Aš ir mano šešėlis: kvantinė mechanika meta iššūkį asmenybės sampratai

2024 Autorius: Malcolm Clapton | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 04:04

Kodėl tu esi? Kaip suprasti, kad esate unikalaus charakterio ir mąstymo žmogus? Kvantinė mechanika pataria nebūti pernelyg pasitikintiems savimi. Gali būti, kad nesame visi tokie skirtingi, kaip įsivaizduojame.

Martinas Guerras ir pavogta tapatybė

Ar žinojai apie Martiną Guerre'ą? Tai prancūzų valstietis, kažkada atsidūręs keistoje ir nemalonioje situacijoje. Martinas gyveno mažame kaime. Kai berniukui buvo 24 metai, jo paties tėvai apkaltino jį vagyste. Herras buvo priverstas palikti savo namus, palikti žmoną ir sūnų. Po aštuonerių metų vyras grįžo į gimtąjį kaimą, susijungė su šeima. Po trejų metų šeima susilaukė trijų vaikų.

Viskas atrodė kaip įprasta. Tačiau kaime pasirodė svetimas kareivis, kuris pareiškė, kad Ispanijos armijoje kovojo su Martinu Gerru ir kad mūšyje neteko kojos. Martino šeima ėmė abejoti, ar jų giminaitė grįžo namo prieš trejus metus. Po ilgų bandymų paaiškėjo, kad Guerros tapatybę „pagrobė“nuotykių ieškotojas Arnault du Tilh. Tikrajam Martinui iš tiesų buvo amputuota koja ir jis buvo paskirtas į vienuolyno Ispanijoje sinekūrą. Tačiau „tapatybės vagies“teismas buvo toks garsus, kad tikrasis Herras grįžo į gimtąjį kaimą. Nuotykių ieškotojo Arnaud du Thielio likimas buvo užantspauduotas trumpu mirties nuosprendžiu. O pats Martinas apkaltino žmoną padėjus apgavikui, netikėdamas, kad moteris gali neatpažinti savo mylimo vyro.

Ši istorija sujaudino rašytojų ir režisierių protus. Pagal jos motyvus buvo nufilmuotas filmas, pastatytas miuziklas ir net serialas. Be to, šiai progai skirtas vienas iš serialų „Simpsonai“. Toks populiarumas suprantamas: toks incidentas mus jaudina, nes skaudina greitąjį – mūsų idėjas apie tapatybę ir asmenybę.

Kaip galime būti tikri, kas iš tikrųjų yra žmogus, net pats brangiausias? Ką reiškia tapatybė pasaulyje, kuriame nieko nėra pastovaus?

Į šį klausimą bandė atsakyti pirmieji filosofai. Jie manė, kad siela skiriamės vienas nuo kito, o mūsų kūnai yra tik marionetės. Skamba gerai, bet mokslas atmetė šį problemos sprendimą ir pasiūlė ieškoti tapatybės šaknų fiziniame kūne. Mokslininkai svajojo rasti kažką mikroskopinio lygmens, kas atskirtų vieną žmogų nuo kito.

Gerai, kad mokslas yra tikslus. Todėl sakydami „kažkas mikroskopiniame lygmenyje“, žinoma, turime omenyje mažiausius mūsų kūno statybinius blokus – molekules ir atomus.

Tačiau šis kelias yra slidesnis, nei gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Įsivaizduokite, pavyzdžiui, Martiną Guerrą. Prieikite prie jo psichiškai. Veidas, oda, poros… judėkime toliau. Prieikime kuo arčiau, tarsi turėtume galingiausią įrangą savo arsenale. Ką rasime? Elektronas.

Elementari dalelė dėžutėje

Herras buvo sudarytas iš molekulių, molekulės – iš atomų, atomai – iš elementariųjų dalelių. Pastarieji yra pagaminti „iš nieko“, jie yra pagrindiniai materialaus pasaulio elementai.

Elektronas yra taškas, kuris tiesiogine prasme neužima vietos. Kiekvieną elektroną lemia tik masė, sukimasis (kampinis impulsas) ir krūvis. Tai viskas, ką reikia žinoti norint apibūdinti elektrono „asmenybę“.

Ką tai reiškia? Pavyzdžiui, tai, kad kiekvienas elektronas atrodo lygiai taip pat, kaip bet kuris kitas, be menkiausio skirtumo. Jie yra visiškai identiški. Skirtingai nuo Martino Guerro ir jo dvynių, elektronai yra tokie panašūs, kad yra visiškai pakeičiami.

Šis faktas turi keletą gana įdomių pasekmių. Įsivaizduokime, kad turime elementariąją dalelę A, kuri skiriasi nuo elementariosios dalelės B. Be to, gavome dvi dėžutes – pirmą ir antrą.

Taip pat žinome, kad kiekviena dalelė bet kuriuo metu turi būti vienoje iš dėžių. Kadangi prisimename, kad dalelės A ir B skiriasi viena nuo kitos, paaiškėja, kad yra tik keturi įvykių raidos variantai:

• A yra 1 langelyje, B yra 2 langelyje;
• A ir B yra kartu 1 langelyje;
• A ir B yra kartu 2 langelyje;
• A yra 2 langelyje, B yra 1 langelyje.

Pasirodo, tikimybė vienoje dėžutėje rasti dvi daleles iš karto yra 1:4. Puiku, sutvarkiau.

Bet kas, jei dalelės A ir B nesiskiria? Kokia tikimybė šiuo atveju rasti dvi daleles toje pačioje dėžutėje? Keista, bet mūsų mąstymas neabejotinai lemia: jei dvi dalelės yra identiškos, tada yra tik trys įvykių raidos galimybės. Juk nėra skirtumo tarp atvejo, kai A guli 1 langelyje, B – 2, ir atvejo, kai B – 1, A – 2. Taigi tikimybė yra 1:3.

Eksperimentinis mokslas patvirtina, kad mikrokosmosas paklūsta tikimybei 1:3. Tai yra, jei pakeistumėte elektroną A bet kuriuo kitu, Visata nepastebėtų skirtumo. Ir tu taip pat.

Kvailūs elektronai

Frankas Wilczekas, Masačusetso technologijos instituto fizikas teorinis ir Nobelio premijos laureatas, priėjo prie tos pačios išvados, kaip ką tik padarėme mes. Mokslininkas šį rezultatą laiko ne tik įdomiu. Wilczekas teigė, kad tai, kad du elektronai yra visiškai neatskiriami, yra giliausia ir svarbiausia kvantinio lauko teorijos išvada.

Kontrolinis šūvis yra trukdžių reiškinys, kuris „išduoda“elektroną ir parodo mums jo slaptą gyvenimą. Matote, jei sėdite ir žiūrite į elektroną, jis elgiasi kaip dalelė. Vos nusisukus, tai parodo bangos savybes. Kai dvi tokios bangos persidengia, jos viena kitą sustiprina arba susilpnina. Tik nepamirškite, kad turime omenyje ne fizinę, o matematinę bangos sampratą. Jie perduoda ne energiją, o tikimybę – jie turi įtakos statistiniams eksperimento rezultatams. Mūsų atveju - prie išvados iš eksperimento su dviem langeliais, kuriuose gavome tikimybę 1: 3.

Įdomu tai, kad trukdžių reiškinys atsiranda tik tada, kai dalelės yra tikrai identiškos. Eksperimentai parodė, kad elektronai yra visiškai vienodi: atsiranda trukdžių, o tai reiškia, kad šios dalelės yra neatskiriamos.

Kam visa tai? Wilczek sako, kad elektronų tapatybė yra būtent tai, kas daro mūsų pasaulį įmanomą. Be šito nebūtų chemijos. Materija negalėjo būti atkurta.

Jei tarp elektronų būtų koks nors skirtumas, viskas iš karto virstų chaosu. Tiksli ir nedviprasmiška jų prigimtis yra vienintelis šio netikrumo ir klaidų kupino pasaulio pagrindas.

Gerai. Tarkime, vieno elektrono negalima atskirti nuo kito. Bet mes galime įdėti vieną į pirmą langelį, kitą į antrą ir pasakyti: „Šis elektronas guli čia, o tas yra ten“?

„Ne, negalime“, – sako profesorius Wilczekas.

Kai tik įdedate elektronus į dėžutes ir žiūrite į šalį, jie nustoja būti dalelėmis ir pradeda rodyti bangines savybes. Tai reiškia, kad jie taps be galo pratęsti. Kad ir kaip keistai tai skambėtų, galimybė rasti elektroną yra visur. Ne ta prasme, kad ji išsidėsčiusi visuose taškuose vienu metu, o tuo, kad tu turi mažą šansą bet kur jį rasti, jei staiga nuspręsi pasukti atgal ir pradedi jo ieškoti.

Akivaizdu, kad tai gana sunku įsivaizduoti. Tačiau iškyla dar įdomesnis klausimas.

Ar elektronai tokie sudėtingi, ar erdvė, kurioje jie yra? O kas tada atsitinka viskam, kas yra aplink mus, kai nusisukame?

Sunkiausia pastraipa

Pasirodo, vis tiek galite rasti du elektronus. Vienintelė problema yra ta, kad negalima pasakyti: čia pirmojo, čia antrojo elektrono banga, ir mes visi esame trimatėje erdvėje. Tai neveikia kvantinėje mechanikoje.

Turite pasakyti, kad pirmajam elektronui yra atskira banga trimatėje erdvėje, o antrajam - antra banga trimatėje erdvėje. Galų gale pasirodo – būk stiprus! yra šešių matmenų banga, jungianti du elektronus. Skamba siaubingai, bet tada suprantame: šie du elektronai nebekabo, niekas nežino kur. Jų padėtis yra aiškiai apibrėžta, tiksliau, susieta šios šešiamatės bangos.

Apskritai, jei anksčiau manėme, kad joje yra erdvė ir daiktai, tai, atsižvelgiant į kvantinę teoriją, turėsime šiek tiek pakeisti savo reprezentaciją. Erdvė čia yra tik būdas apibūdinti objektų, pavyzdžiui, elektronų, tarpusavio ryšius. Todėl negalime apibūdinti pasaulio struktūros kaip visų jį sudarančių dalelių savybių. Viskas yra šiek tiek sudėtingiau: turime ištirti ryšius tarp elementariųjų dalelių.

Kaip matote, dėl to, kad elektronai (ir kitos elementarios dalelės) yra absoliučiai identiški vienas kitam, pati tapatumo samprata subyra į dulkes. Pasirodo, skirstyti pasaulį į jo komponentus yra neteisinga.

Wilczek sako, kad visi elektronai yra identiški. Jie yra vieno lauko apraiška, persmelkianti visą erdvę ir laiką. Fizikas Johnas Archibaldas Wheeleris mano kitaip. Jis mano, kad iš pradžių buvo vienas elektronas, o visi kiti – tik jo pėdsakai, persmelkę laiką ir erdvę. "Kokia nesąmonė! - galite sušukti šioje vietoje. "Mokslininkai fiksuoja elektronus!"

Bet yra vienas bet.

O jei visa tai iliuzija? Elektronas egzistuoja visur ir niekur. Jis neturi materialios formos. Ką daryti? O kas tada yra žmogus, susidedantis iš elementariųjų dalelių?

Nė lašo vilties

Mes norime tikėti, kad kiekvienas dalykas yra daugiau nei jį sudarančių dalelių suma. Kas būtų, jei pašalintume elektrono krūvį, jo masę ir sukimąsi, o likutyje gautume kažką, jo tapatybę, jo „asmenybę“. Norime tikėti, kad yra kažkas, kas elektroną paverčia elektronu.

Net jei statistika ar eksperimentas negali atskleisti dalelės esmės, norime ja tikėti. Juk tada yra kažkas, kas daro kiekvieną žmogų unikalų.

Tarkime, kad nebūtų skirtumo tarp Martino Gerro ir jo dvigubo, bet vienas iš jų tyliai šypsotųsi, žinodamas, kad jis yra tikrasis.

Labai norėčiau tuo tikėti. Tačiau kvantinė mechanika yra visiškai beširdė ir neleis mums galvoti apie visokias nesąmones.

Neapsigaukite: jei elektronas turėtų savo individualią esmę, pasaulis virstų chaosu.

GERAI. Kadangi elektronų ir kitų elementariųjų dalelių iš tikrųjų nėra, kodėl mes egzistuojame?

Viena teorija: mes esame snaigės

Viena iš idėjų yra ta, kad mumyse yra daug elementariųjų dalelių. Jie kiekviename iš mūsų sudaro sudėtingą sistemą. Atrodo, kad tai, kad mes visi esame skirtingi, yra pasekmė to, kaip mūsų kūnas yra pastatytas iš šių elementarių dalelių.

Teorija keista, bet graži. Nė viena iš elementariųjų dalelių neturi savo individualumo. Tačiau kartu jie sudaro unikalią struktūrą – žmogų. Jei jums patinka, mes kaip snaigės. Aišku, kad jie visi yra vanduo, tačiau kiekvieno raštas yra unikalus.

Jūsų esmė yra tai, kaip dalelės yra sutvarkytos jumyse, o ne tai, iš ko jūs esate sudarytas. Mūsų kūno ląstelės nuolat keičiasi, o tai reiškia, kad svarbiausia yra tik struktūra.

Antra teorija: mes esame modeliai

Yra ir kitas būdas atsakyti į klausimą. Amerikiečių filosofas Danielis Dennettas pasiūlė sąvoką „daiktas“pakeisti terminu „tikras modelis“. Pasak Dennetto ir jo pasekėjų, kažkas yra tikra, jei jo teorinį aprašymą galima pakartoti glausčiau – trumpai, naudojant paprastą aprašymą. Norėdami paaiškinti, kaip tai veikia, kaip pavyzdį paimkime katę.

Taigi, mes turime katę. Techniškai galime jį atkurti popieriuje (arba virtualiai), aprašydami kiekvienos dalelės, iš kurios ji susideda, padėtį ir taip sudaryti katės diagramą. Kita vertus, galime elgtis kitaip: tiesiog pasakyk „katė“. Pirmuoju atveju mums reikia didžiulės skaičiavimo galios, kad galėtume ne tik sukurti katės įvaizdį, bet ir, tarkime, priversti ją judėti, jei kalbame apie kompiuterinį modelį. Antrajame tereikia giliai įkvėpti ir pasakyti: „Katė vaikščiojo po kambarį“. Katė yra tikras modelis.

Paimkime kitą pavyzdį. Įsivaizduokite kompoziciją, kurioje yra kairysis ausies spenelis, didžiausias dramblys Namibijoje ir Mileso Daviso muzika. Norint sukurti šį objektą skaičiavimo būdu, prireiks daug laiko. Tačiau žodinis šio fantastiško pabaisos aprašymas užtruks tiek pat. Trumpinti, pasakyti dviem žodžiais irgi nepavyks, nes tokia kompozicija nereali, vadinasi, neegzistuoja. Tai nėra tikras modelis.

Pasirodo, mes esame tik momentinė struktūra, kuri atsiranda žiūrinčiojo žvilgsnyje. Fizikai pila žibalo į ugnį ir sako, kad galbūt finale paaiškės, kad pasaulis iš viso sudarytas iš nieko. Kol kas belieka parodyti vieniems į kitus ir mus supantį pasaulį, viską apibūdinti žodžiais ir platinti vardus. Kuo sudėtingesnis modelis, tuo labiau turime suspausti jo aprašymą, kad jis būtų tikras. Paimkime, pavyzdžiui, žmogaus smegenis – vieną sudėtingiausių sistemų visatoje. Pabandykite tai apibūdinti trumpai.

Pabandykite tai apibūdinti vienu žodžiu. Kas atsitinka?