أنا وظلي: ميكانيكا الكم تتحدى مفهوم الشخصية

2024 مؤلف: Malcolm Clapton | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 03:46

انت لماذا انت كيف تعرف أنك شخص ذو شخصية وطريقة تفكير فريدة؟ تنصحنا ميكانيكا الكم ألا نكون مفرطين في الثقة. من الممكن أننا لسنا جميعًا مختلفين كما نتخيل.

مارتن غير والهوية المسروقة

هل تعلم عن Martin Guerre؟ هذا فلاح فرنسي وجد نفسه ذات مرة في موقف غريب وغير سار. عاش مارتن في قرية صغيرة. عندما كان الولد يبلغ من العمر 24 عامًا ، اتهمه والديه بالسرقة. أجبر هير على ترك منزله وترك زوجته وابنه. بعد ثماني سنوات ، عاد الرجل إلى قريته ، ولم شمله مع عائلته. بعد ثلاث سنوات ، أنجبت الأسرة ثلاثة أطفال.

يبدو أن كل شيء يسير كالمعتاد. لكن ظهر جندي أجنبي في القرية ، أعلن أنه قاتل مع مارتن جير في الجيش الإسباني وأنه فقد ساقه في المعركة. بدأت عائلة مارتن في الشك فيما إذا كان قريبهم قد عاد إلى المنزل قبل ثلاث سنوات. بعد محاكمة طويلة ، اتضح أن هوية Guerra "اختطفت" على يد المغامر أرنو دو تيله. لقد خضع مارتن الحقيقي بالفعل لبتر ساقه وتم تعيينه في مأوى في دير في إسبانيا. ومع ذلك ، كانت محاكمة "سارق الهوية" مشهورة لدرجة أن هير الحقيقي عاد إلى قريته الأصلية. حُكم على مصير المغامر أرنو دو تيل بعقوبة إعدام قصيرة. واتهم مارتن نفسه زوجته بمساعدة المخادع ، وعدم الاعتقاد بأن المرأة قد لا تتعرف على زوجها الحبيب.

أثارت هذه القصة أذهان الكتاب والمخرجين. بناءً على دوافعها ، تم تصوير فيلم ، وتم تنظيم مسرحية موسيقية وحتى تصوير مسلسل تلفزيوني. علاوة على ذلك ، تم تخصيص إحدى سلاسل "The Simpsons" لهذه المناسبة. هذه الشعبية مفهومة: مثل هذا الحادث يثيرنا ، لأنه يضر بالسرعة - أفكارنا حول الهوية والشخصية.

كيف يمكننا أن نتأكد من هو الشخص الحقيقي ، حتى أعز الأشخاص؟ ماذا تعني الهوية في عالم لا يوجد فيه شيء دائم؟

حاول الفلاسفة الأوائل الإجابة على هذا السؤال. لقد افترضوا أننا مختلفون في الروح ، وأن أجسادنا مجرد دمى. يبدو هذا جيدًا ، لكن العلم رفض هذا الحل للمشكلة واقترح البحث عن جذر الهوية في الجسد المادي. حلم العلماء بالعثور على شيء على المستوى المجهري يميز بين شخص وآخر.

من الجيد أن العلم دقيق. لذلك ، عندما نقول "شيئًا على المستوى المجهري" ، فإننا نعني بالطبع أصغر اللبنات الأساسية لجسمنا - الجزيئات والذرات.

ومع ذلك ، فإن هذا المسار زلق أكثر مما قد يبدو للوهلة الأولى. تخيل مارتن غير ، على سبيل المثال. اقترب منه عقليا. الوجه والجلد والمسام … دعنا ننتقل. دعنا نقترب قدر الإمكان ، كما لو كان لدينا أقوى المعدات في ترسانتنا. ماذا سنجد؟ إلكترون.

الجسيمات الأولية في صندوق

يتكون الرن من جزيئات ، وتتكون الجزيئات من الذرات ، وتتكون الذرات من جزيئات أولية. هذه الأخيرة مصنوعة "من لا شيء" ؛ إنها لبنات البناء الأساسية للعالم المادي.

الإلكترون هو نقطة لا تشغل أي مساحة على الإطلاق. يتم تحديد كل إلكترون فقط من خلال الكتلة والدوران (الزخم الزاوي) والشحنة. هذا كل ما تحتاج إلى معرفته لوصف "شخصية" الإلكترون.

ماذا يعني ذلك؟ على سبيل المثال ، حقيقة أن كل إلكترون يشبه تمامًا أي إلكترون آخر ، دون أدنى فرق. هم متطابقون تماما. على عكس Martin Guerr وتوأمه ، فإن الإلكترونات متشابهة جدًا لدرجة أنها قابلة للتبادل تمامًا.

هذه الحقيقة لها بعض الآثار المثيرة للاهتمام إلى حد ما.لنتخيل أن لدينا جسيمًا أوليًا A ، والذي يختلف عن الجسيم الأولي B. بالإضافة إلى ذلك ، حصلنا على صندوقين - الأول والثاني.

نعلم أيضًا أن كل جسيم يجب أن يكون في أحد الصناديق في أي وقت. نظرًا لأننا نتذكر أن الجسيمين A و B يختلفان عن بعضهما البعض ، فقد اتضح أن هناك أربعة خيارات فقط لتطور الأحداث:

• تقع A في المربع 1 ، وتقع B في المربع 2 ؛
• A و B معًا في المربع 1 ؛
• يتم وضع A و B معًا في المربع 2 ؛
• يقع A في المربع 2 ، ويقع B في المربع 1.

اتضح أن احتمال العثور على جسيمين في وقت واحد في مربع واحد هو 1: 4. عظيم ، وفرزها.

ولكن ماذا لو لم تكن الجسيمات A و B مختلفة؟ ما هو احتمال إيجاد جسيمين في نفس المربع في هذه الحالة؟ من المثير للدهشة أن تفكيرنا يحدد بشكل لا لبس فيه: إذا كان جسيمان متطابقان ، فهناك ثلاثة خيارات فقط لتطور الأحداث. بعد كل شيء ، لا يوجد فرق بين الحالة عندما يقع A في المربع 1 ، ويقع B في المربع 2 ، والحالة عندما يقع B في المربع 1 ، ويقع A في المربع 2. وبالتالي يكون الاحتمال 1: 3.

يؤكد العلم التجريبي أن العالم المصغر يخضع لاحتمال 1: 3. بمعنى ، إذا استبدلت الإلكترون A بأي إلكترون آخر ، فلن يلاحظ الكون الفرق. وانت ايضا.

إلكترونات خبيثة

توصل فرانك ويلتشيك ، عالم الفيزياء النظرية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والحائز على جائزة نوبل ، إلى نفس النتيجة التي توصلنا إليها للتو. يعتبر العالم أن هذه النتيجة ليست مثيرة للاهتمام فقط. صرح ويلتشيك أن حقيقة أن إلكترونين لا يمكن تمييزهما تمامًا هو الاستنتاج الأعمق والأكثر أهمية من نظرية المجال الكمومي.

طلقة التحكم هي ظاهرة تداخل "تخون" إلكترونًا وتُظهر لنا حياته السرية. كما ترى ، إذا جلست وحدق في إلكترون ، فإنه يتصرف مثل الجسيم. بمجرد الابتعاد ، تظهر خصائص الموجة. عندما تتداخل اثنتان من هذه الموجات ، فإنها تضخم أو تضعف بعضهما البعض. فقط ضع في اعتبارك أننا لا نعني المفهوم المادي ، بل المفهوم الرياضي للموجة. إنهم لا ينقلون الطاقة ، بل الاحتمال - يؤثرون على النتائج الإحصائية للتجربة. في حالتنا - إلى الاستنتاج من التجربة مع صندوقين ، حيث حصلنا على احتمال 1: 3.

ومن المثير للاهتمام أن ظاهرة التداخل تحدث فقط عندما تكون الجسيمات متطابقة حقًا. أظهرت التجارب أن الإلكترونات هي نفسها تمامًا: يحدث التداخل ، مما يعني أن هذه الجسيمات لا يمكن تمييزها.

لماذا كل هذا؟ يقول ويلتشيك إن هوية الإلكترونات هي بالضبط ما يجعل عالمنا ممكنًا. بدون هذا ، لن يكون هناك كيمياء. لا يمكن استنساخ المسألة.

إذا كان هناك أي اختلاف بين الإلكترونات ، فسيتحول كل شيء إلى فوضى دفعة واحدة. إن طبيعتهم الدقيقة التي لا لبس فيها هي الأساس الوحيد لوجود هذا العالم المليء بالشكوك والأخطاء.

حسن. لنفترض أن إلكترونًا لا يمكن تمييزه عن إلكترون آخر. لكن يمكننا وضع أحدهما في المربع الأول والآخر في المربع الثاني ونقول: "هذا الإلكترون موجود هنا ، وهذا موجود هناك"؟

يقول البروفيسور ويلتشيك: "لا ، لا نستطيع".

بمجرد أن تضع الإلكترونات في الصناديق وتنظر بعيدًا ، تتوقف عن أن تكون جسيمات وتبدأ في إظهار خصائص الموجة. هذا يعني أنها ستمتد إلى ما لا نهاية. قد يبدو الأمر غريبًا ، لكن هناك إمكانية لإيجاد إلكترون في كل مكان. ليس بمعنى أنه يقع في جميع النقاط دفعة واحدة ، ولكن في حقيقة أن لديك فرصة ضئيلة للعثور عليه في أي مكان إذا قررت فجأة العودة إلى الوراء والبدء في البحث عنه.

من الواضح أنه من الصعب تخيل ذلك. ولكن يظهر سؤال أكثر إثارة للاهتمام.

هل الإلكترونات صعبة للغاية أم أنها المساحة الموجودة فيها؟ ثم ماذا يحدث لكل شيء حولنا عندما نبتعد؟

اصعب فقرة

اتضح أنه لا يزال بإمكانك العثور على إلكترونين.المشكلة الوحيدة هي أنك لا تستطيع أن تقول: ها هي موجة الأولى ، ها هي موجة الإلكترون الثاني ، وكلنا في فضاء ثلاثي الأبعاد. إنها لا تعمل في ميكانيكا الكم.

يجب أن تقول أن هناك موجة منفصلة في الفضاء ثلاثي الأبعاد للإلكترون الأول وهناك موجة ثانية في الفضاء ثلاثي الأبعاد للثاني. في النهاية ، اتضح - كن قوياً! هي موجة سداسية الأبعاد تربط إلكترونين معًا. يبدو الأمر مروعًا ، لكننا نفهم بعد ذلك: لم يعد هذان الإلكترونان متدليان ، ولا أحد يعرف أين. مواقفهم محددة بوضوح ، أو بالأحرى مرتبطة بهذه الموجة سداسية الأبعاد.

بشكل عام ، إذا اعتقدنا سابقًا أن هناك مساحة وأشياء فيه ، إذن ، مع مراعاة نظرية الكم ، سيتعين علينا تغيير تمثيلنا قليلاً. الفضاء هنا هو مجرد وسيلة لوصف الترابط بين الأشياء ، مثل الإلكترونات. لذلك ، لا يمكننا وصف بنية العالم على أنها خصائص كل الجسيمات مجتمعة التي تتكون منها. كل شيء أكثر تعقيدًا: علينا دراسة الروابط بين الجسيمات الأولية.

كما ترون ، نظرًا لحقيقة أن الإلكترونات (والجسيمات الأولية الأخرى) متطابقة تمامًا مع بعضها البعض ، فإن مفهوم الهوية نفسه ينهار إلى الغبار. اتضح أن تقسيم العالم إلى مكوناته أمر خاطئ.

يقول ويلتشيك أن جميع الإلكترونات متطابقة. إنها مظهر من مظاهر مجال واحد يتخلل كل المكان والزمان. يعتقد الفيزيائي جون أرشيبالد ويلر بشكل مختلف. إنه يعتقد أنه في البداية كان هناك إلكترونًا واحدًا ، وكل الباقي مجرد آثار له ، يتخلل الزمان والمكان. "ما هذا الهراء! - يمكنك أن تصرخ في هذا المكان. "العلماء يصلحون الإلكترونات!"

ولكن هناك واحد ولكن.

ماذا لو كان كل هذا مجرد وهم؟ الإلكترون موجود في كل مكان وليس في أي مكان. ليس لديه شكل مادي. ما يجب القيام به؟ وما هو إذن الشخص الذي يتكون من جسيمات أولية؟

ليس قطرة أمل

نريد أن نصدق أن كل شيء هو أكثر من مجموع الجسيمات المكونة له. ماذا لو أزلنا شحنة الإلكترون وكتلته ودورانه وحصلنا على شيء في الباقي ، هويته ، "شخصيته". نريد أن نصدق أن هناك شيئًا ما يجعل الإلكترون إلكترونًا.

حتى لو لم تستطع الإحصائيات أو التجربة الكشف عن جوهر الجسيم ، فنحن نريد أن نؤمن به. بعد كل شيء ، هناك شيء يجعل كل شخص فريدًا.

لنفترض أنه لن يكون هناك فرق بين مارتن جير ومثليه ، لكن أحدهم كان يبتسم بهدوء ، مع العلم أنه كان الشخص الحقيقي.

أود أن أؤمن به كثيرًا. لكن ميكانيكا الكم بلا قلب على الإطلاق ولن تسمح لنا بالتفكير في كل أنواع الهراء.

لا تنخدع: إذا كان للإلكترون جوهره الفردي ، فسيتحول العالم إلى فوضى.

نعم. بما أن الإلكترونات والجسيمات الأولية الأخرى غير موجودة حقًا ، فلماذا نحن موجودون؟

النظرية الأولى: نحن رقاقات ثلجية

تتمثل إحدى الأفكار في وجود الكثير من الجسيمات الأولية في داخلنا. إنهم يشكلون نظامًا معقدًا في كل واحد منا. يبدو أن حقيقة أننا جميعًا مختلفون هي نتيجة لكيفية بناء أجسامنا من هذه الجسيمات الأولية.

النظرية غريبة لكنها جميلة. لا أحد من الجسيمات الأولية له شخصيته الخاصة. لكنهم يشكلون معًا بنية فريدة - شخص. إذا أردت ، نحن مثل رقاقات الثلج. من الواضح أنها كلها مياه ، لكن نمط كل منها فريد من نوعه.

جوهرك هو كيفية تنظيم الجسيمات بداخلك ، وليس ما صنعت منه بالضبط. تتغير خلايا أجسامنا باستمرار ، مما يعني أن الشيء الوحيد المهم هو البنية.

النظرية الثانية: نحن نماذج

هناك طريقة أخرى للإجابة على السؤال. اقترح الفيلسوف الأمريكي دانيال دينيت استبدال مفهوم "الشيء" بمصطلح "نموذج حقيقي". وفقًا لدينيت وأتباعه ، هناك شيء حقيقي إذا كان من الممكن تكرار الوصف النظري بشكل أكثر إيجازًا - باختصار ، باستخدام وصف بسيط. لشرح كيفية عمل ذلك ، دعنا نأخذ قطة كمثال.

لذا ، لدينا قطة.من الناحية الفنية ، يمكننا إعادة إنشائه على الورق (أو افتراضيًا) من خلال وصف موضع كل جسيم يتكون منه ، وبالتالي رسم مخطط القط. من ناحية أخرى ، يمكننا أن نفعل بشكل مختلف: فقط قل "قطة". في الحالة الأولى ، نحتاج إلى قوة حاسوبية ضخمة ليس فقط لإنشاء صورة لقط ، ولكن أيضًا ، لنقل ، لجعلها تتحرك ، إذا كنا نتحدث عن نموذج كمبيوتر. في الثانية ، علينا فقط أن نأخذ نفسًا عميقًا ونقول: "سارت القطة في أرجاء الغرفة". القطة نموذج حقيقي.

لنأخذ مثالاً آخر. تخيل تركيبة تتضمن شحمة الأذن اليسرى ، وأكبر فيل في ناميبيا ، وموسيقى مايلز ديفيس. سيستغرق إنشاء هذا الكائن حسابيًا وقتًا طويلاً. لكن الوصف اللفظي لهذا الوحش الرائع سيأخذك بنفس المقدار. لن يجدي التقصير ، في كلمتين أيضًا ، لأن مثل هذا التكوين غير واقعي ، مما يعني أنه غير موجود. هذا ليس نموذجا حقيقيا.

اتضح أننا مجرد هيكل مؤقت يظهر تحت أنظار الناظر. يضيف الفيزيائيون الوقود إلى النار ويقولون أنه ربما في النهاية سيتضح أن العالم مكون من لا شيء على الإطلاق. في الوقت الحالي ، يبقى لنا أن نشير إلى بعضنا البعض وإلى العالم من حولنا ، نصف كل شيء بالكلمات وتوزيع الأسماء. كلما كان النموذج أكثر تعقيدًا ، كان علينا ضغط وصفه ، مما يجعله حقيقيًا. خذ على سبيل المثال الدماغ البشري ، أحد أكثر الأنظمة تعقيدًا في الكون. حاول وصفها باختصار.

حاول أن تصفها في كلمة واحدة. ماذا يحدث؟