סופרפוזיציה, והחתול שמעולם לא היה אמור להיות חמוד

אם פונקציית הגל של אלקטרון פרושה על שני הסדקים, איך מתארים את המצב שלו? אומרים שהוא נמצא בסופרפוזיציה — צירוף — של "עבר בסדק הימני" ו"עבר בסדק השמאלי".

וכאן צריך לדייק, כי כאן נופלים רוב האנשים. סופרפוזיציה אינה "החלקיק במקום כלשהו ואנחנו לא יודעים איפה". היא גם אינה "החלקיק מתחלף מהר בין שני מצבים". היא אינה "יש שני חלקיקים". סופרפוזיציה היא מצב אחד ויחיד, שהוא צירוף של אפשרויות, ושיש לו תוצאות פיזיקליות ניתנות למדידה שאין לאף אחת מהאפשרויות לחוד. דפוס הפסים על המסך הוא בדיוק ההוכחה: אילו כל אלקטרון היה באמת באחד הסדקים, הדפוס לא היה קיים.

אנלוגיה: מטבע מסתובב באוויר. אין טעם לשאול אם הוא "עץ או פלי" בזמן שהוא באוויר — הוא לא אף אחד מהם, ולא שניהם, אלא במצב אחר, שרק הנחיתה תהפוך לאחת משתי התשובות. איפה זה נשבר: למטבע מסתובב אמיתי יש בכל רגע מצב מכני מוגדר, ואם נצלם אותו במצלמה מהירה נראה אותו. לחלקיק בסופרפוזיציה אין תשובה כזאת שממתינה לגילוי.

שרדינגר, החתול, והבדיחה שנשכחה: ב־1935 תיאר שרדינגר את הניסוי המחשבתי המפורסם ביותר במדע. חתול בקופסה אטומה, ואיתו אטום רדיואקטיבי, גלאי, ובקבוקון רעל. אם האטום מתפרק — הגלאי מפעיל פטיש, הבקבוק נשבר, החתול מת. אם לא — החתול חי. האטום, כמערכת קוונטית, נמצא בסופרפוזיציה של "התפרק" ו"לא התפרק". ולכן, אם לוקחים את התיאוריה כפשוטה, גם החתול נמצא בסופרפוזיציה של חי ומת עד שפותחים את הקופסה.

והנה מה שכמעט תמיד נשמט: שרדינגר לא הציע את זה כתיאור של המציאות. הוא הציע את זה כדי ללעוג. הוא כתב את זה בהתכתבות עם איינשטיין, ושניהם היו משוכנעים שהתיאוריה חסרה משהו. הטיעון שלו היה: תראו לאיזה אבסורד זה מוביל — ברור שחתול לא יכול להיות בסופרפוזיציה, ולכן משהו בסיפור שלנו על מדידה חייב להיות פגום. הוא כינה את זה "מקרה בורלסקי".

מה התשובה המודרנית: היום יש לנו תשובה טובה בהרבה משהייתה לו, והיא נקראת דקוהרנטיות. סופרפוזיציה שורדת רק כל עוד המערכת מבודדת היטב מסביבתה. ברגע שהיא מתערבבת עם מספר גדול של חלקיקים אחרים — אוויר, קרינת חום, מולקולות של קופסה — האינפורמציה על הסופרפוזיציה "נמרחת" אל תוך הסביבה ואי אפשר עוד לראות ממנה אפקטים של התאבכות.

וזה קורה מהר. עבור עצם בגודל של חתול, זמן הדקוהרנטיות קטן בלי שיעור מכל זמן שאפשר למדוד. אז לא — אין חתולים בסופרפוזיציה, בשום שלב מעשי. וזאת גם הסיבה שמחשבים קוונטיים נדרשים לוואקום ולטמפרטורות שקרובות לאפס המוחלט: הם נלחמים כל הזמן על החזקת הבידוד הזה.

להעמיק: דקוהרנטיות מסבירה יפה למה איננו רואים סופרפוזיציות בעולם הגדול. יש ויכוח לגיטימי בשאלה אם היא גם פותרת את "בעיית המדידה" — כלומר למה בסוף מתקבלת דווקא תוצאה אחת ולא אחרת. לרוב מסכימים שהיא מסבירה את ההיעלמות של האפקטים, אך לא את בחירת התוצאה. עוד על זה בפרק.14