Eu și umbra mea: mecanica cuantică provoacă conceptul de personalitate

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 04:09

de ce esti tu? De unde știi că ești o persoană cu un caracter și un mod de a gândi unice? Mecanica cuantică ne sfătuiește să nu fim atât de încrezători. Este posibil să nu fim toți atât de diferiți pe cât ne imaginăm.

Martin Guerr și identitatea furată

Știai despre Martin Guerre? Acesta este un țăran francez care s-a aflat cândva într-o situație ciudată și neplăcută. Martin locuia într-un sat mic. Când băiatul avea 24 de ani, proprii părinți l-au acuzat de furt. Herr a fost nevoit să-și părăsească casa, să-și părăsească soția și fiul. Opt ani mai târziu, bărbatul s-a întors în satul natal, reunit cu familia. Trei ani mai târziu, familia a avut trei copii.

Totul părea să meargă ca de obicei. Dar în sat a apărut un soldat străin, care a declarat că a luptat cu Martin Gerr în armata spaniolă și că și-a pierdut piciorul în luptă. Familia lui Martin a început să se îndoiască dacă ruda lor s-a întors acasă cu trei ani în urmă. După un lung proces, s-a dovedit că identitatea lui Guerra a fost „răpită” de aventurierul Arnault du Tilh. Adevăratul Martin a suferit într-adevăr o amputare a piciorului și a fost numit într-o sinecure la o mănăstire din Spania. Cu toate acestea, procesul „hoțului de identitate” a fost atât de faimos, încât adevăratul Herr s-a întors în satul natal. Soarta aventurierului Arnaud du Thiel a fost pecetluită printr-o scurtă condamnare la moarte. Și Martin însuși și-a acuzat soția că îl ajută pe înșelător, necrezând că o femeie ar putea să nu-și recunoască soțul iubit.

Această poveste a entuziasmat mințile scriitorilor și regizorilor. Pe baza motivelor ei, a fost filmat un film, a fost montat un musical și chiar a fost filmat un serial TV. Mai mult, unul din serialele „The Simpsons” este dedicat acestei ocazii. O astfel de popularitate este de înțeles: un astfel de incident ne entuziasmează, pentru că doare repede - ideile noastre despre identitate și personalitate.

Cum putem fi siguri cine este cu adevărat o persoană, chiar și cea mai dragă? Ce înseamnă identitatea într-o lume în care nimic nu este permanent?

Primii filozofi au încercat să răspundă la această întrebare. Ei au presupus că suntem diferiți unul de celălalt ca suflet, iar trupurile noastre sunt doar marionete. Sună bine, dar știința a respins această soluție a problemei și a sugerat să se caute rădăcina identității în corpul fizic. Oamenii de știință visau să găsească ceva la nivel microscopic care să distingă o persoană de alta.

E bine că știința este exactă. Prin urmare, când spunem „ceva la nivel microscopic”, ne referim, desigur, la cele mai mici blocuri de construcție ale corpului nostru - molecule și atomi.

Totuși, această cale este mai alunecoasă decât ar părea la prima vedere. Imaginează-ți Martin Guerr, de exemplu. Abordează-l mental. Fața, pielea, porii… hai să mergem mai departe. Să ne apropiem cât mai mult, de parcă am avea cel mai puternic echipament din arsenalul nostru. Ce vom găsi? Electron.

Particulă elementară într-o cutie

Herr a fost făcut din molecule, moleculele sunt formate din atomi, atomii sunt formați din particule elementare. Acestea din urmă sunt făcute „din nimic”; sunt elementele de bază ale lumii materiale.

Un electron este un punct care literalmente nu ocupă deloc spațiu. Fiecare electron este determinat numai de masă, spin (moment unghiular) și sarcină. Acesta este tot ce trebuie să știți pentru a descrie „personalitatea” unui electron.

Ce înseamnă? De exemplu, faptul că fiecare electron arată exact ca oricare altul, fără nici cea mai mică diferență. Sunt absolut identice. Spre deosebire de Martin Guerr și geamănul său, electronii sunt atât de similari încât sunt complet interschimbabili.

Acest fapt are niște implicații destul de interesante. Să ne imaginăm că avem o particulă elementară A, care diferă de particula elementară B. În plus, am pus mâna pe două cutii - prima și a doua.

De asemenea, știm că fiecare particulă trebuie să fie într-una dintre cutii la un moment dat. Deoarece ne amintim că particulele A și B sunt diferite unele de altele, se dovedește că există doar patru opțiuni pentru dezvoltarea evenimentelor:

• A se află în caseta 1, B se află în caseta 2;
• A și B se află împreună în caseta 1;
• A și B se află împreună în caseta 2;
• A se află în caseta 2, B se află în caseta 1.

Se pare că probabilitatea de a găsi două particule simultan într-o cutie este 1: 4. Super, am rezolvat.

Dar dacă particulele A și B nu sunt diferite? Care este probabilitatea de a găsi două particule în aceeași cutie în acest caz? În mod surprinzător, gândirea noastră determină în mod inconfundabil: dacă două particule sunt identice, atunci există doar trei opțiuni pentru dezvoltarea evenimentelor. La urma urmei, nu există nicio diferență între cazul în care A se află în caseta 1, B se află în caseta 2 și cazul când B se află în caseta 1, A se află în caseta 2. Deci probabilitatea este 1: 3.

Știința experimentală confirmă că microcosmosul respectă o probabilitate de 1: 3. Adică, dacă ai înlocui electronul A cu oricare altul, Universul nu ar observa diferența. Si tu la fel.

Electroni vicleni

Frank Wilczek, un fizician teoretician la Institutul de Tehnologie din Massachusetts și laureat al Premiului Nobel, a ajuns la aceeași concluzie ca și noi. Omul de știință consideră că acest rezultat nu este doar interesant. Wilczek a afirmat că faptul că doi electroni sunt absolut imposibil de distins este concluzia cea mai profundă și importantă din teoria câmpului cuantic.

O lovitură de control este un fenomen de interferență care „trădează” un electron și ne arată viața lui secretă. Vedeți, dacă stați și vă uitați la un electron, acesta se comportă ca o particulă. De îndată ce vă întoarceți, arată proprietățile unui val. Când două astfel de valuri se suprapun, ele se amplifică sau se slăbesc reciproc. Rețineți că nu ne referim la conceptul fizic, ci la conceptul matematic al unui val. Ele nu transferă energie, ci probabilitate - afectează rezultatele statistice ale experimentului. În cazul nostru - până la concluzia experimentului cu două casete, în care am obținut o probabilitate de 1: 3.

Interesant este că fenomenul de interferență are loc numai atunci când particulele sunt cu adevărat identice. Experimentele au arătat că electronii sunt exact la fel: apare interferența, ceea ce înseamnă că aceste particule nu se pot distinge.

Pentru ce sunt toate acestea? Wilczek spune că identitatea electronilor este exact ceea ce face posibilă lumea noastră. Fără aceasta, nu ar exista chimie. Materia nu a putut fi reprodusă.

Dacă ar exista vreo diferență între electroni, totul s-ar transforma în haos deodată. Natura lor precisă și lipsită de ambiguitate este singura bază pentru ca această lume plină de incertitudini și erori să existe.

Bun. Să presupunem că un electron nu poate fi distins de altul. Dar putem să punem unul în prima cutie, pe celălalt în a doua și să spunem: „Acest electron stă aici, iar acela este acolo”?

„Nu, nu putem”, spune profesorul Wilczek.

De îndată ce puneți electroni în cutii și priviți în altă parte, aceștia încetează să mai fie particule și încep să prezinte proprietăți de undă. Aceasta înseamnă că ele se vor extinde la infinit. Oricât de ciudat ar suna, există posibilitatea de a găsi un electron peste tot. Nu în sensul că este situat în toate punctele deodată, ci în faptul că ai șanse mici să-l găsești oriunde dacă te hotărăști brusc să te întorci și să începi să-l cauți.

Este clar că este destul de greu de imaginat acest lucru. Dar apare o întrebare și mai interesantă.

Sunt electronii atât de complicati sau spațiul în care se află? Și atunci ce se întâmplă cu tot ce este în jurul nostru când ne întoarcem?

Cel mai greu paragraf

Se pare că încă mai poți găsi doi electroni. Singura problemă este că nu poți spune: aici este valul primului electron, aici este unda celui de-al doilea electron și suntem cu toții în spațiul tridimensional. Nu funcționează în mecanica cuantică.

Trebuie să spuneți că există o undă separată în spațiul tridimensional pentru primul electron și există o a doua undă în spațiul tridimensional pentru al doilea. În cele din urmă, se dovedește - fii puternic! este o undă cu șase dimensiuni care leagă doi electroni împreună. Sună îngrozitor, dar atunci înțelegem: acești doi electroni nu mai atârnă, nimeni nu știe unde. Pozițiile lor sunt clar definite, sau mai degrabă, legate de acest val șase-dimensional.

În general, dacă mai devreme ne-am gândit că există spațiu și lucruri în el, atunci, ținând cont de teoria cuantică, va trebui să ne schimbăm puțin reprezentarea. Spațiul aici este doar o modalitate de a descrie interconexiunile dintre obiecte, cum ar fi electronii. Prin urmare, nu putem descrie structura lumii ca fiind proprietățile tuturor particulelor luate împreună care o alcătuiesc. Totul este puțin mai complicat: trebuie să studiem conexiunile dintre particulele elementare.

După cum puteți vedea, datorită faptului că electronii (și alte particule elementare) sunt absolut identici între ele, însuși conceptul de identitate se prăbușește în praf. Se pare că împărțirea lumii în componentele sale este greșită.

Wilczek spune că toți electronii sunt identici. Ele sunt o manifestare a unui câmp care pătrunde tot spațiul și timpul. Fizicianul John Archibald Wheeler gândește diferit. El crede că inițial a existat un electron, iar toți ceilalți sunt doar urme ale acestuia, care pătrund în timp și spațiu. Ce nonsens! - poți exclama în acest loc. „Oamenii de știință fixează electroni!”

Dar există un dar.

Dacă totul este o iluzie? Electronul există peste tot și nicăieri. El nu are formă materială. Ce sa fac? Și atunci ce este o persoană care constă din particule elementare?

Nici o picătură de speranță

Vrem să credem că fiecare lucru este mai mult decât suma particulelor sale constitutive. Dacă am îndepărta sarcina electronului, masa și spinul și am obține ceva în rest, identitatea, „personalitatea” lui. Vrem să credem că există ceva care face un electron un electron.

Chiar dacă statisticile sau experimentul nu pot dezvălui esența unei particule, vrem să credem în ea. La urma urmei, atunci există ceva care face fiecare persoană unică.

Să presupunem că nu ar fi nicio diferență între Martin Gerr și dublul lui, dar unul dintre ei ar zâmbi liniștit, știind că el era cel adevărat.

Mi-ar plăcea să cred foarte mult în asta. Dar mecanica cuantică este absolut lipsită de inimă și nu ne va lăsa să ne gândim la tot felul de prostii.

Nu vă lăsați păcăliți: dacă electronul ar avea propria sa esență individuală, lumea s-ar transforma în haos.

BINE. Deoarece electronii și alte particule elementare nu există cu adevărat, de ce existăm?

Teoria unu: suntem fulgi de nea

Una dintre idei este că există o mulțime de particule elementare în noi. Ele formează un sistem complex în fiecare dintre noi. Se pare că faptul că suntem cu toții diferiți este o consecință a modului în care corpul nostru este construit din aceste particule elementare.

Teoria este ciudată, dar frumoasă. Niciuna dintre particulele elementare nu are propria sa individualitate. Dar împreună formează o structură unică - o persoană. Dacă vă place, suntem ca fulgii de zăpadă. Este clar că toate sunt apă, dar modelul fiecăruia este unic.

Esența ta este modul în care particulele sunt organizate în tine, nu din ce anume ești făcut. Celulele din corpul nostru sunt în continuă schimbare, ceea ce înseamnă că singurul lucru care contează este structura.

Teoria a doua: suntem modele

Există o altă modalitate de a răspunde la întrebare. Filosoful american Daniel Dennett a sugerat înlocuirea conceptului de „lucru” cu termenul „model real”. Potrivit lui Dennett și adepților săi, ceva este real dacă descrierea sa teoretică poate fi duplicată mai succint - pe scurt, folosind o descriere simplă. Pentru a explica cum funcționează, să luăm ca exemplu o pisică.

Deci, avem o pisică. Din punct de vedere tehnic, o putem recrea pe hârtie (sau virtual) prin descrierea poziției fiecărei particule din care este compusă și astfel să întocmim o diagramă a pisicii. Pe de altă parte, putem face altfel: spuneți doar „pisica”. În primul caz, avem nevoie de o putere de calcul uriașă nu numai pentru a crea o imagine a unei pisici, ci și, să zicem, pentru a o face să se miște, dacă vorbim despre un model de computer. În al doilea, trebuie doar să respirăm adânc și să spunem: „Pisica s-a plimbat prin cameră”. Pisica este un adevărat model.

Să luăm un alt exemplu. Imaginează-ți o compoziție care include lobul urechii stângi, cel mai mare elefant din Namibia și muzica lui Miles Davis. Va dura mult timp pentru a crea acest obiect din punct de vedere computațional. Dar descrierea verbală a acestui monstru fantastic îți va lua aceeași sumă. Nu va funcționa să scurtezi, să spui și în două cuvinte, pentru că o astfel de compoziție este ireală, ceea ce înseamnă că nu există. Acesta nu este un model real.

Se dovedește că suntem doar o structură de moment care apare sub privirea privitorului. Fizicienii adaugă combustibil focului și spun că poate în final se va dovedi că lumea nu este făcută deloc din nimic. Deocamdată, rămâne să ne arătăm unul către celălalt și către lumea din jurul nostru, descriind totul în cuvinte și distribuind nume. Cu cât modelul este mai complex, cu atât mai mult trebuie să-i comprimăm descrierea, făcându-l real. Luați, de exemplu, creierul uman, unul dintre cele mai complexe sisteme din univers. Încercați să o descrieți pe scurt.

Încercați să o descrieți într-un singur cuvânt. Ce se întâmplă?