Ik en mijn schaduw: kwantummechanica daagt het concept van persoonlijkheid uit

2024 Auteur: Malcolm Clapton | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 04:06

Waarom ben jij jij? Hoe weet je dat je een persoon bent met een uniek karakter en manier van denken? De kwantummechanica adviseert ons niet zo overmoedig te zijn. Het is mogelijk dat we niet allemaal zo verschillend zijn als we ons voorstellen.

Martin Guerr en de gestolen identiteit

Kende je Martin Guerre al? Dit is een Franse boer die zich ooit in een vreemde en onaangename situatie bevond. Martin woonde in een klein dorp. Toen de jongen 24 jaar oud was, beschuldigden zijn eigen ouders hem van diefstal. Herr werd gedwongen zijn huis te verlaten, zijn vrouw en zoon te verlaten. Acht jaar later keerde de man terug naar zijn geboortedorp, herenigd met zijn familie. Drie jaar later kreeg het gezin drie kinderen.

Alles leek gewoon door te gaan. Maar er verscheen een buitenlandse soldaat in het dorp, die verklaarde dat hij met Martin Gerr in het Spaanse leger had gevochten en dat hij zijn been had verloren in de strijd. Martins familie begon te twijfelen of hun familielid drie jaar geleden naar huis was teruggekeerd. Na een lang proces bleek de identiteit van Guerra te zijn "ontvoerd" door de avonturier Arnault du Tilh. De echte Martinus onderging inderdaad een beenamputatie en werd aangesteld voor een sinecure in een klooster in Spanje. Het proces tegen de "identiteitsdief" was echter zo beroemd dat de echte Herr terugkeerde naar zijn geboortedorp. Het lot van de avonturier Arnaud du Thiel werd bezegeld met een kort doodvonnis. En Martin zelf beschuldigde zijn vrouw ervan de bedrieger te helpen, niet gelovend dat een vrouw haar geliefde echtgenoot misschien niet zou herkennen.

Dit verhaal prikkelde de hoofden van schrijvers en regisseurs. Op basis van haar motieven werd er een film opgenomen, een musical opgevoerd en zelfs een tv-serie opgenomen. Bovendien is een van de series "The Simpsons" aan deze gelegenheid gewijd. Zo'n populariteit is begrijpelijk: zo'n incident windt ons op, omdat het snel pijn doet - onze ideeën over identiteit en persoonlijkheid.

Hoe kunnen we er zeker van zijn wie een persoon werkelijk is, zelfs de meest dierbare? Wat betekent identiteit in een wereld waar niets blijvend is?

De eerste filosofen probeerden deze vraag te beantwoorden. Ze gingen ervan uit dat we van elkaar verschillen in ziel, en dat onze lichamen slechts marionetten zijn. Klinkt goed, maar de wetenschap heeft deze oplossing voor het probleem verworpen en stelde voor om de wortel van identiteit in het fysieke lichaam te zoeken. Wetenschappers droomden ervan iets op microscopisch niveau te vinden dat de ene persoon van de andere zou onderscheiden.

Het is goed dat de wetenschap accuraat is. Daarom, als we zeggen "iets op microscopisch niveau", bedoelen we natuurlijk de kleinste bouwstenen van ons lichaam - moleculen en atomen.

Dit pad is echter glibberiger dan het op het eerste gezicht lijkt. Stel je bijvoorbeeld Martin Guerr voor. Benader hem mentaal. Gezicht, huid, poriën … laten we verder gaan. Laten we zo dichtbij mogelijk komen, alsof we de krachtigste apparatuur in ons arsenaal hebben. Wat zullen we vinden? Elektron.

Elementair deeltje in een doos

Herr was gemaakt van moleculen, moleculen zijn gemaakt van atomen, atomen zijn gemaakt van elementaire deeltjes. Deze laatste zijn "uit het niets" gemaakt; het zijn de fundamentele bouwstenen van de materiële wereld.

Een elektron is een punt dat letterlijk helemaal geen ruimte inneemt. Elk elektron wordt uitsluitend bepaald door massa, spin (impulsmoment) en lading. Dit is alles wat u moet weten om de 'persoonlijkheid' van een elektron te beschrijven.

Wat betekent het? Bijvoorbeeld het feit dat elk elektron er precies hetzelfde uitziet als elk ander, zonder het minste verschil. Ze zijn absoluut identiek. In tegenstelling tot Martin Guerr en zijn tweelingbroer, lijken elektronen zo op elkaar dat ze volledig uitwisselbaar zijn.

Dit feit heeft een aantal nogal interessante implicaties. Laten we ons voorstellen dat we een elementair deeltje A hebben, dat verschilt van elementair deeltje B. Daarnaast hebben we twee dozen in handen gekregen - de eerste en de tweede.

We weten ook dat elk deeltje op elk moment in een van de dozen moet zijn. Omdat we ons herinneren dat deeltjes A en B van elkaar verschillen, blijken er maar vier opties te zijn voor de ontwikkeling van gebeurtenissen:

• A ligt in box 1, B ligt in box 2;
• A en B liggen samen in box 1;
• A en B liggen samen in box 2;
• A ligt in box 2, B ligt in box 1.

Het blijkt dat de kans om twee deeltjes tegelijk in één doos te vinden 1: 4 is. Prima, geregeld.

Maar wat als deeltjes A en B niet anders zijn? Wat is de kans om in dit geval twee deeltjes in dezelfde doos te vinden? Verrassend genoeg bepaalt ons denken onmiskenbaar: als twee deeltjes identiek zijn, dan zijn er maar drie opties voor de ontwikkeling van gebeurtenissen. Er is immers geen verschil tussen het geval A in box 1 ligt, B in box 2 ligt en het geval waarin B in box 1 ligt, A in box 2. De kans is dus 1: 3.

Experimentele wetenschap bevestigt dat de microkosmos gehoorzaamt aan een waarschijnlijkheid van 1: 3. Dat wil zeggen, als je elektron A zou vervangen door een ander, zou het universum het verschil niet opmerken. En jij ook.

Sluwe elektronen

Frank Wilczek, theoretisch fysicus aan het Massachusetts Institute of Technology en Nobelprijswinnaar, kwam tot dezelfde conclusie als wij zojuist deden. De wetenschapper vindt dit resultaat niet alleen interessant. Wilczek stelde dat het feit dat twee elektronen absoluut niet van elkaar te onderscheiden zijn, de diepste en belangrijkste conclusie uit de kwantumveldentheorie is.

Een controleschot is een interferentieverschijnsel dat een elektron "verraadt" en ons zijn geheime leven laat zien. Als je zit en naar een elektron staart, gedraagt het zich als een deeltje. Zodra je je afwendt, toont het de eigenschappen van een golf. Wanneer twee van dergelijke golven elkaar overlappen, versterken of verzwakken ze elkaar. Houd er rekening mee dat we niet het fysieke, maar het wiskundige concept van een golf bedoelen. Ze dragen geen energie over, maar waarschijnlijkheid - ze beïnvloeden de statistische resultaten van het experiment. In ons geval - tot de conclusie uit het experiment met twee dozen, waarin we een kans van 1: 3 kregen.

Interessant is dat het fenomeen interferentie alleen optreedt wanneer de deeltjes echt identiek zijn. Experimenten hebben aangetoond dat elektronen precies hetzelfde zijn: er treedt interferentie op, waardoor deze deeltjes niet van elkaar te onderscheiden zijn.

Waar is dit allemaal voor? Wilczek zegt dat de identiteit van elektronen precies is wat onze wereld mogelijk maakt. Zonder dit zou er geen chemie zijn. Materie kon niet worden gereproduceerd.

Als er enig verschil zou zijn tussen de elektronen, zou alles in één keer in chaos veranderen. Hun precieze en ondubbelzinnige karakter is de enige basis voor het bestaan van deze wereld vol onzekerheden en fouten.

Mooi zo. Laten we zeggen dat het ene elektron niet van het andere kan worden onderscheiden. Maar we kunnen de ene in de eerste doos plaatsen, de andere in de tweede en zeggen: "Dit elektron ligt hier, en dat ene is daar"?

"Nee, dat kunnen we niet", zegt professor Wilczek.

Zodra je elektronen in dozen stopt en wegkijkt, houden ze op deeltjes te zijn en beginnen ze golfeigenschappen te vertonen. Dit betekent dat ze oneindig worden uitgebreid. Hoe vreemd het ook mag klinken, er is een mogelijkheid om overal een elektron te vinden. Niet in de zin dat het zich op alle punten tegelijk bevindt, maar in het feit dat je een kleine kans hebt om het ergens te vinden als je plotseling besluit om terug te keren en ernaar te gaan zoeken.

Het is duidelijk dat het nogal moeilijk is om dit voor te stellen. Maar er rijst een nog interessantere vraag.

Zijn elektronen zo lastig of de ruimte waarin ze zich bevinden? En wat gebeurt er dan met alles om ons heen als we ons afwenden?

Moeilijkste alinea

Het blijkt dat je nog steeds twee elektronen kunt vinden. Het enige probleem is dat je niet kunt zeggen: hier is de golf van het eerste, hier is de golf van het tweede elektron, en we bevinden ons allemaal in de driedimensionale ruimte. Het werkt niet in de kwantummechanica.

Je moet zeggen dat er voor het eerste elektron een aparte golf in de driedimensionale ruimte is en voor het tweede een tweede golf in de driedimensionale ruimte. Uiteindelijk blijkt het - wees sterk! is een zesdimensionale golf die twee elektronen aan elkaar bindt. Het klinkt vreselijk, maar dan begrijpen we het: deze twee elektronen bungelen niet meer, niemand weet waar. Hun posities zijn duidelijk gedefinieerd, of beter gezegd, verbonden door deze zesdimensionale golf.

In het algemeen, als we eerder dachten dat er ruimte en dingen in zitten, dan zullen we, rekening houdend met de kwantumtheorie, onze representatie enigszins moeten veranderen. Ruimte is hier slechts een manier om de onderlinge verbindingen tussen objecten, zoals elektronen, te beschrijven. Daarom kunnen we de structuur van de wereld niet beschrijven als de eigenschappen van alle deeltjes samen waaruit de wereld bestaat. Alles is een beetje ingewikkelder: we moeten de verbanden tussen elementaire deeltjes bestuderen.

Zoals je kunt zien, vanwege het feit dat elektronen (en andere elementaire deeltjes) absoluut identiek aan elkaar zijn, valt het hele concept van identiteit uiteen. Het blijkt dat het verkeerd is om de wereld op te delen in zijn componenten.

Wilczek zegt dat alle elektronen identiek zijn. Ze zijn een manifestatie van één veld dat alle ruimte en tijd doordringt. Natuurkundige John Archibald Wheeler denkt daar anders over. Hij gelooft dat er aanvankelijk één elektron was, en alle andere zijn slechts sporen ervan, doordringend in tijd en ruimte. "Welke onzin! - je kunt op deze plek uitroepen. "Wetenschappers repareren elektronen!"

Maar er is een maar.

Wat als het allemaal een illusie is? Het elektron bestaat overal en nergens. Hij heeft geen materiële vorm. Wat te doen? En wat is dan een mens die uit elementaire deeltjes bestaat?

Geen druppel hoop

We willen geloven dat elk ding meer is dan de som van de samenstellende deeltjes. Wat als we de lading van het elektron, zijn massa en spin zouden verwijderen en iets in de rest zouden krijgen, zijn identiteit, zijn "persoonlijkheid". We willen geloven dat er iets is dat een elektron tot een elektron maakt.

Zelfs als statistieken of experimenten de essentie van een deeltje niet kunnen onthullen, willen we erin geloven. Dan is er immers iets dat ieder mens uniek maakt.

Stel dat er geen verschil zou zijn tussen Martin Gerr en zijn dubbelganger, maar een van hen zou zachtjes glimlachen, wetende dat hij de echte was.

Ik wil er heel graag in geloven. Maar de kwantummechanica is absoluut harteloos en laat ons niet nadenken over allerlei onzin.

Laat u niet misleiden: als het elektron zijn eigen individuele essentie had, zou de wereld in chaos veranderen.

OKE. Aangezien elektronen en andere elementaire deeltjes niet echt bestaan, waarom bestaan we dan?

Theorie één: wij zijn sneeuwvlokken

Een van de ideeën is dat er veel elementaire deeltjes in ons zijn. Ze vormen een complex systeem in ieder van ons. Het lijkt erop dat het feit dat we allemaal verschillend zijn een gevolg is van hoe ons lichaam is opgebouwd uit deze elementaire deeltjes.

De theorie is vreemd, maar mooi. Geen van de elementaire deeltjes heeft zijn eigen individualiteit. Maar samen vormen ze een unieke structuur - een persoon. Als je wilt, zijn we net sneeuwvlokken. Het is duidelijk dat ze allemaal water zijn, maar het patroon van elk is uniek.

Je essentie is hoe de deeltjes in jou zijn georganiseerd, niet waar je precies van gemaakt bent. De cellen in ons lichaam veranderen voortdurend, wat betekent dat het enige dat er toe doet de structuur is.

Theorie twee: wij zijn modellen

Er is een andere manier om de vraag te beantwoorden. De Amerikaanse filosoof Daniel Dennett stelde voor om het begrip 'ding' te vervangen door de term 'echt model'. Volgens Dennett en zijn volgelingen is iets echt als de theoretische beschrijving ervan beknopter kan worden gedupliceerd - in een notendop, met behulp van een eenvoudige beschrijving. Om uit te leggen hoe dit werkt, nemen we een kat als voorbeeld.

Dus we hebben een kat. Technisch gezien kunnen we het op papier (of virtueel) nabootsen door de positie van elk deeltje waaruit het is samengesteld te beschrijven, en zo een diagram van de kat te maken. Aan de andere kant kunnen we het ook anders doen: zeg gewoon "kat". In het eerste geval hebben we enorme rekenkracht nodig om niet alleen een afbeelding van een kat te creëren, maar bijvoorbeeld ook om hem te laten bewegen, als we het over een computermodel hebben. In de tweede hoeven we alleen maar diep adem te halen en te zeggen: "De kat liep door de kamer." De kat is een echt model.

Laten we nog een voorbeeld nemen. Stel je een compositie voor met de linkeroorlel, de grootste olifant van Namibië en de muziek van Miles Davis. Het zal veel tijd kosten om dit object rekenkundig te maken. Maar de verbale beschrijving van dit fantastische monster kost je hetzelfde bedrag. Het zal niet werken om in te korten, om in twee woorden te zeggen, omdat zo'n compositie onwerkelijk is, wat betekent dat het niet bestaat. Dit is geen echt model.

Het blijkt dat we slechts een tijdelijke structuur zijn die onder de blik van de toeschouwer verschijnt. Natuurkundigen gooien olie op het vuur en zeggen dat misschien in de finale blijkt dat de wereld uit niets bestaat. Voor nu is het aan ons om naar elkaar en de wereld om ons heen te wijzen, alles in woorden te beschrijven en namen te verspreiden. Hoe complexer het model, hoe meer we de beschrijving ervan moeten comprimeren, zodat het echt wordt. Neem bijvoorbeeld het menselijk brein, een van de meest complexe systemen in het universum. Probeer het in een notendop te omschrijven.

Probeer het in één woord te omschrijven. Wat gebeurt er?