השראה: פרופ' יקיר אהרונוב מודיע - העתיד משנה את ההווה

1. ההיגיון שבמחשבה המשונה ביותר

לא מעט גבות מדעיות הורמו בשבוע שעבר, כששני פיזיקאים בכירים פרסמו תיאוריה משונה מעט. לטענתם, התקלות המתרבות בדרך להפעלת מאיץ החלקיקים הענק בשוויץ הן תוצאה של העתיד; משהו שם, באופק הזמן, משהו שעוד לא התרחש, משבש את ההווה. בעצם, הם גורסים, הניסוי המתוכנן במאיץ יוצר כבר עכשיו עיוות בממד הזמן, שבו העתיד משבש את ההווה.

זה נשמע כמו מדע בדיוני, או לכל היותר כמו ניסוי מחשבה פילוסופי. ואכן, פיזיקאים בכירים הגיבו בגיחוך לתיאוריה הזאת. אבל זה בדיוק תחום עיסוקו הנוכחי של פרופ' יקיר אהרונוב. וכשתיאוריה על השפעת העתיד על ההווה נשמעת מפיו של אהרונוב — מועמד מוביל לפרס נובל בפיזיקה בשנים האחרונות, האיש שחתום על גילוי אפקט אהרונוב־בוהם הדרמטי ואחד המדענים המבריקים ופורצי הדרך בפיזיקה החדשה — היא נראית פתאום פחות הזויה. הוא מצליח להסביר אותה באופן משכנע, ובדרך פשוטה ובהירה להתגבר על הפער ולאחד את הפיזיקה והפילוסופיה למשנה אחת, הגיונית למדי. במילים פשוטות, אהרונוב ממציא מחדש את הפיזיקה.

פרופ' אהרונוב. ממוקד ביעד הבא צילום: עמית שעל

2. למה אלוהים צריך קוביות?

בפתח מונחת המהפכה הבאה. צריך להסתכל רגע על שתי המהפכות הקודמות, אלו שבהן הפיזיקה התנגשה בפילוסופיה ושינתה אותה. זה התחיל עם ניוטון. כשניוטון ניסח את הפיזיקה הקלאסית, חופש הבחירה נשלל מבני האדם. הפיזיקה הניוטונית הרי סגורה, מבוססת על כללים חד־משמעיים שמסוגלים לנבא התנהגויות, ולכן אינה מותירה חופש לטבע, ובכללו לבני האדם.

מאתיים שנה עברו עד שהעמדה הזאת קרסה למרגלות הפיזיקה הקוונטית. התורה החדשה, שנולדה בראשית המאה שעברה, הראתה כי הטבע דווקא אינו דטרמיניסטי, לפחות בעולם החלקיקי, אלא מתאפיין באי־ודאות בסיסית, אינהרנטית. על פי מכניקת הקוונטים, שתי מערכות שמתחילות באותו מצב נתון יתנהגו אחרת בהמשך, באופן שרירותי. השרירותיות הזאת היתה קשה גם למדענים, שחלקם התנגדו לתפיסה הזאת. "אלוהים, רבותיי" — כתב אז אלברט איינשטיין, מאבות התורה הקוונטית בראשית הדרך וממתנגדיה בהמשך — "אינו משחק בקוביות".

עכשיו אהרונוב שואל את השאלה הזאת אחרת: "למה אלוהים ירצה בכלל לשחק בקוביות?". "יש לך שני חלקיקים שמתחילים באותו מצב, ואחר כך מתנהגים אחרת: אחד נסע לימין והשני לשמאל, לכאורה בלי שום סיבה. קח שני אטומים זהים שפולטים קרינה, האחד פולט אותה אחרי דקה והשני אחרי שעה, שוב לכאורה ללא סיבה להבדל.

לכאורה, זו התנהגות שרירותית של הטבע, קפריזית כמעט. ההתנהגות הזו גרמה לי לנסח מחדש את האמירה של איינשטיין, ובעצם לתהות למה שהטבע יתנהג כך. עלה לי הרעיון שאולי את ההבדל, למשל בין שני האטומים, אני יכול לגלות רק בעתיד. לכן עשיתי על החלקיק מדידה בעבר שזורמת עד ההווה, ויותר מאוחר עשיתי עליו מדידה בעתיד שזורמת בחזרה להווה. זה מאפשר לי לומר שקיימת סיבה שבגללה שני החלקיקים הזהים האלה מתנהגים אחרת, אלא שהיא קיימת רק בעתיד וחוזרת להווה כדי להשפיע על ההתנהגות שלהם".

3. ניסויים בעבר ובעתיד

איך מבצעים מדידה בעבר שזורמת עד ההווה, או מדידה בעתיד שזורמת בחזרה להווה? איך מכניסים את ציר הזמן למעבדה? קודם כל, לא מתערבים. השפעת עצם המדידה על תוצאות המדידה היא בעיה ידועה במדע. בתורה הקוונטית זו בעיה ממוקדת יותר, הנוגעת לקריסת פונקציית הגל: עצם התבוננות באלקטרון משנה את התנהגותו, וכל מדידה שלו משנה את מסלולו. זו בעיה אקוטית של הפיזיקה המודרנית, ועד כה אף אחד לא הצליח להתגבר עליה. אף אחד, חוץ מאהרונוב.

"אם אתה מפריע למערכת מעט, או אפילו משחק על הגבול שאתה כמעט לא מפריע לה כלל, אתה עדיין יכול לקבל עליה אינפורמציה", הוא מסביר איך זה עובד. "כשאתה מפעיל בדיקה כזאת על מספר גדול של מערכות, אתה כבר מקבל הרבה אינפורמציה. קראתי למדידות האלה מדידות חלשות ולתוצאות שלהן ערכים חלשים, אבל מתברר שהערכים נותנים הרבה מאוד דברים מפתיעים".

אהרונוב. "אני יכול לעשות את ההכללה מתיאוריית הקוונטים ולומר שלעולם יש תכלית מסוימת ולא רק מצב היסטורי" צילום: עמית שעל

מה למשל?

"למשל, הסטה של אלומת אור העוברת דרך חלקיקי חומר בסיסיים ופוגעת בלוח צילום. עד היום לא היה ניתן לראות את הסטייה שמבצע פוטון אור כתוצאה מהפגיעה באטום, מאחר שמדובר בערכים מזעריים של אנגסטרם (10 בחזקת -8 ס"מ). בעזרת המדידות החלשות שהמצאתי, כשעושים אותן גם בעבר ובעתיד, ניתן לראות באופן משמעותי את הסטייה — ונוצרת פה יכולת הגברה משמעותית חדשה. זה פותח תחום שלם של מדידות שעד כה לא ניתן היה לראות בעזרת שום כלי".

ואיך בפועל עושים ניסויים וחישובים של עבר ועתיד?

"הצעתי שמצב החלקיק בהווה יהיה ניתן לתיאור על ידי שתי פונקציות גל", הסביר אהרונוב בראיון לכתב העת "אודיסאה", "אחת שזרמה מקריסת פונקציית הגל האחרונה בעבר אל ההווה, והשנייה שזורמת אחורה בזמן מהקריסה העתידית. התיאור הזה שונה באופן דרמטי, אף שהוא נותן בדיוק את אותם ניבויים. הוא חשוב ומשמעותי משום שהוא פותח אפשרויות חדשות, מושגים חדשים, שאלות חדשות וניסיונות חדשים המאפשרים הסתכלות אינטואיטיבית טובה יותר".

לגישה החדשנית הזאת קורא אהרונוב "אפקט הגל הכפול", ובשילוב המדידות החלשות שהומצאו כדי להוכיח אותה, הוא אומר, "היא פותרת המון פרדוקסים של תורת הקוונטים שעד היום לא ידעו לפתור, כמו נסיעה בזמן". הבשורה, שנולדה לפני כ־15 שנה, לא התקבלה בקלות, ועדיין עושה את דרכה אל לב הפיזיקה המודרנית. "בהתחלה היתה הרבה סקפטיות", מודה אהרונוב, "אבל ככל שאני והחוקרים במעבדות פיתחנו את התיאוריה הזו, כך הן זכו ליותר הכרה. בשנים האחרונות, כשהחל השלב הניסויי שהוכיח את היתכנותה, היא זוכה להתעניינות רבה ברחבי העולם. ארבע מעבדות — בארצות הברית, קנדה, אוסטרליה ויפן — עובדות כיום על הנושא של מדידות חלשות ומנסות לפתח אותו, בעיקר משום שמתקבלות תוצאות כל כך מעניינות בעזרת המדידות האלו".

4. איך יכול להיות חיוך בלי חתול?

הנה תוצאה מעניינת אחת שהתקבלה בעזרת המדידות. "תחשוב על חתול צ'שייר ב'אליס בארץ הפלאות'. השאלה ההגיונית היא איך יכול להיות חיוך בלי חתול? מה המשמעות של דבר כזה? בעזרת המדידות החלשות גיליתי משהו שנותן את המקבילה הפיזיקלית לתופעה. על ידי הפעלה של מדידות חלשות על מצבי עתיד־הווה־עבר הצלחתי ליצור מצב שספין של אלקטרון (הסיבוב של אלקטרון סביב עצמו, היוצר שדה אלקטרומגנטי) נמצא בקופסה אחת — בעוד האלקטרון עצמו נמצא בקופסה אחרת. זה כאילו החיוך של האלקטרון נמצא במקום שונה מהיכן שנמצא החתול שלו, כלומר האלקטרון עצמו".

5. הפיזיקה היא הדת והפילוסופיה

הוא בן 77, ראוי לציין. משחק בפיזיקה כמו ילד שבונה צעצוע אחרי שפירק כמה אחרים. הכלים קיימים, התוצר חדשני, אחר, מוזר, וכנראה — הזמן, שוב אותו זמן, יגיד — מהפכני.

את הדרמה שבזכותה קנה את פרסומו חולל ב־1960. בעבודת הדוקטורט שלו, בהנחייתו של דיוויד בוהם, גילה כי חלקיק טעון מושפע משדות אלקטרומגנטיים שבאזורים שאליהם הוא אינו מגיע כלל. זהו אפקט אהרונוב־בוהם, שנחשב עד היום אחד הגילויים המשפיעים בפיזיקה הקוונטית ומועמד עיקש לנובל.

לפני שלושה שבועות כבר נראה היה שהפרס המכובד מגיע אל הפרופסור אמריטוס מאוניברסיטת תל אביב. זה לא קרה, והפרס הוענק על פריצות דרך בתחומי הסיבים האופטיים והצילום הדיגיטלי. "נראה שיש נטייה השנה בוועדה ללכת על כיוונים פרקטיים", מגיב אהרונוב על אי־זכייתו. "בחרו זוכים שאכן תרמו תרומות חשובות, אלא שהן חשובות מבחינה יישומית ולא מבחינה מושגית. אם היו מחפשים דברים יותר מושגיים, לדעת רבים אני הייתי אמור לזכות בפרס הזה. אבל זה לא מטריד אותי — לא בשביל זה אני עושה פיזיקה".

הוא עושה פיזיקה בשביל התשובות. אחרי ההצלחה של אפקט אהרונוב־בוהם יכול היה ליהנות מהפריבילגיה של עיסוק בבעיות יסוד, כמו הזמן — תחום שאליו צלל בשנות השישים בעזרתו של הפיזיקאי פרופ' פיטר ברגמן, שהיה האסיסטנט של איינשטיין; רק עשרים שנה אחר כך הגה את המדידות החלשות ואת אפקט הגל הכפול.

הוא ניגש לכל הסוגיות הללו מצויד בסקרנות רחבה, עמוקה, שבה הפיזיקה אינה היעד, אלא רק כלי המחקר הכי טוב שיש בסביבה. אהרונוב מחפש איזו אמת מנעוריו; הוא חיפש אותה בדת, ובתורות מיסטיות, הוא הלך בעקבותיה אל הפילוסופיה, אבל ראה "שפילוסופים יודעים לשאול שאלות, אבל לא יודעים לתת תשובות". כך הגיע לפיזיקה, ואימץ אותה כסכין מנתחים פילוסופית. הוא צלל לפרטים, לחלקיקים, אבל לא הרפה לרגע מהשאלות הגדולות. ישב במעבדה, וחיפש את סוד היקום והמהות האנושית. יותר מחמישים שנה הוא מחפש את החיבור בין הקיום האנושי למחקר הפיזיקלי, ובתיאוריית הגל הכפול, כך זה נראה, סוף סוף מצא אותו.

את הבשורה הוא מנסה כעת להפיץ, כדי להפוך את הפיזיקה החדשה, את הפיזיקה הבאה, לא רק למורכבת יותר ומדויקת יותר, חובקת נושאים כמו מודעות, מהות וזמן, אלא גם לאינטואיטיבית יותר. על הדרך, המדידות החלשות שלו — שכאמור יוצרות יכולת הגברה חדשה — גם עשויות ליצור מהפכת מזעור והגדלה שעליה אפילו לא העזנו לחלום.

פרופ' יקיר אהרונוב צילום: עמית שעל

6. מהו החופש, בעידן הזמן החדש?

המשחק הראשון שאהרונוב עושה במשמעויות הרחבות של הפיזיקה הקיימת נוגע לחופש הבחירה, אותו חופש שהיטלטל בין הדטרמיניזם ברוח ניוטון לאקראיות הקוונטית. לאן הגל הכפול שלו ייקח את חופש הבחירה האנושי עכשיו? הוא מתחיל בבדיחה מדעית: "זה מזכיר לי את הסיפור על הפיזיקאי שנמצא אשם ברצח, ולפני גזר דינו הוא פונה אל השופט ואומר לו: 'אדוני השופט, אתה הרי יודע שניוטון לימד אותנו שאנו עשויים מאטומים והם אלה הקובעים מה נעשה, מכיוון שהתנהגותם קבועה ומוחלטת. לכן לא אני אשם ברצח, כי פשוט לא היתה לי אפשרות בחירה'. השופט מהרהר בדברי הנאשם ואומר: 'כן, גם אני עשוי מאטומים, ולכן אין לי ברירה אלא לגזור עליך עונש מאסר עולם'.

"אם אתה כאדם מחליט בין שתי בחירות באופן הגיוני, הרי אין כאן חופש, כי מי שמכיר אותך היטב יודע לחזות את הפעולות שלך. לכן נשאר לנו רק חופש אקראי, מהסוג של הטלת מטבע — אלא שזה לא חופש מעניין או מהותי. אותי מאז ומעולם העסיקה הבעיה הזו: הרי אנחנו מרגישים שיש לנו חופש מהותי, ולא מהסוג הטריוויאלי, אז איפה הוא?

"לאחר מחשבה ממושכת החלטתי שאולי הבעיה נעוצה בצורה שבה אנחנו תופסים את הזמן. אנחנו קיימים בהווה, העבר כבר איננו ואנחנו צריכים להחליט על משהו שישפיע על העתיד או ייצור אותו. אבל מה אם זה לא כך? אמרתי: נניח שיש פיזיקה אחרת, כזו שבה ההווה נקבע לא רק בעבר אלא גם בעתיד. מה אם העתיד הוא זה שמשפיע על ההחלטות שלנו בהווה, בדיוק כפי שהעבר עושה זאת? אם דבר כזה נכון, אזי כל הניסוח של מהו חופש ומהי החלטה יצטרך להשתנות".

ועכשיו, עמוק בתוך המחקר, אתה יודע מהי החלטה? מצאת את החופש?

"אני עוד מחפש אותו. כל התיאוריה החדשה נובעת מהסתכלות חדשה על הזמן. מרגע שנפתֵחַ פיזיקה שמסתכלת אחרת על הזמן, נוכל לבצע את המהפכה הבאה במדע. אני כבר עובד על הניסוח הראשוני של פיזיקה כזו, אבל רק כשננסח אותה במלואה נוכל להבין מהי החלטה ומהו חופש אמיתי. התיאוריה הזו מאפשרת להסביר את התחושות שלנו כבני אדם, שמרגישים שיש רצון חופשי, בד בבד עם חוקי הפיזיקה. אבל כל מה שעשיתי עד עכשיו הוא התחלה, כיוון, הוכחתי שיש דרך חדשה להסתכל על הזמן, אבל זו בהחלט לא התוצאה הסופית. לא אמרתי שפתרתי את שאלת החופש, אבל הצבעתי על כך שיש אפשרות לפתור את הפרדוקס ההוא של החופש המהותי".

7. מדע שכולל גם את המודעות

זה לא נגמר בחופש הבחירה. "עולה כאן גם התחושה שיש לנו הכרה במשמעות של המודעות", אומר אהרונוב ומאיר פער נוסף במפגש המרענן בין הפיזיקה לפילוסופיה. "במודעות הכוונה היא שיש לנו היכולת להיות מודעים לעצמנו. הפיזיקה מכירה רק במקרים של צופה ונצפה. אם אתה רוצה לראות משהו בעצמך אתה צריך לחלק את עצמך לשני חלקים כאלה. אלא שאם אתה רוצה לצפות בצופה, אתה מגיע מהר מאוד לאינסוף צופים. על פי ההיגיון הזה, המוח שלנו, שמאפשר מודעות עצמית, צריך להיות המערכת הכי מורכבת שיש בטבע.

"הפיזיקה צריכה להתאים את עצמה למוח הזה ולחוויה האנושית, שהרי מדובר במערכות מורכבות לאין שיעור מאלה של אטומים, ולכן הן גם מערכות שמסוגלות לראות ולחוש תמונה רחבה יותר מזו שהפיזיקה מסוגלת כיום להסביר. אנחנו צריכים לעבור לעבודה על מערכות מורכבות לאין שיעור כדי להבין את טבעו האמיתי של היקום. כרגע אנחנו עובדים על חלקיקים אלמנטריים — ולכן רואים רק חלק מהמערכת הפיזיקלית. העבודה שלי פותחת, לטעמי, את הדלת למעבר למערכות מורכבות יותר. יש לא מעט חורים ואי־התאמות בתורת הקוונטים, ואני משתמש באי־ההתאמות הללו כדי לחפש כיוון למהפכת הפיזיקה הבאה, שתאפשר לנו להבין את עצמנו יותר טוב וגם להסביר את התכונות האמיתיות שלנו".

8. האם בקצה העתיד יש תכלית שמכתיבה הכל?

"מלבד תחושת הרצון החופשי יש עוד משהו שאנחנו כבני אדם מרגישים היטב והפיזיקה לא יכולה להסביר — הרעיון של זרימת זמן. שיש ברגע מסוים הווה, וברגע הבא יש הווה חדש וההווה הקודם נהפך לעבר. הפיזיקה טוענת שזו תחושה פסיכולוגית שאין לה מקום במדע. להגדרתה, הזמן הוא רצף של מצבים שאינם מחוברים או זורמים מכיוון אחד לאחר. אי אפשר לדבר על זרימת זמן בפיזיקה. אבל לנו יש תחושה חזקה שיש הווה משמעותי שזורם להווה משמעותי חדש. התיאוריה החדשה יכולה להסביר זאת, כי העתיד זורם חזרה לעבר ומשפיע על ההווה. היא גם יכולה להסביר את העובדה שאנחנו משתמשים באינטואיציה: אם יש משהו בעתיד שמשפיע על קבלת ההחלטות שלנו בהווה, אולי הקשר הסיבתי הזה בא לידי ביטוי אצלנו בתחושת בטן ולא בידיעה בראש, במסגרת זרימת הזמן".

בעצם עולה מתיאוריית הגל הכפול שאי שם בעתיד יש, אולי, תכלית, מטרה, שוטר שמכוון את התנועה.

"אני יכול לעשות הכללה מתיאוריית הקוונטים ולומר שלעולם יש תכלית מסוימת ולא רק מצב היסטורי. כאילו הוא שואף לעבר עתיד מסוים, לייעוד. שאיפה של כל המערכת, של העולם או היקום, להגיע לאיזה מצב סופי. הרעיון אינו חדש, היו כבר פילוסופים שחשבו שאי אפשר להסביר את כל מה שנמצא בטבע בעזרת חוקי הטבע ומצב התחלתי, אלא צריך להוסיף מצב שהטבע שואף אליו. מרגע שניסחתי את זה לתוך הפיזיקה, יש מקום לדבר על זה ולכן יש אפשרות שזה קיים.

"קח למשל את השאיפה של מערכות להגיע למקום מסוים, ושלב את זה עם אנשי מדע שטוענים שלא חלף מספיק זמן מהיווצרות כדור הארץ כדי שצורות חיים יתפתחו בו אבולוציונית לפי התורה של דרווין. כשחושבים על זה, הברירה הטבעית מבקשת המון תנאים והמון צעדים כדי שתהיה התקדמות אבולוציונית. נניח שיום אחד נגלה שאכן לא היה מספיק זמן להיווצרות החיים, אז נוכל לומר שהסיבה לקיומם של תנאים מעודדי חיים והיווצרותם לא נקבעת רק לפי תנאי התחלה אלא גם על פי ייעוד, מצב סופי שמכתיב את העובדה שיהיו חיים בפרק זמן קצר יותר מזה הנדרש להיווצרותם בתיאוריה".

9. להיות מערכת מורכבת

אז אפשר לומר שלא התגלגלת במקרה למחקר של פיזיקת קוונטים אלא הוכוונת לשם?

"בהחלט אפשר לומר את זה, בעיקר מתוך התבוננות בפונקציית הגל העתידית שלי, מהמדידה העתידית שלי. כשלמדתי בטכניון אחד המורים היה נתן רוזן, פיזיקאי גדול שעבד עם איינשטיין. בסיום הקורס, כשניגשתי לדבר איתו על עבודת הגמר שלי, שבה רציתי לעסוק בבעיות יסוד, הוא התנגד בתוקף ואמר לי שרק זקנים כמוהו צריכים לעסוק בזה. רגע לפני שעזבתי את הלימודים, בגלל ההתעקשות הכפולה של שנינו, הגיע לטכניון דיוויד בוהם. כשהוא שמע את הרעיונות שלי הוא אמר 'יופי, בוא נכתוב מאמר'. והשאר, כמו שאומרים, הוא היסטוריה".

50 שנה אתה מתעסק עם חלקיקים. אם יכולת בגלגול הבא להיות חלקיק, איזה היית?

"שום חלקיק. אני תמיד ארצה להיות מערכת מורכבת".