Би ба миний сүүдэр: квант механик нь хувь хүний тухай ойлголтыг сорьдог

2024 Зохиолч: Malcolm Clapton | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 04:05

Чи яагаад байгаа юм бэ? Өөрийгөө өвөрмөц зан чанар, сэтгэлгээтэй хүн гэдгээ яаж мэдэх вэ? Квант механик бидэнд хэт их итгэлтэй байж болохгүй гэж зөвлөдөг. Бид бүгд бидний төсөөлж байгаа шиг ялгаатай биш байж магадгүй юм.

Мартин Герр ба хулгайлагдсан таних тэмдэг

Та Мартин Геррегийн талаар мэдэх үү? Энэ бол нэг удаа хачирхалтай, таагүй нөхцөл байдалд орсон Францын тариачин юм. Мартин жижиг тосгонд амьдардаг байв. Хүүг 24 настай байхад эцэг эх нь түүнийг хулгай хийсэн гэж буруутгажээ. Херр гэрээсээ гарч, эхнэр, хүүгээ орхихоос өөр аргагүй болжээ. Найман жилийн дараа тэр хүн төрөлх тосгондоо буцаж ирээд гэр бүлтэйгээ уулзав. Гурван жилийн дараа гэр бүл гурван хүүхэдтэй болжээ.

Бүх зүйл урьдын адил үргэлжилж байгаа юм шиг санагдав. Гэтэл тосгонд нэгэн гадаадын цэрэг гарч ирээд Испанийн армид Мартин Герртэй тулалдаж, тулалдаанд хөлөө алдсан гэж мэдэгджээ. Мартины гэр бүл гурван жилийн өмнө хамаатан садан нь гэртээ буцаж ирсэн эсэхэд эргэлзэж эхэлжээ. Удаан үргэлжилсэн шүүх хурлын дараа Гуэррагийн хэн болохыг адал явдал хайгч Арнаулт ду Тилх "хулгайлсан" нь тогтоогджээ. Жинхэнэ Мартин үнэхээр хөлөө тайруулж, Испанийн нэгэн хийдэд синакюрт томилогдов. Гэсэн хэдий ч "хулгайч"-ын шүүх хурал маш алдартай байсан тул жинхэнэ Херр төрөлх тосгондоо буцаж ирэв. Адал явдал хайгч Арно дю Тиелийн хувь заяаг богино хугацаанд цаазаар авах ялаар битүүмжилсэн. Мартин өөрөө эхнэрээ хууран мэхлэгчд тусалсан гэж буруутгаж, эмэгтэй хүн хайртай нөхрөө танихгүй байж магадгүй гэж итгэдэггүй.

Энэ түүх зохиолч, найруулагчдын сэтгэлийг хөдөлгөв. Түүний сэдэл дээр үндэслэн кино зураг авалт, мюзикл тоглож, телевизийн олон ангит кино хүртэл гарчээ. Түүгээр ч барахгүй "Симпсон" цувралын нэг нь энэ үйл явдалд зориулагдсан болно. Ийм алдартай нь ойлгомжтой: ийм үйл явдал нь бидний сэтгэлийг хөдөлгөдөг, учир нь энэ нь бидний хувийн шинж чанар, зан чанарын талаархи санаа бодлыг хурдан гэмтээдэг.

Хүн үнэхээр хэн бэ, тэр ч байтугай хамгийн эрхэм хүн гэдгийг бид яаж батлах вэ? Юу ч мөнхийн байдаггүй дэлхийд таних чанар нь юу гэсэн үг вэ?

Анхны философичид энэ асуултад хариулахыг оролдсон. Тэд биднийг бие биенээсээ сүнслэг байдлаараа ялгаатай, бидний бие бол зүгээр л хүүхэлдэй гэж таамаглаж байсан. Сайхан сонсогдож байгаа ч шинжлэх ухаан уг асуудлыг шийдэх энэ шийдлийг үгүйсгэж, бие махбодид танигдах үндэсийг хайхыг санал болгов. Эрдэмтэд нэг хүнийг нөгөөгөөс ялгах микроскопийн түвшинд ямар нэг зүйлийг олохыг мөрөөддөг байв.

Шинжлэх ухаан үнэн зөв байдаг нь сайн хэрэг. Тиймээс бид "микроскопийн түвшинд ямар нэгэн зүйл" гэж хэлэхэд бид мэдээжийн хэрэг бидний биеийн хамгийн жижиг барилгын материал болох молекул, атомыг хэлдэг.

Гэсэн хэдий ч энэ зам нь анх харахад харагдахаас илүү гулгамтгай юм. Жишээлбэл, Мартин Герр гэж төсөөлөөд үз дээ. Түүнд сэтгэлзүйн хувьд ойрт. Нүүр, арьс, нүх … цаашаа явцгаая. Арсеналдаа хамгийн хүчирхэг техник байгаа юм шиг аль болох ойртъё. Бид юу олох вэ? Электрон.

Хайрцаг дахь элементийн бөөмс

Херр молекулуудаас, молекулууд атомуудаас, атомууд нь энгийн хэсгүүдээс бүрддэг. Сүүлийнх нь "ороос ч биш" бүтээгдсэн бөгөөд тэдгээр нь материаллаг ертөнцийн үндсэн барилгын материал юм.

Электрон бол огт зай эзэлдэггүй цэг юм. Электрон бүрийг зөвхөн масс, спин (өнцгийн импульс) ба цэнэгээр тодорхойлно. Энэ бол электроны "хувийн шинж чанарыг" тодорхойлохын тулд мэдэх шаардлагатай бүх зүйл юм.

Энэ нь юу гэсэн үг вэ? Жишээлбэл, электрон бүр нь бусадтай яг адилхан харагддаг, өчүүхэн ч ялгаагүй. Тэд үнэхээр адилхан. Мартин Герр болон түүний ихэр хоёроос ялгаатай нь электронууд хоорондоо маш төстэй тул бүрэн солигддог.

Энэ баримт нь нэлээд сонирхолтой үр дагавартай. Бидэнд Б элементийн бөөмөөс ялгаатай энгийн А бөөм байна гэж төсөөлье. Нэмж хэлэхэд эхний ба хоёр дахь гэсэн хоёр хайрцгийг барьж авлаа.

Мөн бөөмс бүр ямар ч үед хайрцагны аль нэгэнд байх ёстой гэдгийг бид мэднэ. А ба В бөөмс нь бие биенээсээ ялгаатай гэдгийг бид санаж байгаа тул үйл явдлын хөгжилд ердөө дөрвөн сонголт байгаа нь харагдаж байна.

• A нь 1-р хайрцагт, В нь 2-р хайрцагт;
• 1-р хайрцагт А ба В хоёр хамт байна;
• 2-р хайрцагт А ба В хоёр хамт байна;
• А нь 2-р хайрцагт, Б нь 1-р хайрцагт байрладаг.

Нэг хайрцагт хоёр бөөмийг зэрэг олох магадлал 1: 4 байна. Гайхалтай, цэгцэллээ.

Харин А ба В бөөмсүүд ялгаагүй байвал яах вэ? Энэ тохиолдолд нэг хайрцагт хоёр бөөмс олдох магадлал хэд вэ? Гайхалтай нь, бидний сэтгэлгээ нь эргэлзээгүйгээр тодорхойлдог: хэрэв хоёр бөөмс ижил байвал үйл явдлыг хөгжүүлэх гурван сонголт л байна. Эцсийн эцэст 1-р хайрцагт A, 2-р хайрцагт B, 1-р хайрцагт B, 2-т байгаа тохиолдолд ялгаа байхгүй. Тэгэхээр магадлал 1: 3 байна.

Туршилтын шинжлэх ухаан бичил ертөнц 1: 3-ын магадлалд захирагддаг болохыг баталж байна. Өөрөөр хэлбэл, хэрэв та А электроныг өөр электроноор сольсон бол орчлон ертөнц ялгааг анзаарахгүй байх болно. Та ч бас.

Зальтай электронууд

Массачусетсийн Технологийн Институтын онолын физикч, Нобелийн шагналт Фрэнк Вилчек бидэнтэй ижил дүгнэлтэд хүрсэн. Эрдэмтэд энэ үр дүнг зөвхөн сонирхолтой биш гэж үздэг. Хоёр электроныг огт ялгах боломжгүй гэдэг нь квант талбайн онолын хамгийн гүн бөгөөд хамгийн чухал дүгнэлт гэж Вилчек хэлэв.

Хяналтын цохилт нь электроноос "урваж", түүний нууц амьдралыг бидэнд харуулдаг хөндлөнгийн үзэгдэл юм. Хэрэв та электрон руу ширтээд суугаад байвал энэ нь бөөмс шиг ажилладаг. Буцажгуут долгионы шинж чанарыг харуулдаг. Ийм хоёр долгион давхцах үед бие биенээ өсгөж, сулруулдаг. Бид долгионы физик биш харин математикийн ойлголтыг хэлж байгаа гэдгийг санаарай. Тэд энерги биш харин магадлалыг дамжуулдаг - туршилтын статистик үр дүнд нөлөөлдөг. Манай тохиолдолд - 1: 3 магадлалыг авсан хоёр хайрцагтай туршилтын дүгнэлтэд.

Сонирхолтой нь, бөөмс нь үнэхээр ижил байх үед л интерференцийн үзэгдэл үүсдэг. Туршилтаар электронууд яг адилхан болохыг харуулсан: интерференц үүсдэг бөгөөд энэ нь эдгээр бөөмсийг ялгах боломжгүй гэсэн үг юм.

Энэ бүхэн юуны төлөө вэ? Вилчек хэлэхдээ электронуудын таних чанар нь бидний ертөнцийг боломжтой болгодог зүйл юм. Үүнгүйгээр хими байхгүй болно. Материалыг дахин үйлдвэрлэх боломжгүй байсан.

Хэрэв электронуудын хооронд ямар нэгэн ялгаа байсан бол бүх зүйл нэг дор эмх замбараагүй байдал болж хувирах болно. Тэдний нарийн бөгөөд хоёрдмол утгагүй шинж чанар нь тодорхойгүй байдал, алдаагаар дүүрэн энэ ертөнц оршин тогтнох цорын ганц үндэс суурь юм.

Сайн байна. Нэг электроныг нөгөөгөөсөө ялгах боломжгүй гэж үзье. Гэхдээ бид нэгийг нь эхний хайрцагт, нөгөөг нь хоёр дахь хайрцагт хийгээд: "Энэ электрон энд, нөгөө нь тэнд байна" гэж хэлж болох уу?

"Үгүй, бид чадахгүй" гэж профессор Вилчек хэлэв.

Электроныг хайрцагт хийгээд өөр тийшээ хармагцаа тэдгээр нь бөөмс байхаа больж, долгионы шинж чанарыг харуулж эхэлдэг. Энэ нь тэд хязгааргүй уртасгах болно гэсэн үг юм. Хачирхалтай сонсогдож байгаа ч хаа сайгүй электрон олох боломж бий. Бүх цэг дээр нэг дор байрладаг гэдэг утгаараа биш, харин гэнэт эргэж хараад хайж эхлэхээр хаанаас ч олох боломж бага байдаг.

Үүнийг төсөөлөхөд хэцүү гэдэг нь ойлгомжтой. Гэхдээ үүнээс ч илүү сонирхолтой асуулт гарч ирнэ.

Электронууд тийм зальтай юу, эсвэл тэдний байгаа орон зай юу? Тэгээд бид нүүр буруулах үед бидний эргэн тойронд байгаа бүх зүйл юу болох вэ?

Хамгийн хэцүү догол мөр

Та хоёр электроныг олох боломжтой хэвээр байна. Цорын ганц асуудал бол та: эхнийх нь долгион, энд хоёр дахь электроны долгион байна, бид бүгд гурван хэмжээст орон зайд байна гэж хэлж чадахгүй. Энэ нь квант механикт ажилладаггүй.

Эхний электроны хувьд гурван хэмжээст орон зайд тусдаа долгион, хоёр дахь нь гурван хэмжээст орон зайд хоёр дахь долгион байгаа гэж та хэлэх хэрэгтэй. Эцсийн эцэст энэ нь гарч ирэв - хүчтэй байгаарай! нь хоёр электроныг холбосон зургаан хэмжээст долгион юм. Энэ нь аймшигтай сонсогдож байгаа ч дараа нь бид ойлгодог: энэ хоёр электрон дүүжлэхээ больсон, хэн ч хаана байгааг мэдэхгүй. Тэдний байр суурь тодорхой тодорхойлогдсон, эс тэгвээс энэхүү зургаан хэмжээст долгионоор холбогддог.

Ер нь, хэрэв бид өмнө нь орон зай, түүнд юмс байдаг гэж бодож байсан бол квант онолыг харгалзан үзээд дүрслэлээ бага зэрэг өөрчлөх шаардлагатай болно. Энд байгаа орон зай бол электрон гэх мэт объектуудын хоорондын харилцан холболтыг дүрслэх арга юм. Тиймээс бид ертөнцийн бүтцийг түүнийг бүрдүүлдэг бүх бөөмсийн шинж чанар гэж тодорхойлж чадахгүй. Бүх зүйл арай илүү төвөгтэй: бид энгийн бөөмсүүдийн хоорондын холбоог судлах хэрэгтэй.

Таны харж байгаагаар электронууд (болон бусад энгийн бөөмсүүд) бие биетэйгээ туйлын ижил байдаг тул таних тухай ойлголт нь тоос болон сүйрч байна. Дэлхийг бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд нь хуваах нь буруу болох нь харагдаж байна.

Wilczek хэлэхдээ бүх электронууд ижил байдаг. Эдгээр нь бүх орон зай, цаг хугацааг шингээсэн нэг талбарын илрэл юм. Физикч Жон Арчибалд Уилер өөрөөр боддог. Тэрээр анхандаа нэг электрон байсан бөгөөд бусад нь зөвхөн түүний ул мөр, цаг хугацаа, орон зайг нэвт шингээсэн гэдэгт итгэдэг. “Ямар утгагүй юм бэ! - Та энэ газар хашгирч болно. "Эрдэмтэд электроныг засаж байна!"

Гэхдээ нэг ч бий.

Хэрэв энэ бүхэн хуурмаг зүйл бол яах вэ? Электрон хаа сайгүй, хаана ч байхгүй. Түүнд материаллаг хэлбэр байхгүй. Юу хийх вэ? Тэгвэл энгийн бөөмсөөс бүрддэг хүн гэж юу вэ?

Нэг дусал ч итгэл найдвар биш

Аливаа зүйл нь түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нийлбэрээс илүү байдаг гэдэгт бид итгэхийг хүсч байна. Хэрэв бид электроны цэнэг, масс, эргэлтийг хасаад үлдэгдэл, мөн чанар, "хувь чанар"-д нь ямар нэгэн зүйл байвал яах вэ. Электроныг электрон болгодог зүйл байдаг гэдэгт бид итгэхийг хүсч байна.

Хэдийгээр статистик эсвэл туршилтаар бөөмийн мөн чанарыг илрүүлж чадахгүй байсан ч бид үүнд итгэхийг хүсдэг. Эцсийн эцэст хүн бүрийг өвөрмөц болгодог зүйл байдаг.

Мартин Жерр болон түүний давхар хоёрын хооронд ямар ч ялгаа байхгүй гэж бодъё, гэхдээ тэдний нэг нь түүнийг жинхэнэ мөн гэдгийг мэдсээр байж чимээгүйхэн инээмсэглэнэ.

Би үүнд итгэхийг маш их хүсч байна. Гэхдээ квант механик нь үнэхээр зүрх сэтгэлгүй бөгөөд бүх төрлийн утгагүй зүйлийн талаар бодохыг бидэнд зөвшөөрдөггүй.

Бүү хуурт: хэрэв электрон өөрийн гэсэн мөн чанартай байсан бол дэлхий эмх замбараагүй байдал болон хувирах болно.

БОЛЖ БАЙНА УУ. Нэгэнт электронууд болон бусад энгийн бөөмсүүд үнэхээр байдаггүй юм бол бид яагаад оршин тогтнож байгаа юм бэ?

Нэгдүгээр онол: бид цасан ширхгүүд

Нэг санаа нь бидний дотор маш олон энгийн бөөмс байдаг. Тэд бидний хүн нэг бүрд цогц системийг бүрдүүлдэг. Бид бүгд өөр байдаг нь бидний бие махбодь эдгээр энгийн хэсгүүдээс хэрхэн бүтээгдсэний үр дагавар юм шиг санагддаг.

Онол нь хачирхалтай боловч үзэсгэлэнтэй юм. Энгийн бөөмсийн аль нь ч өөрийн гэсэн онцлогтой байдаггүй. Гэхдээ тэд хамтдаа өвөрмөц бүтцийг бий болгодог - хүн. Хэрэв та хүсвэл бид цасан ширхгүүд шиг. Тэд бүгд ус гэдэг нь тодорхой боловч тус бүрийн хэв маяг нь өвөрмөц юм.

Чиний мөн чанар бол бөөмсүүд таны дотор хэрхэн зохион байгуулагдаж байгаа явдал юм, харин чи яг юунаас бүтсэн бэ гэдэг биш. Бидний бие дэх эсүүд байнга өөрчлөгддөг бөгөөд энэ нь цорын ганц чухал зүйл бол бүтэц юм.

Хоёр дахь онол: бид загвар өмсөгчид

Асуултанд хариулах өөр арга бий. Америкийн гүн ухаантан Даниел Деннетт "юм" гэсэн ойлголтыг "бодит загвар" гэсэн нэр томъёогоор солихыг санал болгов. Деннет болон түүний дагалдагчдын үзэж байгаагаар, хэрэв онолын тайлбарыг товчхондоо энгийн тайлбарыг ашиглан дахин давтаж чадвал бодит зүйл болно. Энэ нь хэрхэн ажилладагийг тайлбарлахын тулд муурыг жишээ болгон авч үзье.

Тэгэхээр бид мууртай. Техникийн хувьд бид үүнийг цаасан дээр (эсвэл бараг л) бүрдүүлсэн бөөмс бүрийн байрлалыг дүрсэлж, улмаар муурны диаграммыг зурж болно. Нөгөөтэйгүүр, бид өөрөөр хийж чадна: зүгээр л "муур" гэж хэлээрэй. Эхний тохиолдолд муурны дүр төрхийг бий болгох төдийгүй, хэрэв бид компьютерийн загварын тухай ярьж байгаа бол түүнийг хөдөлгөхөд асар их тооцоолох хүч хэрэгтэй болно. Хоёрдугаарт, бид зүгээр л гүнзгий амьсгаа аваад: "Муур өрөөг тойрон алхсан" гэж хэлэх хэрэгтэй. Муур бол жинхэнэ загвар өмсөгч юм.

Өөр нэг жишээ татъя. Зүүн чихний дэлбээ, Намибийн хамгийн том заан, Майлс Дэвисийн хөгжмийг багтаасан зохиолыг төсөөлөөд үз дээ. Энэ объектыг тооцоолоход маш их цаг хугацаа шаардагдана. Гэхдээ энэ гайхалтай мангасын аман тайлбар нь танд ижил хэмжээний мөнгө авах болно. Энэ нь богиносгож, хоёр үгээр хэлэх нь ажиллахгүй, учир нь ийм найрлага нь бодит бус, энэ нь байхгүй гэсэн үг юм. Энэ бол жинхэнэ загвар биш юм.

Энэ нь бид зүгээр л харж байгаа хүний харц дор гарч ирдэг түр зуурын бүтэц юм. Физикчид гал дээр тос нэмж, магадгүй эцсийн мөчид дэлхий юу ч биш юм шиг харагдах болно гэж хэлдэг. Одоохондоо бид бие биедээ болон эргэн тойрныхоо ертөнц рүү чиглэж, бүх зүйлийг үгээр дүрсэлж, нэрсийг тараах нь хэвээр байна. Загвар нь илүү төвөгтэй байх тусам бид түүний тайлбарыг шахаж, бодит болгодог. Орчлон ертөнцийн хамгийн нарийн төвөгтэй системүүдийн нэг болох хүний тархийг жишээ болгон авч үзье. Үүнийг товчхон тайлбарлахыг хичээ.

Үүнийг нэг үгээр тайлбарлахыг хичээ. Юу болсон бэ?