Ja i mój cień: mechanika kwantowa kwestionuje koncepcję osobowości

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 04:07

Dlaczego jesteś? Skąd wiesz, że jesteś osobą o wyjątkowym charakterze i sposobie myślenia? Mechanika kwantowa radzi nam, abyśmy nie byli zbyt pewni siebie. Możliwe, że nie wszyscy jesteśmy tak różni, jak sobie wyobrażamy.

Martin Guerr i skradziona tożsamość

Czy wiedziałeś o Martinie Guerre? To francuski chłop, który kiedyś znalazł się w dziwnej i nieprzyjemnej sytuacji. Martin mieszkał w małej wiosce. Kiedy chłopiec miał 24 lata, jego rodzice oskarżyli go o kradzież. Herr został zmuszony do opuszczenia domu, opuszczenia żony i syna. Osiem lat później mężczyzna wrócił do swojej rodzinnej wioski, połączył się z rodziną. Trzy lata później rodzina miała troje dzieci.

Wszystko wydawało się toczyć jak zwykle. Ale w wiosce pojawił się obcy żołnierz, który oświadczył, że walczył z Martinem Gerrem w armii hiszpańskiej i stracił nogę w bitwie. Rodzina Martina zaczęła wątpić, czy ich krewny wrócił do domu trzy lata temu. Po długiej próbie okazało się, że tożsamość Guerry została „uprowadzona” przez poszukiwacza przygód Arnault du Tilh. Prawdziwy Martin rzeczywiście przeszedł amputację nogi i został wyznaczony do synekury w klasztorze w Hiszpanii. Jednak proces „złodzieja tożsamości” był tak sławny, że prawdziwy Herr wrócił do swojej rodzinnej wioski. Los poszukiwacza przygód Arnauda du Thiel został przypieczętowany krótkim wyrokiem śmierci. A sam Martin oskarżył żonę o pomoc zwodzicielowi, nie wierząc, że kobieta może nie rozpoznać ukochanego męża.

Ta historia podnieciła umysły pisarzy i reżyserów. Na podstawie jej motywów nakręcono film, wystawiono musical, a nawet nakręcono serial telewizyjny. Ponadto jeden z serii „Simpsonowie” jest poświęcony tej okazji. Taka popularność jest zrozumiała: taki incydent nas ekscytuje, bo szybko boli – nasze wyobrażenia o tożsamości i osobowości.

Jak możemy być pewni, kim naprawdę jest osoba, nawet najdroższa? Co oznacza tożsamość w świecie, w którym nic nie jest trwałe?

Pierwsi filozofowie próbowali odpowiedzieć na to pytanie. Zakładali, że różnimy się od siebie duszą, a nasze ciała są tylko marionetkami. Brzmi nieźle, ale nauka odrzuciła takie rozwiązanie problemu i zasugerowała poszukiwanie korzenia tożsamości w ciele fizycznym. Naukowcy marzyli o znalezieniu czegoś na poziomie mikroskopowym, co odróżniałoby jedną osobę od drugiej.

Dobrze, że nauka jest dokładna. Dlatego mówiąc „coś na poziomie mikroskopowym” mamy oczywiście na myśli najmniejsze cegiełki naszego ciała – cząsteczki i atomy.

Ta ścieżka jest jednak bardziej śliska, niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Wyobraź sobie na przykład Martina Guerra. Podejdź do niego mentalnie. Twarz, skóra, pory… przejdźmy dalej. Podejdźmy jak najbliżej, jakbyśmy mieli w swoim arsenale najpotężniejszy sprzęt. Co znajdziemy? Elektron.

Cząstka elementarna w pudełku

Herr powstał z molekuł, molekuły zbudowane są z atomów, atomy zbudowane są z cząstek elementarnych. Te ostatnie są zrobione „z niczego”, są podstawowym budulcem świata materialnego.

Elektron to punkt, który dosłownie w ogóle nie zajmuje miejsca. Każdy elektron jest określony wyłącznie przez masę, spin (pęd pędu) i ładunek. To wszystko, co musisz wiedzieć, aby opisać „osobowość” elektronu.

Co to znaczy? Na przykład fakt, że każdy elektron wygląda dokładnie jak każdy inny, bez najmniejszej różnicy. Są absolutnie identyczne. W przeciwieństwie do Martina Guerra i jego bliźniaka elektrony są tak podobne, że są całkowicie zamienne.

Fakt ten ma dość ciekawe implikacje. Wyobraźmy sobie, że mamy cząstkę elementarną A, która różni się od cząstki elementarnej B. Dodatkowo mamy dwa pudła - pierwsze i drugie.

Wiemy również, że każda cząsteczka musi znajdować się w jednym z pudeł w danym momencie. Ponieważ pamiętamy, że cząstki A i B różnią się od siebie, okazuje się, że istnieją tylko cztery opcje rozwoju zdarzeń:

• A leży w polu 1, B leży w polu 2;
• A i B leżą razem w polu 1;
• A i B leżą razem w polu 2;
• A leży w polu 2, B leży w polu 1.

Okazuje się, że prawdopodobieństwo znalezienia dwóch cząstek jednocześnie w jednym pudełku wynosi 1: 4. Świetnie, załatwiłem to.

Ale co, jeśli cząstki A i B nie różnią się od siebie? Jakie jest w tym przypadku prawdopodobieństwo znalezienia dwóch cząstek w tym samym pudełku? Co zaskakujące, nasze myślenie bezbłędnie określa: jeśli dwie cząstki są identyczne, to istnieją tylko trzy opcje rozwoju zdarzeń. W końcu nie ma różnicy między przypadkiem, w którym A leży w polu 1, B leży w polu 2, a przypadkiem, gdy B leży w polu 1, a A leży w polu 2. Zatem prawdopodobieństwo wynosi 1: 3.

Nauka eksperymentalna potwierdza, że mikrokosmos jest posłuszny prawdopodobieństwu 1: 3. Oznacza to, że jeśli zamienisz elektron A na jakikolwiek inny, Wszechświat nie zauważy różnicy. I Ty też.

Przebiegłe elektrony

Frank Wilczek, fizyk teoretyczny z Massachusetts Institute of Technology i laureat Nagrody Nobla, doszedł do tego samego wniosku, co my przed chwilą. Naukowiec uważa ten wynik nie tylko za interesujący. Wilczek stwierdził, że fakt, że dwa elektrony są absolutnie nie do odróżnienia, jest najgłębszym i najważniejszym wnioskiem z kwantowej teorii pola.

Strzał kontrolny to zjawisko interferencji, które „zdrada” elektron i pokazuje nam jego sekretne życie. Widzisz, jeśli siedzisz i patrzysz na elektron, zachowuje się jak cząstka. Gdy tylko się odwrócisz, pokazuje właściwości fali. Kiedy dwie takie fale zachodzą na siebie, wzmacniają się lub osłabiają. Pamiętaj tylko, że nie mamy na myśli fizycznej, ale matematycznej koncepcji fali. Przekazują nie energię, ale prawdopodobieństwo - wpływają na statystyczne wyniki eksperymentu. W naszym przypadku - do wniosku z eksperymentu z dwoma pudełkami, w którym otrzymaliśmy prawdopodobieństwo 1:3.

Co ciekawe, zjawisko interferencji występuje tylko wtedy, gdy cząstki są rzeczywiście identyczne. Eksperymenty wykazały, że elektrony są dokładnie takie same: dochodzi do interferencji, co oznacza, że te cząstki są nie do odróżnienia.

Po co to wszystko? Wilczek mówi, że tożsamość elektronów jest dokładnie tym, co umożliwia nasz świat. Bez tego nie byłoby chemii. Nie udało się odtworzyć materii.

Gdyby istniała jakakolwiek różnica między elektronami, wszystko natychmiast zamieniłoby się w chaos. Ich precyzyjna i jednoznaczna natura jest jedyną podstawą istnienia tego świata pełnego niepewności i błędów.

Dobry. Powiedzmy, że jednego elektronu nie można odróżnić od drugiego. Ale możemy umieścić jeden w pierwszym pudełku, drugi w drugim i powiedzieć: "Ten elektron leży tutaj, a ten tam"?

– Nie, nie możemy – mówi prof. Wilczek.

Gdy tylko włożysz elektrony do pudełek i odwrócisz wzrok, przestają być cząsteczkami i zaczynają wykazywać właściwości falowe. Oznacza to, że staną się nieskończenie rozszerzone. Choć może to zabrzmieć dziwnie, wszędzie istnieje możliwość znalezienia elektronu. Nie w tym sensie, że znajduje się we wszystkich punktach naraz, ale w tym, że masz małą szansę na znalezienie go gdziekolwiek, jeśli nagle zdecydujesz się zawrócić i zacząć go szukać.

Oczywiste jest, że raczej trudno to sobie wyobrazić. Ale pojawia się jeszcze ciekawsze pytanie.

Czy elektrony są tak trudne, czy przestrzeń, w której się znajdują? A co wtedy dzieje się ze wszystkim, co jest wokół nas, kiedy się odwracamy?

Najtrudniejszy akapit

Okazuje się, że nadal możesz znaleźć dwa elektrony. Jedynym problemem jest to, że nie można powiedzieć: oto fala pierwszego elektronu, oto fala drugiego elektronu i wszyscy znajdujemy się w przestrzeni trójwymiarowej. To nie działa w mechanice kwantowej.

Trzeba powiedzieć, że dla pierwszego elektronu istnieje osobna fala w przestrzeni trójwymiarowej, a dla drugiego jest druga fala w przestrzeni trójwymiarowej. W końcu okazuje się - bądź silny! to sześciowymiarowa fala, która wiąże ze sobą dwa elektrony. Brzmi okropnie, ale potem rozumiemy: te dwa elektrony już nie zwisają, nikt nie wie gdzie. Ich pozycje są wyraźnie określone, a raczej połączone tą sześciowymiarową falą.

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli wcześniej myśleliśmy, że jest w niej przestrzeń i rzeczy, to biorąc pod uwagę teorię kwantową, będziemy musieli nieco zmienić naszą reprezentację. Przestrzeń tutaj jest tylko sposobem na opisanie połączeń między obiektami, takimi jak elektrony. Dlatego nie możemy opisać struktury świata jako właściwości wszystkich tworzących go cząstek razem wziętych. Wszystko jest trochę bardziej skomplikowane: musimy zbadać połączenia między cząstkami elementarnymi.

Jak widać, w związku z tym, że elektrony (i inne cząstki elementarne) są do siebie absolutnie identyczne, samo pojęcie tożsamości rozpada się w proch. Okazuje się, że dzielenie świata na elementy jest błędem.

Wilczek mówi, że wszystkie elektrony są identyczne. Są manifestacją jednego pola, które przenika całą przestrzeń i czas. Fizyk John Archibald Wheeler myśli inaczej. Uważa, że początkowo był jeden elektron, a wszystkie pozostałe to tylko jego ślady, przenikające czas i przestrzeń. Co za bzdury! - możesz wykrzyknąć w tym miejscu. „Naukowcy naprawiają elektrony!”

Ale jest jedno ale.

A jeśli to wszystko jest iluzją? Elektron istnieje wszędzie i nigdzie. Nie ma materialnej formy. Co robić? A czym jest zatem osoba składająca się z cząstek elementarnych?

Ani kropli nadziei

Chcemy wierzyć, że każda rzecz jest czymś więcej niż sumą jej składowych cząstek. Co by było, gdybyśmy usunęli ładunek elektronu, jego masę i spin i otrzymali coś w reszcie, jego tożsamość, jego „osobowość”. Chcemy wierzyć, że istnieje coś, co sprawia, że elektron staje się elektronem.

Nawet jeśli statystyki czy eksperyment nie mogą ujawnić istoty cząstki, chcemy w nią wierzyć. W końcu jest coś, co czyni każdą osobę wyjątkową.

Załóżmy, że nie byłoby różnicy między Martinem Gerrem a jego sobowtórem, ale jeden z nich uśmiechnąłby się cicho, wiedząc, że to on jest prawdziwy.

Bardzo chciałbym w to wierzyć. Ale mechanika kwantowa jest absolutnie bezduszna i nie pozwala nam myśleć o wszelkiego rodzaju bzdurach.

Nie daj się zwieść: gdyby elektron miał swoją indywidualną esencję, świat zamieniłby się w chaos.

OK. Skoro elektrony i inne cząstki elementarne tak naprawdę nie istnieją, dlaczego istniejemy?

Teoria pierwsza: jesteśmy płatkami śniegu

Jednym z pomysłów jest to, że jest w nas dużo cząstek elementarnych. Tworzą w każdym z nas złożony system. Wydaje się, że to, że wszyscy jesteśmy różni, jest konsekwencją tego, jak zbudowane jest nasze ciało z tych elementarnych cząstek.

Teoria jest dziwna, ale piękna. Żadna z cząstek elementarnych nie ma własnej indywidualności. Ale razem tworzą wyjątkową strukturę - osobę. Jeśli chcesz, jesteśmy jak płatki śniegu. Oczywiste jest, że wszystkie są wodą, ale wzór każdego jest wyjątkowy.

Twoja esencja to sposób, w jaki zorganizowane są w tobie cząsteczki, a nie to, z czego jesteś zrobiony. Komórki w naszym ciele nieustannie się zmieniają, co oznacza, że liczy się tylko struktura.

Teoria druga: jesteśmy modelami

Jest inny sposób odpowiedzi na pytanie. Amerykański filozof Daniel Dennett zaproponował zastąpienie pojęcia „rzecz” terminem „rzeczywisty model”. Według Dennetta i jego zwolenników, coś jest realne, jeśli jego opis teoretyczny da się powielić bardziej zwięźle – jednym słowem, za pomocą prostego opisu. Aby wyjaśnić, jak to działa, weźmy na przykład kota.

Więc mamy kota. Technicznie rzecz biorąc, możemy odtworzyć go na papierze (lub wirtualnie), opisując położenie każdej cząstki, z której się składa, i w ten sposób narysować schemat kota. Z drugiej strony możemy zrobić inaczej: po prostu powiedz „kot”. W pierwszym przypadku potrzebujemy ogromnej mocy obliczeniowej, aby nie tylko stworzyć obraz kota, ale także, powiedzmy, poruszyć, jeśli mówimy o modelu komputerowym. W drugim wystarczy wziąć głęboki oddech i powiedzieć: „Kot chodził po pokoju”. Kot to prawdziwy model.

Weźmy inny przykład. Wyobraź sobie kompozycję, która zawiera lewy płatek ucha, największego słonia w Namibii i muzykę Milesa Davisa. Obliczeniowe utworzenie tego obiektu zajmie dużo czasu. Ale słowny opis tego fantastycznego potwora zajmie ci tyle samo. Skrócenie, mówiąc w dwóch słowach też się nie uda, bo taka kompozycja jest nierealna, czyli nie istnieje. To nie jest prawdziwy model.

Okazuje się, że jesteśmy tylko chwilową strukturą, która pojawia się pod okiem patrzącego. Fizycy dolewają oliwy do ognia i mówią, że być może w finale okaże się, że świat w ogóle nie jest zrobiony z niczego. Na razie pozostaje nam wskazać na siebie i na otaczający nas świat, opisując wszystko słowami i rozdając nazwy. Im bardziej złożony model, tym bardziej musimy skompresować jego opis, urzeczywistniając go. Weźmy na przykład ludzki mózg, jeden z najbardziej złożonych systemów we wszechświecie. Spróbuj opisać to w skrócie.

Spróbuj opisać to jednym słowem. Co się dzieje?