קוונטים, כל מה שהתביישתם לשאול

פרק מדעי שמפרק את מכניקת הקוונטים לשפת בני אדם — דרך פופקורן, קוביות של אלוהים והחתול של שרדינגר.

הפרק לוקח צעד אחורה מהשאלות הגדולות על מחשוב קוונטי ועליונות קוונטית, ועוסק ביסודות עצמם: מהי מכניקת הקוונטים ולמה היא כל כך מבלבלת. בעזרת אורח מאוניברסיטת רייכמן, מנהל עמותת חתני נובל למצוינות בחינוך, מסבירים המנחים נירית כהן ואלן את ההבדל בין עולם דטרמיניסטי-קלאסי (ניוטון, איינשטיין) לבין עולם הסתברותי-קוונטי, ואת המשפט המפורסם של איינשטיין 'אלוהים לא משחק בקוביות'. הם בונים את ההבנה צעד-צעד — מהמשמעות של 'קוונטה' כיחידה בדידה, דרך גילוי הפוטונים של איינשטיין ב-1905, מודל האטום של נילס בור והקפיצות הקוונטיות, ועד עננת ההסתברות והעובדה שמדידה משנה את המצב. הפרק מיועד לקהל הייטק שמבקש להבין מדע ללא רקע פיזיקלי כבד, והוא אחד הפרקים המושמעים ביותר של התוכנית.

תובנות מרכזיות

• ההבדל המהותי בין פיזיקה קלאסית לקוונטית הוא ההבדל בין עולם דטרמיניסטי וצפוי (כדור ביליארד שאפשר לחשב את מסלולו מראש) לעולם הסתברותי (פופקורן שמתפוצץ 'מתי שבא לו') — וזו בדיוק המחלוקת שאיינשטיין סירב לקבל.
• 'קוונטה' פירושה מידה או כמות בדידה: בדיוק כמו שלא ניתן למזוג שום כמות מים שרוצים אלא רק ביחידות של אטום, גם האנרגיה והאור באים ביחידות בדידות ולא ברצף — זה הלב של תורת הקוונטים.
• ב-1905 גילה איינשטיין שגם האור הוא קוונטי ובנוי מחלקיקים (פוטונים), למרות שהיה מתנגד לתורת הקוונטים — וזו הדואליות שבה האור מתנהג גם כחלקיק וגם כגל.
• מודל האטום הקלאסי (כמו לוגו נאס"א) שגוי: האלקטרונים אינם כדורים במסלולים, אלא עננת הסתברות. לפי נילס בור הם קופצים בין מסלולים מותרים בלי לעבור בדרך — 'קפיצות קוונטיות'.
• מדידה משנה מציאות: כשמסתכלים על האלקטרון הוא 'מחליט' להיות חלקיק במקום מסוים, וכשלא מסתכלים הוא גל של הסתברויות — וזה הבסיס להצפנה קוונטית ולחתול של שרדינגר שחי ומת בו-זמנית.