Minä ja varjoni: kvanttimekaniikka haastaa persoonallisuuden käsitteen

2024 Kirjoittaja: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 03:55

miksi sinä olet? Mistä tiedät, että olet yksilö, jolla on ainutlaatuinen luonne ja ajattelutapa? Kvanttimekaniikka neuvoo meitä olemaan niin liian itsevarmoja. On mahdollista, ettemme kaikki ole niin erilaisia kuin kuvittelemme.

Martin Guerr ja varastettu henkilöllisyys

Tiesitkö Martin Guerresta? Tämä on ranskalainen talonpoika, joka kerran joutui outoon ja epämiellyttävään tilanteeseen. Martin asui pienessä kylässä. Kun poika oli 24-vuotias, hänen omat vanhempansa syyttivät häntä varastamisesta. Herr joutui jättämään kotinsa, jättämään vaimonsa ja poikansa. Kahdeksan vuotta myöhemmin mies palasi kotikylään ja tapasi perheensä. Kolme vuotta myöhemmin perheeseen syntyi kolme lasta.

Kaikki tuntui jatkuvan normaalisti. Mutta kylään ilmestyi ulkomaalainen sotilas, joka ilmoitti taistelleensa Martin Gerrin kanssa Espanjan armeijassa ja menettäneensä jalkansa taistelussa. Martinin perhe alkoi epäillä, oliko heidän sukulaisensa palannut kotiin kolme vuotta sitten. Pitkän oikeudenkäynnin jälkeen kävi ilmi, että seikkailija Arnault du Tilh "kidnappasi" Guerran henkilöllisyyden. Oikealle Martinille todellakin tehtiin jalka amputaatio, ja hänet nimitettiin espanjalaisen luostarin sinekuuriin. "Identiteettivarkaan" oikeudenkäynti oli kuitenkin niin kuuluisa, että todellinen herra palasi kotikylään. Seikkailija Arnaud du Thielin kohtalo sinetöi lyhyt kuolemantuomio. Ja Martin itse syytti vaimoaan pettäjän auttamisesta, uskomatta, että nainen ei ehkä tunnistaisi rakastettua miestään.

Tämä tarina innosti kirjailijoiden ja ohjaajien mielet. Hänen motiivinsa perusteella kuvattiin elokuva, lavastettiin musikaali ja jopa tv-sarja. Lisäksi yksi sarjasta "Simpsonit" on omistettu tälle tilaisuudelle. Tällainen suosio on ymmärrettävää: tällainen tapaus innostaa meitä, koska se satuttaa nopeaa - ajatuksiamme identiteetistä ja persoonasta.

Kuinka voimme olla varmoja, kuka ihminen todella on, jopa kaikkein rakkain? Mitä identiteetti tarkoittaa maailmassa, jossa mikään ei ole pysyvää?

Ensimmäiset filosofit yrittivät vastata tähän kysymykseen. He olettivat, että olemme erilaisia sielultaan ja ruumiimme ovat vain nukkeja. Kuulostaa hyvältä, mutta tiede on hylännyt tämän ratkaisun ongelmaan ja ehdottanut identiteetin juuren etsimistä fyysisestä kehosta. Tiedemiehet haaveilivat löytävänsä mikroskooppisella tasolla jotain, joka erottaisi henkilön toisesta.

On hyvä, että tiede pitää paikkansa. Siksi, kun sanomme "jotain mikroskooppisella tasolla", tarkoitamme tietysti kehomme pienimpiä rakennuspalikoita - molekyylejä ja atomeja.

Tämä polku on kuitenkin liukkaampi kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää. Kuvittele esimerkiksi Martin Guerr. Lähesty häntä henkisesti. Kasvot, iho, huokoset… jatketaan. Mennään mahdollisimman lähelle, ikään kuin meillä olisi arsenaalimme tehokkain varuste. Mitä löydämme? Elektroni.

Alkuainehiukkanen laatikossa

Herr tehtiin molekyyleistä, molekyylit on tehty atomeista, atomit on valmistettu alkuainehiukkasista. Viimeksi mainitut on tehty "ei tyhjästä", ne ovat aineellisen maailman perusrakennuspalikoita.

Elektroni on piste, joka ei kirjaimellisesti vie tilaa ollenkaan. Jokaisen elektronin määrää vain massa, spin (kulmamomentti) ja varaus. Tämä on kaikki mitä sinun tarvitsee tietää kuvataksesi elektronin "persoonallisuutta".

Mitä se tarkoittaa? Esimerkiksi se, että jokainen elektroni näyttää täsmälleen samalta kuin muutkin, ilman pienintäkään eroa. Ne ovat täysin identtisiä. Toisin kuin Martin Guerr ja hänen kaksosensa, elektronit ovat niin samankaltaisia, että ne ovat täysin vaihdettavissa.

Tällä tosiasialla on joitain melko mielenkiintoisia seurauksia. Kuvitellaan, että meillä on alkuainehiukkanen A, joka eroaa alkuainehiukkasesta B. Lisäksi saimme haltuun kaksi laatikkoa - ensimmäinen ja toinen.

Tiedämme myös, että jokaisen hiukkasen on oltava jossakin laatikossa kulloinkin. Koska muistamme, että hiukkaset A ja B eroavat toisistaan, käy ilmi, että tapahtumien kehittämiseen on vain neljä vaihtoehtoa:

• A on laatikossa 1, B on laatikossa 2;
• A ja B ovat yhdessä laatikossa 1;
• A ja B ovat yhdessä laatikossa 2;
• A on laatikossa 2, B on laatikossa 1.

Osoittautuu, että todennäköisyys löytää kaksi hiukkasta kerralla yhdestä laatikosta on 1:4. Hienoa, selvisi.

Mutta entä jos hiukkaset A ja B eivät eroa toisistaan? Mikä on todennäköisyys löytää kaksi hiukkasta samasta laatikosta tässä tapauksessa? Yllättäen ajattelumme määrittää erehtymättä: jos kaksi hiukkasta ovat identtisiä, niin tapahtumien kehittymiselle on vain kolme vaihtoehtoa. Loppujen lopuksi ei ole eroa tapauksen välillä, jossa A on laatikossa 1, B on laatikossa 2, ja tapauksen välillä, jossa B on laatikossa 1, A on laatikossa 2. Todennäköisyys on siis 1:3.

Kokeellinen tiede vahvistaa, että mikrokosmos tottelee todennäköisyyttä 1:3. Eli jos korvaisit elektronin A jollain toisella, universumi ei huomaa eroa. Ja sinäkin.

Viekkaat elektronit

Frank Wilczek, teoreettinen fyysikko Massachusetts Institute of Technologysta ja Nobel-palkinnon saaja, tuli samaan johtopäätökseen kuin me juuri teimme. Tiedemies ei pidä tätä tulosta vain mielenkiintoisena. Wilczek totesi, että se tosiasia, että kaksi elektronia ovat täysin erottamattomia, on kvanttikenttäteorian syvin ja tärkein johtopäätös.

Kontrollilaukaus on häiriöilmiö, joka "pettää" elektronin ja näyttää meille sen salaisen elämän. Jos istut ja tuijotat elektronia, se käyttäytyy kuin hiukkanen. Heti kun käännyt pois, se näyttää aallon ominaisuudet. Kun kaksi tällaista aaltoa menevät päällekkäin, ne vahvistavat tai heikentävät toisiaan. Muista vain, että emme tarkoita aallon fyysistä, vaan matemaattista käsitettä. Ne eivät siirrä energiaa, vaan todennäköisyyttä - ne vaikuttavat kokeen tilastollisiin tuloksiin. Meidän tapauksessamme - kahden laatikon kokeen johtopäätökseen, jossa saimme todennäköisyyden 1: 3.

Mielenkiintoista on, että häiriöilmiö esiintyy vain, kun hiukkaset ovat todella identtisiä. Kokeet ovat osoittaneet, että elektronit ovat täsmälleen samat: esiintyy interferenssiä, mikä tarkoittaa, että näitä hiukkasia ei voida erottaa.

Mitä varten tämä kaikki on? Wilczek sanoo, että elektronien identiteetti tekee maailmamme mahdolliseksi. Ilman tätä kemiaa ei olisi. Ainetta ei voitu toistaa.

Jos elektronien välillä olisi eroa, kaikki muuttuisi kaaokseksi kerralla. Niiden tarkka ja yksiselitteinen luonne on ainoa perusta tälle epävarmuutta ja virheitä täynnä olevalle maailmalle.

Hyvä. Oletetaan, että yhtä elektronia ei voida erottaa toisesta. Mutta voimme laittaa toisen ensimmäiseen laatikkoon, toisen toiseen ja sanoa: "Tämä elektroni on täällä, ja tuo toinen on tuolla"?

"Ei, emme voi", sanoo professori Wilczek.

Heti kun laitat elektronit laatikoihin ja katsot muualle, ne lakkaavat olemasta hiukkasia ja alkavat osoittaa aaltoominaisuuksia. Tämä tarkoittaa, että niistä tulee loputtomasti. Niin oudolta kuin se kuulostaakin, elektroni on mahdollista löytää kaikkialta. Ei siinä mielessä, että se sijaitsee kaikissa kohdissa kerralla, vaan siinä, että sinulla on pieni mahdollisuus löytää se mistä tahansa, jos yhtäkkiä päätät kääntyä takaisin ja alkaa etsiä sitä.

On selvää, että tätä on melko vaikea kuvitella. Mutta vielä kiinnostavampi kysymys herää.

Ovatko elektronit niin hankalia vai avaruutta, jossa ne ovat? Ja mitä sitten tapahtuu kaikelle ympärillämme olevalle, kun käännymme pois?

Vaikein kohta

Osoittautuu, että voit silti löytää kaksi elektronia. Ainoa ongelma on, ettet voi sanoa: tässä on ensimmäisen elektronin aalto, tässä on toisen elektronin aalto, ja olemme kaikki kolmiulotteisessa avaruudessa. Se ei toimi kvanttimekaniikassa.

Sinun on sanottava, että kolmiulotteisessa avaruudessa on erillinen aalto ensimmäiselle elektronille ja toinen aalto kolmiulotteisessa avaruudessa toiselle. Lopulta käy ilmi - ole vahva! on kuusiulotteinen aalto, joka sitoo kaksi elektronia yhteen. Se kuulostaa kamalalta, mutta sitten ymmärrämme: nämä kaksi elektronia eivät enää roikkuu, kukaan ei tiedä missä. Heidän asemansa on selkeästi määritelty tai pikemminkin liitetty tähän kuusiulotteiseen aaltoon.

Yleensä, jos aiemmin luulimme, että siinä on tilaa ja asioita, niin kvanttiteoria huomioon ottaen meidän on muutettava esitystämme hieman. Avaruus on tässä vain tapa kuvata esineiden, kuten elektronien, välisiä yhteyksiä. Siksi emme voi kuvata maailman rakennetta kaikkien sen muodostavien hiukkasten ominaisuuksina. Kaikki on hieman monimutkaisempaa: meidän on tutkittava alkuainehiukkasten välisiä yhteyksiä.

Kuten näet, johtuen siitä, että elektronit (ja muut alkuainehiukkaset) ovat täysin identtisiä keskenään, identiteetin käsite murenee pölyksi. Osoittautuu, että maailman jakaminen osiin on väärin.

Wilczek sanoo, että kaikki elektronit ovat identtisiä. Ne ovat ilmentymä yhdestä kentästä, joka läpäisee kaiken tilan ja ajan. Fyysikko John Archibald Wheeler ajattelee toisin. Hän uskoo, että alun perin oli yksi elektroni, ja kaikki muut ovat vain jälkiä siitä, läpäisevät ajan ja tilan. "Mitä hölynpölyä! - voit huutaa tässä paikassa. "Tutkijat kiinnittävät elektroneja!"

Mutta on yksi mutta.

Entä jos kaikki on illuusiota? Elektroni on olemassa kaikkialla eikä missään. Hänellä ei ole aineellista muotoa. Mitä tehdä? Ja mikä sitten on alkeishiukkasista koostuva henkilö?

Ei pisaraakaan toivoa

Haluamme uskoa, että jokainen asia on enemmän kuin sen osahiukkasten summa. Mitä jos poistaisimme elektronin varauksen, sen massan ja spinin ja saisimme jäljelle jotain, sen identiteetin, sen "persoonallisuuden". Haluamme uskoa, että on olemassa jotain, joka tekee elektronista elektronin.

Vaikka tilastot tai kokeet eivät paljasta hiukkasen olemusta, haluamme uskoa siihen. Loppujen lopuksi on olemassa jotain, joka tekee jokaisesta ihmisestä ainutlaatuisen.

Oletetaan, että Martin Gerrin ja hänen tuplansa välillä ei olisi eroa, mutta toinen heistä hymyili hiljaa tietäen olevansa aito.

Haluaisin uskoa siihen kovasti. Mutta kvanttimekaniikka on täysin sydämetöntä eikä anna meidän ajatella kaikenlaista hölynpölyä.

Älä mene lankaan: jos elektronilla olisi oma yksilöllinen olemuksensa, maailma muuttuisi kaaokseksi.

OK. Koska elektroneja ja muita alkuainehiukkasia ei todellisuudessa ole olemassa, miksi olemme olemassa?

Teoria yksi: olemme lumihiutaleita

Yksi ajatus on, että meissä on paljon alkuainehiukkasia. Ne muodostavat monimutkaisen järjestelmän meissä jokaisessa. Näyttää siltä, että se tosiasia, että olemme kaikki erilaisia, on seurausta siitä, kuinka kehomme on rakennettu näistä alkuainehiukkasista.

Teoria on outo, mutta kaunis. Millään alkuainehiukkasista ei ole omaa yksilöllisyyttään. Mutta yhdessä ne muodostavat ainutlaatuisen rakenteen - ihmisen. Jos haluat, olemme kuin lumihiutaleita. On selvää, että ne kaikki ovat vettä, mutta kunkin kuvio on ainutlaatuinen.

Olemuksesi on se, kuinka hiukkaset ovat organisoituneet sinussa, ei se, mistä sinä tarkalleen olet tehty. Kehomme solut muuttuvat jatkuvasti, mikä tarkoittaa, että ainoa asia, jolla on merkitystä, on rakenne.

Teoria kaksi: olemme malleja

On toinenkin tapa vastata kysymykseen. Amerikkalainen filosofi Daniel Dennett ehdotti käsitteen "asia" korvaamista termillä "todellinen malli". Dennetin ja hänen seuraajiensa mukaan jokin on todellista, jos sen teoreettinen kuvaus voidaan toistaa ytimekkäämmin - pähkinänkuoressa yksinkertaisella kuvauksella. Selvittääksemme, miten tämä toimii, otetaan esimerkkinä kissa.

Meillä on siis kissa. Teknisesti voimme luoda sen uudelleen paperille (tai virtuaalisesti) kuvailemalla jokaisen hiukkasen sijainnin, josta se koostuu, ja siten laatia kaavion kissasta. Toisaalta voimme tehdä toisin: sano vain "kissa". Ensimmäisessä tapauksessa tarvitsemme valtavaa laskentatehoa, jotta voimme paitsi luoda kuvan kissasta myös esimerkiksi saada sen liikkumaan, jos puhumme tietokonemallista. Toisessa meidän täytyy vain hengittää syvään ja sanoa: "Kissa käveli ympäri huonetta." Kissa on todellinen malli.

Otetaan toinen esimerkki. Kuvittele sävellys, joka sisältää vasemman korvalehteen, Namibian suurimman norsun ja Miles Davisin musiikin. Tämän objektin luominen laskennallisesti vie paljon aikaa. Mutta tämän fantastisen hirviön sanallinen kuvaus vie sinut saman verran. Lyhentäminen ei myöskään onnistu kahdella sanalla, koska tällainen kokoonpano on epätodellinen, mikä tarkoittaa, että sitä ei ole olemassa. Tämä ei ole todellinen malli.

Osoittautuu, että olemme vain hetkellinen rakenne, joka ilmestyy katsojan katseen alle. Fyysikot lisäävät öljyä tuleen ja sanovat, että ehkä lopulta lopulta käy ilmi, että maailma on tehty tyhjästä. Toistaiseksi meidän on vain osoitettava toisiamme ja ympärillämme olevaa maailmaa, kuvaillaan kaikkea sanoin ja jaetaan nimiä. Mitä monimutkaisempi malli on, sitä enemmän meidän on tiivistettävä sen kuvaus, mikä tekee siitä todellisen. Otetaan esimerkiksi ihmisaivot, yksi maailmankaikkeuden monimutkaisimmista järjestelmistä. Yritä kuvailla sitä pähkinänkuoressa.

Yritä kuvailla sitä yhdellä sanalla. Mitä tapahtuu?