2024 Szerző: Malcolm Clapton | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 03:59
miért vagy te? Honnan tudhatod, hogy egyedi karakterű és gondolkodásmódú ember vagy? A kvantummechanika azt tanácsolja, hogy ne legyünk túl magabiztosak. Lehetséges, hogy nem vagyunk mindannyian olyan különbözőek, mint ahogy elképzeljük.
Martin Guerr és az ellopott személyazonosság
Tudtál Martin Guerre-ről? Ez egy francia paraszt, aki egyszer furcsa és kellemetlen helyzetbe került. Martin egy kis faluban élt. Amikor a fiú 24 éves volt, a szülei lopással vádolták. Herr kénytelen volt elhagyni otthonát, elhagyni feleségét és fiát. Nyolc évvel később a férfi visszatért szülőfalujába, újra egyesült családjával. Három évvel később a családnak három gyermeke született.
Úgy tűnt, minden a szokásos módon zajlott. De megjelent a faluban egy idegen katona, aki kijelentette, hogy Martin Gerrrel harcolt a spanyol hadseregben, és a csatában elvesztette a lábát. Martin családja kételkedett abban, hogy rokonuk három éve hazatért-e. Hosszas tárgyalás után kiderült, hogy Guerra kilétét Arnault du Tilh kalandor "rabolta el". Az igazi Márton valóban amputáción esett át, és kinevezték egy spanyolországi kolostor szinekúrájára. A „identitástolvaj” tárgyalása azonban olyan híres volt, hogy az igazi Herr visszatért szülőfalujába. Arnaud du Thiel kalandor sorsát egy rövid halálbüntetés pecsételte meg. Maga Martin pedig azzal vádolta feleségét, hogy segített a megtévesztőnek, nem hitte el, hogy egy nő esetleg nem ismeri fel szeretett férjét.
Ez a történet felizgatta az írók és rendezők elméjét. Motívumai alapján filmet forgattak, musicalt rendeztek, sőt tévésorozatot is forgattak. Sőt, a "Simpson család" sorozat egyikét ennek az alkalomnak szentelték. Az ilyen népszerűség érthető: egy ilyen eset izgat bennünket, mert fáj a gyorsaságnak - az identitásról és személyiségről alkotott elképzeléseink.
Hogyan lehetünk biztosak abban, hogy ki is valójában egy személy, még a legkedvesebb is? Mit jelent az identitás egy olyan világban, ahol semmi sem állandó?
Az első filozófusok erre a kérdésre próbáltak választ adni. Azt feltételezték, hogy lélekben különbözünk egymástól, testünk pedig csak báb. Jól hangzik, de a tudomány elutasította a probléma megoldását, és azt javasolta, hogy az identitás gyökerét a fizikai testben keressük. A tudósok arról álmodoztak, hogy találnak valamit mikroszkopikus szinten, ami megkülönbözteti az egyik embert a másiktól.
Még jó, hogy a tudomány pontos. Ezért, amikor azt mondjuk, hogy "valami mikroszkopikus szinten van", természetesen testünk legkisebb építőköveit - molekulákat és atomokat - értjük.
Ez az út azonban csúszósabb, mint amilyennek első pillantásra tűnhet. Képzeld el például Martin Guerrt. Mentálisan közelítsen hozzá. Arc, bőr, pórusok… lépjünk tovább. Menjünk minél közelebb, mintha a legerősebb felszerelésünk lenne az arzenálunkban. Mit fogunk találni? Elektron.
Elemi részecske dobozban
A Herr molekulákból, a molekulák atomokból, az atomok elemi részecskékből épültek fel. Ez utóbbiak „a semmiből” készülnek, az anyagi világ alapvető építőkövei.
Az elektron egy olyan pont, amely szó szerint egyáltalán nem foglal helyet. Minden elektront kizárólag a tömeg, a spin (szögimpulzus) és a töltés határoz meg. Ez minden, amit tudnod kell az elektron "személyiségének" leírásához.
Mit jelent? Például az a tény, hogy minden elektron pontosan úgy néz ki, mint a többi, a legkisebb különbség nélkül. Teljesen egyformák. Martin Guerrrel és ikerpárjával ellentétben az elektronok annyira hasonlóak, hogy teljesen felcserélhetők.
Ennek a ténynek meglehetősen érdekes következményei vannak. Képzeljük el, hogy van egy A elemi részecskénk, amely különbözik a B elemi részecskétől. Ezen kívül két dobozt kaptunk - az elsőt és a másodikat.
Azt is tudjuk, hogy minden részecskének egy adott időpontban az egyik dobozban kell lennie. Mivel emlékszünk arra, hogy az A és B részecskék különböznek egymástól, kiderül, hogy csak négy lehetőség van az események fejlődésére:
- A az 1. mezőben, B a 2. mezőben található;
- A és B együtt vannak az 1. rovatban;
- A és B együtt található a 2. rovatban;
- A a 2. mezőben, B az 1. mezőben található.
Kiderült, hogy annak a valószínűsége, hogy egy dobozban egyszerre két részecskét találunk, 1:4. Remek, megoldódott.
De mi van akkor, ha az A és B részecskék nem különböznek egymástól? Mennyi a valószínűsége, hogy ebben az esetben két részecskét találunk ugyanabban a dobozban? Meglepő módon gondolkodásunk félreérthetetlenül meghatározza: ha két részecske azonos, akkor csak három lehetőség van az események alakulására. Hiszen nincs különbség aközött, amikor A az 1-es mezőben, B a 2-esben van, és az az eset, amikor B az 1-es, A pedig a 2-es mezőben van. Tehát a valószínűség 1:3.
A kísérleti tudomány megerősíti, hogy a mikrokozmosz 1:3 valószínűséggel engedelmeskedik. Vagyis ha az A elektront bármely másikkal helyettesítené, az Univerzum nem venné észre a különbséget. És te is.
Ravasz elektronok
Frank Wilczek, a Massachusetts Institute of Technology elméleti fizikusa és Nobel-díjas ugyanarra a következtetésre jutott, mint mi. A tudós ezt az eredményt nemcsak érdekesnek tartja. Wilczek kijelentette, hogy a kvantumtérelmélet legmélyebb és legfontosabb következtetése az a tény, hogy két elektron teljesen megkülönböztethetetlen.
A kontrolllövés egy interferencia jelenség, amely "elárul" egy elektront, és megmutatja nekünk annak titkos életét. Tudod, ha ülsz és bámulsz egy elektront, az úgy viselkedik, mint egy részecske. Amint elfordulsz, megmutatja a hullám tulajdonságait. Amikor két ilyen hullám átfedi egymást, felerősítik vagy gyengítik egymást. Ne feledje, hogy nem a hullám fizikai, hanem matematikai fogalmát értjük alatta. Nem energiát, hanem valószínűséget adnak át - befolyásolják a kísérlet statisztikai eredményeit. Esetünkben - a két dobozos kísérlet következtetésére, amelyben 1: 3 valószínűséget kaptunk.
Érdekes módon az interferencia jelensége csak akkor következik be, ha a részecskék valóban azonosak. A kísérletek kimutatták, hogy az elektronok teljesen egyformák: interferencia lép fel, ami azt jelenti, hogy ezek a részecskék megkülönböztethetetlenek.
Minek ez az egész? Wilczek szerint az elektronok azonossága pontosan az, ami lehetővé teszi világunkat. E nélkül nem lenne kémia. Az anyagot nem lehetett reprodukálni.
Ha bármi különbség lenne az elektronok között, minden egyszerre káoszba fordulna. Pontos és egyértelmű természetük az egyetlen alapja ennek a bizonytalanságokkal és hibákkal teli világnak.
Jó. Tegyük fel, hogy az egyik elektron nem különböztethető meg a másiktól. De tehetjük az egyiket az első dobozba, a másikat a másodikba, és azt mondhatjuk: "Ez az elektron itt fekszik, az pedig ott van"?
„Nem, nem tehetjük” – mondja Wilczek professzor.
Amint az elektronokat dobozokba helyezzük, és félrenézünk, azok megszűnnek részecskék lenni, és hullámtulajdonságokat mutatnak. Ez azt jelenti, hogy végtelenül meghosszabbodnak. Bármilyen furcsán is hangzik, mindenhol megvan a lehetőség, hogy elektront találjunk. Nem abban az értelemben, hogy minden ponton egyszerre található, hanem abban, hogy kicsi az esélye, hogy bárhol megtalálja, ha hirtelen úgy dönt, hogy visszafordul és elkezdi keresni.
Nyilvánvaló, hogy ezt meglehetősen nehéz elképzelni. Felmerül azonban egy ennél is érdekesebb kérdés.
Az elektronok ennyire trükkösek, vagy az a tér, amelyben vannak? És akkor mi történik mindennel, ami körülöttünk van, amikor elfordulunk?
A legnehezebb bekezdés
Kiderült, hogy még mindig találhat két elektront. A probléma csak az, hogy nem lehet azt mondani: itt az első, itt a második elektron hulláma, és mindannyian a háromdimenziós térben vagyunk. A kvantummechanikában nem működik.
Azt kell mondanunk, hogy van egy külön hullám a háromdimenziós térben az első elektron számára, és van egy második hullám a háromdimenziós térben a második számára. A végén kiderül – légy erős! egy hatdimenziós hullám, amely két elektront köt össze. Borzasztóan hangzik, de aztán megértjük: ez a két elektron már nem lóg, senki sem tudja, hol. Helyzetüket egyértelműen meghatározza, vagy inkább összekapcsolja ez a hatdimenziós hullám.
Általánosságban elmondható, hogy ha korábban azt hittük, hogy van benne tér és dolgok, akkor a kvantumelméletet figyelembe véve kissé módosítanunk kell az ábrázolásunkat. A tér itt csak egy módja annak, hogy leírjuk az objektumok, például az elektronok közötti kapcsolatokat. Ezért nem írhatjuk le a világ szerkezetét az azt alkotó összes részecske tulajdonságaiként. Minden egy kicsit bonyolultabb: az elemi részecskék közötti kapcsolatokat kell tanulmányoznunk.
Mint látható, annak a ténynek köszönhetően, hogy az elektronok (és más elemi részecskék) teljesen azonosak egymással, az azonosság fogalma porrá omlik. Kiderült, hogy helytelen a világot alkotóelemekre osztani.
Wilczek azt mondja, hogy minden elektron azonos. Egy mező megnyilvánulásai, amely áthat minden teret és időt. John Archibald Wheeler fizikus másképp gondolkodik. Úgy véli, hogy kezdetben egy elektron volt, a többi pedig ennek csak nyoma, áthatja az időt és a teret. Miféle ostobaság! - kiálthatja ezen a helyen. – A tudósok elektronokat rögzítenek!
De van egy de.
Mi van, ha mindez csak illúzió? Az elektron mindenhol létezik és sehol. Nincs anyagi formája. Mit kell tenni? És akkor mi az az ember, aki elemi részecskékből áll?
Egy csepp reményt sem
Azt akarjuk hinni, hogy minden dolog több, mint az alkotó részecskéinek összege. Mi lenne, ha eltávolítanánk az elektron töltését, tömegét és spinjét, és a maradékba kapnánk valamit, az azonosságát, a „személyiségét”. Azt akarjuk hinni, hogy van valami, ami az elektront elektronná teszi.
Még ha a statisztika vagy a kísérlet nem is képes feltárni egy részecske lényegét, hinni akarunk benne. Végül is van valami, ami minden embert egyedivé tesz.
Tegyük fel, hogy nem lenne különbség Martin Gerr és a párja között, de egyikük csendesen mosolyogna, tudván, hogy ő az igazi.
Nagyon szeretnék hinni benne. De a kvantummechanika teljesen szívtelen, és nem engedi, hogy mindenféle hülyeségre gondoljunk.
Ne tévesszen meg: ha az elektronnak saját egyéni esszenciája lenne, a világ káoszba fordulna.
RENDBEN. Mivel az elektronok és más elemi részecskék valójában nem léteznek, miért létezünk?
Az első elmélet: hópelyhek vagyunk
Az egyik elképzelés az, hogy nagyon sok elemi részecske van bennünk. Mindannyiunkban összetett rendszert alkotnak. Úgy tűnik, az a tény, hogy mindannyian különbözőek vagyunk, annak a következménye, hogy testünk hogyan épül fel ezekből az elemi részecskékből.
Az elmélet furcsa, de gyönyörű. Egyik elemi részecskének sincs saját egyénisége. De együtt egyedi struktúrát alkotnak - egy személyt. Ha úgy tetszik, olyanok vagyunk, mint a hópelyhek. Nyilvánvaló, hogy mindegyik víz, de mindegyiknek egyedi a mintája.
A lényeged az, hogy a részecskék hogyan szerveződnek benned, nem pedig az, hogy pontosan miből vagy. Testünk sejtjei folyamatosan változnak, ami azt jelenti, hogy csak a szerkezet számít.
Második elmélet: modellek vagyunk
Van egy másik módja a kérdés megválaszolásának. Daniel Dennett amerikai filozófus azt javasolta, hogy a "dolog" fogalmát cseréljék le a "valódi modell" kifejezésre. Dennett és követői szerint valami akkor valóságos, ha annak elméleti leírása tömörebben megismételhető - dióhéjban, egy egyszerű leírás segítségével. Hogy elmagyarázzuk ennek működését, vegyünk egy macskát példaként.
Szóval van egy macskánk. Technikailag újra létrehozhatjuk papíron (vagy virtuálisan), ha leírjuk az egyes részecskék helyzetét, amelyekből áll, és így elkészíthetjük a macska diagramját. Másrészt tehetünk másként is: mondjuk csak azt, hogy „macska”. Az első esetben óriási számítási teljesítményre van szükségünk ahhoz, hogy ne csak egy macskaképet alkossunk, hanem mondjuk mozgásba is hozzuk, ha már számítógépes modellről beszélünk. A másodikban csak veszünk egy mély levegőt, és azt mondjuk: "A macska körbejárta a szobát." A macska igazi modell.
Vegyünk egy másik példát. Képzelj el egy kompozíciót, amely tartalmazza a bal fülcimpát, Namíbia legnagyobb elefántját és Miles Davis zenéjét. Ennek az objektumnak a számítási létrehozása sok időt vesz igénybe. De ennek a fantasztikus szörnyetegnek a szóbeli leírása ugyanennyit fog elvinni. Lerövidíteni, két szóban sem fog menni, mert egy ilyen kompozíció valószerűtlen, vagyis nem is létezik. Ez nem igazi modell.
Kiderül, hogy csak egy pillanatnyi szerkezet vagyunk, amely a szemlélő tekintete alatt jelenik meg. A fizikusok olajat öntenek a tűzre, és azt mondják, hogy talán a végén kiderül, hogy a világ semmiből áll. Egyelőre csak rá kell mutatnunk egymásra és a körülöttünk lévő világra, mindent szavakkal leírva és neveket osztva. Minél összetettebb a modell, annál jobban össze kell tömörítenünk a leírását, hogy valósággá váljon. Vegyük például az emberi agyat, a világegyetem egyik legösszetettebb rendszerét. Próbáld meg dióhéjban leírni.
Próbáld meg egy szóval leírni. Mi történik?