Мен және менің көлеңкем: кванттық механика тұлға тұжырымдамасына қарсы

2024 Автор: Malcolm Clapton | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 04:02

сен неге сенсің? Мінезі мен ойлау тәсілі ерекше адам екеніңізді қайдан білесіз? Кванттық механика бізге тым сенімді болмауға кеңес береді. Мүмкін бәріміз біз ойлағандай әр түрлі емес шығармыз.

Мартин Герр және ұрланған тұлға

Сіз Мартин Герре туралы білесіз бе? Бұл бір кездері оғаш және жағымсыз жағдайға тап болған француз шаруасы. Мартин шағын ауылда тұратын. Бала 24 жаста болғанда, ата-анасы оны ұрлық жасады деп айыптады. Герр үйін тастап, әйелі мен ұлын тастап кетуге мәжбүр болды. Сегіз жылдан соң ер адам туған ауылына оралып, отбасымен қауышты. Үш жылдан кейін отбасында үш бала болды.

Бәрі әдеттегідей жалғасып жатқандай болды. Бірақ ауылда Испания әскерінде Мартин Геррмен шайқасқанын және шайқаста аяғынан айырылғанын мәлімдеген шетелдік солдат пайда болды. Мартиннің отбасы туыстарының үш жыл бұрын үйге оралғанына күмән келтіре бастады. Ұзақ сынақтан кейін Герраның жеке басын авантюрист Арно дю Тиль «ұрлап кеткені» белгілі болды. Нағыз Мартин шынымен де аяғын кесіп тастады және Испаниядағы монастырьдағы синюрге тағайындалды. Дегенмен, «тұлға ұрысының» сотының әйгілі болғаны сонша, нағыз Герр туған ауылына оралды. Авантюрист Арно дю Тиелдің тағдыры қысқа өлім жазасына кесілді. Ал Мартиннің өзі әйелін алдамшыға көмектесті деп айыптады, әйел өзінің сүйікті күйеуін танымауы мүмкін деп сенбейді.

Бұл оқиға жазушылар мен режиссерлердің санасын толғандырды. Оның мотиві бойынша фильм түсірілді, мюзикл қойылды, тіпті телехикая да түсірілді. Оның үстіне «Симпсондар» сериясының бірі осы оқиғаға арналған. Мұндай танымалдылық түсінікті: мұндай оқиға бізді толғандырады, өйткені ол біздің жеке басын және жеке басы туралы идеяларымызды тез ренжітеді.

Адамның шын мәнінде кім екенін, тіпті ең қымбатты да екенін қалай білуге болады? Ештеңе тұрақты емес әлемде сәйкестік нені білдіреді?

Бұл сұраққа алғашқы философтар жауап беруге тырысты. Олар бізді жан жағынан бір-бірімізден ерекшеленді, ал біздің денеміз тек қуыршақ деп есептеді. Жақсы естіледі, бірақ ғылым мәселенің бұл шешімін жоққа шығарды және сәйкестіктің тамырын физикалық денеден іздеуді ұсынды. Ғалымдар микроскопиялық деңгейде бір адамды екіншісінен ажырататын нәрсені табуды армандады.

Ғылымның дәл болғаны жақсы. Сондықтан, біз «микроскопиялық деңгейде бір нәрсе» дегенде, біз, әрине, біздің денеміздің ең кішкентай құрылыс блоктарын - молекулалар мен атомдарды айтамыз.

Дегенмен, бұл жол бір қарағанда тайғақ болып көрінеді. Мысалы, Мартин Геррды елестетіп көріңізші. Оған психикалық тұрғыдан жақындаңыз. Бет, тері, тері тесіктері … әрі қарай жүрейік. Арсеналымызда ең қуатты техника бар дегендей, мүмкіндігінше жақындайық. Біз не табамыз? Электрон.

Қораптағы элементар бөлшек

Герр молекулалардан, молекулалар атомдардан, атомдар элементар бөлшектерден құралған. Соңғылары «жоқтан» жасалған; олар материалдық әлемнің негізгі құрылыс блоктары болып табылады.

Электрон - бұл мүлдем бос орын алмайтын нүкте. Әрбір электрон тек массамен, спинмен (бұрыштық импульс) және зарядпен анықталады. Бұл электронның «тұлғасын» сипаттау үшін білуіңіз керек нәрсе.

Бұл нені білдіреді? Мысалы, әрбір электронның бір-біріне ұқсайтыны, шамалы айырмашылығы жоқ. Олар мүлдем бірдей. Мартин Герр мен оның егізінен айырмашылығы, электрондардың ұқсастығы сонша, олар толығымен ауыстырылады.

Бұл факт өте қызықты әсерлерге ие. Бізде B элементар бөлшектен ерекшеленетін элементар А бөлшек бар деп елестетіп көрейік. Сонымен қатар, біз екі қорапты ұстадық - бірінші және екінші.

Біз сондай-ақ әрбір бөлшек кез келген уақытта қораптардың бірінде болуы керек екенін білеміз. А және В бөлшектері бір-бірінен ерекшеленетінін есте ұстағандықтан, оқиғалардың дамуының тек төрт нұсқасы бар екен:

• A 1 ұяшықта, В 2 ұяшықта орналасқан;
• 1 ұяшықта A және B бірге жатыр;
• 2-қорапта A және B бірге жатыр;
• А 2-жәшікте, В 1-қорапта жатыр.

Бір қорапта бірден екі бөлшекті табу ықтималдығы 1:4 болатыны белгілі болды. Тамаша, оны шешті.

Бірақ А және В бөлшектері бір-бірінен айырмашылығы жоқ болса ше? Бұл жағдайда бір жәшіктен екі бөлшекті табу ықтималдығы қандай? Бір таңқаларлығы, біздің ойлауымыз қатесіз анықтайды: егер екі бөлшек бірдей болса, онда оқиғалардың дамуының тек үш нұсқасы бар. Өйткені, А 1-ші ұяшықта, В 2-ші ұяшықта, В 1-ші ұяшықта, А 2-ші ұяшықта жатқан жағдайдың арасында ешқандай айырмашылық жоқ. Демек, ықтималдық 1: 3-ке тең.

Эксперименттік ғылым микрокосманың 1:3 ықтималдығына бағынатынын растайды. Яғни, егер сіз А электронын кез келген басқамен ауыстырсаңыз, Әлем бұл айырмашылықты байқамайды. Ал сен де.

Жалған электрондар

Массачусетс технологиялық институтының теоретик-физигі, Нобель сыйлығының лауреаты Фрэнк Вильчек жаңа ғана біз жасаған тұжырымға келді. Ғалым бұл нәтижені қызықты ғана емес деп санайды. Вильчек екі электронның абсолютті ажыратылмайтындығы кванттық өріс теориясының ең терең және маңызды тұжырымы екенін айтты.

Бақылау ату - бұл электронды «сатып алатын» және бізге оның құпия өмірін көрсететін интерференциялық құбылыс. Қарап отырсаңыз, электронға қарап отырсаңыз, ол бөлшек сияқты әрекет етеді. Бұрылған бойда толқынның қасиетін көрсетеді. Осындай екі толқын бір-бірін біріктіргенде, олар бірін-бірі күшейтеді немесе әлсіретеді. Толқынның физикалық емес, математикалық тұжырымдамасын білдіретінімізді есте сақтаңыз. Олар энергияны емес, ықтималдықты тасымалдайды - олар эксперименттің статистикалық нәтижелеріне әсер етеді. Біздің жағдайда - 1: 3 ықтималдығы бар екі қораппен жасалған тәжірибеден қорытындыға дейін.

Бір қызығы, интерференция құбылысы бөлшектер шын мәнінде бірдей болғанда ғана пайда болады. Тәжірибелер электрондардың дәл бірдей екенін көрсетті: интерференция пайда болады, бұл бұл бөлшектерді ажырата алмайтындығын білдіреді.

Мұның бәрі не үшін? Вильчек электрондардың сәйкестігі біздің әлемді мүмкін ететін нәрсе екенін айтады. Онсыз химия болмас еді. Материяны жаңғырту мүмкін болмады.

Электрондар арасында қандай да бір айырмашылық болса, бәрі бірден хаосқа айналады. Олардың нақты және бір мәнді табиғаты белгісіздіктер мен қателіктерге толы әлем үшін жалғыз негіз болып табылады.

Жақсы. Бір электронды екіншісінен ажыратуға болмайды делік. Бірақ біреуін бірінші жәшікке, екіншісін екіншісіне салып: «Мына электрон мына жерде, ал мынау ана жақта» дей аламыз ба?

«Жоқ, мүмкін емес», - дейді профессор Вильчек.

Электрондарды қораптарға салып, басқа жаққа қараған кезде олар бөлшектер болудан қалып, толқындық қасиеттерді көрсете бастайды. Бұл олардың шексіз кеңейтілетінін білдіреді. Қанша оғаш көрінсе де, барлық жерде электронды табу мүмкіндігі бар. Ол бірден барлық нүктелерде орналасқан деген мағынада емес, кенет артқа бұрылып, оны іздей бастасаңыз, оны кез келген жерден табу мүмкіндігінің аз болуы.

Мұны елестету өте қиын екені анық. Бірақ одан да қызықты сұрақ туындайды.

Электрондар соншалықты күрделі ме, әлде олар орналасқан кеңістік пе? Содан кейін біз бұрылған кезде айналамыздағы барлық нәрселермен не болады?

Ең қиын абзац

Екі электронды әлі де табуға болады екен. Жалғыз мәселе мынада: біріншінің толқыны, міне, екінші электронның толқыны және біз бәріміз үш өлшемді кеңістіктеміз деп айта алмайсыз. Ол кванттық механикада жұмыс істемейді.

Бірінші электрон үшін үш өлшемді кеңістікте бөлек толқын бар, ал екіншісі үшін үш өлшемді кеңістікте екінші толқын бар деп айту керек. Ақырында, бұл шығады - күшті бол! екі электронды байланыстыратын алты өлшемді толқын. Бұл қорқынышты естіледі, бірақ содан кейін біз түсінеміз: бұл екі электрон енді салбырап тұрған жоқ, қайда екенін ешкім білмейді. Олардың позициялары нақты анықталған, дәлірек айтқанда, осы алты өлшемді толқынмен байланысты.

Жалпы, егер бұрын біз онда кеңістік пен заттар бар деп ойласақ, онда кванттық теорияны ескере отырып, біз өз бейнемізді сәл өзгертуге тура келеді. Мұндағы кеңістік - электрондар сияқты объектілер арасындағы өзара байланысты сипаттаудың жолы ғана. Сондықтан біз дүниенің құрылымын оны құрайтын барлық бөлшектердің қасиеттері ретінде сипаттай алмаймыз. Барлығы біршама күрделірек: біз элементар бөлшектер арасындағы байланыстарды зерттеуіміз керек.

Көріп отырғаныңыздай, электрондардың (және басқа элементар бөлшектердің) бір-біріне абсолютті ұқсастығына байланысты сәйкестік ұғымының өзі шаңға айналады. Дүниені құрамдас бөліктерге бөлу дұрыс емес болып шықты.

Вильчек барлық электрондардың бірдей екенін айтады. Олар барлық кеңістік пен уақытты қамтитын бір өрістің көрінісі. Физик Джон Арчибалд Уилер басқаша ойлайды. Оның пайымдауынша, бастапқыда бір электрон болған, ал қалғандарының барлығы оның ізі ғана, уақыт пен кеңістікке енеді. «Қандай ақымақтық! – деп айқайлауға болады осы жерде. «Ғалымдар электрондарды бекітіп жатыр!»

Бірақ бір бірақ бар.

Мұның бәрі иллюзия болса ше? Электрон барлық жерде және еш жерде бар. Оның материалдық формасы жоқ. Не істеу? Сонда элементар бөлшектерден тұратын адам қандай?

Бір тамшы үміт емес

Біз әрбір зат оның құрамдас бөлшектерінің қосындысынан көп екеніне сенгіміз келеді. Егер біз электронның зарядын, оның массасын және спинін алып тастап, қалғанында бірдеңе, оның сәйкестігін, оның «тұлғасын» алсақ ше? Біз электронды электрон жасайтын нәрсе бар екеніне сенгіміз келеді.

Статистика немесе эксперимент бөлшектің мәнін аша алмаса да, біз оған сенгіміз келеді. Өйткені, әр адамды бірегей ететін нәрсе бар.

Мартин Джер мен оның дуббының арасында ешқандай айырмашылық болмас еді делік, бірақ олардың бірі оның шын екенін біле тұра, үнсіз жымиды.

Мен оған қатты сенгім келеді. Бірақ кванттық механика мүлдем жүрексіз және бізге сандырақтардың барлық түрлері туралы ойлауға мүмкіндік бермейді.

Алданбаңыз: егер электронның өзіндік жеке мәні болса, әлем хаосқа айналар еді.

ЖАРАЙДЫ МА. Электрондар және басқа элементар бөлшектер шынымен жоқ болғандықтан, біз неліктен бармыз?

Бірінші теория: біз снежинкалармыз

Идеялардың бірі - бізде көптеген элементар бөлшектер бар. Олар біздің әрқайсымызда күрделі жүйені құрайды. Біздің әр түрлі болуымыз біздің денеміздің осы қарапайым бөлшектерден қалай құрылғанының салдары сияқты.

Теория біртүрлі, бірақ әдемі. Элементар бөлшектердің ешқайсысының өзіндік даралығы жоқ. Бірақ олар бірігіп бірегей құрылымды – тұлғаны құрайды. Қаласаңыз, біз снежинкалар сияқтымыз. Олардың барлығы су екені анық, бірақ әрқайсысының өрнегі ерекше.

Сіздің мәніңіз - бөлшектердің сізде қалай ұйымдастырылғанында, нақты неден жасалғаныңыз емес. Біздің денеміздегі жасушалар үнемі өзгеріп отырады, яғни маңызды нәрсе - құрылым.

Екінші теория: біз үлгіміз

Сұраққа жауап берудің тағы бір жолы бар. Американдық философ Дэниел Деннет «зат» ұғымын «нақты модель» терминімен ауыстыруды ұсынды. Деннетт пен оның ізбасарларының пікірінше, егер оның теориялық сипаттамасын қысқаша қайталауға болатын болса, бір нәрсе нақты болады - қысқаша айтқанда, қарапайым сипаттаманы қолдана отырып. Мұның қалай жұмыс істейтінін түсіндіру үшін мысал ретінде мысықты алайық.

Сонымен, бізде мысық бар. Техникалық тұрғыдан біз оны құрайтын әрбір бөлшектің орнын сипаттау арқылы оны қағазда (немесе виртуалды түрде) қайта жасай аламыз және осылайша мысықтың диаграммасын жасай аламыз. Екінші жағынан, біз басқаша істей аламыз: жай ғана «мысық» деп айтыңыз. Бірінші жағдайда, бізге мысықтың бейнесін жасап қана қоймай, сонымен қатар, айталық, компьютерлік модель туралы айтатын болсақ, оны жылжыту үшін үлкен есептеу қуаты қажет. Екіншіден, біз жай ғана терең тыныс алып: «Мысық бөлмені айналып өтті» деп айту керек. Мысық - нағыз модель.

Тағы бір мысал келтірейік. Сол жақ құлақшаны, Намибиядағы ең үлкен пілді және Майлз Дэвистің музыкасын қамтитын композицияны елестетіп көріңіз. Бұл нысанды есептеу арқылы жасау көп уақытты қажет етеді. Бірақ бұл фантастикалық құбыжықтың ауызша сипаттамасы сізге бірдей соманы алады. Қысқарту, екі сөзбен айту да жұмыс істемейді, өйткені мұндай композиция шындыққа жатпайды, бұл оның жоқтығын білдіреді. Бұл нақты үлгі емес.

Көрген адамның көз алдында көрінетін бір сәттік құрылым екенбіз. Физиктер отқа май құйып, бәлкім, финалда дүние мүлде жоқтан жаратылғаны белгілі болады дейді. Әзірге бір-бірімізге және айналамыздағы әлемге нұсқау, бәрін сөзбен сипаттау және атауларды тарату бізге қалады. Модель неғұрлым күрделі болса, соғұрлым біз оны нақты етіп, оның сипаттамасын сығуымыз керек. Мысалы, ғаламдағы ең күрделі жүйелердің бірі адам миын алайық. Оны қысқаша сипаттауға тырысыңыз.

Оны бір сөзбен сипаттауға тырысыңыз. Не болады?