העולם הישן: פיזיקה קלאסית בעשר דקות

כדי להבין למה הקוונטים היו הלם, צריך קודם להבין מה הם ניפצו. בשנת 1890 בערך, הפיזיקה נראתה כמו בניין שהושלם. היו לה שלוש קומות.

קומה ראשונה: מכניקה — הכול הוא כדור ביליארד: איזק ניוטון, במאה ה־17, הראה שאם ידוע לך איפה גוף נמצא ובאיזו מהירות הוא נע, ואם ידוע לך אילו כוחות פועלים עליו — אפשר לחשב בדיוק איפה הוא יהיה בכל רגע בעתיד. זה עובד על כדור, על כדור תותח, על הירח ועל כוכבי הלכת. אותם חוקים בדיוק, מהקטן ועד הענק.

הרעיון הזה הצמיח תפיסת עולם שלמה, שנקראת לפעמים דטרמיניזם: היקום הוא מנגנון שעון ענקי. אם היה יצור שיודע את המיקום והמהירות של כל חלקיק ביקום ברגע נתון, הוא היה יכול לחשב את כל העתיד — ואת כל העבר. שום דבר לא באמת אקראי; מה שנראה לנו מקרי הוא פשוט מידע שחסר לנו.

קומה שנייה: גלים — הכול הוא אדווה: לצד כדורי הביליארד יש בטבע יצור שני, שונה לגמרי: הגל. גל הוא לא חפץ שנע ממקום למקום, אלא הפרעה שמתפשטת בתוך משהו. כשזורקים אבן לבריכה, המים לא נוסעים לשפה — הם עולים ויורדים במקום, וההפרעה היא שנוסעת.

לגלים יש שתי תכונות שיהיו קריטיות בהמשך, אז כדאי לעצור עליהן רגע.

הראשונה היא התאבכות. כששני גלים נפגשים, הם נחברים. אם פסגה פוגשת פסגה — מקבלים פסגה כפולה (התאבכות בונה). אם פסגה פוגשת שקע — הם מבטלים זה את זה ומקבלים מים שקטים (התאבכות הורסת). זה מייצר דפוס אופייני מאוד של פסים בהירים וכהים לסירוגין, ואין שום דרך לקבל דפוס כזה מכדורים שנזרקים. התאבכות היא חתימת האצבע של גל.

השנייה היא שגל תמיד פרוש במרחב. אי אפשר לשאול "איפה בדיוק נמצא הגל" — הוא נמצא בכל מקום שהוא משתרע עליו. לגל יש אורך גל (המרחק בין שתי פסגות), תדר (כמה פסגות עוברות בשנייה), ומשרעת (גובה הפסגה).

במאה ה־ 19 הוכיחו שאור הוא גל. הניסוי המכריע היה של תומאס יאנג בשנת:1801 הוא העביר אור דרך שני חריצים צרים והתקבל על המסך בדיוק אותו דפוס פסים של התאבכות. ג'יימס קלרק מקסוול השלים את התמונה בשנות ה־ 60 של המאה ה־ 19 והראה שאור הוא גל של שדות חשמליים ומגנטיים שמתנדנדים — ואפילו חישב את מהירותו נכון. נצחון מוחץ.

קומה שלישית: אטומים — הכול עשוי מלגו: הכימאים גילו שחומר עשוי מיחידות זעירות. אטום הוא הלבנה הקטנה ביותר של יסוד כימי — פחמן, חמצן, ברזל. הוא קטן בצורה שקשה לתפוס: בקוטר של שערה אחת נכנסים בערך מיליון אטומים.

בשנת 1911 ארנסט רתרפורד ירה חלקיקים על רדיד זהב וגילה משהו מפתיע: כמעט כולם עברו ישר, אבל מעטים ניתזו אחורה בחדות. המסקנה — האטום הוא בעיקר חלל ריק, עם גרעין זעיר וכבד במרכז שנושא מטען חשמלי חיובי, וסביבו אלקטרונים קלים עם מטען שלילי. אם נגדיל את הגרעין לגודל של גולה, האלקטרונים יסתובבו במרחק של כמה מאות מטרים ממנו. הכיסא שאת יושבת עליו הוא, ברובו המוחלט, ריק.

אנלוגיה: רתרפורד עצמו תיאר את זה כך: זה כאילו ירית פגז תותח על נייר טישו, והפגז חזר אלייך. ההסבר היחיד הוא שבתוך הטישו מסתתר משהו קטן וקשה מאוד.

עד כאן, הכול טוב. חלקיקים הם כדורים, אור הוא גל, וחומר עשוי מאטומים. ב־1900 נשא לורד קלווין הרצאה שכותרתה "שני עננים מעל התיאוריה של חום ואור". בניגוד לאגדה הרווחת, הוא לא טען שהפיזיקה נגמרה ולא כינה את העננים "קטנים" — הוא דווקא לקח אותם ברצינות גמורה. ובכל זאת, אפילו הוא לא שיער עד כמה: משני העננים האלה נולדו תורת היחסות ותורת הקוונטים, ושתיהן הפילו את הבניין.