Io e la mia ombra: la meccanica quantistica sfida il concetto di personalità

2024 Autore: Malcolm Clapton | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 04:01

Perché sei tu? Come fai a sapere di essere una persona con un carattere e un modo di pensare unici? La meccanica quantistica ci consiglia di non essere così troppo sicuri di sé. È possibile che non siamo tutti così diversi come immaginiamo.

Martin Guerr e l'identità rubata

Conoscevi Martin Guerre? Questo è un contadino francese che una volta si è trovato in una situazione strana e spiacevole. Martin viveva in un piccolo villaggio. Quando il ragazzo aveva 24 anni, i suoi stessi genitori lo accusarono di aver rubato. Herr è stato costretto a lasciare la sua casa, a lasciare la moglie e il figlio. Otto anni dopo, l'uomo è tornato al suo villaggio natale, riunito alla sua famiglia. Tre anni dopo, la famiglia ebbe tre figli.

Tutto sembrava andare come al solito. Ma nel villaggio apparve un soldato straniero, il quale dichiarò di aver combattuto con Martin Gerr nell'esercito spagnolo e di aver perso una gamba in battaglia. La famiglia di Martin ha cominciato a dubitare che il loro parente fosse tornato a casa tre anni prima. Dopo un lungo processo, si è scoperto che l'identità di Guerra è stata "rapita" dall'avventuriero Arnault du Tilh. Il vero Martino subì infatti un'amputazione della gamba e fu nominato sinecuro in un monastero in Spagna. Tuttavia, il processo al "ladro di identità" fu così famoso che il vero Herr tornò nel suo villaggio natale. Il destino dell'avventuriero Arnaud du Thiel fu segnato da una breve condanna a morte. E lo stesso Martino accusò sua moglie di aiutare l'ingannatore, non credendo che una donna potesse non riconoscere il suo amato marito.

Questa storia ha entusiasmato le menti di scrittori e registi. Sulla base delle sue motivazioni, è stato girato un film, è stato messo in scena un musical e anche una serie TV è stata girata. Inoltre, una delle serie "The Simpsons" è dedicata a questa occasione. Tale popolarità è comprensibile: un tale incidente ci eccita, perché fa male sul vivo: le nostre idee sull'identità e sulla personalità.

Come possiamo essere sicuri di chi è veramente una persona, anche la più cara? Cosa significa identità in un mondo in cui nulla è permanente?

I primi filosofi hanno cercato di rispondere a questa domanda. Presumono che siamo diversi l'uno dall'altro nell'anima e che i nostri corpi sono solo burattini. Suona bene, ma la scienza ha rifiutato questa soluzione al problema e ha suggerito di cercare la radice dell'identità nel corpo fisico. Gli scienziati sognavano di trovare qualcosa a livello microscopico che distinguesse una persona dall'altra.

È un bene che la scienza sia accurata. Pertanto, quando diciamo "qualcosa a livello microscopico", intendiamo, ovviamente, i più piccoli elementi costitutivi del nostro corpo: molecole e atomi.

Tuttavia, questo percorso è più scivoloso di quanto possa sembrare a prima vista. Immagina Martin Guerr, per esempio. Avvicinati a lui mentalmente. Viso, pelle, pori… andiamo avanti. Avviciniamoci il più possibile, come se avessimo l'equipaggiamento più potente nel nostro arsenale. Cosa troveremo? Elettrone.

Particella elementare in una scatola

Herr era fatto di molecole, le molecole sono fatte di atomi, gli atomi sono fatti di particelle elementari. Questi ultimi sono fatti "dal nulla", sono i mattoni fondamentali del mondo materiale.

Un elettrone è un punto che letteralmente non occupa alcuno spazio. Ogni elettrone è determinato esclusivamente da massa, spin (momento angolare) e carica. Questo è tutto ciò che devi sapere per descrivere la "personalità" di un elettrone.

Cosa significa? Ad esempio, il fatto che ogni elettrone assomigli esattamente a qualsiasi altro, senza la minima differenza. Sono assolutamente identici. A differenza di Martin Guerr e del suo gemello, gli elettroni sono così simili da essere completamente intercambiabili.

Questo fatto ha alcune implicazioni piuttosto interessanti. Immaginiamo di avere una particella elementare A, che differisce dalla particella elementare B. Inoltre, siamo entrati in possesso di due scatole: la prima e la seconda.

Sappiamo anche che ogni particella deve trovarsi in una delle scatole in un dato momento. Poiché ricordiamo che le particelle A e B sono diverse l'una dall'altra, risulta che ci sono solo quattro opzioni per lo sviluppo degli eventi:

• A si trova nella casella 1, B si trova nella casella 2;
• A e B giacciono insieme nella casella 1;
• A e B giacciono insieme nella casella 2;
• A si trova nella casella 2, B si trova nella casella 1.

Si scopre che la probabilità di trovare due particelle contemporaneamente in una scatola è 1: 4. Ottimo, risolto.

Ma cosa succede se le particelle A e B non sono diverse? Qual è la probabilità di trovare due particelle nella stessa scatola in questo caso? Sorprendentemente, il nostro pensiero determina inequivocabilmente: se due particelle sono identiche, allora ci sono solo tre opzioni per lo sviluppo degli eventi. Dopotutto, non c'è differenza tra il caso in cui A si trova nella casella 1, B si trova nella casella 2, e il caso in cui B si trova nella casella 1, A si trova nella casella 2. Quindi la probabilità è 1: 3.

La scienza sperimentale conferma che il microcosmo obbedisce a una probabilità di 1:3. Cioè, se sostituissi l'elettrone A con un altro, l'Universo non noterebbe la differenza. E anche tu.

Elettroni furbi

Frank Wilczek, fisico teorico del Massachusetts Institute of Technology e premio Nobel, è giunto alla stessa conclusione che abbiamo appena fatto. Lo scienziato considera questo risultato non solo interessante. Wilczek ha affermato che il fatto che due elettroni siano assolutamente indistinguibili è la conclusione più profonda e importante della teoria quantistica dei campi.

Un colpo di controllo è un fenomeno di interferenza che "tradisce" un elettrone e ci mostra la sua vita segreta. Vedi, se ti siedi e fissi un elettrone, si comporta come una particella. Non appena ti allontani, mostra le proprietà di un'onda. Quando due di queste onde si sovrappongono, si amplificano o si indeboliscono a vicenda. Tieni presente che non intendiamo il concetto fisico, ma matematico di un'onda. Non trasferiscono energia, ma probabilità: influenzano i risultati statistici dell'esperimento. Nel nostro caso - alla conclusione dell'esperimento con due scatole, in cui abbiamo ottenuto una probabilità di 1: 3.

È interessante notare che il fenomeno dell'interferenza si verifica solo quando le particelle sono veramente identiche. Gli esperimenti hanno dimostrato che gli elettroni sono esattamente gli stessi: si verifica un'interferenza, il che significa che queste particelle sono indistinguibili.

A cosa serve tutto questo? Wilczek afferma che l'identità degli elettroni è esattamente ciò che rende possibile il nostro mondo. Senza questo, non ci sarebbe chimica. La materia non può essere riprodotta.

Se ci fosse qualche differenza tra gli elettroni, tutto si trasformerebbe in caos in una volta. La loro natura precisa e univoca è l'unica base per l'esistenza di questo mondo pieno di incertezze ed errori.

Bene. Diciamo che un elettrone non può essere distinto da un altro. Ma possiamo metterne uno nella prima casella, l'altro nella seconda e dire: "Questo elettrone sta qui, e quello è laggiù"?

"No, non possiamo", dice il professor Wilczek.

Non appena metti gli elettroni nelle scatole e distogli lo sguardo, cessano di essere particelle e iniziano a mostrare proprietà ondulatorie. Ciò significa che diventeranno infinitamente estesi. Per quanto strano possa sembrare, c'è la possibilità di trovare un elettrone ovunque. Non nel senso che si trova in tutti i punti contemporaneamente, ma nel fatto che hai una piccola possibilità di trovarlo ovunque se decidi improvvisamente di tornare indietro e iniziare a cercarlo.

È chiaro che è piuttosto difficile immaginarlo. Ma sorge una domanda ancora più interessante.

Gli elettroni sono così difficili o lo spazio in cui si trovano? E poi cosa succede a tutto ciò che ci circonda quando ci allontaniamo?

Paragrafo più difficile

Si scopre che puoi ancora trovare due elettroni. L'unico problema è che non si può dire: ecco l'onda del primo, ecco l'onda del secondo elettrone, e siamo tutti nello spazio tridimensionale. Non funziona nella meccanica quantistica.

Devi dire che c'è un'onda separata nello spazio tridimensionale per il primo elettrone e c'è una seconda onda nello spazio tridimensionale per il secondo. Alla fine, si scopre: sii forte! è un'onda a sei dimensioni che lega insieme due elettroni. Sembra orribile, ma poi capiamo: questi due elettroni non penzolano più, non si sa dove. Le loro posizioni sono chiaramente definite, o meglio, collegate da questa onda a sei dimensioni.

In generale, se prima pensavamo che ci sia spazio e cose in esso, allora, tenendo conto della teoria dei quanti, dovremo cambiare leggermente la nostra rappresentazione. Lo spazio qui è solo un modo per descrivere le interconnessioni tra gli oggetti, come gli elettroni. Pertanto, non possiamo descrivere la struttura del mondo come le proprietà di tutte le particelle messe insieme che lo compongono. Tutto è un po' più complicato: dobbiamo studiare le connessioni tra le particelle elementari.

Come puoi vedere, a causa del fatto che gli elettroni (e le altre particelle elementari) sono assolutamente identici tra loro, il concetto stesso di identità si sbriciola in polvere. Si scopre che dividere il mondo nelle sue componenti è sbagliato.

Wilczek dice che tutti gli elettroni sono identici. Sono una manifestazione di un campo che permea tutto lo spazio e il tempo. Il fisico John Archibald Wheeler la pensa diversamente. Crede che inizialmente ci fosse un elettrone, e tutti gli altri ne siano solo tracce, permeando il tempo e lo spazio. "Che sciocchezza! - puoi esclamare in questo posto. "Gli scienziati stanno fissando gli elettroni!"

Ma c'è un ma.

E se fosse tutta un'illusione? L'elettrone esiste ovunque e da nessuna parte. Non ha forma materiale. Cosa fare? E cos'è allora una persona che consiste di particelle elementari?

Non una goccia di speranza

Vogliamo credere che ogni cosa sia più della somma delle sue particelle costituenti. E se rimuovessimo la carica dell'elettrone, la sua massa e lo spin e ottenessimo qualcosa nel resto, la sua identità, la sua "personalità". Vogliamo credere che ci sia qualcosa che rende un elettrone un elettrone.

Anche se la statistica o l'esperimento non possono rivelare l'essenza di una particella, noi vogliamo crederci. In fondo poi c'è qualcosa che rende ogni persona unica.

Supponiamo che non ci sarebbe alcuna differenza tra Martin Gerr e il suo doppio, ma uno di loro sorriderebbe tranquillamente, sapendo che era quello vero.

Mi piacerebbe crederci molto. Ma la meccanica quantistica è assolutamente senza cuore e non ci farà pensare a ogni sorta di assurdità.

Non fatevi ingannare: se l'elettrone avesse una sua essenza individuale, il mondo si trasformerebbe in caos.

OK. Poiché gli elettroni e le altre particelle elementari non esistono realmente, perché esistiamo noi?

Teoria uno: siamo fiocchi di neve

Una delle idee è che ci sono molte particelle elementari in noi. Formano un sistema complesso in ognuno di noi. Sembra che il fatto che siamo tutti diversi sia una conseguenza di come il nostro corpo è costruito da queste particelle elementari.

La teoria è strana, ma bella. Nessuna delle particelle elementari ha una propria individualità. Ma insieme formano una struttura unica: una persona. Se vuoi, siamo come i fiocchi di neve. È chiaro che sono tutti acqua, ma il modello di ciascuno è unico.

La tua essenza è il modo in cui le particelle sono organizzate in te, non di cosa sei fatto esattamente. Le cellule del nostro corpo cambiano continuamente, il che significa che l'unica cosa che conta è la struttura.

Teoria due: siamo modelli

C'è un altro modo per rispondere alla domanda. Il filosofo americano Daniel Dennett ha suggerito di sostituire il concetto di "cosa" con il termine "modello reale". Secondo Dennett e i suoi seguaci, qualcosa è reale se la sua descrizione teorica può essere duplicata in modo più succinto - in poche parole, usando una semplice descrizione. Per spiegare come funziona, prendiamo un gatto come esempio.

Quindi, abbiamo un gatto. Tecnicamente, possiamo ricrearlo su carta (o virtualmente) descrivendo la posizione di ogni particella di cui è composto, e disegnare così un diagramma del gatto. D'altra parte, possiamo fare diversamente: basta dire "gatto". Nel primo caso, abbiamo bisogno di un'enorme potenza di calcolo non solo per creare l'immagine di un gatto, ma anche, diciamo, per farlo muovere, se stiamo parlando di un modello di computer. Nel secondo, dobbiamo solo fare un respiro profondo e dire: "Il gatto ha camminato per la stanza". Il gatto è un vero modello.

Facciamo un altro esempio. Immagina una composizione che includa il lobo dell'orecchio sinistro, il più grande elefante della Namibia e la musica di Miles Davis. Ci vorrà molto tempo per creare questo oggetto in modo computazionale. Ma la descrizione verbale di questo fantastico mostro ti porterà lo stesso importo. Non funzionerà per accorciare, per dire anche in due parole, perché una tale composizione è irreale, il che significa che non esiste. Questo non è un vero modello.

Si scopre che siamo solo una struttura momentanea che appare sotto lo sguardo di chi guarda. I fisici aggiungono benzina al fuoco e dicono che forse nel finale si scoprirà che il mondo è fatto di niente. Per ora, non resta che indicarci l'un l'altro e il mondo che ci circonda, descrivendo tutto a parole e distribuendo nomi. Più il modello è complesso, più dobbiamo comprimere la sua descrizione, rendendolo reale. Prendiamo, ad esempio, il cervello umano, uno dei sistemi più complessi dell'universo. Prova a descriverlo in poche parole.

Prova a descriverlo in una parola. Che succede?