עקרון המקומיות

בפיזיקה, עֶקְרון המקומיות (לוקליות) הוא ההנחה שכל אובייקט יכול להיות מושפע מאובייקטים הנמצאים בסביבתו המידית בלבד. השפעה הדדית בין אובייקטים מרוחקים נעשית על ידי מתווכים, שעל פי תורת היחסות הפרטית החסם העליון למהירותם הוא מהירות האור, ולכן זהו גם החסם העליון למהירות העברת מידע. לדוגמה, שני גופים טעונים חשמלית הנמצאים במרחק זה מזה אינם משפיעים ישירות זה על זה אלא באמצעות פוטונים.

ניסויים אשר נעשים באמצעות חלקיקים אשר שזורים קוונטית מפרים את עקרון המקומיות או את העיקרון הפילוסופי של ראליות. הדעה הרווחת בין המדענים היא שעקרון המקומיות הוא התקף ויש לזנוח את הריאליות.

משמעות העיקרון לפיזיקה

כדי לתאר חוק פיזיקלי יש להתייחס למערכת מבודדת שבה ניתן לחשב את השפעת אותו חוק מבלי להתחשב בהפרעות חיצוניות. לדוגמה, חוק הכבידה מתאר את הכוח הפועל על גוף אחד כתוצאה מהמצאות גוף שני, מבלי להתייחס לכוחות נוספים שפועלים על אותו הגוף. התיאור של המצב הפיזיקלי האמיתי הוא כמובן שונה, מפני שתמיד קיימים כוחות נוספים, אך ניתן להזניח אותם בנימוק שהמערכת נמצאת במקום מבודד, כלומר מרוחקת מכל אובייקט חיצוני. אם נוותר על עקרון הלוקליות נאלץ להניח שכל גוף ביקום משפיע על אותה מערכת ולכן לא נוכל להתייחס לשום חוק פיזיקלי בפני עצמו.

מכניקת הקוונטים

למכניקת הקוונטים ישנם הרבה היבטים לא מקומיים אך נראה שהיא בכל זאת מקיימת את עקרון המקומיות. המפתח ליישוב הסתירה לכאורה שבמשפט זה מצוי בעובדה שעקרון המקומיות מתייחס להשפעה בין גופים ומסתבר שישנם סוגים של קשרים בין גופים מרוחקים שאין להם ביטוי בהשפעה הדדית.

הביקורת של איינשטיין

איינשטיין היה ממבקריה החריפים ביותר של מכניקת הקוונטים. לתפיסתו, היא סותרת את עקרון המקומיות שאותו ראה כבסיס לכל הפיזיקה. במאמר שכתב ביחד עם בוריס פודולסקי ונתן רוזן, הם הציעו להעמיד את תורת היחסות במבחן מול מכניקת הקוונטים: הוצע ניסוי EPR המשתמש בשזירה קוונטית כדי להראות שמכניקת הקוונטים מפירה לכאורה את עקרון המקומיות. 30 שנה מאוחר יותר ענה להם ג'ון סטיוארט בל במאמר משלו והראה שהסתירה היא עם ריאליזם מקומי שניתן לביטוי על ידי תורת משתנים חבויים מקומיים, לדוגמה פרשנות בוהם, ולא עם תורת היחסות הפרטית. כלומר ניתן ליישב את תורת הקוונטים, תורת היחסות הפרטית ועֶקְרון המקומיות אם נזנח את הריאליזם. בנוסף, ניסח בל את הסתירה בצורה הניתנת לבדיקה מבחינה ניסיונית על ידי הפרת אי שוויון בל. מחקר תאורטי נוסף הראה שאמנם קריסת המצב הקוונטי מתפשטת מהר יותר ממהירות האור, אך שאי-אפשר להעביר מידע באמצעותה.

ריאליזם מקומי

ריאליזם בפי הפיזיקאים אינו חופף לגמרי להגדרה הפילוסופית. בעוד שהפילוסופיה מדגישה אובייקטיביות ביחס לאדם, מבחינה פיזיקלית הדגש הוא על מכשיר המדידה. השאלה היא האם כל התכונות של כל אובייקט מוגדרות באופן מוחלט ללא תלות בדרך שבה הן נמדדות. לפי פרשנות קופנהגן של מכניקת הקוונטים, תוצאות המדידה נקבעות בצורה אקראית וניתן לחזות רק את ההסתברות של כל תוצאת מדידה. פרשנות ריאליסטית תגרוס שהאקראיות, לכאורה, בתוצאת המדידה נגרמת מחוסר ידע על המצב האמיתי של המערכת הפיזיקלית. למידע החסר מתייחסים בתור משתנים חבויים, כלומר ערכים פיזיקליים אמיתיים שאינם ידועים לנו ולכן איננו יכולים להסביר את תוצאות המדידה והן נראות אקראיות. ריאליזם מקומי הוא ההנחה שגם עקרון המקומיות וגם הריאליזם תקפים. התאוריה הנגזרת מכך היא תיאורית משתנים חבויים מקומיים, שבה אותם ערכים שאיננו יודעים מוגדרים למיקום מסוים בלבד ואינם יכולים להיות מושפעים ממיקום מרוחק.