Tôi và cái bóng của tôi: cơ học lượng tử thách thức khái niệm về nhân cách

2024 Tác giả: Malcolm Clapton | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 04:15

Tại sao bạn là bạn? Làm thế nào để bạn biết rằng bạn là một người có tính cách và cách suy nghĩ độc đáo? Cơ học lượng tử khuyên chúng ta không nên quá tự tin. Có thể là tất cả chúng ta không khác nhau như chúng ta tưởng tượng.

Martin Guerr và danh tính bị đánh cắp

Bạn có biết về Martin Guerre? Đây là một nông dân Pháp, người đã từng thấy mình trong một tình huống kỳ lạ và khó chịu. Martin sống trong một ngôi làng nhỏ. Khi cậu bé 24 tuổi, cha mẹ của cậu đã buộc tội cậu trộm cắp. Herr buộc phải bỏ nhà ra đi, bỏ vợ và con trai. Tám năm sau, người đàn ông trở về quê hương, đoàn tụ với gia đình. Ba năm sau, gia đình có ba người con.

Mọi thứ dường như vẫn diễn ra như bình thường. Nhưng một người lính nước ngoài xuất hiện trong làng, người này tuyên bố rằng anh ta đã chiến đấu với Martin Gerr trong quân đội Tây Ban Nha và anh ta đã bị mất chân trong trận chiến. Gia đình Martin bắt đầu nghi ngờ liệu người thân của họ đã trở về nhà cách đây 3 năm hay chưa. Sau một thời gian dài thử thách, hóa ra danh tính của Guerra đã bị nhà thám hiểm Arnault du Tilh "bắt cóc". Martin thực sự thực sự đã trải qua một cuộc cắt bỏ chân và được bổ nhiệm vào một cô gái điếm tại một tu viện ở Tây Ban Nha. Tuy nhiên, phiên tòa xét xử "kẻ trộm danh tính" nổi tiếng đến mức Herr phải trở về quê gốc. Số phận của nhà thám hiểm Arnaud du Thiel đã bị phong ấn bởi một bản án tử hình ngắn ngủi. Và chính Martin đã buộc tội vợ mình đã tiếp tay cho kẻ lừa dối, không tin rằng một người phụ nữ có thể không nhận ra người chồng yêu dấu của mình.

Câu chuyện này làm phấn khích tâm trí của các nhà văn và đạo diễn. Dựa trên động cơ của cô ấy, một bộ phim đã được quay, một vở nhạc kịch đã được dàn dựng và thậm chí là một bộ phim truyền hình đã được quay. Hơn nữa, một trong những loạt phim "The Simpsons" được dành riêng cho dịp này. Sự nổi tiếng như vậy là dễ hiểu: một sự việc như vậy làm chúng ta phấn khích, bởi vì nó gây tổn hại cho sự nhanh chóng - những ý tưởng của chúng ta về bản sắc và nhân cách.

Làm thế nào chúng ta có thể chắc chắn một người thực sự là ai, ngay cả người thân yêu nhất? Bản sắc có nghĩa là gì trong một thế giới mà không có gì là vĩnh viễn?

Các nhà triết học đầu tiên đã cố gắng trả lời câu hỏi này. Họ cho rằng chúng tôi khác nhau về tâm hồn, và thể xác của chúng tôi chỉ là những con rối. Nghe có vẻ tốt, nhưng khoa học đã bác bỏ giải pháp này cho vấn đề và đề xuất tìm kiếm căn nguyên của sự đồng nhất trong cơ thể vật chất. Các nhà khoa học mơ ước tìm ra thứ gì đó ở cấp độ vi mô có thể phân biệt người này với người khác.

Thật tốt khi khoa học là chính xác. Do đó, khi chúng ta nói “một cái gì đó ở cấp độ vi mô”, tất nhiên chúng ta có nghĩa là những khối cấu tạo nhỏ nhất của cơ thể chúng ta - các phân tử và nguyên tử.

Tuy nhiên, con đường này trơn hơn so với cái nhìn đầu tiên. Hãy tưởng tượng Martin Guerr chẳng hạn. Tiếp cận anh ấy về mặt tinh thần. Mặt, da, lỗ chân lông … chúng ta hãy tiếp tục. Hãy tiến càng gần càng tốt, như thể chúng ta có trang bị mạnh nhất trong kho vũ khí của mình. Chúng ta sẽ tìm thấy gì? Êlectron.

Hạt cơ bản trong hộp

Herr được tạo ra từ các phân tử, các phân tử được tạo ra từ các nguyên tử, các nguyên tử được tạo ra từ các hạt cơ bản. Những thứ sau này được tạo ra "từ hư vô"; chúng là những khối xây dựng cơ bản của thế giới vật chất.

Electron là một điểm thực sự không chiếm bất kỳ không gian nào. Mỗi electron chỉ được xác định bởi khối lượng, spin (động lượng góc) và điện tích. Đây là tất cả những gì bạn cần biết để mô tả "tính cách" của một electron.

Nó có nghĩa là gì? Ví dụ, thực tế là mỗi electron trông giống hệt như bất kỳ electron nào khác, không có sự khác biệt nhỏ nhất. Chúng hoàn toàn giống hệt nhau. Không giống như Martin Guerr và người sinh đôi của mình, các electron giống nhau đến mức chúng hoàn toàn có thể hoán đổi cho nhau.

Thực tế này có một số ngụ ý khá thú vị. Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có một hạt cơ bản A, khác với hạt cơ bản B. Ngoài ra, chúng ta có hai hộp - hộp thứ nhất và hộp thứ hai.

Chúng ta cũng biết rằng mỗi hạt phải nằm trong một trong các hộp tại bất kỳ thời điểm nào. Vì chúng ta nhớ rằng các hạt A và B khác nhau, nên chỉ có bốn lựa chọn cho sự phát triển của các sự kiện:

• A nằm ở ô 1, B nằm ở ô 2;
• A và B cùng nằm ở ô 1;
• A và B cùng nằm ở ô 2;
• A nằm ở ô 2, B nằm ở ô 1.

Hóa ra xác suất tìm thấy đồng thời hai hạt trong một hộp là 1: 4. Tuyệt vời, sắp xếp nó ra.

Nhưng nếu hạt A và B không khác nhau thì sao? Xác suất tìm thấy hai hạt trong cùng một hộp trong trường hợp này là bao nhiêu? Đáng ngạc nhiên là suy nghĩ của chúng ta xác định một cách không thể nhầm lẫn: nếu hai hạt giống hệt nhau, thì chỉ có ba lựa chọn cho sự phát triển của các sự kiện. Rốt cuộc, không có sự khác biệt giữa trường hợp A nằm trong hộp 1, B nằm trong hộp 2 và trường hợp khi B nằm trong hộp 1, A nằm trong hộp 2. Vậy xác suất là 1: 3.

Khoa học thực nghiệm xác nhận rằng mô hình thu nhỏ tuân theo xác suất 1: 3. Có nghĩa là, nếu bạn thay thế electron A bằng bất kỳ electron nào khác, Vũ trụ sẽ không nhận thấy sự khác biệt. Và bạn cũng vậy.

Các điện tử tinh ranh

Frank Wilczek, một nhà vật lý lý thuyết tại Viện Công nghệ Massachusetts và là người đoạt giải Nobel, đã đưa ra kết luận giống như chúng tôi vừa làm. Nhà khoa học coi kết quả này không chỉ thú vị. Wilczek phát biểu rằng thực tế rằng hai electron hoàn toàn không thể phân biệt được là kết luận sâu sắc nhất và quan trọng nhất từ lý thuyết trường lượng tử.

Ảnh điều khiển là một hiện tượng giao thoa "phản bội" một electron và cho chúng ta thấy cuộc sống bí mật của nó. Bạn thấy đấy, nếu bạn ngồi và nhìn chằm chằm vào một electron, nó sẽ hoạt động giống như một hạt. Ngay khi bạn quay đi, nó sẽ hiển thị các thuộc tính của sóng. Khi hai sóng trùng nhau như vậy, chúng sẽ khuếch đại hoặc làm suy yếu lẫn nhau. Chỉ cần lưu ý rằng chúng tôi muốn nói không phải là vật lý, mà là khái niệm toán học về sóng. Chúng truyền không phải năng lượng mà là xác suất - chúng ảnh hưởng đến kết quả thống kê của thí nghiệm. Trong trường hợp của chúng tôi - kết luận từ thí nghiệm với hai hộp, trong đó chúng tôi có xác suất là 1: 3.

Điều thú vị là hiện tượng giao thoa chỉ xảy ra khi các hạt thực sự giống hệt nhau. Các thí nghiệm đã chứng minh rằng các electron hoàn toàn giống nhau: xảy ra hiện tượng giao thoa, nghĩa là không thể phân biệt được các hạt này.

Tất cả những thứ này để làm gì? Wilczek nói rằng danh tính của các electron chính là điều khiến thế giới của chúng ta trở nên khả thi. Nếu không có điều này, sẽ không có hóa học. Vật chất không thể được tái tạo.

Nếu có bất kỳ sự khác biệt nào giữa các electron, mọi thứ sẽ biến thành hỗn loạn ngay lập tức. Bản chất chính xác và rõ ràng của chúng là cơ sở duy nhất để thế giới đầy rẫy những bất trắc và sai sót tồn tại.

Tốt. Giả sử một electron không thể phân biệt được với electron khác. Nhưng chúng ta có thể đặt một vào ô thứ nhất, ô kia vào ô thứ hai và nói: "Electron này nằm ở đây, và electron kia ở đằng kia"?

“Không, chúng tôi không thể,” Giáo sư Wilczek nói.

Ngay khi bạn đặt các electron vào hộp và nhìn ra xa, chúng không còn là hạt và bắt đầu thể hiện tính chất sóng. Điều này có nghĩa là chúng sẽ trở nên mở rộng vô hạn. Nghe có vẻ lạ lùng, nhưng có khả năng tìm thấy một electron ở khắp mọi nơi. Không phải theo nghĩa là nó nằm ở tất cả các điểm cùng một lúc, mà trên thực tế là bạn có một cơ hội nhỏ để tìm thấy nó ở bất cứ đâu nếu bạn đột nhiên quyết định quay lại và bắt đầu tìm kiếm nó.

Rõ ràng là khá khó để tưởng tượng điều này. Nhưng một câu hỏi thú vị hơn được đặt ra.

Các electron có quá khó hay không gian mà chúng đang ở trong đó? Và rồi điều gì sẽ xảy ra với mọi thứ xung quanh chúng ta khi chúng ta quay lưng lại?

Đoạn khó nhất

Nó chỉ ra rằng bạn vẫn có thể tìm thấy hai electron. Vấn đề duy nhất là bạn không thể nói: đây là sóng của electron thứ nhất, đây là sóng của electron thứ hai, và tất cả chúng ta đang ở trong không gian ba chiều. Nó không hoạt động trong cơ học lượng tử.

Bạn phải nói rằng có một làn sóng riêng biệt trong không gian ba chiều đối với điện tử đầu tiên và có một làn sóng thứ hai trong không gian ba chiều cho điện tử thứ hai. Cuối cùng, hóa ra - hãy mạnh mẽ lên! là một sóng sáu chiều liên kết hai electron với nhau. Nghe thì có vẻ ghê, nhưng rồi chúng ta hiểu: hai electron này không còn lủng lẳng nữa, không ai biết ở đâu. Vị trí của chúng được xác định rõ ràng, hay đúng hơn, được liên kết bởi làn sóng sáu chiều này.

Nói chung, nếu trước đó chúng ta nghĩ rằng có không gian và những thứ trong đó, thì khi tính đến lý thuyết lượng tử, chúng ta sẽ phải thay đổi một chút cách biểu diễn của mình. Không gian ở đây chỉ là một cách để mô tả sự liên kết giữa các vật thể, chẳng hạn như các electron. Do đó, chúng ta không thể mô tả cấu trúc của thế giới như các thuộc tính của tất cả các hạt kết hợp với nhau tạo nên nó. Mọi thứ phức tạp hơn một chút: chúng ta phải nghiên cứu mối liên hệ giữa các hạt cơ bản.

Như bạn có thể thấy, do thực tế là các electron (và các hạt cơ bản khác) hoàn toàn giống nhau, chính khái niệm về danh tính sẽ tan thành cát bụi. Nó chỉ ra rằng việc phân chia thế giới thành các thành phần của nó là sai.

Wilczek nói rằng tất cả các electron đều giống hệt nhau. Chúng là biểu hiện của một lĩnh vực xuyên suốt mọi không gian và thời gian. Nhà vật lý John Archibald Wheeler nghĩ khác. Ông tin rằng ban đầu có một electron, và tất cả những electron khác chỉ là dấu vết của nó, xuyên suốt thời gian và không gian. “Vớ vẩn! - bạn có thể cảm thán tại nơi này. "Các nhà khoa học đang cố định các electron!"

Nhưng có một nhưng.

Nếu tất cả chỉ là ảo ảnh thì sao? Electron tồn tại ở mọi nơi và không ở đâu cả. Anh ta không có hình thức vật chất. Để làm gì? Và sau đó một người bao gồm các hạt cơ bản là gì?

Không phải là một giọt hy vọng

Chúng tôi muốn tin rằng mỗi thứ nhiều hơn tổng các hạt cấu thành của nó. Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta loại bỏ điện tích, khối lượng và spin của electron và nhận được thứ gì đó ở phần còn lại, danh tính của nó, "tính cách" của nó. Chúng tôi muốn tin rằng có một cái gì đó làm cho một electron trở thành một electron.

Ngay cả khi số liệu thống kê hoặc thí nghiệm không thể tiết lộ bản chất của một hạt, chúng tôi muốn tin vào nó. Rốt cuộc, thì có điều gì đó làm nên nét riêng của mỗi người.

Giả sử không có sự khác biệt giữa Martin Gerr và cú đúp của anh ta, nhưng một trong số họ sẽ mỉm cười lặng lẽ, biết rằng anh ta là người thật.

Tôi rất muốn tin vào nó. Nhưng cơ học lượng tử hoàn toàn vô tâm và sẽ không để chúng ta nghĩ về những điều vô nghĩa.

Đừng để bị lừa: nếu electron có bản chất riêng của nó, thế giới sẽ biến thành hỗn loạn.

VÂNG. Vì electron và các hạt cơ bản khác không thực sự tồn tại, vậy tại sao chúng ta lại tồn tại?

Lý thuyết một: chúng ta là những bông tuyết

Một trong những ý kiến cho rằng có rất nhiều hạt cơ bản trong chúng ta. Chúng tạo thành một hệ thống phức tạp trong mỗi chúng ta. Có vẻ như việc tất cả chúng ta đều khác biệt là hệ quả của việc cơ thể chúng ta được xây dựng từ những hạt cơ bản này như thế nào.

Lý thuyết là lạ, nhưng đẹp. Không có hạt cơ bản nào có cá tính riêng của nó. Nhưng chúng cùng nhau tạo thành một cấu trúc duy nhất - một con người. Nếu bạn thích, chúng tôi giống như những bông tuyết. Rõ ràng là chúng đều là nước, nhưng hoa văn của mỗi loại là duy nhất.

Bản chất của bạn là cách các hạt được tổ chức trong bạn, không phải chính xác bạn được tạo ra từ cái gì. Các tế bào trong cơ thể chúng ta liên tục thay đổi, có nghĩa là điều duy nhất quan trọng là cấu trúc.

Lý thuyết hai: chúng tôi là người mẫu

Có một cách khác để trả lời câu hỏi. Nhà triết học người Mỹ Daniel Dennett đề nghị thay khái niệm "vật" bằng thuật ngữ "mô hình thực". Theo Dennett và những người theo dõi ông, điều gì đó là có thật nếu mô tả lý thuyết của nó có thể được sao chép ngắn gọn hơn - nói một cách ngắn gọn là sử dụng một mô tả đơn giản. Để giải thích cách hoạt động của điều này, hãy lấy một con mèo làm ví dụ.

Vì vậy, chúng tôi có một con mèo. Về mặt kỹ thuật, chúng ta có thể tạo lại nó trên giấy (hoặc ảo) bằng cách mô tả vị trí của từng hạt mà nó được cấu tạo, và do đó vẽ ra một sơ đồ của con mèo. Mặt khác, chúng ta có thể làm khác: chỉ cần nói "cat". Trong trường hợp đầu tiên, chúng ta cần sức mạnh tính toán khổng lồ để không chỉ tạo ra hình ảnh một con mèo mà còn có thể làm cho nó chuyển động, nếu chúng ta đang nói về một mô hình máy tính. Ở bước thứ hai, chúng ta chỉ cần hít thở sâu và nói: "Con mèo đã đi quanh phòng." Con mèo là một mô hình thực tế.

Hãy lấy một ví dụ khác. Hãy tưởng tượng một sáng tác bao gồm dái tai trái, con voi lớn nhất ở Namibia và âm nhạc của Miles Davis. Sẽ mất rất nhiều thời gian để tạo đối tượng này một cách tính toán. Nhưng mô tả bằng lời về con quái vật tuyệt vời này sẽ khiến bạn mất một khoản tiền tương tự. Nói ngắn gọn cũng không có tác dụng gì, bởi vì bố cục như vậy là không thực, có nghĩa là nó không tồn tại. Đây không phải là một mô hình thực tế.

Hóa ra chúng ta chỉ là một công trình kiến trúc nhất thời hiện ra dưới cái nhìn của người xem. Các nhà vật lý đổ thêm dầu vào lửa và nói rằng có lẽ trong trận chung kết, hóa ra thế giới không được tạo ra từ gì cả. Hiện tại, chúng ta vẫn chỉ tay vào nhau và thế giới xung quanh, mô tả mọi thứ bằng lời và phân biệt tên. Mô hình càng phức tạp, chúng ta càng phải nén mô tả của nó, biến nó thành hiện thực. Lấy ví dụ, bộ não con người, một trong những hệ thống phức tạp nhất trong vũ trụ. Cố gắng mô tả nó một cách ngắn gọn.

Cố gắng mô tả nó trong một từ. Điều gì xảy ra?