My Items

I'm a title. ​Click here to edit me.

מאמר בכתב העת אלכסון

מאמר שלי שהתפרסם בכתב העת אלכסון: גורלו המיסתורי של הזמן

רשת הקונפיגורציות השזורות

המסע האישי שלי בעקבות הזמן החל בשנת 1999 ("סוף המאה ה – 20" נשמע טוב יותר). עם או בלי קשר למעבר המילניום ובהמשך ללימודים האקדמיים שלי ומספר קורסים בפילוסופיה בהם השתתפתי, הבנתי להפתעתי, שמה שנראה לי מובן מאליו הוא עדיין חידה גדולה. הזמן הוא כאמור, אחד ממושגי הבסיס המיסתוריים ביותר. עד היום, טרם ניתן ל"זמן" הסבר אשר יספק את שלושת העולמות שנוגעים במושג זה: הפיזיקה, הפילוסופיה והאינטואיציה האנושית. אני מאמין, שהזמן האינטואיטיבי שלנו והאופן שבו הוא זורם ויוצר סיפור אחיד ומתפתח, הוא העדות המרכזית לכך שישנו קשר מיסתורי בין כל המרכיבים כולם. המטרה שלי בפוסט הזה היא לעשות את החיבור הזה. אני אראה כעת, ששילוב של כל המרכיבים הידועים לנו יכול ליצור תמונת עולם חדשה אשר תתהווה מתוך המערכת הכוללת. לקחת את כל המרכיבים השונים וליצור ביניהם את הקישורים אשר יהפכו את כל התחנות שעברנו במסע הזה לרשת של צמתים אשר בשלב מסוים, הקישור הכולל של כל הידע הזה יגרום למעבר הפאזה שאליו כולנו כמהים. בהמשך לבסיס התאורטי שהצגתי בבלוג, אפרט בפוסט הזה את התפיסה שפיתחתי בנוגע למושג הזמן אשר משלבת את כל הידוע לנו ברשת אחת חדשה – "רשת הקונפיגורציות השזורות" ("Entangled Configurations Network"). הסתכלות חדשה על המציאות הבסיסית תוך חיבור בין העולם הקוואנטי המיקרוסקופי, תורת היחסות המתארת את העולם המקרוסקופי וכל זה בשילוב התובנות של תורת המורכבות והרשתות אשר לדעתי, מהוות את הבסיס להבנה של היקום כולו. אני אזהיר ואומר שכל מה שנאמר בפוסט זה הוא בגדר השערה ספקולטיבית אשר אינה מבוססת על מחקר אמפירי ואינה מוכחת. זוהי הצעה פילוסופית המבוססת על שילוב של מרכיבים אשר נחשבים כקונצנזוס בקהילה הפיזיקלית וחלקם הוכח באופן אמפירי, בשילוב השערות חדשות מצידי בנוגע לאופן פעולתם של מרכיבים אלו ביקום וכל זה, תחת תפיסת העולם של תורת המורכבות והרשתות שמעולם לא שולבה בתמונת העולם הפיזיקלית עד היום. כמו כל השערה חדשה, יש צורך להפוך אותה לתאוריה פיזיקלית אשר ניתן יהיה לחקור אותה באופן תיאורטי ואמפירי. את זה אני אשאיר למי שזהו התחום המקצועי שלו. כמובן, שבהמשך להבנה שלנו את המדע והתפתחותו, על ההשערה להלן חייב לחול עיקרון ההפרכה ולכן, אני אנסה גם להציע כיווני חקירה מסוימים אשר מאפשרים תחזיות של התיאוריה אשר תיאורטית ניתן יהיה לבחון ולאשש או להפריך. אם כך, אפשר להתחיל... הקונפיגורציה – ה"רגע" הזמן בנוי מאוסף קונפיגורציות. קונפיגורציה היא תצורה קפואה של כל מה שיש ביקום ברגע מסוים, מסודר בצורה מסוימת, כלומר, תמונה קפואה של כל החומר ביקום כולו. בהמשך לתפיסתו של ג'וליאן ברבור[i], ישנו אוסף אינסופי של רגעים ("Nows") אפשריים כאלה. כל רגע בזמן, הוא קונפיגורציה מסוימת שונה של היקום כולו, בין אם היא קונפיגורציה אשר תתממש מתישהו או קונפיגורציה שלא תתממש במציאות. על כן, יכולות להיות קונפיגורציות בהן אתם יושבים כרגע וקוראים פוסט זה וקונפיגורציות אחרות בהן אין כלל חיים ביקום ובחלקן אין כלל כוכבים וגלקסיות. בחלק מהקונפיגורציות אני מסיים לכתוב את הפוסט הזה ובחלקן, אני מוותר על הרעיון ברגע האחרון, מקים סטארט אפ ויוצא לפנסיה בגיל 45 (או במילים פשוטות – "חי בסרט"). הכל אפשרי. כל תצורה אפשרית של החומר ביקום יכולה להופיע בקונפיגורציה מסוימת. כל קונפיגורציה, כל תמונה רגעית כזו אינה קיימת בפועל במציאות, אלא, יש לה פוטנציאל להתממש במציאות. כל אוסף הקונפיגורציות נמצא בסופרפוזיציה. הן כולן בו-זמנית קיימות ולא קיימות. בדיוק כפי שחלקיק אינו בעל תכונות מסוימות ברגע מסוים ומשוואת הגל שלו מתארת את ההסתברויות השונות שבהן הוא יקבל תכונות מסוימות, ברגע שתתבצע עליו מדידה ובהתאם לכך, הוא יקבל את קיומו במצב מסוים בהתאם להסתברויות. כך, כל קונפיגורציה אינה בעלת קיום במציאות וההסתברות להתקיימותה מוגדרת תחת משוואת הגל של היקום כולו. הכוונה שלי ב"התממשותה במציאות" היא בדיוק החוויה שלנו של מה שקרה בפועל לעומת מה שלא קרה. אם לדוגמא, היו רק שתי קונפיגורציות, באחת מהן אתם קוראים ברגע זה את הפוסט ובשנייה, אתם נמצאים בחופשה בקאריביים, הרי שהקונפיגורציה שהתממשה במציאות ברגע זה היא שאתם קוראים את הפוסט והקונפיגורציה השנייה, שבה ברגע הזה אתם בקאריביים כבר לא תתממש לעולם (אלא אם כן, אתם קוראים כרגע את הפוסט בקאריביים במהלך חופשתכם. אבל אם זה מצבכם כרגע, אזי הטעות שלי כנראה לא תפר את השלווה שלכם). הסיבה שדווקא הקונפיגורציה הזו התממשה במציאות ולא אחרת נובעת מכך שההסתברות שלה להתממש במציאות, כנראה, הייתה גבוהה יותר ולכן, זהו הרגע שהתממש במציאות ולא אחר. בהמשך, אני אטען ואסביר שהסיבה שההסתברות של הרגע הזה הייתה גבוהה יותר קשורה גם לעובדה שרגע לפני שקראתם את הפוסט לא הייתם בארוחת בוקר במלון בקאריביים, אלא, בחיפוש הפוסט שלי באינטרנט. כלומר, הקוהרנטיות והרצף החוויתי שלנו את הרגעים קשורה באופן ישיר להסתברויות שיש לכל רגע להתממש. העובדה שכל רגע שאנו חווים קשור לרגע הקודם והוא המשך קוהרנטי שלו נובעת מההסתברות הגבוהה שכל הרגעים הללו מקבלים. אם כך, כל קונפיגורציה יכולה להיות ממשית או בסופרפוזיציה. כלומר, קונפיגורציה ממשית היא קונפיגורציה שהתרחשה בפועל ועתה היא נתפסת בזכרון שלנו כעבר. קונפיגורציה שטרם התממשה במציאות נמצאת במצב קוואנטי של סופרפוזיציה ובהסתברות מסוימת להתממש במציאות ולכן, מוגדרת כפוטנציאל לעתיד. כל רגע יכולה להתממש במציאות כל קונפיגורציה אפשרית, אולם, הקונפיגורציות שהן בעלות ההסתברות הגבוהה ביותר, באופן משמעותי מכל השאר, הן אלו שניתן להגדיר אותן כדומות לקונפיגורציה הקודמת בשינוי קל. בודאי שמתם לב שכבסיס להשערה שלי בחרתי בתשתית של ברבור אשר נותנת לנו תמונה של אוסף רגעים סטטיים וקפואים, אולם, אני אנסה בהמשך להפיח חיים באוסף הרגעים הללו ואין בבחירה ב"רגעים" של ברבור, כדי להפחית מחשיבותו של הזמן כגורם אמרגנטי בעל קיום. בנוסף, יש בתיאור זה משום יישור קו עם התפיסה הפרזנטיבית אשר נותנת מעמד מיוחד מבחינת הקיום לרגע העכשווי על פני רגעים בעבר ובעתיד. בתפיסה שלי, הקיום של העבר וההווה הוא זהה והעתיד אינו בעל תכונת קיום שלמה עדיין, אלא, רק כרגעים קפואים פוטנציאליים. כלומר, יש פה שילוב של התפיסה האתרנליסטית של "יקום הגוש" עם התפיסה המעניקה להווה מעמד ייחודי. מצד אחד, הרגעים בעתיד קיימים במידה מסוימת כפי שחלקיקים "קיימים" בטרם אנחנו מביטים בהם, אולם, הקיום הזה אינו שלם והוא קיום בסופרפוזיציה. ההתממשות במציאות תעניק לרגע הזה מעמד קיום שלם וגבוה יותר על פני רגעי העתיד. רגעי העבר הם כבר בעלי קיום מלא, אולם, עדיין יש להווה תכונה נוספת שהוא אקט ההתממשות. זו "הקריסה" של משוואת הגל המעניקה ברגע מסויים קיום לקונפיגורציה מסוימת ולא לאחרת. אקט ההתממשות הוא ייחודי לרגע ההווה ומרגע שהוא קרה, אותו רגע כבר הופך להיות בעל קיום זהה לכל רגעי העבר. על כן, אני רואה בגישה זו מעין גישת ביניים בין האתרנליזם המוחלט של אוסף רגעים קפואים בעלי קיום זהה ללא קשר להיותם עבר, הווה או עתיד, כפי שמתאר "יקום הגוש" לבין גישת הפרזנטיזם, אשר מעניק את הקיום לרגע ההווה בלבד וסותר את תורת היחסות. לפי עניות דעתי, הגישה שלי מצד אחד, מאפשרת לתאר את היקום בהתאם לתורת היחסות ול"יקום הגוש" הנובע ממנו משום שבסופו של דבר, כל הרגעים כולם קיימים במידה כזו או אחרת ומצד שני, מאפשרת להעניק ייחוד מסוים לרגע ההווה על פני שאר הרגעים. הרשת – אוסף ה"רגעים" היקום שלנו, הוא רשת. כמו כל רשת גם רשת היקום מורכבת מצמתים. הקונפיגורציות הן הצמתים ברשת. כל נקודת קישור ברשת היא קונפיגורציה אחרת. כל הצמתים ברשת הם כל הרגעים האפשריים מהמפץ הגדול ועד סוף היקום. כל רגע ורגע אפשרי הוא קונפיגורציה פוטנציאלית. הרשת מורכבת משני סוגים של צמתים; צמתים שהם קונפיגורציות שכבר התממשו במציאות, הן כבר לא בסופרפוזיציה וקיבלו כבר את תכונת הקיום וצמתים שטרם התממשו במציאות והם נמצאים עדיין בסופרפוזיציה. חלק מהקונפיגורציות מן הסוג השני לא תתממשנה לעולם במציאות וחלק תתממשנה וניתן להגדירן במונחים שלנו כ"עתידיות". הסיבה שכתבתי את המילה עתידיות במרכאות היא שכל ההבחנה בין עבר, הווה ועתיד היא הבחנה אנושית הנובעת מהחוויה שלנו את העולם דרך הקונפיגורציות. בסופו של דבר, הצמדת התוית של עבר, הוה או עתיד לכל קונפיגורציה היא פעולה של מתן שם ותו לא. קונפיגורציות שכבר התממשו במציאות יכולות להיות מתויגות כ"עבר", קונפיגורציות שמתממשות בכל רגע הן "הווה" וקונפיגורציות שטרם התממשו יכולות להקרא "עתיד", אולם, מה שיש לנו באמת זו רשת של צמתים שכל צומת נמצא במצב מסוים כשהקונפיגורציות ה"עבריות" התממשו למציאות בסדר מסוים ואלו ה"עתידיות" טרם התממשו. הסיבה היחידה, שיש לנו צורך לראות את רצף ההתממשות של הקונפיגורציות למציאות כמהלך זורם של עבר לעתיד נובעת מתוך כך שנוצר רצף סיפורי בהתקדמות מימוש הקונפיגורציות והרצף הסיפורי הזה תואם את מה שאנו מגדירים כציר זמן מעבר לעתיד. במונחים של תורת הרשתות חשוב להדגיש שהרשת של היקום היא דינמית ומתפתחת כל הזמן. את הדינמיות ותהליך ההתפתחות של הרשת אתאר בעוד מספר פסקאות, אולם, כבר עכשיו אני מדגיש שהיא אינה סטטית והקישורים בין הצמתים נמצאים כל הזמן בתהליך של שינוי והתפתחות. בנוסף, רשת היקום נופלת תחת ההגדרה של רשת "עולם קטן", רשת אשר הקישורים בין הצמתים המרכיבים אותה יכולים להיות מקושרים לכל צומת שהוא ברשת כולה ולא רק לצמתים הקרובים לה. הקישוריות – שזירה קוואנטית על מנת שתיווצר רשת יש צורך בקישורים בין הצמתים השונים. קישורים יכולים להיות קוי החשמל ברשת החשמל, לינקים בין אתרים באינטרנט או סינפסות שנוצרות בין הנוירונים במוח. ברשת היקום מה שמקשר בין הקונפיגורציות היא השזירה הקוואנטית. תורת הקוואנטים מלמדת אותנו ששני חלקיקים או שתי מערכות יכולות להיות מקושרות זו עם זו באופן מיוחד ולא לגמרי מובן ובלי קשר למרחק הפיזי שביניהן. בהתאם לכך, אני מציע שהקונפיגורציות השונות ברשת היקום מקושרות זו לזו באמצעות שזירה קוואנטית של החלקיקים המרכיבים את הקונפיגורציה. אולם, לא כל חלקיק בכל קונפיגורציה שזור קוואנטית עם כל חלקיק אחר בכל קונפיגורציה, אלא, ישנה חוקיות מסוימת בנוגע לאילו חלקיקים בקונפיגורציה מסוימת שזורים לאילו חלקיקים בקונפיגורציה אחרת. החוקיות הזו קשורה לדימיון במצבם של החלקיקים בקונפיגורציות שונות. כל קונפיגורציה כוללת בתוכה חלקיקים שונים השזורים זה בזה. אם קיימת שזירה קוואנטית בין שני חלקיקים בקונפיגורציה מסוימת ואותם חלקיקים שזורים גם בקונפיגורציה אחרת הרי שנוצר קישור בין הקונפיגורציות הללו. כלומר, ככל שישנו דימיון גדול יותר בשזירה הקוואנטית בין החלקיקים המרכיבים קונפיגורציות שונות כך יווצרו יותר קישורים בין הקונפיגורציות הללו. על מנת להבין זאת, ניקח כדוגמא את השולחן העומד מולנו. השולחן הזה, כמו כל עצם חומרי אחר ביקום, מורכב מאוסף חלקיקים המסודרים במצב מסוים ובעלי תכונות מסוימות והחלקיקים הללו שזורים בדרך מסוימת זה בזה. בקונפיגורציה מסוימת אנחנו מקבלים את השולחן כפי שהוא נראה מולנו, בקונפיגורציות אחרות יכול להופיע שולחן זהה ובקונפיגורציות נוספות, ייתכן והחלקיקים המרכיבים את השולחן מסודרים באופן שונה והם בעלי תכונות שונות ועל כן, בקונפיגורציות אלו לא יופיע השולחן הספציפי הזה. על פי ההשערה שאני מעלה כאשר חלקיקים נמצאים במצב מסוים וזהה בקונפיגורציות שונות ושזורים זה בזה בכל קונפיגורציה באופן זהה, למשל, כאשר השולחן המורכב מחלקיקים אלו נמצא בקונפיגורציות דומות הרי שההתאמה הזו בין החלקיקים השזורים בכל קונפיגורציה יוצרת קישור בין הקונפיגורציות. המשמעות היא שבין כל שתי קונפיגורציות בהן סידור החומר דומה נמצא מספר קישורים גדול יותר מאשר בין כל שתי קונפיגורציות שהסידור שלהן שונה אשר ביניהן נמצא פחות שזירה ולכן פחות קישורים. במילים אחרות, במידה ובשתי קונפיגורציות קיימת שזירה בין אותם שני חלקיקים המופיעים בשתי הקונפיגורציות הרי שנוצר קישור אחד בין הקונפיגורציות. כל קישור ברשת נוצר באמצעות שזירה קוואנטית בין המרכיבים הזהים מהם בנויות הקונפיגורציות המקושרות. ככל שהקונפיגורציה כוללת חלקיקים שזורים זהים לחלקיקים בשזירה זהה בקונפיגורציות אחרות כך הקונפיגורציה הופכת למקושרת יותר. אם כך, בתמונת עולם זו אנחנו מקבלים רשת של קונפיגורציות המקושרות ביניהן בשזירה קוואנטית בהתאם לדימיון בין השזירות הקיימות במסגרת החלקיקים המרכיבים כל קונפיגורציה. הרשת הזו כוללת קישוריות מורכבת מאוד היכולה להכיל כמות עצומה של קישורים בין הקונפיגורציות השונות בכלל ואף בין שתי קונפיגורציות בפרט. ניתן גם להסיק מכך שככל שישנם יותר קישורים בין שתי קונפיגורציות הרי שככל הנראה, ישנו דימיון גדול יותר בין הקונפיגורציות בסידור של החומר הפנימי של כל קונפיגורציה. מכיוון שבכל רגע נתון במציאות סידור החומר והשזירה הקוואנטית דומים לרגע העוקב שלו הרי שאם ניקח כדוגמא את שני הרגעים העוקבים הבאים, כל החלקיקים השזורים ברגע זה, ככל הנראה יהיו עדיין באותה שזירה קוואנטית כמו ברגע הבא עם שינוי קל ולכן הרגע הזה דומה בסידור שלו לרגע הבא עם שינוי קל ואנו רואים את אותם אובייקטים ביקום בין שני הרגעים הללו. המשמעות היא שהרגע הזה הוא בעל מספר קישורים מקסימלי עם הרגע הבא וזה שלפניו. כעת כבר מתחיל להיות פשוט יותר להבין לאן אני חותר. כל קונפיגורציה בנפרד היא תמונת עולם של היקום ברגע נתון ועל כן, היא כוללת את כל חלקיקי החומר הקיימים ביקום בסידור מסוים במרחב-זמן של הרגע הזה. סידור החומר ברגע מסוים כולל גם את סידור השזירה הקוואנטית הקיימת ברגע הזה בין המרכיבים של הקונפיגורציה. אם כך, כל קונפיגורציה היא בעצמה רשת של קישורים בין החלקיקים המרכיבים אותה. הרשת מורכבת מהחלקיקים המסודרים בה שהם הצמתים ברשת והקישורים בין החלקיקים התת-אטומים המרכיבים את הקונפיגורציה נוצרים באמצעות שזירה קוואנטית אשר יוצרת אינטראקציה קוואנטית פנימית בקונפיגורציה עצמה. המשמעות היא שאם אנו מסתכלים על קונפיגורציה אחת בנפרד משאר הקונפיגורציות ברשת היקום אנחנו מוצאים שם רשת בפני עצמה הכוללת קישורים בין החלקיקים השזורים שבה. בתמונה זו כל צומת ברשת היקום, שכפי שראינו היא קונפיגורציה אפשרית, היא בעצמה רשת המקושרת באופן מורכב הן פנימית בין החלקיקים המרכיבים אותה והן חיצונית אל שאר הקונפיגורציות ביקום. בסופו של דבר, כל המרכיבים ביקום מקושרים ברשת של שזירה קוואנטית. ולכן, התמונה שאנו מקבלים היא של רשת המקשרת בין כל הרגעים האפשריים בזמן (קונפיגורציות) וכל צומת כזו היא בעצמה כדור של קשרים בין כל החלקיקים המרכיבים כל קונפיגורציה. התפתחות הקונפיגורציה – הדינמיות של ה"רגע" אחרי שבנינו תמונה של יקום הבנוי כרשת של קונפיגורציות או רגעים ב"זמן" אנחנו צריכים להסביר את הדינמיות של הרשת הזו וכיצד היא מתפתחת. רשת הקונפיגורציות שבנינו נראית לצופה החיצוני ליקום כפי שמתארות תפיסת "יקום הגוש" ונוסחת ווילר-דה ויט: עולם קונפיגורציות (ארועים במרחב-זמן) נטול זמן. באופן סותר אנחנו יודעים שרשת סטטית לא יכולה להתפתח ולייצר מבנים וסדר חדש ולכן אינה מעניינת כלל. אם רשת הקונפיגורציות שלנו היא סטטית כמו רשת דייגים מסובכת הרי שהיא אינה יכולה להסביר את היקום כפי שהוא כעולם מתפתח ומשתנה שבו נוצרים כל הזמן מבנים וסדרים חדשים. בנוסף, אין ברשת כזו את היכולת להפיק תכונות אמרגנטיות חדשות. בהמשך, אני אנסה להפיח חיים ברשת הזו ולהראות שיש לנו צורך הכרחי ביכולת כזו של רשת דינמית על מנת לאפשר הסבר אמרגנטי שלם וקוהרנטי ל"זמן". המהות הבסיסית של הרשת כולה, מתמצא בשזירה קוואנטית בין המרכיבים שלה. שזירה זו היא שבונה את הקישורים הפנימיים בכל קונפיגורציה והיא שבונה את הקשרים שבין הקונפיגורציות השונות. על מנת שנוכל להסביר דינמיות והתפתחות של רשת, אנחנו צריכים להסביר את השינוי וההתפתחות של הקישורים ברשת ועל כן, עלינו למצוא את הדינמיות של הרשת בשזירה הקוואנטית. ככל שנצליח להסביר כיצד שזירה קוואנטית היא דינמית ובעלת יכולת השפעה על התפתחות הרשת כך נצליח להכניס להסבר שלנו את המרכיב הדינמי הכל כך הכרחי. על מנת לבנות את ההסבר הזה, אני אעזר בתפיסות אשר התפתחו בשנים האחרונות, בדבר הקשר שבין שזירה קוואנטית והגיאומטריה של המרחב-זמן. לאונרד סוסקינד[ii], פרסם את השערתו בדבר הקשר שבין שזירה קוואנטית לבניית "חורי תולעת" ("גשרי ER"). הוא טוען, ששזירה קוואנטית היא שיוצרת גשרי ER במרחב-זמן, מנהרות המקשרות בין החלקיקים המרוחקים זה מזה באמצעות עקמומיות המרחב-זמן. אני טוען, שיש להתייחס לשזירות אלו המתבטאות בגשרי ER כקישורים ברשת המורכבת של הקונפיגורציה שהיא הבסיס להבנת התהליכים הקוואנטים והמקרוסקופיים כאחד. בהמשך לתפיסתו של סוסקינד והרעיונות שמעלים ואן ראמסדונק[iii] ומלדסנה[iv], אשר תיארתי בפוסטים קודמים, אני טוען, שכל קונפיגורציה נבנית ומתפתחת באמצעות תוספת קישורים של שזירה קוואנטית היוצרת את המרחב-זמן של הקונפיגורציה. כלומר, כל קונפיגורציה נמצאת בתהליך מתמיד של שזירה הולכת וגדלה ועלייה ברמת הקישוריות הפנימית שלה. הקונפיגורציה אינה משתנה והיא סטטית מבחינת המבנה והסידור של החומר שהיא מכילה בתוכה. החלקיקים אינם נעים או משנים את המבנה שלהם במסגרת הקונפיגורציה הבודדת. היא נשארת קפואה במראה שלה הנגלה לצופה חיצוני. התמונה הסטטית הזו מסתירה תהליך פנימי שאינו מקבל את ביטויו בסידור של הקונפיגורציה. התהליך הפנימי הזה הוא שזירה קוואנטית שנוצרת כל הזמן בין המרכיבים הפנימיים והסטטיים הללו. אם כך, הקונפיגורציה עצמה אינה משתנה, אולם, היא חווה במערכת היחסים הפנימית שלה איזשהו שינוי והתפתחות הנובעת משזירה קוואנטית הולכת וגדלה בין המרכיבים שלה. התהליך הזה קורה עוד בטרם הקונפיגורציה מתממשת במציאות והוא תהליך שעובר על כל קונפיגורציה כאשר היא נמצאת בסופרפוזיציה יחד עם שאר הקונפיגורציות וטרם התממשה במציאות. במאמר מוסגר, אני חייב להעיר הערה שאני מעריך שהיא נדרשת בשלב זה ומאוחר יותר בפוסט אני אסביר ואפרט אותה יותר. מי שעוקב אחר מהלך הטיעון שאני בונה פה (ואני מקווה שישנם כמה כאלה שעוד מחזיקים מעמד...) בודאי שואל שאלה מאוד נכונה: כיצד יכול להיות שבקונפיגורציה נטולת זמן מתפתח תהליך של שזירה קוואנטית על ציר זמן? אני אטען בהמשך, שהשאלה הזו נובעת מתוך תבנית הזמן התפיסתית והאנושית שאנו משליכים על התמונה שציירתי. אני מעלה את האפשרות שהשזירה שנוצרת אינה נוצרת על ציר הזמן, אלא, השזירה הקוואנטית קודמת אונתולוגית למה שאנו קוראים לו "זמן" והוא אמרגנטי מתוך השזירה ועל כן, השזירה הקוואנטית היא הזמן עצמו. לכן, יכולה להיות קונפיגורציה נטולת זמן שמתרחשת בה שזירה קוואנטית. אני מעריך, שהמהלך הזה בטיעון שלי יהיה ובצדק, המהלך מעורר המחלוקת ביותר בטיעון כולו ועל כן, אני אקדיש לו בהמשך הסבר מפורט ומבוסס יותר. נקודה נוספת וחשובה, קשורה לטענה של סוסקינד וחבריו, שהמרחב-זמן עצמו נבנה על ידי השזירה הקוואנטית. תארנו את השזירה הקוואנטית כחוטים האורגים (או שוזרים...) את הבד שאנו קוראים לו מרחב-זמן. כלומר, כאשר השזירה הולכת וגדלה בקונפיגורציה היא יוצרת עוד ועוד מרחב-זמן יש מאין על ידי קישורים של פיסות נוספות למרקם הכולל של המרחב-זמן. המשמעות היא, שייתכן שכל קונפיגורציה גם עוברת בשל התפתחות השזירה תהליך של התווספות מרחב-זמן. אם כך, הקונפיגורציה חווה שזירה קוואנטית הולכת וגדלה של המרכיבים שלה ובכך גם גורמת למרחב-זמן של הקונפיגורציה להתרחב. תהליך זה יכול לתת מענה לאחת התגליות המעניינות של השנים האחרונות שהיקום שלנו מתרחב בקצב מואץ. ההבנה, שהיקום שלנו מתרחב ומתפשט כל הזמן הייתה ידועה כבר מתצפיותיו של אדווין האבל בשנות ה – 20 של המאה ה- 20, אולם רק בשנים האחרונות התברר שהתפשטות היקום מואצת, כלומר, שהיקום מתפשט בקצב הולך וגדל כל הזמן. אחת התאוריות שבאו לתת מענה לתופעה הזו היא השערת ה"אנרגיה אפלה" שקיימת ביקום אשר מאפשרת ליקום להמשיך ולהתפשט בקצב מואץ. "אנרגיה אפלה" היא קונסטרוקט תאורטי שמעולם לא התגלה בתצפית ועל פי החישובים הידועים לנו היום הוא בעל השפעה ניכרת ביקום ומוערך בכ 68% מכלל המאסה-אנרגיה שאנו רואים בו. האם ייתכן, שיצירת מרחב-זמן מתוך שזירה קוואנטית מהווה הסבר חלופי ל"אנרגיה האפלה"? אם שזירה היא הגורם ליצירתו של עוד ועוד מרחב-זמן אזי נראה על פניו, שיכול להיות לתופעה הזו קשר ישיר לעובדה שאנו רואים את היקום מתפשט בקצב מואץ. אם תקחו יריעת בד ובכל ס"מ שלה תוסיפו מיד עוד ס"מ הרי שתראו את הבד כולו גדל ומתפשט באופן משמעותי. האם בכל נקודה ביקום שמבצעת שזירה נוצר מרחב-זמן חדש ונוסף אשר נותן לנו את האשליה שהיקום מתפשט כשהוא בעצם גדל כל הזמן בכל נקודה ונקודה? התפתחות רשת היקום – הדינמיות של אוסף ה"רגעים" כל קונפיגורציה, היא רשת בפני עצמה המתפתחת בקישורים הפנימיים שלה באמצעות תוספת של שזירה קוואנטית בין החלקיקים המרכיבים את החומר המסודר בקונפיגורציה. השזירה המשתנה הזו היא הגורם לשינוי וההתפתחות הרשתית של הקונפיגורציה. אולם, לכך יש השפעה משמעותית נוספת. הרי הצעתי כבר שרשת היקום, שהיא רשת הקונפיגורציות כולן המקושרות זו לזו במבנה מורכב, בנויה על קשרים הנובעים משזירה קוואנטית בין הקונפיגורציות. השזירה הזו מבוססת על התאמה בשזירה שבין חלקיקים זהים בקונפיגורציות שונות. כלומר, כל קישור פנימי, כל שזירה פנימית, בין חלקיקים בקונפיגורציה מסוימת שזהה לשזירה פנימית אחרת בין חלקיקים זהים בקונפיגורציה אחרת יוצרת קישור בין שתי הקונפיגורציות הללו. רשת הקונפיגורציות כולן בנויה כרשת של קישורים המבוססים על שזירות זהות בין קונפיגורציות שונות. במידה ובקונפיגורציה מסוימת נוצרה שזירה בין חלקיקים מסוימים ואותם חלקיקים בקונפיגורציה אחרת כבר שזורים ביניהם הרי שבאותו רגע נוצר קישור נוסף ברשת בין שתי הקונפיגורציות הללו. ולכן, מכיוון שכל הזמן נוצרות שזירות חדשות בכל קונפיגורציה הרי שישנו תהליך מתמיד של התפתחות ברמות הקישוריות הפנימית של כל קונפיגורציה וברמת הקישוריות של רשת הקונפיגורציות כולה. מכיוון שכמות השזירה הקוואנטית בכל קונפיגורציה היא עצומה הרי שרמת הקישוריות בין הקונפיגורציות השונות היא עצומה. זו הדינמיות של הרשת הנובעת משזירה קוואנטית. בנוסף לכך, לרשתות מן הסוג שאנו מחפשים, אשר יודעות לייצר מבנים חדשים ותופעות אמרגנטיות, יש תכונה חשובה נוספת והיא "התקשרות מועדפת" או "המנצח לוקח הכל" היוצרת מבנה של רשת חסרת סקאלה. הסיבה שרשת הקונפיגורציות היא רשת חסרת סקאלה נובע מכך, שקונפיגורציות דומות תהיינה ככל הנראה מקושרות יותר. מדוע? ככל ששתי קונפיגורציות דומות יותר אחת לשנייה הרי שישנה הסתברות גבוהה מאוד שהשזירה הקיימת בקונפיגורציה אחת דומה מאוד לשזירה הקיימת בקונפיגורציה השנייה. לסידור החומר בקונפיגורציה אמורה להיות השפעה מסוימת, אם לא עיקרית, על השזירות הקיימות בה, שבסופו של דבר, יתפתחו באותה קונפיגורציה ועל כן, אם החומר מסודר באופן דומה בשתי קונפיגורציות הרי שתתפתחנה שזירות דומות בשתיהן. אם הקישוריות בין הקונפיגורציות מבוססת על רמת התאימות בשזירות הפנימיות שלהן הרי ששתי קונפיגורציות דומות תהיינה מקושרות יותר אחת לשנייה. ככל שלקונפיגורציה מסוימת יש דימיון גדול יותר בזהות החלקיקים השזורים שבה לשזירה זהה בקונפיגורציות אחרות הרי שהיא יכולה להפוך לרכזת (HUB) של קישוריות ברשת, כלומר, לצומת מקושרת באופן חריג הרבה יותר מאשר קונפיגורציות אחרות וזאת בהתאם לחוק "המנצח לוקח הכל" שאנו מוצאים בעולם הרשתות[v]. אם כך, אנחנו מקבלים תמונה שבה, קבוצות של קונפיגורציות דומות מייצרות ביניהן קישוריות גבוהה באופן משמעותי והולך וגובר, עד שכל אחת מהן הופכת לרכזת ברשת. ככל שהרשת מתפתחת, קונפיגורציות נוספות אשר דומות לקונפיגורציות המקושרות ברכזות הללו יצטרפו ויקבלו כמות עצומה של קישורים לקונפיגורציות אחרות מכיוון שכל קישור, כידוע, המחבר בין שני צמתים מחבר גם בין אוסף הקישורים של כל אחד מהצמתים הללו ולכן, כל קישור נוסף מגדיל באופן אקספוננציאלי את רמת הקישוריות של כל צומת כזו ברשת כולה וגם לצמתים שבשלב הזה אין ביניהן קישור ישיר מכיוון שאין ביניהן תאימות ברמת השזירה. אחרי שהבנו כיצד הרשת גדלה ומתפתחת, אנחנו חייבים לענות על השאלה שבגינה התכנסנו כאן: איך מתוך המבנה הרשתי של הקונפיגורציות נוצר מה שאנו קוראים לו "רצף הזמן"? "קריסת" הקונפיגורציה – התממשות ה"רגע" אם כך, הרשת בכל קונפיגורציה היא אמרגנטית לתהליכי השזירה הקוואנטית המהווים את הקישורים ברשת והם שבונים את המרחב-זמן בתוך הקונפיגורציה. ככל שנוצרת שזירה רבה יותר בקונפיגורציה נוצרים יותר קישורים ויותר מרחב-זמן בקונפיגורציה עצמה. ככל שישנם יותר קישורים בקונפיגורציה נוצרים קישורים רבים יותר בין הקונפיגורציה לקונפיגורציות נוספות בעלות שזירה דומה לזו שנוספה. הקישוריות ההולכת וגדלה של כל קונפיגורציה כזו הופכת בשלב מסוים, קונפיגורציות מסוימות, לכאלו המקושרות באופן משמעותי יותר מקונפיגורציות אחרות בהתאם לתהליך שתארנו של תופעת "המנצח לוקח הכל" הגורם להתפתחות רכזות ברשתות חסרות סקאלה. אני עומד לטעון, שהתהליך הזה של התפתחות רכזות ברשת הקונפיגורציות הוא המקור וההסבר להתממשותה של כל קונפיגורציה במציאות. מה שתיארנו עד עכשיו היא רשת של קונפיגורציות, כלומר, רשת של סידורים סטטיים שכל אחד מהם יכול לשמש כ"רגע" אחד בזמן. כל קונפיגורציה יכולה לשמש כתמונה אחת ברצף התמונות בפילם של היקום. אולם, רשת הקונפיגורציות מדברת על קונפיגורציות בפוטנציה או בסופרפוזיציה. לא כל קונפיגורציה כזו מתממשת במציאות ורצף הזמן שאנו חווים כולל רק חלק קטן מאוד מכל הקונפיגורציות הפוטנציאליות. השאלה היא, מהו התהליך שגורם לקונפיגורציות להתממש במציאות ומדוע רק חלק מהקונפיגורציות מתממשות במציאות ואחרות נשארות פוטנציאליות בלבד? כדי לענות על השאלה הזו, נצטרך לחזור לאחת הפרשנויות לבעיית המדידה המופיעה בתורת הקוואנטים. כזכור, בהמשך לבעיית המדידה והשאלה מדוע משוואת הגל קורסת לתוצאה אחת מתוך אוסף של הסתברויות, קמו מספר פרשנויות שונות לתורת הקוואנטים שמטרתן הייתה להוסיף אלמנטים או הסברים נוספים על מנת להשלים את התמונה ולהוציא ממנה את האלמנט המסתורי וה"קסום" שבתורה הזו. אחת הפרשנויות לתורת הקוואנטים אשר באה לפתור את בעיית המדידה ולענות על השאלה: מדוע אנו לא רואים בעולם המקרוסקופי תופעה של סופרפוזיציה היא הפרשנות של ג'יררדי, רימיני וובר (GRW Theory)[vi]. פרשנות GRW טוענת כי כל חלקיק, בשלב מסוים, קורס באופן ספונטני ממצב של סופרפוזיציה למצב מסוים ומוגדר. תופעת הדה-קוהרנטיות מסבירה מדוע כאשר חלקיק אחד קורס כל החלקיקים סביבו קורסים אף הם ויוצאים ממצב הסופרפוזיציה שלהם. כלומר, כאשר מסתכלים על עצם מקרוסקופי (למשל, שולחן) אנחנו לא רואים אותו בסופרפוזיציה מכיוון שהוא בנוי מאוסף עצום של חלקיקים ולכן, ההסתברות שאחד מהם יקרוס באופן ספונטני ויגרום בכך לכל החלקיקים המרכיבים את העצם הזה לקרוס לעצם מוגדר שאינו בסופרפוזיציה היא גבוהה מאוד וגובלת ב 100%. מכיוון, שכל העצמים שאנו רואים בעולם המקרוסקופי מורכבים ממספר עצום של חלקיקים הרי שההסתברות שנראה עצם מקרוסקופי בסופרפוזיציה היא כל כך נמוכה עד שהדבר הופך להיות בלתי אפשרי. במילים אחרות, GRW מציעה שבשלב מסוים, כל חלקיק יעבור "קריסה" שאינה נגרמת כתוצאה מסיבה מסוימת, אלא, באופן אקראי וספונטני. כאשר זה יקרה הוא יגרום לקריסה של כל החלקיקים שנמצאים בקרבתו ועל כן, כאשר אנו מסתכלים על אובייקט מסוים במציאות שבנוי מכמות עצומה של חלקיקים איננו רואים אותו אף פעם בסופרפוזיציה, אלא, אנו מקבלים אובייקטים ממשיים שקרסו למציאות. כעת, ננסה ליישם את העקרונות של השערת GRW במסגרת תהליך הקריסה להתממשות במציאות של קונפיגורציה מסוימת ברשת היקום. כדי לעשות זאת, נשלב את התפיסה הזו עם התהליך של "מעבר פאזה"[vii] שהכרנו במסגרת תורת הרשתות, אשר מדבר על התפתחות רשת עד שלב שבו היא עוברת רמת סף מסוימת ואז נוצרים בה תכונות ומבנים אמרגנטיים. כלומר, אם נחזור לעולם הקונפיגורציות שלנו ובהתאם לתאוריה של GRW הרי שככל שמתרחשות יותר שזירות קוואנטיות בתוך הקונפיגורציה וכתוצאה מכך, בינה לבין קונפיגורציות אחרות, הרי שנוצרים יותר קישורים ברשת, הקונפיגורציה מגיעה בשלב מסוים לרמת קישוריות העוברת את סף הקריסה של המערכת וקורסת למציאות. בכך אנו משיגים קריסה של קונפיגורציה מסוימת מתוך הסופרפוזיציה של הקונפיגורציות וזאת מבלי להזדקק לצופה-מודד. שלא כמו בפרשנות של GRW, הקריסה של כל קונפיגורציה אינה אקראית וספונטנית, אלא, נובעת כתוצאה מכמות הקישורים שיש לקונפיגורציה מסוימת והפיכתה לרכזת ברשת. ככל שיש יותר שזירה נוצר יותר מרחב-זמן שהופך את הקונפיגורציה מפוטנציאלית בסופרפוזיציה עם שאר הקונפיגורציות למציאותית. כל רגע מחדש, מתוך תהליך סנכרון שנוצר בין הקונפיגורציות ביקום קונפיגורציה מסוימת עוברת רמת סף מסוימת של קישוריות והרשת חווה מעבר פאזה לשלב הבא. כתוצאה מכך, הקונפיגורציה קורסת ומתממשת במציאות בהתאם לכמות השזירה שבה. הסנכרון בין הקונפיגורציות נוצר כתוצאה מהתאמה בין שזירות קוואנטיות המתרחשות בתוך הקונפיגורציה לשזירות זהות הקיימות בקונפיגורציות אחרות. ככל שיש התאמה בשזירה מסוימת בקונפיגורציה עם שזירה זהה בקונפיגורציה אחרת, הן כאמור, יוצרות קישור ביניהן ובכך יוצרות סנכרון חדש בין הקונפיגורציות. ככל שיש לקונפיגורציה מסוימת יותר התאמה לקונפיגורציות אחרות רמת הקישוריות הסיכרונית שלה עולה, היא הופכת לרכזת, אשר בשלב מסוים עוברת את סף הקריסה הנדרש וקונפיגורציה זו מתממשת במציאות. אם כך, כמו שחלקיק המתואר על ידי משוואת הגל של שרדינגר נמצא בסופרפוזיציה עד שהוא נמדד ואז "קורס" למצב יחידי מסוים ומתממש במציאות, כך כל "רגע" בזמן נמצא בסופרפוזיציה עד שהוא בשלב מסוים עובר רמת סף של קישוריות, "קורס" למציאות וגורם למעבר פאזה ברשת כולה. כך, כל רגע ורגע, זו אחר זו, מתממשת קונפיגורציה מסוימת במציאות. רצף הקונפיגורציות המתממשות במציאות הוא כרצף התמונות בפילם של היקום. על כן, רצף התממשות הקונפיגורציות יוצר בעצם, תופעה אמרגנטית שנקראת "זמן". באופן עקרוני, יכול כל רגע להיות רגע שונה מאוד מקודמו. הרי שכל קונפיגורציה שמתממשת במציאות יכולה להיות מאוד שונה מקודמתה ואז, לא היה רצף זמן קוהרנטי בין הרגעים שאנו חווים. במילים אחרות, כל רגע במציאות היה קופץ לסידור חומר שונה במרחב ולחוויה שונה מאוד ממה שנחווה רגע קודם לכן וכל הזיכרונות וההיסטוריה של הקונפיגורציות הקודמות שהתממשו (מה שאנו קוראים לו "עבר") היה נעלם. עולם כזה היה עולם חסר משמעות שבו לא היינו יכולים אפילו להיות מודעים לכך שכל רגע שונה מאוד מקודמו מכיוון שהאינפורמציה על העבר לא הייתה זהה מרגע לרגע. אולם, זה לא העולם שאנו מכירים וחווים ושהיינו רוצים לחיות בו. איך תהליך התממשות הקונפיגורציות במציאות שומר על הקוהרנטיות של רצף הרגעים ומייצר מציאות שבה כל רגע שונה במעט מקודמו וכל רגע מכיל מידע על כל הרגעים הקודמים, מה שיוצר סיפור רציף והגיוני? ראשית נענה על שאלת הקוהרנטיות, כלומר, מדוע כל רגע מתממשת קונפיגורציה ששונה רק במעט מהקונפיגורציה הקודמת ובכך, נוצר בחוויה שלנו רצף אירועים המספר סיפור רציף, הגיוני וקוהרנטי. באנלוגיה, שאנו פונים אליה שוב, מדוע רצף התמונות בפילם הוא רצף של תמונות דומות מאוד המכילות שינויים קלים היוצרים אשליה של רצף סיפורי. התשובה לשאלה זו נעוצה בהתאמה בין השזירות של הקונפיגורציות המתממשות בכל רגע. כפי שתארנו קודם לכן, הקונפיגורציה שמתממשת כל רגע היא זו בעלת רמת הקישוריות הגבוהה ביותר, רמת קישוריות שמעבירה את הקונפיגורציה רמת סף מסוימת שתוצאתה היא "קריסה" למציאות. רמת הקישוריות של הקונפיגורציה קשורה להתאמה בשזירות שבין החלקיקים המרכיבים את הקונפיגורציה לשזירות של הקונפיגורציות המקושרות אליה. ההתאמה בשזירות הקוואנטיות בין הקונפיגורציות מעידה על התאמה בסידור של החומר בין הקונפיגורציות. במילים אחרות, על פי גישת "המנצח לוקח הכל" בתורת הרשתות, ככל שיש התאמה בין השזירה הקיימת בקונפיגורציה מסוימת לקונפיגורציה שקרסה קודם לכן, הרי שהסנכרון ביניהן יהיה הגבוה ביותר וכך, הסיכוי שהיא תתממש במציאות אחריה הופך להיות כמעט ודאי. על כן, אם כל רגע מתממשת במציאות קונפיגורציה כתוצאה מהקישוריות הגבוהה שלה לקונפיגורציות נוספות, כולל לקונפיגורציה הקודמת ובהתאמה, כתוצאה מהתאמת סידור החומר שבה לזה שבקונפיגורציה הקודמת, הרי שיש סבירות גבוהה במיוחד שסידור החומר בין רגע אחד למשנהו יהיה דומה מאוד ועם שינוי קל בלבד. כאשר אנחנו מדברים על כמות עצומה כזו של קישוריות, שזירות קוואנטיות וסידורי חומר, אנחנו מקבלים עולם שמתקדם מרגע לרגע בין קונפיגורציות כמעט זהות ובעלות שינוי קל. בדיוק כמו ברצף התמונות בסרט הנפשה, שכל תמונה כמעט זהה לקודמתה ומכילה רק שינוי קל אשר ניתן להבחין בו רק כאשר אנחנו חווים את רצף התמונות כולן. כך הקונפיגורציות במציאות הן רצף תמונות כמעט זהות ובעלות שינוי קל זה מזה אשר החוויה שלהן ברצף, יוצרת סיפור רציף, עקבי וקוהרנטי. השאלה השנייה שהעלנו קשורה למידע שלנו על העבר ש"עובר" ומצטבר מרגע לרגע. כיצד אנחנו שומרים את האינפורמציה על ההיסטוריה כולה, מראשית הזמן ועד היום, באופן רצוף וכיצד המידע הזה ממשיך להצטבר ולהתפתח בעקבות כל רגע שמתממש. ג'וליאן ברבור יצר לצורך תשובה לשאלה זו, מבנה תאורטי, שהוא יצק למציאות שנקרא "קפסולת זמן". מכיוון, ששמתי לעצמי כמטרה לנסות לבנות תיאור של היקום ללא בנייה של מבנים תאורטיים חדשים אני אנסה להסביר כיצד המידע הזה נצבר וממשיך להצטבר מרגע לרגע. האמת היא, שעל פי ההשערה המתוארת בפרק זה אין צורך בהצטברות של המידע והמעבר שלו מרגע לרגע, אלא, הוא פשוט קיים שם בכל קונפיגורציה. כל תמונה שהיא מכילה מידע על העבר שלה ועל השינוי שקדם לה ושהיא חלק ממנו. דמיינו את עצמכם עומדים ברחוב ובאופן פלאי מוענקת לכם היכולת העל טבעית לעצור את הזמן. אני משוכנע שכל אחד התפלל, לפחות פעם בחיים, שהיכולת הזו תוענק לו. כעת עיצרו את הזמן. אומנם, פעולה זו תגרום מיד לכך שהעולם יהפך לחשוך לחלוטין ואתם תחנקו למוות מכיוון שהאור לא ינוע ומולקולות החמצן לא יגיעו לריאותיכם, אבל בואו נזרום עם הרעיון. תסתכלו מסביבכם, כל התנועה סביבכם נעצרה, אולם, יש בתמונה הזו מספיק מידע כדי שתוכלו לדעת מי מהמכוניות מתקדמת ולאן, אילו הולכי רגל עומדים ואילו נמצאים בתנועה, האם יורד גשם או שהשמש זורחת, האם הרוח נושבת וכו'. ייתכן שתמצאו יומן שיכיל אינפורמציה על עברו של מי שכתב אותו ואולי תמצאו ספר היסטוריה שיספר את כל תולדות האנושות. כלומר, תמונה סטטית יכולה להכיל בקרבה אינסוף מידע על "עברה" של התמונה. האם העובדה שיש מידע כזה מעידה על כך שלתמונה הזו היה "עבר"? ממש לא. ייתכן מאוד, שמי שצייר את התמונה הזו, כלל בציורו את כל המידע הזה וטבע בה את "העבר" הפיקטיבי הזה בציור. גם ספר היסטוריה על כל עמודיו והאותיות המודפסות בו, גם תאי המוח המכילים את הזיכרונות על העבר האישי של כל אחד מאיתנו וגם טביעות הרגליים שלנו בחול מאחורינו, הם בסופו של דבר, סידור או קונפיגורציה מסוימת של החומר ביקום, באופן אשר ניתן להסיק ממנו מידע, אבל אינו מעיד על כך שהיה לתמונה הזו עבר. על כן, העובדה שלכל רגע יש מידע על ה"עבר" והעובדה שכל רגע דומה לרגע הקודם לו יכולה לתת הסבר מדוע יש "רצף" היסטורי בין הרגעים ו"הצטברות" של מידע על העבר. כעת עולה השאלה האחרונה והקשה מכולן. הזכרתי את השאלה הזו עוד קודם והבטחתי לפרט יותר את ההסבר שהועלה בתחילת הפוסט. השאלה היא, כיצד מתפתחות הקונפיגורציות והרשת כולה בעולם נטול זמן? אם המרכיבים הבסיסיים של רשת היקום הם בעצמם נטולי זמן והרשת שנוצרת מהם אף היא נטולת זמן, מהיכן מגיעה חווית הזמן שלנו? או במילים אחרות, מהו הזמן? הגדרת מושג ה"הזמן הרשתי" – "רצף הזמן" אם כך, הגענו לתחנה האחרונה במסע. פגשנו במסע שלנו אינספור מושגים ותפיסות שונות של מושג הזמן. בנינו את הרקע התאורטי, שיאפשר לנו להבין את בעיית הזמן ולבנות מודל משוער חדש. ההשערה שאציע כאן באה מתוך רצון לשלב תפיסות סותרות שליוו אותנו לאורך השנים ומנעו מאיתנו להגיע לתובנה אחת ומאוחדת. התפיסות שברצוני לשלב, הן התפיסה האתרנליסטית, הטוענת שתחושת רצף הזמן שלנו היא אשליה וכל הרגעים קיימים מאז ומעולם יחד עם התפיסה הפרזנטיבית, הגורסת שכל רגע הוא רגע שנוצר מחדש ותחושת רצף הזמן שלנו נובעת מבריאה של היקום בכל רגע מחדש. בנוסף לזה, מטרתי בפוסט זה לנסות ולפתור את השאלה העתיקה, האם הזמן הוא בעל קיום נפרד כישות אונתולוגית בפני עצמה או כתופעה אמרגנטית שנובעת ממשהו בסיסי יותר? עד היום, ניסו הפילוסופים והפיזיקאים שהתמודדו עם שאלת הזמן לקחת צד בדיון ולנסות לקדם אותו לקראת תשובה אחת ומוסכמת. כל צד ניסה, באופן סיזיפי, להוכיח שהזמן תואם את תפיסתו הפילוסופית והפיזיקלית. אלו אשר תמכו בגישה האתרנליסטית נתקלו, בסופו של דבר, במבוי הסתום של הסתירה עם החוויה והאינטואיציה שלנו של זמן "זורם" ושל עולם שהולך ומתחדש מרגע לרגע. אלו אשר תמכו בגישה הפרזנטיבית נתקלו במבוי הסתום של התמונה הפיזיקלית והפילוסופית שתארה עולם שאינו מאפשר להכניס לתיאור שלו את מושג הזמן הדינמי. בהתאם לאנלוגיה שנתתי עוד קודם לכן בספר, בנוגע לניסיונות הסיזיפיים הללו, אין כוונתי לנסות ולגלגל את אחת האבנים הללו במעלה ההר, אבנים אשר גולגלו פעמים רבות כל כך במשך השנים, רק כדי לגלותן שוב למחרת למרגלות ההר. אני אנסה להשאיר את האבן קפואה במרגלות ההר ולהפיח בה חיים. על מנת שאוכל להשלים את התמונה כולה ולסכמה עדיין חסרה לי הפיסה האחרונה בפאזל. הפיסה הזו היא המענה לשאלה הראשונית, כיצד מעולם נטול זמן, כפי שעולה מהתיאור הפיזיקלי והפילוסופי שפגשנו לאורך המסע שלנו ומ"רשת הקונפיגורציות השזורות" שהצעתי בפוסט זה, נוצרת חוויה של עולם הנע בזרימה רצופה מרגע לרגע או בקיצור מהיכן מופיע "רצף הזמן"?. את הפיסה האחרונה הזו של הפאזל מצאתי בניסוי, שתארתי שבוצע בשנת 2013 על ידי צוות פיזיקאים מטורינו[viii], בהמשך להשערה התיאורטית של פייג' וווטרס משנת [ix]1983. נבחנו שתי גרסאות לניסוי. בגרסא אחת נבדקה מערכת קוואנטית, שבה המרכיבים שזורים זה לזה והשעון שזור בתוך המערכת אף הוא ונמדד על ידי צופה פנימי למערכת. בגרסא זו, נצפו הפוטונים כמתפתחים ומשנים את תכונותיהם על ציר הזמן, כלומר, התוצאה היא יקום שיש בו זמן והוא משתנה על ציר הזמן הזה. בגרסא השנייה, נבדקה אותה מערכת קוואנטית שבה המרכיבים שזורים זה בזה, אולם, השעון שבחן את התפתחות המערכת היה חיצוני לה. בגרסא זו, הצופה בעצם בחן את המערכת באמצעות שעון חיצוני והתוצאה הייתה מערכת סטטית ללא שינוי, כלומר, יקום שאינו כולל את ציר הזמן והוא כתמונה קפואה ללא שינוי. המשמעות של תוצאות הניסוי הזה היא שהזמן הוא אמרגנטי בלבד ואינו קיים עבור צופה חיצוני ליקום, אולם, במערכת הקוואנטית השזורה מתהווה הזמן עבור מרכיביה הפנימיים. במילים אחרות, הזמן מתהווה באופן אמרגנטי מתוך תופעת השזירה הקוואנטית. המטרה הייתה להראות ששעון פנימי המוצמד למערכת קוואנטית יתקתק ויעיד על התקדמות והתפתחות של המערכת בזמן שעבור צופה חיצוני אותה מערכת בדיוק תראה כסטטית ללא שום שינוי. ואמנם, אנחנו מקבלים יקום שניתן להסתכל עליו משתי נקודות מבט: מזוית אחת חיצונית ליקום אנחנו רואים יקום קפוא וסטטי. יקום שבו לא ניתן למצוא את "הזמן" ומזוית שנייה, של מי שנמצא בתוך היקום, נוצרת חוויה של תנועה בזמן הנע מרגע לרגע כתוצאה מהשזירה הקוואנטית שבין המרכיבים של היקום ובין המרכיבים הללו לצופה הפנימי החווה את חווית הזמן בתוך היקום. כפי שטענתי קודם לכן בתחילת הפוסט, המשמעות היא ששזירה קוואנטית קודמת באופן אונתולוגי לתופעת הזמן והיא המקור שלו. אני טוען, שזו בדיוק הפיסה החסרה בתיאור הכולל של "רשת הקונפיגורציות השזורות" שהצעתי. רשת הקונפיגורציות, עבור צופה חיצוני המסתכל עליה ואינו מהווה אובייקט שזור בתוכה, מתגלה כעולם סטטי נטול זמן ומעין "יקום גוש" של רשת קונפיגורציות הכוללות את כל הרגעים האפשריים בסופרפוזיציה ומתוארת באמצעות משוואת הגל של ווילר ודה-ויט. עבור צופה פנימי (אנחנו) אשר מהווה חלק מרשת הקונפיגורציות עצמה והוא מרכיב שזור בתוכה ישנה חוויה של זמן אמרגנטי מתוך תהליכי השזירה הקוואנטית. במילים אחרות, כמו שבניסוי של הצוות בטורינו כאשר השעון היה שזור עם שאר מרכיבי המערכת הוא הראה שינוי המעיד על התקדמות זמן כך אנחנו, כמרכיבים של הקונפיגורציה ושזורים בתוכה, חווים שינוי המעיד על התקדמות זמן, אולם, צופה תיאורטי שיחזיק שעון מחוץ לרשת הקונפיגורציות ויביט בה יראה רשת קפואה שאינה משתנה עם הזמן. אם כך, אנחנו מקבלים רשת של קונפיגורציות שכתוצאה משזירות קוואנטיות פנימיות ובין קונפיגורציות גדלה הקישוריות באופן מתמיד וצמתים ברשת עוברים רמות סף ההופכים אותם לרכזות ובכך, גורמים למעבר פאזה של הרשת כולה ו"קריסה" כל רגע מחדש של קונפיגורציה מסוימת למציאות. הרשת כולה נראית מבחוץ כרשת סטטית המתוארת באמצעות משוואת הגל של ווילר-דה וויט, אולם, עבור המרכיבים הפנימיים ברשת נוצר זמן אמרגנטי מתוך השזירה הקוואנטית שביניהם. כעת, ניתן לטעון כנגד התיאור הזה, ש"הזמן" המתואר בו הוא אמרגנטי בדיוק כפי שנטען עד היום אשר סותר את החוויה האישית שלנו של זמן בעל קיום מוחלט ולכן, אנחנו נופלים שוב לאותן תפיסות קודמות וסותרות ואין בתפיסה זו שום דבר חדש. יש בטיעון הזה בסיס של אמת, אבל אני אנסה להסביר מדוע אני חושב שהזמן האמרגנטי שנוצר בהמשך לתמונת העולם שציירתי שונה מהזמן האשלייתי שנבע עד היום מהתיאורים ההיסטוריים בפיזיקה ובפילוסופיה. כדי להבין את ההבדל, אני אבדיל בין שני סוגים של תופעות אמרגנטיות. אני אקרא להן: תופעות אמרגנטיות "מוחשיות" ותופעות אמרגנטיות "מופשטות". שני סוגי התופעות הללו נוצרים מתוך התנהלות של מערכות מורכבות או רשתות חסרות סקאלה, אולם, ניתן להבחין בין תופעות השייכות לסוג הראשון, המוחשי יותר, לבין התופעות המשויכות לסוג השני, המופשט יותר. כדי להבין את ההבחנה הזו נעזר בדוגמאות. התופעות האמרגנטיות "המוחשיות" הן ישויות חדשות שחלקן ממש פיזיקלי שנוצרות מתוך מערכת מורכבת. לדוגמא, מושג ה"חום". "חום" אינו קיים במרכיבים הבסיסייים של היקום. בכל מערכת המורכבת מכמות גדולה של חלקיקים ומולקולות וכתוצאה מתנועתם של המרכיבים הללו אנחנו מקבלים תופעה של טמפרטורה משתנה של המערכת כולה. אם כך "חום" הוא תופעה אמרגנטית של מערכת מורכבת של מולקולות. באופן דומה, "תודעה" היא תופעה אמרגנטית של מערכת מורכבת של נוירונים. לא ניתן למצוא "תודעה" במרכיבים הבסיסיים של המוח. ה"תודעה" היא אמרגנטית לפעילות החשמלית והכימית שבין האוסף העצום של הנוירונים והסינפסות במוח. אם כך, "חום" ו"תודעה" הן תופעות אמרגנטיות מוחשיות מאוד בחוויה שלנו כישויות בעלות קיום נפרד וברור. לעומת זאת, ניתן למצוא תופעות אמרגטיות הנוצרות מתוך מערכות מורכבות שאינן מוחשיות ואינן נתפסות כישויות בעלות קיום בפני עצמן, אלא, ניתן להגדירן כ"מופשטות" בלבד. דוגמאות לתופעות אמרגנטיות מן הסוג השני הן מגמות של עליות וירידות בבורסת המניות, שניתן לזהותן בהמשך לאינטראקציה של קנייה ומכירה בין פרטים רבים בשוק ההון או מגיפה ויראלית שהיא מושג מופשט שאנו מעניקים למבנה התפשטות והידבקות במחלה של פרטים באופן גאוגרפי. "מגיפה" היא תופעה בעלת קיום מופשט ולא מוחשי בפני עצמו. כל מי שנגע בסיר רותח, יודע להבחין בין מושג ה"חום" לבין תופעה של קריסה של שוק מניות או מגיפה ויראלית. אפילו אם סבלנו מקריסת השוק או מהדבקות במחלה עדיין איננו יכולים לזהות באופן מוחשי את ההבדל בין המחלה שלנו או ההפסד הכספי האישי לבין ה"מגיפה" או "קריסת השוק" מעבר לחוויה שלנו כפרט בתוך המערכת. אני חושב שברור לכל אחד ההבדל בחוויה האינטואיטיבית של מהו "חום" או "תודעה" לעומת מהי "מגיפה" או "מגמה כלכלית". אני טוען ש"הזמן" האמרגנטי המתואר בתמונת העולם של "רשת הקונפיגורציות השזורות" הוא תופעה אמרגנטית הנובעת מתוך תיאור פיזיקלי של רשת מורכבת ומתוך תהליכי השזירה הקוואנטית ולכן ה"זמן" הזה הוא תופעה אמרגנטית מוחשית כמו "חום" או " תודעה" ואינו דומה ל"זמן" האמרגנטי והאשלייתי אשר נבע מתוך תיאורים פילוסופיים או פיזיקליים קודמים. עד עכשיו בתיאוריות השונות, עלתה הטענה שהזמן הוא אמרגנטי מבלי להסביר את תהליך ההתהוות שלו. זו הפעם הראשונה שבה ניתן הסבר פיזיקלי, אפילו אם תיאורטי בשלב זה, לאמרגנטיות של מושג הזמן. נקודות למחשבה לסיום הפוסט הזה, אני רוצה להעלות מספר נקודות מעניינות שנתקלנו בהן במהלך המסע שלנו ולדעתי ניתן להתחיל למצוא להן פתרון במסגרת ההשערה שהצעתי בפוסט זה. הרעיונות שאעלה פה ראשוניים מאוד ומטרתם לעודד מחשבה ומחקר נוסף שיכול להוביל לגיבוש השערות שלמות יותר. ראשית, אחת השאלות הגדולות בעולם המיקרוסקופי ונובע מתורת הקוואנטים ומתופעת השזירה הקוואנטית היא העדר הלוקליות בעולם. כזכור לכם, אחת הבעיות הגדולות עם פרדוקס EPR וההשלכות של מושג השזירה הקוואנטית היא הטענה ששזירה קוואנטית גורמת למידע לעבור בין נקודות שונות במרחב מעל למהירות האור ולכן סותרת את ההנחה היסודית של תורת היחסות בדבר המהירות הקבועה של האור ואת הנחת הלוקליות בעולם. אני טוען שכל הדיון הזה מוטעה מיסודו. בהמשך להשערת "רשת הקונפיגורציות השזורות" אנחנו מסיקים שהשזירה הקוואנטית היא קודמת אונתולוגית למושג הזמן. אם השזירה הקוואנטית קודמת לזמן והיא המקור להתהוות שלו הרי שלא ניתן לנהל דיון על השזירה הקוואנטית במונחים של זמן. מהירות האור והנחת הלוקליות הם מושגים הכוללים את הזמן. מהירות כמובן כוללת בתוכה את מרכיב הזמן ולוקליות היא בעצם ההבנה שאובייקטים שונים יכולים להשפיע זה על זה במרחב ועל ציר הזמן. על כן, מכיוון ששזירה קוואנטית קודמת לזמן הרי שאין זה מפתיע שכל ניסיון להחיל את המושגים הכוללים בתוכם את מושג הזמן (כגון מהירות האור ולוקליות) על שזירה קוואנטית היא מתכון לפרדוקסים. שני חלקיקים שזורים אינם משפיעים זה על זה במרחב ובזמן, אלא, הם חלק מישות אחת הקודמת לזמן. פרדוקס נוסף, שניתן לדעתי להעזר בהשערת "רשת הקונפיגורציות השזורות" כדי לפתור אותו, הוא פרדוקס הסבא הידוע בנוגע למסע בזמן. פרדוקס זה שמדבר על האפשרות לחזור בזמן ולרצוח את מי שאחראי להולדתך ובכך למנוע את קיומך ואת האפשרות לחזור בזמן ולרצוח אותו על מנת שאתה תוכל שוב לחזור לחיים וכך בלולאה אינסופית. אין כוונתי פה להביע את דעתי בנוגע לאפשרות לחזור בזמן, אלא, לפתרון הפרדוקס הזה. אם אנו נעים לעתיד על ידי טיסה מהירה וחזרה לכדור הארץ אנחנו לא מוצאים את ה"אני" העתידי שלנו מחכה לנו, אלא, אנו מוצאים את עצמנו בקונפיגורציה עתידית. באותה מידה כאשר אנו מסתכלים על כל הרגעים בעבר כקונפיגורציות שהתממשו במציאות אנחנו פשוט נמצא את עצמנו כפי שהיינו באותה קונפיגורציה, ללא המידע והזכרון של הקונפיגורציות העתידיות ולכן אין שום משמעות למעבר אחורה בזמן. בנוסף, אם הקונפיגורציות בעבר התממשו בהתאם להסתברויות מסוימות ומכיוון שכל רגע בעבר התממש משום שההסתברות שלו להתממש היא כמעט מוחלטת הרי שגם אם תהיה אפשרות למישהו מאיתנו לחזור בזמן לקונפיגורציה ב"עבר" הוא פשוט ימצא את עצמו באותה קונפיגורציה בדיוק וזה מסביר את פרדוקס הסבא בחזרה בזמן. לא משנה באיזה אירוע תבחר בעבר כמעט תמיד מה שיתממש במציאות הוא הרכזת: האירוע בעל הקישורים הרבים ביותר. הסיכוי שהאירוע בו בחרת בחזרה בזמן מקושר לרכזת ולכן, בסופו של דבר, יוביל למימוש של אותו עתיד בדיוק. הקונפיגורציה בה אתם רוצחים את הסבא שלכם היא קונפיגורציה בעלת הסתברות נמוכה יותר כנראה ולכן לא תתממש גם אם "תחזרו" בזמן. מה בנוגע לתופעות המוזרות שנחשפנו אליהן במסגרת תורת הקוואנטים? האם יש בהשערת "הקונפיגורציות השזורות" כדי לתת מענה לחידות הללו? קשה לומר בוודאות, אולם, יש בגישה זו משום נקודת מבט נוספת חדשה שאולי יכולה להאיר חלק מהמיסתורין החבוי. כאשר אנו מסתכלים שוב על תופעות כגון דואליות חלקיק/גל ובעיית המדידה נוכל לבחון אותן שוב מנקודת מבט של התממשות "רגעים" מסוימים במציאות כתוצאה ממדידה והאינפורמציה שאנו מגלים בהמשך ל"קריסה" של הרגע הזה דווקא למציאות. אני מעלה את האפשרות שהתופעות שאנו רואים במדידה של מערכת קוואנטית, כמו למשל בניסוי שני החריצים, הן הביטוי הבסיסי ביותר לכך שכל רגע מתממשת קונפיגורציה מסוימת והיא כוללת את האינפורמציה ה"עברית" הרלוונטית לאותה קונפיגורציה שהתממשה. במילים אחרות, אם מדדנו את האובייקט באופן מסוים (כחלקיק או כגל), אזי, האינפורמציה המופיעה בקונפיגורציה מתייחסת לאובייקט הנמדד כבעל תכונות בהתאם לאופן המסוים שבוצעה המדידה משום שזו האינפורמציה הטבועה בקונפיגורציה הזו ובקונפיגורציות העוקבות לה בהמשך לאופן המסוים הזה. ניסוי הבחירה המושהית הוא דוגמא טובה. העובדה שאנו מודדים את האובייקט באופן מסוים אינה באמת משפיעה על עברו של האובייקט "בדיעבד", אלא, גורמת בעקבות השזירה הנוצרת במסגרתה לקונפיגורציה מסוימת להתממש במציאות וקונפיגורציה זו כוללת את העבר של האובייקט בהתאם לאופן בו הוא נמדד. בגישה זו בעיית המדידה אינה נובעת מהשפעה של המדידה על המציאות, אלא, מכך שהמציאות הכוללת היא מערך של סידור החומר בהווה ובעבר שבא יחד כמערכת אחת אשר מציגה תמונה מסוימת המתאימה למערך כולו. ניתן לדעתי, לתקוף שאלות נוספות רבות, באמצעות התובנות הנובעות מהשערת "רשת הקונפיגורציות השזורות", כגון, מושגי האנרגיה והמסה האפלה והשאלה מדוע אלקטרון קופץ בין רמת אנרגיה אחת לשניה סביב הגרעין, אולם, אשאיר משהו גם להמשך... [i] Julian Barbour, The End of Time: The Next Revolution in Physics, Oxford, 1999 [ii] Leonard Susskind, "ER=EPR but entanglement is not enough", Stanford University 4/6/2015 https://www.youtube.com/watch?v=IuY4RMehdP8 [iii] Mark Van Raamsdonk, "Building up spacetime with quantum entanglement", May 2010 http://arxiv.org/abs/1005.3035 [iv] Juan Maldacena, "Entanglement and the Geometry of Spacetime" [iv] https://www.ias.edu/about/publications/ias-letter/articles/2013-fall/maldacena-entanglement [v] אלברט-לסלו ברבאשי, קישורים: המדע החדש של רשתות, ספרי חמד, 2004 [vi] יואב בן דב, תורת הקוונטים: מציאות ומסתורין, דביר, 1997 [vii] Strogatz, S. Sync: How order emerges from Chaos in the Universe, Nature and Daily Life. New York: Hyperion, 2004 [viii] http://www.newscientist.com/article/dn24473-entangled-toy-universe-shows-time-may-be-an-illusion.html#.VPHOkvmUcWI [ix] Page, D. and Wootters, W. (1983). Phys. Rev. D27, 2885.

חץ הזמן - מעבר לעתיד ובחזרה

מדוע כל זה נשמע ונראה לנו מוזר? מדוע הסצינה, בה המים חוזרים למקומם והסכר נבנה מחדש מהריסותיו, היא תיאור דימיוני שמתאים לסרטי ספורמן, אבל לא לחיים האמיתיים? התשובה לשאלות הללו עומדת להפתיע אתכם. הבעיה היא לא בחוקי הפיזיקה, האירוע הזה בהחלט יכול לקרות מבחינה פיזיקלית, רק שהסיכויים שלו נמוכים. כל כך נמוכים שזה פשוט לא יקרה. (אני כמובן לא מתייחס להפיכת תנועתו של כדור הארץ. תנועתו ההפוכה של כדור הארץ, לא תשפיע, כהוא זה, על כיוון תנועת הזמן מהעבר לעתיד).[i] כדי להבין את התשובה הזו ומה משמעותה מבחינת חיי היומיום שלנו, צריך לחזור קצת אחורה ולדון בשאלה הכי מוכרת בנוגע למושג הזמן – חידת חץ הזמן. לשמחתי, אני יכול לבשר לכם, שלפחות לגבי החידה הזו, יש היום תשובה די טובה. חידת חץ הזמן, פשוטה להסבר: החוויה שלנו את העולם היא חד כיוונית. רוב התהליכים שאנו רואים ביקום, נראים בלתי הפיכים וכל ניסיון להפוך אותם, הופך את האירוע לחסר הגיון. קחו כל סרט שאתם מכירים ותקרינו אותו לאחור. באותו רגע הוא הופך לקומדיה. מעולם, לא ראיתם בחיים האמיתיים, אדם קופץ מן המים ונעמד על רגליו בקצה הבריכה. מעולם, לא ראיתם ביצה שבורה על הרצפה, מתאחדת עם חלקיה וקופצת חזרה לתבנית שלמה לחלוטין. מעולם, לא ערבבתם את כוס הקפה שלכם ובאופן פלאי, החלב נפרד מן המים ומגרגרי הקפה לשלוש שכבות אחידות ונבדלות. אבל מדוע זה לא קורה? מדוע לכל האירועים בעולם יש חץ זמן ברור מהעבר לעתיד ואנחנו לא רואים תהליכים, שמשמעותם, הפיכות של חץ הזמן? התשובה הראשונה שלכם תהיה: זה לא הגיוני. ייתכן, אבל כבר ראינו בעולם תהליכים שאינם הגיוניים או אינטואיטיביים וזה אף פעם לא טיעון מספיק משכנע ובודאי שאינו משכנע מבחינה מדעית. התשובה הבאה תהיה: זה לא קורה, מכיוון שפיזית זה לא אפשרי. ובכן, פה אני אפתיע אתכם. מבחינת חוקי הפיזיקה, אף אחד מהתהליכים שתיארתי אינו בלתי אפשרי. אם מסתכלים על המתמטיקה והתיאור הפיזיקלי של האירועים הללו, ניתן להפוך אותם בזמן והם עדיין יעמדו בתחזיות הפיזיקה והמתמטיקה. הסיבה היא, שחוקי הפיזיקה הם סימטריים בזמן. כל תהליך כזה, הוא אפשרי מבחינה פיזיקלית ואין זה משנה לאיזה כיוון בזמן אנו מריצים אותו. קחו דוגמא פשוטה יותר, שאולי ההפיכות שלה בזמן תראה יותר הגיונית: כדור ביליארד לבן, נע על המשטח ופוגע בכדור השחור ומעיף אותו קדימה. כעת תריצו את הסרט אחורה, הכדור השחור מתקדם לכדור הלבן ומעיף אותו לכיוון השני. נראה הגיוני לחלוטין בשני כיווני הזמן. באותה מידה, אם נעמיד תבנית של קוביות קרח על השיש במטבח, נראה, לאט לאט, שהן תהפוכנה לשלוליות מים קטנות. אולם, אם הטמפרטורה בחדר תרד באופן דרסטי, נראה את שלוליות המים קופאות לאט לאט והופכות חזרה לקוביות קרח מושלמות. שתי הסצינות הללו, תראינה לנו הגיוניות ולא נוכל להבדיל ביניהן. באותו אופן, שאר התהליכים הפיזיקליים הם אפשריים, אבל פשוט לא נראים לנו הגיוניים, משום שהם סותרים את החוויה היומיומית שלנו בזמן. אבל כעת נשאלת השאלה: אם הפיזיקה אינה מונעת מתהליכים כאלה להתרחש, מדוע הם אינם מתרחשים? מדוע חץ הזמן הוא מאוד חד משמעי בעולם ותמיד אירועים נראים הגיוניים, רק בכיוון אחד של הזמן ולא בכיוון ההפוך? בסופו של דבר, התשובה לשאלה זו נמצאת במושג הטמפרטורה או במושג החום. אם נבין, מדוע באופן רגיל טמפרטורה גבוהה נוטה לרדת לשיווי משקל ותהליך הפוך, שבו, באופן ספונטני, מתרחשת עליה בטמפרטורה, אינו קורה בפועל, נבין את התשובה לחידת חץ הזמן. עד אמצע המאה ה-19, החום הוסבר על ידי מושג שנקרא "קלוריק". קלוריק היה נוזל צמיגי, בלתי נראה, שעובר ממקום למקום וכפי שמים, נוטים לנזול ממקומות גבוהים לנמוכים, כך נוזל הקלוריק, נוטה לרדת מאזורים של טמפרטורה גבוהה לטמפרטורה נמוכה. במהלך אותה מאה, התחילה תפיסה חדשה, שגרסה, כי תנועה של מרכיבי החומר, היא שגורמת לתופעת החום ובכך התבססה התרמודינמיקה כענף בפיזיקה, המסביר באופן המוצלח ביותר את תופעת שינויי הטמפרטורות. אחד החוקים הבסיסיים ביותר בעולם, שהמשמעות שלו על חיינו היא הגדולה ביותר, מגיע מהתרמודינמיקה והוא מסביר, לדוגמא, מדוע אנו מזדקנים ומתים בסופו של דבר (מספיק חשוב, לא?). החוק הזה הוא החוק השני של התרמודינמיקה אשר טוען כי בכל מערכת סגורה, אי הסדר רק ילך ויגדל. אי סדר, מוגדר על ידי מושג "האנתרופיה". אנתרופיה גבוהה מעידה על כך שיש הרבה אי סדר ואנתרופיה נמוכה, מעידה על כך, שיש מעט אי סדר או שהמערכת היא יחסית מסודרת. על פי "החוק השני", בכל מערכת סגורה, האנתרופיה תמיד תגדל. למשל בחדר שלכם, כאשר יש סדר בימים הראשונים של החורף וכל הבגדים מקופלים יפה במדפים אשר בארון, הרי שיש מעט אי סדר ולכן האנתרופיה נמוכה בחדר. לאורך הזמן, הארון מתבלגן, הקיפול כבר אינו כפי שהיה וחלק מן הבגדים, בכלל מפוזר בכל המרחב של החדר, הרי שיש אי סדר גבוה יותר ולכן האנתרופיה של החדר גבוהה. כלומר, כאשר דברים מפוזרים יותר ופחות מסודרים במקום ספציפי, האנתרופיה גבוהה יותר. כל חדר שלא תושקע אנרגיה בסידורו, בסופו של דבר, יעבור ממצב של אנתרופיה נמוכה (חדר מסודר) למצב של אנתרופיה גבוהה (חדר מבולגן). זהו החוק השני של התרמודינמיקה והוא תקף לכל התהליכים המוכרים לנו. עכשיו, אולי תטענו שיש מערכות שאינן עוברות ממצב של סדר למצב של אי סדר, אלא, שנוצר בהן סדר לאורך זמן. לדוגמא, גוף האדם מתפתח למצב יותר ויותר מסודר בשלבי ההתפתחות הראשוניים שלו ונוצר בו סדר באופן שוטף. התשובה הפשוטה, לשאלה מדוע גוף האדם סותר, כביכול, את החוק השני של התרמודינמיקה, היא העובדה, שמושקע בגוף האדם אנרגיה מחוץ למערכת. החוק השני של התרמודינמיקה מדבר על מערכת סגורה. כלומר, כדי שמערכת תיצור סדר מאי סדר, היא חייבת להיות מערכת שפתוחה לתהליכים חיצוניים לה וחייבת להיות מושקעת בה אנרגיה מבחוץ. במקרה של גוף האדם, האנרגיה, המגיעה מן השמש ומהאוכל שמוכנס לגוף, מאפשרת למערכת ליצור סדר מאי סדר. במקרה זה אם נסתכל על גוף האדם, יחד עם השמש והמזון שלנו, נבחן את המערך הכולל הזה, כמערכת סגורה אחת, הרי שמערכת סגורה זו, בסופו של דבר, עוברת באופן כולל, גם כן, מאנתרופיה נמוכה לגבוהה. וזאת, משום שהשמש מאבדת אנרגיה, וייצור המזון ועיכולו, יוצר אי סדר גדול יותר במערכת כולה. אבל אם נבודד את גוף האדם מהסביבה שלו ונסתכל עליו שוב כמערכת סגורה, כתוצאה מתהליך הגידול באנתרופיה של הגוף עצמו, הוא יהפוך ממערכת מסודרת למערכת חסרת סדר ובסופו של דבר, חסרת חיים. במילים אחרות, כל מערכת סגורה חייבת לעבור מאנתרופיה נמוכה לאנתרופיה גבוהה. זהו אחד החוקים החזקים ביותר בטבע. מי שעדיין מטיל בכך ספק, יכול למצוא חיזוק לתחושותיו בפוסטים בנושא תורת המורכבות. מכיוון שעל פי החוק השני של התרמודינמיקה, יש תהליך חד משמעי של מעבר מסדר לאי סדר על ציר הזמן, הרי שהוא חוק יוצא דופן בפיזיקה, משום שהוא אינו סימטרי בזמן. כלומר, לעומת שאר חוקי הפיזיקה, שהם הפיכים בזמן והם אינם מאבדים ממשמעותם כאשר אנחנו הופכים את כיוון הזמן, הרי שהחוק השני הוא חוק בעל משמעות מיוחדת, משום שאם הופכים את כיוון הזמן, בתהליכים המוגדרים על ידו, מאבדים את היכולת לתאר את המציאות כפי שהיא. ולכן, החלו לחקור אותו, מתוך רצון להבין, האם הוא מהווה את ההסבר, לעובדה, שחץ הזמן נע רק בכיוון אחד. הזמן הסטטיסטי – לודוויג בולצמן הדמות המשמעותית ביותר בתהליך הבנת חץ הזמן ובניית ההסבר לחידה עתיקה זו, היה לודוויג בולצמן. בולצמן היה דמות טראגית בהיסטוריה של המדע המודרני ונלחם על רעיונותיו במשך שנים רבות, בקהילה האקדמית של אירופה, מול מתנגדים רבים. בסופו של דבר, שם קץ לחייו בתחילת המאה ה-20, רגע לפני שהתאוריה האטומית שלו שעמדה במתקפות רבות, הוכחה מעל לכל ספק. על קברו חקוקה עד היום הנוסחה שלו למציאת האנתרופיה של המערכת. בולצמן הסתכל על החוק השני של התרמודינמיקה וניסה להסביר מדוע אנחנו רואים חץ זמן ברור ותמיד מערכות סגורות בטבע עולות ברמת האנתרופיה שלהן. הפתרון של בולצמן הוא גאוני, לא רק משום שהוא הסביר את התופעה הפיזיקלית שאנו רואים, אלא, משום שהוא היה הסבר פשוט מאוד. חלק גדול מהמהלכים הגאוניים של ענקי המדע בכל תקופת האנושות, נבעו לא רק מן היכולת למצוא את הסבר חדש ומוצלח, אלא, גם מתוך היכולת לנסח אותו בפשטות ובבהירות. בולצמן התבסס בתיאורו, על התורה הקינטית של הגזים. תפיסה זו טוענת, שהגז מורכב מכמות עצומה של חלקיקים או מולקולות, אשר נמצאות בתנועה מתמדת. אם נסתכל על גז בתוך מיכל סגור, נראה אוסף עצום של מולקולות אשר נעות ומתנגשות זו בזו. ההתנגשויות ביניהן, מעבירות חלק מהתנועה אחת לשניה ומשנות את כיוון תנועתן. כמו בשולחן ביליארד, שבו נעים כל הכדורים ומתנגשים זה בזה ובסופו של דבר, יש פיזור די אחיד של הכדורים על השולחן, כך חלקיקי הגז, מתנהגים באותו האופן. אזורים חמים בענן הגז, הם אזורים בהם המולקולות נעות במהירות גבוהה ואזורים בעלי טמפרטורה נמוכה, הם אזורים בהם המולקולות נעות במהירות נמוכה. במילים אחרות, מה שאתם חווים כ"חום" הוא בסופו של דבר, מהירות התנועה של החלקיקים של החומר, אותו אתם מודדים. אם נחמם אזור מסוים של הגז, המולקולות באזור החם הזה, ינועו מהר יותר, לעומת, האזורים הקרים יותר של הגז. אזור חם כזה, הוא מצב מסודר של הגז (אנתרופיה נמוכה), מכיוון שבמצב זה, המולקולות המהירות נמצאות באזור מסוים וקטן בכלי ובנפרד משאר המולקולות. עם הזמן, מה שיקרה הוא, אותו תהליך שקורה כאשר אנחנו מתחילים במשחק הביליארד, בסידור הכדורים במשולש בשטח מסוים של המשטח ואז נותנים מכה עם הכדור הלבן. הכדורים המסודרים, אשר נמצאים באנתרופיה נמוכה, מתנגשים זה בזה ומתפזרים באופן אחיד בשולחן. באופן דומה, במיכל הגז, המולקולות המהירות המסודרות באזור מסוים במיכל, תתנגשנה בשכנותיהן האיטיות יותר ולאט לאט, כלל המולקולות במיכל יתייצבו על אותה המהירות. כלומר, האזור החם, לאט לאט, יחזור לשיווי המשקל בטמפרטורת החדר כשל שאר המולקולות במיכל. זהו תהליך טבעי, שבו אזור חם, ללא התערבות חיצונית, תמיד ילך ויאבד מחומו לקראת שיווי משקל תרמי. זה ההסבר הפיזי של החוק השני של התרמודינמיקה לתהליך הזה. אם כך, מה שקורה בפועל בתהליכים בטבע, הוא שחלקיקים או מולקולות במצב מסודר (אנתרופיה נמוכה) עוברים בעקבות תנועה והתנגשויות ביניהן, למצב מפוזר יותר ובעל אי סדר גדול יותר (אנתרופיה גבוהה). אולם, עולה השאלה, מדוע אנו רואים בטבע רק מעבר ממצבים מסודרים למצבים חסרי סדר ומדוע אנחנו לא רואים מפעם לפעם, גז שמתחמם מעצמו או כוס קפה שערבוב שלה יפריד בין המולקולות של החלב והקפה או ביצה שהחלמון והחלבון שלה מתחברים למצב ההתחלתי שלהם? מדוע חץ הזמן הוא כל כך מובהק ומדוע לעולם איננו רואים מצב הפוך, שהוא אפשרי לחלוטין על פי ההסבר הקינטי שראינו. שהרי, ייתכן שההתנגשויות בין המולקולות, תגרום למצב שבו, באופן אקראי, יתרכזו מולקולות מהירות באזור מסוים ובכך תעלה הטמפרטורה רק באזור זה, אולם, זה לעולם לא קורה. את ההסבר לסוגיה הזו מצא בולצמן באופן פשוט ומעורר הערכה ובכך, פיתח את תורת המכניקה הסטטיסטית. בולצמן טוען, שכל מצב של הגז במיכל הוא סידור מסוים של החלקיקים במיכל. ישנם סידורים, בהם החלקיקים כולם מרוכזים בפינה אחת של המיכל וישנם סידורים, בהם החלקיקים מפוזרים באופן אחיד במיכל כולו. ישנן אפשרויות שונות, שבהם החלקיקים מסודרים בצורה מסוימת במיכל וכל סידור ניתן להגדירו כבעל אנתרופיה נמוכה או גבוהה. סידורים, בהם כל חלקיקי הגז מרוכזים באזור מסוים, הם בעלי אנתרופיה נמוכה וההפך. ישנה כמות עצומה של אפשרויות לסידורים שונים במיכל. מדוע אנחנו נראה תמיד רק את האפשרויות בהן האנתרופיה גבוהה יותר? רק משום שהסיכויים לכך גבוהים, באופן משמעותי, מאשר הסיכויים למצוא סידורים בעלי אנתרופיה נמוכה. ניקח שני מקרים קיצוניים: מקרה ראשון בו החלקיקים של הגז מסודרים בצורת פירמידה בפינת המיכל. לסידור כזה יש מספר מוגבל של אפשרויות סידור של החלקיקים. המקרה השני, הוא מצב בו החלקיקים מפוזרים במיכל כולו. לסידור הזה יש כמות עצומה של אפשרויות סידור של החלקיקים במיכל אשר גבוהה משמעותית ממספר האפשרויות של המקרה הראשון. כאשר אנחנו מדברים על גופים בטבע, הכוללים מספרים אסטרונומיים של חלקיקים, ההבדל בין כמות האפשרויות ולכן בין הסיכויים שכל סידור כזה יקרה בפועל, הוא כל כך גדול שהופך להיות פשוט בלתי אפשרי בפועל, למצוא את הגז במצב של סידור גבוה (למשל בצורה של פירמידה בפינה), אם לא נעשתה פעולה אקטיבית להביא אותו לשם. לכן, כל מערכת סגורה של חלקיקים, תמיד תעבור למצב של אנתרופיה גבוהה משום שהסיכויים שזה יקרה שואפים ל 100%. אנלוגיה נוספת להבנת נושא הסבירויות היא קוביה הונגרית. בקוביה הונגרית יש כמות עצומה של אפשרויות, שבהן היא אינה מסודרת, ליתר דיוק יש 43,252,003,274,489,856,000 אפשרויות כאלה. לעומת זאת, יש רק אפשרות אחת, בה הקוביה מסודרת. עכשיו, תחשבו מה הסיכוי שבאופן אקראי, תגיעו במספר מהלכים, לסידור היחיד הנכון של הקוביה. כמעט אפס. עכשיו תקחו אובייקט בעולם שמורכב ממספר אסטרונומי של חלקיקים ותחשבו מה הסבירות שהם יסתדרו דווקא במבנה מסודר יחסית. התשובה היא אפס! הסיבה שהעברתי אתכם את הסיפור "המרתק" הזה על סידורים של חלקיקים במיכל גז, היא, שיש לכך משמעות מאוד מעניינת לגבי היומיום שלנו. הסיבה היחידה שאתם רואים תהליכים כל יום כפי שאתם רואים אותם, היא סטטיסטית בלבד ולא מדובר בחוק טבע כמו שאר חוקי הטבע. במילים אחרות, הסיבה שאתם רואים תמיד חלב נשפך על הרצפה ולא חלב חוזר לבקבוק והסיבה שתמיד מים שחיממתם יהפכו לפושרים ושאתם תמיד תלכו ותזדקנו עד יום מותכם, היא עניין הסתברותי בלבד - הסיכוי שיקרה ההפך הוא פשוט קטן מאוד באופן קיצוני, אבל באופן עקרוני ותאורטי מאוד, לא בלתי אפשרי לחלוטין. חוזרים להתחלה – השערת העבר ורב-יקומים אחרי שהבנו שחץ הזמן הוא סטטיסטי בלבד, עולה עדיין שאלה מאוד מעניינת. אם הסיכויים למצוא את החומר בטבע בסידורים מסויימים הרבה יותר גבוהים, מאשר בסידורים אחרים, כיצד יתכן שאנחנו רואים תמיד את החומר בעבר באנתרופיה נמוכה שהולכת ועולה עם המעבר לעתיד? אם הסיכויים של סידורים מסוימים גבוהה משמעותית, היינו אמורים לראות את הסידורים האלו גם בעבר באנתרופיה גבוהה או במילים אחרות, מדוע היקום נמצא בעבר באנתרופיה נמוכה אם הסיכוי שזה יקרה כל כך נמוך? אם כך, ההסבר הסטטיסטי, מסביר מדוע תהליכים עוברים ממצב מסוים לאחר, אבל הוא לא מסביר מדוע חץ הזמן שאנו חווים ביקום שלנו, הוא כזה. מדוע ביקום שלנו יש תהליך של מעבר מאנתרופיה נמוכה לגבוהה ומדוע מראש האנתרופיה לא גבוהה? הדיון, שנעשה במהלך השנים, בשאלה מדוע האנתרופיה כל הזמן עולה, הוא דיון שלא שואל את השאלה הנכונה. ההבנה שהתרמודינמיקה היא סטטיסטית, מוכיחה, כי דווקא מצבים של אנתרופיה גבוהה הם המצבים השכיחים והטבעיים יותר, משום שההסתברות שיקרו היא הגבוהה ביותר ולכן לא צריך לשאול, מדוע האנתרופיה עולה בכיוון העתיד ולא בכיוון העבר, אלא, צריך לשאול מדוע מלכתחילה, אנחנו נמצאים בתקופה שבה האנתרופיה נמוכה?[ii] הניסיון לתת תשובה לשאלה זו, העלה תאוריות שונות ומשונות על היקום ועלינו כצורת חיים שהתפתחה באופן שמאפשר לנו לשאול שאלות על היקום. התשובה הפשוטה, לשאלה הזו, מבוססת על "העקרון האנתרופי". פה אין הכוונה לאנתרופיה בה אנו דנים, אלא, למושג בעל שם זהה, שמקורו במילה היוונית "אנתרופוס" – אדם. העקרון האנתרופי, אומר, שהסיבה שהיקום שאנו רואים הוא בעל חוקים מסוימים, מקורה, בעובדה שרק יקום כזה מאפשר התפתחות של חיים ותבונה שתאפשר לשאול את השאלה מדוע היקום הוא כזה. כלומר, אם היקום היה אחרת בכל פרמטר שהוא, לא הייתה מתאפשרת התפתחות של חיים תבוניים ולכן כל שאלה מדוע היקום לא נראה אחרת נענית בתשובה שאחרת לא היינו כאן לשאול את השאלה הזו. העקרון הזה הוא בעייתי, מכיוון שהווא פוטר אותנו מלהמשיך ולחקור שאלות שאין לנו עליהן עדיין תשובה. אולם, במקרה של החוק השני של התרמודינמיקה, ניתן לטעון שהעובדה שהיקום נמצא במצב של אנתרופיה נמוכה יחסית, היא שמאפשרת התפתחות של חיים ולכן, השאלה מדוע היקום נמצא במצב כזה אינה רלוונטית, אחרת לא היינו כאן לשאול אותה. למרות שטיעון זה קנה לא מעט אוהדים, עדיין ניסו רבים למצוא את התשובה הפיזיקלית לשאלה הזו. בולצמן בעצמו, שם לב לבעייתיות של המצב הייחודי בו היקום שלנו נמצא ולכן, הציע תשובה בעצמו. לטענתו, ייתכן מאוד, שבאמת, היקום שלנו באופן רגיל נמצא במצב של אנתרופיה גבוהה ובשיווי משקל שאינו מאפשר התפתחות צורות מורכבות וחיים, אולם, מעצם העובדה, שסטטיסטית, זה אפשרי ובהמשך לידיעה שהיקום קיים כל כך הרבה זמן, הרי שייתכן שאנחנו נמצאים בתקופה ייחודית בחיי היקום, שבה תנודה מסוימת גרמה ליקום להיות במצב חריג של אנתרופיה נמוכה. הסיבה שאנחנו קיימים דווקא בזמן החריג הזה בתולדות היקום, הוא העקרון האנתרופי, כי, שוב, אחרת לא היה מתאפשר לנו להתפתח ולדון בסוגיה. ההצעה הזו של בולצמן, היא מעניינת בעיקר עקב כך, שבולצמן לא הכיר את תורת היחסות, תורת הקוואנטים ותאוריית המפץ הגדול ועקב העובדה, שהשערה לגבי תנודות אקראיות כאלה במצב היקום, יכולה לקבל חיזוק משמעותי, דווקא מתורת הקוואנטים. ההתנגדות להצעתו של בולצמן, יכולה להגיע משני מקורות: ראשית, אנחנו יודעים היום, שהיקום קיים כ 14 מליארד שנים, תקופת זמן, שהסתברותית אינה מאפשרת תנודה כל כך קיצונית וחריגה במצב היקום (לא מאפשרת מבחינה סטטיסטית ולא מבחינה עקרונית), כלומר, הסיכוי שבתקופת זמן קצרה יחסית, במונחים של ההסתברויות עליהן אנחנו מדברים, תתרחש תנודה כזו, הוא שואף לאפס. התנגדות עוד יותר משמעותית, מגיעה מהשאלה הבאה: אם אכן היקום שלנו הוא תוצאה של תנודה אקראית ונדירה, מדוע התנודה הזו כל כך רחבה וכל כך מורכבת? קרל סייגן, אסטרונום וסופר מדע פופולארי ובידיוני, כתב בספרו "קוסמוס": "אם אתה רוצה לאפות פאי תפוחים, אתה צריך, ראשית, לברוא את היקום"[iii] הציטוט של סייגן מתאר בפשטות את הבעיה שבטיעון של בולצמן. אם אתה רוצה לאפות עוגה, אתה זקוק למרכיבים שלה, ולשם כך, אתה צריך שיווצרו היסודות האטומיים, וכדור הארץ, ומערכת השמש והגלקסיות והחוקים הפיזיקליים על פיהם העולם פועל והתנור וכו'... אם אנחנו חיים בתנודה אקראית, הסבירות שהיא תהיה, כל כך מורכבת, היא אפסית. הרבה יותר הגיוני, שהייתה נוצרת תנודה כזו, במקום מאוד מצומצם ביקום ובצורה מאוד מתומצתת. ישנה סבירות הרבה יותר גבוהה, שכל מה שנוצר בתנודה זו, הוא מוח בלבד, המכיל את כל המידע והזכרונות שיש לנו על העולם. על כן, הטיעון הזה נקרא "מוחות בולצמן"[iv]. כלומר, אם אנחנו מקבלים את הטיעון של בולצמן, הרבה יותר סביר, שמה שנוצר בתנודה האקראית הזו, הם מוחות צפים בחלל שמחזיקים בתמונות הויזואליות שאנו קוראים להם המציאות, מאשר שיווצר כל היקום כולו עם הגלקסיות ומערכת השמש וכדור הארץ והיסודות הכימיים שיאפשרו חיים ויצורים חד תאיים שיתפתחו במשך מליארדי שנים ליצורים חיים מורכבים ותבוניים, שישבו בחדר מול מחשב ויעסקו בשאלות הרות גורל על מושג הזמן... התפתחות כזו היא לא סבירה באופן קיצוני ולכן, ייתכן מאוד שאנחנו מוחות בלבד. מכיוון שהטיעון הזה הוא מאוד מושך, בעיקר עבור סופרי מדע בדיוני, אבל פחות עוזר לנו להתקדם בהבנת היקום, אנחנו נאלץ, לעת עתה, לזנוח אותו, לטובת המשך החיפוש אחר הסבר משכנע יותר. דיוויד אלברט, מהפיזיקאים המפורסמים של סוף המאה ה – 20, טבע את המושג "השערת העבר" כתשובה לשאלה מדוע אנו חיים בעולם בעל אנתרופיה נמוכה. לטענתו של אלברט, הדרך היחידה להסביר את המצב הזה, הוא בהשערה שהיקום התחיל במפץ הגדול, מסיבה מסוימת שאינה ידועה לנו, כיקום מסודר מאוד. כלומר, המפץ הגדול הוציא את היקום לדרכו באנתרופיה נמוכה מאוד ומאז היא הולכת ועולה. המפץ הגדול, הוא אותו אירוע שתורת היחסות חוזה, שבו היקום כולו היה כל כך דחוס עד שהוא הפך לנקודה סינגולרית, שבה כל החוקים המוכרים לנו קורסים. תורת היחסות אינה מסוגלת להסביר את המצב ששרר בנקודה זו ומדענים מקווים שתורה שתאחד בין תורת היחסות ותורת הקוואנטים (תורת הכבידה הקוואנטית), תוכל לתאר את המצב הפיזיקלי של נקודה זו. מרגע שהיקום התחיל להתפשט, אנחנו יודעים היום להסביר את שלביו השונים, אולם, העובדה שאיננו מסוגלים להסביר את הרגעים הראשונים של היקום יכולה להבהיר לנו, מדוע איננו יודעים את הסיבה לכך שהיקום שלנו התחיל באנתרופיה נמוכה כל כך. "השערת העבר" היא אומנם מאוד הגיונית ורוב הקהילה הפיזיקלית מאמינה היום שהיא גם נכונה, אולם, היא שוב משאירה אותנו ללא הסבר מספק לגבי הסיבה שהיקום התחיל בתצורה כזו ולא אחרת. גם אם אנחנו מקבלים את העובדה, שהסיבה להיות היקום שלנו במצב של אנתרופיה נמוכה ולכן בעל חץ זמן מובהק עם תהליכים בלתי הפיכים אל עבר האנתרופיה הגבוהה יותר, נעוצה בשניות הראשונות להווצרותו, עדיין אנחנו נשארים עם השאלה, מדוע היקום שלנו הוא כל כך ייחודי ולא סביר? אפשרות נוספת מעניינת, הועלתה על ידי תומס גולד ונקראה בשל כך על שמו: "יקום גולד". גולד אומר, שאם אנחנו רואים את העולם כסימטרי בחוקים הפיזיקליים שלו, הרי שעלינו להניח, שהיקום הוא סימטרי גם בנוגע לתהליכי שינויי האנתרופיה שלו. בדיוק כמו שבתחילת היקום יש אנתרופיה נמוכה, גם בסופו של היקום תהיה אנתרופיה נמוכה[v]. גולד יוצא מנקודת הנחה, שליקום שלנו יש שני גבולות, התחלה וסוף. בתחילה היקום התפשט וגדל ואנו נמצאים בשלב זה של היקום ולכן רואים את היקום כולו הולך ומתרחב בקצב הולך וגדל, אולם בשלב מסוים, היקום יגיע לשיא ההתרחבות שלו ואז יהפוך את כיוונו ויתחיל בקריסה הגדולה שבסופה היקום כולו יחזור להיות נקודה סינגולרית (ואולי אז יתחיל שוב מההתחלה). לדעת גולד, מה שיקרה בתהליך הקריסה הגדולה, הוא שהחוק השני של התרמודינמיקה יהפוך, אף הוא, את כיוונו ויחד איתו יתהפך חץ הזמן. בשלב הזה בעתיד היקום, אנחנו נראה את כל התהליכים הפוכים במעבר מאנתרופיה גבוהה לאנתרופיה נמוכה. כוסות קפה יפרדו לחלב, קפה ומים, גלים התכנסו חזרה למקור שלהם, אור יצא מטלסקופים וימצא את מקומו חזרה בכוכבים שיבלעו אותו וכו'. למרות, ששוב, התיאור הזה נשמע מאוד לא הגיוני, מבחינה פיזיקלית הוא אפשרי לחלוטין. יקום גולד פותר את שאלת האנתרופיה מכיוון שהיקום הופך להיות סימטרי ולא חריג בעולם התופעות הפיזיקליות, אולם, הוא גם נשמע תמוה מאוד. אחת הבעיות הגדולות של ההסבר הזה של גולד, היא שאנחנו די משוכנעים היום, שהיקום לא יתכווץ בעתיד ושהתאוצה שלו בכיוון ההתרחבות תמשך לעד. סופו של היקום לא יהיה יקום מסודר בחזרה לסינגולריות, אלא, יקום רחב בשיווי משקל, קר ו"מת", באי סדר מוחלט (מלבד תנודות קלות פה ושם...). אחת התיאוריות אשר מנסה להסביר, בכל זאת, את חידת האנתרופיה הנמוכה ותופסת תאוצה חזקה בקרב הקהילה הפיזיקלית בעולם בשנים האחרונות, היא תאוריית "הרב-יקומים" (Multiverse). באופן מאוד פשטני, מה שגישה זו גורסת הוא שהיקום שלנו, הוא רק אחד מיני אינסוף יקומים נפרדים, אשר נבראים כל רגע ורגע. העולם בנוי מאינסוף בועות נפרדות, שכל אחת היא יקום נפרד, בצבר יקומים המתפתחים בלי קשר ובלי אינטראקציה כלשהי ביניהם. אנחנו חיים רק ביקום אחד כזה מיני רבים. שימו לב, שבהקשר של חץ הזמן, אנחנו מדברים על רב-יקומים ולא על הפרשנות לתורת הקוואנטים שנקראת פרשנות העולמות המרובים. כיצד תאוריית ה"רב-יקומים" פותרת את בעיית חץ הזמן? אם יש אינסוף יקומים, שכל אחד מהם שונה מהשני בפרמטרים ובחוקים שעל פיהם נברא והתפתח, הרי שקיימת סבירות גבוהה מאוד, שלפחות אחד מהם, יתחיל במצב מסודר מאוד ובאנתרופיה נמוכה. היקום שבו אנו חיים, הוא אותו יקום חריג, בעל אנתרופיה נמוכה וחץ זמן מובהק ולכן, שונה מאינסוף יקומים אחרים, שקיימים במקביל לנו ושבהם האנתרופיה גבוהה ואין חץ זמן מובהק. שון קרול מוסיף תאוריה שנקראת "יקומי תינוק", שהם יקומים הנוצרים כל הזמן, כתוצאה מתנודות קוואנטיות, כבועות, הנפרדות מתוך המרחב-זמן שלנו ומתנתקות ממנו כיקומים נפרדים. בדרך זו, ישנו תהליך אינסופי של יצירת יקומים נוספים מתוך היקומים הקיימים.[vi] תיאוריית "הרב-יקומים" היא שילוב של תאוריה הגורסת שיש אינסוף יקומים מלבדנו, יחד עם העקרון האנתרופי, שגורס שאנחנו דווקא ביקום החריג הזה, כי רק שם יכולים להתפתח חיים תבוניים ועם "השערת העבר" הטוענת, כי היקום הזה בו אנו חיים, נוצר כבר בתחילתו עם אנתרופיה נמוכה. נפתרה הבעיה! האמנם? האמת שלא ממש. יש שתי בעיות עקרוניות ומאוד משמעותיות, שמקשות עלינו לקבל את תאוריית הרב-יקומים. ההתנגדויות הן פילוסופיות במידה רבה, מה שמקשה קצת את הדיון מול הפיזיקאים, שלא תמיד מוכנים לקבל טיעונים פילוסופיים, כשהתיאוריה תואמת מבחינתם מצויין את המתמטיקה ואת התפיסה הפיזיקלית. התנגדות ראשונה, עולה דווקא מדבריו של רוג'ר פנרוז, אחד הפיזיקאים המוערכים ביותר של המאה ה-20. פנרוז חישב בזמנו[vii] שהסבירות של מפץ גדול עם התחלה של אנתרופיה נמוכה, הוא עשר בחזקת עשר בחזקת מאה עשרים ושלוש. כלומר, ההסתברות של היקום שלנו, בין שאר היקומים שנוצרו, הוא בסבירות נמוכה באופן קיצוני ואם אמנם כל היקומים הללו קיימים במקביל, הרי שהיקום שלנו, בעל האנתרופיה הנמוכה, הוא יקום אחד מאוד חריג ומאוד מאוד שולי. בנוסף, פנרוז טוען, שעל מנת שיווצרו חיים, מספיק שתווצר אנתרופיה נמוכה רק בחלק קטן של היקום, למשל, בגלקסיה שלנו. אבל ביקום שלנו, יש מאה מיליארד גלקסיות ובהתאם לתאוריית ה"רב יקומים" יש אינסוף יקומים נוספים. פנרוז טוען שזהו הסבר בזבזני במיוחד ואינו עומד בקריטריונים בסיסיים להסבר מקובל. עולם המחשבה והמדע, קיבל מזמן על עצמו את העקרון שהסבר חייב להיות פשוט. עפ"י עקרון "התער של אוקאם" הידוע, אם יש שני הסברים לאותה תופעה ואחד מהם מורכב הרבה יותר מהשני, הרי שתמיד עלינו להעדיף את ההסבר הפשוט יותר. פנרוז טוען שהסבר כזה, שדורש מורכבות אינסופית של כל יקום ושל אוסף יקומים אינסופי אינו סביר בעליל. ההתנגדות השנייה, מגיעה מעולם הפילוסופיה של המדע. אחד העקרונות הבסיסיים ביותר בניתוח השערה מדעית, היא ההגדרה האם התאוריה המוצעת ניתנת לבחינה אמפירית. תאוריה מדעית שאינה ניתנת לבחינה כלשהי, אינה יכולה להחשב כמדע. קרל פופר, פילוסוף של המדע שפעל במאה ה-20, הגדיר את העקרון המהווה את הקונצנזוס היום בקהילה המדעית כולה, לגבי הבחינה האם תאוריה מסוימת היא מדעית או לא. העקרון שקבע פופר נקרא "עקרון ההפרכה" והוא אומר בפשטות שתאוריה יכולה להחשב כמדעית, רק אם ניתן באופן עקרוני להפריך אותה. אם תאוריה מסוימת נבחנת ומאוששת במבחן אמפירי כלשהו, אין זה מעיד על המדעיות שלה. קחו לדוגמא את ההשערה שכל הברבורים לבנים. גם אם היינו עורכים מאות תצפיות שהיו מאשרות את התאוריה הזו, מה שהופך אותה למדעית היא האפשרות שיום אחד נמצא ברבור שחור ואז נדע שהפרכנו את התיאוריה הזו. אם אני טוען, שבמידה ועם ישראל יתפלל כל יום, לא יאונה לו כל רע. האם זו תאוריה מדעית? בודאי שלא, מכיוון שהיא לעולם לא ניתנת להפרכה. שהרי, אם יום אחד, כן יאונה לו רע, אוכל למצוא סיבה אחרת להתרחשות הזו או פשוט אוכל לטעון "שנסתרות דרכי השם". לכן, קריטריון ההפרכה הוא קריטי לכל תאוריה מדעית. האם תאוריית "הרב-יקומים" ניתנת להפרכה? זו שאלה קשה שאין עליה תשובה עדיין. על פניו, נראה שהיא אינה ניתנת להפרכה מכיוון שאם מדובר על יקומים נפרדים מהיקום שלנו, הרי שאין לנו שום גישה אליהם בכדי שנוכל לבצע ניסוי אשר יוכל לאשש או להפריך את קיומם. במידה ולא ניתן להפריך את ההשערה הזו, בשום דרך, הרי שלא ניתן לקבל את ההשערה הזו כמדעית. ישנה היום תאוריה הבוחנת אפשרות שהיקומים הללו מבצעים אינטראקציה כלשהי ביניהם, בכך שהם פוגעים לעיתים זה בזה. במידה וזה נכון, נוכל למצוא להתנגשויות הללו עדות ביקום שלנו וזו יכולה להיות עדות אמפירית לקיומם של יקומים נוספים. רק בעתיד נוכל לדעת האם הנחה זו תתממש בפועל, אולם, על פניו, נראה כרגע שהתאוריה הזו אינה ניתנת להפרכה ולכן המדעיות שלה, מוטלת בספק. בתחילת הפוסט הזה על חץ הזמן, טענתי בשמחה, שלפחות לגבי הסוגיה הזו הפיזיקה מספקת תשובה די טובה. למרות הדיון הארוך, אני עדיין טוען שנושא חץ הזמן הוא אחת מהחידות הפחות מטרידות שעומדות לפנינו. ההסבר הסטטיסטי לחץ הזמן, הוא הסבר מצוין לתופעות, כפי שאנו חווים אותן ולשאלה מדוע העולם עובר מאנתרופיה נמוכה לגבוהה. השאלה היחידה, שטרם נפתרה באופן מספק, היא מדוע מראש, אנחנו נמצאים בתקופה ביקום, שבה הוא מאופיין באנתרופיה נמוכה. זו שאלה מעניינת, אולם, לדעתי הסוגייה המרכזית כבר הובנה. בנוסף, השערת העבר, היא מספיק חזקה והדיון עובר לשאלת מצבו של היקום במפץ הגדול. שאלה שהיא חשובה מאוד מבחינה קוסמולוגית, אבל פחות מטרידה מבחינת מושג הזמן. הבעיה המרכזית עם חץ הזמן נשארת במסגרת הניסיון שלנו בעולם שמכיל אינספור מערכות שהולכות ומתפתחות לכיוון סדר בניגוד להסבר של בולצמן והחוק השני של התרמודינמיקה. התשובה לכך הגיעה במסגרת תורת המורכבות. על כך בפוסטים קיימים ועתידיים. [i] עילם גרוס, הרצאה בנושא "חידת הזמן, פינק פלויד ואנטרופיה", תל אביב, אוגוסט 2015 [ii] פרייס, ה'. חץ הזמן ונקודת ארכימדס: כיוונים חדשים לפיסיקה של הזמן, זמורה-ביתן, 2002 [iii] Carl Sagan, Cosmos, Random house, 1980, Random House New Edition, 2002 [iv] Albrecth A. and Sorbo L., "Can the Universe Afford Inflation?" Physical Review D70 (2004) [v] פרייס (2002) [vi] שון קרול, מעתה ועד עולם, הוצאת מטר, 2013 [vii] Penrose, R., The Emperor's New Mind: Concerning Computers, Minds, and the Laws of physics, Oxford University Press, 1989

זמן, מציאות ותודעה

מהי המציאות? האם היא קיימת או שמא מדובר באשלייה בלבד? האם אנו חווים את העולם כמו-שהוא באמצעות החושים שלנו, אשר מעידים עדות נאמנה למה שקורה שם בחוץ או שאנחנו חיים במטריקס, חווים איזושהי תמונת עולם חושית, ששונה לחלוטין ממה שקורה באמת במציאות עצמה ואולי אפילו מוכוונים ומרומים על ידי יצורים תבוניים כלשהם? התשובה לשאלה זו היא בעיני המתבונן. כולנו גדלנו על תפיסת העולם התמימה, שישנה מציאות מחוץ לתודעתנו ואנו קולטים את המציאות הזו, כפי שהיא, באמצעות החושים שלנו ומנהלים את המידע החושי (תמונות, קולות, ריחות, תחושות מגע) שקיבלנו במוחנו. היום, אנחנו כבר יודעים, כי תמונת עולם פשטנית זו אינה נכונה. לאורך השנים הועלו תפיסות פילוסופיות ומדעיות אשר ניסו לתת תשובות לשאלות הללו. את הפתרונות השונים ניתן להניח על ספקטרום רחב של אפשרויות, אשר בקצה האחד שלו, התפיסה האינטואיטיבית והתמימה שאנחנו פשוט חווים את המציאות כפי שהיא מחוצה לנו ובצד השני של הספקטרום, המטריקס הידוע, שבו אנחנו דמויות במשחק מחשב, אשר מקרין לנו את המידע "החושי" שלנו והמציאות עצמה הינה דבר שונה לחלוטין או שאין בכלל מציאות פיזית מחוץ לתודעתנו וכל מה שאנו חווים בחושים, הוא אשליה בלבד (האידיאליזם של ג'ורג' ברקלי). כל אחד מאיתנו יכול להחליט, היכן תפיסת עולמו נמצאת על הסקאלה הזו. האם אני מאמין כי קיימת מציאות פיזית מחוץ לתודעה שלי? ואם כן, עד כמה התודעה שלי משפיעה ומשנה את הדרך בה אני תופס את המציאות. ההבנה, שאנחנו לא גורם פסיבי בתפיסת המציאות ושאנחנו בדרך כלשהי, תופסים בחושים שלנו ובעיבוד המידע שאנו מבצעים על קלט חושי זה, מציאות שהיא שונה מהמציאות "האמיתית" מחוצה לנו, היא הבנה שקיבלה תאוצה, במידה רבה, בזכות עבודתו הפילוסופית המהפכנית של עמנואל קאנט. קאנט, היה פילוסוף גרמני, שחי המאה ה – 18 ונחשב לאחד מגדולי הפילוסופים בתולדות האנושות. תפיסות העולם שלו, במאטפיזיקה והבנת היקום, במוסר ובחוק, היוו חלק מאבני היסוד של התרבות המערבית המודרנית. הוא היה ידוע כאדם שנון ומלא הומור, אולם, הוא גם נודע במוזרויותיו והצורך שלו לנהל את חייו בסדר יום קבוע ומדויק, אשר הוביל את תושבי עירו לכוון את השעונים שלהם על פי פעולותיו החוזרות והקצובות בכל יום. מה שידוע פחות, הוא שגם שמש הכנסיה נהג לכוון את השעון שבראש המגדל, על פי זמני הטיול של קאנט, אשר מצידו תזמן את טיוליו על פי אותו שעון... קאנט היה מחובר מאוד למדע הפיזיקה, שהתפתח במאות הקודמות לו וחלק גדול מתפיסתו הפילוסופית באה בניסיון להסביר ויכוחים סביב שאלת הזמן והמרחב בתורתו של ניוטון (בה עסקנו בפוסטים קודמים). בנוסף, אחד האנשים אשר השפיעו על קאנט באופן משמעותי, היה ניקולאס קופרניקוס, אסטרונום פולני, שפרסם בשנת 1543 בספרו "על תנועתם של גרמי השמיים", את המסקנה כי הארץ אינה נמצאת במרכז היקום ואפילו לא במרכז מערכת השמש. השמש היא שנמצאת במרכז והארץ סובבת סביבה. קשה להמעיט בחשיבותו העצומה, של המעבר מנקודת מבט גיאוצנטרית (הארץ במרכז) לנקודת מבט הליוצנטרית (השמש במרכז), שכונתה בהמשך, "המהפכה הקופרניקאית". המהפכה בתפיסת היקום, הייתה חלק מהרנסנס ותהליך השינוי האדיר שעברה האנושות, באותן שנים ובהמשך, בעקבות הרפורמציה הפרוטסטנטית, תוך שבירת הדוגמות הדתיות והבנת מיקומה האמיתי של האנושות ביקום. המהלך הפשוט הזה (שינוי מיקומה של השמש במודל המסביר את תנועת גרמי השמיים) וההשפעה העצומה של שינוי מיקום זה על היכולת שלנו, להסביר כל כך הרבה תופעות נצפות, גרמה לקאנט לעשות מהלך שעד היום נחשב באנלוגיה, כ"מהפכה הקאנטיאנית" ואף קאנט עצמו, מקשר בין שני המהלכים באחד מכתביו. מהו אם כן המהלך שביצע קאנט? ראשית, קאנט מבחין בין שני חלקים בעולם: עולם התופעות, שהוא העולם כפי שנתפס בתבונתנו ו"הדבר כשהוא-לעצמו" שהוא המציאות עצמה, בנפרד מתפיסתנו. עולם התופעות הוא העולם אשר נקלט בחושינו ואותו אנו חווים ואילו, "המציאות כפי שהיא", אינה נגישה עבורנו ואיננו יוכלים לומר עליה דבר. אמנם מדובר בשני חלקים נפרדים, אולם, יש ביניהם קשר כלשהו. איננו יכולים להכיר את "המציאות כפי שהיא", אבל היא המקור לחוויה החושית שלנו. מסיבה זו, איננו יכולים להגיד אמירות מדעיות על "המציאות כפי שהיא" ותחום המחקר היחיד בו המדע יכול להתמקד הוא עולם התופעות בלבד. המהלך הבא של קאנט מוביל אותנו למושג הזמן וגם מסביר לנו מדוע אין לנו גישה ישירה ל"מציאות כפי שהיא". קודמיו של קאנט גרסו, שאנחנו מקבלים מהעולם מידע מסודר באופן זמני ובמרחב. כלומר, התפיסה החושית שלנו מקבלת את המציאות החיצונית לה, כמידע המסודר במרחב ובזמן. אם אנו חווים אירוע מסוים, הרי שאנו מקבלים את המידע החושי על האירוע הזה, במסגרת של התרחשות במיקומים מסוימים במרחב ובהתרחשויות של ציר הזמן. המידע המרחבי והזמני של האירוע, מגיע מהמציאות עצמה ונקלט אצלנו בחושים. או במילים פשוטות, אנחנו רואים ושומעים בדיוק מה קורה מולנו. פה מבצע קאנט את המהלך הקופרניקאי שלו והופך את סדר הדברים. לטענתו, אנחנו מקבלים מידע שאינו מסודר ומכניסים בו סדר במרחב ובזמן, באמצעות כלי הפרשנות המסננים של התודעה שלנו. במילים אחרות, קאנט טוען, כי המידע שמגיע מ"המציאות כפי שהיא" אינו מסודר בשום צורה והתבונה שלנו, כוללת תבניות המסננות את המידע המגיע מבחוץ ויוצרות בו סדר וחלוקה לקטגוריות. הוא טוען, כי "במציאות כפי שהיא" אין תבניות של זמן, מרחב, קשרים סיבתיים ועוד, אלא, אלו תבניות תפיסה מסננות הנמצאות באמצעי החישה והתודעה שלנו בלבד. דמיינו את התודעה שלנו, ככלי אשר מקבל מידע מעורבל (לדוגמא אוסף לא מסודר של מספרים מ 1-10) ובאמצעי הקליטה של המידע הזה, מתבצעת פעולה אקטיבית של עיבוד המידע וסידורו בטרם הוא מגיע לתודעה (לדוגמא, מסדרת את רצף המספרים באופן עוקב מ 1 עד 10). כלומר, מרחב וזמן אינם חלקים מישות חיצונית ואינם קיימים במציאות, כי אם, מבנים הקיימים במוחנו בלבד, המאפשרים לנו לקשר בין אובייקטים לאירועים במרחב ובזמן. הזמן הוא חוויה שלנו והתבנית הפרשנית בתודעתנו, מטילה את הסדר הזמני על החוויה החושית שלנו. זמן ומרחב אינן בעלי קיום מוחלט כשלעצמם, אלא הם סוגים של עיבוד מידע בלבד. כלי העיבוד המסננים שבתודעה שלנו, דומים למשקפיים ורודים, אשר דרכם אנו רואים את המציאות, באופן שבו המשקפיים משפיעים באופן אקטיבי על המידע המגיע למוחנו והופכים את העולם כולו לקצת יותר ורוד. כך משקפי הזמן והמרחב, עושים לנו סדר במידע הסטטי או הכאוטי המגיע אלינו. מה שמאוד מעניין בגישה הזו, הוא דווקא החיזוקים שהיא מקבלת בשנים האחרונות, ממחקרים בתחום התפיסה התודעתית שלנו ובמיוחד בחקר המוח. המוח האנושי הוא איבר מורכב ובעל יכולות מפתיעות ומעוררות התפעלות. היכולת האנושית לחקור איבר זה, לא הייתה משמעותית עד אמצע המאה ה-20 והשאלות הגדולות נדונו בעיקר בעולם הפסיכולוגיה והפילוסופיה. שאלת התודעה, שהיא חידה בפני עצמה שעדיין לא פוענחה וההבנה של איך המוח תופס את המציאות וכיצד הוא מנתח את המידע המתקבל מן העולם החיצוני לו, נשאר במסגרת התיאור הריאליסטי הנאיבי, אשר תיאר את התמונות בתודעתנו כתמונת ראי של המציאות שמולנו. אולם, מה שמחקר המוח מגלה בשנים האחרונות, הופך את האיבר הזה למדהים ממש ומשנה, במידה רבה, את הדרך שבה אנו מבינים את המהלך התפיסתי והתודעתי שקורה במוחנו. הריאליזם הנאיבי, מתאר את הדרך, בה רובנו תופסים את הקשר שבין המציאות לבין התודעה שלנו ועל פיו, במוחנו יש "תיאטרון פנימי" אשר מקבל מידע מהמציאות החיצונית באמצעות אמצעי החישה שלנו (ראיה, שמיעה, מישוש, ריח) ומקרין את המידע הזה על "מסך פנימי" במוחנו, אשר מציג לנו את התמונה או הסיפור הנגלה לפנינו. התמונה נקלטת ומוקרנת על מסך פנימי במוח. כאשר אנחנו נזכרים בתמונה, אנחנו מעלים תמונה על המסך הפנימי. כשאנחנו מדמיינים, אנחנו ממציאים תמונה חדשה על המסך הפנימי. אשליה, היא תמונה שאינה מקושרת ישירות לתמונה שהגיע מבחוץ. זו התפיסה האינטואיטיבית שלנו של המוח והתפיסה האנושית. אם אני עומד במרכז יער ביום חורפי, אני אראה עצים ירוקים ורטובים מתנועעים מצד לצד בהנחיית הרוח, אשמע את קולות החרקים המעופפים סביבי, אריח את ריח הגשם והצמחיה החדשה ואחוש את הבוץ אשר נצמד לידי ומתחיל להתקשות. על פי התפיסה הקלאסית, כל המידע הזה, מגיע אלי מבחוץ בהתאם למיקומו במרחב ובזמן וכך מופיע יחד על המסך הפנימי שלי, בו אני רואה תמונה כוללת של האירוע. תיאור זה, נשמע אולי הגיוני ואפילו טריוויאלי, אבל זה לא מה שקורה בפועל. היום אנחנו כבר יודעים בודאות, שהסיפור שונה לחלוטין. הריאליזם הנאיבי, שבו אני רואה בדיוק מה שמתקבל במידע החושי, אינו תואם את מה שקורה בתודעה שלנו ובדרך בה אנחנו מנתחים את המידע החיצוני בפועל. קודם כל, ברמה הפיזיקלית הבסיסית ביותר, כשאנחנו מסתכלים על העולם, האור שפוגע בעצמים נזרק לעינינו ופוגע ברשתית. אנחנו לא באמת רואים את העצם עצמו, אלא, את חלקיקי האור שפגעו בעצם ומושלכים חזרה לרשתית העין. אנחנו רואים רק את השליחים, שבאים לספר לנו, על האובייקט עצמו שנמצא שם במציאות כפי-שהיא. ברטאלד ראסל אמר: "להגיד שאתה רואה כוכב כשאתה מסתכל על נקודת אור בשמים זה כמו להגיד שאתה רואה את ניו זילנד, כאשר אתה מסתכל על ניו זילנדי בלונדון". הדבר נכון גם לגבי גלי הקול המגיעים מהאמבולנס שעובר לידנו. האם אנחנו שומעים את האמבולנס או שרעידות באויר מניעות את עור התוף שלנו? האם אנחנו מריחים את העוגה או שחלקיקים הנעים באויר, מגרים בלוטות ריח בגופינו? ברור לנו שהקשר שלנו למציאות לא נעשה באופן ישיר, אלא באמצעות מתווכים שמעבירים לנו מידע מקודד על המציאות באמצעים שונים (פוטונים, תנודות באויר וחלקיקי כימיקלים). ברמת מדעי התפיסה והמוח, אנחנו יודעים היום, שישנן תבניות מסוימות של תפיסת המציאות, שהן מובנות בתודעה באופן מולד וגנטי, מרגע הלידה ולא מתוך ניסיון ולמידה של מה שקורה לנו בפועל בעולם הזה. מניסויים שבוצעו עם תינוקות בני יומם, לדוגמא, אנחנו יודעים שאחת התבניות המולדות שלנו, היא הציפיה שאובייקט שחולף מול עיננו, יתמיד בצורתו, לא יעלם באופן אקראי דרך אובייקט אחר ויעבור מסלול רציף מבלי להעלם ולחזור במיקום אקראי אחר. תפיסה זו של אובייקטים בעולם, היא מולדת ולא נלמדת משום שניתן למצוא אותה בתינוקות, באותו הגיל ובמקומות שונים אשר תופסים את המציאות באותו אופן ולא משנה למה נחשפו עד אז. זו דוגמא, להבדל שבין תפיסת המציאות שלנו, לעולם כשלעצמו ושייתכן שאנחנו מעמיסים על הטבע את תבניות תפיסת המציאות שלנו בהתאם לתובנות של קאנט. לאחר אינספור ניסויים בחקר המוח והתפיסה, בעשרות השנים האחרונות, אפשר להראות בצורה אמפירית שהסדר שאנו חווים בעולם הוא מבנה של התודעה שלנו ולוא דווקא, של המציאות עצמה. כחלק מהמבנה הזה, גם הזמן הוא חלק מתבנית הקיימת מראש בתודעתנו ופועלת באופן אקטיבי על המידע שמגיע אלינו מבחוץ. הזמן, הוא חוויה שלנו ותבנית הפרשנית בתודעתנו, מטילה את הסדר הזמני על החוויה החושית שלנו. אין זה מוכיח שבמציאות עצמה, לא קיים זמן ושהזמן הוא סוג של חוויה בלבד, אולם, אין היום ויכוח שחלק ממה שאנחנו חווים כזמן, הוא יציר מוחנו. יש מספר דוגמאות יפות, אשר מוכיחות שיש הבדל בין מה שאנחנו חווים בתודעה, לבין סדר האירועים המתבטא במידע שהגיע לחושים שלנו. ניסוי מפורסם שנקרא Cutaneous Rabbit("הארנב העורי"), אשר התגלה לראשונה באוניברסיטת פרינסטון על ידי פ. ג'ררלד וק. שריק (Frank Geldard and Carl Sherrick) מסביר את אחת הבעיות בתפיסה הזמנית של המציאות. בניסוי מבצעים תפיחות קלות, בקצב מהיר מאוד בשלוש נקודות ביד, תחילה בגב כף היד, אחר כך בסמוך למרפק ולבסוף, באזור הכתף. בפועל, התחושה המתקבלת אצל הנסיינים, אינה דומה לשלושה סטים של תפיחות מהירות על שלוש נקודות נפרדות ביד, אלא, כחיה המקפצת על היד לכל אורכה, במרווחים קבועים, מכף היד ועד הכתף ואפילו באזורים בהם לא נגעו בכלל ביד. במילים אחרות, המוח מקבל מידע תחושתי של מגע מסויים ובונה אותו במוחנו, כסיפור של אוסף נגיעות עוקבות, תוך שהוא משלים את המרווחים שבין נקודות המגע, על מנת, להפוך את המעבר לרצוף ואחיד. כלומר, התמונה הזמנית המתגלה בתודעה של הנסיין, אינה תואמת את התמונה הזמנית כפי שבוצעה בניסוי. התפיסה הקולית פועלת בדיוק באותה צורה. כל אחד חווה את היופי שבמערכת סטריאופונית. צלילים בצד מסוים של המערכת, המלווים בצלילים שיוצאים בהמשך בצד השני של המערכת, נשמעים לנו, כאילו יש מעבר חלק של צליל מתמשך בין שני הצדדים. למרות שמדובר בצלילים שיוצאים מרמקול בצד אחד שלנו ואז מלווים בצלילים הבוקעים מרמקול בצד שני שלנו, אנחנו חווים בתודעה שלנו מעבר פיזי ממש של צליל לאורך כל החדר. החוויה שלנו היא שהצליל ממש עובר במרחב של החדר ואפילו בשטח בין שני הרמקולים, למרות, שאנחנו מודעים לחלוטין לעובדה, שבאזורים אלו אין רמקולים בכלל. מה שקורה בתודעה, שוב, היא השלמה של המעבר בין הצדדים. המוח יוצר נתיב רצוף ואחיד של הצליל בזמן ובמרחב של החדר, מצידו האחד אל צידו השני. מעבר לעובדה שאלו סיפורים נחמדים, כמו אשליות אופטיות רבות שניתן למצוא למכביר היום, המעידים על המורכבות של התפיסה החושית ועיבודה במוח, יש פה תובנה מדהימה ומרתקת, שאני לא בטוח שעולה בדעתכם כבר מקריאה ראשונה. המשמעות של ניסויים אלו היא, שהמוח שלנו בונה תמונת זמן, שאין לה שום קשר עם המציאות כפי-שהיא. שימו לב לנקודה הבאה: אם אין צלילים במרחב שבין הרמקולים ואם אין תפיחות במרחב שבין חלקי היד, כיצד המוח יודע שעומדות להתקיים תפיחות או צלילים כאלה ולהשלים את המרחב באמצע, בטרם עברנו לנקודה הבאה. כלומר, אנחנו שומעים צלילים מצד ימין ואחר כך צלילים מצד שמאל. אבל בטרם אנחנו מזהים שיש צלילים מצד שמאל, אנחנו מזהים את הצלילים באמצע החדר. כאילו, המוח מנבא שתתבצע פעולה מאוחרת בזמן, באזור אחר במרחב ובינתיים משלים את הצלילים באמצע. ברור שהמוח איננו נביא וההסבר היחיד הוא, שהמוח בונה תמונה של קולות ותחושות רק לאחר שהן התבצעו בפועל ונותן לנו תפיסה של העולם בדיעבד. במילים אחרות, מה שקורה הוא, שמידע קולי מגיע מן החוץ, המוח מנתח את הצלילים בצד ימין ואת הצלילים בצד שמאל ולא מקרין לנו את התמונה הזו, אלא, הוא בונה תמונה תודעתית אחרת, רצופה בזמן ובמרחב של החדר ורק אז מקרין לנו אותה על המסך הפנימי. המוח מבשל סיפור על המידע הנקלט ורק אז מעלה את הסיפור הזה לתודעה. אפקט ידוע נוסף של תופעות אלו, נקרא אפקט פי (Phi Efect). נקודות מהבהבות ברצף ובמרחקים קבועים זו מזו, נותנות את התחושה שמדובר בנקודה שנעה לאורך ציר רציף ואם הן מחליפות צבעים בהבהוב שלהן, אז התחושה שתתקבל היא שהנקודה "הנעה", מחליפה צבעים ב"מעבר" המדומיין בין הנקודות. שוב, המוח בונה סיפור רציף ומשלים פערים שאינם קיימים במציאות. לאחר שהמידע כולו נקלט, הסיפור מבושל במוחנו ובדיעבד מוצגת לנו תנועה רציפה בזמן ובמרחב. ראו להלן דוגמא לאפקט. כל שנדרש הוא להתרכז בסרטון בסימן הפלוס (עדיף לצפות במסך מלא). מי שעדיין מתקשה לקבל את המשמעות הגדולה של ניסויים אלו ומקטלג אותם כמשחקים יפים של אשליות אופטיות ותו לא, יתקשה לדבוק בעמדה זו, בהמשך לתיאור הניסוי הבא. אחד הניסויים המפורסמים בחקר המוח נקרא, ניסוי ליבט וקרוי על שם בנג'מין ליבט (Benjamin Libet) חוקר מאוניברסיטת קליפורניה, שביצע בשנות ה – 80, ניסויים פורצי דרך בחקר התודעה. בניסוי ליבט, התבקש הנסיין לבצע פעולה פשוטה (כגון הזזת פרק כף היד או אחת האצבעות) באופן אקראי לפי החלטתו וללא שום הגבלה. הניסוי בחן שני פרמטרים: 1. הזמן המדויק שבו עלתה במוחו של הנסיין המודעות לרצון לבצע את הפעולה. 2. מתי החל התהליך הנוירולוגי במוח של הפעולה הפיזית עצמה. הדבר המדהים שהתגלה בניסוי ליבט ובאינספור ניסויים דומים מאז, היה, שהמודעות לרצון להזיז את היד, באה אחרי התהליך הפיזי במוח של הזזת היד בפועל, בפער של בין חצי שנייה ועד מספר שניות. כלומר, המוח שלנו כבר נמצא בתהליך הזזת היד, לפני שאנחנו מודעים לכך שיש לנו את הרצון להזיז אותה. במילים אחרות, הרצון שלנו בא אחרי הפעולה. מעבר לעובדה שמדובר בהיפוך זמנים למה שנראה לנו הגיוני ואינטואיטיבי, ניסוי זה, מעלה שתי תובנות משמעותיות ומעוררות מחלוקת. ראשית, שוב אנו מגלים שמשהו בסדר הזמנים שאנו חווים, מקורו באשלייה, הנוצרת בתהליך תפיסת המציאות והוא אינו מייצג תהליך זמני רצוף ועקבי כפי שמתאר הריאליזם הנאיבי. הזמן במציאות כפי-שהיא, אינו הזמן המוחלט והרצוף כפי שאנו חווים כזמן אינטואיטיבי. התובנה השנייה, עוד יותר מעוררת מחלוקת ונוגעת בשאלת הרצון החופשי. אם המודעות שלנו לרצון שלנו להזיז את היד, באה אחרי שהמוח שלנו כבר נתן את הפקודה להזיז את היד, הרי שלא הרצון שלנו קדם לפעולה, אלא, הפעולה קדמה לרצון ומכאן ניתן להסיק שהרצון החופשי שלנו הוא אשליה בלבד. שאלת הרצון החופשי הוא שאלה עמוקה ורבת שנים וניתן לקרוא עליה בפוסט "מדעי הבחירה". תופעות אלו, מרמזות על תהליך מורכב בהרבה, ממה שחשבנו, של עיבוד המידע במוח. זמן וסדר התרחשות כפי שאנו חווים אותו, אינו תואם כתמונת ראי את הזמן וסדר ההתרחשות במציאות. אנחנו עדיין רחוקים מלהבין איך המוח שלנו תופס ומעבד את סדר האירועים הנחווה בחושים שלנו, אולם, אנחנו כבר יודעים שהמוח שלנו אינו כל כך תמים כפי שחשבנו ויש לא מעט בדבריו של קאנט. אחד ההסברים לדרך הפעולה הזו של המוח, יכול להגיע מתורת האבולוציה. ייתכן מאוד שהמוח שלנו מחפש ובונה סדר במרחב ובזמן, משום שזו הדרך שלנו לשרוד בעולם. ייתכן שיצורים שהתפתחו ללא היכולת למצוא סדר גם במקום שבו הוא אינו קיים, לא יכלו לשרוד משום שללא סדר, לא ניתן לפעול. חישבו על הסיטואציה, שלא הייתם בטוחים בכל רגע ורגע, שהצעד הבא שלכם יהיה על קרקע יציבה. במצב כזה לא הייתם מבצעים את הצעד הבא, נשארים במקום וכנראה גוועים ברעב. יצור חי שאינו מוצא סדר ועיקביות בטבע, באופן קבוע ושוטף, לא ישרוד, לא יביא צאצאים ויכחד. רק בעל חיים שמוצא סדירויות במרחב ובזמן יפעל, יתקדם ויעביר את התכונה הזו לצאצאים שלו. זו הסיבה שכבני אנוש, אנחנו תמיד מחפשים את הסדר והעקביות והחזרה הזמנית ומשוכנעים שגם מחר בבוקר השמש תזרח, למרות שכנראה, יום אחד גם זה לא יקרה.

מהו זמן?

זמן – אחד המושגים הבסיסיים והשימושיים ביותר בחיינו היומיומיים ועם זאת, אחת החידות המסתוריות בתולדות המין האנושי. אין דבר שקורה בחיינו שאינו נוגע במושג הזמן; אנחנו חושבים בכל רגע ורגע בזמן, מקבלים החלטות, מאחרים, ממהרים, ממתינים, מתכננים לעתיד ומתענגים על זכרונות העבר... ועם זאת, הזמן הוא אחד הנושאים הפילוסופיים המדוברים ביותר, חידה, אשר מעולם לא נפתרה. הקשיבו לתקתוק השעון... עכשיו נסו להסביר לעצמכם מהו זמן? כיצד הייתם מגדירים את מושג הזמן? כבר במאה הרביעית, כתב אוגוסטינוס בספרו "וידויים": "מהו זמן? אם לא ישאלני איש, הריני יודע; אבל אם אשתוקק להסבירו לשואל, יתגלה בעליל שאיני יודע." למרות שזהו אחד הציטוטים המפורסמים, שהשימוש בו נעשה בכל ספר פופולארי על מושג הזמן עד שהפך לקלישאה, הוא עדיין אחד המשפטים החזקים והמפתיעים ביותר. אם כך, כיצד הייתם מסבירים את המושג הבסיסי הזה? אין שניה בחייכם שאינה קשורה לזמן, כל פעולה, כל מחשבה, כל חלום וכל נשימה. אבל מעולם לא עצרתם לשאול את עצמכם: מהו בעצם "זמן"? התשובה לכך, ממש לא טריוויאלית ולהפתעתנו, מעולם לא נמצאה לשאלה זו תשובה ברורה ומוסכמת. למרות שבאופן אינטואיטיבי, ברור לכולנו מהו זמן, קשה לנו לתת לו הסבר ברור ומובן. אם באמת תשקיעו מאמץ בניסיון להסביר לעצמכם את מושג הזמן, בסופו של דבר, תתכנסו לשתי הגדרות: "זרימה" (תנועה) ו"שינוי". הזמן זורם, עובר מרגע לרגע, מאירוע לאירוע והוא השינוי שאנו רואים סביבנו. שימו לב, שלא ממש הצלחתם להגדיר מהו "זמן", אלא, תארתם את החוויה שלכם בזמן (זרימת אירועים ורקע לשינוי שאתם רואים בעולם). זה כמו להגדיר אריה במילים "פחד" ו"קול של שאגה" או להגדיר להגדיר אדם במילים "אהבה" ו "חיבוק". הגדרה המבוססת על החוויה שלכם את מושא ההגדרה ושאינה מדברת על המהות האמיתית של מה שאתם מנסים להגדיר. הבעיה היא, שגם אם נקבל את השינוי והזרימה כתכונות המתארות את ה"זמן", הרי שנתקל בפרדוקסים, אשר יבהירו לנו, שמה שאנו מגדירים כמהות הזמן, לא יכול להיות בכלל חלק מהגדרה של הזמן. שני המושגים הללו: תנועה ושינוי, כוללים בתוכם את מושג הזמן. "תנועה" היא הימצאות בנקודה מסוימת במרחב, בזמן מסוים והמצאות בנקודה אחרת במרחב, בנקודת זמן מאוחרת יותר. כלומר, אנחנו מגדירים את הזמן באמצעות מושג שמוגדר על ידי הזמן. בנוסף, "שינוי" הוא הפער במצבו של אוביקט בין נקודת זמן אחת לשניה. שוב אנחנו מגדירים את הזמן באמצעות מושג ("שינוי") הכולל את מושג הזמן. במילים אחרות, אנחנו משתמשים במושג הזמן כדי לתת הגדרה ל"תנועה" ו"שינוי" ובאמצעותם אנחנו מגדירים את הזמן. לא ניתן להגדיר את הזמן באמצעות זמן, משום שמדובר בהגדרה מעגלית (רגרסיה אינסופית) שאינה יכולה לשמש לנו כהגדרה תקפה. חייבים למצוא הגדרה הנוגעת במהות הבסיסית של מושג הזמן מבלי להשתמש במושג הזמן עצמו. הבעיה אינה ביכולת הניתוח וההגדרה שלכם, משום שאף אחד, מעולם, לא הצליח לתת ל"זמן" הגדרה ברורה ומובחנת וזאת למרות שהיו נסיונות רבים ב 2,500 השנים האחרונות. זאת אחת הסיבות, שתמיד עלו טיעונים, כי הזמן הוא אשליה בכלל. משום שאם איננו מצליחים להסביר מהו "זמן", אולי הוא פשוט לא קיים. מי שהתחיל את הדיון הארוך הזה, היו שני פילוסופים יווניים מהמאה ה – 5 לפנה"ס: פרמנידס והרקליטוס. פרמנידס, טען ששינוי ותנועה אינם אפשריים במציאות של עולמנו שהיא אחת, נצחית וקפואה ועל כן, לזמן אין כל משמעות ללא ביטוי של שינוי ותנועה. הרקליטוס, שפעל אף הוא באותה תקופה, החזיק בדעה ההפוכה לחלוטין: התנועה והשינוי הם המהות הבסיסית של המציאות המשתנה כל הזמן ועל כן, הכל קורה על ציר הזמן. ברמה האינטואיטיבית קל לנו להתחבר לגישתו של הרקליטוס. הוא בעצם מתאר את החוויה היומיומית שלנו את הזמן: נהר זורם של אירועים שאין לנו שום דרך להשפיע על קצב תנועתו ובהמשך לאמרתו המפורסמת, לעולם לא נוכל להכנס לאותו נהר פעמיים. תמיד, בפעם השניה, הנהר כבר יראה אחרת ולא יהיה אותו הנהר, בו טבלנו לראשונה וגם אנחנו כבר לא נהיה אותו אדם שנכנס לנהר בפעם הקודמת. הבעיה היא, כאמור, שגישתו של הרקליטוס לא מתמודדת עם ההבנה שלזמן לא יכולה להיות תנועה, משום שתנועה דורשת זמן ועל מנת להגדיר את הזמן של התנועה אנו זקוקים לזרימה של זמן נוסף וכך עד אינסוף. זרימה לא יכולה להיות חלק מההגדרה של מושג ה"זמן". נקודה. השאלה היא איך ניתן להסביר את הדיעה ההפוכה (אותה מייצג פרמנידס), הטוענת כי בעולם, בעצם, אין שום תנועה או שינוי והחוויה שלנו היא אשליה בלבד. באופן מפתיע, פרמנידס, שהיה בן זמנו של הרקליטוס, החזיק בדיעה זו. העובדה הזו מפתיעה, משום שמדובר בתפיסה מאוד לא אינטואיטיבית ומאוד דומה לטענות שעולות היום בפיזיקה החדשה, 2,500 שנים לאחר מותו של פרמנידס. לא נשארו כתבים של פרמנידס וכל מה שאנו יודעים מגיע בעיקר מתלמידו, זנון, אשר כתב מספר פרדוקסים מאוד מפורסמים ומאוד פשוטים ויפים שמטרתם היתה להוכיח את אשלית השינוי בעולם. הפרדוקסים הללו נשארו ללא פתרון במשך מאות שנים וגם היום, הפתרון, לטעמי, הוא יותר מתמטי מאשר עקרוני. לא אדון פה בכל הפרדוקסים הללו, אולם, אני אזכיר את השניים המרכזיים: פרדוקס אכילס והצב – אכילס וצב עורכים תחרות ריצה. אכילס שרץ פי 10 מהר יותר מהצב, נותן לו, כמובן, יתרון של 10 מטרים בתחילת המירוץ. המירוץ מתחיל, הקהל המשולהב קורא בשמם של המתחרים, אולם, לכולם ברור שלצב אין שום סיכוי. בואו ונעקוב אחרי מהלך המירוץ: מכיוון שאכילס רץ פי 10 מהר יותר מהצב, הרי שבזמן שאכילס רץ את עשרת המטרים המפרידים ביניהם, הספיק הצב ללכת מטר אחד. המירוץ ממשיך ובזמן שאכילס רץ את המטר המפריד ביניהם, הספיק הצב ללכת 10 ס"מ נוספים. אכילס ממשיך לרוץ וסוגר את פער עשרת הסנטימטרים, אולם, הצב שומר על פער של ס"מ אחד ביניהם. אכילס לא מתייאש ורץ את הסנטימטר הנוסף, אולם, שוב, הצב בזמן זה ממשיך בשלו והולך מילימטר נוסף. אכילס מרגיש שהוא יכול לצב ובכוחותיו האחרונים, רץ את המילימטר המפריד ביניהם. הצב, להפתעת כולם, הולך עשירית מיליטר נוספים... וכך, לעיניהם המשתהות של הקהל, המירוץ ממשיך עד אינסוף. בזמן שאכילס מצליח לסגור כל פער, מצליח הצב ללכת עשירית מרחק נוסף - אכילס לעולם לא משיג את הצב! מה קורה פה? הרי ברור לנו שבמציאות שאנו חווים, אכילס משיג את הצב מהר מאוד. אם כך מדוע בסיפור של זנון, הקהל רואה את אכילס רודף עד אינסוף אחרי הצב ולא מצליח להשיגו? מבחינת זנון, זו הוכחה לכך שבטבע האמיתי של העולם, אין באמת תנועה ואנו חווים אשליה, שבה ישנו מירוץ ושני מתמודדים נעים ומשיגים זה את זה. בהערת אגב, אומר שהפתרון המודרני לפרדוקס, הוא מושג ה"גבול" המתמטי וכנראה ההבנה שהמרחב לא יכול להתחלק באופן אינסופי, אלא, ישנו איזשהו מרחק מינימאלי שלא ניתן לחלקו יותר (גודל פלאנק?). פרדוקס החץ – דמיינו, לוחם יווני יורה חץ בשמי אתונה. החץ נע בשמיים ואנו מתבוננים בו. כעת, בחרו נקודת זמן מסוימת והסתכלו על החץ בנקודת זמן זו, החץ עומד קפוא בנקודה מסוימת במרחב. בנקודת הזמן הבאה, החץ עומד קפוא בנקודה אחרת במרחב. בכל נקודת זמן החץ עומד קפוא באויר ללא תנועה. אם כך איפה נמצאת התנועה? כדי להבין את טענתו של זנון, ניתן להשתמש באנלוגיה מודרנית, אשר מעבירה את המסר המרכזי הרלוונטי לדיון שלנו. תחשבו על המציאות כסרט על פילם. המציאות בכל רגע היא תמונה אחת קפואה בזמן, בפילם של הסרט בו אנו חיים (תרתי משמע). תמונה אחת של היקום כולו, ללא תנועה ושינוי. הרגע הבא, הוא שונה אבל גם הוא קפוא בזמן, ללא תנועה ושינוי וכך כל רגע מהמפץ הגדול ועד היום. אם כל רגע בזמן הוא קפוא, ללא תנועה וללא שינוי, היכן נמצאים התנועה והשינוי בעולם? אנו יודעים שבאוסף התמונות המופיעות על פילם של סרט אין באמת תנועה ומדובר באוסף תמונות סטטיות. האם המציאות שלנו שונה? כדי להפוך פילם לסרט, אנו זקוקים למקרן שיקח את הפילם ובאופן מלאכותי יהפוך את אוסף הנקודות הקפואות בזמן, לאשליה של תנועה. אנו גם מודעים לכך, שמדובר באשליה של תנועה (גם אם מדובר בסרט אמיתי שצולם והתקבע בפילם כאוסף רגעים קפואים וגם אם מדובר באנימציה). אין בפילם עצמו תנועה או שינוי, אלא רק בהקרנה מהירה של הרגעים הללו, אני חווים אשליה של זמן. הטענה היא שכמו בפילם של הסרט, גם במציאות שלנו אין שינוי או תנועה, אלא אוסף נקודות קפואות בזמן אשר המקרן שלנו (התודעה) גורם לנו לחוות אותם כאשליה של רצף שינוי ותנועה על ציר הזמן. בשני פרדוקסים אלו ובנוספים, בא זנון להוכיח שבעולם האמיתי, אין תנועה ואיו שינוי והם אשליה בלבד ולכן הזמן הוא אשליה בלבד. הסיבה שאנו לא ממש מצליחים להגדיר את הזמן, היא שהזמן לא קיים והוא המצאה של התודעה שלנו. האם המציאות שלנו היא חסרת שינוי והזמן הוא אשליה בלבד? האם המדע המודרני הצליח להסביר את הפרדוקסים ולתת מענה לשאלות הפילוסופיות הקשות שעלו בעת העתיקה? כמובן, שאנחנו יודעים היום הרבה יותר והדיון הוא שונה לחלוטין, אבל צריך להבין, שבזמן שכל התפיסה הפיזיקלית שלנו את היקום השתנתה כל כך וחווינו מהפכות אדירות בהבנת המציאות במהלך 2,500 השנים האחרונות, בהקשר הזה, מושג הזמן לא עבר מהפכה אמיתית (המהפכה במושג הזמן בתורת היחסות לא נוגעת בשאלה הבסיסית של מהו בעצם הזמן ועל כך, כמובן, נדון רבות). בסופו של דבר, למרות שאנחנו חושבים שאנחנו יודעים כל כך הרבה על העולם בו אנו חיים ואנו משקיעים רבות, בשאלות קיומיות רוחניות ופיזיקליות עמוקות ומורכבות, אנחנו שוכחים שברמה הכי בסיסית, אין לנו מושג איך העולם עובד ולכן, לדעתי, המהפכה הגדולה הבאה, בהבנת היקום הפיזיקלי, תבוא מתוך הבנה חדשה של מושג הזמן (ויש לך כבר סימנים מקדימים בדיון שקורה בשוליים של הפרדיגמה הקיימת).

חורי תולעת ואשליית הזמן

עד עכשיו דנו בהבנה של המיסתורין והפרשנויות השונות לגבי מושג הזמן כפי שעלו בהיסטוריה של הפילוסופיה והפיזיקה של העולם המערבי (בפוסטים עתידיים אני אדבר גם על תפיסות שהתפתחו במזרח והחיבור שלהן לפיזיקה החדשה). בנוסף, הגדרנו והעמקנו במושגים מרכזיים בתורת היחסות, תורת הקוואנטים ותורת המורכבות, אשר אני מאמין שהם קריטיים, בניסיון שלנו להבין את מושג הזמן ואת השאלות והפרדוקסים הנובעים מהתפיסה הקיימת של מושג זה. מושגים אלו, הם אבני הבניין של הסבר אפשרי להגדרות הבסיס של המציאות והתפיסה שלנו אותה. הסיפור שסיפרתי עד עכשיו ניתן, במידה מסוימת, להגדירו כקונצנזוס בקהילה הפיזיקלית והפילוסופית. כעת אני רוצה לעבור לשלב הבא, השלב בו אנחנו נכנסים לאזור האפור, שאין בו עדיין קונצנזוס והניסיונות להסביר את העולם פונים לכיוונים שונים. בפוסט זה, אתאר השערות וניסויים שבוצעו ממש בשנים האחרונות ומתחילים להשפיע על השיח והלך הרוח בקהילה הפיזיקלית. התפיסות שאפרט פה, מבוססות על מחקרים של בכירי הפיזיקאים בעולם הקוואנטי והקוסמולוגי, בניסיונם לשלב את תורת הקוואנטים עם תורת היחסות מתוך נקודת מבט הנוגעת במושג הזמן. אמנם, תפיסות אלו עדיין אינן מבוססות מספיק ונתונות במחלוקות ובביקורת רבה, אולם, יש בהם, לדעתי, המשך ישיר ועקבי לסיפור שסיפרתי עד עכשיו. תפיסות אלו נמצאות בשולי השיח כרגע ועדיין לא ניתן לכלול אותן במסגרת הפרדיגמה השלטת. אני לא אדון בשלב זה בתאוריות נוספות שעומדות במרכז השיח ובעיקר בשתיים: תאורית המיתרים ותאורית העולמות המקבילים. לא אעשה זאת, מכיוון שחלק מההשערות שאציין פה, התפתחו בחלקן מתוך תאורית המיתרים ואין בתיאור שלה עצמה ערך מוסף לדעתי. בנוסף, אני מאמין שתאורית העולמות המקבילים היא פתרון פשוט מידי, שקל לברוח אליו, אבל הוא לא ממש ניתן לבחינה ולהפרכה ולכן, לדעתי, פחות מעניין. ייתכן שבפוסטים עתידיים אפרט קצת יותר, לגבי תאוריות נוספות הנמצאות היום במרכז השיח המנסה להגיע ל"תאוריה של הכל", אשר תאחד את תורת הקוואנטים ותורת היחסות. בשנים האחרונות התפתחו שני תהליכים מרתקים, שלדעתי, יהוו בסיס חזק לבנייה של תמונת המציאות שלנו. אנסה לתאר את שניהם להלן: ER=EPR לגבי פרדוקס EPR, כבר הרחבתי בפוסט "שזירה קוואנטית: מציאות של מדע בידיוני". פרדוקס זה הראה, שבמסגרת תורת הקוואנטים, יכולים שני חלקיקים (או שתי מערכות של חלקיקים) להשפיע זה על זה באופן ישיר ומיידי, מבלי שתעבור ביניהם אינפורמציה. כלומר, ההשפעה היא מעל מהירות האור המקסימלית בטבע ולכן התובנה הנובעת מפרדוקס זה סותרת את תכונת הלוקליות בעולם. במילים אחרות, פרדוקס זה סותר את הידיעה שלנו, ששום דבר, לא יכול להשפיע על שום דבר, אם הוא לא מקיים איתו אינטראקציה פיזית או מעביר לו מידע. ER הוא קיצור של מושג נוסף שטרם דנו בו: גשרי איינשטיין-רוזן (Einstein-Rosen). מדובר באותם אלברט איינשטיין ונתן רוזן מפרדוקס EPR, אולם, הם פיתחו את שני המושגים בנפרד ובלי שום קשר ביניהם. גשר איינשטיין-רוזן הוא השערה שלהם, המבוססת על תורת היחסות וטוענת שכאשר המרחב והזמן מתעקמים באופן משמעותי, נוצר גשר בין שתי נקודות מרוחקות במרחב זמן, אשר תאורטית, מאפשר מעבר מנקודת אחת לשנייה באופן מידי, על אף המרחק הרב ביניהן במרחב-זמן (ראה הדמיה להלן). רעיון זה, אשר מוכר בספרות ובסרטי מדע בידיוני כ"חור תולעת", הוא תוצאה ישירה של תורת היחסות. המרחב-זמן מתעקם באופן משמעותי בשל מאסה/אנרגיה אדירה (כמו למשל במקרה של חור שחור) ויוצר מצב שבו, מה שנראה לצופה כשתי נקודות מרוחקות מאוד במרחב, בעצם מחוברות אחת לשניה. על רעיון זה מבוססים רוב התיאורים במדע הבידיוני אשר מאפשר קפיצה מנקודה מסוימת בחלל ובזמן לנקודה אחרת מרוחקת בחלל ובזמן ובאופן מידי. בשנת 2010 פרסם מארק ון ראמסדונק (Mark Van Raamsdonk) מאוניברסיטת בריטיש קולומביה מאמר בשם "Building up spacetime with quantum entanglement"[i]. במאמר זה, מעלה ואן ראמסדונק את הרעיון ששזירה קוואנטית היא הדבק המחבר את חלקי המרחב זמן. כלומר, באיזושהי צורה, השזירה הקוואנטית, יכולה לתת מענה לשאלה, מדוע נראה המרחב-זמן כפי שאנו רואים אותו? על בסיס רעיונות אלו ובהמשך לעבודה משותפת של חואן מלדסנה (Juan Maldacena) מאוניברסיטת הרווארד ולאונרד סוסקינד (Leonard Susskind) מאוניברסיטת סטנפורד, בשנת 2013, פרסם מלדסנה מאמר בשם " [ii]Entanglement and the Geometry of Spacetime. במאמר זה מלדסנה עונה בחיוב על השאלה, אותה הוא מעלה בתחילת המאמר: Can the weird quantum mechanical property of entanglement give rise to wormholes connecting far away regions in space? כלומר, לפי תיאוריה זו, אזורים שונים במרחב זמן ומערכות שונות יכולות להיות מקושרות באמצעות "חורי תולעת" הנוצרים כחלק מתהליכי שזירה קוואנטית. מיד לאחר מכן, הוא הוגה את רעיון ה- ER=EPR וסוסקינד מפרסם, בסוף שנת 2014, מאמר בשם ER=EPR[iii]. במאמרו, סוסקינד טוען, בהתייחסו לחורים שחורים, שחלקיקים שזורים מקושרים זה לזה באמצעות חורי תולעת. כלומר, מה שמחבר את המרחב-זמן הם "חוטים" השוזרים את חלקי המרחב-זמן למארג אחיד ומתמשך. כל אזור במרחב זמן, מקשור בגשר איינשטיין רוזן, לאזור אחר וכמו בשני חלקי בד תפורים, השזירה הקוואנטית היא ששוזרת את החלקים השונים לאריג שלם. במילים אחרות, אנחנו מקבלים יקום שהופך לרשת קשרים מורכבת, אשר הקישורים בנויים על בסיס עקרונות השזירה הקוואנטית וזאת באמצעות עיקום המרחב זמן, אשר יוצר חיבורים בצורת "חורי תולעת" (גשרי איינשטיין רוזן). זמן אמרגנטי בתהליך שזירה קוואנטית בפוסט הקודם ("סופו של הזמן?"), דנו בשאלה "האם הזמן הוא אשליה בלבד ומה שקיים במציאות הוא אוסף רגעים קפואים ללא שינוי וללא תנועה?". הבנו שהפיזיקה הנוכחית, הן מצד תורת היחסות והן מצד מכניקת הקוואנטים, רומזת לנו שייתכן מאוד שמה שאנו חווים כמשך הזמן, הוא אשליה. גם הניסיון לשלב את תורת היחסות ומכניקת הקוואנטים, הוביל למשוואת ווילר-דה ויט המתארת עולם נטול זמן. מסקנה זו היא כמובן נתונה לביקורת רבה וניסיונות רבים להכניס את מרכיב הזמן לתיאור הכולל של היקום, אולם, כרגע ללא הצלחה. אחד התומכים הגדולים בקיומו של זמן ונחיצותו בתיאור הפיזיקלי הוא לי סמולין (Lee Smolin) מהפיזיקאים התאורטיקנים המפורסמים בעולם, פרסם בשנת 2014 ספר בשם "Time Reborn" ובו הוא טוען שהבעיה היא שאנחנו עושים "פיזיקה בקופסא", כלומר, מנסים להחיל מסקנות מניסויים על מערכות קטנות וסגורות על היקום כולו. מהלך של החלת מסקנה מתוך קופסא על היקום כולו הוא מהלך לא תקף מדעית ולוגית ולכן אנו נתקלים בפרדוקסים ובחוסר עקביות בנוגע למושג הזמן. אולם, כרגע כל החצים מובילים לכך שיש בעיה עם מושג הזמן. כבר ב- 1983 בהמשך לדיון על משוואת ווילר-דה וויט, הציעו דון פייג' וויליאם ווטרס (Don Page and William Wootters) ששזירה קוואנטית יכולה לתת פתרון לבעיית הזמן העולה ממשוואה ווילר – דה וויט. הם הוכיחו מתמטית, שאם שוזרים קוואנטית שעון ליקום כולו, עבור צופה אשר מהווה חלק מהיקום, יראה השעון כמתקתק ומתקדם בזמן, אולם, תאורטית, עבור צופה הנמצא מחוץ ליקום, יראה השעון כעומד מלכת. במילים אחרות, עבורנו, כצופים בתוך היקום השזור, נראה העולם והשינוי בו, כתקתוק שעון המעיד על התקדמות הזמן, אולם, עבור צופה תאורטי, חיצוני ליקום שלנו, יראה העולם כאוסף רגעים קפואים בזמן. הערת אגב: בהחלט ניתן לחבר את האמירות הללו לעולם התיאולוגי ולמצוא את אלוהים בתפקיד הצופה החיצוני (אמירות בסגנון הזה ניתן למצוא מתיאולוגים נוצריים רבים שטענו שאלוהים רואה את העולם כאוסף רגעים אינסופי וסטטי ולא חווה את העולם כמונו, כמתקדם מרגע לרגע), אולם, צריך לזכור שזהו צופה תיאורטי ותפקיד "הצופה החיצוני ליקום", לא חייב להיות מאוייש על ידי מישהו כלשהו. הבעיה שההוכחה של פייג' וווטרס הייתה מתמטית בלבד והתבססה על משוואת ווילר-דה וויט, שכבר הייתה ידועה קודם לכן. בשנת 2013, הצליחו סוף סוף צוות פיזיקאים מטורינו, איטליה[iv] להראות ששעון פנימי המוצמד למערכת קוואנטית שזורה (של שני פוטונים בלבד), יתקתק ויעיד על התקדמות והתפתחות של המערכת, בזמן שעבור צופה חיצוני, המערכת תראה כסטטית, ללא שום שינוי. אמנם, מדובר ביישום ראשון להשערה של פייג' וווטרס, שאינו מיושם על היקום כולו (מכיוון שלעולם לא נוכל להציב צופה מחוץ ליקום), אולם, זו בהחלט אמירה מעניינת אשר יוצאת מהתחום המתמטי אל העולם היישומי ומעוררת צורך בחשיבה נוספת בכיוון (על כך בפוסטים הבאים). במילים פשוטות, ניסוי זה מחזק את ההשערה, כי הזמן הוא אמרגנטי בלבד, הוא מתהווה בצורה כלשהי בתוך המערכת המורכבת שנקראת היקום ואינו קיים עבור צופה חיצוני ליקום. האמרגנטיות של הזמן מתקיימת עבור צופה פנימי בלבד ביקום (כמונו) ואם נסתכל על היקום מבחוץ נראה, בעצם, שהיקום הוא אוסף קונפיגורציות קפואות בזמן. אם כך, תארתי להלן, שתי התפתחויות בחשיבה הפיזיקאלית, התאורטית והמעשית, בשני נושאים: 1. הבנה של מבנה המרחב-זמן והקשר שלו למושג השזירה הקוואנטית. 2. הבנה של "בעיית הזמן" וחיזוק הטענה כי הזמן הוא אמרגנטי עבורנו, הצופים הנמצאים בתוך היקום. אולם, במבט חיצוני על היקום, מדובר בעולם נטול זמן. מי שעקב אחרי התפתחות הסיפור בפוסטים הקודמים שלי, כבר יכול להתחיל לנחש את סופו של הסיפור. בפוסטים הבאים אני אחבר את כל מה שתארתי עד עכשיו ואנסה לתת תיאור כולל, המסביר כיצד העולם שלנו מתנהל ברמה הבסיסית ביותר. [i] Mark Van Raamsdonk, "Building up spacetime with quantum entanglement", http://arxiv.org/abs/1005.3035 [ii] Juan Maldacena, "Entanglement and the Geometry of Spacetime", https://www.ias.edu/about/publications/ias-letter/articles/2013-fall/maldacena-entanglement [iii] Leonard Susskind, "ER=EPR, GHZ, and the Consistency of Quantum measurements", http://arxiv.org/abs/1412.8483 [iv] Marco Genovese, "Time from quantum entanglement: an experimental illustration", http://arxiv.org/abs/1310.4691 http://www.newscientist.com/article/dn24473-entangled-toy-universe-shows-time-may-be-an-illusion.html#.VPHOkvmUcWI

סופו של הזמן?

"זמן" הוא אחד המושגים המתעתעים ביותר. מצד אחד הוא ברור לנו לחלוטין ומצד שני אין לנו מושג איך להגדירו. כבר במאה הרביעית, כתב אוגוסטינוס הקדוש בספרו "וידויים": "מהו זמן? אם לא ישאלני איש, הריני יודע; אבל אם אשתוקק להסבירו לשואל, יתגלה בעליל שאיני יודע." למרות שזהו אחד הציטוטים המפורסמים, שהשימוש בו נעשה בכל ספר פופולארי על מושג הזמן עד שהפך לקלישאה, הוא עדיין אחד המשפטים החזקים והמפתיעים ביותר. תעצרו רגע ותנסו להסביר לעצמכם מהו "זמן". למרות שבאופן אינטואיטיבי, ברור לכולנו מהו זמן, קשה לנו לתת לו הסבר ברור ומובן. אם באמת תשקיעו מאמץ בניסיון להסביר לעצמכם את מושג הזמן, בסופו של דבר, תתכנסו לשתי הגדרות: "זרימה" (תנועה) ו"שינוי". הבעיה המרכזית היא ששני המושגים הללו: תנועה ושינוי, כוללים בתוכם את מושג הזמן. "תנועה" היא הימצאות בנקודה מסוימת במרחב, בזמן מסוים והמצאות בנקודה אחרת במרחב, בנקודת זמן מאוחרת יותר. "שינוי" הוא הפער במצבו של אוביקט בין נקודת זמן אחת לשניה. כלומר, אנחנו משתמשים במושג הזמן כדי לתת הגדרה ל"תנועה" ו"שינוי" ובאמצעותם אנחנו מגדירים את הזמן. לא ניתן להגדיר את הזמן באמצעות זמן. מדובר בהגדרה מעגלית (רגרסיה אינסופית) שאינה יכולה לשמש לנו כהגדרה תקפה. הבעיה אינה ביכולת הניתוח וההגדרה שלכם, משום שאף אחד לא יודע לתת ל"זמן" הגדרה ברורה ומובחנת וזאת למרות שהיו נסיונות רבים ב 2,500 השנים האחרונות. אני מאמין שהעובדה שאנחנו לא מצליחים להסביר ולהבין מושג כל כך בסיסי במציאות שלנו, מעידה על בעיה עמוקה הרבה יותר בתפיסת המציאות ובפער בין איך שאנחנו רואים את העולם לבין "המציאות כפי שהיא" אשר מעבר לתפיסה החושית שלנו. אחת השאלות הבסיסיות ביותר נוגעת ל"משך הזמן", או במילים אחרות, מה המשמעות של המעבר בין רגע לרגע ומה נותן לנו את תחושת ההתקדמות והזרימה של הזמן. לדעתי ולדעת רבים, שאלת התקדמות הזמן היא סוג של אשליה, אשר מכשילה אותנו בניסיוננו להסביר את הזמן והיא, בסופו של דבר, תוצאה של פרשנות של התודעה שלנו בתפיסתה את המציאות ולא תכונה אשר קיימת ב"מציאות כפי שהיא". אולם, אני לא מאמין שהעולם כולו הוא אשליה. "המציאות כפי שהיא", אשר קודמת לתפיסה החושית שלנו, מכילה בתוכה את העושר שאנו רואים בכל רגע ורגע. השאלה היא, מה גורם לנו לראות את העולם מבעד למשקפי הזמן, כנהר זורם של אירועים? אחד הספרים המעניינים שיצאו בנושא "הזמן", נכתב על ידי פיזיקאי ופילוסוף מוערך בשם ג'וליאן ברבור (Julian Barbour) שהקדיש את כל חייו להבנה והסבר של מושג "הזמן". בספרו, "The End of Time", שפורסם בשנת 1999, הוא מסביר בשפה בהירה ומשכנעת, תוך שימוש בתורת היחסות ותורת הקוואנטים, ממה בנוי הזמן ומה קורה שם, שגורם לנו לקבל רצף רגעים מתמשך ועקבי. לדעתי, התפיסה של ברבור מהווה בסיס חזק מאוד להבנה של מושג הזמן במציאות הפיזיקאלית. בפוסט זה, אני אסכם את הגישה שלו, שתהווה את הבסיס להסבר המלא שאני אנסה לתת מאוחר יותר, אשר יכלול מרכיבים נוספים, שחסרים לדעתי בגישתו ויכולים להשלים את התמונה ולתת הסבר מלא יותר. ברבור מתחיל בטענה שזמן הוא שינוי של החומר. ללא שינוי בחומר, אין משמעות לזמן. תדמיינו עולם ששום דבר לא משתנה בו, עולם קפוא לחלוטין, שאין גם מי שיצפה בו. כל מה שקיים בו עומד מלכת, כולל כל מי שנמצא בו ומחשבותיהם הקפואות. זהו עולם הבנוי מסידור מסוים של כל המרכיבים שלו שאינם זזים ואין מי שיראה זאת ויחשוב על כך. מה משמעות הזמן בעולם כזה? אם אין שום הבדל בין רגע מסוים לרגע אחר או אין משמעות לשאלה האם עברה שניה או יום, הרי שאין שום משמעות למושג הזמן. בעולם כזה, אנחנו נאמר שהזמן עמד מלכת ואם כך, ללא שינוי אין לזמן קיום. על כן, זמן הוא תוצאה של שינוי בחומר. רק השינוי בחומר יוצר תופעה של זמן ולכן זמן הוא אמרגנטי (מתהווה) מתוך החומר. נקודה נוספת שמחזקת את התפיסה הזו היא עצם מדידת הזמן. אם תחשבו על כך לעומק, תגלו שאנחנו אף פעם לא מודדים את הזמן עצמו, אלא, אנו מודדים זמן על ידי שינוי בחומר. זה יכול להיות תנועה של מחוגי שעון, זרימה של חלקיקי חול או תנועה של קרן שמש, ספירה של רגעים באמצעות זרמים חשמליים במוח שלנו או כל פעולה אחרת שניתן לשייך לה קצב מסוים של שינוי בחומר. אף פעם לא מודדים את הזמן עצמו. ברבור ממשיך וטוען שאם הזמן הוא אמרגנטי לחומר, הרי שבסופו של דבר, העולם בנוי מרגעים שהוא קורא להם "Nows", אשר כל אחד מהם הוא קונפיגורציה (סידור מסוים) של כל החומר בעולם וכל Now נוסף, הוא קונפיגורציה אחרת (סידור שונה) של החומר ביקום. השינוי ממנו אנו מסיקים את התנועה של הזמן, הוא בעצם הפער שבין כל קונפיגורציה וקונפיגורציה. הדרך להבין תפיסה זו היא בשימוש באנלוגיה של פילם של סרט. כל תמונה בפילם היא רגע קפוא של סידור כל המרכיבים בתמונה. כל תמונה עוקבת בפילם, היא רגעים נוספים קפואים בעלי סידור שונה. למרות שמדובר באוסף של רגעים קפואים, כאשר מריצים אותם יחד, הם הופכים לאשליה של תנועה, שינוי וחלוף זמן. בפילם אין באמת תנועה או שינוי. זהו אוסף תמונות סטטיות, אולם, כאשר מקרן מריץ את התמונות במהירות זו אחר זו, נוצרת אשליה של זמן. בנוסף, כאשר התמונה היא מספיק מורכבת ניתן לראות בה מידע של תנועה. גם תמונה קפואה יכולה להכיל מידע על העבר שלה ועל התנועה שיש בה. תמונה של חוף ים שהשפל יוצר בחול תצורות של תנועה, היא תמונה קפואה בזמן אשר מכילה את המידע על התנועה של הגלים שחרצו בחול. למידע הזה על העבר והתנועה שאגורה בתמונה הקפואה, ברבור קורא "קפסולת זמן". החשיבה הזו מובילה אותנו להבנה שהעולם בנוי מקונפיגורציות סטטיות, שכל אחת מהן היא רגע מותך של זמן, חומר ומרחב ולכן הזמן לא קיים בפני עצמו, אלא רק כתוצר מתוך החומר והמרחב – The End of Time. לדעת ברבור התודעה שלנו היא שמייצרת מתוך אוסף הרגעים הקפואים הללו את תופעת זרימת הזמן והשינוי שאנו חווים בעולם. יש המון בעייתיות בטענה הזו משום שהיא מניחה את מושג הזמן עבור התודעה בלבד. בכל מקרה אדון בשאלות אלו בפוסטים עתידיים. השאלה שנשאלת כעת היא: מה גורם לקונפיגורציות מסוימות להתקיים במציאות שלנו ולא לאחרות? ומה גורם לתחושת העקיבות של הרגעים בזמן? כלומר, לתחושה שלנו, שיש רצף הגיוני של התמונות שאנו חווים ולא קפיצה אקראית בין קונפיגורציה מסוימת של החומר לקונפיגורציה אחרת לגמרי שאינה המשך הגיוני של הסיפור שאנו רואים? על מנת לענות על שאלה זו, ברבור חוזר לתורת הקוואנטים. כזכור, תורת הקוואנטים בנויה בבסיסה מפונקציית הגל של שרדינגר, שהיא בעצם תיאור של התקדמותה הסטטיסטית של קונפיגורציה מסוימת. זה יכול להיות המיקום והתנועה של חלקיק מסוים או הסידור והתנועה של אוסף של חלקיקים. משוואת הגל מתארת את ההסתברות למצוא את מרכיבי הקונפיגורציה במיקום ומהירות מסוימים. משוואת גל כזו, ניתן גם להחיל על היקום כולו ולהגדיר באמצעותה מה הסבירות שהיקום יהיה במבנה או בקונפיגורציה מסוימת בכל רגע בזמן. ברבור אומר שכל התרחשות קונפיגורציה כזו, ניתן להבינה באמצעות ההסתברויות של משוואת הגל יחד עם הבנה מעמיקה יותר של מושג "קפסולת הזמן" שהוא הגדיר. הבעיה היא שכאשר אנו מנסים לתאר את היקום כולו באמצעות תורת הקוואנטים, אנחנו נתקלים בסתירה הקיימת בין מכניקת הקוואנטים לתורת היחסות. סתירה, שאף אחד לא הצליח לפתור עד היום. תורת הקוואנטים נבנתה על בסיס הגישה הניוטוניאנית של מרחב וזמן מוחלטים והזמן מופיעה כזמן מוחלט במשוואת הגל של שרדינגר. אבל, אנחנו יודעים מתורת היחסות, שהזמן אינו מוחלט והוא יחסי לצופה. כאשר מנסים לחבר בין משוואת הגל של מכניקת הקוואנטים לבין הגרוויטציה של תורת היחסות, מקבלים משוואת גל שאינה מכילה את משתנה הזמן. זו משוואה מפורסמת, אשר פורסמה באמצע המאה ה-20 ונקראת נוסחת ווילר-דה וויט (Wheeler-DeWitt equation) והיא בעצם משוואת גל של היקום כולו, שמאפשרת לקבל את הסבירות של כל קונפיגורציה של היקום כולו. הבעיה היא שהנוסחה המתקבלת מתורת היחסות ומכניקת הקוואנטים, אינה מכילה את משתנה הזמן. כלומר, בשילוב בין תורת הקוואנטים לתורת היחסות, אנו מקבלים תמונת עולם של אוסף רגעים (קונפיגורציות) קפואים בזמן ואת הסבירות לקבל כל קונפיגורציה כזו. תמונת עולם זו, גם עומדת בקנה אחד עם המשמעות של "יקום הגוש" שעולה מתורת היחסות ומהמרחב-זמן הארבע מימדי של מינקובסקי (ראו פוסט קודם "הכל יחסי בחיים וביקום") שגם הוא נותן תמונת עולם של אוסף רגעים קיימים וקבועים של עבר ועתיד. שוב חזרנו לעולם נטול זמן, הכולל אוסף עצום של קונפיגורציות אפשריות, אשר יש לכל אחת מהן סבירות מסוימת להתממש במציאות, אבל העולם הזה, אינו מכיל שום שינוי ושום תנועה ולכן אינו מכיל את מושג הזמן. את המהלך הבא, עושה ברבור באופן לא מספק לדעתי ואני אציע בהמשך, גישה הטוענת שעל מנת להשלים את התמונה, היתה חסרה לברבור הכרות עם תורת המורכבות והרשתות, שהייתה עדיין בחיתוליה בשנות ה – 90 והייתה מוכרת בעיקר בעולם הביולוגי והכלכלי אבל לא בעולם הפיזיקלי. לדעת ברבור, ההסבר להתרחשות ולעיקביות של הרגעים שאנו חווים מבוסס על הסבירויות השונות של משוואת הגל ועל קפסולת הזמן אשר כל קונפיגורציה מכילה. ככל שקפסולת הזמן עשירה יותר במידע על העבר ועל התנועה שבקונפיגורציה, כך יש לה סבירות גדולה יותר להתממש במציאות. קפסולת הזמן היא הגורם, לטענת ברבור, לקוהרנטיות והעיקביות שאנו רואים בעולם. את ההסבר הזה אני אנסה להשלים באופן עקבי ומלא יותר בפוסטים הבאים. אם כך, בניתוח מעמיק של ההיסטוריה הפיזיקאלית והפילוסופית של מושג הזמן, מתאר ברבור עולם קונפיגורציות (רגעים) נטולי זמן. תפיסה זו, אמנם אינה אינטואיטיבית וסותרת את התחושה של כל אחד מאיתנו את העולם, אולם, היא מבוססת מאוד וקשה מאוד לסתירה. השאלה איך עולם של רגעים קפואים הופך לעולם עשיר בתנועה ושינוי, שהזמן מתהווה בו מתוך קונפיגורציות של חומר? היא שאלה שאני אנסה לענות עליה בהמשך, בשילוב עם שני עולמות ידע, שעליהם כבר כתבתי בפוסטים קודמים: שזירה קוואנטית ותורת המורכבות והרשתות.

חיים על סף הכאוס

בשלב זה, אני רוצה להתמקד בשאלה, כיצד התובנות הנובעות מתורת המורכבות, יכולות להשפיע באופן משמעותי, על תפיסת העולם שלנו לגבי חיינו האישיים והעסקיים? כמה פעמים נתקלתם בחייכם בתאוריות, פרקטיקות, עצות לחיים, תורות רוחניות וכו', שהציגו תשובה אולטימטיבית לתהליכים בעולם (אישיים, כלכליים, סוציולוגיים, פסיכולוגיים ועוד...) או הציעו דרך להתמודד עם העולם, על מנת להצליח להגיע ליעד מסוים? כמה פעמים ניסיתם ליישם את הגישות הללו וגיליתם שמשהו חסר? משהו שהשאיר אתכם בסוף עם פער בין הניסוח היפה והמבטיח לבין התוצאות בשטח? משהו תמיד חסר. תמיד אנחנו נשארים בלי תשובות מלאות. תמיד זה כמעט. תמיד בתחושה שהעולם הוא הרבה יותר מסובך ממה שהוא מצטייר באקדמיה או בדת או בתורה הרוחנית. משאיר אותנו ללא תשובות מלאות, מופתעים ותמיד לא מספיק מאושרים. התפיסה המערבית שהתבססה על הלוגיקה ועל התפיסה הרדוקציוניסטית, השפיעה על תפיסת העולם האנושית בכך שהתוותה את הקו המנחה: ככל שנבין את מרכיבי הבעיה ואת החוקים על פיהם העולם מתנהל, נוכל להבין כל מערכת (ביולוגית, כלכלית, חברתית, אישית) ולצפות כיצד היא תתנהל בעתיד. על פי גישה זו, תמיד נוכל לבנות תאוריה שמזהה את המרכיבים ממנה בנויה המערכת, את תנאי ההתחלה שלה ואת החוקים על פיהם המערכת עומדת להתפתח ולהתקדם לשלב הבא. תאוריה כזו אמורה לאפשר לנו לצפות כיצד כל מערכת תתנהג וכיצד עלינו להתכונן ולתכנן את ההתנהלות שלנו על מנת להתמודד איתה ולהשיג את היעדים שלנו. זה הבסיס של התפיסה המערבית של הבנת העולם. גישה זו הביאה את הפריחה המדעית והטכנולוגית של העולם המערבי ואת התפתחות הידע האנושי לרמה הגבוהה, אליה הגענו במאה ה -21. תפיסה זו גם חלחלה לכל תחום שהוא, כולל תפיסת העולם האישית והכלכלית שלנו. אולם, התפיסה הזו והתאוריות שהתפתחו על בסיסה, מאפשרות לנו לראות את העולם באופן מקורב וממוצע. אנחנו יודעים לצפות כיצד העולם יתנהג, אבל לא ממש במדויק, בערך. ידע זה, הוא מספיק טוב להביא אותנו למקומות הנפלאים אליהם הגענו, אבל משהו חסר. חסרה ההבנה, שתתן לנו את האפשרות להבין, באמת, מה קורה במערכות מורכבות וכיצד הן מתפתחות? ולמה אנחנו תמיד נשארים מופתעים ובתחושת החמצה? שלושה תהליכים משמעותיים קרו במהלך המאה ה - 20, ששינו לחלוטין את כל תפיסת המציאות שלנו: ההבנה שהעולם הוא אקראי ויש בו מרכיב של חוסר וודאות שהוא אינהרנטי (בלתי נפרד) במציאות ולא נובע מחוסר מידע. תורת הקוואנטים לימדה אותנו שהעולם, בבסיסו, מכיל מרכיבים שאין להם תכונות מסוימות מראש והן מופיעות באופן אקראי. ההבנה שבמערכת המכילה מספר פרטים הפועלים אחד על השני, ישנה רגישות גבוהה לתנאי ההתחלה. תורת הכאוס לימדה אותנו, שאנחנו לעולם לא נוכל לזהות את תנאי ההתחלה במדויק (אינסוף ספרות לאחר הנקודה) ולכן, כל הסתכלות על המציאות היא מקורבת ולא מאפשרת, לעולם, לחזות במדויק כיצד המערכת תתקדם ותתפתח (הדוגמא הקלאסית היא מערכת מזג אויר – לעולם לא נוכל לדעת את כל הפרמטרים המדויקים של תנאי ההתחלה ולכן אף פעם לא נוכל להיות מספיק מדויקים כדי לתת תחזית חד משמעית. משק כנפי הפרפר, שיכול לגרום לסערות קילומטרים רבים משם). ההבנה שיש מערכות בטבע שיודעות לעבד מידע פנימי וחיצוני ולאפשר התפתחות לרמות סדר גבוהות מאוד, באופן טבעי וללא צורך בגורם מתכנן או מנהל. מערכות כגון, הגוף האנושי, קן נמלים, רשת האינטרנט, להקת ציפורים, המערכת החיסונית, רשתות חברתיות, תנועת כלי רכב ועוד ועוד... מערכות כאלו, שהן דוגמאות למערכות שהתפתחו ללא גורם מתכנן או מנהל, מבוססות על שלושה עקרונות: תנועה אקראית או אקראית למחצה של הפרטים שבה, מעבר מידע בין הפרטים (תקשורת, סנכרון, מגע פיזי) ואיזון חוזר בין הפרטים לבינם ובין הפרטים למערכת כולה. השילוב של שלושת העקרונות הללו, יוצר מהלך שגורם להתפתחות של סדר וארגון התהוותי במערכת כולה. מתוך ההבנה שהעולם אינו דטרמיניסטי לחלוטין, כלומר, ישנם תהליכים אקראיים שלא תמיד ניתן לשייך אותן לסיבה אחת מסוימת ומתוך ההבנה שמערכות מורכבות (וכמעט כל דבר שאנו מתעסקים בו הוא חלק ממערכת מורכבת), הן בעלות חוקים ותכונות מסוימות ושונות מכל מה שהכרנו עד היום, הרי שעל מנת, להבין את העולם שלנו טוב יותר, נוצר ההכרח, להכיר את התכונות והחוקיות של השילוב בין ההתנהגות האקראית והלא אקראית של הפרטים במערכת והדרך בה, במערכת כולה, מתהווה סדר מתוך התנהגות זו. אם נצליח להבין את זה, נתקדם שלב גדול קדימה, ביכולת שלנו להבין את העולם כולו ולדעת להתנהל בתוכו. אם כך, מה למדנו בשנים האחרונות ואיך ניתן להעזר בתובנות אלו בחיים האמיתיים? לעולם סביבנו ולתהליכים, החברתיים, האישיים והכלכליים יש מספר תכונות שחשוב שנכיר ונדע לקחת אותן בחשבון בהתנהלות שלנו: השפעות קטנות יכולות לחולל שינויים עצומים. כל פעולה שאנו מבצעים קטנה כגדולה יכולה להיות לה השפעה עצומה, אולם, אנחנו לעולם לא יכולים לדעת במדויק מה תהיה התוצאה ומה עוצמתה. הבנה זו נותנת לנו כח רב שמאפשר לנו להשפיע על העולם, אולם, הכוח הוא לא באמת בשליטה שלנו. חשוב לזכור שיש לתכנן ולפעול, אולם, לקחת בחשבון שאין דרך אחת נכונה ותמיד נצטרך להגיב ולהתמודד עם האתגרים בדרך. סדר וארגון מתהווה (אמרגנטי) ללא גורם מכוון ומתכנן. גם אם נתכנן וננסה לנהל את התהליך לכל אורכו, תמיד יווצרו סדר וחוקיות מתוך האינטראקציה של הפרטים במערכת, שאין לנו שליטה מלאה עליהם. צריך לדעת להתנהל אל מול הסדר המתהווה ולא להלחם בו. בנוסף, ההשפעה היא הדדית, הפרטים בונים את הקולקטיב אבל הקולקטיב גם מגדיר את עצמו ואת הגבולות שלו ומשפיע על הפרטים בתהליך איזון חוזר, מעגלי ודו כיווני. תמיד נדרשת גמישות בתוכנית. מכיוון שלא ניתן לבנות את התוכנית המושלמת, יש צורך תמיד לשמור על השוליים הגמישים והאקראיים, כאשר יגיע המשבר הבא (ולעולם לא נוכל למנוע אותו לגמרי), היכולת שלנו להתמודד איתו, לא תהיה באמצעות התוכנית הראשונית, שתקרוס אל מול המשבר, אלא, באמצעות היצירתיות, החריגות והגמישות שנשאיר בשוליים של התוכנית. תוכנית קשיחה מידי תתפרק אל מול כל מכשול, מערכת עם שוליים חסרי סדר תוכל להתאים את עצמה למצב המאתגר הבא. הנורמה היא הכאוס והמשבר ולא השקט ושיווי המשקל. בגלל צרכים אבולוציוניים, האנושות פיתחה תכונה, למצוא ולהשליך על המציאות את הסדר והיציבות בעולם סביבנו. בעל חיים שלא היה בטוח שהצעד הבא שלו יהיה על קרקע יציבה, לא היה זז ולכן לא היה שורד. אולם, הקרקע כל הזמן זזה, לרוב קצת ולפעמים יותר (אז מוגדרת רעידת אדמה). אדם נוטה לזכור את המשברים שקרו לו בעבר ולצפות שמצב של שיווי משקל ימשך בעתיד ולכן, אנחנו משייכים את המשברים לעבר ומצפים למצוא את השקט בעתיד. אולם, המציאות, כל פעם, תופחת על פנינו. העולם בבסיסו אינו יציב ונתון בשינוי מתמיד ובתהליך מעגלי של זמנים של משבר וזמנים של שקט. תורות רוחניות ממליצות לנו לחפש את השקט והניתוק מרעשי העולם כדי להגיע לאושר, לכן, מי שהולך בדרך זו, חווה תמיד אושר רגעי. רק הבנה, שהרעש הוא מהות העולם והיכולת להתמודד איתו ולחיות את הכאוס, יכולה להביא לרוגע אמיתי ומתמשך. ההתפתחות באה על סף הכאוס ולא בשיווי משקל. מושג סף הכאוס, הוטבע בשנות ה - 90 בעולם המיחשוב, אולם ביולוג בשם סטיוארט קאופמן, לקח את המושג הזה לרמת הבנה גבוהה הרבה יותר והראה כיצד בכל מערכת מורכבת, הוא מהווה גורם מרכזי בהבנה של ההתפתחות של המערכת לרמות מורכבות גבוהות יותר. חברות ענק נעלמו, כי לא ידעו להתפתח לשלב הבא ולכן התנוונו. מערכות מסודרות מידי ובשיווי משקל גבוה, הן מערכות מנוונות, מכיוון שאין בהן את האנרגיה להתפתח וליצור סדר חדש, שידע להתמודד עם המשבר הבא. מצד שני, מערכות כאוטיות מידי, הן מערכות שקורסות ונעלמות. הדרך להתפתח, היא רק להמצא באזור על סף הכאוס של המערכת. באזור בו אין שיווי משקל ושקט מוחלט, אלא במעבר שבין הסדר המוחלט לכאוס המוחלט. מערכות יכולות להתפתח ולהסתגל לרמת ארגון גבוהה יותר ורמת שרידות גבוהה יותר, רק כאשר יש קצת כאוס שיוצר את האינטראקציה החדשה, שתביא את המערכת לשלב הבא. בהסתכלות על אינסוף מערכות מורכבות בעולם, התגלה כי בשלב על סף הכאוס, המערכת מבצעת מעבר שלב, לעיתים באופן מהיר מאוד, שגורם למשהו חדש להתהוות. משהו שלא היה קודם, לא במערכת כולה ולא בכל אחד מהמרכיבים שלה. המנצח לוקח הכל. מערכות מורכבות מתנהלות לרוב כרשת של אינטראקציות. רשתות אקראיות הן רשתות שאחת התכונות המרכזיות שלהן היא התפתחות צמתים בעלי רמות קישור הרבה יותר גבוהות מצמתים אחרים (רשתות חסרות סקאלה). בכל רשת כזו פועל "חוק חזקה", כלומר, תמיד ייווצרו מעט מאוד צמתים בעלי כמות עצומה של קישורים והרבה מאוד צמתים בעלי כמות קטנה מאוד של קישורים. אי השיוויון הזה רק הולך וגדל, משום שככל שיש לך יותר קשרים, כך אתה יכול לבנות קשרים נוספים. אי אפשר למנוע את התפתחות המבנה הזה של רשתות מורכבות. לכן, אנחנו מוצאים את גוגל ברשת האינטרנט ואנחנו מוצאים טייקונים המהווים 1% מהאוכלוסיה שמחזיק ב99% מההון בעולם הכלכלי ואנחנו מוצאים ברשתות חברתיות מעט מאוד אנשים שהם בעלי כמות עצומה של קשרים חברתיים והרבה מאוד אנשים עם מעט מאוד קשרים. תמיד צריך להסתכל על המערכת ולזהות את מוקדי הכח הללו. המיפוי שלהם בכל מערכת הוא קריטי, מכיוון שהם מהווים את צומת מעבר המידע המרכזי, הם בעלי ההשפעה הגדולה ביותר על שאר הפרטים במערכת והם מהווים את המוקדים השומרים על יציבות הרשת כולה. כל החיים לימדו אותנו, לחפש את ההצלחה והאושר בסדר, ביציבות ובשקט. להתנתק מרעשי העולם, כדי למצוא את האושר ולתכנן טוב יותר, כדי להמנע ממשברים. הכאוס הוא רע, הסדר הוא טוב. בסופו של יום, אחד המסרים החשובים ביותר שיש ליישם הוא הפוך: אל תחפש את השקט ושיווי המשקל ותצפה שהוא ימשך. בתפיסת עולם זו, לעולם ההצלחה והאושר יהיו רגעיים, מכיוון שהעולם אינו חותר לשיווי משקל וההתמודדות חייבת לבוא מתוך ההבנה, שהכאוס והמשבר הוא הנורמה ואם נדע להתמודד איתו באופן שוטף ולא להלחם בו ולדעת להתפתח ממנו לשלב הבא, נתחיל לגעת בהצלחה ובאושר.

תורת המורכבות והרשתות - מבט חדש על היקום

החיים מורכבים. מאז ומעולם היה מתח ופער בין התאוריות אשר באות להסביר את העולם (הפיזיקלי, הסוציולוגי, הפסיכולוגי, הכלכלי וכו'...) לבין ההתנסות היומיומית שלנו והכשלון ביישום התאוריות הללו על "החיים האמיתיים". התחושה היא תמיד שהתאוריה היא תיאור סטרילי, בתנאי מעבדה, אשר היישום שלה ביומיום תמיד מפתיע ובסופו של דבר, אנו מוצאים את עצמנו בפער גדול מול "התוצאות בשטח". כפי שכבר תארנו בפוסטים קודמים, התפיסה הפיזיקלית עד המאה ה – 20 ובמידה מרובה אצל חלק גדול מהקהילה הפיזיקלית – עד היום, הינה מכניסטית. כלומר, ההבנה שהעולם פועל כמו מכונה. כל מה שנדרש מאיתנו, הוא לפרק את המכונה למרכיביה, להבין כיצד פועל כל חלק ומה תפקידו ועל ידי כך, להבין את המערכת כולה ולחזות כיצד תתנהל בכל רגע נתון בעתיד. זו בדיוק התפיסה, שהביאה את התובנה הלפלאסית, הגורסת שאם נכיר את המידע על כל חלקיק וחלקיק ביקום נוכל לחזות בכל רגע נתון כיצד יראה ויתנהג העולם. התפיסה המכניסטית הייתה כל כך חזקה שהיא הוטמעה כמעט בכל פרדיגמה ובכל תחום בעולמנו. מתאוריות פיזיקליות וביולוגיות להבנת הטבע, דרך תפיסות פסיכולוגיות וסוציולוגיות המסבירות תהליכים אישיים וחברתיים ועד הבנה של תהליכים ומבנים כלכליים ועסקיים. התחושה היא תמיד, שהתאוריות הללו בהחלט מעמיקות ומתארות את העולם עד נקודה מסוימת, אבל הן תמיד חסרות את המרכיב שיאפשר באמת ליישם אותן בפועל ולחזות כיצד העולם יתנהג. אולם, משהו חדש ומאוד מעניין קרה במהלך המאה ה – 20. התפיסה המכניסטית החלה לקרוס. ראשית, התחילה להתגבש ההבנה מתוך הפיזיקה החדשה (בעיקר מתורת הקוואנטים), שישנם תהליכים שמרכיב אי הודאות מוטמע בהם ויחד עם ההיבט ההסתברותי של הטבע, אינו מאפשר באמת להכיר את המערכת לפרטיה ולחזות במדויק כיצד תתנהל ברגע הבא. לא בגלל קשיים טכניים הנובעים מחוסר מידע, אלא, מעצם טבעו של היקום. במילים אחרות, מערכות בטבע, לא כל כך דומות למכונות המשוכללות שנבנו מאז המהפיכה התעשייתית והן מתנהלות באופן לא צפוי ושונה. תהליך נוסף ואף משמעותי יותר בהקשר זה, קיבל תאוצה, בהבנה ההולכת וגדלה של מערכות ביולוגיות. במאה ה – 20, התחדדה הידיעה שמערכות ביולוגיות לא ניתן לפרק למרכיבי הבסיס שלהן ולהבין אותן בגישה רדוקציוניסטית. מערכות ביולוגיות, כוללות תכונות שלא ניתן למצוא אותן במרכיבי הבסיס של החומר ושל היצור החי. החיים לא נמצאים באבני הבניין של היצור החי, אלא, במשהו שנובע דווקא מהסתכלות כוללת על המורכבות של המערכת כולה. בסופו של דבר, הכל מתחיל ברגישות לתנאי ההתחלה. הנרי פואנקרה שפעל בתחילת המאה ה – 20 הגיע לתובנות שלימים יתפתחו למה שנקראת היום תורת הכאוס. תורת הכאוס, שקיבלה תאוצה בהתפתחות שלה, בעיקר מאמצע המאה ה- 20 ובעיקר עקב עבודתו של אדוארד לורנץ על חקר חיזוי מזג האויר, אומרת שכל מערכת היא רגישה לתנאי ההתחלה שלה. כלומר, כל שינוי קטן במערכת יכול לאורך זמן להשפיע באופן משמעותי מאוד על התפתחות המערכת כולה ("אפקט הפרפר" הידוע, שנפנוף כנפיו יכול בסופו של דבר, לגרום לסערה גדולה במרחק קילומטרים רבים). התובנה המרכזית היא, שההשפעה של שינוי קטן, יכולה להיות משמעותית מאוד ובקצב מהיר מאוד. בנוסף, לא נדרש יותר משינוי קטן מאוד, על מנת שלא יהיה ניתן אפילו באופן עקרוני (ולא רק טכני), לחזות במדויק כיצד מערכת המורכבת מכמה מרכיבים תתנהג לאורך זמן. זאת מכיוון, שככל שהמערכת מורכבת יותר, יש כמות אדירה של פרמטרים שמשפיעים על התנהלותה ולא ניתן בשום דרך למדוד את כל הפרמטרים השונים, עד דיוק של אינסוף ספרות אחרי הנקודה. כשמערכות כאלה מתחילות לקיים אינטראקציה, השינויים גדלים באופן אקספוננציאלי ולכן, המערכות אינן ניתנות לחיזוי באופן עקרוני. אולם, כשאנחנו מסתכלים על הטבע, אנו פוגשים סדר ולא כאוס. אנו רואים ארגון והתפתחות למערכות משוכללות ולא התפרקות לחוסר סדר או התכנסות לשיווי משקל מנוון. להקת ציפורים המבצעת, כגוף אחד, ריקוד מסונכרן אשר מבריח טורפים, נחיל נמלים לאורך עשרות מטרים, המוצא את דרכו למזון, עוקף מכשולים, מתאים את עצמו לתנאי הדרך וחוזר בשלום אל הקן, גוף חי המתחיל כתא בודד ומתפתח לגוף המכיל מאות מערכות משוכללות המאפשרות התפתחות ותורשה לצאצאים ותודעה הפורצת מתוך אוסף נוירונים המקושרים זה לזה. כיצד מערכות כל כך מורכבות ומשוכללות, מצליחות לתחזק ולפתח את עצמן לרמות סדר גבוהות יותר ויותר ללא שום גורם מתכנן או מכוון? מה גורם לאוסף של פרטים בודדים ליצור מערכת אחת כוללת הפועלת בסדר וארגון כגוף אחד וממשיכה להתפתח לרמות סדר ומורכבות גבוהות יותר? היום אנחנו מבינים שבטבע מתנהלים תהליכים אמרגנטיים (התהוותיים). מתוך הכאוס, הפרטים מתחילים לקיים אינטראקציה של קשרי תקשורת וסינכרון, אשר יוצרים בשלב מסוים סדר ספונטני וארגון ללא גורם מכוון. שלא כמו שלמדנו, הטבע לא נמצא בתהליך של ירידה בסדר והתכנסות לשיווי משקל, אלא, הטבע דווקא נמצא במצב תמידי של שינויים, גדולים וקטנים, היוצרים בתהליך אקספוננציאלי, שלא ניתן לחזות אותו מראש במדויק, קשרים של אינטראקציה וסנכרון, הגורמים להתהוות (אמרגנטיות) של סדר והתפתחות לארגון גבוה יותר ועל ידי כך להווצרות תכונות שלא ניתן למצוא אותן במרכיבים הבסיסיים של המערכת. נוזל הוא תכונה אמרגנטית של אוסף גדול של חלקיקים ומולקולות. לא ניתן למצוא את תכונת הנוזליות במרכיבים הללו. חום, גם כן, הוא תופעה כזו. החיים הם אמרגנטיים מתוך מערכת תאים משוכללת. התודעה היא אמרגנטית מתוך רשת הנוירונים במוח. תבנית מגמות בבורסות לניירות ערך לאורך שנים היא אמרגנטית לאוסף פעולות הקנייה והמכירה של כל הפרטים בשוק. וכו'... נמלה אשר מתרוצצת באופן אקראי ומוצאת מזון, מתחילה באמצעות תהליכי סנכרון כימיים להעביר את המידע לנמלה נוספת והיא בתורה לעוד ועוד נמלים. בשלב מסוים רשת הסנכרון הכימי עוברת שלב ומבצעת "מעבר פאזה" של אוסף קשרים אקראיים לטור מסודר ומאורגן של נמלים הדואגות להעביר את המזון לקן. המערכת המאורגנת של טור הנמלים נמצאת כל הזמן במצב של שינוי ולכן היא בעלת יכולת הסתגלות גבוהה להתמודדות עם מכשולים או שינויים בתנאי הסביבה. תמיד תמצא הנמלה בטור, שבהתנהלות האקראית שלה, תצליח למצוא את הדרך לעקוף את המכשול ולבנות בתהליך זהה את המעקף של הטור כולו. "מעבר פאזה" הוא שלב חשוב המסביר כיצד אוסף אקראי של התקשרויות בין יחידים הופך בשלב מסוים למערכת המפתחת סדר וארגון באופן א-ליניארי. כלומר, התהליך הוא לא תהליך רצוף המתקדם באופן עקבי וליניארי, אלא, תהליך שמתחיל כמעבר ליניארי משלב לשלב ובמעבר פאזה מהיר הופך לתהליך אקספוננציאלי שבו מתהווה במהירות סדר וארגון. אחד המבנים הנפוצים ביותר של מערכות מורכבות הוא מבנה רשתי. הרשת היא מקרה פרטי של מערכת מורכבת, אולם, מדובר בסוג של מערכת מורכבת המכילה תכונות נוספות אשר יכולות להוות בסיס להסבר מפותח יותר של תהליכים בטבע. את רוב התהליכים המורכבים בטבע ניתן להסביר במבנים ובשפה רשתית. הרשתות הנפוצות הן רשתות המכילות קישורים שאינם אחידים (רשתות חסרות סקאלה). כלומר, רשתות אשר הווצרות של קשרים באופן אקראי, יוצרים בהן מבנה בו ישנם מעט מאוד צמתים בעלי מספר גדול מאוד של קישורים (רכזות – Hubs) והרבה צמתים בעלי מספר קישורים נמוך מאוד. ככל שצומת מסוים מקושר יותר יש לו סיכוי לקבל קישורים נוספים ולכן בתהליך של "המנצח לוקח הכל", הרכזות הופכות להיות מקושרות יותר ויותר והן מהוות גורמים בעלי משמעות גדולה יותר ביציבות הרשת ובדרך שבה המידע עובר בה. רשת האינטרנט היא הדוגמא הקלאסית להתפתחות של רשת מידע אדירת מימדים, אשר התחילה מקשרים בודדים שהמשיכו ליצור קשרים אקראיים ובשלב מסוים, התחילו להתפתח תהליכי מעבר מידע מסודרים וצמתים בעלי מספר קישורים גדול משמעותית משאר הצמתים ברשת. במעבר פאזה הפכה הרשת לכל כך מורכבת ומקושרת שתודעה קולקטיבית, אשר מהווה את מאגר המידע האנושי הגדול בעולם, צמחה ממנה כתוצר אמרגנטי. רשת האינטרנט, אשר שולטת בחיינו היום ללא עוררין, אמנם מכילה רכזות בעלות השפעה עצומה של מעבר המידע והמבנים המתפתחים בה (לדוגמא – גוגל), אולם, בסופו של דבר, התפתחה ללא שום גורם מתכנן, מכוון או מנהל. כיצד כל זה קשור להבנת היקום ומושגי הזמן והמרחב? כיצד ניתן ליישם את התובנות הללו בחיי היומיום שלנו? על כך בפוסטים הבאים...

שזירה קוואנטית: מציאות של מדע בידיוני

הסיפור הזה, הוא סיפור על ניסיון להוכיח את מופרכותה של תורת הקוואנטים, שהביא לעולם את אחד המושגים הכי פחות ידועים לקהל הרחב והכי משמעותיים, לדעתי, בהבנת המציאות הפיזיקלית: שזירה קוואנטית (Quantum Entanglement). כפי שכבר הזכרתי בפוסטים קודמים, אלברט איינשטיין, היה אמנם אחד ממבשריה של תורת הקוואנטים, אולם, לא לילד הזה הוא פילל. עד יומו האחרון האמין שהתאוריה חסרה ויש למצוא פתרונות שונים לשאלות הקשות שעלו מהתורה הקוואנטית, כפי שהתגבשה בקונצנזוס של הקהילה הפיזיקלית באותם ימים. במשך השנים העלה איינשטיין ניסויי מחשבה שונים שמטרתם הייתה להוכיח את מופרכותה של התאוריה הקוואנטית והדיונים שהתפתחו בעקבות ניסויי מחשבה אלו, בעיקר בינו ובין יריבו נילס בוהר, היוו את הדשן, לקרקע הפוריה עליה התפתחה התאוריה במשך השנים. עיקר הויכוח בין איינשטיין לבוהר נערך סביב המרכיב ההסתברותי של מכניקת הקוואנטים. כפי שתארתי בפוסט הקודם, מכניקת הקוואנטים (באמצעות "משוואת הגל" של שרדינגר) מאפשרת לדעת רק את ההסתברות שחלקיק יהיה בעל תכונה מסוימת (מיקום, תנע וכו') ורק בביצוע המדידה עצמה, החלקיק מקבל ערך מסוים ("קריסת פונקציית הגל"). במילים אחרות, עד שאנחנו לא מודדים, למשל, את מיקומו של החלקיק, אנחנו לא יכולים לדעת היכן הוא נמצא, אלא, רק את ההסתברויות השונות למצוא אותו במיקומים שונים (ההבדל המהותי מול הפיזיקה הקלאסית שאנו מכירים בעולם סביבנו, הוא בהבנה שכדור, למשל, שנמצא במיקום מסוים ובמהירות מסוימת, ניתן לחיזוי היכן הוא ימצא בכל רגע נתון בעתיד. בפיזיקה הקוואנטית אין לנו את הידע הזה, אלא באופן הסתברותי בלבד). הויכוח הגדול שניטש בין חסידי איינשטיין לחסידי בוהר הוא סביב השאלה, האם חוסר הידיעה שלנו לגבי מיקום החלקיק, נובע מכך שחסר לנו מידע והתאוריה אינה שלמה (גישת ה"המשתנים החבויים" של איינשטיין) או שטרם ביצוע מדידת החלקיק, אין לחלקיק באמת שום מקום מוגדר ועצם אקט המדידה, גורם ל"ענן" ההסתברויות לקרוס למיקום ספציפי ("פרשנות קופנהגן" של בוהר)? (אנחנו עוד נחזור בפוסטים עתידיים לפרשנויות השונות של מכניקת הקוואנטים ולשאלות הפילוסופיות המשמעותיות שעולות מויכוח זה על המציאות שלנו ועל היכולת שלנו להבין, האם התאוריה הפיזיקלית משקפת אלמנטים אמיתיים במציאות או לא?) אחד המשפטים המפורסמים של איינשטיין ש"אלוהים אינו משחק בקוביות" הוא בדיוק ביטוי לגישה, שלא ייתכן שהעולם האמיתי מבוסס על הסתברויות בלבד ולחלקיק אין מיקום מסוים בטרם צופים בו. האמונה של איינשטיין שלא ייתכן שלחלקיק אין תכונות מוגדרות בטרם צופים בו, הביאה אותו בשנת 1935 לפרסם ניסוי מחשבה נוסף, יחד עם בוריס פודולסקי ונתן רוזן (שהיה מאוחר יותר דיקן הפקולטה לפיזיקה בטכניון הישראלי). ניסוי המחשבה, שמוכר כ"פרדוקס EPR", על שם ראשי התיבות של מחבריו, בא בעצם להוכיח שתורת הקוואנטים היא חסרה ועל כן, יש למצוא את אותם משתנים חבויים שישלימו אותה ויתנו מענה שלם ואמיתי יותר של המציאות. במילים פשוטות, הפרדוקס מעלה את הטענה הבאה: תורת הקוואנטים חוזה, שאם מבצעים שזירה (Entanglement) בין שני חלקיקים בצורה שתאפשר לתאר את שניהם תחת משוואת גל אחת, כלומר, יוצרים קשר כלשהו בין שני החלקיקים, הרי שביצוע מדידה על חלקיק אחד תשפיע מיידית על מצבו של החלקיק השני. מה הבעיה? הרי אנחנו יודעים שקשר סיבתי הוא תכונה בסיסית בעולם ודברים משפיעים זה על זה. הבעיה היא, שבשזירה קוואנטית ההשפעה של החלקיק הנמדד על החלקיק השני, מתבצעת באופן מיידי ובלי קשר למרחק בין שני החלקיקים. כלומר, גם אם יש מרחק של שנות אור בין שניהם, מדידה של חלקיק אחד תשפיע מיידית על החלקיק השני. מבחינת איינשטיין מדובר ב"Spooky action at a distance" ("השפעה מאיימת מרחוק"), מכיוון, שהשפעה בין שני גופים יכולה להתקיים או באינטראקציה פיזית ביניהם או במעבר של מידע ביניהם ושכזכור לכם, על פי תורת היחסות הפרטית, העולם שלנו הוא לוקלי, כלומר, שום דבר לא יכול להשפיע או להעביר מידע ממקום למקום באופן מיידי ומעבר למהירות האור. לכן, אם חלקיק אחד משפיע על השני ממרחק של שנות אור, הזמן שאמור לקחת להשפעה להתרחש הוא שנות אור או בהתאם לזמן שיקח למידע לעבור במהירות האור בין שני החלקיקים. במצב הנוכחי, שנובע מתורת הקוואנטים, שקיימת השפעה מיידית ממרחק, שאינה מוסברת והדבר סותר את תכונת הלוקליות, שהיא תכונה בסיסית במציאות, הרי שמבחינת איינשטיין, המשמעות היא שתורת הקוואנטים אינה שלמה ויש לתקנה. במשך שנים רבות נעשו ניסיונות להתמודד עם הפרדוקס, אולם, לאור העובדה שלא ניתן היה טכנולוגית לערוך ניסוי שיאמת את המסקנות של EPR, הדיון במידה מסוימת נזנח לצורך התמודדות עם פיתוח נוסף של התאוריה לצרכים פרקטיים יותר. בשנת 1964 פרסם ג'ון בל מאמר שהוכיח מתמטית שאם מניחים שהעולם הוא לוקלי (כלומר שאין השפעה מיידית מרחוק), הרי שניתן לנסח נוסחה במצב של שזירה קוואנטית ("אי שיוויון בל") שתורת הקוואנטים סותרת אותה. המשמעות היא שיש שתי אפשרויות או שיתברר שתוצאות הניסוי יאששו את אי שיוויון בל ואז יתברר שתחזיות תורת הקוואנטים שגויות או שתוצאות הניסוי יפרו את אי השיוויון ואז תתברר נכונות התחזיות של תורת הקוואנטים וזה יעיד על הפרה של תכונת הלוקליות. במילים אחרות, נפרצה הדרך לבחון, האם ניסוי המחשבה של איינשטיין, שנועד להפריך את תורת הקוואנטים, מזהה פגם בתורה עצמה או שמזהה הפרה בטבע של אחת מהתכונות הבסיסיות המוכרות לנו (לוקליות). רק בשנת 1982, כ- 50 שנה לאחר שאיינשטיין, פודולסקי ורוזן פרסמו את מאמרם, נמצאה הטכנולוגיה לבצע ניסוי שיבדוק את אי שיוויון בל. אלן אספק ביצע ניסוי בשני פוטונים במצב של שזירה קוואנטית והתוצאה הייתה חד משמעית: אי שוויון בל הופר והוכח שמתקיימת השפעה מרחוק ולכן, תכונת הלוקליות אינה מתקיימת בטבע. המשמעות היא עצומה ובלתי נתפסת; המרכיבים הבסיסיים של העולם, משפיעים בדרך כלשהי זה על זה מרחוק מבלי להעביר אינפורמציה או לבצע אינטראקציה פיזית. חייבים לומר, שעד היום לא ממש ברור כיצד הדבר קורה, אבל הוא נבדק מאז באינספור ניסויים והשימוש בשזירה קוואנטית הפך להיות שגרתי במחקר הפיזיקלי של המציאות ואפילו ישנה התקדמות ראשונית ומסוימת בשימוש פרקטי בתופעה זו, בעיקר בעולם המיחשוב הקוואנטי ובקריפטוגרפיה (חקר הצפנים ופיצוחם). כדי להתמודד עם השאלות הפילוסופיות הפתוחות של סוגיה זו, אנסה להציג את האפשרויות העומדות בפנינו מעבר להכרה שיש השפעה מרחוק שאנחנו לא יודעים להסביר אותה: יום אחד יתברר שאי שיוויון בל אינו מדויק והוא ינוסח בצורה כזו שתוצאות הניסויים יאפשרו הן את קיום תורת הקוואנטים והן את תכונת הלוקליות. יש לומר שנעשו אינספור ניסיונות בחקר גישה זו והיום הקונצנזוס הוא שככל הנראה זה כבר לא יקרה. ייתכן שיש פה רמז על כך שתפיסת חץ הזמן והמעבר של אינפורמציה מהעבר לעתיד בלבד היא שגויה. ייתכן ששזירה קוואנטית מלמדת אותנו על מעבר של מידע מהעתיד אל העבר. כלומר, כאשר אנחנו מסתכלים על חלקיק מסוים האינפורמציה של ביצוע הניסוי מועברת אל העבר ומשנה בדיעבד את מצבו של החלקיק השני בטרם יצא לדרכו. למרות שזה נשמע מוזר מאוד, הדבר מתחבר לשאלה עמוקה ומעניינת מאוד של חץ הזמן. על פי חוקי הפיזיקה אינפורמציה יכולה לעבור מהעתיד לעבר, בדיוק כפי שהיא עוברת מהעבר לעתיד. העובדה שאנחנו מכירים את עולמנו רק מנקודת המבט של חץ זמן ברור שמתקדם מהעבר לעתיד, מקורה בתכונה טכנית בלבד של עולמנו ולא בתכונה בסיסית או עקרונית של העולם הפיזיקלי. שני החלקיקים אינם באמת נפרדים והם חלק ממערכת אחת שלמה ומורכבת שבדרך כלשהי הסתכלות על חלק ממנה מאפשר אינפורמציה חדשה על חלקים אחרים שלה. זו גישה מאוד פילוסופית בשלב זה ולא ניתן עדיין לתת לה ביטוי בניסוח פיזיקלי ברור, אולם, בפוסטים עתידיים, אנסה לקשר זאת לעולם הרשתות ותורת המורכבות ולהציע תפיסה חדשה של מציאות הבנויה ממרכיבים בסיסיים המהווים חלק מרשת מורכבת ומקושרת אשר מרכיביה, נמצאים באינטראקציה תמידית ביניהם והשזירה הקוואנטית היא הגורם להתהוות כל רגע ורגע בחיי היקום. מאז ניסויי אספק בשנות השמונים, נכנסה השזירה הקוואנטית לשיח הפיזיקלי באופן משמעותי מאוד ומחקרים שונים מדברים על מושג זה כבסיס להבנה מעמיקה הרבה יותר של היקום. אחת המשמעויות המרתקות ביותר עולה ממש בשנים האחרונות, כאפשרות תאורטית המתחילה לקבל חיזוק ניסויי, מדברת על כך שתופעת השזירה הקוואנטית מהווה את ההסבר לאמרגנטיות (התהוות) של המרחב והזמן ביקום ולתת הסבר לשאלות הקשות שנותרו פתוחות בנוגע לשאלת הזמן. על כך בפוסטים הבאים...

תורת הקוואנטים: המבט המיסתורי על המציאות

תורת הקוואנטים היא קסם. כשאנו מתבוננים במעשיו של קוסם, אנחנו מבינים שיש פה אשליה מקסימה שמעוררת בנו התפעלות ובעיקר מחשבה "איך הוא עושה את זה?". תורת הקוואנטים היא מעשה קסם שאינו אשליה. כך העולם שלנו באמת פועל ודרך פעולה זו סותרת לחלוטין, כל מה שכל אחד מאיתנו רואה במציאות המתרחשת סביבנו. מי שבאמת מבין את תורת הקוואנטים, מבין שיש לנו בעיה קשה בהבנה של המציאות. הקהילה המדעית שמנסה להסביר את ה"מציאות כפי שהיא" נמצאת במשבר עמוק כבר כמעט 100 שנה. את ה"קסם" הקוואנטי ניתן, לדעתי, לתמצת לשני מושגים: "בעיית המדידה" ו "השזירה הקוואנטית". אמנם, מושגים אלו לא מסכמים את כל התורה כולה, אולם, הם לדעתי שתי הדמויות המיסתוריות והמסקרנות ביותר בעלילה המרתקת של תורת הקוואנטים. ראשית, צריך להבין שתורת הקוואנטים מסבירה את התנהגות האבנים הבסיסיות של המציאות. כפי שתורת היחסות מסבירה באופן יעיל ועקבי את מה שאנו רואים בעולם המקרוסקופי סביבנו, כך תורת הקוואנטים נותנת לנו הסבר יעיל ומקיף של כל מה שהוא מיקרוסקופי (עולם החלקיקים האלמנטרים מהם אנו וכל מה שנמצא סביבנו, בנויים) והיא אחת התאוריות הפיזיקליות המבוססות והפרקטיות ביותר שיש בידינו. רוב העולם הדיגיטלי שהתפתח במאה ה – 20, הוא, בסופו של דבר, תוצאה ישירה של החיזויים המדוייקים של תאוריה זו. הבעיה אינה בפרקטיות של תורת הקוואנטים, אלא, במשמעויות שלה. תורת הקוואנטים החלה את דרכה בתחילת המאה ה – 20, לאחר שמקס פלנק טבע את מושג "קוואנט האנרגיה" כחלק מהפתרון לבעיית קרינת הגוף השחור (שוב, מאותן בעיות "ספורות" שנותרו לנו בסוף המאה ה- 19 שפתרונן הפך את קערת הידע האנושי על פיה). גם בסיפור זה, היה לאלברט איינשטיין תפקיד חשוב כבר בתחילת הדרך ומאמרו על האפקט הפוטואלקטרי, בשנה המופלאה של 1905, היווה אבן דרך משמעותית בלידתה של תורה זו (בסופו של דבר, קיבל איינשטיין את פרס הנובל על פרסום זה ולא על תורת היחסות). מכניקת הקוואנטים מהווה כלי לתיאור התנהגות המרכיבים היסודיים של היקום; החלקיקים, הגלים והשדות מהם אתם והעולם כולו בנויים. ככל שחיזויים של תורה זו קיבלו יותר ויותר ביסוס ניסויי ופרקטי, כך גדל המיסתורין סביב המשמעויות של תוצאות אלו. כדי לתאר את המיסתורין הזה, ננסה ראשית לפרק ולהבהיר כמה מושגים בסיסיים ולהבין מהי "בעיית המדידה". רוב ספרי המדע מתחילים בתיאור השאלה הגדולה: האם המרכיבים הבסיסיים של היקום הם גל או חלקיק? אחת הבעיות בהבנה שלנו נובעת בדיוק מהאסוציאציה שיש לנו בשימוש במונחים הללו. החלקיקים האלמנטריים מהם בנוי היקום אינם כדורים קטנים וגם לא נראים כמו גלי מים. צריך לומר כבר עתה, שידוע לנו היום, שהמרכיבים הבסיסיים הם הרבה יותר דומים לאסוציאציה של גל מאשר חלקיק, אולם, יש בשימוש במונחים אלו משום הטעייה וגורם לבלבול. לצערי, גם בתיאור שלי אני אעזר במונח "חלקיק" משום שהוא פשוט להבנה בניסוח הויזואלי ושככל הנראה, אין בשפה שלנו מונחים אשר יכולים לאפשר ויזואליזציה טובה יותר של מה שקורה שם באמת. אני מציע רק, לא להתפס יותר מידי לאנלוגיה של כדורים הנעים ונתקלים זה בזה, אנלוגיה שתתנפץ לנו מאוחר יותר. תחילה צריך להבין במה שונה ההתנהגות של חלקיק ושל גל. דמיינו בריכה מלאה במים. אתם עומדים בבריכה ומסתכלים על הדופן שלה. בשלב ראשון, אתם זורקים כדור שפוגע בדופן הבריכה. הכדור יתקדם בקו ישר לדופן ויפגע בה בנקודה מסוימת. זו התנהגות קלאסית של חלקיק. לעומת זאת, אם ניצור גלים בבריכה בכיוון הדופן, נראה גלים המתקדמים ובשלב מסוים יפגעו זה בזה. באזורים בהם יפגשו שני השיאים של הגלים (האזורים הגבוהים בגל) הם יעצימו אחד את השני ויהפכו לגל גבוה יותר. באזורים בהם יפגשו השפלים של הגל (האזור הנמוך משני צידי הגל) הם יעמיקו את השפל המאוחד. באזורים בהם יפגש שפל עם שיא, הם יבטלו זה את זה ולא נראה גל. בסופו של דבר, נראה בדופן הבריכה, אזורים בהם הגל פוגע בדופן בגובה רב (שני שיאים שהתחברו), אזורים בהם המים פוגעים בדופן בגובה נמוך יותר (שני שפלים שנפגשו) ואזורים בהם נראה שאין פגיעה של גל (שיא ושפל שביטלו זה את זה). תופעה זו של שיאים ושפלים של גלים שמתחברים ויוצרים צורת גל מאוחד ושונה, נקראת "התאבכות" וזו תופעה יחודית לגלים. כלומר, כאשר מזהים התאבכות, זו עדות חד משמעית לכך שמדובר בגל. עכשיו, אחרי שעברנו את השלב ה"מרתק" של ההסבר הטכני, ניתן לבצע ניסוי ולהגדיר האם פוטון או אלקטרון או כל חלקיק אלמנטרי אחר הוא חלקיק או גל. פה מתחיל המיסתורין האמיתי של הטבע. ניקח מסך שמסמן פגיעה של אלקטרונים ונציב לפניו מסך נוסף עם חריץ שרק דרכו יכול האלקטרון לעבור. כעת, נירה עליו אלקטרון ומה שנגלה על המסך הוא נקודת פגיעה. כלומר, כמו הכדור באנלוגיה של הבריכה, האלקטרון נע במסלול מסוים דרך החריץ במסך אל עבר מסך הפגיעה ופגע בו בנקודה מסוימת. זו התנהגות קלאסית של חלקיק. כעת ניצור במסך חריץ נוסף דרכו יכול האלקטרון לעבור. אם נירה כעת אלקטרונים (אנו לא יודעים באיזה חריץ כל אחד עובר) תופיע לפתע על מסך הפגיעה, תצורה של התאבכות, כלומר, החלקיקים עברו כמו גלים בשני החריצים (בדומה לגלים שנשברים בשובר הגלים בים), התמזגו זה בזה בהתאם לתופעת ההתאבכות וזה המראה שנגלה לנו על מסך הפגיעה. זו התנהגות קלאסית של גל. אם כך, האלקטרון מתנהג לעיתים כחלקיק ולעיתים כגל. מה יקרה אם נסגור חריץ אחד? אם כעת נירה אלקטרונים שיעברו בחריץ שנשאר פתוח, תעלם ההתאבכות ואנו רואים על המסך פגיעה של נקודות המעידות על כך שמדובר בחלקיקים ולא בגלים. אולם, כל ההבדל בין שני הניסויים היא העובדה שאנחנו יודעים היכן עבר האלקטרון (בחריץ שנשאר פתוח). במילים אחרות, כאשר אנו יודעים היכן עבר האלקטרון, תופיע פגיעה של חלקיק במסך. כאשר אין אנו יודעים את מיקומו, תופיע תצורת התאבכות של פגיעת גלים. הבעיה מסתבכת עוד יותר, כאשר אנו בונים ניסוי שבו הידיעה שלנו על מיקומו של החלקיק אינה ישירה. במילים אחרות, אנחנו יודעים שחלקיק עבר במסלול מסוים, לא בגלל שזיהינו אותו במסלול זה, אלא משום שהוא לא הופיע במכשיר שניסה לגלות אותו במסלול אלטרנטיבי. במקרה זה, לא מדדנו את מיקומו של החלקיק, אבל אנחנו יודעים איפה הוא עבר בשיטת האלימינציה (לא עבר במסלול א' ולכן בודאי עבר במסלול ב'). הדבר המדהים שמתגלה לנו בניסויים מן הסוג הזה, הוא שגם במקרים אלו האלקטרון מתנהג כחלקיק. כלומר, באותה דרך בה הוא התנהג כאשר מדדנו ישירות את מיקומו. אם כך, כיצד, עצם ידיעתנו על מיקומו, ללא אינטראקציה פיזית כלשהי איתו, גורמת לו לשנות את אופיו מגל לחלקיק? זו אחת החידות הגדולות ביותר בפיזיקה הקוואנטית. כאשר אנו מתארים את התנהגותו של חלקיק, אנו משתמשים במשוואת הגל שפיתח ארווין שרדינגר בשנת 1926. כלי זה מתאר לנו היכן נמצא החלקיק בכל נקודת זמן בטרם מתבצעת עליו מדידה. אולם, כל עוד לא מתבצעת מדידה אין אנו יודעים את מיקומו המדויק של החלקיק אלא אנו מקבלים אזור של הסתברויות שונות, בהן ניתן יהיה למצוא את החלקיק ברגע שנבצע את אקט המדידה. במילים אחרות, אנחנו יכולים רק לדעת מהי ההסתברות למצוא את החלקיק בכל מיקום שהוא. אוסף ההסתברויות הללו יוצר לנו את תצורת הגל הנמרחת במרחב שבו יש את ההסתברויות השונות למצוא את החלקיק. אין לנו יכולת לדעת מה מיקומו של כל חלקיק במרחב זה, בטרם מתבצעת עליו מדידה. המשמעות היא שבאופן יסודי, כל חלקיק יכול להמצא באזור מסוים וניתן לצפות רק מהי ההסתברות שהוא ימצא בכל נקודה ונקודה. כלומר, אפשר לדמיין את פוטנציאל המיקום של כל חלקיק כענן של אפשרויות שנע והוא אפור מאוד באזורים מסוימים, שם ההסתברות הגבוהה ביותר שנמצא את החלקיק, צבעו לבן, באזורים בהם ההסתברות נמוכה יותר ובלתי נראה באזורים בו ההסתברות אפסית.* כאשר נבצע מדידה, המשוואה "תקרוס" ומכל ההסתברויות השונות שמופיעות במשוואת הגל נקבל נקודה אחת ויחידה בה נזהה את החלקיק. זהו מושג ה"קריסה" הידוע של משוואת הגל הקוואנטי. השאלה הגדולה היא היכן נמצא החלקיק בטרם מדדנו אותו? התשובה המפתיעה היא שהוא נמצא בכל האפשרויות המתגלמות בענן ההסתברויות (סופרפוזיציה של מצבים המתקיימים בו זמנית). שרדינגר פרסם את ניסוי המחשבה הידוע המתאר את "החתול של שרדינגר". ניסוי מחשבה זה הוא בעצם יישום של שאלת המדידה הקוואנטית לעולם המקרוסקופי. שרדינגר מתאר חתול שנמצא במבנה סגור עם מכשיר אשר התפרקות אטום יכולה לגרום למותו של החתול. התפרקות האטום יכולה להתרחש בהסתברות של 50% בפרק זמן מסוים. אחרי פרק הזמן הזה, כל עוד לא התבצעה מדידה, האטום נמצא בסופרפוזיציה של "התפרק" ו "לא התפרק" משום שהוא עדיין מתואר על ידי משוואת הגל בטרם המדידה. כשנפתח את המבנה, הגל יקרוס ונוכל לראות האם החתול חי או מת, אולם, על פי תורת הקוונטים, בטרם ביצענו את המדידה, החתול נמצא פיזית בסופרפוזיציה של "חי" ו "מת" בו זמנית. כמובן, שמסקנה זו נשמעת אבסורדית, אבל זו בדיוק המשמעות של האמירה שהחלקיק אינו בעל תכונה מסוימת ומוגדרת בטרם מדדנו אותו. פה בדיוק הבעיה: כל הסיפור המוזר הזה, הוא הסיפור של אבני הבניין מהם בנויים כולנו. מה זה אומר עלינו ועל העולם שלנו? כבר כמעט מאה שנים מנסים להסביר את התופעה הזו. ההסברים השונים מתבטאים במספר כיוונים שחלקם מתבססים על ההנחה שישנם משתנים שאנחנו עדיין לא זיהינו (פרשנויות "המשתנים החבויים") שהם יסבירו בסופו של דבר את מיקומו של החלקיק בטרם מדדנו אותו וחלקם מבוססים על ההנחה שלחלקיק אין מיקום מסוים בטרם הוא נצפה. כלומר, החלקיק לא נמצא בנקודה מסוימת טרם אקט המדידה (גישה זו מבוססת על פרשנות קופנהגן והיא המקובלת ביותר על הקהילה הפיזיקלית היום. גישה נוספת שמקבלת תמיכה גדלה יותר ויותר עם השנים היא פרשנות "העולמות המרובים" בה נדון בפוסטים עתידיים). שאלה נוספת היא: מהי מדידה? האם רק הסתכלות אנושית גורמת לקריסה של פונקציית הגל למיקום ספציפי או שאולי הקריסה מתרחשת בשלב מוקדם יותר? האם היא מתרחשת כאשר מכשיר המדידה מבצע את פעולתו? האם כאשר מופיעה תוצאה במכשיר המדידה? האם כאשר האינפורמציה מגיעה לרשתית העין האנושית או כאשר התודעה שלנו נכנסת לפעולה? כל השאלות הללו הן לדעתי עקרות, משום שלעולם לא נוכל להוכיח אותן. האם יש צורך בגורם אנושי בקריסה של החלקיק? אם כן, מה קרה ביקום בטרם נוצר האדם הראשון? (בבחינת האם עץ, הנופל ביער ריק מאדם, משמיע קול?). לדעתי, השפה בה אנו משתמשים היא גורם קריטי הן בהבנה של השאלות איתן אנו מתמודדים והן בניסיון לתת להן הסבר ויזואלי של המציאות הפיזיקלית. אני משוכנע שאין בשפה שלנו, את הכלי לתיאור הויזואלי של מה שמתרחש בעולם התת אטומי והשימוש במונחים כמו "חלקיק" ו"גל" הם גורמים מטעים אשר מעכבים את היכולת שלנו לבנות הסבר מספק מבחינה אינטואיטיבית. העובדה, שלנו כל הסיפור הזה נשמע מוזר, היא רק כי השפה בה אנו מתארים את הסיפור היא שפה אנושית ומוגבלת ומשום שהמציאות עצמה אינה חייבת דבר לאינטואיציה האנושית. מה שיפה בתאוריה הקוואנטית הוא שניתן להשתמש בה באופן פרקטי גם בלי להתמודד עם השאלות הפילוסופיות הללו ולכן היא כל כך מוצלחת. עובדה זו גם קשורה לשאלה פילוסופית עמוקה יותר: האם תפקידו של המדע להסביר את המציאות הפיזיקלית כפי שהיא או להוות כלי להסבר תאורטי הניתן לשימוש פרקטי בלבד, מבלי להתמודד עם השאלה האם התאוריה המדעית מתארת אלמנטים אמיתיים במציאות עצמה? בעיית המדידה היא אחת החידות הגדולות של העולם ממנו אנו בנויים, אולם, בשנת 1935 אלברט איינשטיין, יחד בוריס פודולסקי ונתן רוזן, פרסמו טיעון (הקרוי על שם ראשי התיבות שלהם: פרדוקס EPR) שאמור היה להראות את המופרכות של התאוריה הקוואנטית. אבל בסופו של דבר, טיעון זה הביא לעולם את מושג ה"שזירה הקוואנטית" (Quantum Entanglement), אחד המושגים המדהימים ביותר, אשר המשמעויות שלו, משנות אפילו בימים אלו, את תפיסת המציאות שלנו. על כך בפוסט הבא. *שימו לב לנקודה שלרוב אינה מובהרת בספרי מדע פופולארי: מה שמתאבך הוא גל ההסתברויות ולא גל פיזי שקיים במציאות, תופעה שמחדדת המיסתורין הגדול האופף את הסיפור שלנו.

הכל יחסי בחיים וביקום

בסקר שנערך בשנת 2013 ברחבי העולם, הורכבה רשימת האנשים המפורסמים ביותר בתולדות האנושות. אלברט איינשטיין, הופיע בין 20 הדמויות המפורסמות ביותר (יחד עם דמויות כמו ישו, הנביא מוחמד ויוליוס קיסר). מעטים האנשים בעולם שאינם מכירים את שמו ומעטים עוד יותר, האנשים שמכירים את שמו ומסוגלים להסביר, מדוע הוא כל כך מפורסם? כיצד נכנס יהודי מוזר משוויץ לרשימה מפוארת זו? התשובה לכך הונחה בחלקה על שולחנו של העולם הפיזיקאלי בשנת 1905 ("השנה המופלאה"), שבה פרסם איינשטיין, בבת אחת, ארבעה מאמרים ששינו לחלוטין את כל מה שהיינו בטוחים לגביו, בנוגע לאור, לזמן, למרחב, ולחומר ביקום. מה שהפך את איינשטיין למפורסם בקרב הציבור, היה כמובן, פרסומה של תורת היחסות הפרטית בשנת 1905 ולאחר עשור (1915), פרסומה של תורת היחסות הכללית. כדי להבין את ה"מהפכה", נחזור מעט אחורה לסוף המאה ה - 19. העולם הפיזיקלי היה בתחושה ברורה שלאחר 2500 שנים של מחשבה ומחקר, אנו עומדים להבין את המיסתורין של היקום כולו. הפיזיקה הניוטוניאנית שלטה בפרדיגמה, אשר האמינה במושגים מוחלטים של מרחב וזמן. למה כוונתנו, כאשר אנו מדברים על מרחב וזמן מוחלטים? זמן מוחלט הוא זמן "הנע" באופן אחיד וללא שינוי. הזמן "זורם" וכל הארועים ביקום מתרחשים ביחס לאותו קו זמן קבוע ואחיד. מרחב מוחלט הוא בעצם מערכת ייחוס לתנועה ביקום. תנסו לדמיין אסטרונאוט המרחף בחלל הריק כשמסביבו חושך מוחלט (מצב תאורטי בו הוא אינו רואה כוכבים כלל). כשהוא מביט מסביבו הוא אינו רואה דבר שהוא יכול לייחס לעצמו תנועה ביחס אליו. הוא גם אינו חש בתנועה משום שאין כוח משיכה המעניק תחושה של התנגדות ואין אויר סביבו המעניק את תחושת "הרוח בשערות". אסטרונאוט במצב כזה, בו אין לו שום אפשרות לחוש בתנועה של עצמו, לא יכול לתפוס באופן סובייקטיבי, האם הוא בתנועה או שהוא נייח. הפיזיקה גם אומרת לנו, שאם היקום מלא בחלל ריק (מלבד אותו אסטרונאוט), הרי שאין שום דבר אובייקטיבי שיכול לייחס לאסטרונאוט תנועה. תנועה יכולה להתקיים רק ביחס לנקודת ייחוס או מערכת ייחוס כזו. כעת תמלאו את החלל הריק הזה במים. עכשיו, ניתן לדעת בודאות האם האסטרונאוט בתנועה או לא, משום שניתן לקבוע האם הוא נע או לא, ביחס למים המקיפים אותו. הפיזיקה הניוטוניאנית פתרה בעיה זו באמצעות מושג ה"אתר". הפיזיקאים של המאה ה – 19, מלאו את היקום כולו באתר, שהוא החומר השקוף אותו מכיל היקום (כולל בחלל הריק) והוא ישות בפני עצמה, שאליה ניתן לייחס כל תנועה באופן אובייקטיבי ומוחלט ולכן זהו מרחב מוחלט. המדע של סוף המאה ה - 19 האמין באמונה שלמה בקיומו של האתר, על אף שהיה מדובר במרכיב שהוא המצאה מחשבתית אנושית ללא שום ביסוס תצפיתי. כלומר, הזמן הוא ישות חיצונית שנעה באופן אחיד ומוחלט ללא שינוי ומבלי שתהיה מושפעת מהתהליכים ביקום ומשמשת כרקע להסתכלות שלנו ולהבנה שלנו את השינויים הנראים ביקום. המרחב הוא החומר השקוף הממלא את המיכל שאנו נמצאים בו, הנקרא יקום, אשר כל תנועה מוגדרת ביחס אליו. בשנת 1887 ביצעו מייקלסון ומורלי ניסוי שמטרתו הייתה למדוד את מהירות כדור הארץ ביחס לאתר. הניסוי נכשל לחלוטין ורק בדיעבד (כ 20 שנה מאוחר יותר) הוגדר כניסוי אשר הפריך את קיומו של האתר. דבר נוסף שיצא מניסוי זה, הייתה ההבנה שמהירות האור היא קבועה לכל צופה ואינה יחסית לתנועתו. ממצא זה סתר את התפיסה הניוטוניאנית והיה אחד הסדקים המשמעותיים בתורתו של ניוטון. אולם, מה מיוחד במהירות הקבועה של האור? הרי כל דבר ביקום יכול לנוע במהירות קבועה. העובדה שהאור נע במהירות של כ 300,000 קמ"ש, הייתה ידועה שנים קודם לכן, אולם, מהירותו של כל דבר ביקום היא יחסית לצופה מסוים. אם אתם נוסעים ברכב, במהירות של 100 קמ"ש ומתקדמים לכיוון אדם העומד מולכם, הרי שהוא יראה אתכם מתקדמים אליו, במהירות של 100 קמ"ש. אם אותו אדם, רוכב על האופנוע במהירות 50 קמ"ש לכיוונכם, הרי שהוא רואה אתכם מתקדמים אליו במהירות של 150 קמ"ש, מכיוון שהמהירות היחסית ביניכם היא סכום שתי המהירויות שלכם יחד. באותה מידה, אם האופנוע היה מתרחק מכם במהירות 50 קמ"ש בזמן שאתם רודפים אחריו במהירות 100 קמ"ש, הרי שהוא היה רואה אתכם מתקרבים אליו מאחור במהירות של 50 קמ"ש שהיא המהירות שלכם פחות המהירות של האופנוע שלו המתרחק מכם. במילים אחרות, כל מהירות של שני גופים, אחד ביחס לשני, היא תוצאה של סכום החיבור או החיסור שלהם. התוצאה המיסתורית של הניסוי של מייקלסון ומורלי הייתה שהאור לא מתנהג בצורה כזו. בכל כיוון ובלי שום קשר למהירות בה אני נע לכיוון האור וממנו, אני תמיד אראה את מהירות האור כקבועה. כלומר, אם אני מתקרב לכיוון פנס שמאיר עלי את אורו במהירות של 300,000 קמ"ש אני אראה את האור מתקרב אלי במהירות זו ולא משנה כמה מהר אני אתקדם לכיוונו. גם אם אני אנוע לכיוונו במהירות של 290,000 קמ"ש, אני עדיין אראה את האור מתקרב אלי במהירות של 300,000 קמ"ש. זוהי תופעה שאינה נתפסת באופן אינטואיטיבי וסותרת לחלוטין את תורתו של ניוטון. המשמעות היא שבמהירויות גבוהות משהו מוזר קורה. אם המדידה של שני גופים אינה תלויה במהירות שלהם והיא מדידה אובייקטיבית ביחס לאיזה מרחב או זמן מוחלטים המקיפים אותם, הרי שהיה צריך לחבר או להחסיר את מהירותיהם והתופעה שהופיעה לגבי האור לא יכולה להתקיים. בתחילת המאה ה - 20 אלברט איינשטיין ישב במשרד הפטנטים, משועמם מתפקידו כפקיד ושקע בחלומות בהקיץ על אנשים שרודפים אחרי קרן אור ומה יראה אדם המתרחק משעון במהירות האור. וכמו בכל סיפור טוב, בניצוץ אחד של גאונות, הוא מצא את התשובה: מה שקבוע ומוחלט היא מהירות האור ומה שמשתנה ויחסי הוא המרחב והזמן. איינשטיין הבין שמהירות האור מדגימה לנו את המהירות הגבוהה ביותר בטבע, שלא ניתן לעבור אותה ולכן היא קבועה ומוחלטת עבור כל מי שצופה בה בלי קשר למהירות תנועתו ביחס אליה. כדי שזה יקרה, צריך שהמרחב והזמן לא יהיו אחידים ומוחלטים וכל גוף נע ישפיע על התקדמות הזמן והתכווצות המרחב מנקודת המבט שלו. ככל שגוף נע מהר יותר, הזמן שלו מתקתק לאט יותר מהזמן של גוף אחר, הנמצא במהירות נמוכה יותר. כלומר, אין זמן שנע באופן אחיד וזהה בכל היקום עבור כל הגופים אלא הוא יחסי לתנועה של הגוף ואותו הדבר לגבי המרחב. רק התכווצות והתרחבות (העקמומיות) של ה"מרחב-זמן" (מושג שטבע מאוחר יותר הרמן מינקובסקי) יכולים לאפשר את תופעת המהירות הקבועה והמוחלטת של האור. צריך לומר שהעקמומיות של המרחב-זמן מושפעת גם מכוח המשיכה והמצאותה של מסה כמו כוכבים או חורים שחורים (תובנות שהגיעו מאוחר יותר בתורת היחסות הכללית), אבל לא ארחיב כרגע בנושא זה. מה שיפה בסיפור הזה הוא שזה לא רלוונטי רק לגבי האור, אלא, לגבי כל גוף שנמצא בתנועה ובכל מהירות. הסיבה היחידה שאנחנו לא מרגישים זאת בחיי היומיום שלנו היא שאנחנו פשוט נעים לאט מידי ולמרחקים קצרים מאוד ביחס ליקום. גם במהירויות של מאות קמ"ש ההשפעה על המרחב והזמן בכדור הארץ היא זניחה ולכן חיינו באשליה כל כך הרבה שנים שניוטון צודק. אבל האמת היא שהטבע מתנהג כפי שמתאר איינשטיין. באוקטובר 1971, הועלה שעון אטומי למטוס שטס במהירות בגובה רב. לאחר שנחת בוצעה השוואה בינו לבין שעון אטומי זהה שנשאר על הקרקע. לשמחת כולם, הניסוי אישש את תורתו של איינשטיין. בסתירה מוחלטת לאינטואיציה שלנו, השעון שהיה על המטוס הראה שהזמן שחלף בו היה איטי יותר מהזמן שחלף על פני הקרקע. כלומר הזמן במטוס לא התקדם בקצב של הזמן על הקרקע והיה יחסי לתנועה של המטוס. מה שמדהים בסיפור הזה הוא שיש לכך משמעות מאוד עמוקה ורלוונטית לאופן שבו כל אחד מאיתנו תופס את חיי היומיום שלו. בואו ננסה להבין מהו הדבר הגדול באמת שאיינשטיין אומר לנו? כדי להבין זאת נסתכל על דוגמא קיצונית. דמיינו שני אנשים הנמצאים על כוכב בגלקסיה רחוקה מכדור הארץ, שניהם נעים זה כלפי זה במהירות וחולפים אחד מול השני. ברגע שמבטיהם מצטלבים נעצור את היקום. מבחינתם מדובר באירוע שהם חשים בו באופן בו זמני אבל אם נסתכל על כדור הארץ המרוחק מאוד מהכוכב בו הם חיים נגלה דבר מדהים. עבור אחד מהם, האירוע הסימולטני שמתרחש בכדור הארץ הוא הרגע שבו אתם קוראים את המשפט הזה במקום בו אתם יושבים. עבור השני, האירוע הסימולטני שמתרחש במקום בו אתם יושבים הוא דינוזאור מטיל ביצה. במילים אחרות, לא ניתן לעצור את היקום ולמפות את כל האירועים הסימולטניים המתרחשים ברגע זה ביקום כולו. כל אירוע הוא יחסי לצופה ולתנועתו ולכן מה שנחשב עבורי כרגעים בו זמניים ביקום יהיו, עבור אחר, אירועים המתרחשים בעבר או בעתיד הרחוקים שלו. אם עוצרים רגע ומנסים להבין את המשמעות (ולצערי אי אפשר להתחמק מכך), מבינים שכל אירוע ביקום יכול להיות בעבר, בהווה או בעתיד של כל צופה ביקום ועל כן אין משמעות לשיוך של האירוע לעבר/הווה/עתיד ואם מחילים זאת על כל האירועים ביקום מבינים שכל האירועים מהמפץ הגדול ועד קץ היקום מתקיימים בו זמנית. תובנה זאת נקראת "יקום הגוש". יש להסתכל על כל הארועים בחיי היקום כולו, כארועים הקיימים על מפה. כאשר אני מסתכל על מפה גאוגרפית, אני יודע את מיקומי במפה וכשאני מחפש את דרכי מתל אביב לירושלים, אני יודע בודאות גמורה שאף על פי, שטרם הגעתי לירושלים, ירושלים קיימת במציאות ומחכה לפגוש בי כאשר אכנס בשעריה. העובדה שטרם הגעתי לירושלים, לא מעידה דבר על ממשותה וקיומה של ירושלים במציאות. תורת היחסות אומרת אותו הדבר לגבי הזמן. העובדה שאני חווה רגע מסוים בזמן כ"עכשיו", מעיד על כך שאני נמצא בנקודה מסוימת במפת הזמן שלי ולא אומר דבר על הממשות והקיום של כל רגע אחר בעבר שלי או בעתיד שלי, אשר כבר מופיעים על המפה. במילים אחרות, על אף העובדה, שאני חש ונמצא כרגע, ברגע מסוים בהווה שלי, כל רגע אחר בעתיד שלי כבר קרה ומחכה לי. כמו שהכניסה שלי לירושלים תתרחש כתוצאה מהתנועה שלי במרחב (ואינה מעידה על חוסר קיומה של ירושלים לפני ההגעה שלי), כך החוויה שלי את האירוע העתידי תתרחש כתוצאה מהתנועה שלי בזמן (ואינה מעידה על אי ממשותו של אירוע זה עוד בטרם חוויתי אותו). הבעיה הפילוסופית הגדולה הנובעת מכך היא שכל אירוע בעתיד שלי כבר קיים וממשי ועל כן, כל בחירה שאבחר בעתיד כבר נקבעה מראש ואינה פתוחה לבחירה החופשית שלי (המשמעות הדטרמיניסטית של תורה זו כבר נדונה בפוסטים קודמים שלי). שאלה מעניינת שצריך לשאול היא האם המרחב-זמן אינו מערכת ייחוס בפני עצמה? האם בעצם לא החליפו את האתר מהמאה ה - 19, ביישות חדשה בשם "מרחב-זמן", שאמנם אינה חומר ושונה במהותה מהאתר, אבל, בסופו של דבר, יכולה להוות מערכת ייחוס עבור התנועה ביקום. השאלה הזו תתחדד עוד יותר, כאשר נבין את תורת הקוואנטים ואת תורת השדות הקוואנטיים ואת המסקנה הבסיסית הנובעת מהם שהעולם שלנו בנוי משדות. האם שדות אלו אינם בעצם, שוב, מערכת ייחוס מוחלטת? על שאלות אלו ננסה להשיב בפוסטים עתידיים. למרות פרסומה של תורת היחסות, איינשטיין קיבל את פרס הנובל דווקא על מאמר אחר שהוא פרסם באותה שנה מופלאה. מאמרו של איינשטיין על האפקט הפוטואלקטרי היה אחד מהיסודות של תורת הקוואנטים. התורה, שאיינשטיין בעצמו לא היה מסוגל לתפוס עד יומו האחרון ושגרמה לנו להבין שהיקום הוא הרבה יותר מיסתורי, אפילו ממה שחשבנו...

Created by BestSite