Ես և իմ ստվերը. քվանտային մեխանիկա մարտահրավեր է նետում անձի հայեցակարգին

2024 Հեղինակ: Malcolm Clapton | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 03:59

Ինչո՞ւ ես դու Ինչպե՞ս գիտես, որ յուրահատուկ բնավորությամբ ու մտածելակերպով մարդ ես։ Քվանտային մեխանիկան մեզ խորհուրդ է տալիս այդքան ինքնավստահ չլինել։ Հնարավոր է, որ մենք բոլորս այնքան էլ տարբեր չենք, ինչպես պատկերացնում ենք։

Մարտին Գերրը և գողացված ինքնությունը

Դուք գիտեի՞ք Մարտին Գերի մասին: Սա ֆրանսիացի գյուղացին է, ով մի անգամ հայտնվել է տարօրինակ ու տհաճ իրավիճակում։ Մարտինը ապրում էր մի փոքրիկ գյուղում։ Երբ տղան 24 տարեկան էր, սեփական ծնողները նրան մեղադրում էին գողության մեջ։ Հերը ստիպված էր լքել իր տունը, թողնել կնոջն ու որդուն: Ութ տարի անց տղամարդը վերադարձել է հայրենի գյուղ՝ վերամիավորվելով ընտանիքի հետ։ Երեք տարի անց ընտանիքը երեք երեխա ունեցավ։

Ամեն ինչ կարծես շարունակվեց սովորականի պես։ Բայց գյուղում հայտնվեց մի օտարազգի զինվոր, ով հայտարարեց, որ ինքը մարտին Մարտին Գերի հետ կռվել է իսպանական բանակում և որ ոտքը կորցրել է մարտում։ Մարտինի ընտանիքը սկսել է կասկածել՝ արդյոք իրենց բարեկամը երեք տարի առաջ է վերադարձել տուն։ Երկարատեւ փորձարկումներից հետո պարզվեց, որ Գուերայի ինքնությունը «առեւանգել» է արկածախնդիր Առնո դյու Թիլը։ Իսկական Մարտինն իսկապես ոտքի անդամահատման ենթարկվեց և նշանակվեց Իսպանիայի մենաստանի սինեկուրայի բաժանմունք: Սակայն «ինքնությունը գողի» դատավարությունն այնքան հայտնի էր, որ իսկական Հերը վերադարձավ հայրենի գյուղ։ Արկածախնդիր Առնո դյու Թիելի ճակատագիրը կնքվեց մահապատժի կարճաժամկետ դատավճռով։ Իսկ ինքը՝ Մարտինը, մեղադրում էր կնոջը խաբեբաին օգնելու մեջ՝ չհավատալով, որ կինը կարող է չճանաչել իր սիրելի ամուսնուն։

Այս պատմությունը գրգռեց գրողների և ռեժիսորների մտքերը։ Նրա դրդապատճառներով նկարահանվել է ֆիլմ, բեմադրվել մյուզիքլ և անգամ նկարահանվել հեռուստասերիալ։ Ընդ որում, այս առիթին է նվիրված «Սիմփսոնները» սերիալներից մեկը։ Նման ժողովրդականությունը հասկանալի է. նման միջադեպը հուզում է մեզ, քանի որ այն տուժում է արագ-արագ՝ ինքնության և անձի մասին մեր պատկերացումները:

Ինչպե՞ս կարող ենք վստահ լինել, թե ով է իրականում մարդը, նույնիսկ ամենահարազատը: Ի՞նչ է նշանակում ինքնությունը մի աշխարհում, որտեղ ոչինչ մշտական չէ:

Առաջին փիլիսոփաները փորձել են պատասխանել այս հարցին. Նրանք ենթադրում էին, որ մենք հոգով տարբերվում ենք միմյանցից, իսկ մեր մարմինները պարզապես խամաճիկներ են։ Լավ է հնչում, բայց գիտությունը մերժել է խնդրի այս լուծումը և առաջարկել է ինքնության արմատը փնտրել ֆիզիկական մարմնում: Գիտնականները երազում էին միկրոսկոպիկ մակարդակում ինչ-որ բան գտնել, որը կտարբերեր մեկ մարդուն մյուսից:

Լավ է, որ գիտությունը ճշգրիտ է: Հետևաբար, երբ մենք ասում ենք «ինչ-որ բան մանրադիտակային մակարդակում», մենք, իհարկե, նկատի ունենք մեր մարմնի ամենափոքր շինանյութերը՝ մոլեկուլները և ատոմները:

Այնուամենայնիվ, այս ճանապարհն ավելի սայթաքուն է, քան կարող է թվալ առաջին հայացքից: Պատկերացրեք, օրինակ, Մարտին Գերին: Մոտեցեք նրան մտովի. Դեմք, մաշկ, ծակոտիներ … եկեք առաջ շարժվենք: Եկեք հնարավորինս մոտենանք, կարծես մեր զինանոցում ամենահզոր տեխնիկան ունենք։ Ի՞նչ կգտնենք։ Էլեկտրոն.

Տարրական մասնիկը տուփի մեջ

Հերը կազմված էր մոլեկուլներից, մոլեկուլները՝ ատոմներից, ատոմները՝ տարրական մասնիկներից։ Վերջիններս ստեղծված են «ոչնչից», դրանք նյութական աշխարհի հիմնական շինանյութերն են։

Էլեկտրոնը այն կետն է, որը բառացիորեն ընդհանրապես տեղ չի զբաղեցնում: Յուրաքանչյուր էլեկտրոն որոշվում է բացառապես զանգվածով, սպինով (անկյունային իմպուլս) և լիցքով: Սա այն ամենն է, ինչ դուք պետք է իմանաք էլեկտրոնի «անձը» նկարագրելու համար:

Ինչ է դա նշանակում? Օրինակ, այն փաստը, որ յուրաքանչյուր էլեկտրոն նման է բոլորին, առանց նվազագույն տարբերության: Նրանք բացարձակապես նույնական են։ Ի տարբերություն Մարտին Գերի և նրա երկվորյակի, էլեկտրոններն այնքան նման են, որ դրանք լիովին փոխարինելի են։

Այս փաստը բավականին հետաքրքիր ենթատեքստ ունի։Եկեք պատկերացնենք, որ մենք ունենք տարրական A մասնիկ, որը տարբերվում է տարրական B մասնիկից: Բացի այդ, մենք ձեռք ենք բերել երկու տուփ՝ առաջինը և երկրորդը:

Մենք նաև գիտենք, որ յուրաքանչյուր մասնիկ ցանկացած պահի պետք է լինի տուփերից մեկում: Քանի որ մենք հիշում ենք, որ A և B մասնիկները տարբերվում են միմյանցից, պարզվում է, որ իրադարձությունների զարգացման ընդամենը չորս տարբերակ կա.

• A-ն գտնվում է 1-ին վանդակում, B-ն՝ 2-րդ վանդակում;
• A և B-ը միասին պառկած են 1-ին վանդակում;
• A և B-ը միասին պառկած են 2-րդ վանդակում;
• A-ն գտնվում է 2-րդ վանդակում, B-ն՝ տուփ 1-ում:

Պարզվում է, որ մեկ տուփում միանգամից երկու մասնիկ գտնելու հավանականությունը 1:4 է: Հիանալի, դասավորված է:

Բայց ի՞նչ, եթե A և B մասնիկները տարբեր չեն: Որքա՞ն է այս դեպքում նույն տուփում երկու մասնիկ գտնելու հավանականությունը: Զարմանալիորեն, մեր մտածողությունը անսխալ որոշում է. եթե երկու մասնիկ նույնական են, ապա իրադարձությունների զարգացման երեք տարբերակ կա: Ի վերջո, տարբերություն չկա այն դեպքի միջև, երբ A-ն գտնվում է վանդակում 1-ում, B-ն՝ 2-րդ վանդակում, և այն դեպքի միջև, երբ B-ն գտնվում է վանդակում 1-ում, A-ն գտնվում է վանդակում 2-ում: Այսպիսով, հավանականությունը 1:3 է:

Փորձարարական գիտությունը հաստատում է, որ միկրոտիեզերքը ենթարկվում է 1:3 հավանականությանը: Այսինքն, եթե դուք փոխարինեիք A էլեկտրոնը որևէ այլով, Տիեզերքը չէր նկատի տարբերությունը: Եւ դուք էլ.

Խորամանկ էլեկտրոններ

Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի տեսական ֆիզիկոս Ֆրենկ Վիլչեկը և Նոբելյան մրցանակի դափնեկիրը հանգել է նույն եզրակացությանը, ինչ մենք արեցինք: Գիտնականն այս արդյունքը ոչ միայն հետաքրքիր է համարում. Վիլչեկը հայտարարեց, որ այն փաստը, որ երկու էլեկտրոնները բացարձակապես չեն տարբերվում, դա դաշտի քվանտային տեսության ամենախորը և ամենակարևոր եզրակացությունն է։

Հսկիչ կրակոցը միջամտության երևույթ է, որը «դավաճանում» է էլեկտրոնին և մեզ ցույց տալիս նրա գաղտնի կյանքը։ Տեսնում եք, եթե նստում եք և նայում եք էլեկտրոնի վրա, նա իրեն մասնիկի պես է պահում: Հենց թեքվում ես, դա ցույց է տալիս ալիքի հատկությունները։ Երբ երկու նման ալիքներ համընկնում են, դրանք ուժեղացնում կամ թուլացնում են միմյանց: Պարզապես նկատի ունեցեք, որ մենք նկատի ունենք ալիքի ոչ թե ֆիզիկական, այլ մաթեմատիկական հասկացությունը: Նրանք փոխանցում են ոչ թե էներգիա, այլ հավանականություն՝ ազդում են փորձի վիճակագրական արդյունքների վրա։ Մեր դեպքում՝ երկու տուփով փորձից եզրակացություն, որում ստացանք 1:3 հավանականություն:

Հետաքրքիր է, որ միջամտության երեւույթը տեղի է ունենում միայն այն դեպքում, երբ մասնիկները իսկապես նույնական են: Փորձերը ցույց են տվել, որ էլեկտրոնները լրիվ նույնն են. տեղի է ունենում միջամտություն, ինչը նշանակում է, որ այդ մասնիկները չեն տարբերվում:

Ինչի՞ համար է այս ամենը։ Վիլչեկն ասում է, որ էլեկտրոնների ինքնությունը հենց այն է, ինչը հնարավոր է դարձնում մեր աշխարհը: Առանց դրա քիմիան չէր լինի։ Նյութը չի կարող վերարտադրվել:

Եթե էլեկտրոնների միջև որևէ տարբերություն լիներ, ամեն ինչ միանգամից քաոսի կվերածվեր։ Նրանց ճշգրիտ և միանշանակ բնույթը միակ հիմքն է այս անորոշություններով և սխալներով լի աշխարհի գոյության համար:

Լավ. Ենթադրենք, մի էլեկտրոնը չի կարող տարբերվել մյուսից։ Բայց մենք կարող ենք մեկը դնել առաջին տուփի մեջ, մյուսը երկրորդի մեջ և ասել. «Այս էլեկտրոնն այստեղ է, իսկ այն այնտեղ»:

«Ոչ, մենք չենք կարող», - ասում է պրոֆեսոր Վիլչեկը:

Հենց որ դուք էլեկտրոններ եք դնում տուփերի մեջ և նայում հեռուն, նրանք դադարում են մասնիկներ լինել և սկսում են դրսևորել ալիքային հատկություններ: Սա նշանակում է, որ դրանք անսահմանորեն երկարաձգվելու են։ Որքան էլ տարօրինակ հնչի, ամենուր էլեկտրոն գտնելու հավանականություն կա։ Ոչ այն իմաստով, որ այն գտնվում է միանգամից բոլոր կետերում, այլ նրանով, որ դու փոքր հնարավորություն ունես այն գտնելու որևէ տեղ, եթե հանկարծ որոշես ետ դառնալ և սկսել փնտրել այն:

Հասկանալի է, որ դա բավականին դժվար է պատկերացնել։ Բայց ավելի հետաքրքիր հարց է առաջանում.

Արդյո՞ք էլեկտրոններն այդքան բարդ են, թե՞ տարածությունը, որում նրանք գտնվում են: Եվ հետո ի՞նչ է պատահում այն ամենի հետ, ինչ մեր շուրջն է, երբ մենք երես թեքենք:

Ամենադժվար պարբերությունը

Պարզվում է, որ դուք դեռ կարող եք գտնել երկու էլեկտրոն:Միակ խնդիրն այն է, որ չես կարող ասել՝ ահա առաջինի ալիքը, ահա երկրորդ էլեկտրոնի ալիքը, և մենք բոլորս գտնվում ենք եռաչափ տարածության մեջ։ Քվանտային մեխանիկայի մեջ այն չի աշխատում։

Պետք է ասեք, որ առաջին էլեկտրոնի համար եռաչափ տարածության մեջ կա առանձին ալիք, իսկ երկրորդի համար եռաչափ տարածության մեջ կա երկրորդ ալիք: Ի վերջո, պարզվում է, որ ուժեղ եղեք: վեցչափ ալիք է, որը միացնում է երկու էլեկտրոնները։ Սարսափելի է հնչում, բայց հետո հասկանում ենք՝ այս երկու էլեկտրոններն այլևս կախված չեն, ոչ ոք չգիտի, թե որտեղ: Նրանց դիրքերը հստակորեն սահմանված են, ավելի ճիշտ՝ կապված են այս վեցաչափ ալիքով։

Ընդհանրապես, եթե նախկինում կարծում էինք, որ դրա մեջ կա տարածություն և իրեր, ապա, հաշվի առնելով քվանտային տեսությունը, ստիպված կլինենք մի փոքր փոխել մեր պատկերը։ Տիեզերքն այստեղ ընդամենը միջոց է՝ նկարագրելու առարկաների, օրինակ՝ էլեկտրոնների միջև փոխկապակցվածությունը: Հետևաբար, մենք չենք կարող նկարագրել աշխարհի կառուցվածքը որպես այն բոլոր մասնիկների հատկությունները, որոնք միասին վերցրած կազմում են այն: Ամեն ինչ մի փոքր ավելի բարդ է՝ մենք պետք է ուսումնասիրենք տարրական մասնիկների կապերը։

Ինչպես տեսնում եք, շնորհիվ այն բանի, որ էլեկտրոնները (և այլ տարրական մասնիկներ) բացարձակապես նույնական են միմյանց հետ, ինքնության գաղափարը փլուզվում է և վերածվում փոշու: Ստացվում է, որ աշխարհը նրա բաղադրիչների բաժանելը սխալ է։

Վիլչեկն ասում է, որ բոլոր էլեկտրոնները նույնական են։ Դրանք մեկ դաշտի դրսեւորում են, որը ներթափանցում է ամբողջ տարածությունն ու ժամանակը: Ֆիզիկոս Ջոն Արչիբալդ Ուիլերն այլ կերպ է մտածում։ Նա կարծում է, որ ի սկզբանե եղել է մեկ էլեկտրոն, իսկ մնացած բոլորը դրա հետքերն են՝ թափանցելով ժամանակ և տարածություն: «Ի՜նչ անհեթեթություն։ - Դուք կարող եք բացականչել այս վայրում. «Գիտնականները էլեկտրոններ են ֆիքսում».

Բայց կա մեկ բայց.

Իսկ եթե այդ ամենը պատրանք է: Էլեկտրոնը գոյություն ունի ամենուր և ոչ մի տեղ: Նա նյութական ձև չունի։ Ինչ անել? Իսկ ի՞նչ է այն մարդը, որը բաղկացած է տարրական մասնիկներից։

Ոչ մի կաթիլ հույս

Մենք ուզում ենք հավատալ, որ յուրաքանչյուր բան ավելին է, քան իր բաղկացուցիչ մասնիկների գումարը: Իսկ եթե մենք հեռացնեինք էլեկտրոնի լիցքը, նրա զանգվածը և սպինը և մնացորդում ինչ-որ բան ստանայինք, նրա ինքնությունը, նրա «անձը»: Մենք ուզում ենք հավատալ, որ կա մի բան, որը էլեկտրոնը դարձնում է էլեկտրոն:

Նույնիսկ եթե վիճակագրությունը կամ փորձը չեն կարող բացահայտել մասնիկի էությունը, մենք ուզում ենք հավատալ դրան: Ի վերջո, կա մի բան, որը յուրաքանչյուր մարդուն յուրահատուկ է դարձնում։

Ենթադրենք, Մարտին Գերի և նրա դուբլի միջև տարբերություն չի լինի, բայց նրանցից մեկը կամացուկ կժպտա՝ իմանալով, որ նա է իրականը։

Ես շատ կուզենայի հավատալ դրան: Բայց քվանտային մեխանիկան բացարձակապես անսիրտ է և թույլ չի տա մտածել ամենատարբեր անհեթեթությունների մասին:

Մի՛ խաբվեք. եթե էլեկտրոնն ունենար իր անհատական էությունը, աշխարհը կվերածվեր քաոսի։

ԼԱՎ. Քանի որ էլեկտրոնները և այլ տարրական մասնիկներ իրականում գոյություն չունեն, ինչու՞ մենք գոյություն ունենք:

Տեսություն առաջին՝ մենք ձյան փաթիլներ ենք

Գաղափարներից մեկն այն է, որ մեր մեջ շատ տարրական մասնիկներ կան։ Նրանք յուրաքանչյուրիս մեջ բարդ համակարգ են կազմում։ Թվում է, որ այն փաստը, որ մենք բոլորս տարբեր ենք, հետևանք է այն բանի, թե ինչպես է մեր մարմինը կառուցված այս տարրական մասնիկներից:

Տեսությունը տարօրինակ է, բայց գեղեցիկ։ Տարրական մասնիկներից ոչ մեկը չունի իր անհատականությունը: Բայց նրանք միասին կազմում են յուրահատուկ կառույց՝ մարդ։ Եթե կուզեք, մենք նման ենք ձյան փաթիլների։ Հասկանալի է, որ դրանք բոլորը ջուր են, բայց յուրաքանչյուրի օրինաչափությունը յուրահատուկ է։

Ձեր էությունն այն է, թե ինչպես են ձեր մեջ կազմակերպված մասնիկները, այլ ոչ թե կոնկրետ ինչից եք դուք ստեղծված: Մեր մարմնի բջիջները անընդհատ փոխվում են, ինչը նշանակում է, որ միակ կարևորը կառուցվածքն է։

Տեսություն երկրորդ՝ մենք մոդել ենք

Հարցին պատասխանելու այլ տարբերակ կա. Ամերիկացի փիլիսոփա Դենիել Դենեթն առաջարկել է «իր» հասկացությունը փոխարինել «իրական մոդել» եզրույթով։ Ըստ Դենետի և նրա հետևորդների՝ ինչ-որ բան իրական է, եթե դրա տեսական նկարագրությունը կարելի է կրկնօրինակել ավելի լակոնիկ՝ մի խոսքով, օգտագործելով պարզ նկարագրությունը: Բացատրելու համար, թե ինչպես է դա աշխատում, եկեք որպես օրինակ վերցնենք կատուն:

Այսպիսով, մենք ունենք կատու:Տեխնիկապես մենք կարող ենք այն վերստեղծել թղթի վրա (կամ վիրտուալ)՝ նկարագրելով յուրաքանչյուր մասնիկի դիրքը, որից այն կազմված է, և այդպիսով կազմել կատվի դիագրամը: Մյուս կողմից, մենք կարող ենք այլ կերպ վարվել՝ պարզապես ասեք «կատու»: Առաջին դեպքում մեզ անհրաժեշտ է հսկայական հաշվողական հզորություն, որպեսզի ոչ միայն կատվի կերպար ստեղծենք, այլեւ, ասենք, շարժենք, եթե խոսքը համակարգչային մոդելի մասին է։ Երկրորդում մենք պարզապես պետք է խորը շունչ քաշենք և ասենք. «Կատուն շրջեց սենյակով»։ Կատուն իսկական մոդել է։

Բերենք մեկ այլ օրինակ. Պատկերացրեք մի ստեղծագործություն, որը ներառում է ձախ ականջի բլթակը, Նամիբիայի ամենամեծ փիղը և Մայլս Դևիսի երաժշտությունը։ Այս օբյեկտը հաշվողականորեն ստեղծելու համար շատ ժամանակ կպահանջվի: Բայց այս ֆանտաստիկ հրեշի բանավոր նկարագրությունը ձեզ կտանի նույնքան: Կարճացնելը, երկու բառով էլ ասելը չի ստացվի, որովհետև նման կոմպոզիցիան անիրական է, նշանակում է՝ չկա։ Սա իրական մոդել չէ։

Ստացվում է, որ մենք ընդամենը ակնթարթային կառույց ենք, որը հայտնվում է նայողի հայացքի ներքո։ Ֆիզիկոսները կրակի վրա յուղ են լցնում ու ասում, որ միգուցե եզրափակչում պարզվի, որ աշխարհն ընդհանրապես ոչնչից է ստեղծված։ Առայժմ մեզ մնում է մատնանշել միմյանց և մեզ շրջապատող աշխարհը՝ ամեն ինչ բառերով նկարագրելով և անուններ բաժանելով։ Որքան բարդ է մոդելը, այնքան մենք պետք է սեղմենք դրա նկարագրությունը՝ այն իրական դարձնելով։ Վերցնենք, օրինակ, մարդու ուղեղը՝ տիեզերքի ամենաբարդ համակարգերից մեկը: Փորձեք այն համառոտ նկարագրել:

Փորձեք նկարագրել այն մեկ բառով. Ինչ է կատարվում?