Me and my shadow: kvantemekanikk utfordrer begrepet personlighet

2024 Forfatter: Malcolm Clapton | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 04:07

Hvorfor er du du? Hvordan vet du at du er en person med en unik karakter og måte å tenke på? Kvantemekanikk råder oss til ikke å være så overmodige. Det er mulig at vi ikke alle er så forskjellige som vi forestiller oss.

Martin Guerr og den stjålne identiteten

Visste du om Martin Guerre? Dette er en fransk bonde som en gang befant seg i en merkelig og ubehagelig situasjon. Martin bodde i en liten landsby. Da gutten var 24 år gammel, anklaget hans egne foreldre ham for å ha stjålet. Herr ble tvunget til å forlate hjemmet sitt, forlate sin kone og sønn. Åtte år senere vendte mannen tilbake til hjembyen sin, gjenforent med familien. Tre år senere fikk familien tre barn.

Alt så ut til å gå som vanlig. Men en utenlandsk soldat dukket opp i landsbyen, som erklærte at han hadde kjempet med Martin Gerr i den spanske hæren og at han hadde mistet beinet i kamp. Martins familie begynte å tvile på om slektningen deres hadde kommet hjem for tre år siden. Etter en lang rettssak viste det seg at identiteten til Guerra ble «kidnappet» av eventyreren Arnault du Tilh. Den virkelige Martin gjennomgikk faktisk en benamputasjon og ble utnevnt til en sinekur ved et kloster i Spania. Rettssaken mot "identitetstyven" var imidlertid så kjent at den virkelige Herr vendte tilbake til hjembyen. Skjebnen til eventyreren Arnaud du Thiel ble beseglet med en kort dødsdom. Og Martin selv anklaget sin kone for å hjelpe bedrageren, og ikke tro at en kvinne kanskje ikke gjenkjenner sin elskede ektemann.

Denne historien begeistret hodet til forfattere og regissører. Basert på motivene hennes ble en film skutt, en musikal ble satt opp og til og med en TV-serie ble skutt. Dessuten er en av seriene "The Simpsons" dedikert til denne anledningen. En slik popularitet er forståelig: en slik hendelse begeistrer oss, fordi det gjør vondt for det raske - våre ideer om identitet og personlighet.

Hvordan kan vi være sikre på hvem en person virkelig er, selv den mest kjære? Hva betyr identitet i en verden hvor ingenting er permanent?

De første filosofene prøvde å svare på dette spørsmålet. De antok at vi er forskjellige fra hverandre i sjel, og kroppene våre er bare dukker. Høres bra ut, men vitenskapen har avvist denne løsningen på problemet og foreslått å lete etter roten til identitet i den fysiske kroppen. Forskere drømte om å finne noe på mikroskopisk nivå som kunne skille en person fra en annen.

Det er bra at vitenskapen er nøyaktig. Derfor, når vi sier "noe på mikroskopisk nivå", mener vi selvfølgelig de minste byggesteinene i kroppen vår - molekyler og atomer.

Imidlertid er denne stien mer glatt enn den kan virke ved første øyekast. Se for deg Martin Guerr, for eksempel. Nærme ham mentalt. Ansikt, hud, porer … la oss gå videre. La oss komme så nærme som mulig, som om vi har det kraftigste utstyret i vårt arsenal. Hva vil vi finne? Elektron.

Elementærpartikkel i en boks

Herr ble laget av molekyler, molekyler er laget av atomer, atomer er laget av elementære partikler. De sistnevnte er laget "ut av ingenting", de er de grunnleggende byggesteinene i den materielle verden.

Et elektron er et punkt som bokstavelig talt ikke tar opp plass i det hele tatt. Hvert elektron bestemmes utelukkende av masse, spinn (momentum) og ladning. Dette er alt du trenger å vite for å beskrive "personligheten" til et elektron.

Hva betyr det? For eksempel det faktum at hvert elektron ser nøyaktig ut som alle andre, uten den minste forskjell. De er helt identiske. I motsetning til Martin Guerr og tvillingen hans, er elektroner så like at de er fullstendig utskiftbare.

Dette faktum har noen ganske interessante implikasjoner. La oss tenke oss at vi har en elementarpartikkel A, som skiller seg fra elementarpartikkel B. I tillegg fikk vi tak i to bokser - den første og den andre.

Vi vet også at hver partikkel til enhver tid må være i en av boksene. Siden vi husker at partiklene A og B er forskjellige fra hverandre, viser det seg at det bare er fire alternativer for utvikling av hendelser:

• A ligger i boks 1, B ligger i boks 2;
• A og B ligger sammen i boks 1;
• A og B ligger sammen i boks 2;
• A ligger i boks 2, B ligger i boks 1.

Det viser seg at sannsynligheten for å finne to partikler samtidig i en boks er 1:4. Flott, ordnet det.

Men hva om partiklene A og B ikke er forskjellige? Hva er sannsynligheten for å finne to partikler i samme boks i dette tilfellet? Overraskende nok bestemmer vår tenkning umiskjennelig: Hvis to partikler er identiske, er det bare tre alternativer for utvikling av hendelser. Tross alt er det ingen forskjell mellom tilfellet når A ligger i boks 1, B ligger i boks 2, og tilfellet når B ligger i boks 1, ligger A i boks 2. Så sannsynligheten er 1:3.

Eksperimentell vitenskap bekrefter at mikrokosmos adlyder en sannsynlighet på 1:3. Det vil si at hvis du erstattet elektron A med et annet, ville ikke universet merke forskjellen. Og du også.

Slepe elektroner

Frank Wilczek, en teoretisk fysiker ved Massachusetts Institute of Technology og nobelprisvinner, kom til samme konklusjon som vi nettopp gjorde. Forskeren anser dette resultatet ikke bare som interessant. Wilczek uttalte at det faktum at to elektroner absolutt ikke kan skilles er den dypeste og viktigste konklusjonen fra kvantefeltteorien.

Et kontrollskudd er et interferensfenomen som «forråder» et elektron og viser oss dets hemmelige liv. Du skjønner, hvis du sitter og stirrer på et elektron, oppfører det seg som en partikkel. Så snart du snur deg bort, viser den egenskapene til en bølge. Når to slike bølger overlapper hverandre, forsterker eller svekker de hverandre. Bare husk at vi ikke mener det fysiske, men det matematiske konseptet av en bølge. De overfører ikke energi, men sannsynlighet - de påvirker de statistiske resultatene av eksperimentet. I vårt tilfelle - til konklusjonen fra eksperimentet med to bokser, der vi fikk en sannsynlighet på 1: 3.

Interessant nok oppstår interferensfenomenet bare når partiklene er virkelig identiske. Eksperimenter har vist at elektroner er nøyaktig det samme: interferens oppstår, noe som betyr at disse partiklene ikke kan skilles fra hverandre.

Hva er alt dette for noe? Wilczek sier at identiteten til elektroner er akkurat det som gjør vår verden mulig. Uten dette ville det ikke vært noen kjemi. Materie kunne ikke reproduseres.

Hvis det var noen forskjell mellom elektronene, ville alt blitt kaos på en gang. Deres presise og entydige natur er det eneste grunnlaget for at denne verden full av usikkerhet og feil kan eksistere.

God. La oss si at ett elektron ikke kan skilles fra et annet. Men vi kan sette den ene i den første boksen, den andre i den andre og si: "Dette elektronet ligger her, og det er der borte"?

"Nei, det kan vi ikke," sier professor Wilczek.

Så snart du legger elektroner i bokser og ser bort, slutter de å være partikler og begynner å vise bølgeegenskaper. Dette betyr at de vil bli uendelig utvidet. Hvor rart det enn kan høres ut, er det en mulighet for å finne et elektron overalt. Ikke i den forstand at den er plassert på alle punkter på en gang, men i det faktum at du har en liten sjanse til å finne den hvor som helst hvis du plutselig bestemmer deg for å snu og begynne å lete etter den.

Det er tydelig at det er ganske vanskelig å forestille seg dette. Men et enda mer interessant spørsmål dukker opp.

Er elektroner så vanskelige eller rommet de er i? Og hva skjer så med alt som er rundt oss når vi snur oss bort?

Vanskeligste avsnitt

Det viser seg at du fortsatt kan finne to elektroner. Det eneste problemet er at du ikke kan si: her er bølgen til det første, her er bølgen til det andre elektronet, og vi er alle i tredimensjonalt rom. Det fungerer ikke i kvantemekanikk.

Du må si at det er en egen bølge i tredimensjonalt rom for det første elektronet og det er en andre bølge i tredimensjonalt rom for det andre. Til slutt viser det seg – vær sterk! er en seksdimensjonal bølge som binder to elektroner sammen. Det høres forferdelig ut, men så forstår vi: disse to elektronene dingler ikke lenger, ingen vet hvor. Posisjonene deres er klart definert, eller rettere sagt, knyttet sammen av denne seksdimensjonale bølgen.

Generelt, hvis vi tidligere trodde at det er plass og ting i det, må vi, med tanke på kvanteteorien, endre representasjonen litt. Rom her er bare en måte å beskrive sammenkoblingene mellom objekter, for eksempel elektroner. Derfor kan vi ikke beskrive verdens struktur som egenskapene til alle partiklene til sammen som utgjør den. Alt er litt mer komplisert: vi må studere sammenhengene mellom elementærpartikler.

Som du kan se, på grunn av det faktum at elektroner (og andre elementærpartikler) er helt identiske med hverandre, smuldrer selve identitetsbegrepet til støv. Det viser seg at det er feil å dele verden inn i dens komponenter.

Wilczek sier at alle elektroner er identiske. De er en manifestasjon av ett felt som gjennomsyrer alt rom og tid. Fysiker John Archibald Wheeler tenker annerledes. Han mener at det i utgangspunktet var ett elektron, og alle de andre er bare spor av det, som gjennomsyrer tid og rom. "For noe tull! - kan du utbryte på dette stedet. "Forskere fikser elektroner!"

Men det er ett men.

Hva om det hele er en illusjon? Elektronet finnes overalt og ingen steder. Han har ingen materiell form. Hva å gjøre? Og hva er da en person som består av elementærpartikler?

Ikke en dråpe håp

Vi ønsker å tro at hver ting er mer enn summen av dens bestanddeler. Hva om vi fjernet elektronets ladning, dets masse og spinn og fikk noe i resten, dets identitet, dets "personlighet". Vi vil tro at det er noe som gjør et elektron til et elektron.

Selv om statistikk eller eksperiment ikke kan avsløre essensen av en partikkel, ønsker vi å tro på den. Tross alt, så er det noe som gjør hver person unik.

Anta at det ikke ville være noen forskjell mellom Martin Gerr og dobbeltgjengeren hans, men en av dem ville smile stille, vel vitende om at han var den ekte.

Jeg vil veldig gjerne tro på det. Men kvantemekanikken er absolutt hjerteløs og lar oss ikke tenke på all slags tull.

Ikke la deg lure: Hvis elektronet hadde sin egen individuelle essens, ville verden blitt til kaos.

OK. Siden elektroner og andre elementærpartikler egentlig ikke eksisterer, hvorfor eksisterer vi?

Teori én: vi er snøfnugg

En av ideene er at det er mange elementærpartikler i oss. De danner et komplekst system i hver av oss. Det ser ut til at det faktum at vi alle er forskjellige er en konsekvens av hvordan kroppen vår er bygget opp av disse elementærpartiklene.

Teorien er merkelig, men vakker. Ingen av elementærpartiklene har sin egen individualitet. Men sammen danner de en unik struktur - en person. Hvis du vil, er vi som snøfnugg. Det er tydelig at de alle er vann, men mønsteret til hver er unikt.

Essensen din er hvordan partiklene er organisert i deg, ikke nøyaktig hva du er laget av. Cellene i kroppen vår er i konstant endring, noe som betyr at det eneste som betyr noe er struktur.

Teori to: Vi er modeller

Det er en annen måte å svare på spørsmålet. Den amerikanske filosofen Daniel Dennett foreslo å erstatte begrepet "ting" med begrepet "ekte modell". I følge Dennett og hans tilhengere er noe reelt hvis den teoretiske beskrivelsen kan dupliseres mer kortfattet – i et nøtteskall, ved å bruke en enkel beskrivelse. For å forklare hvordan dette fungerer, la oss ta en katt som eksempel.

Så vi har en katt. Teknisk sett kan vi gjenskape det på papir (eller virtuelt) ved å beskrive posisjonen til hver partikkel den er sammensatt av, og dermed tegne et diagram over katten. På den annen side kan vi gjøre annerledes: bare si «katt». I det første tilfellet trenger vi enorm datakraft for ikke bare å lage et bilde av en katt, men også for eksempel få den til å bevege seg, hvis vi snakker om en datamodell. I den andre trenger vi bare å puste dypt og si: "Katten gikk rundt i rommet." Katten er en ekte modell.

La oss ta et annet eksempel. Se for deg en komposisjon som inkluderer venstre øreflipp, den største elefanten i Namibia og musikken til Miles Davis. Det vil ta mye tid å lage dette objektet beregningsmessig. Men den verbale beskrivelsen av dette fantastiske monsteret vil ta deg like mye. Det vil ikke fungere å forkorte, for å si med to ord også, fordi en slik komposisjon er uvirkelig, noe som betyr at den ikke eksisterer. Dette er ikke en ekte modell.

Det viser seg at vi bare er en momentan struktur som dukker opp under betrakterens blikk. Fysikere legger bensin på bålet og sier at det kanskje i finalen viser seg at verden er laget av ingenting i det hele tatt. Foreløpig gjenstår det for oss å peke på hverandre og verden rundt oss, beskrive alt med ord og distribuere navn. Jo mer kompleks modellen er, jo mer må vi komprimere beskrivelsen og gjøre den ekte. Ta for eksempel den menneskelige hjerne, et av de mest komplekse systemene i universet. Prøv å beskrive det i et nøtteskall.

Prøv å beskrive det med ett ord. Hva skjer?