Eu e minha sombra: a mecânica quântica desafia o conceito de personalidade

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 04:08

Por que você está? Como você sabe que é uma pessoa com um caráter e uma forma de pensar únicos? A mecânica quântica nos aconselha a não ser tão confiantes. É possível que não sejamos todos tão diferentes quanto imaginamos.

Martin Guerr e a identidade roubada

Você sabia sobre Martin Guerre? Este é um camponês francês que uma vez se viu em uma situação estranha e desagradável. Martin morava em uma pequena aldeia. Quando o menino tinha 24 anos, seus próprios pais o acusaram de roubo. Herr foi forçado a deixar sua casa, deixar sua esposa e filho. Oito anos depois, o homem voltou à sua aldeia natal, reunindo-se com sua família. Três anos depois, a família teve três filhos.

Tudo parecia correr normalmente. Mas um soldado estrangeiro apareceu na aldeia, que declarou que havia lutado com Martin Gerr no exército espanhol e que havia perdido a perna em batalha. A família de Martin começou a duvidar se seu parente havia voltado para casa três anos atrás. Após um longo julgamento, descobriu-se que a identidade de Guerra foi "sequestrada" pelo aventureiro Arnault du Tilh. O verdadeiro Martin sofreu de fato uma amputação de perna e foi nomeado para uma sinecura em um mosteiro na Espanha. No entanto, o julgamento do "ladrão de identidade" foi tão famoso que o verdadeiro Herr voltou à sua aldeia natal. O destino do aventureiro Arnaud du Thiel foi selado por uma curta sentença de morte. E o próprio Martin acusou sua esposa de ajudar o enganador, não acreditando que uma mulher pudesse não reconhecer seu amado marido.

Essa história empolgou a mente de escritores e diretores. Com base em seus motivos, foi feito um filme, um musical foi encenado e até uma série de TV foi rodada. Além disso, uma das séries "Os Simpsons" é dedicada a esta ocasião. Essa popularidade é compreensível: tal incidente nos excita, porque dói muito - nossas idéias sobre identidade e personalidade.

Como podemos ter certeza de quem realmente é uma pessoa, mesmo a mais querida? O que identidade significa em um mundo onde nada é permanente?

Os primeiros filósofos tentaram responder a essa pergunta. Eles presumiram que somos diferentes uns dos outros na alma e que nossos corpos são apenas fantoches. Parece bom, mas a ciência rejeitou essa solução para o problema e sugeriu procurar a raiz da identidade no corpo físico. Os cientistas sonhavam em encontrar algo no nível microscópico que pudesse distinguir uma pessoa de outra.

É bom que a ciência seja precisa. Portanto, quando dizemos “algo no nível microscópico”, é claro que nos referimos aos menores blocos de construção de nosso corpo - moléculas e átomos.

No entanto, esse caminho é mais escorregadio do que pode parecer à primeira vista. Imagine Martin Guerr, por exemplo. Aproxime-se dele mentalmente. Rosto, pele, poros … vamos em frente. Vamos chegar o mais perto possível, como se tivéssemos o equipamento mais potente do nosso arsenal. O que vamos encontrar? Elétron.

Partícula elementar em uma caixa

Herr era feito de moléculas, as moléculas são feitas de átomos, os átomos são feitos de partículas elementares. Os últimos são feitos "do nada", eles são os blocos básicos de construção do mundo material.

Um elétron é um ponto que literalmente não ocupa nenhum espaço. Cada elétron é determinado apenas pela massa, spin (momento angular) e carga. Isso é tudo que você precisa saber para descrever a "personalidade" de um elétron.

O que isso significa? Por exemplo, o fato de que cada elétron se parece exatamente com qualquer outro, sem a menor diferença. Eles são absolutamente idênticos. Ao contrário de Martin Guerr e seu gêmeo, os elétrons são tão semelhantes que são completamente intercambiáveis.

Esse fato tem algumas implicações bastante interessantes. Vamos imaginar que temos uma partícula elementar A, que difere da partícula elementar B. Além disso, pegamos duas caixas - a primeira e a segunda.

Também sabemos que cada partícula deve estar em uma das caixas a qualquer momento. Uma vez que lembramos que as partículas A e B são diferentes umas das outras, verifica-se que existem apenas quatro opções para o desenvolvimento de eventos:

• A está na caixa 1, B está na caixa 2;
• A e B estão juntos na caixa 1;
• A e B estão juntos na caixa 2;
• A está na caixa 2, B está na caixa 1.

Acontece que a probabilidade de encontrar duas partículas ao mesmo tempo em uma caixa é 1: 4. Ótimo, resolvi isso.

Mas e se as partículas A e B não forem diferentes? Qual é a probabilidade de encontrar duas partículas na mesma caixa neste caso? Surpreendentemente, nosso pensamento determina inequivocamente: se duas partículas são idênticas, então existem apenas três opções para o desenvolvimento dos eventos. Afinal, não há diferença entre o caso em que A está na caixa 1, B está na caixa 2 e o caso em que B está na caixa 1, A está na caixa 2. Portanto, a probabilidade é 1: 3.

A ciência experimental confirma que o microcosmo obedece a uma probabilidade de 1: 3. Ou seja, se você substituísse o elétron A por qualquer outro, o Universo não notaria a diferença. E você também.

Elétrons astutos

Frank Wilczek, físico teórico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e ganhador do Prêmio Nobel, chegou à mesma conclusão que acabamos de chegar. O cientista considera esse resultado não apenas interessante. Wilczek afirmou que o fato de que dois elétrons são absolutamente indistinguíveis é a conclusão mais profunda e mais importante da teoria quântica de campos.

Um tiro de controle é um fenômeno de interferência que "trai" um elétron e nos mostra sua vida secreta. Veja, se você se sentar e olhar fixamente para um elétron, ele se comportará como uma partícula. Assim que você se afasta, ele mostra as propriedades de uma onda. Quando duas dessas ondas se sobrepõem, elas se amplificam ou enfraquecem. Basta ter em mente que não queremos dizer o conceito físico, mas o conceito matemático de uma onda. Eles transferem não energia, mas probabilidade - eles afetam os resultados estatísticos do experimento. No nosso caso - para a conclusão do experimento com duas caixas, em que obtivemos uma probabilidade de 1: 3.

Curiosamente, o fenômeno de interferência ocorre apenas quando as partículas são verdadeiramente idênticas. Experimentos mostraram que os elétrons são exatamente iguais: ocorre interferência, o que significa que essas partículas são indistinguíveis.

Para que serve tudo isso? Wilczek diz que a identidade dos elétrons é exatamente o que torna nosso mundo possível. Sem isso, não haveria química. A matéria não pode ser reproduzida.

Se houvesse alguma diferença entre os elétrons, tudo se transformaria em caos ao mesmo tempo. Sua natureza precisa e inequívoca é a única base para a existência deste mundo cheio de incertezas e erros.

Boa. Digamos que um elétron não possa ser distinguido de outro. Mas podemos colocar um na primeira caixa, o outro na segunda e dizer: "Este elétron está aqui e aquele ali"?

“Não, não podemos”, diz o professor Wilczek.

Assim que você coloca elétrons em caixas e desvia o olhar, eles deixam de ser partículas e começam a exibir propriedades de onda. Isso significa que eles se tornarão infinitamente estendidos. Por mais estranho que possa parecer, existe a possibilidade de encontrar um elétron em todos os lugares. Não no sentido de que ele está localizado em todos os pontos ao mesmo tempo, mas no fato de que você tem uma pequena chance de encontrá-lo em qualquer lugar se de repente decidir voltar e começar a procurá-lo.

É claro que é bastante difícil imaginar isso. Mas surge uma questão ainda mais interessante.

Os elétrons são tão complicados ou o espaço em que estão? E então o que acontece com tudo que está ao nosso redor quando nos afastamos?

Parágrafo mais difícil

Acontece que você ainda pode encontrar dois elétrons. O único problema é que você não pode dizer: aqui está a onda do primeiro, aqui está a onda do segundo elétron e estamos todos no espaço tridimensional. Não funciona na mecânica quântica.

Você tem que dizer que há uma onda separada no espaço tridimensional para o primeiro elétron e há uma segunda onda no espaço tridimensional para o segundo. No final das contas - seja forte! é uma onda de seis dimensões que une dois elétrons. Parece horrível, mas então entendemos: esses dois elétrons não estão mais pendurados, ninguém sabe onde. Suas posições são claramente definidas, ou melhor, ligadas por esta onda de seis dimensões.

Em geral, se antes pensávamos que havia espaço e coisas nele, então, levando em consideração a teoria quântica, teríamos que mudar ligeiramente nossa representação. O espaço aqui é apenas uma maneira de descrever as interconexões entre objetos, como elétrons. Portanto, não podemos descrever a estrutura do mundo como as propriedades de todas as partículas tomadas em conjunto que o constituem. Tudo é um pouco mais complicado: temos que estudar as conexões entre as partículas elementares.

Como você pode ver, devido ao fato de que os elétrons (e outras partículas elementares) são absolutamente idênticos uns aos outros, o próprio conceito de identidade se desintegra em pó. Acontece que dividir o mundo em seus componentes é errado.

Wilczek diz que todos os elétrons são idênticos. Eles são a manifestação de um campo que permeia todo o espaço e tempo. O físico John Archibald Wheeler pensa de forma diferente. Ele acredita que inicialmente havia um elétron e todos os outros são apenas vestígios dele, permeando o tempo e o espaço. "Que absurdo! - você pode exclamar neste lugar. "Os cientistas estão fixando elétrons!"

Mas há um mas.

E se for tudo uma ilusão? O elétron existe em todo lugar e em lugar nenhum. Ele não tem forma material. O que fazer? E o que é então uma pessoa que consiste em partículas elementares?

Nem uma gota de esperança

Queremos acreditar que cada coisa é mais do que a soma de suas partículas constituintes. E se removêssemos a carga do elétron, sua massa e spin e obtivéssemos algo no restante, sua identidade, sua "personalidade". Queremos acreditar que existe algo que transforma um elétron em um elétron.

Mesmo que as estatísticas ou experimentos não possam revelar a essência de uma partícula, queremos acreditar nela. Afinal, existe algo que torna cada pessoa única.

Suponha que não haja diferença entre Martin Gerr e seu sósia, mas um deles sorria baixinho, sabendo que ele é o verdadeiro.

Eu gostaria muito de acreditar nisso. Mas a mecânica quântica é absolutamente cruel e não nos permite pensar em todos os tipos de tolices.

Não se engane: se o elétron tivesse sua própria essência individual, o mundo se transformaria em um caos.

OK. Já que elétrons e outras partículas elementares não existem realmente, por que existimos?

Teoria um: nós somos flocos de neve

Uma das ideias é que existem muitas partículas elementares em nós. Eles formam um sistema complexo em cada um de nós. Parece que o fato de sermos todos diferentes é uma consequência de como nosso corpo é construído a partir dessas partículas elementares.

A teoria é estranha, mas bonita. Nenhuma das partículas elementares tem individualidade própria. Mas juntos eles formam uma estrutura única - uma pessoa. Se quiser, somos como flocos de neve. É claro que são todos água, mas o padrão de cada um é único.

Sua essência é como as partículas são organizadas em você, não exatamente do que você é feito. As células do nosso corpo mudam constantemente, o que significa que a única coisa que importa é a estrutura.

Teoria dois: somos modelos

Existe outra maneira de responder à pergunta. O filósofo americano Daniel Dennett sugeriu substituir o conceito de "coisa" pelo termo "modelo real". De acordo com Dennett e seus seguidores, algo é real se sua descrição teórica pode ser duplicada de forma mais sucinta - em poucas palavras, usando uma descrição simples. Para explicar como isso funciona, vamos pegar um gato como exemplo.

Então, nós temos um gato. Tecnicamente, podemos recriá-lo no papel (ou virtualmente), descrevendo a posição de cada partícula que o compõe e, assim, traçar um diagrama do gato. Por outro lado, podemos fazer de forma diferente: basta dizer "gato". No primeiro caso, precisamos de um grande poder de computação não apenas para criar a imagem de um gato, mas também, digamos, para fazê-lo se mover, se estivermos falando de um modelo de computador. No segundo, basta respirar fundo e dizer: "O gato andou pela sala." O gato é um modelo real.

Vamos dar outro exemplo. Imagine uma composição que inclui o lóbulo da orelha esquerda, o maior elefante da Namíbia e a música de Miles Davis. Levará muito tempo para criar este objeto computacionalmente. Mas a descrição verbal desse monstro fantástico levará você da mesma forma. Não funcionará encurtar, para dizer em duas palavras, também, porque tal composição é irreal, o que significa que não existe. Este não é um modelo real.

Acontece que somos apenas uma estrutura momentânea que aparece sob o olhar de quem vê. Os físicos colocam lenha na fogueira e dizem que talvez no final se descubra que o mundo não é feito de nada. Por enquanto, resta-nos apontar uns para os outros e para o mundo ao nosso redor, descrevendo tudo em palavras e distribuindo nomes. Quanto mais complexo o modelo, mais temos que compactar sua descrição, tornando-o real. Considere, por exemplo, o cérebro humano, um dos sistemas mais complexos do universo. Tente descrevê-lo em poucas palavras.

Tente descrevê-lo em uma palavra. O que acontece?