Jag och min skugga: kvantmekaniken utmanar begreppet personlighet

2024 Författare: Malcolm Clapton | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 04:11

Varför är du du? Hur vet du att du är en person med en unik karaktär och sätt att tänka? Kvantmekaniken råder oss att inte vara så översäkra. Det är möjligt att vi inte alla är så olika som vi föreställer oss.

Martin Guerr och den stulna identiteten

Visste du om Martin Guerre? Det här är en fransk bonde som en gång hamnat i en konstig och obehaglig situation. Martin bodde i en liten by. När pojken var 24 år gammal anklagade hans egna föräldrar honom för att ha stulit. Herr tvingades lämna sitt hem, lämna sin fru och son. Åtta år senare återvände mannen till sin hemby, återförenad med sin familj. Tre år senare fick familjen tre barn.

Allt verkade fortsätta som vanligt. Men en utländsk soldat dök upp i byn, som förklarade att han hade kämpat med Martin Gerr i den spanska armén och att han tappat benet i strid. Martins familj började tvivla på om deras släkting hade kommit hem för tre år sedan. Efter en lång rättegång visade det sig att Guerras identitet "kidnappades" av äventyraren Arnault du Tilh. Den riktige Martin genomgick verkligen en benamputation och utnämndes till en sinekur i ett kloster i Spanien. Rättegången mot "identitetstjuven" var dock så berömd att den riktige herren återvände till sin hemby. Äventyraren Arnaud du Thiels öde beseglades med en kort dödsdom. Och Martin anklagade själv sin fru för att ha hjälpt bedragaren, utan att tro att en kvinna kanske inte känner igen sin älskade man.

Den här berättelsen väckte tankarna hos författare och regissörer. Utifrån hennes motiv spelades en film in, en musikal sattes upp och till och med en tv-serie spelades in. Dessutom är en av serierna "The Simpsons" tillägnad detta tillfälle. Sådan popularitet är förståeligt: en sådan händelse upphetsar oss, eftersom det gör ont i det snabba - våra idéer om identitet och personlighet.

Hur kan vi vara säkra på vem en person verkligen är, även den mest kära? Vad betyder identitet i en värld där ingenting är permanent?

De första filosoferna försökte svara på denna fråga. De antog att vi är olika i själen och att våra kroppar bara är marionetter. Låter bra, men vetenskapen har förkastat denna lösning på problemet och föreslagit att man letar efter roten till identitet i den fysiska kroppen. Forskare drömde om att hitta något på mikroskopisk nivå som skulle skilja en person från en annan.

Det är bra att vetenskapen är korrekt. Därför, när vi säger "något på mikroskopisk nivå", menar vi naturligtvis de minsta byggstenarna i vår kropp - molekyler och atomer.

Den här vägen är dock halare än den kan verka vid första anblicken. Föreställ dig till exempel Martin Guerr. Närma dig honom mentalt. Ansikte, hud, porer … låt oss gå vidare. Låt oss komma så nära som möjligt, som om vi har den mest kraftfulla utrustningen i vår arsenal. Vad kommer vi att hitta? Elektron.

Elementarpartikel i en låda

Herr var gjord av molekyler, molekyler är gjorda av atomer, atomer är gjorda av elementarpartiklar. De senare är gjorda "av ingenting", de är den materiella världens grundläggande byggstenar.

En elektron är en punkt som bokstavligen inte tar upp någon plats alls. Varje elektron bestäms enbart av massa, spin (momentum) och laddning. Detta är allt du behöver veta för att beskriva en elektrons "personlighet".

Vad betyder det? Till exempel det faktum att varje elektron ser exakt ut som alla andra, utan den minsta skillnaden. De är helt identiska. Till skillnad från Martin Guerr och hans tvilling är elektroner så lika att de är helt utbytbara.

Detta faktum har några ganska intressanta implikationer. Låt oss tänka oss att vi har en elementarpartikel A, som skiljer sig från elementarpartikel B. Dessutom fick vi tag i två lådor - den första och den andra.

Vi vet också att varje partikel måste finnas i en av lådorna vid varje given tidpunkt. Eftersom vi kommer ihåg att partiklarna A och B skiljer sig från varandra, visar det sig att det bara finns fyra alternativ för utveckling av händelser:

• A ligger i ruta 1, B ligger i ruta 2;
• A och B ligger tillsammans i ruta 1;
• A och B ligger tillsammans i ruta 2;
• A ligger i ruta 2, B ligger i ruta 1.

Det visar sig att sannolikheten att hitta två partiklar samtidigt i en låda är 1:4. Jättebra, fixade det.

Men vad händer om partiklarna A och B inte är olika? Vad är sannolikheten att hitta två partiklar i samma låda i detta fall? Överraskande nog bestämmer vårt tänkande omisskännligt: om två partiklar är identiska, så finns det bara tre alternativ för utvecklingen av händelser. Det är trots allt ingen skillnad mellan fallet när A ligger i ruta 1, B ligger i ruta 2, och fallet när B ligger i ruta 1, ligger A i ruta 2. Så sannolikheten är 1:3.

Experimentell vetenskap bekräftar att mikrokosmos lyder en sannolikhet på 1:3. Det vill säga, om du ersatte elektron A med någon annan, skulle universum inte märka skillnaden. Och du också.

Slug elektroner

Frank Wilczek, teoretisk fysiker vid Massachusetts Institute of Technology och nobelpristagare, kom till samma slutsats som vi just gjorde. Forskaren anser att detta resultat inte bara är intressant. Wilczek konstaterade att det faktum att två elektroner är absolut omöjliga att skilja är den djupaste och viktigaste slutsatsen från kvantfältteorin.

Ett kontrollskott är ett störningsfenomen som "förråder" en elektron och visar oss dess hemliga liv. Du förstår, om du sitter och stirrar på en elektron så beter den sig som en partikel. Så fort du vänder dig bort visar den egenskaperna hos en våg. När två sådana vågor överlappar varandra förstärker eller försvagar de varandra. Tänk bara på att vi inte menar det fysiska utan det matematiska begreppet en våg. De överför inte energi, utan sannolikhet - de påverkar de statistiska resultaten av experimentet. I vårt fall - till slutsatsen från experimentet med två lådor, där vi fick en sannolikhet på 1: 3.

Intressant nog inträffar fenomenet interferens endast när partiklarna verkligen är identiska. Experiment har visat att elektroner är exakt likadana: interferens uppstår, vilket gör att dessa partiklar inte går att särskilja.

Vad är allt detta till för? Wilczek säger att elektronernas identitet är precis det som gör vår värld möjlig. Utan detta skulle det inte finnas någon kemi. Materia kunde inte reproduceras.

Om det fanns någon skillnad mellan elektronerna skulle allt förvandlas till kaos på en gång. Deras exakta och entydiga natur är den enda grunden för att denna värld full av osäkerheter och fel ska existera.

Bra. Låt oss säga att en elektron inte kan särskiljas från en annan. Men vi kan lägga en i den första rutan, den andra i den andra och säga: "Den här elektronen ligger här, och den där är där borta"?

"Nej, det kan vi inte", säger professor Wilczek.

Så fort man lägger elektroner i lådor och tittar bort så slutar de att vara partiklar och börjar uppvisa vågegenskaper. Det betyder att de kommer att förlängas oändligt. Hur konstigt det än låter så finns det en möjlighet att hitta en elektron överallt. Inte i den meningen att den ligger på alla ställen på en gång, utan i det faktum att du har en liten chans att hitta den någonstans om du plötsligt bestämmer dig för att vända tillbaka och börja leta efter den.

Det är klart att det är ganska svårt att föreställa sig detta. Men en ännu mer intressant fråga uppstår.

Är elektroner så knepiga eller utrymmet de befinner sig i? Och vad händer sedan med allt som finns omkring oss när vi vänder oss bort?

Svåraste stycket

Det visar sig att man fortfarande kan hitta två elektroner. Det enda problemet är att du inte kan säga: här är den förstas våg, här är den andra elektronens våg, och vi är alla i tredimensionell rymd. Det fungerar inte inom kvantmekaniken.

Du måste säga att det finns en separat våg i det tredimensionella rymden för den första elektronen och det finns en andra våg i det tredimensionella rummet för den andra. Till slut visar det sig – var stark! är en sexdimensionell våg som binder samman två elektroner. Det låter hemskt, men då förstår vi: dessa två elektroner dinglar inte längre, ingen vet var. Deras positioner är tydligt definierade, eller snarare sammanlänkade av denna sexdimensionella våg.

I allmänhet, om vi tidigare trodde att det finns utrymme och saker i det, måste vi, med hänsyn till kvantteorin, ändra vår representation något. Rymden här är bara ett sätt att beskriva sammankopplingarna mellan objekt, såsom elektroner. Därför kan vi inte beskriva världens struktur som egenskaperna hos alla partiklar tillsammans som den utgör. Allt är lite mer komplicerat: vi måste studera sambanden mellan elementarpartiklar.

Som du kan se, på grund av det faktum att elektroner (och andra elementarpartiklar) är absolut identiska med varandra, smulas själva begreppet identitet sönder till damm. Det visar sig att det är fel att dela upp världen i dess komponenter.

Wilczek säger att alla elektroner är identiska. De är en manifestation av ett fält som genomsyrar allt rum och tid. Fysikern John Archibald Wheeler tycker annorlunda. Han tror att det från början fanns en elektron, och alla andra är bara spår av den, som genomsyrar tid och rum. "Vilket nonsens! – kan du utbrista på det här stället. "Forskare fixar elektroner!"

Men det finns ett men.

Tänk om allt är en illusion? Elektronen finns överallt och ingenstans. Han har ingen materiell form. Vad ska man göra? Och vad är då en person som består av elementarpartiklar?

Inte en droppe hopp

Vi vill tro att varje sak är mer än summan av dess ingående partiklar. Tänk om vi tog bort elektronens laddning, dess massa och spinn och fick något i resten, dess identitet, dess "personlighet". Vi vill tro att det finns något som gör en elektron till en elektron.

Även om statistik eller experiment inte kan avslöja essensen av en partikel, vill vi tro på den. När allt kommer omkring, då finns det något som gör varje person unik.

Anta att det inte skulle vara någon skillnad mellan Martin Gerr och hans dubbelgångare, men en av dem skulle le tyst och veta att han var den riktiga.

Jag skulle väldigt gärna vilja tro på det. Men kvantmekaniken är absolut hjärtlös och låter oss inte tänka på alla möjliga nonsens.

Låt dig inte luras: om elektronen hade sin egen individuella essens skulle världen förvandlas till kaos.

OK. Eftersom elektroner och andra elementarpartiklar egentligen inte existerar, varför existerar vi då?

Teori ett: vi är snöflingor

En av idéerna är att det finns många elementarpartiklar i oss. De bildar ett komplext system i var och en av oss. Det verkar som att det faktum att vi alla är olika är en konsekvens av hur vår kropp är uppbyggd av dessa elementarpartiklar.

Teorin är märklig, men vacker. Ingen av elementarpartiklarna har sin egen individualitet. Men tillsammans bildar de en unik struktur - en person. Om du vill är vi som snöflingor. Det är tydligt att de alla är vatten, men mönstret för varje är unikt.

Din essens är hur partiklarna är organiserade i dig, inte vad exakt du är gjord av. Cellerna i vår kropp förändras hela tiden, vilket gör att det enda som betyder något är strukturen.

Teori två: vi är modeller

Det finns ett annat sätt att svara på frågan. Den amerikanske filosofen Daniel Dennett föreslog att begreppet "sak" skulle ersättas med termen "riktig modell". Enligt Dennett och hans anhängare är något verkligt om dess teoretiska beskrivning kan dupliceras mer kortfattat - i ett nötskal, med en enkel beskrivning. För att förklara hur detta fungerar, låt oss ta en katt som exempel.

Så vi har en katt. Tekniskt sett kan vi återskapa den på papper (eller virtuellt) genom att beskriva positionen för varje partikel som den består av, och på så sätt rita upp ett diagram över katten. Å andra sidan kan vi göra annorlunda: säg bara "katt". I det första fallet behöver vi enorm datorkraft för att inte bara skapa en bild av en katt, utan också, säg, få den att röra sig, om vi pratar om en datormodell. I den andra behöver vi bara ta ett djupt andetag och säga: "Katten gick runt i rummet." Katten är en riktig modell.

Låt oss ta ett annat exempel. Föreställ dig en komposition som inkluderar vänster örsnibb, den största elefanten i Namibia och musiken av Miles Davis. Det kommer att ta mycket tid att skapa detta objekt beräkningsmässigt. Men den verbala beskrivningen av detta fantastiska monster kommer att ta dig lika mycket. Det kommer inte att fungera att förkorta, för att säga med två ord också, eftersom en sådan komposition är overklig, vilket betyder att den inte existerar. Det här är ingen riktig modell.

Det visar sig att vi bara är en momentan struktur som dyker upp under betraktarens blick. Fysiker lägger bränsle på elden och säger att det kanske i finalen visar sig att världen är gjord av ingenting alls. Än så länge återstår det för oss att peka på varandra och världen omkring oss, beskriva allt i ord och dela ut namn. Ju mer komplex modellen är, desto mer måste vi komprimera dess beskrivning och göra den verklig. Ta till exempel den mänskliga hjärnan, ett av de mest komplexa systemen i universum. Försök att beskriva det i ett nötskal.

Försök att beskriva det med ett ord. Vad händer?