הפרשנות של דיוויד בוהם למכניקת הקוונטים

דיוויד בוהם היה פיזיקאי תיאורטי שפיתח פרשנות ייחודית למכניקת הקוונטים, הידועה כ"תורת בוהם" או "תורת המשתנים החבויים". בניגוד לפרשנות קופנהגן המסורתית, פרשנותו של בוהם מציעה מודל דטרמיניסטי ומציאות אובייקטיבית שנשלטת על ידי משתנים חבויים ופוטנציאל קוונטי.

נעמיק ברעיונות המרכזיים של בוהם, במיוחד בנושא המשתנים החבויים והפוטנציאל הקוונטי, ונדון בהשלכותיהם ובביקורות על התיאוריה. נבחן גם את פרשנות קופנהגן כדי להציג את ההבדלים המרכזיים בין שתי הגישות.

פרשנות קופנהגן למכניקת הקוונטים

עקרונות מרכזיים

פרשנות קופנהגן היא הפרשנות הנפוצה והמקובלת ביותר למכניקת הקוונטים, והיא מיוחסת בעיקר לנילס בוהר וורנר הייזנברג. הפרשנות התפתחה במהלך שנות ה-20 של המאה ה-20 ומבוססת על מספר עקרונות מרכזיים:

1. סופרפוזיציה וקריסת פונקציית הגל:

   • בפרשנות קופנהגן, מערכת קוונטית נמצאת בסופרפוזיציה של כל המצבים האפשריים עד לרגע המדידה. ברגע שמבוצעת מדידה, פונקציית הגל קורסת למצב אחד מוגדר.

2. תפקיד הצופה:

   • המדידה עצמה גורמת לקריסת פונקציית הגל, והתוצאה הנמדדת תלויה במכשיר המדידה ובתנאים הספציפיים של הניסוי. הצופה משחק תפקיד מרכזי בקביעת המציאות הקוונטית.

3. אי-ודאות:

   • עקרון האי-ודאות של הייזנברג קובע שלא ניתן למדוד בו-זמנית את המיקום והתנע של חלקיק בדיוק מוחלט. המדידה עצמה משפיעה על המערכת הקוונטית ומכתיבה את תוצאתה.

4. עקרון ההשלמה:

   • נילס בוהר הציע את עקרון ההשלמה, שלפיו התיאורים הגליים והחלקיקיים של המערכת הקוונטית הם משלימים. ניתן להשתמש בכל אחד מהם בהתאם לניסוי הספציפי, אך לא ניתן לתאר את המערכת בעזרת תיאור אחד בלבד.

ניסוי שני הסדקים

ניסוי שני הסדקים במכניקת הקוונטים מדגים את עקרונות פרשנות קופנהגן בצורה ברורה. כאשר חלקיקים עוברים דרך שני סדקים ללא מדידה, הם יוצרים תבנית התאבכות שמראה על סופרפוזיציה של מסלולים אפשריים. כאשר נמדד דרך איזה סדק עבר החלקיק, פונקציית הגל קורסת והתבנית הופכת לחלקיקית.

משתנים חבויים

מהות המשתנים החבויים

המשתנים החבויים בתורת בוהם הם פרמטרים שאינם נצפים ישירות אך מכתיבים את התנהגות המערכת הקוונטית. על פי בוהם, התופעות הקוונטיות שנראות כלא-דטרמיניסטיות ולכאורה אקראיות מוסברות בעזרת משתנים חבויים אלו.

1. רקע היסטורי:

   • המושג של משתנים חבויים הוצע לראשונה על ידי אלברט איינשטיין ואחרים, שטענו שמכניקת הקוונטים היא לא שלמה וצריכה לכלול משתנים נוספים שיסבירו את ההתנהגות המוזרה של חלקיקים קוונטיים. איינשטיין, פודולסקי ורוזן פרסמו מאמר בשנת 1935 (ניסוי EPR) שבו הציגו את הרעיון הזה.

2. משוואות התנועה של בוהם:

   • בוהם פיתח משוואות תנועה המבוססות על המשתנים החבויים, שהן דטרמיניסטיות ומשלימות את המשוואות של מכניקת הקוונטים. החלקיקים נעים במסלולים מוגדרים תחת השפעת הפוטנציאל הקוונטי, ובכך נותנים תיאור דטרמיניסטי של התנועה הקוונטית.

3. אינטראקציה עם פונקציית הגל:

   • המשתנים החבויים מתארים את המסלולים המדויקים של החלקיקים, בעוד שפונקציית הגל מספקת מידע על הפוטנציאל הקוונטי. הפונקציה הזו מתעדכנת כל הזמן בהתאם לתנועת החלקיקים ולהיפך, מה שיוצר מערכת שלמה ודינמית.

דוגמאות והסברים

1. ניסוי שני הסדקים:

   • כאשר חלקיקים עוברים דרך שני סדקים, הם יוצרים תבנית התאבכות גלית כאשר אינם נמדדים ישירות. הפרשנות של בוהם מציעה שהפוטנציאל הקוונטי מכוון את החלקיקים לאורך מסלולים שתואמים לתבנית ההתאבכות.

2. ניסוי EPR וניסוי בל:

   • ניסויים אלו מדגימים את עקרון האי-מקומיות בכך שהם מראים שחלקיקים קשורים יכולים להשפיע זה על זה מיידית, ללא קשר למרחק ביניהם. על פי בוהם, המשתנים החבויים והפוטנציאל הקוונטי מסבירים את התופעה הזו בצורה דטרמיניסטית ולא מקומית.

הפוטנציאל הקוונטי

מהות הפוטנציאל הקוונטי

הפוטנציאל הקוונטי הוא מושג מרכזי בפרשנות של בוהם שמסביר את התנהגות החלקיקים הקוונטיים בצורה לא מקומית. הפוטנציאל הזה מתפרס על כל המרחב ומשפיע על תנועת החלקיקים.

1. הגדרת הפוטנציאל הקוונטי:

   • הפוטנציאל הקוונטי הוא שדה שמכתיב את תנועת החלקיקים בהתאם לפונקציית הגל הקוונטית. בניגוד לכוחות הקלאסיים שמופעלים במגע ישיר או דרך שדה מקומי, הפוטנציאל הקוונטי יכול להשפיע על חלקיקים במקומות שונים בו-זמנית, ללא תלות במרחק ביניהם.

2. השפעה לא מקומית:

   • אחד המאפיינים המרכזיים של הפוטנציאל הקוונטי הוא אי-מקומיות. כלומר, השפעתו על החלקיקים אינה מוגבלת למרחב הקרוב אלא חלה על כל המערכת בו-זמנית. זהו עקרון מרכזי המסביר תופעות קוונטיות כמו שזירה קוונטית.

דוגמאות והסברים

1. ניסוי שני הסדקים:

   • הפוטנציאל הקוונטי מסביר כיצד חלקיקים שעוברים דרך שני סדקים יכולים ליצור תבנית התאבכות על המסך שמאחוריהם. החלקיקים נעים במסלולים שתואמים לתבנית ההתאבכות הגלית, המוכתבת על ידי הפוטנציאל הקוונטי.

2. ניסוי EPR וניסוי בל:

   • הפוטנציאל הקוונטי מציע הסבר לא מקומי לתוצאות ניסויים אלו. כאשר שני חלקיקים קשורים משפיעים זה על זה מיידית, הפוטנציאל הקוונטי מסביר כיצד המידע עובר בין החלקיקים בצורה לא מקומית.

השפעות פילוסופיות

הקשר בין פיזיקה לפילוסופיה

בוהם ראה את הפיזיקה הקוונטית לא רק ככלי להבנת העולם הפיזי אלא גם ככלי להבנת המציאות וההוויה האנושית. הוא הציע שהחוקיות הקוונטית יכולה להציע תובנות עמוקות על טבע התודעה והקשר בין הנפש לגוף.

חיבור למיסטיקה מזרחית

בוהם ראה דמיון בין רעיונותיו למושגים במיסטיקה מזרחית כמו הטאו והבודהיזם. שני תחומים אלו מדגישים את הקשריות והשלמות של היקום, רעיונות שמצאו הד בפרשנותו הקוונטית. בוהם טען שהמיסטיקה המזרחית מציעה תובנות עמוקות על הטבע האמיתי של המציאות, תובנות שיכולות להיות רלוונטיות גם לפיזיקה הקוונטית.

ביקורת והסתייגויות

קבלת הפרשנות בקהילה המדעית

פרשנותו של דיוויד בוהם למכניקת הקוונטים לא זכתה לקבלה רחבה בקהילה המדעית. רבים רואים בפרשנות זו הסבר לתופעות שניתן להסבירן בעזרת הפרשנויות המסורתיות כמו פרשנות קופנהגן. אחת הביקורות המרכזיות היא שלתיאוריה של בוהם אין תחזיות חדשות שניתן לבדוק בניסויים, כלומר, היא אינה מציעה תוצאות שניתן להבחין בהן באופן אמפירי מניסויים שמבוססים על פרשנויות אחרות.

ביקורת נוספת כלפי תורת בוהם נוגעת למורכבותה המתודולוגית. מאחר והפוטנציאל הקוונטי והמשתנים החבויים אינם ניתנים למדידה ישירה, קשה מאוד לאמת את התיאוריה בצורה ניסויית. הפרשנות של בוהם דורשת קבלה של עקרונות אי-מקומיות ודטרמיניזם.

העיקרון של אי-מקומיות בפרשנות של בוהם נתקל בהתנגדות משמעותית. העיקרון הזה סותר את ההבנה הקלאסית של פיזיקה, שבה השפעות פיזיקליות מוגבלות למהירות האור ונדרשת תקשורת ישירה בין חלקיקים. למרות שמחקרים על שזירה קוונטית מראים לנו כי מידע עובר באופן מיידי, מהר יותר ממהירות האור. הביקורת מציינת כי קבלת עקרון אי-המקומיות מחייבת קבלת מסגרת פילוסופית שונה לגמרי להבנת המציאות הפיזיקלית, ואכן כך הדבר, אך לא כל המדענים מוכנים לקבל זאת בשלב זה.

תמיכה ניסויית

ישנן עדויות ניסיוניות שתומכות בעקרונות הדינמיקה של בוהם. לדוגמה, ניסויי EPR וניסויי בל מראים תוצאות שתואמות את רעיונות האי-מקומיות והקשריות של חלקיקים קוונטיים, אף כי הפרשנות של תוצאות אלו עדיין שנויה במחלוקת. עם זאת, הממצאים אינם מספיקים כדי לשכנע את הקהילה המדעית הרחבה לקבל את פרשנות בוהם כאלטרנטיבה לגיטימית לפרשנות קופנהגן.

הפרשנות של דיוויד בוהם למכניקת הקוונטים היא מהפכנית ומעוררת מחשבה, על אף שנתקלת בביקורות מצד הקהילה המדעית. התיאוריה מוסיפה לדיון העמוק על טבען של תופעות קוונטיות ועל הקשר בין פיזיקה לפילוסופיה, וממשיכה לעורר השראה בקרב חוקרים ופילוסופים רבים.