ฉันและเงาของฉัน: กลศาสตร์ควอนตัมท้าทายแนวคิดเรื่องบุคลิกภาพ

2024 ผู้เขียน: Malcolm Clapton | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 04:12

ทำไมคุณถึงเป็นคุณ? คุณรู้ได้อย่างไรว่าคุณเป็นคนที่มีบุคลิกและวิธีคิดที่ไม่เหมือนใคร? กลศาสตร์ควอนตัมแนะนำให้เราอย่ามั่นใจมากเกินไป เป็นไปได้ว่าเราทุกคนไม่ได้แตกต่างกันอย่างที่เราคิด

Martin Guerr และตัวตนที่ถูกขโมย

คุณรู้เกี่ยวกับ Martin Guerre หรือไม่? นี่คือชาวนาฝรั่งเศสที่เคยพบว่าตัวเองอยู่ในสถานการณ์ที่แปลกและไม่เป็นที่พอใจ มาร์ตินอาศัยอยู่ในหมู่บ้านเล็กๆ เมื่อเด็กชายอายุ 24 ปี พ่อแม่ของเขาเองกล่าวหาว่าเขาลักขโมย Herr ถูกบังคับให้ออกจากบ้านทิ้งภรรยาและลูกชายของเขา แปดปีต่อมา ชายคนนั้นกลับมาที่หมู่บ้านบ้านเกิด กลับไปอยู่กับครอบครัวของเขาอีกครั้ง สามปีต่อมา ครอบครัวมีลูกสามคน

ทุกอย่างดูเหมือนจะดำเนินไปตามปกติ แต่ทหารต่างชาติคนหนึ่งปรากฏตัวในหมู่บ้าน ซึ่งประกาศว่าเขาได้ต่อสู้กับมาร์ติน เกอร์ในกองทัพสเปนและสูญเสียขาไปในการรบ ครอบครัวของมาร์ตินเริ่มสงสัยว่าญาติของพวกเขาได้กลับบ้านเมื่อสามปีที่แล้วหรือไม่ หลังจากการพิจารณาคดีอย่างยาวนาน ปรากฏว่าตัวตนของ Guerra ถูก "ลักพาตัว" โดยนักผจญภัย Arnault du Tilh มาร์ตินตัวจริงต้องถูกตัดขาจริงๆ และได้รับการแต่งตั้งให้เข้ารับการรักษาที่อารามแห่งหนึ่งในสเปน อย่างไรก็ตามการพิจารณาคดีของ "โจรขโมยข้อมูลประจำตัว" นั้นโด่งดังมากจน Herr ตัวจริงกลับไปที่หมู่บ้านบ้านเกิดของเขา ชะตากรรมของนักผจญภัย Arnaud du Thiel ถูกผนึกด้วยโทษประหารชีวิตสั้น ๆ และมาร์ตินเองก็กล่าวหาว่าภรรยาของเขาช่วยคนหลอกลวงโดยไม่เชื่อว่าผู้หญิงคนหนึ่งอาจไม่รู้จักสามีที่รักของเธอ

เรื่องนี้ทำให้จิตใจของนักเขียนและผู้กำกับตื่นเต้น ตามแรงจูงใจของเธอ มีการถ่ายทำภาพยนตร์ ละครเพลง และแม้แต่ละครโทรทัศน์ก็ถ่ายทำด้วย ยิ่งไปกว่านั้น หนึ่งในซีรีส์เรื่อง "The Simpsons" ยังได้อุทิศให้กับโอกาสนี้ ความนิยมดังกล่าวสามารถเข้าใจได้: เหตุการณ์ดังกล่าวทำให้เราตื่นเต้น เพราะมันเจ็บที่เร็ว - ความคิดของเราเกี่ยวกับอัตลักษณ์และบุคลิกภาพ

เราจะแน่ใจได้อย่างไรว่าจริงๆ แล้วคนๆ หนึ่งเป็นใคร แม้แต่คนที่รักที่สุด? ตัวตนหมายถึงอะไรในโลกที่ไม่มีอะไรถาวร?

นักปรัชญาคนแรกพยายามตอบคำถามนี้ พวกเขาคิดว่าเราต่างกันในจิตวิญญาณ และร่างกายของเราเป็นเพียงหุ่นเชิด ฟังดูดี แต่วิทยาศาสตร์ปฏิเสธวิธีแก้ปัญหานี้ และแนะนำให้มองหาต้นตอของตัวตนในร่างกาย นักวิทยาศาสตร์ใฝ่ฝันที่จะค้นพบบางสิ่งในระดับจุลทรรศน์ที่จะแยกแยะคนคนหนึ่งออกจากอีกคนหนึ่ง

เป็นเรื่องดีที่วิทยาศาสตร์มีความถูกต้อง ดังนั้นเมื่อเราพูดว่า "บางสิ่งในระดับจุลทรรศน์" แน่นอนว่าเราหมายถึงหน่วยการสร้างที่เล็กที่สุดของร่างกาย - โมเลกุลและอะตอม

อย่างไรก็ตาม เส้นทางนี้ลื่นกว่าที่เห็นในแวบแรก ลองนึกภาพ Martin Guerr เป็นตัวอย่าง เข้าหาเขาทางจิตใจ ใบหน้า ผิว รูขุมขน … ไปกันเลย เข้าใกล้ให้มากที่สุดราวกับว่าเรามีอุปกรณ์ที่ทรงพลังที่สุดในคลังแสงของเรา เราจะพบอะไร? อิเล็กตรอน.

อนุภาคมูลฐานในกล่อง

Herr ถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุล, โมเลกุลประกอบด้วยอะตอม, อะตอมทำจากอนุภาคมูลฐาน สิ่งหลังถูกสร้างขึ้น "จากความว่างเปล่า" พวกมันเป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของโลกแห่งวัตถุ

อิเล็กตรอนเป็นจุดที่ไม่กินเนื้อที่เลย อิเล็กตรอนแต่ละตัวถูกกำหนดโดยมวล การหมุน (โมเมนตัมเชิงมุม) และประจุเท่านั้น นี่คือทั้งหมดที่คุณต้องรู้เพื่ออธิบาย "บุคลิกภาพ" ของอิเล็กตรอน

มันหมายความว่าอะไร? ตัวอย่างเช่น ความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวมีลักษณะเหมือนกันทุกประการโดยไม่มีความแตกต่างแม้แต่น้อย พวกเขาเหมือนกันอย่างแน่นอน ต่างจาก Martin Guerr และฝาแฝดของเขา อิเล็กตรอนมีความคล้ายคลึงกันมากจนใช้แทนกันได้อย่างสมบูรณ์

ข้อเท็จจริงนี้มีนัยที่ค่อนข้างน่าสนใจลองนึกภาพว่าเรามีอนุภาคมูลฐาน A ซึ่งแตกต่างจากอนุภาคมูลฐาน B นอกจากนี้เรายังมีกล่องสองกล่อง - กล่องแรกและกล่องที่สอง

เรายังทราบด้วยว่าแต่ละอนุภาคต้องอยู่ในกล่องใดกล่องหนึ่งในเวลาใดก็ตาม เนื่องจากเราจำได้ว่าอนุภาค A และ B ต่างกัน ปรากฎว่ามีเพียงสี่ตัวเลือกสำหรับการพัฒนาเหตุการณ์:

• A อยู่ในกล่อง 1 B อยู่ในกล่อง 2;
• A และ B นอนด้วยกันในกล่อง 1;
• A และ B นอนด้วยกันในกล่อง 2;
• A อยู่ในกล่อง 2 B อยู่ในกล่อง 1

ปรากฎว่าความน่าจะเป็นที่จะพบสองอนุภาคพร้อมกันในกล่องเดียวคือ 1: 4 เจ๋งครับ จัดเลย

แต่ถ้าอนุภาค A และ B ไม่ต่างกันล่ะ? ความน่าจะเป็นที่จะพบอนุภาคสองตัวในกล่องเดียวกันในกรณีนี้เป็นเท่าใด น่าแปลกที่ความคิดของเรากำหนดได้ชัดเจน: ถ้าอนุภาคสองตัวเหมือนกัน ก็มีเพียงสามตัวเลือกสำหรับการพัฒนาเหตุการณ์ ท้ายที่สุด ไม่มีความแตกต่างระหว่างกรณีที่ A อยู่ในกล่อง 1 B อยู่ในกล่อง 2 และกรณีที่ B อยู่ในกล่อง 1 A อยู่ในกล่อง 2 ดังนั้นความน่าจะเป็นคือ 1: 3

วิทยาศาสตร์เชิงทดลองยืนยันว่าพิภพเล็กเชื่อฟังความน่าจะเป็น 1: 3 นั่นคือ ถ้าคุณแทนที่อิเล็กตรอน A ด้วยอิเล็กตรอนอื่น จักรวาลจะไม่สังเกตเห็นความแตกต่าง และคุณก็เหมือนกัน.

อิเล็กตรอนเจ้าเล่ห์

Frank Wilczek นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ และผู้ได้รับรางวัลโนเบล ได้ข้อสรุปเช่นเดียวกับที่เราเพิ่งทำ นักวิทยาศาสตร์ถือว่าผลลัพธ์นี้ไม่เพียงแค่น่าสนใจเท่านั้น Wilczek กล่าวว่าข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนสองตัวแยกไม่ออกโดยสิ้นเชิงนั้นเป็นข้อสรุปที่ลึกที่สุดและสำคัญที่สุดจากทฤษฎีสนามควอนตัม

การยิงควบคุมเป็นปรากฏการณ์การรบกวนที่ "หักหลัง" อิเล็กตรอนและแสดงให้เราเห็นชีวิตที่เป็นความลับของมัน คุณเห็นไหม ถ้าคุณนั่งจ้องอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจะมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค ทันทีที่คุณหันหลังกลับ มันจะแสดงคุณสมบัติของคลื่น เมื่อคลื่นทั้งสองเหลื่อมกัน จะขยายหรืออ่อนตัวลงซึ่งกันและกัน จำไว้ว่าเราไม่ได้หมายถึงทางกายภาพ แต่เป็นแนวคิดทางคณิตศาสตร์ของคลื่น พวกมันไม่ได้ถ่ายโอนพลังงาน แต่เป็นความน่าจะเป็น - พวกมันส่งผลต่อผลทางสถิติของการทดลอง ในกรณีของเรา - สู่ข้อสรุปจากการทดสอบด้วยสองกล่อง ซึ่งเรามีความน่าจะเป็น 1: 3

ที่น่าสนใจคือ ปรากฏการณ์ของการรบกวนจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่ออนุภาคเหมือนกันจริง ๆ เท่านั้น การทดลองแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนเหมือนกันทุกประการ: การรบกวนเกิดขึ้น ซึ่งหมายความว่าอนุภาคเหล่านี้ไม่สามารถแยกแยะได้

ทั้งหมดนี้เพื่ออะไร? Wilczek กล่าวว่าเอกลักษณ์ของอิเล็กตรอนเป็นสิ่งที่ทำให้โลกของเราเป็นไปได้ หากไม่มีสิ่งนี้ เคมีก็จะไม่มี ไม่สามารถทำซ้ำสสารได้

หากอิเล็กตรอนมีความแตกต่างกัน ทุกอย่างก็จะกลายเป็นความโกลาหลในทันที ลักษณะที่ชัดเจนและชัดเจนของพวกเขาเป็นพื้นฐานเดียวสำหรับโลกนี้ที่เต็มไปด้วยความไม่แน่นอนและข้อผิดพลาดที่จะเกิดขึ้น

ดี. สมมติว่าอิเล็กตรอนตัวหนึ่งแยกจากกันไม่ได้ แต่เราสามารถใส่อันหนึ่งในกล่องแรก อีกอันในกล่องที่สองแล้วพูดว่า: "อิเล็กตรอนตัวนี้อยู่ที่นี่ และอันนั้นอยู่ตรงนั้น"?

“ไม่ เราทำไม่ได้” ศาสตราจารย์วิลเชคกล่าว

ทันทีที่คุณใส่อิเล็กตรอนลงในกล่องและมองออกไป พวกมันจะหยุดเป็นอนุภาคและเริ่มแสดงคุณสมบัติของคลื่น ซึ่งหมายความว่าพวกเขาจะขยายออกไปอย่างไม่สิ้นสุด แม้จะฟังดูแปลก แต่ก็มีความเป็นไปได้ที่จะพบอิเล็กตรอนได้ทุกที่ ไม่ใช่ในแง่ที่ว่ามันตั้งอยู่ทุกจุดในคราวเดียว แต่ในความจริงที่ว่าคุณมีโอกาสเล็กน้อยที่จะหามันเจอที่ไหนก็ได้ ถ้าจู่ๆ คุณตัดสินใจหันหลังกลับและเริ่มมองหามัน

เห็นได้ชัดว่ามันค่อนข้างยากที่จะจินตนาการถึงสิ่งนี้ แต่คำถามที่น่าสนใจยิ่งขึ้นก็เกิดขึ้น

อิเล็กตรอนมีเล่ห์เหลี่ยมมากหรืออยู่ในพื้นที่? แล้วจะเกิดอะไรขึ้นกับทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเราเมื่อเราหันหน้าหนี?

วรรคที่ยากที่สุด

ปรากฎว่าคุณยังสามารถหาอิเล็กตรอนได้สองตัวปัญหาเดียวคือคุณไม่สามารถพูดได้ว่านี่คือคลื่นของตัวแรก นี่คือคลื่นของอิเล็กตรอนตัวที่สอง และเราทั้งหมดอยู่ในอวกาศสามมิติ มันไม่ทำงานในกลศาสตร์ควอนตัม

คุณต้องบอกว่ามีคลื่นแยกในปริภูมิสามมิติสำหรับอิเล็กตรอนตัวแรก และมีคลื่นลูกที่สองในปริภูมิสามมิติสำหรับอิเล็กตรอนตัวที่สอง ในที่สุดมันก็กลายเป็น - แข็งแกร่ง! เป็นคลื่นหกมิติที่จับอิเล็กตรอนสองตัวเข้าด้วยกัน ฟังดูแย่ แต่แล้วเราเข้าใจ: อิเล็กตรอนสองตัวนี้ไม่ได้ห้อยต่องแต่งอีกต่อไป ไม่มีใครรู้ว่าที่ไหน ตำแหน่งของพวกเขาถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจนหรือเชื่อมโยงกันด้วยคลื่นหกมิตินี้

โดยทั่วไป ถ้าก่อนหน้านี้เราคิดว่ามีที่ว่างและสิ่งต่างๆ ในนั้น เมื่อพิจารณาถึงทฤษฎีควอนตัม เราจะต้องเปลี่ยนการแทนค่าเล็กน้อย อวกาศเป็นเพียงวิธีหนึ่งในการอธิบายการเชื่อมต่อระหว่างวัตถุ เช่น อิเล็กตรอน ดังนั้นเราจึงไม่สามารถอธิบายโครงสร้างของโลกว่าเป็นคุณสมบัติของอนุภาคทั้งหมดที่ประกอบขึ้นเป็นโลกได้ ทุกอย่างซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย เราต้องศึกษาความเชื่อมโยงระหว่างอนุภาคมูลฐาน

อย่างที่คุณเห็น เนื่องจากอิเล็กตรอน (และอนุภาคมูลฐานอื่นๆ) มีความเหมือนกันทุกประการ แนวคิดเรื่องอัตลักษณ์จึงแตกเป็นเสี่ยงๆ ปรากฎว่าการแบ่งโลกออกเป็นองค์ประกอบของมันผิด

Wilczek กล่าวว่าอิเล็กตรอนทั้งหมดเหมือนกัน สิ่งเหล่านี้เป็นการรวมตัวกันของทุ่งเดียวที่แทรกซึมพื้นที่และเวลาทั้งหมด นักฟิสิกส์ John Archibald Wheeler คิดต่าง เขาเชื่อว่าในตอนแรกมีอิเล็กตรอนอยู่หนึ่งตัว และอิเล็กตรอนที่เหลือทั้งหมดเป็นเพียงร่องรอยของอิเล็กตรอน ที่แทรกซึมเข้าไปในเวลาและพื้นที่ “ไร้สาระอะไร! - คุณสามารถอุทานได้ที่นี่ "นักวิทยาศาสตร์กำลังซ่อมอิเล็กตรอน!"

แต่มีอย่างหนึ่งแต่

ถ้ามันเป็นภาพลวงตาล่ะ? อิเล็กตรอนมีอยู่ทุกที่และไม่มีที่ไหนเลย เขาไม่มีรูปแบบที่เป็นวัตถุ จะทำอย่างไร? แล้วบุคคลที่ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานคืออะไร?

ไม่สิ้นหวัง

เราต้องการที่จะเชื่อว่าทุกสิ่งเป็นมากกว่าผลรวมของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบ จะเกิดอะไรขึ้นหากเราเอาประจุของอิเล็กตรอน มวล และการหมุนของอิเล็กตรอนออก และได้บางสิ่งในส่วนที่เหลือ เอกลักษณ์ของมัน "บุคลิกภาพ" ของมัน เราต้องการที่จะเชื่อว่ามีบางอย่างที่ทำให้อิเล็กตรอนเป็นอิเล็กตรอน

แม้ว่าสถิติหรือการทดลองจะไม่สามารถเปิดเผยแก่นแท้ของอนุภาคได้ แต่เราต้องการที่จะเชื่อในสิ่งนั้น ท้ายที่สุดแล้วมีบางอย่างที่ทำให้แต่ละคนมีเอกลักษณ์

สมมุติว่ามาร์ติน เกอร์กับคู่หูของเขาคงไม่ต่างกัน แต่หนึ่งในนั้นยิ้มอย่างเงียบๆ โดยรู้ว่าเขาเป็นคนจริง

ฉันอยากจะเชื่อในมันมาก แต่กลศาสตร์ควอนตัมนั้นไร้หัวใจอย่างยิ่ง และจะไม่ปล่อยให้เราคิดถึงเรื่องไร้สาระทุกประเภท

อย่าหลงกล: ถ้าอิเล็กตรอนมีแก่นแท้ของมันเอง โลกก็จะกลายเป็นความโกลาหล

ตกลง. เนื่องจากอิเล็กตรอนและอนุภาคมูลฐานอื่นๆ ไม่มีอยู่จริง ทำไมเราถึงมีอยู่จริง?

ทฤษฎีที่หนึ่ง: พวกเราคือเกล็ดหิมะ

แนวคิดหนึ่งคือมีอนุภาคมูลฐานจำนวนมากในตัวเรา พวกเขาสร้างระบบที่ซับซ้อนในพวกเราแต่ละคน ดูเหมือนว่าความจริงที่ว่าเราทุกคนต่างกันเป็นผลมาจากการที่ร่างกายของเราถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคมูลฐานเหล่านี้

ทฤษฎีนี้แปลกแต่สวยงาม ไม่มีอนุภาคมูลฐานใดมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง แต่ร่วมกันสร้างโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ - บุคคล ถ้าคุณชอบ เราก็เหมือนเกล็ดหิมะ เป็นที่แน่ชัดว่าเป็นน้ำล้วนแต่ลวดลายแต่ละอันมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว

สาระสำคัญของคุณคือการจัดระเบียบอนุภาคในตัวคุณ ไม่ใช่สิ่งที่คุณสร้างขึ้นมาอย่างแน่นอน เซลล์ในร่างกายของเรามีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ซึ่งหมายความว่าสิ่งเดียวที่สำคัญคือโครงสร้าง

ทฤษฎีที่ 2 เราคือโมเดล

มีอีกวิธีในการตอบคำถาม นักปรัชญาชาวอเมริกัน แดเนียล เดนเน็ตต์ แนะนำให้แทนที่แนวคิดของ "สิ่งของ" ด้วยคำว่า "โมเดลจริง" ตามคำบอกของ Dennett และผู้ติดตามของเขา มีบางสิ่งที่เป็นจริงหากคำอธิบายเชิงทฤษฎีสามารถทำซ้ำได้กระชับยิ่งขึ้น โดยสรุปโดยใช้คำอธิบายง่ายๆ เพื่ออธิบายวิธีการทำงาน ให้นำแมวมาเป็นตัวอย่าง

ดังนั้น เรามีแมวในทางเทคนิคแล้ว เราสามารถสร้างมันขึ้นมาใหม่บนกระดาษ (หรือแทบทุกประการ) ได้โดยการอธิบายตำแหน่งของแต่ละอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบ และด้วยเหตุนี้จึงวาดไดอะแกรมของแมว ในทางกลับกัน เราทำอย่างอื่นได้ แค่พูดว่า "cat" ในกรณีแรก เราต้องการพลังประมวลผลมหาศาลที่ไม่เพียงแต่สร้างภาพแมว แต่ยังพูดได้ว่า ทำให้มันเคลื่อนไหว ถ้าเรากำลังพูดถึงโมเดลคอมพิวเตอร์ อย่างที่สอง เราแค่ต้องหายใจเข้าลึกๆ แล้วพูดว่า: "แมวเดินไปรอบ ๆ ห้อง" แมวเป็นนายแบบจริงๆ

ลองมาอีกตัวอย่างหนึ่ง ลองนึกภาพองค์ประกอบที่มีติ่งหูด้านซ้าย ช้างที่ใหญ่ที่สุดในนามิเบีย และเพลงของ Miles Davis จะใช้เวลามากในการสร้างวัตถุนี้ด้วยการคำนวณ แต่คำอธิบายด้วยวาจาของสัตว์ประหลาดที่น่าอัศจรรย์นี้จะพาคุณไปในจำนวนที่เท่ากัน การพูดสองคำจะไม่ทำงานให้สั้นลงเช่นกัน เพราะองค์ประกอบดังกล่าวไม่จริง ซึ่งหมายความว่าไม่มีอยู่จริง นี่ไม่ใช่โมเดลจริง

ปรากฎว่าเราเป็นเพียงโครงสร้างชั่วคราวที่ปรากฏภายใต้การจ้องมองของคนดู นักฟิสิกส์เติมเชื้อเพลิงลงในกองไฟและบอกว่าบางทีในตอนสุดท้ายอาจกลายเป็นว่าโลกไม่ได้สร้างอะไรขึ้นมาเลย สำหรับตอนนี้ เรายังคงชี้ไปที่กันและกันและโลกรอบตัวเรา อธิบายทุกอย่างด้วยคำพูดและแจกจ่ายชื่อ ยิ่งแบบจำลองซับซ้อนมากเท่าไร เราก็ยิ่งต้องบีบอัดคำอธิบายมากเท่านั้น ทำให้มันเป็นจริงได้ ยกตัวอย่างเช่น สมองของมนุษย์ ระบบที่ซับซ้อนที่สุดในจักรวาล พยายามอธิบายโดยย่อ

พยายามอธิบายเป็นคำเดียว เกิดอะไรขึ้น?