודל שלם יותר של המציאות ממה שמספקת לנו מכניקת הקוונטים כיום. "אני אישית מאמין שאנחנו צריכים התאמה כלשהי של מכניקת הקוונטים", אומר אדלר. "אני לא מבין למה זה אמור להטריד מישהו. המכניקה הניוטונית נחשבה מדויקת במשך מאתיים שנה, אבל היא לא. לרוב התיאוריות יש תחום שבו הן עובדות, וגם תחום שמעבר לו הן אינן עובדות ושם נחוצה תיאוריה רחבה יותר".

עם זאת, לפחות נכון לעכשיו, נראה שמכניקת הקוונטים עומדת ביסודו של דבר בכל המבחנים. "לא, אנחנו לא עומדים בפני משבר. זו הבעיה!" אומר וינברג. "בעבר התקדמנו כשתיאוריות קיימות נתקלו בקשיים. שום דבר מהסוג הזה לא קרה למכניקת הקוונטים. היא אינה סותרת שום תצפית. הבעיה היא שהיא לא מסוגלת לספק את הדעות הקדומות הפילוסופיות השמרניות של אנשים כמוני".

אולם למרות המוזרות הרבה של מכניקת הקוונטים, רוב המדענים שמחים להניח לה לנפשה. הם ממשיכים להשתמש בה להפעלת מרסקי האטומים וגלאֵי החומר האפל שלהם, ורק לעיתים רחוקות הם עוצרים להתעמק במה שמכניקת הקוונטים אומרת – או אינה אומרת – בנוגע לטבעה היסודי של המציאות.

"אני חושב שמרבית הפיזיקאים מחזיקים בגישה שנראית לי בריאה מאוד", אומר וינברג, "להמשיך להשתמש בה, לנסות למתוח הלאה את גבולות הידע שלנו ולהשאיר את השאלות הפילוסופיות לדורות הבאים". אולם לא מעט אנשים מסרבים לחכות עד אז. "יש אנשים שיגידו לכם שמכניקת הקוונטים לימדה אותנו שהעולם מוזר, ולכן עלינו לקבל את זה", אומר באסי. "אני אומר לא. אם משהו מוזר, עלינו להבין אותו טוב יותר".

מתרגם: דוד מדר

פורסם במקור בגיליון יולי 2018 של Scientific American