דמיינו שאתם עומדים על רציף רכבת וצופים בקרונית נעה. ילדה על עגלה מפילה כדור אדום בוהק. מנקודת מבטה, הכדור נופל ישר למטה, אך מהרציף נראה שהכדור יוצר קשת לפני שהוא מגיע לרצפת העגלה. אירוע זה נתפס בצורה שונה משתי מסגרות התייחסות: האחת קשורה לעגלה והשנייה לרציף.
מסגרות התייחסות מילאו תפקיד חשוב בפיזיקה הקלאסית, החל מעבודתם של גלילאו, ניוטון ואיינשטיין. הם מאפשרים לקבוע מיקומים וזמנים ביחס לנקודת ייחוס נבחרת. איינשטיין השתמש במושג זה עבור תיאוריות היחסות שלו, והראה שמרחב וזמן אינם הגדרות סטטיות, אלא ישויות דינמיות שיכולות לשנות את תכונותיהן.
במכניקת הקוונטים, מערכות ייחוס נותרו זמן רב בפריפריה של המחקר. ברוב הניסויים מניחים שצופים, גם אם הם נמצאים במקומות שונים, משתמשים במסגרת ייחוס משותפת. עם זאת, מחקר חדש מראה כי מסגרות ייחוס בעולם הקוונטי עשויות להיות בעצמן במצב של אי ודאות. לדוגמה, מסגרת ההתייחסות הקשורה לאובייקט אחד עשויה להיות במספר מקומות בו-זמנית, ומדידות זמן עשויות להיות כפופות לאי ודאות קוונטית.
כפי שצוין רנאטו רנר פיזיקאי תיאורטי ב-ETH ציריך, בעולם הקוונטים, מסגרות התייחסות חייבות להיות מתוארות על ידי הפורמליזם של תורת הקוונטים. לאחרונה עֲבוֹדָה הפיזיקאי קסלב ברוקנר מהמכון לאופטיקה קוונטית ומידע קוונטי באוניברסיטת וינה ועמיתיו הראו שמסגרות ייחוס קוונטיות משנות את הדרך שבה אנו מסתכלים על תופעות כמו סופרפוזיציה והסתבכות. מחקרים אלו מצביעים על כך שמסגרות ייחוס קוונטיות עשויות לסייע בפתרון חלק מהפרדוקסים המתעוררים בניסויי מחשבה קוונטיים.
יתרה מכך, החוקרים מקווים שחקר מסגרות ייחוס קוונטיות יסייע לקרב אותם להבנת הכבידה הקוונטית, תחום המבקש לאחד את כוח הכבידה עם כוחות יסוד אחרים.
הרעיון של מסגרות ייחוס קוונטיות היה הראשון הוצג בשנת 1984, אך ההמצאה מחדש שלה החלה בסביבות 2019, מה שגרם לעלייה במחקר. עבודות אלה משנות את ההבנה של מאפיינים בסיסיים כמו סופרפוזיציה (כאשר אובייקט יכול להיות בכמה מצבים בו-זמנית) ו בִּלבּוּל (כאשר חלקיקים חולקים מצב משותף, ומדידה של אחד קובעת באופן מיידי את מצבו של השני, ללא קשר למרחק).
לדוגמה, אם מסגרת ייחוס אחת קשורה לאובייקט קוונטי עם מיקום לא ברור, אז מנקודת המבט של מסגרת ייחוס אחרת, המיקום הראשון ייראה מטושטש. אם שתי מסגרות ההתייחסות משויכות לאובייקטים בסופרפוזיציה, המצבים שלהם מתחברים ביניהם באמצעות הסתבכות.
זה חל גם על סדר האירועים. אירוע שמתרחש מוקדם יותר במסגרת ייחוס אחת עשוי להיות במצב של סופרפוזיציה באחרת, כאשר הוא מתרחש מוקדם ומאוחר מאירוע אחר. הכל תלוי במערכת ההתייחסות שנבחרה.
לתגליות אלו יש השלכות על חקר כוח הכבידה. תורת היחסות הכללית של איינשטיין מתארת את כוח המשיכה כעקמומיות של מרחב-זמן על ידי עצם מסיבי. אבל מה קורה אם האובייקט עצמו נמצא במצב של סופרפוזיציה? לְפִי ויקטוריה כבל מקבוצת ברוקנר, מעבר למסגרת ייחוס הקשורה לסופרפוזיציה מאפשר לקבוע במדויק את מיקומו של עצם ולחשב את שדה הכבידה שלו, מה שמפשט את הבעיה.
גישות אלו יכולות להיות שימושיות עבור ניסויים עם מסות קטנות במצב סופרפוזיציה. למשל, פיזיקאים קיארה מרלטו ו ולאטקו ודראל מאוקספורד מוּצָע למד כיצד סופרפוזיציה של שתי מסות משפיעה על שדות הכבידה שלהן. זהו צעד חשוב לקראת פיתוח תיאוריה של כבידה קוונטית.
עם זאת, הרעיון של מסגרות ייחוס קוונטיות עדיין שנוי במחלוקת. אין עדיין שיטות סטנדרטיות להגדרתם ולתרגום ביניהם. עם זאת, מחקרים אלה עשויים להיות המפתח להבנת חוקי הטבע הבסיסיים.
