דברו אלי

קבלו עדכון

עמודים

נושאים

תגים

ארכיב



RSS ראיתי בעיניים

פוסטים אחרונים

תגובות אחרונות

עוררו עניין

בלוגרול

ארכיב עבור תגית פיזיקה

האמת הקוונטית

המציאות הפיזיקאלית ברמתה הבסיסית ביותר, כך מספרים לנו הפיזיקאים, היא הסתברותית. יש סיכוי שהאלקטרון נמצא פה, יש סיכוי שהוא נמצא שם. המדידה שלנו משנה את מיקומו. אין – וגם לא יכול להיות – מידע קבוע ומוחלט ברמה הקוונטית. זהו עולם של אי-ודאות הסתברותית.

ממשיכים ואומרים כי תופעות קוונטיות לא נראות אצלנו בבית. הן נשארות סמויות בתוך גרעין הסיכה של העולם הזעיר שמפעיל את הכל. אבל.

המציאות שלנו גם היא וודאית וברורה פחות משהיינו רוצים להאמין. הפוסט-מודרניזם, על כל פגמיו, לימד אותנו לפחות זאת – כל "עובדה" נגזרת תמיד מתוך ראיית עולם מסוימת, מתוך נקודת מבט. או במינוח סמי-קנטיאני, לעולם לא תהיה לנו גישה ל"עובדה" כשלעצמה. אנו תמיד מתבוננים בעולם מתוך מערכת קונצפטואלית כלשהי, ואין לנו אפשרות להכיר דבר שלא דרך מערכת כזו.

היחס בין העובדה הנתפסת לבין המציאות העירומה הוא יחס הסתברותי. כמו מיקום האלקטרון, כך גם העובדות של עולמנו הן הסתברויות. ההתבוננות שלנו, הצפייה בעולם, משפיעה על הנמדד. נקודת המבט שלנו קובעת את העובדות שנוכחות בפנינו. כל עובדה כזו היא קירוב שנקבע מתוך המערכת המתבוננת. קירוב של מה? זוהי שאלה שאין לה מובן.

אמנם, בחיי היומיום אנו נוהגים כאילו יש אמת אחת. מעצם היותנו בני-אדם, אנו חולקים נקודת מבט משותפת וקרובה המאפשרת לנו לנהוג כך. אנו מסתמכים על הקירוב הממוצע שמאפשר לנו לתפקד בעולם (כמו שהפיזיקה הניוטונית היא קירוב מספק בסדר גודל מסוים). אך כשאנו מנסים לחדור פנימה, מבקשים לקלף את שכבות המציאות וההכרה, אנו נתקלים שוב ושוב בפרדוקסים, במעגלים, בקצרים הכרתיים. כי האמת המוחלטת, כמו מיקומו המוחלט של האלקטרון, היא אשליה בלבד. האמת היא תופעה קוונטית והסתברותית.

——————————-

יש האומרים כי עידן המחשב יביא אותנו לעולם של עובדות מוחלטות. באמצעים אלקטרוניים נרשום את כל נתוני החושים שלנו, נתעד באופן מדוקדק וצמוד כל רגע וכל התרחשות. המחשב יאפשר לנו רישום מוחלט ואובייקטיבי של המציאות. לא עוד נקודות מבט, לא עוד עדויות סובייקטיביות. הטכנולוגיה תביא את המציאות אל שולחן המנתחים ותציג אותה באובייקטיביות לכל דורש.

האומנם? הן בכל דור ודור קמה טכנולוגיה אחרת לתעדנו. בכל תקופה טכנולוגיה אחרת נתפסת כמייצגת הנאמנה של המציאות. האמת על העולם הועברה בעבר בסיפורים ובמיתוסים מאב לבן. אז הופיע הכתב ושחרר אותנו ממגבלות הזיכרון וההטיה של המספר. הציור היה טכנולוגיה לרישום מדויק של העולם (ב"חוזה השרטט" הדיוק בתיעוד הוא שמביא להשמדתו של המתעד). הצילום דחק את הציור למחוזות האמנות ומיצב עצמו כהעתקה בלתי ניתנת לערעור של המציאות (רולאן בארת כותב: "פעם קיבלתי מאחד הצלמים תצלום של עצמי. לא זכרתי… שתמונה זו צולמה בשעתה. … ואף על פי כן, משום שהיה כאן תצלום, לא יכולתי להכחיש שהייתי שם").

——————————-

האם מישהו כיום, בעידן הפוטושופ, חושב כי צילום או סרט וידאו הוא תיעוד הנמצא מעבר לכל ספק? כל טכנולוגיה חדשה שמופיעה מציגה את הטכנולוגיה הקודמת לה כלא אמינה ונתונה למניפולציות. יהיה זה פזיז, אם כך, להניח כי עם טכנולוגית המחשב נגיע לגביע הקדוש של התיעוד. במידה מסוימת, אולי אף להפך – כאשר אנו הופכים את המידע לדיגיטלי אנו גם הופכים אותו לנגיש יותר וזמין יותר למניפולציה ושינוי. (ושוב – פוטושופ).

עידן המחשב מציף אותנו במידע. יש לנו יותר ויותר עובדות. אך לעולם לא נגיע לאמת. האם יש תקווה? אולי – אם נבין שאין אמת אחת וסופית, ולאף אחד אין בעלות עליה. שהעובדות שלנו נוצרות מתוך נקודות מבט, תמיד קשורות לאופן בו אנו תופסים את העולם. אך מצד שני, כי המכנה המשותף שלנו יוצר קירוב שמספק לנו קרקע לדו-שיח ולתקשורת.

ויתרה מזאת. מכיוון שכל עובדה היא רק קירוב, דווקא הריבוי של נקודות המבט הוא זה שנותן לנו תמונת עולם שלמה יותר. פנס אחד מאיר רק פינה. עם עשרות פנסים אולי כבר נצליח לראות את החדר.

וכאן, כנראה, נמצא חוזקו של האינטרנט. זהו מכשיר של ריבוי. כלי המאפשר מסירה וקבלה של נקודות מבט שונות. זוהי טכנולוגיה המכילה את הפוטנציאל לשנות תפיסת עולם, להביא למודעות רחבה יותר בדבר אופייה של ההכרה שלנו ויחסיה עם המציאות. אם רק ניתן לה.

______________________

בהקשר דומה, מאמר מומלץ של שמואל שם-טוב על הקשר בין דרווין וג'ון סטיוארט מיל, בגיליון החדש והמרתק של אודיסאה (ולא רק כי גם אני כותב שם).

כיבוש החלל הסיני?

החיפוש אחר מכונת הפרפטום מובילה ממשיך, והפעם מן המזרח. כתבה ב-WIRED מספרת כי חוקרים סינים הצליחו לבצע סימולציה מתמטית, אשר מאשרת את תיאורית "ההנעה האלקטרומגנטית" שפיתח מדען בריטי בשם רוג'ר שויאר.

המנוע התיאורטי של שויאר אמור להפוך אנרגיה חשמלית לכח דחף באמצעות גלי מיקרו, באופן שאינו מפר את כללי הפיזיקה המוכרים ומתבסס על תופעות של תורת היחסות. עד עתה זכה הרעיון בעיקר לביקורות קוטלות, בטענה כי הוא מפר את חוק שימור התנע ומהווה עוד צעד במרדף הסרק אחר מכונת התנועה הנצחית. אולם אוניברסיטת NPU הסינית אימצה את הרעיון, וצוות של מדענים עובד בשנה האחרונה על פיתוחו. לאחר שהוכיחו, לטענתם, את התחזיות של התיאוריה בסימולציה מתמטית, הם עובדים כעת על ייצור של מנוע דחף אמיתי המבוסס על התיאוריה.

מנוע כזה, אם אכן יהיה בר ביצוע, צפוי לשנות באופן מהפכני את תעשיית החלל. הוא יאפשר הנעה טובה יותר ובעלת עמידות גבוהה לרכבי חלל וללוויינים, שיכולה, בין השאר, להשפיע על יכולתנו לתור את החלל. שויאר טוען לדוגמא כי רכב חלל שמונע על-ידי מנוע הנעה אלקטרומגנטית סולארי יכול להגיע למאדים תוך 41 יום.

מעניין כי לאחרונה נתקלנו גם בטענתה של חברת steorn על שהצליחה לייצר אנרגיה חופשית ותמידית. האם באמת מדובר רק בסמיכות מקרית ובטענות הזויות, או שאנו מתקרבים לגילויה של טכנולוגיה חדשה ומהפכנית של ייצור אנרגיה?

ולסיום, האם תחילת המאמר:

Chinese researchers claim they've confirmed the theory behind an "impossible" space drive, and are proceeding to build a demonstration version.

לא מזכיר את הציטוט הזה?

The Infinite Improbability Drive is a wonderful new method of crossing interstellar distances in a few seconds; without all that tedious mucking about in hyperspace. As the Improbability Drive reaches infinite improbability, it passes through every conceivable point in every conceivable universe almost simultaneously.

ואף על פי כן, נוע תנוע ולא תפסיק לעולם

מכונת פרפטום מובילה, התנועה הנצחית, היא הגביע הקדוש של המכניקה והפיזיקה מאז ומתמיד. מדובר במכונה שתוכל לפעול מעצמה, ללא צורך בהשקעת אנרגיה כלשהי, מכונה שמרגע שתתחיל לפעול לא תעצור יותר אף פעם. על-פי חוקי הפיזיקה המקובלים כיום (נגיע לזאת בהמשך), מכונה כזאת היא בלתי אפשרית. החוק הראשון והשני של התרמודינמיקה פוסלים כל אפשרות תיאורטית למכונה מעין זו.

orbo

למרות זאת, המרדף חי וקיים. בשבועות האחרונים התעוררה סערה זוטא סביב חברה אירית בשם Steorn, שטוענת כי הצליחה לייצר טכנולוגיה (לה היא קוראת Orbo) אשר מייצרת אנרגיה נקייה, חופשית ותמידית. החברה מודה כי משמעות הטענה היא הפרה של חוקי שימור האנרגיה העומדים בבסיס הפיזיקה של ימינו.

החברה היתה אמורה להציג גירסה ראשונית של הטכנולוגיה בתחילת יולי במוזיאון Kinetica בלונדון, אולם רצף של תקלות מוזרות שהתרחשו בשעת התקנת המכשיר הובילו לבסוף לדחיית התערוכה לזמן לא ידוע.

ביטול התערוכה חיזקה כמובן את דעתם של רבים אשר אינם מאמינים להכרזותיה של Steorn. הדעה הרווחת כרגע בבלוג אשר עוקב אחר קורותיה המוזרים של Steorn (וגם בכתבה הזו של ה-BBC) היא שלא מדובר בתעלול יחצני או ברמאות, אלא בהטעיה עצמית פשוטה – מקימי החברה מאמינים באמת כי הצליחו לייצר טכנולוגית פרפטום מובילה, ללא כל קשר לעובדות שעומדות בפניהם.

זוית מעניינת שצצה ועולה בסיפור זה היא האמונה הבלתי מעורערת במדע, ה"מיתוס" המדעי (שכתבתי עליו כאן), שרווח בחברה של ימינו מבלי שנשים לב אליו בדרך כלל. בכתבה על החברה ב-Economist נאמר:

But science had its reformation centuries ago. A select number of its indisputable axioms have been designated as laws. These are not man-made rules or opinions, but universal truths prised loose from nature by painstaking observation and experiment, and hammered on the anvil of experience by repeated testing. As such, they have survived every challenge thrown at them over the centuries.

האקונומיסט מבטא כאן במילים ברורות את היחס הפופולארי (והמובלע לרוב) למדע – חוקי המדע אינם נוצרים על-ידי האדם, אלא הם חוקים אוניברסליים של הטבע שמתגלים בסידרה של תצפיות והתנסויות.

מדהים לראות מאתיים שנה של פילוסופית המדע נעלמות כלא היו. או אולי זו תעודת עניות להשפעתה של הפילוסופיה על העולם כיום. גם אם איננו רוצים ללכת לאזורים הקיצוניים והאנארכיסטים יותר של הפילוסופיה, הרי גם לפי המיינסטרים הפילוסופי לגבי המדע (פופר וממשיכיו) הצהרה זו של האקונומיסט היא מיושנת ושמרנית. מזמן כבר הבנו כי תיאוריות מדעיות מומצאות על ידי האדם, הן אינן מתגלות באופן בלתי אמצעי. מדובר על תהליך יצירתי של בניית תיאוריות ובחינתן, על דיאלוג מתמשך בין האדם לבין העולם שסביבו.

אך חמור מכך, העמדה שמבטא האקונומיסט חותמת את הגולל על כל התפתחות מדעית אפשרית. אם חוקי המדע כיום הם "גירסה סופית", אמיתות אוניברסליות של המציאות – לאן עוד אפשר להתקדם? האקונומיסט עיוור להיסטוריה של המהפכות המדעיות ולאפשרות העתידית למהפכה מדעית. המסר החותם את הכתבה מבהיר זאת היטב:

Remember: the first law says the best you can do is break even, while the second law adds, forget it, you can’t even do that! Keep those two principles in mind, and you’ll never go far wrong.

ילדים – הקשיבו תמיד לחוקים! אל תנסו לשבור אותם, אל תנסו להיות יצירתיים. תמיד תציירו בתוך הקווים, וכך לעולם לא תיכשלו. אתם רוצים להיות מקוריים? אתם רוצים לערער על המוסכמות? אתם רוצים להיות חדשניים? הקשיבו ילדים לעצתו החכמה של האקונומיסט – Forget It!

מה המדע אומר לנו על העולם?

האם באמת קיימים אלקטרונים? מהי בכלל אנרגיה? האם מישהו ראה אי-פעם את כח הכבידה?

התיאוריות המדעיות הולכות ומתרחקות מעולם התופעות המוכר לנו. הן מתארות עולמות רוחשים חלקיקים, כוחות, יצורים אבסטרקטיים, תופעות מוזרות. האם כל אותם דברים מסתוריים המתוארים על-ידי המדע המודרני באמת קיימים בעולם?

הגישה האינסטרומנטליסטית גורסת כי אין שום סיבה לחשוב כך. התיאוריות המדעיות הינן מכשירים שימושיים ביותר שמאפשרים לנו להסביר, לחזות ולשלוט על מגוון של תופעות. אולם היותו של המכשיר מוצלח לא מעידה דבר על אמיתותו. אנו יכולים להשתמש במכשיר כי הוא עובד, אבל אין לנו שום סיבה להניח כי אותם יצירים תאורטיים שמרכיבים את המכשיר מתארים משהו אמיתי בעולם. עמדה זו רווחת היום בפיזיקה המודרנית. מכניקת הקוונטים ותורת המיתרים הן מערכות מתמטיות מורכבות ומסובכות שמצליחות לספק את החיזויים הטובים ביותר לתופעות פיזיקליות, אך קשה מאד לגזור מהן מסקנות ריאליסטיות לגבי טיבו של העולם, או לגבי קיומן של הישויות המתמטיות שמרכיבות תיאוריות אלה. 

גישה דומה ביחס למתמטיקה הוא הפורמליזם. לפי עמדה זו אמיתות המתמטיקה אינן נסובות "על" שום דבר בעולם. המתמטיקה היא מערכת של סימנים, אקסיומות וכללים; היא משחק בסימנים. המתמטיקאי לא צריך להתעניין בשאלת הקיום של הישויות המתמטיות, אין משמעות אם תיאוריה מתמטית היא "אמיתית" בעולם או לא. תפקידה של המתמטיקה הוא רק לבנות ולפתח מערכות פורמליות קונסיסטנטיות. דיויד הילברט ניסה, בתכנית המרשימה שלו, לבסס את המתמטיקה כולה כמערכת אקסיומטית קונסיסטנטית ושלמה. תכנית זו אמנם הוכחה כבלתי אפשרית על-ידי גדל, אולם המוטיבציה הפורמליסטית של הילברט נשארה חיה ופועמת בלב המתמטיקה ונגזרותיה (שפות המחשב הפורמליות).

נראה לי כי לגישה האינסטרומנטליסטית יש חלק גדול ביכולת ההתקדמות של המדע. על-ידי שבירת המחוייבות של המדען או המתמטיקאי לעולם האמיתי, נפתח מרחב פעולה גדול שמאפשר העלאת השערות ותיאוריות קיצוניות ומוזרות, שיכולות להצליח יותר במקומות שתיאוריות קונבציונאליות יותר נכשלות.

הגיאומטריה מספקת דוגמה יפה לכך – הגיאומטריה הקלאסית, האוקלידית, מורכבת מאקסיומות שמשקפות את העולם החושי המיידי שזמין לנו. ברגע שאנו מנתקים את המחוייבות הריאליסטית של הגיאומטריה, ניתן להתחיל לשחק עם האקסיומות וליצור מערכות גיאומטריות אחרות, "לא טבעיות", מערכות שלא היו מובנות כמתארות את העולם שאנו מכירים כשנוצרו. רק מאוחר יותר התברר שלגיאומטריה הלא-אוקלידית יש תפקיד חשוב בפיזיקה, והיא היוותה בסיס לתיאור המרחב בתורת היחסות הכללית.

____________________________

אבל איך בכל זאת אפשר להסביר את העובדה שתיאוריות מדעיות ומערכות מתמטיות משמשות אותנו ככלים יעילים כל כך לגבי העולם? אני מציע דרך ביניים בין הריאליזם לאינסטרומנטליזם (או אולי זו בכלל הסתכלות אחרת).

כל תיאוריה מדעית או מתמטית היא פרספקטיבה אפשרית בה ניתן לראות את העולם, נסיון למפות חלק מהמציאות. המציאות עצמה היא אינסופית ובלתי ניתנת למיפוי. לכן כל תיאוריה, בהכרח, תהיה תמיד חלקית.

כל תיאוריה יכולה להתאים לאספקט מסויים של המציאות בתנאים מסויימים. מכיוון שאנו עצמנו מתקיימים כפרספקטיבה מסויימת של המציאות, לא תמיד אנו יכולים למצוא את התנאים שבהם התיאוריה מתקיימת.

אנו מסוגלים לשנות את הפרספקטיבה שלנו לגבי המציאות. זהו תהליך התפתחות התודעה, שמתקיים באופנים שונים. המדע והמתמטיקה הם חלק מהכלים שמשמשים אותנו להרחבת התודעה. כשהתודעה שלנו מתרחבת, הפרספקטיבה משתנה, ואנו מסוגלים לזהות תנאים חדשים שיתאימו לתיאוריות חדשות. זהו תהליך גומלין משותף בין המדע, המתמטיקה, התודעה והעולם. (וגם כל אספקט אחר של הקיום האנושי).

כך שהישויות הפיזיקליות והמתמטיות גם קיימות וגם לא קיימות. הן קיימות כאספקט בתוך המציאות. אך הן גם לא קיימות מכיוון שכל אספקט הוא חלקי וזמני בלבד, ונתון לשינוי בהתאם לפרספקטיבה שמתוכה אנו חווים את המציאות.

וגם אנחנו, כמובן, אספקט של המציאות.