Saya dan bayangan saya: mekanik kuantum mencabar konsep personaliti

2024 Pengarang: Malcolm Clapton | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 04:06

kenapa awak ni? Bagaimana anda tahu bahawa anda adalah seorang yang mempunyai perwatakan dan cara berfikir yang unik? Mekanik kuantum menasihati kita supaya tidak terlalu yakin. Ada kemungkinan kita semua tidak berbeza seperti yang kita bayangkan.

Martin Guerr dan identiti yang dicuri

Adakah anda tahu tentang Martin Guerre? Ini adalah seorang petani Perancis yang pernah mendapati dirinya dalam keadaan yang pelik dan tidak menyenangkan. Martin tinggal di sebuah kampung kecil. Ketika budak itu berumur 24 tahun, ibu bapanya sendiri menuduhnya mencuri. Herr terpaksa meninggalkan rumahnya, meninggalkan isteri dan anaknya. Lapan tahun kemudian, lelaki itu kembali ke kampung asalnya, bertemu semula dengan keluarganya. Tiga tahun kemudian, keluarga itu mempunyai tiga orang anak.

Semuanya kelihatan berjalan seperti biasa. Tetapi seorang askar asing muncul di kampung, yang mengisytiharkan bahawa dia telah bertempur dengan Martin Gerr dalam tentera Sepanyol dan bahawa dia telah kehilangan kakinya dalam pertempuran. Keluarga Martin mula meragui sama ada saudara mereka telah pulang ke rumah tiga tahun lalu. Selepas perbicaraan yang panjang, ternyata identiti Guerra telah "diculik" oleh pengembara Arnault du Tilh. Martin yang sebenar memang telah menjalani pemotongan kaki dan telah dilantik untuk sakit di sebuah biara di Sepanyol. Bagaimanapun, perbicaraan "pencuri identiti" itu sangat terkenal sehingga Herr yang sebenar kembali ke kampung asalnya. Nasib pengembara Arnaud du Thiel telah dimeterai dengan hukuman mati yang singkat. Dan Martin sendiri menuduh isterinya membantu penipu, tidak percaya bahawa seorang wanita mungkin tidak mengenali suami tercintanya.

Kisah ini mengujakan minda penulis dan pengarah. Berdasarkan motifnya, filem dirakam, muzikal dipentaskan dan juga siri TV dirakam. Lebih-lebih lagi, salah satu siri "The Simpsons" didedikasikan untuk majlis ini. Populariti sedemikian boleh difahami: kejadian seperti itu menggembirakan kami, kerana ia menyakitkan dengan cepat - idea kami tentang identiti dan keperibadian.

Bagaimanakah kita boleh memastikan siapa seseorang itu sebenarnya, walaupun yang paling disayangi? Apakah maksud identiti dalam dunia yang tidak ada yang kekal?

Ahli falsafah pertama cuba menjawab soalan ini. Mereka menganggap bahawa kami berbeza antara satu sama lain dalam jiwa, dan badan kami hanyalah boneka. Bunyinya bagus, tetapi sains telah menolak penyelesaian masalah ini dan mencadangkan mencari punca identiti dalam badan fizikal. Para saintis bermimpi untuk mencari sesuatu pada tahap mikroskopik yang akan membezakan seseorang daripada orang lain.

Ada baiknya sains itu tepat. Oleh itu, apabila kita menyebut "sesuatu pada tahap mikroskopik," kita, sudah tentu, bermaksud blok bangunan terkecil badan kita - molekul dan atom.

Walau bagaimanapun, laluan ini lebih licin daripada yang kelihatan pada pandangan pertama. Bayangkan Martin Guerr, sebagai contoh. Dekati dia secara mental. Muka, kulit, pori…jom teruskan. Mari kita mendekati sedekat mungkin, seolah-olah kita mempunyai peralatan yang paling berkuasa dalam senjata kita. Apa yang akan kita temui? Elektron.

Zarah asas dalam kotak

Herr diperbuat daripada molekul, molekul diperbuat daripada atom, atom diperbuat daripada zarah asas. Yang terakhir dibuat "daripada ketiadaan"; mereka adalah blok bangunan asas dunia material.

Elektron ialah titik yang benar-benar tidak mengambil sebarang ruang sama sekali. Setiap elektron ditentukan semata-mata oleh jisim, putaran (momentum sudut) dan cas. Ini sahaja yang anda perlu tahu untuk menerangkan "personaliti" elektron.

Apakah maksudnya? Sebagai contoh, hakikat bahawa setiap elektron kelihatan sama seperti yang lain, tanpa perbezaan sedikit pun. Mereka benar-benar serupa. Tidak seperti Martin Guerr dan kembarnya, elektron sangat serupa sehingga boleh ditukar ganti sepenuhnya.

Fakta ini mempunyai beberapa implikasi yang agak menarik. Mari kita bayangkan bahawa kita mempunyai zarah asas A, yang berbeza daripada zarah asas B. Di samping itu, kita mendapat dua kotak - yang pertama dan yang kedua.

Kita juga tahu bahawa setiap zarah mesti berada dalam salah satu kotak pada bila-bila masa. Oleh kerana kita ingat bahawa zarah A dan B berbeza antara satu sama lain, ternyata terdapat hanya empat pilihan untuk pembangunan peristiwa:

A terletak dalam kotak 1, B terletak dalam kotak 2;
A dan B berbaring bersama dalam kotak 1;
A dan B berbaring bersama dalam kotak 2;
A terletak dalam kotak 2, B terletak dalam kotak 1.

Ternyata kebarangkalian untuk mencari dua zarah sekaligus dalam satu kotak ialah 1: 4. Hebat, selesaikannya.

Tetapi bagaimana jika zarah A dan B tidak berbeza? Apakah kebarangkalian untuk mencari dua zarah dalam kotak yang sama dalam kes ini? Yang menghairankan, pemikiran kita dengan jelas menentukan: jika dua zarah adalah sama, maka terdapat hanya tiga pilihan untuk perkembangan peristiwa. Lagipun, tidak ada perbezaan antara kes apabila A terletak dalam kotak 1, B terletak dalam kotak 2, dan kes apabila B terletak dalam kotak 1, A terletak dalam kotak 2. Jadi kebarangkalian adalah 1: 3.

Sains eksperimen mengesahkan bahawa mikrokosmos mematuhi kebarangkalian 1: 3. Iaitu, jika anda menggantikan elektron A dengan yang lain, Alam Semesta tidak akan melihat perbezaannya. Dan anda juga.

Elektron licik

Frank Wilczek, seorang ahli fizik teori di Massachusetts Institute of Technology dan pemenang Hadiah Nobel, membuat kesimpulan yang sama seperti yang kami lakukan. Para saintis menganggap keputusan ini bukan sahaja menarik. Wilczek menyatakan bahawa fakta bahawa dua elektron tidak dapat dibezakan secara mutlak adalah kesimpulan yang paling dalam dan paling penting dari teori medan kuantum.

Pukulan kawalan ialah fenomena gangguan yang "mengkhianati" elektron dan menunjukkan kepada kita kehidupan rahsianya. Anda lihat, jika anda duduk dan merenung elektron, ia berkelakuan seperti zarah. Sebaik sahaja anda berpaling, ia menunjukkan sifat-sifat gelombang. Apabila dua gelombang sedemikian bertindih, ia menguatkan atau melemahkan satu sama lain. Perlu diingat bahawa yang kami maksudkan bukan fizikal, tetapi konsep matematik gelombang. Mereka tidak memindahkan tenaga, tetapi kebarangkalian - ia mempengaruhi keputusan statistik eksperimen. Dalam kes kami - hingga kesimpulan dari eksperimen dengan dua kotak, di mana kami mendapat kebarangkalian 1: 3.

Menariknya, fenomena gangguan berlaku hanya apabila zarah benar-benar serupa. Eksperimen telah menunjukkan bahawa elektron adalah betul-betul sama: gangguan berlaku, yang bermaksud bahawa zarah-zarah ini tidak dapat dibezakan.

Untuk apa semua ini? Wilczek mengatakan bahawa identiti elektron adalah apa yang menjadikan dunia kita mungkin. Tanpa ini, tidak akan ada kimia. Jirim tidak dapat dihasilkan semula.

Jika terdapat sebarang perbezaan antara elektron, semuanya akan bertukar menjadi huru-hara sekaligus. Sifat mereka yang tepat dan tidak jelas adalah satu-satunya asas untuk dunia yang penuh dengan ketidakpastian dan kesilapan ini wujud.

Baik. Katakan satu elektron tidak boleh dibezakan daripada yang lain. Tetapi kita boleh meletakkan satu dalam kotak pertama, satu lagi di dalam kotak kedua dan berkata: "Elektron ini terletak di sini, dan yang satu di sana"?

"Tidak, kami tidak boleh," kata Profesor Wilczek.

Sebaik sahaja anda meletakkan elektron dalam kotak dan mengalihkan pandangan, ia tidak lagi menjadi zarah dan mula menunjukkan sifat gelombang. Ini bermakna bahawa mereka akan dilanjutkan tanpa had. Walaupun kedengaran aneh, terdapat kemungkinan mencari elektron di mana-mana. Bukan dalam erti kata ia terletak di semua titik sekaligus, tetapi pada hakikatnya anda mempunyai peluang kecil untuk mencarinya di mana-mana jika anda tiba-tiba memutuskan untuk berpatah balik dan mula mencarinya.

Adalah jelas bahawa agak sukar untuk membayangkan ini. Tetapi persoalan yang lebih menarik timbul.

Adakah elektron begitu rumit atau ruang yang berada di dalamnya? Dan kemudian apa yang berlaku kepada semua yang ada di sekeliling kita apabila kita berpaling?

Perenggan paling sukar

Ternyata anda masih boleh menemui dua elektron. Satu-satunya masalah ialah anda tidak boleh mengatakan: inilah gelombang pertama, inilah gelombang elektron kedua, dan kita semua berada dalam ruang tiga dimensi. Ia tidak berfungsi dalam mekanik kuantum.

Anda perlu mengatakan bahawa terdapat gelombang berasingan dalam ruang tiga dimensi untuk elektron pertama dan terdapat gelombang kedua dalam ruang tiga dimensi untuk kedua. Pada akhirnya, ternyata - menjadi kuat! ialah gelombang enam dimensi yang mengikat dua elektron bersama. Bunyinya mengerikan, tetapi kemudian kita faham: kedua-dua elektron ini tidak lagi berjuntai, tiada siapa yang tahu di mana. Kedudukan mereka ditakrifkan dengan jelas, atau sebaliknya, dikaitkan dengan gelombang enam dimensi ini.

Secara umum, jika sebelum ini kita berfikir bahawa terdapat ruang dan perkara di dalamnya, maka, dengan mengambil kira teori kuantum, kita perlu mengubah sedikit perwakilan kita. Ruang di sini hanyalah satu cara untuk menerangkan hubungan antara objek, seperti elektron. Oleh itu, kita tidak boleh menggambarkan struktur dunia sebagai sifat semua zarah yang digabungkan yang membentuknya. Segala-galanya sedikit lebih rumit: kita perlu mengkaji hubungan antara zarah asas.

Seperti yang anda boleh lihat, disebabkan oleh fakta bahawa elektron (dan zarah asas lain) sama sekali sama antara satu sama lain, konsep identiti itu hancur menjadi debu. Ternyata membahagikan dunia kepada komponennya adalah salah.

Wilczek mengatakan bahawa semua elektron adalah sama. Mereka adalah manifestasi satu bidang yang meresap segenap ruang dan masa. Ahli fizik John Archibald Wheeler berfikir secara berbeza. Dia percaya bahawa pada mulanya terdapat satu elektron, dan semua yang lain hanyalah kesan daripadanya, meresap masa dan ruang. “Karut sungguh! - anda boleh berseru di tempat ini. "Para saintis sedang membetulkan elektron!"

Tetapi ada satu tetapi.

Bagaimana jika itu semua ilusi? Elektron wujud di mana-mana dan di mana-mana. Dia tidak mempunyai bentuk material. Apa nak buat? Dan bagaimana pula seseorang yang terdiri daripada zarah asas?

Bukan setitik pun harapan

Kami ingin mempercayai bahawa setiap benda adalah lebih daripada jumlah zarah konstituennya. Bagaimana jika kita mengeluarkan cas elektron, jisim dan putarannya dan mendapat sesuatu dalam bakinya, identitinya, "keperibadiannya". Kami ingin mempercayai bahawa ada sesuatu yang menjadikan elektron sebagai elektron.

Walaupun statistik atau eksperimen tidak dapat mendedahkan intipati zarah, kami mahu mempercayainya. Lagipun, ada sesuatu yang menjadikan setiap orang unik.

Katakan tidak akan ada perbezaan antara Martin Gerr dan pasangannya, tetapi salah seorang daripada mereka akan tersenyum senyap, mengetahui bahawa dia adalah yang sebenar.

Saya sangat ingin mempercayainya. Tetapi mekanik kuantum benar-benar tidak berhati perut dan tidak akan membiarkan kita memikirkan segala macam perkara karut.

Jangan tertipu: jika elektron mempunyai intipati individunya sendiri, dunia akan berubah menjadi huru-hara.

OKEY. Oleh kerana elektron dan zarah asas lain tidak benar-benar wujud, mengapa kita wujud?

Teori satu: kita adalah kepingan salji

Salah satu ideanya ialah terdapat banyak zarah asas dalam diri kita. Mereka membentuk sistem yang kompleks dalam setiap kita. Nampaknya hakikat bahawa kita semua berbeza adalah akibat bagaimana tubuh kita dibina daripada zarah asas ini.

Teorinya pelik, tetapi cantik. Tiada zarah asas mempunyai keperibadiannya sendiri. Tetapi bersama-sama mereka membentuk struktur unik - seseorang. Jika anda suka, kami seperti kepingan salji. Jelas bahawa mereka semua adalah air, tetapi corak masing-masing adalah unik.

Intipati anda ialah bagaimana zarah-zarah itu disusun dalam diri anda, bukan dari apa sebenarnya anda dibuat. Sel-sel dalam badan kita sentiasa berubah, yang bermaksud bahawa satu-satunya perkara yang penting ialah struktur.

Teori dua: kita adalah model

Terdapat cara lain untuk menjawab soalan. Ahli falsafah Amerika Daniel Dennett mencadangkan menggantikan konsep "benda" dengan istilah "model sebenar". Menurut Dennett dan pengikutnya, sesuatu adalah nyata jika penerangan teorinya boleh diduplikasi dengan lebih ringkas - secara ringkas, menggunakan penerangan yang mudah. Untuk menerangkan cara ini berfungsi, mari kita ambil kucing sebagai contoh.

Jadi, kami mempunyai kucing. Secara teknikal, kita boleh menciptanya semula di atas kertas (atau secara maya) dengan menerangkan kedudukan setiap zarah yang terdiri daripadanya, dan dengan itu membuat gambar rajah kucing. Sebaliknya, kita boleh melakukan secara berbeza: hanya sebut "kucing". Dalam kes pertama, kita memerlukan kuasa pengkomputeran yang besar untuk bukan sahaja mencipta imej kucing, tetapi juga, katakan, membuatnya bergerak, jika kita bercakap tentang model komputer. Pada yang kedua, kita hanya perlu menarik nafas panjang dan berkata: "Kucing itu berjalan di sekeliling bilik." Kucing adalah model sebenar.

Mari kita ambil contoh lain. Bayangkan komposisi yang merangkumi cuping telinga kiri, gajah terbesar di Namibia, dan muzik Miles Davis. Ia akan mengambil banyak masa untuk mencipta objek ini secara pengiraan. Tetapi penerangan lisan tentang raksasa yang hebat ini akan membawa anda jumlah yang sama. Ia tidak akan berfungsi untuk memendekkan, untuk mengatakan dalam dua perkataan juga, kerana komposisi sedemikian adalah tidak nyata, yang bermaksud ia tidak wujud. Ini bukan model sebenar.

Ternyata kita hanyalah binaan sekejap yang muncul di bawah pandangan yang melihat. Ahli fizik menambah bahan api ke dalam api dan mengatakan bahawa mungkin pada perlawanan akhir ia akan ternyata bahawa dunia tidak dibuat sama sekali. Buat masa ini, masih ada bagi kita untuk menunjuk satu sama lain dan dunia di sekeliling kita, menerangkan segala-galanya dalam perkataan dan mengedarkan nama. Lebih kompleks model, lebih banyak kita perlu memampatkan penerangannya, menjadikannya nyata. Ambil, sebagai contoh, otak manusia, salah satu sistem yang paling kompleks di alam semesta. Cuba huraikan secara ringkas.

Cuba huraikan dalam satu perkataan. Apa yang berlaku?