החתול של שרודינגר: בין חיים למוות, בין גל לחלקיק

החתול של שרודינגר הוא אחד מניסויי המחשבה הידועים ביותר במדע המודרני. הוא אינו ניסוי שבוצע בפועל, אלא תרגיל תודעתי שנועד להמחיש את הפרדוקס של הסופרפוזיציה הקוונטית – המצב שבו מערכת פיזיקלית מתקיימת בו־זמנית בכמה מצבים, עד לרגע שבו מתבצעת מדידה.

הפרדוקס מציג תמונה אבסורדית ומכוונת לזעזע: חתול אשר לפי הפיזיקה הקוונטית נמצא בו־זמנית גם חי וגם מת, עד שפותחים את הקופסה ובודקים את מצבו. תיאור זה מזמין שאלות עמוקות לא רק על טבעה של מציאות, אלא גם על תפקידה של התודעה ביצירתה.

מי היה שרודינגר?

ארווין שרודינגר (1887–1961) היה פיזיקאי אוסטרי עטור פרס נובל, אשר נחשב לאחד האבות המייסדים של מכניקת הקוונטים. הוא ניסח את פונקציית הגל של שרודינגר, משוואה מתמטית שתיארה כיצד מערכות קוונטיות מתפתחות בזמן.

ב־1935, בעודו שוהה באוקספורד, פרסם שרודינגר מאמר ובו הציע את ניסוי החתול. לא כניסוי ממשי, אלא כתגובה ביקורתית עמוקה לאחת הפרשנויות המרכזיות והמשפיעות ביותר של מכניקת הקוונטים: פרשנות קופנהגן. פרשנות זו, שפותחה בעיקר על ידי הפיזיקאים נילס בוהר וורנר הייזנברג, גורסת כי מערכת קוונטית אינה נמצאת במצב ממשי וחד־משמעי לפני שמבצעים בה מדידה. במקום זאת, היא מתוארת על ידי פונקציית גל שמייצגת את כל האפשרויות בהן המערכת יכולה להימצא. כלומר, מערכת זו אינה נמצאת במצב מסוים, אלא בכל המצבים האפשריים בו־זמנית (סופרפוזיציה).

לפי גישה זו, רק ברגע שבו מתבצעת מדידה, בין אם על־ידי מכשיר פיזיקלי ובין אם על־ידי תודעה אנושית, פונקציית הגל "קורסת" לערך יחיד, וכך נקבעת תוצאה קונקרטית.

לפני המדידה, אין לדבר על החתול כעל חי או מת, אלא רק כעל סופרפוזיציה של שני המצבים יחד.

עבור שרודינגר, המשמעות של פרשנות קופנהגן כאשר היא מוחלת על אובייקטים מאקרוסקופיים כמו חתול, הובילה למסקנות אבסורדיות. הוא ביקש להראות שיישום עקרונות קוונטיים על העולם הגלוי לעין מעורר פרדוקסים בלתי מתקבלים על הדעת. בכך, ניסוי החתול שימש לו כמראה פילוסופית חדה, שמטרתה הייתה לערער על פשטותה לכאורה של פרשנות קופנהגן ולהזמין חשיבה מחודשת על טבעה של המציאות.

תיאור ניסוי המחשבה

שרודינגר ביקש להמחיש את האבסורד שביישום מכניקת הקוונטים על אובייקטים יום־יומיים כמו חתולים.

הוא הציע את התרחיש הבא:

1. לוקחים חתול חי, מכניסים אותו לקופסה אטומה.

2. בתוך הקופסה יש גם:

   • אטום רדיואקטיבי אחד (שיש לו הסתברות של 50% להתפרק במהלך השעה הקרובה).

   • גלאי קרינה.

   • בקבוקון רעל שיישבר אם הגלאי יזהה את ההתפרקות של האטום.

3. אם האטום מתפרק (הסתברות של 50%) – הרעל משתחרר, והחתול מת.

4. אם האטום לא מתפרק (הסתברות של 50%) – החתול נשאר חי.

5. לפי הפיזיקה הקוונטית, לפני שהסתכלנו בתוך הקופסה, שני המצבים מתקיימים בו־זמנית. החתול הוא סופרפוזיציה של חי ומת, עד לרגע המדידה. הוא גם חי וגם מת – אבסורד.

למה זה כל כך חשוב?

הניסוי מעלה שאלות כבדות משקל:

• האם מציאות מתקיימת רק כשמתבוננים בה?

• האם ייתכן שעד שפתחנו את הקופסה, החתול לא היה לא חי ולא מת, אלא גם חי וגם מת בו זמנית?

• ואם כן – מה גורם לקריסה אל מצב אחד? האם זה המכשיר? או שמא התודעה שלנו? או שמא אין זה משנה מי מתבונן?

פרשנויות שונות למציאות הקוונטית

פרשנות קופנהגן – המציאות נוצרת ברגע התצפית

פרשנות קופנהגן, אשר פותחה בראשית המאה ה־20 על־ידי נילס בוהר וורנר הייזנברג, נחשבת לאחת הגישות הקלאסיות והמובילות להבנת הפיזיקה הקוונטית. לפי פרשנות זו, המצב הקוונטי של מערכת כלשהי – בין אם מדובר באלקטרון ובין אם בחתול – אינו מוגדר במונחים מוחלטים לפני המדידה. המערכת מתוארת באמצעות פונקציית גל הכוללת את כל המצבים האפשריים, אך אף אחד מהם אינו מתממש בפועל עד לרגע שבו מבצעים מדידה או תצפית.

רק ברגע התצפית, בין אם באמצעות מכשיר מדידה ובין אם על ידי יצור מודע, פונקציית הגל "קורסת", ומתממשת מציאות אחת מתוך כלל האפשרויות. במונחי ניסוי החתול, המשמעות היא שהחתול באמת גם חי וגם מת בו־זמנית, עד לרגע שבו נפתחת הקופסה. באותו הרגע, המציאות "מתייצבת" על אחת האפשרויות, וכל השאר נעלמות. זהו מודל שמקבל את אי־הוודאות כחלק מהותי של המציאות, ולא רק כבעיה טכנית של המדידה.

פרשנות ריאליסטית דטרמיניסטית – המציאות קיימת ללא קשר לתודעה

הפרשנות הריאליסטית מזוהה בעיקר עם אלברט איינשטיין. איינשטיין, שהיה אחד ממניחי היסודות לפיזיקה הקוונטית, הביע הסתייגות עמוקה מפרשנות קופנהגן. בעיניו, עצם ההנחה שהמציאות תלויה בצופה היא בעייתית מבחינה פילוסופית ומדעית כאחד. הוא התבטא בציניות בשאלה המפורסמת:

"האם אתה באמת מאמין שהירח קיים רק כשאתה מסתכל עליו?"

לפי גישה זו, למציאות יש קיומיות אובייקטיבית ועצמאית, גם אם איננו מודדים אותה או מודעים לה. החתול, במובן הזה, איננו גם חי וגם מת, אלא רק אחד מהשניים, ואנחנו פשוט איננו יודעים מהו מצבו עד שנבדוק. הפרדוקס של שרודינגר נתפש כאן כבעיה אפיסטמית (של ידע) ולא אונטולוגית (של קיום).

הגישה הזו חותרת לפיזיקה דטרמיניסטית, שבה לכל דבר יש סיבה, תוצאה ומצב מוגדר, גם אם איננו יודעים אותו. היא מהווה ניסיון להחזיר לתיאור המדעי את הוודאות שאבדה בעידן הקוונטי באמצעות ההצעה שישנם משתנים חבויים שעדיין לא גילינו את קיומם.

פרשנות העולמות המרובים – כל האפשרויות מתקיימות במקביל

פרשנות העולמות המרובים (Many-Worlds Interpretation), שהוצעה בשנת 1957 על־ידי הפיזיקאי יו אוורט (Hugh Everett), היא אחת הגישות הרדיקליות והמאתגרות ביותר להבנת מכניקת הקוונטים. לפי פרשנות זו, אין קריסה של פונקציית הגל כלל. במקום שיקרה "משהו מיוחד" ברגע המדידה, כל אחת מהתוצאות האפשריות פשוט מתממשת – אבל ביקום שונה.

במילים אחרות, בכל פעם שמערכת קוונטית יכולה להתפתח לכמה מצבים, כל אחד מהם אכן מתרחש, אך ביקום אחר. כך נוצרת מציאות שבה יש אינספור יקומים מקבילים: באחד מהם החתול חי, ובאחר מת. אנו חיים רק באחד מהם ולכן חווים רק תוצאה אחת, אבל האחרים ממשיכים להתקיים באופן עצמאי.

גישה זו מסירה את הצורך במושג הקריסה ומאפשרת הסבר עקבי לחוקי הפיזיקה הקוונטית, אך במחיר של קיום אינספור עותקים של יקומים ושל עצמנו. בעיני רבים, זו פרשנות מדעית לגיטימית, ופילוסופית ונפשית מעוררת מחשבה עמוקה.

פרשנות התודעה הפעילה – המציאות מתהווה דרך התבוננות מודעת

פרשנות מעמיקה נוספת, שנויה במחלוקת אך בעלת השפעה רבה בשיח הפילוסופי והרוחני, היא זו שלפיה התודעה האנושית – ולא רק המדידה – גורמת לקריסת פונקציית הגל. לפי גישה זו, המציאות הקוונטית שוכנת במצב של פוטנציאל טהור עד לרגע שבו ישות מודעת חווה את המערכת, ואז היא מתהווה למציאות ממשית.

רעיון זה פותח פתח לקשר ישיר בין מדע לתודעה, ומציע שלתודעה שלנו יש תפקיד פעיל ולא פסיבי בעיצוב המציאות. תפישה זו זכתה להתעניינות רבה בקרב חוקרי תודעה, פילוסופים ואף מורים רוחניים, שראו בה הוכחה לכך שהמציאות החומרית היא תוצר של הכרה מודעת, ולא ישות חיצונית בלתי תלויה.

הגישה הזו יוצרת גשר בין הפיזיקה הקוונטית לבין שאלות קיומיות עמוקות כמו: מהי המציאות? מהו תפקידנו בה? האם אנו יוצרים אותה באמצעות המחשבות והתחושות שלנו?

והפרשנות האהובה עליי –

הפרשנות הבוהמית (דיוויד בוהם) – סדר סמוי ומציאות הוליסטית

דיוויד בוהם, פיזיקאי ותלמידו לשעבר של איינשטיין, פיתח בשנות ה־50 פרשנות חלופית לפיזיקה הקוונטית שנקראת גם "הפרשנות הבוהמית". בוהם טען כי מאחורי העולם הנראה שאנו קולטים באמצעות החושים שלנו קיימת מציאות סמויה, לא מקומית, הוליסטית – אותה כינה "הסדר הסמוי" (Implicate Order).

לפי בוהם, חלקיקים אינם מתקיימים כישויות נפרדות, אלא כחלק ממארג תודעתי־פיזיקלי כולל. פונקציית הגל איננה רק כלי חישובי סטטיסטי, אלא מבטאת מציאות ממשית שנעה ומתפתחת. תנועת החלקיק מונחית על־ידי "גל פיילוט" (Pilot Wave) שמורה לו את הדרך, גם אם הגל אינו נראה, דבר שמהווה חריגה מהתפישה הדומיננטית של אקראיות מוחלטת.

בוהם הציע שהיקום כולו פועל כריקוד אינטליגנטי, שבו כל חלק מושפע מהשדה הכולל, גם מרחוק, מיד ובו־זמנית. בכך, גישתו שומרת על דטרמיניזם, אך מציעה קישור עמוק בין כל נקודה במרחב לכל נקודה אחרת, רעיון שמתכתב עם מושגים כמו שזירה קוונטית ואפילו אחדות תודעתית.

יותר מאשר פרשנות טכנית, רעיונותיו של בוהם פתחו פתח לדיון פילוסופי רחב על הקשר בין תודעה למציאות, בין חלק לשלם, ועל האפשרות שהעולם הגלוי הוא רק ביטוי שטחי של מבנה עמוק, חי ונושם, שאינו נגיש דרך החושים בלבד.

מציאות אינה סופרפוזיציה, אלא סדר בלתי־נראה

דיוויד בוהם, בשונה מהגישה של פרשנות קופנהגן, טוען שהחתול לעולם איננו גם חי וגם מת בו־זמנית. מבחינתו, המציאות לא נוצרת ברגע המדידה, אלא קיימת במלואה כל הזמן, רק שחלקים ממנה חבויים בתוך "הסדר הסמוי".

אז מה קורה עם החתול?

לפי בוהם:

• החתול או חי או מת – תוצאה אחת התקיימה בפועל, ממש מהרגע הראשון.

• פונקציית הגל משמשת כ־"גל מדריך" (Pilot Wave) שמכוון את החלקיקים הפועלים במערכת.

• הפונקציה אינה קורסת, אלא מתפתחת באופן רציף ודטרמיניסטי בתוך שדה רחב יותר – שדה שבו כל חלק של המערכת מושפע מכל האחרים.

• אנו לא יודעים מראש את תוצאת המדידה, לא בגלל שהמציאות איננה קיימת, אלא בגלל שאיננו יודעים את תנאי הסדר הסמוי (כלומר, המידע המלא על הגל שמדריך את המערכת).

ומה זה אומר?

• החתול חי או מת, אבל איננו יודעים מהי התוצאה עד שנביט, כי אין לנו גישה מלאה לסדר הסמוי.

• המערכת כולה, כולל האטום הרדיואקטיבי, הגלאי והחתול, מתנהלת בהתאם לדינמיקה עמוקה ונסתרת, שאיננה גלויה לעין אך משפיעה על כל הפרטים.

• המדידה אינה יוצרת את המציאות, היא רק חושפת אותה מתוך רובד עמוק יותר של קיום.

כך בוהם פותר את הפרדוקס:

במקום לחיות בתוך סופרפוזיציה של "חי ומת", החתול נמצא במצב מוגדר אחד, שנקבע על־ידי הגל המדריך, אך מוסתר מאיתנו כל עוד לא נמדד. הקריסה אינה מתרחשת, אלא רק מעבר מהרובד הסמוי (Implicate) לרובד הגלוי (Explicate).

פרדוקס או מראה?

כוחו של הניסוי המחשבתי של שרודינגר אינו בניסיון להסביר פיזיקה פרקטית, אלא בעירור שאלות: האם אנו צופים ניטרליים ביקום, או שותפים פעילים ביצירתו? האם ייתכן שעצם ההתבוננות שלנו משנה את המהות של מה שאנו רואים?

החתול של שרודינגר הפך סמל לעולם שבו ודאות היא אשליה גמורה ופוטנציאל הוא אמת, עד שהוא קורס לכדי מציאות. בעולם שכזה, הקו בין המדע לפילוסופיה מיטשטש עד מאוד, והחיפוש אחר הבנה של העולם החיצוני מוביל אותנו דווקא פנימה, לשאלות על טבע ההכרה עצמה.