…ולקחת מראשית כל פרי האדמה אשר תביא מארצך אשר ה’ אלהיך נתן לך ושמת בטנא והלכת אל המקום אשר יבחר ה’ אלהיך לשכן שמו שם. ובאת אל הכהן אשר יהיה בימים ההם ואמרת אליו הגדתי היום לה’ אלהיך כי באתי אל הארץ אשר נשבע ה’ לאבתינו לתת לנו. ולקח הכהן הטנא מידך והניחו לפני מזבח ה’ אלהיך.
דברים כו:ב-ד
הוויכוח על טבע החומר חוזר לימי קדם. פילוסוף יווני קדם-סוקרטי לאוקיפוס (פעל במאה ה-5 לפנה”ס), ותלמידו, דמוקריטוס (כ-460 – כ-370 לפנה”ס) נחשבים לאבות תורת האטום של הטבע. הם טענו שהכל מורכב מאטומים בלתי ניתנים לחלוקה. יורשיהם אפיקורוס (341–270 לפנה”ס) פיתח רעיון זה עוד יותר. הפילוסוף הרומי לוקרטיוס (99 לפנה”ס – כ-55 לפנה”ס) הציג טיעון ברור מאוד מהתפוררות לתמיכה באטומיזם בשירו, על טבע הדברים.
בתחילת המאה ה-11, המדען הערבי אלחזן פיתח את התורה הראשונה המקיפה של אופטיקה המבוססת על הרעיון שקרני האור מורכבות מחלקיקי אור. בשנת 1670, יצחק ניוטון ניסח את תורת הגופיפים של האור (corpusculum בלטינית פירושו גוף קטן או חלקיק). במאה ה-19, מספר מדענים כולל אנטואן לבואזיה, ז’וזף לואי פרוסט, ג’ון דלטון, אמדאו אבוגדרו, ודימיטרי מנדלייב תרמו לפיתוח תורת האטום ויישומיה לפיזיקה וכימיה. במאמרו המפורסם משנת 1905 על התנועה הבראונית, איינשטיין סיפק סוף סוף תמיכה תיאורטית איתנה לתורת האטום.
באמצעות תורת האטום של הגוף השחור (גוף אידיאלי הבולע 100% מהאור מבלי להחזירחלק ממנו), בשנת 1900, מקס פלאנק הציע שהאנרגיה (E) שהאור פולט על ידי הגוף השחור פרופורציונלית לתדירות (v) של המתנד שפלט אותה:
E = hν,
כאשר E היא האנרגיה, v היא התדירות, ו-h הוא קבוע פלאנק. במאמר פורץ דרך נוסף משנת 1905, איינשטיין הסביר את האפקט הפוטואלקטרי על ידי הנחה שאנרגיה נפלטת ונבלעת בכמויות בדידות—קוונטים.
המהפכה הקוונטית נולדה. בשנת 1921, איינשטיין זכה בפרס נובל על תורת האפקט הפוטואלקטרי.
במקביל לתורת הגופיפים של האור, פותחה תורת גלים מתחרה. בשנת 1630, רנה דקארט הציע תורת גלים של האור. הוא תפס את האור כהפרעות דמויות גל במדיום אוניברסלי (“פלנום” שהוחלף מאוחר יותר באתר). בני זמנו של ניוטון רוברט הוק וכריסטיאן הויגנס (ומאוחר יותר אוגוסטין-ז’אן פרנל) פיתחו עוד יותר את תורת הגלים של האור. ניסוי הסדק הכפול של תומס יאנג משנת 1803 שיצר התאבכות נראה כאילו אישר את תורת הגלים של האור.
הסקיצה של תומס יאנג של עקיפת גלים בשני סדקים, 1803
בסוף המאה ה-19, ג’יימס קלרק מקסוול יישם את תורת האלקטרומגנטיות שלו כדי להסביר גלי אור. הוא הוכיח שאור נראה, אור אולטרה-סגול ואור אינפרא-אדום הם כולם גלים אלקטרומגנטיים בתדירויות שונות. אז מה זה אור – חלקיקים או גלים?
בשנת 1924, הפיזיקאי הצרפתי, לואי-ויקטור דה ברויל, הניח השערה שלא רק אור אלא כל החומר בעל טבע דמוי גל:
כאשר λ הוא אורך הגל, p הוא התנע ו-h הוא קבוע פלאנק. נוסחה זו היא הכללה פשוטה של הנוסחה של איינשטיין ששימשה להסביר את האפקט הפוטואלקטרי. הטבע הגלי של אלקטרונים אושר שלוש שנים מאוחר יותר בניסויים שהראו עקיפת אלקטרונים. דה ברויל זכה בפרס נובל על גילוי הטבע הגלי של חלקיקים בשנת 1929. מאוחר יותר, ההתנהגות הגלית של חלקיקים אחרים, כמו פרוטונים ונויטרונים, ואפילו אטומים ומולקולות נצפתה גם כן.
אז, האם החומר מורכב מחלקיקים (כפי שחשבו האטומיסטים היוונים הקדמונים) או מגלים? נילס בוהר חשב ש”חלקיק” ו”גל” הם מושגים קלאסיים, שלא תיארו במלואם את המציאות ברמה המיקרוסקופית. הוא הציע את עקרון ההשלמה שלו הטוען ששתי התפיסות המתחרות הללו של המציאות משלימות זו את זו. אובייקט קוונטי-מכני אינו חלקיק ואינו גל. לפעמים, כאשר יש לו אנרגיה גבוהה ולכן אורך גל דה ברויל קצר, הוא מתנהג יותר כמו חלקיק. במקרים אחרים, כאשר האנרגיה נמוכה ואורך הגל דה ברויל משמעותי, הוא מתנהג יותר כמו גל.
הוויכוח על הדואליזם גל-חלקיק של הטבע משתולל עד היום. חתן פרס נובל ריצ’רד פיינמן, שתרם משמעותית לפיתוח תורת השדה הקוונטית, תפס שדות כעננים של חלקיקים וירטואליים המחליפים אנרגיה בין חלקיקי חומר. בתפיסה זו, השדה האלקטרומגנטי הוא אוסף של פוטונים וירטואליים הנושאים אנרגיה בין אלקטרונים. חתן פרס נובל אחר, ג’וליאן שווינגר שתרם רבות לפיתוח האלקטרודינמיקה הקוונטית, תפס חלקיקים ככיסי גלים. תורת הגל המנחה שפותחה על ידי דה ברויל ובוהם שומרת על דואליזם גל-חלקיק—חלקיק קוונטי מונחה על ידי גל מנחה (ראה את הפוסט הקודם שלי “הגל המנחה“).
אולי פרשת התורה הזו, כי תבוא, רומזת על הדואליזם גל-חלקיק. ביכורים—הפירות הראשונים המוקרבים כקרבן—מייצגים את התפיסה החלקיקית של העולם. פירות הם נפרדים וניתנים לספירה. עם זאת, הם מונחים יחד בסל. בפרשנות התורה, יש לנו מתח דיאלקטי בין פרט וכלל. פריטים הניתנים לספירה, כמו פירות, מייצגים פרט (פרטי), בעוד שאוסף כמכלול מייצג כלל (“כללי” או “קולקטיבי” או “שלם”). דואליות פרט-כלל היא, לכן, מקבילה לדואליות חלקיק-גל של החומר.
יתר על כן, בפירוש על הפסוק:
ולקח הכהן הטנא מידך: כדי להניפו.
דברים כו:ד
רש”י מסביר שהכהן הניף את הסל לפני המזבח. זה נראה כרומז על תפיסת הגל. לפיכך, סל פירות המונף לפני המזבח יכול להיתפס כמטפורה לדואליות חלקיק-גל.
חלקיקים או גלים, אנו מעלים ומאחדים את שתי התפיסות על ידי הקרבת ביכורים על המזבח תוך הדגשת מקורן המשותף:
הבאתי את ראשית פרי האדמה אשר נתת לי ה’.
דברים כו:י
הקרבת הביכורים — ביכורים
איור מכרטיס תנ”ך שפורסם בין 1896 ל-1913 על ידי פרובידנס
