Я и моя тень: квантовая механика ставит под сомнение понятие личности

Почему вы — это вы? Откуда вы знаете, что являетесь личностью с неповторимым характером и способом мышления? Квантовая механика советует нам не быть столь самоуверенными. Вполне возможно, что все мы не такие уж и разные, как себе представляем.

Мартен Герр и украденная личность

Знаете ли вы о Мартене Герре (Martin Guerre)? Это французский крестьянин, который однажды попал в странную и неприятную ситуацию. Мартин жил в небольшой деревне. Когда парню было 24 года, его собственные родители обвинили его в краже. Герр был вынужден покинуть свой дом, оставить жену и сына. Через восемь лет мужчина вернулся в родную деревню, воссоединившись с семьёй. Спустя три года в семье было уже трое детей.

Кажется, всё шло своим чередом. Но в деревне появился иностранный солдат, который заявил, что сражался вместе с Мартеном Герром в испанской армии и что тот потерял ногу в бою. Семья Мартена начала сомневаться, их ли родственник вернулся три года назад домой. После долгого судебного разбирательства оказалось, что личность Герра «похитил» авантюрист Арно дю Тиль (Arnault du Tilh). Настоящий Мартин действительно перенёс ампутацию ноги и был назначен на синекуру при монастыре в Испании. Однако судебный процесс над «похитителем личности» был настолько известным, что настоящий Герр вернулся в родную деревню. Судьба авантюриста Арно дю Тиля была решена коротким приговором к смертной казни. А сам Мартен обвинил жену в пособничестве обманщику, не поверив в то, что женщина могла не узнать своего любимого мужа.
Эта история будоражила умы литераторов и режиссёров. По её мотивам был снят фильм, поставлен мюзикл и даже снят сериал. Более того, одна из серий «Симпсонов» посвящена этому случаю. Такая популярность понятна: подобный инцидент будоражит нас, ведь задевает за живое — наши представления об идентичности и личности.
Как мы можем быть уверены в том, кем на самом деле является человек, пусть даже и самый родной? Что вообще означает идентичность в мире, где ничто не постоянно?
Первые философы пытались дать ответ на этот вопрос. Они предполагали, что мы отличаемся друг от друга душой, а наши тела — это лишь марионетки. Звучит неплохо, но наука отвергла этот вариант решения проблемы и предложила искать корень идентичности в физическом теле. Учёные грезили мечтой найти что-то на микроскопическом уровне, что отличало бы одного человека от другого.

Хорошо, что наука — штука точная. Поэтому, когда мы говорим «что-то на микроскопическом уровне», мы, конечно же, имеем в виду самые маленькие кирпичики нашего тела — молекулы и атомы.
Однако эта дорожка более скользкая, чем может показаться на первый взгляд. Представьте себе Мартена Герра, например. Мысленно приближайтесь к нему. Лицо, кожа, поры… идём дальше. Приблизимся максимально, будто у нас на вооружении есть самая мощная техника. Что мы обнаружим? Электрон.
Первые философы пытались дать ответ на этот вопрос. Они предполагали, что мы отличаемся друг от друга душой, а наши тела — это лишь марионетки. Звучит неплохо, но наука отвергла этот вариант решения проблемы и предложила искать корень идентичности в физическом теле. Учёные грезили мечтой найти что-то на микроскопическом уровне, что отличало бы одного человека от другого.
Хорошо, что наука — штука точная. Поэтому, когда мы говорим «что-то на микроскопическом уровне», мы, конечно же, имеем в виду самые маленькие кирпичики нашего тела — молекулы и атомы.
Однако эта дорожка более скользкая, чем может показаться на первый взгляд. Представьте себе Мартена Герра, например. Мысленно приближайтесь к нему. Лицо, кожа, поры… идём дальше. Приблизимся максимально, будто у нас на вооружении есть самая мощная техника. Что мы обнаружим? Электрон.

Элементарная частица в коробке

Герр был сделан из молекул, молекулы — из атомов, атомы состоят из элементарных частиц. Последние сделаны «из ничего», они основные строительные блоки материального мира.
Электрон — это точка, которая буквально не занимает никакого пространства вообще. Каждый электрон определяется исключительно массой, спином (моментом импульса) и зарядом. Это всё, что нужно знать, чтобы описать «личность» электрона.
Что это значит? Например, то, что каждый электрон выглядит точно так же, как и любой другой, без малейшего различия. Они абсолютно идентичны. В отличие от Мартена Герра и его двойника, электроны похожи настолько, что являются полностью взаимозаменяемыми.
У этого факта есть довольно занимательные последствия. Представим, что у нас есть элементарная частица А, которая отличается от элементарной частицы Б. Кроме того, мы разжились двумя коробками — первой и второй.
Ещё мы знаем, что каждая частица должна находиться в какой-либо из коробок в любой момент времени. Так как мы помним, что частицы А и Б отличаются друг от друга, то получается, что есть всего четыре варианта развития событий:
А лежит в коробке 1, Б лежит в коробке 2;
А и Б лежат вместе в коробке 1;
А и Б лежат вместе в коробке 2;
А лежит в коробке 2, Б лежит в коробке 1.
Получается, что вероятность найти сразу две частицы в одной коробке равна 1:4. Отлично, с этим разобрались.
/
Но что, если частицы А и Б не отличаются ничем? Какова вероятность найти две частицы в одной коробке в этом случае? Удивительно, но наше мышление безошибочно определяет: если две частицы идентичны, то вариантов развития событий всего три. Ведь нет никакой разницы между тем случаем, когда А лежит в коробке 1, Б лежит в коробке 2, и случаем, когда Б лежит в коробке 1, А лежит в коробке 2. Значит, вероятность равна 1:3.
Экспериментальная наука подтверждает, что микромир подчиняется вероятности 1:3. То есть, если бы вы заменили электрон А на любой другой, Вселенная не заметила бы разницы. И вы тоже.

Хитрые электроны

Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek), физик-теоретик из Массачусетского технологического института, лауреат Нобелевской премии, пришёл к такому же выводу, как и мы с вами только что. Этот результат учёный считает не просто интересным. Вильчек заявил: тот факт, что два электрона являются абсолютно неразличимыми, — это самый глубокий и важный вывод из квантовой теории поля.
Контрольный выстрел — явление интерференции, которое «предаёт» электрон и показывает нам его тайную жизнь. Видите ли, если сидеть и пристально смотреть на электрон, то он ведёт себя как частица. Стоит вам отвернуться, и он проявляет свойства волны. Когда две такие волны перекрываются, они усиливают или ослабляют друг друга. Только стоит учитывать, что мы имеем в виду не физическое, а математическое понятие волны. Они переносят не энергию, а вероятность — влияют на статистические результаты эксперимента. В нашем случае — на вывод из опыта с двумя коробками, в котором мы получили вероятность 1:3.
Интересно, что явление интерференции возникает только тогда, когда частицы действительно идентичны. Эксперименты показали, что электроны абсолютно одинаковые: интерференция возникает, а значит, эти частицы неразличимы.
К чему это всё? Вильчек говорит, что идентичность электронов — это именно то, что делает наш мир возможным. Без этого не существовало бы химии. Материю невозможно было бы воспроизвести.
Если бы между электронами существовала хоть какая-то разница, всё бы разом превратилось в хаос. Их точная и однозначная природа является единственной основой для того, чтобы этот полный неопределённостей и ошибок мир существовал.
Хорошо. Допустим, один электрон невозможно отличить от другого. Но мы же можем положить один в первую коробку, другой — во вторую и сказать: «Вот этот электрон лежит здесь, а тот — вон там»?
«Нет, не можем», — говорит профессор Вильчек.
Как только вы разложите электроны по коробкам и отвернётесь, они перестанут быть частицами и станут проявлять волновые свойства. Это значит, что они станут бесконечно протяжёнными. Как бы странно это ни звучало, но возникает вероятность найти электрон везде. Не в том смысле, что он находится сразу во всех точках, а в том, что у вас есть небольшой шанс найти его в любом месте, если вы вдруг решите повернуться обратно и начать его искать.
Понятно, что представить это довольно сложно. Но зато появляется ещё более интересный вопрос.
Это электроны такие хитрые или пространство, в котором они находятся? А что тогда происходит со всем, что находится вокруг нас, когда мы отворачиваемся?

Самый сложный параграф

Оказывается, найти два электрона всё-таки можно. Проблема только в том, что вы не можете сказать: вот волна первого, вот волна второго электрона, и все мы находимся в трёхмерном пространстве. Это не работает в квантовой механике.
Вам придётся сказать, что есть отдельная волна в трёхмерном пространстве для первого электрона и есть вторая волна в трёхмерном пространстве для второго. В итоге получается — крепитесь! — шестимерная волна, которая связывает два электрона воедино. Звучит ужасно, но зато мы понимаем: эти два электрона уже не болтаются неизвестно где. Их позиции чётко определены, а точнее, связаны этой шестимерной волной.
В общем, если раньше мы думали, что существует пространство и вещи в нём, то с учётом квантовой теории придётся слегка изменить своё представление. Пространство здесь — это лишь способ описать взаимные связи между предметами, например электронами. Поэтому и устройство мира мы не можем описать как свойства всех вместе взятых частиц, из которых он состоит. Всё немного сложнее: нам придётся изучать связи между элементарными частицами.
Как видим, из-за того, что электроны (да и остальные элементарные частицы) абсолютно одинаковы между собой, само понятие идентичности рассыпается в прах. Получается, делить мир на составляющие — неверно.
Вильчек говорит, что все электроны идентичны. Они являются проявлением одного поля, которое пронизывает всё пространство и время. Физик Джон Арчибальд Уилер (John Archibald Wheeler) думает иначе. Он считает, что изначально был один электрон, а все остальные — это всего лишь его следы, пронизывающие время и пространство. «Что за бред! — можно воскликнуть в этом месте. — Учёные же фиксируют электроны!»
Но есть одно но.
А вдруг это всё иллюзия? Электрон существует везде и нигде. Материальной формы у него нет. Что делать? И что тогда представляет собой человек, который состоит из элементарных частиц?

Ни капли надежды

Мы хотим верить, что каждая вещь — это нечто большее, чем сумма составляющих её частиц. Что, если бы мы удалили заряд электрона, его массу и спин и получили нечто в остатке, его идентичность, его «личность». Мы хотим верить в то, что существует нечто, делающее электрон электроном.
Пусть даже статистика или эксперимент не могут раскрыть сущность частицы, мы хотим верить в неё. Ведь тогда есть и то, что делает каждого человека неповторимым.
/
Допустим, не было бы никакого отличия между Мартеном Герром и его двойником, но один из них бы тихо улыбался, зная, что именно он настоящий.
Очень хочется в это верить. Но квантовая механика абсолютно бессердечна и не позволит нам думать о всякой чуши.
Не обманывайте себя: если бы у электрона была своя индивидуальная сущность, мир превратился бы в хаос.
Ладно. Раз электроны и другие элементарные частицы не очень-то существуют, то почему существуем мы?

Теория первая: мы снежинки

Одна из идей состоит в том, что элементарных частиц в нас очень много. Они образовывают сложную систему в каждом из нас. Похоже, то, что мы все разные, — следствие того, как именно выстраивается наше тело из этих элементарных частиц.
Теория странная, но красивая. Ни одна из элементарных частиц не обладает своей индивидуальностью. Но вместе они формируют неповторимое строение — человека. Если хотите, мы подобны снежинкам. Понятно, что все они вода, но узор каждой неповторим.
Ваша сущность — это то, как в вас организованы частицы, а не то, из чего именно вы состоите. Клетки в нашем теле постоянно меняются, а значит, единственное, что имеет значение, — это структура.

Теория вторая: мы модели

Есть и другой вариант ответа на вопрос. Американский философ Дэниел Деннет (Daniel Dennett) предложил заменить понятие «вещь» термином «реальная модель». По мнению Деннета и его последователей, нечто реально, если его теоретическое описание можно продублировать более кратко — в двух словах с помощью простого описания. Чтобы объяснить, как это работает, возьмём для примера кота.
Итак, у нас есть кот. Технически мы можем воссоздать его на бумаге (или виртуально), описав положение каждой частицы, из которой он состоит, и составить таким образом схему кота. С другой стороны, мы можем поступить иначе: просто сказать «кот». В первом случае нам нужны огромные вычислительные мощности, чтобы не только создать образ кота, но и, допустим, заставить его двигаться, если мы говорим о компьютерной модели. Во втором нам нужно просто вдохнуть поглубже и сказать: «Кот прошёлся по комнате». Кот — это реальная модель.
Возьмём другой пример. Представьте себе композицию, которая состоит из мочки левого уха, самого крупного слона в Намибии и музыки Майлза Дэвиса (Miles Davis). Чтобы создать этот объект вычислительными методами, потребует масса времени. Но столько же у вас займёт и словесное описание этого фантастического монстра. Сократить не получится, сказать двумя словами тоже, потому что такая композиция нереальна, а значит, не существует. Это не является реальной моделью.
Получается, мы лишь сиюминутная структура, которая возникает под взглядом смотрящего. Физики подливают масла в огонь и говорят, что, возможно, в финале окажется, что мир вообще сделан из ничего. Пока что нам остаётся указывать друг на друга и мир вокруг себя, описывая всё словами и раздавая имена. Чем сложнее модель, тем сильнее нам приходится сжимать её описание, делая её реальной. Возьмём, к примеру, человеческий мозг — одну из самых сложных систем во Вселенной. Попробуйте его описать в двух словах.
Попробуйте описать его одним словом. Что получится?

«Я».

исходник: Your text to link...