אני והצל שלי: מכניקת הקוונטים מאתגרת את מושג האישיות

2024 מְחַבֵּר: Malcolm Clapton | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 03:56

למה אתה אתה? איך אתה יודע שאתה אדם עם אופי ודרך חשיבה ייחודיים? מכניקת הקוונטים ממליצה לנו לא להיות כל כך בטוחים בביטחון עצמי. ייתכן שלא כולנו שונים כפי שאנו מדמיינים.

מרטין גר והזהות הגנובה

האם ידעת על מרטין גר? זהו איכר צרפתי שפעם נקלע למצב מוזר ולא נעים. מרטין גר בכפר קטן. כשהילד היה בן 24, הוריו שלו האשימו אותו בגניבה. הר נאלץ לעזוב את ביתו, לעזוב את אשתו ובנו. שמונה שנים לאחר מכן, חזר האיש לכפר הולדתו, התאחד עם משפחתו. שלוש שנים לאחר מכן נולדו למשפחה שלושה ילדים.

נראה היה שהכל נמשך כרגיל. אך בכפר הופיע חייל זר, שהכריז כי נלחם עם מרטין גר בצבא הספרדי וכי איבד את רגלו בקרב. משפחתו של מרטין החלה לפקפק אם קרוב משפחתם חזר הביתה לפני שלוש שנים. לאחר משפט ארוך התברר שזהותו של גוארה "נחטפה" על ידי ההרפתקן ארנו דו טיל. מרטין האמיתי אכן עבר כריתת רגל ומונה לסינקור במנזר בספרד. עם זאת, משפטו של "גנב הזהות" היה כל כך מפורסם שהר האמיתי חזר לכפר הולדתו. גורלו של ההרפתקן ארנו דו ת'יל נחתם בגזר דין מוות קצר. ומרטין עצמו האשים את אשתו בסיוע לרמאי, לא מאמינה שאישה עלולה לא להכיר בבעלה האהוב.

הסיפור הזה הלהיב את מוחם של סופרים ובמאים. על בסיס מניעיה צולם סרט, הועלה מחזמר ואפילו צולמה סדרת טלוויזיה. יתרה מכך, אחת מהסדרות "משפחת סימפסון" מוקדשת לאירוע זה. פופולריות כזו מובנת: אירוע כזה מרגש אותנו, כי הוא כואב עד המהיר - הרעיונות שלנו על זהות ואישיות.

איך נוכל להיות בטוחים מיהו באמת אדם, אפילו היקר ביותר? מה המשמעות של זהות בעולם שבו שום דבר אינו קבוע?

הפילוסופים הראשונים ניסו לענות על שאלה זו. הם הניחו שאנחנו שונים זה מזה בנפשנו, והגוף שלנו הוא רק בובות. נשמע טוב, אבל המדע דחה את הפתרון הזה לבעיה והציע לחפש את שורש הזהות בגוף הפיזי. מדענים חלמו למצוא משהו ברמה המיקרוסקופית שיבדיל בין אדם אחד למשנהו.

טוב שהמדע מדויק. לכן, כשאנחנו אומרים "משהו ברמה המיקרוסקופית", אנחנו, כמובן, מתכוונים לאבני הבניין הקטנות ביותר של הגוף שלנו - מולקולות ואטומים.

עם זאת, שביל זה חלקלק יותר ממה שהוא עשוי להיראות במבט ראשון. תארו לעצמכם את מרטין גר, למשל. פנה אליו נפשית. פנים, עור, נקבוביות… בואו נמשיך הלאה. בואו נתקרב כמה שיותר, כאילו יש לנו את הציוד החזק ביותר בארסנל שלנו. מה נמצא? אֶלֶקטרוֹן.

חלקיק יסודי בקופסה

הר היה עשוי ממולקולות, מולקולות עשויות מאטומים, אטומים עשויים מחלקיקים יסודיים. אלה האחרונים עשויים "יש מאין"; הם אבני הבניין הבסיסיות של העולם החומרי.

אלקטרון הוא נקודה שממש לא תופסת מקום בכלל. כל אלקטרון נקבע אך ורק על ידי מסה, ספין (תנע זוויתי) ומטען. זה כל מה שאתה צריך לדעת כדי לתאר את ה"אישיות" של אלקטרון.

מה זה אומר? למשל, העובדה שכל אלקטרון נראה בדיוק כמו כל אלקטרון, ללא הבדל קטן. הם זהים לחלוטין. בניגוד למרטין גר והתאום שלו, אלקטרונים כל כך דומים שהם ניתנים להחלפה לחלוטין.

לעובדה זו יש כמה השלכות מעניינות למדי.בואו נדמיין שיש לנו חלקיק אלמנטרי A, השונה מחלקיק אלמנטרי B. בנוסף, השגנו שתי קופסאות - הראשונה והשנייה.

אנחנו גם יודעים שכל חלקיק חייב להיות באחת מהקופסאות בכל זמן נתון. מכיוון שאנו זוכרים שחלקיקים A ו-B שונים זה מזה, מסתבר שיש רק ארבע אפשרויות להתפתחות אירועים:

• א' שוכנת בתיבה 1, ב' נמצאת בתיבה 2;
• A ו-B שוכבים יחד בתיבה 1;
• A ו-B שוכבים יחד בתיבה 2;
• א' נמצאת בתיבה 2, ב' נמצאת בתיבה 1.

מסתבר שההסתברות למצוא שני חלקיקים בבת אחת בקופסה אחת היא 1:4. מעולה, הסתדר.

אבל מה אם חלקיקים A ו-B אינם שונים? מהי ההסתברות למצוא שני חלקיקים באותה קופסה במקרה זה? באופן מפתיע, החשיבה שלנו קובעת ללא ספק: אם שני חלקיקים זהים, אז יש רק שלוש אפשרויות להתפתחות אירועים. הרי אין הבדל בין המקרה שבו א' שוכנת בתיבה 1, ב' נמצאת בתיבה 2, והמקרה שבו ב' נמצאת בתיבה 1, א' נמצאת בתיבה 2. אז ההסתברות היא 1:3.

המדע הניסיוני מאשר שהמיקרוקוסמוס מציית להסתברות של 1:3. כלומר, אם תחליף אלקטרון A בכל אחר, היקום לא ישים לב להבדל. וגם אתה.

אלקטרונים ערמומיים

פרנק וילצ'ק, פיזיקאי תיאורטי במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס וחתן פרס נובל, הגיע לאותה מסקנה כמו שהגענו זה עתה. המדען רואה בתוצאה זו לא רק מעניינת. וילצ'ק קבע כי העובדה ששני אלקטרונים אינם ניתנים להבדלה לחלוטין היא המסקנה העמוקה והחשובה ביותר מתורת השדות הקוונטיים.

זריקת בקרה היא תופעת הפרעות ש"מסגירה" אלקטרון ומראה לנו את חייו הסודיים. אתה מבין, אם אתה יושב ובוהה באלקטרון, הוא מתנהג כמו חלקיק. ברגע שאתה פונה, זה מראה את המאפיינים של גל. כאשר שני גלים כאלה חופפים, הם מגבירים או מחלישים זה את זה. רק זכור שאנו מתכוונים לא למושג הפיזי, אלא למושג המתמטי של גל. הם לא מעבירים אנרגיה, אלא הסתברות - הם משפיעים על התוצאות הסטטיסטיות של הניסוי. במקרה שלנו - למסקנה מהניסוי עם שתי קופסאות, בהן קיבלנו הסתברות של 1:3.

מעניין, תופעת ההפרעות מתרחשת רק כאשר החלקיקים באמת זהים. ניסויים הראו שהאלקטרונים זהים לחלוטין: מתרחשת הפרעה, מה שאומר שאי אפשר להבחין בין חלקיקים אלה.

בשביל מה כל זה? וילצ'ק אומר שזהות האלקטרונים היא בדיוק מה שמאפשר את העולם שלנו. בלי זה, לא תהיה כימיה. לא ניתן היה לשחזר את החומר.

אם היה הבדל כלשהו בין האלקטרונים, הכל היה הופך לכאוס בבת אחת. טבעם המדויק והחד משמעי הוא הבסיס היחיד לקיומו של העולם הזה המלא באי ודאויות וטעויות.

טוֹב. נניח שלא ניתן להבחין בין אלקטרון אחד למשנהו. אבל אנחנו יכולים לשים אחד בתיבה הראשונה, את השני בשנייה ולומר: "האלקטרון הזה שוכב כאן, וההוא שם"?

"לא, אנחנו לא יכולים," אומר פרופסור וילצ'ק.

ברגע שמכניסים אלקטרונים לקופסאות ומסיטים את מבטם, הם מפסיקים להיות חלקיקים ומתחילים להפגין תכונות גל. זה אומר שהם יתארכו לאין ערוך. עד כמה שזה נשמע מוזר, ישנה אפשרות למצוא אלקטרון בכל מקום. לא במובן שהוא ממוקם בכל הנקודות בבת אחת, אלא בעובדה שיש לך סיכוי קטן למצוא אותו בכל מקום אם פתאום תחליט לחזור אחורה ולהתחיל לחפש אותו.

ברור שדי קשה לדמיין את זה. אבל עולה שאלה מעניינת עוד יותר.

האם אלקטרונים כל כך מסובכים או החלל שבו הם נמצאים? ואז מה קורה לכל מה שמסביבנו כשאנחנו מתרחקים?

הפסקה הכי קשה

מסתבר שעדיין אפשר למצוא שני אלקטרונים.הבעיה היחידה היא שאי אפשר לומר: הנה הגל של הראשון, הנה הגל של האלקטרון השני, וכולנו במרחב תלת מימדי. זה לא עובד במכניקת הקוונטים.

אתה צריך לומר שיש גל נפרד במרחב התלת מימדי עבור האלקטרון הראשון ויש גל שני במרחב התלת מימדי עבור השני. בסופו של דבר מסתבר – תהיו חזקים! הוא גל שישה ממדי שמחבר שני אלקטרונים יחדיו. זה נשמע נורא, אבל אז אנחנו מבינים: שני האלקטרונים האלה כבר לא משתלשלים, אף אחד לא יודע איפה. המיקומים שלהם מוגדרים בבירור, או ליתר דיוק, מקושרים על ידי הגל השישה ממדי הזה.

באופן כללי, אם קודם לכן חשבנו שיש בו חלל ודברים, אז, בהתחשב בתורת הקוונטים, נצטרך לשנות מעט את הייצוג שלנו. החלל כאן הוא רק דרך לתאר את החיבורים בין עצמים, כמו אלקטרונים. לכן, איננו יכולים לתאר את מבנה העולם כמאפיינים של כל החלקיקים יחד המרכיבים אותו. הכל קצת יותר מסובך: עלינו ללמוד את הקשרים בין חלקיקים יסודיים.

כפי שניתן לראות, בשל העובדה שהאלקטרונים (וחלקיקי יסוד אחרים) זהים לחלוטין זה לזה, עצם מושג הזהות מתפורר לאבק. מסתבר שחלוקת העולם למרכיביו היא שגויה.

וילצ'ק אומר שכל האלקטרונים זהים. הם ביטוי של שדה אחד החודר לכל המרחב והזמן. הפיזיקאי ג'ון ארצ'יבלד ווילר חושב אחרת. הוא מאמין שבתחילה היה אלקטרון אחד, וכל השאר הם רק עקבות שלו, מחלחלים לזמן ולמרחב. "איזה שטויות! - אתה יכול לקרוא במקום הזה. "מדענים מתקנים אלקטרונים!"

אבל יש אבל אחד.

מה אם הכל אשליה? האלקטרון קיים בכל מקום ובשום מקום. אין לו צורה חומרית. מה לעשות? ומהו אם כן אדם המורכב מחלקיקים יסודיים?

אף טיפת תקווה

אנחנו רוצים להאמין שכל דבר הוא יותר מסך החלקיקים המרכיבים אותו. מה אם נסיר את המטען של האלקטרון, המסה והספין שלו ונקבל משהו בשארית, זהותו, ה"אישיות" שלו. אנחנו רוצים להאמין שיש משהו שהופך את האלקטרון לאלקטרון.

גם אם סטטיסטיקה או ניסוי לא יכולים לחשוף את המהות של חלקיק, אנחנו רוצים להאמין בו. אחרי הכל, אז יש משהו שמייחד כל אדם.

נניח שלא יהיה הבדל בין מרטין גר לכפיל שלו, אבל אחד מהם היה מחייך בשקט, בידיעה שהוא האמיתי.

אני מאוד רוצה להאמין בזה. אבל מכניקת הקוונטים היא חסרת לב לחלוטין ולא תאפשר לנו לחשוב על כל מיני שטויות.

אל תלכו שולל: אם לאלקטרון הייתה מהות אינדיבידואלית משלו, העולם היה הופך לכאוס.

בסדר. מכיוון שאלקטרונים וחלקיקים יסודיים אחרים אינם קיימים באמת, מדוע אנו קיימים?

תיאוריה ראשונה: אנחנו פתיתי שלג

אחד הרעיונות הוא שיש בנו הרבה חלקיקים אלמנטריים. הם יוצרים מערכת מורכבת בכל אחד מאיתנו. נראה שהעובדה שכולנו שונים היא תוצאה של האופן שבו הגוף שלנו בנוי מחלקיקים אלמנטריים אלו.

התיאוריה מוזרה, אבל יפה. לאף אחד מהחלקיקים היסודיים אין אינדיבידואליות משלו. אבל ביחד הם יוצרים מבנה ייחודי - אדם. אם תרצה, אנחנו כמו פתיתי שלג. ברור שכולם מים, אבל הדפוס של כל אחד מהם הוא ייחודי.

המהות שלך היא איך החלקיקים מאורגנים בך, לא ממה בדיוק אתה עשוי. התאים בגופנו משתנים כל הזמן, מה שאומר שהדבר היחיד שחשוב הוא המבנה.

תיאוריה שנייה: אנחנו מודלים

יש דרך אחרת לענות על השאלה. הפילוסוף האמריקאי דניאל דנט הציע להחליף את המושג "דבר" במונח "מודל אמיתי". לדברי דנט וחסידיו, משהו אמיתי אם ניתן לשכפל את התיאור התיאורטי שלו בצורה תמציתית יותר - בקצרה, באמצעות תיאור פשוט. כדי להסביר איך זה עובד, ניקח חתול כדוגמה.

אז יש לנו חתול.מבחינה טכנית, נוכל ליצור אותו מחדש על הנייר (או באופן וירטואלי) על ידי תיאור המיקום של כל חלקיק ממנו הוא מורכב, וכך לשרטט תרשים של החתול. מצד שני, אנחנו יכולים לעשות אחרת: פשוט תגיד "חתול". במקרה הראשון, אנחנו צריכים כוח מחשוב עצום כדי לא רק ליצור תמונה של חתול, אלא גם, נניח, לגרום לו לזוז, אם אנחנו מדברים על מודל ממוחשב. בשנייה, אנחנו רק צריכים לקחת נשימה עמוקה ולומר: "החתול הסתובב בחדר." החתול הוא דגם אמיתי.

ניקח דוגמה נוספת. דמיינו קומפוזיציה הכוללת את תנוך האוזן השמאלי, הפיל הגדול ביותר בנמיביה, והמוזיקה של מיילס דייויס. ייקח הרבה זמן ליצור את האובייקט הזה מבחינה חישובית. אבל התיאור המילולי של המפלצת הפנטסטית הזו ייקח אותך באותה כמות. זה לא יעבוד לקצר, לומר גם בשתי מילים, כי קומפוזיציה כזו היא לא אמיתית, כלומר היא לא קיימת. זה לא דגם אמיתי.

מסתבר שאנחנו רק מבנה רגעי המופיע מתחת למבט המתבונן. פיזיקאים מוסיפים שמן למדורה ואומרים שאולי בגמר יתברר שהעולם אינו עשוי מכלום. לעת עתה נותר לנו להצביע זה על זה ועל העולם הסובב אותנו, לתאר הכל במילים ולהפיץ שמות. ככל שהמודל מורכב יותר, כך עלינו לדחוס את התיאור שלו, ולהפוך אותו לאמיתי. קחו, למשל, את המוח האנושי, אחת המערכות המורכבות ביותר ביקום. נסו לתאר את זה בקצרה.

נסו לתאר את זה במילה אחת. מה קורה?