Jo i la meva ombra: la mecànica quàntica desafia el concepte de personalitat

2024 Autora: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 03:49

Per què ets tu? Com saps que ets una persona amb un caràcter i una manera de pensar únics? La mecànica quàntica ens aconsella no tenir tanta confiança. És possible que no tots siguem tan diferents com ens imaginem.

Martin Guerr i la identitat robada

Sabíeu de Martin Guerre? Aquest és un camperol francès que una vegada es va trobar en una situació estranya i desagradable. Martin vivia en un poble petit. Quan el noi tenia 24 anys, els seus propis pares el van acusar de robar. Herr es va veure obligat a abandonar la seva casa, deixar la seva dona i el seu fill. Vuit anys després, l'home va tornar al seu poble natal, reunit amb la seva família. Tres anys després, la família va tenir tres fills.

Tot semblava continuar com de costum. Però al poble va aparèixer un soldat estranger, que va declarar que havia lluitat amb Martin Gerr a l'exèrcit espanyol i que havia perdut la cama en la batalla. La família d'en Martin va començar a dubtar si el seu familiar havia tornat a casa fa tres anys. Després d'un llarg judici, va resultar que la identitat de Guerra va ser "segrestada" per l'aventurer Arnault du Tilh. L'autèntic Martín sí que va patir una amputació de cama i va ser nomenat per a una sinecura en un monestir d'Espanya. Tanmateix, el judici del "lladre d'identitats" va ser tan famós que el veritable Herr va tornar al seu poble natal. El destí de l'aventurer Arnaud du Thiel va quedar segellat per una curta condemna a mort. I el mateix Martín va acusar la seva dona d'ajudar l'enganyador, sense creure que una dona podria no reconèixer el seu estimat marit.

Aquesta història va emocionar la ment dels escriptors i directors. A partir dels seus motius, es va rodar una pel·lícula, un musical i fins i tot es va rodar una sèrie de televisió. A més, una de les sèries "Els Simpson" està dedicada a aquesta ocasió. Aquesta popularitat és comprensible: un incident com aquest ens emociona, perquè fa mal de pressa: les nostres idees sobre la identitat i la personalitat.

Com podem estar segurs de qui és realment una persona, fins i tot la més estimada? Què significa la identitat en un món on res és permanent?

Els primers filòsofs van intentar respondre aquesta pregunta. Van suposar que som diferents els uns dels altres en l'ànima, i els nostres cossos són només titelles. Sembla bé, però la ciència ha rebutjat aquesta solució al problema i ha suggerit buscar l'arrel de la identitat en el cos físic. Els científics van somiar amb trobar alguna cosa a nivell microscòpic que distingís una persona d'una altra.

És bo que la ciència sigui precisa. Per tant, quan diem "alguna cosa a nivell microscòpic", ens referim, per descomptat, als blocs de construcció més petits del nostre cos: molècules i àtoms.

Tanmateix, aquest camí és més relliscós del que podria semblar a primera vista. Imagineu Martin Guerr, per exemple. Apropa't mentalment. Cara, pell, porus… seguim endavant. Apropem-nos el més possible, com si tinguéssim l'equip més potent del nostre arsenal. Què trobarem? Electró.

Partícula elemental en una caixa

Herr estava fet de molècules, les molècules estan fetes d'àtoms, els àtoms estan fets de partícules elementals. Aquests últims estan fets "del no-res"; són els elements bàsics del món material.

Un electró és un punt que literalment no ocupa cap espai. Cada electró està determinat únicament per la massa, el spin (moment angular) i la càrrega. Això és tot el que necessites saber per descriure la "personalitat" d'un electró.

Què vol dir? Per exemple, el fet que cada electró s'assembla exactament a qualsevol altre, sense la menor diferència. Són absolutament idèntics. A diferència de Martin Guerr i el seu bessó, els electrons són tan semblants que són completament intercanviables.

Aquest fet té algunes implicacions força interessants. Imaginem que tenim una partícula elemental A, que difereix de la partícula elemental B. A més, ens hem apoderat de dues caixes: la primera i la segona.

També sabem que cada partícula ha d'estar en una de les caixes en cada moment. Com que recordem que les partícules A i B són diferents entre elles, resulta que només hi ha quatre opcions per al desenvolupament dels esdeveniments:

• A es troba a la caixa 1, B es troba a la caixa 2;
• A i B es troben junts a la caixa 1;
• A i B es troben junts a la caixa 2;
• A es troba a la caixa 2, B es troba a la casella 1.

Resulta que la probabilitat de trobar dues partícules alhora en una caixa és 1: 4. Genial, ho hem resolt.

Però, què passa si les partícules A i B no són diferents? Quina és la probabilitat de trobar dues partícules a la mateixa caixa en aquest cas? Sorprenentment, el nostre pensament determina de manera inconfusible: si dues partícules són idèntiques, només hi ha tres opcions per al desenvolupament dels esdeveniments. Després de tot, no hi ha cap diferència entre el cas en què A es troba a la caixa 1, B es troba a la casella 2 i el cas en què B es troba a la casella 1, A es troba a la casella 2. Així, la probabilitat és 1: 3.

La ciència experimental confirma que el microcosmos obeeix una probabilitat d'1: 3. És a dir, si substituïs l'electró A per qualsevol altre, l'Univers no notaria la diferència. I vostè també.

Electrons astuts

Frank Wilczek, físic teòric de l'Institut Tecnològic de Massachusetts i premi Nobel, va arribar a la mateixa conclusió que acabem de fer nosaltres. El científic considera que aquest resultat no només és interessant. Wilczek va afirmar que el fet que dos electrons siguin absolutament indistinguibles és la conclusió més profunda i important de la teoria quàntica de camps.

Un tir de control és un fenomen d'interferència que "traeix" un electró i ens mostra la seva vida secreta. Ja veieu, si us asseu i mireu un electró, es comporta com una partícula. Tan bon punt t'allunyes, mostra les propietats d'una ona. Quan dues ones d'aquest tipus se superposen, s'amplifiquen o es debiliten mútuament. Només cal tenir en compte que no ens referim al concepte físic, sinó al concepte matemàtic d'una ona. No transfereixen energia, sinó probabilitat: afecten els resultats estadístics de l'experiment. En el nostre cas, fins a la conclusió de l'experiment amb dues caixes, en què vam obtenir una probabilitat d'1: 3.

Curiosament, el fenomen d'interferència només es produeix quan les partícules són realment idèntiques. Els experiments han demostrat que els electrons són exactament els mateixos: es produeixen interferències, la qual cosa significa que aquestes partícules són indistinguibles.

Per a què serveix tot això? Wilczek diu que la identitat dels electrons és exactament el que fa possible el nostre món. Sense això, no hi hauria química. La matèria no s'ha pogut reproduir.

Si hi hagués alguna diferència entre els electrons, tot es convertiria en un caos alhora. La seva naturalesa precisa i inequívoca és l'única base perquè existeixi aquest món ple d'incerteses i errors.

Bé. Suposem que un electró no es pot distingir d'un altre. Però podem posar-ne un a la primera caixa, l'altre a la segona i dir: "Aquest electró està aquí, i aquest és allà"?

"No, no podem", diu el professor Wilczek.

Tan bon punt poseu electrons a les caixes i mireu cap a un altre costat, deixen de ser partícules i comencen a mostrar propietats ondulatòries. Això vol dir que s'allargaran infinitament. Per estrany que sembli, hi ha la possibilitat de trobar un electró a tot arreu. No en el sentit que estigui situat en tots els punts alhora, sinó en el fet que tens una petita possibilitat de trobar-lo a qualsevol lloc si de sobte decideixes tornar enrere i començar a buscar-lo.

Està clar que és bastant difícil imaginar-ho. Però sorgeix una pregunta encara més interessant.

Són tan complicats els electrons o l'espai on es troben? I llavors què passa amb tot el que ens envolta quan ens desviem?

El paràgraf més dur

Resulta que encara pots trobar dos electrons. L'únic problema és que no es pot dir: aquí hi ha l'ona del primer, aquí hi ha l'ona del segon electró i tots estem a l'espai tridimensional. No funciona en mecànica quàntica.

Heu de dir que hi ha una ona separada a l'espai tridimensional per al primer electró i hi ha una segona ona a l'espai tridimensional per al segon. Al final, resulta: sigueu fort! és una ona de sis dimensions que uneix dos electrons. Sembla horrible, però llavors ho entenem: aquests dos electrons ja no pengen, ningú sap on. Les seves posicions estan clarament definides, o millor dit, enllaçades per aquesta ona de sis dimensions.

En general, si abans pensàvem que hi ha espai i coses, aleshores, tenint en compte la teoria quàntica, haurem de canviar lleugerament la nostra representació. L'espai aquí és només una manera de descriure les interconnexions entre objectes, com ara els electrons. Per tant, no podem descriure l'estructura del món com les propietats de totes les partícules juntes que el formen. Tot és una mica més complicat: hem d'estudiar les connexions entre partícules elementals.

Com podeu veure, a causa del fet que els electrons (i altres partícules elementals) són absolutament idèntics entre ells, el mateix concepte d'identitat s'enfonsa en pols. Resulta que dividir el món en els seus components és incorrecte.

Wilczek diu que tots els electrons són idèntics. Són una manifestació d'un camp que impregna tot l'espai i el temps. El físic John Archibald Wheeler pensa diferent. Creu que inicialment hi havia un electró, i tots els altres són només rastres d'ell, impregnant el temps i l'espai. “Quina tonteria! - pots exclamar en aquest lloc. "Els científics estan fixant electrons!"

Però hi ha un però.

I si tot és una il·lusió? L'electró existeix a tot arreu i enlloc. No té forma material. Què fer? I què és llavors una persona que consta de partícules elementals?

Ni una gota d'esperança

Volem creure que cada cosa és més que la suma de les seves partícules constituents. Què passaria si traguéssim la càrrega de l'electró, la seva massa i el seu espín i aconseguim alguna cosa a la resta, la seva identitat, la seva "personalitat". Volem creure que hi ha alguna cosa que fa d'un electró un electró.

Fins i tot si les estadístiques o l'experiment no poden revelar l'essència d'una partícula, volem creure-hi. Després de tot, hi ha alguna cosa que fa que cada persona sigui única.

Suposem que no hi hauria cap diferència entre Martin Gerr i el seu doble, però un d'ells somriuria en silenci, sabent que ell era el veritable.

M'agradaria creure-hi molt. Però la mecànica quàntica és absolutament sense cor i no ens permetrà pensar en tota mena de disbarats.

No us deixeu enganyar: si l'electró tingués la seva pròpia essència individual, el món es convertiria en un caos.

D'ACORD. Com que els electrons i altres partícules elementals no existeixen realment, per què existim?

Primera teoria: som flocs de neu

Una de les idees és que hi ha moltes partícules elementals en nosaltres. Formen un sistema complex en cadascun de nosaltres. Sembla que el fet que tots som diferents és conseqüència de com es construeix el nostre cos a partir d'aquestes partícules elementals.

La teoria és estranya, però bonica. Cap de les partícules elementals té la seva pròpia individualitat. Però junts formen una estructura única: una persona. Si voleu, som com els flocs de neu. Està clar que tots són aigua, però el patró de cadascun és únic.

La teva essència és com s'organitzen les partícules en tu, no de què estàs fet exactament. Les cèl·lules del nostre cos estan en constant canvi, la qual cosa significa que l'únic que importa és l'estructura.

Segona teoria: som models

Hi ha una altra manera de respondre la pregunta. El filòsof nord-americà Daniel Dennett va suggerir substituir el concepte de "cosa" pel terme "model real". Segons Dennett i els seus seguidors, alguna cosa és real si la seva descripció teòrica es pot duplicar de manera més succinta, en poques paraules, utilitzant una descripció simple. Per explicar com funciona això, prenguem un gat com a exemple.

Així doncs, tenim un gat. Tècnicament, podem recrear-lo en paper (o virtualment) descrivint la posició de cada partícula de la qual està compost, i així elaborar un esquema del gat. D'altra banda, podem fer d'una altra manera: només dir "gat". En el primer cas, necessitem una gran potència de càlcul per no només crear una imatge d'un gat, sinó també, per exemple, fer-lo moure, si estem parlant d'un model informàtic. En el segon, només cal respirar profundament i dir: "El gat va passejar per l'habitació". El gat és un autèntic model.

Prenguem un altre exemple. Imagineu una composició que inclogui el lòbul esquerre de l'orella, l'elefant més gran de Namíbia i la música de Miles Davis. Es necessitarà molt de temps per crear aquest objecte computacionalment. Però la descripció verbal d'aquest fantàstic monstre us portarà la mateixa quantitat. No funcionarà escurçar, dir-ho en dues paraules, també, perquè aquesta composició és irreal, el que significa que no existeix. Aquest no és un model real.

Resulta que només som una estructura momentània que apareix sota la mirada de l'espectador. Els físics afegeixen combustible al foc i diuen que potser al final resultarà que el món no està fet de res. De moment, ens queda assenyalar-nos els uns als altres i el món que ens envolta, descrivint-ho tot amb paraules i distribuint noms. Com més complex sigui el model, més haurem de comprimir-ne la descripció, fent-lo real. Prenguem, per exemple, el cervell humà, un dels sistemes més complexos de l'univers. Intenta descriure-ho en poques paraules.

Intenta descriure-ho amb una paraula. Què passa?