Mig og min skygge: Kvantemekanikken udfordrer personlighedsbegrebet

2024 Forfatter: Malcolm Clapton | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 03:51

Hvorfor er du dig? Hvordan ved du, at du er en person med en unik karakter og måde at tænke på? Kvantemekanikken råder os til ikke at være så oversikre. Det er muligt, at vi ikke alle er så forskellige, som vi forestiller os.

Martin Guerr og den stjålne identitet

Kendte du til Martin Guerre? Dette er en fransk bonde, der engang befandt sig i en mærkelig og ubehagelig situation. Martin boede i en lille landsby. Da drengen var 24 år gammel, anklagede hans egne forældre ham for at stjæle. Herr blev tvunget til at forlade sit hjem, forlade sin kone og søn. Otte år senere vendte manden tilbage til sin fødeby, genforenet med sin familie. Tre år senere fik familien tre børn.

Alt så ud til at fortsætte som det plejer. Men en fremmed soldat dukkede op i landsbyen, som erklærede, at han havde kæmpet med Martin Gerr i den spanske hær, og at han havde mistet benet i kamp. Martins familie begyndte at tvivle på, om deres slægtning var vendt hjem for tre år siden. Efter en lang retssag viste det sig, at Guerras identitet blev "kidnappet" af eventyreren Arnault du Tilh. Den rigtige Martin gennemgik faktisk en benamputation og blev udnævnt til en sinecure i et kloster i Spanien. Retssagen mod "identitetstyven" var imidlertid så berømt, at den rigtige Herr vendte tilbage til sin fødeby. Eventyreren Arnaud du Thiels skæbne blev beseglet med en kort dødsdom. Og Martin beskyldte selv sin kone for at hjælpe bedrageren, idet han ikke troede på, at en kvinde måske ikke genkendte sin elskede mand.

Denne historie ophidsede forfattere og instruktører. Baseret på hendes motiver blev en film optaget, en musical blev iscenesat og endda en tv-serie blev optaget. Desuden er en af serierne "The Simpsons" dedikeret til denne lejlighed. En sådan popularitet er forståelig: sådan en hændelse ophidser os, fordi den gør ondt til de hurtige - vores ideer om identitet og personlighed.

Hvordan kan vi være sikre på, hvem en person virkelig er, selv den mest kære? Hvad betyder identitet i en verden, hvor intet er permanent?

De første filosoffer forsøgte at besvare dette spørgsmål. De antog, at vi er forskellige fra hinanden i sjælen, og vores kroppe er kun marionetter. Det lyder godt, men videnskaben har afvist denne løsning på problemet og foreslået at lede efter roden til identitet i den fysiske krop. Forskere drømte om at finde noget på mikroskopisk niveau, der kunne skelne en person fra en anden.

Det er godt, at videnskaben er præcis. Derfor, når vi siger "noget på mikroskopisk niveau", mener vi selvfølgelig de mindste byggesten i vores krop - molekyler og atomer.

Denne sti er dog mere glat, end den måske ser ud ved første øjekast. Forestil dig f.eks. Martin Guerr. Tilnærme ham mentalt. Ansigt, hud, porer … lad os komme videre. Lad os komme så tæt på som muligt, som om vi har det mest kraftfulde udstyr i vores arsenal. Hvad finder vi? Elektron.

Elementær partikel i en kasse

Herr var lavet af molekyler, molekyler er lavet af atomer, atomer er lavet af elementære partikler. Sidstnævnte er lavet "ud af ingenting", de er de grundlæggende byggesten i den materielle verden.

En elektron er et punkt, der bogstaveligt talt ikke fylder noget. Hver elektron bestemmes udelukkende af masse, spin (momentum) og ladning. Dette er alt hvad du behøver at vide for at beskrive en elektrons "personlighed".

Hvad betyder det? For eksempel det faktum, at hver elektron ser nøjagtig ud som enhver anden, uden den mindste forskel. De er fuldstændig identiske. I modsætning til Martin Guerr og hans tvilling er elektroner så ens, at de er fuldstændigt udskiftelige.

Dette faktum har nogle ret interessante implikationer. Lad os forestille os, at vi har en grundpartikel A, som adskiller sig fra grundpartikel B. Derudover fik vi fat i to kasser – den første og den anden.

Vi ved også, at hver partikel til enhver tid skal være i en af kasserne. Da vi husker, at partikler A og B er forskellige fra hinanden, viser det sig, at der kun er fire muligheder for udvikling af begivenheder:

• A ligger i boks 1, B ligger i boks 2;
• A og B ligger sammen i boks 1;
• A og B ligger sammen i boks 2;
• A ligger i boks 2, B ligger i boks 1.

Det viser sig, at sandsynligheden for at finde to partikler på én gang i en kasse er 1:4. Super, ordnede det.

Men hvad nu hvis partikler A og B ikke er forskellige? Hvad er sandsynligheden for at finde to partikler i samme kasse i dette tilfælde? Overraskende nok bestemmer vores tænkning umiskendeligt: Hvis to partikler er identiske, så er der kun tre muligheder for udvikling af begivenheder. Der er jo ingen forskel på tilfældet, når A ligger i kasse 1, B ligger i kasse 2, og tilfældet, hvor B ligger i kasse 1, ligger A i kasse 2. Så sandsynligheden er 1:3.

Eksperimentel videnskab bekræfter, at mikrokosmos adlyder en sandsynlighed på 1:3. Det vil sige, at hvis du erstattede elektron A med en anden, ville universet ikke bemærke forskellen. Og du også.

Sluve elektroner

Frank Wilczek, en teoretisk fysiker ved Massachusetts Institute of Technology og nobelprismodtager, kom til samme konklusion, som vi lige gjorde. Forskeren anser dette resultat for ikke kun interessant. Wilczek udtalte, at det faktum, at to elektroner absolut ikke kan skelnes, er den dybeste og vigtigste konklusion fra kvantefeltteorien.

Et kontrolskud er et interferensfænomen, der "forråder" en elektron og viser os dens hemmelige liv. Ser du, hvis du sidder og stirrer på en elektron, opfører den sig som en partikel. Så snart du vender dig væk, viser den egenskaberne af en bølge. Når to sådanne bølger overlapper hinanden, forstærker eller svækker de hinanden. Bare husk på, at vi ikke mener det fysiske, men det matematiske begreb om en bølge. De overfører ikke energi, men sandsynlighed - de påvirker de statistiske resultater af eksperimentet. I vores tilfælde - til konklusionen fra eksperimentet med to kasser, hvor vi fik en sandsynlighed på 1:3.

Interessant nok opstår fænomenet interferens kun, når partiklerne virkelig er identiske. Eksperimenter har vist, at elektroner er nøjagtig ens: Der opstår interferens, hvilket betyder, at disse partikler ikke kan skelnes.

Hvad er alt dette til for? Wilczek siger, at elektronernes identitet er præcis det, der gør vores verden mulig. Uden dette ville der ikke være nogen kemi. Stoffet kunne ikke reproduceres.

Hvis der var nogen forskel mellem elektronerne, ville alt blive til kaos på én gang. Deres præcise og utvetydige natur er det eneste grundlag for, at denne verden fuld af usikkerheder og fejl kan eksistere.

Godt. Lad os sige, at en elektron ikke kan skelnes fra en anden. Men vi kan sætte den ene i den første boks, den anden i den anden og sige: "Denne elektron ligger her, og den ene er derovre"?

"Nej, det kan vi ikke," siger professor Wilczek.

Så snart du putter elektroner i kasser og kigger væk, holder de op med at være partikler og begynder at udvise bølgeegenskaber. Det betyder, at de vil blive uendeligt udvidet. Hvor mærkeligt det end lyder, er der mulighed for at finde en elektron overalt. Ikke i den forstand, at den er placeret på alle punkter på én gang, men i det faktum, at du har en lille chance for at finde den nogen steder, hvis du pludselig beslutter dig for at vende tilbage og begynde at lede efter den.

Det er klart, at det er ret svært at forestille sig dette. Men et endnu mere interessant spørgsmål opstår.

Er elektroner så vanskelige eller det rum, de er i? Og hvad sker der så med alt det, der er omkring os, når vi vender os væk?

Sværeste afsnit

Det viser sig, at man stadig kan finde to elektroner. Det eneste problem er, at du ikke kan sige: her er bølgen af den første, her er bølgen af den anden elektron, og vi er alle i det tredimensionelle rum. Det virker ikke i kvantemekanik.

Du må sige, at der er en separat bølge i det tredimensionale rum for den første elektron, og der er en anden bølge i det tredimensionale rum for den anden. Til sidst viser det sig – vær stærk! er en seksdimensionel bølge, der binder to elektroner sammen. Det lyder forfærdeligt, men så forstår vi: disse to elektroner dingler ikke længere, ingen ved hvor. Deres positioner er klart defineret, eller rettere sagt, forbundet af denne seksdimensionelle bølge.

Generelt, hvis vi tidligere troede, at der er plads og ting i det, så bliver vi under hensyntagen til kvanteteorien nødt til at ændre vores repræsentation lidt. Rummet her er blot en måde at beskrive forbindelserne mellem objekter, såsom elektroner. Derfor kan vi ikke beskrive verdens struktur som egenskaberne for alle de partikler tilsammen, der udgør den. Alt er lidt mere kompliceret: Vi skal studere forbindelserne mellem elementarpartikler.

Som du kan se, på grund af det faktum, at elektroner (og andre elementarpartikler) er fuldstændig identiske med hinanden, smuldrer selve identitetsbegrebet til støv. Det viser sig, at det er forkert at opdele verden i dens komponenter.

Wilczek siger, at alle elektroner er identiske. De er en manifestation af ét felt, der gennemsyrer alt rum og tid. Fysiker John Archibald Wheeler tænker anderledes. Han mener, at der oprindeligt var én elektron, og alle de andre er blot spor af den, der gennemsyrer tid og rum. "Sikke noget sludder! - kan du udbryde på dette sted. "Forskere fikserer elektroner!"

Men der er et men.

Hvad hvis det hele er en illusion? Elektronen findes overalt og ingen steder. Han har ingen materiel form. Hvad skal man gøre? Og hvad er så en person, der består af elementarpartikler?

Ikke en dråbe håb

Vi ønsker at tro, at hver ting er mere end summen af dets partikler. Hvad hvis vi fjernede elektronens ladning, dens masse og spin og fik noget i resten, dens identitet, dens "personlighed". Vi vil gerne tro, at der er noget, der gør en elektron til en elektron.

Selvom statistik eller eksperiment ikke kan afsløre essensen af en partikel, vil vi gerne tro på den. Så er der jo noget, der gør hver person unik.

Antag, at der ikke ville være nogen forskel mellem Martin Gerr og hans dobbeltgænger, men en af dem ville smile stille, velvidende at han var den rigtige.

Jeg vil meget gerne tro på det. Men kvantemekanikken er absolut hjerteløs og vil ikke lade os tænke på alverdens nonsens.

Lad dig ikke narre: Hvis elektronen havde sin egen individuelle essens, ville verden blive til kaos.

OKAY. Eftersom elektroner og andre elementarpartikler ikke rigtig eksisterer, hvorfor eksisterer vi så?

Teori en: vi er snefnug

En af ideerne er, at der er mange elementarpartikler i os. De danner et komplekst system i hver enkelt af os. Det lader til, at det faktum, at vi alle er forskellige, er en konsekvens af, hvordan vores krop er bygget op af disse elementære partikler.

Teorien er mærkelig, men smuk. Ingen af de elementære partikler har sin egen individualitet. Men sammen danner de en unik struktur - en person. Hvis du kan lide, er vi som snefnug. Det er klart, at de alle er vand, men mønsteret af hver er unikt.

Din essens er, hvordan partiklerne er organiseret i dig, ikke hvad du præcis er lavet af. Cellerne i vores krop ændrer sig konstant, hvilket betyder, at det eneste, der betyder noget, er strukturen.

Teori to: Vi er modeller

Der er en anden måde at besvare spørgsmålet på. Den amerikanske filosof Daniel Dennett foreslog at erstatte begrebet "ting" med udtrykket "rigtig model". Ifølge Dennett og hans tilhængere er noget virkeligt, hvis dets teoretiske beskrivelse kan duplikeres mere kortfattet - i en nøddeskal ved hjælp af en simpel beskrivelse. For at forklare, hvordan dette virker, lad os tage en kat som eksempel.

Så vi har en kat. Teknisk set kan vi genskabe det på papir (eller virtuelt) ved at beskrive positionen af hver partikel, som den er sammensat af, og dermed tegne et diagram over katten. På den anden side kan vi gøre anderledes: bare sig "kat". I det første tilfælde har vi brug for enorm computerkraft for ikke kun at skabe et billede af en kat, men også for eksempel få den til at bevæge sig, hvis vi taler om en computermodel. I den anden skal vi bare tage en dyb indånding og sige: "Katten gik rundt i rummet." Katten er en rigtig model.

Lad os tage et andet eksempel. Forestil dig en komposition, der inkluderer venstre øreflip, den største elefant i Namibia og musikken af Miles Davis. Det vil tage meget tid at oprette dette objekt beregningsmæssigt. Men den verbale beskrivelse af dette fantastiske monster vil tage dig det samme beløb. Det vil ikke virke at forkorte, for også at sige med to ord, fordi sådan en komposition er uvirkelig, hvilket betyder, at den ikke eksisterer. Dette er ikke en rigtig model.

Det viser sig, at vi blot er en momentan struktur, der dukker op under beskuerens blik. Fysikere hælder brændstof på bålet og siger, at det måske i finalen viser sig, at verden er lavet af ingenting. For nu er det tilbage for os at pege på hinanden og verden omkring os, beskrive alt i ord og fordele navne. Jo mere kompleks modellen er, jo mere skal vi komprimere dens beskrivelse, så den bliver virkelig. Tag for eksempel den menneskelige hjerne, et af de mest komplekse systemer i universet. Prøv at beskrive det i en nøddeskal.

Prøv at beskrive det med ét ord. Hvad der sker?