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量子力学は人間のアイデンティティを裁判にかけています

「原理的にも、電子にアリバイを要求することはできません!」
Hermann Weyl、群論と量子力学 (1950)

Martin Guerre の話を聞いたことがありますか?

彼は花嫁と生まれたばかりの息子と一緒に、フランス南西部のピレネー山脈の麓にある小さな村、アルティガットに住んでいました。 1548 年、24 歳のとき、両親から窃盗の疑いをかけられたマルティン ゲレは、家族を残して姿を消しました。 8 年後、両親が亡くなった後、ゲレは家に帰り、妻、息子、そして村の仲間たちと再会しました。

次の 3 年間で、ゲレと妻のベルトランデにはさらに 2 人の子供が生まれました。外国人兵士が町にやって来て、戻ってきた男は本物のマルティン・ゲールではなく、アルノー・デュ・ティルという詐欺師であると主張するまで、すべては順調に進んでいました。告発者は、スペイン軍でゲレと一緒に戦ったと主張し、ゲレは戦いで足を失ったと述べた.ベルトランデは告発を無視し、彼女が一緒に暮らしていた男が、そしていつも彼女の夫であったことを確信していた.しかしすぐに、ゲレの叔父とベルトランデの継父が、その男がゲレの身元を偽造したとして告発し、彼を裁判にかけた.

これは、映画、ミュージカル、歴史小説、テレビ シリーズ、シンプソンズ エピソード—それは常に生の神経を打つからです:私たちのアイデンティティの概念が不安定であるという感覚があります.身近な人であっても、どうすればその人が誰であるかを確認できますか?自分が誰であるか、または それ をどのように確認できますか 私たちです?絶え間なく変化する世界で、アイデンティティは何を意味するのでしょうか?

初期のバイタリストの哲学者たちはすぐに答えを出しました。私たち一人一人は神聖な魂によって区別され、私たちの肉体は目に見えない自己によって動かされた操り人形にすぎません。しかし、科学はこの答えを侵食し、身体自体にアイデンティティを求めました。顕微鏡レベルでは、還元主義者の夢を約束します。私たち一人一人を他の人と区別する何かがなければなりません.分子と原子でできた、私たちのアイデンティティのための厳格な基盤です。

しかし、その道は思ったよりもはるかに不安定です。法廷に立っているゲレに視線を向けてください。ズームインします。彼の顔、肌、毛穴をよく見てください。彼の最も基本的な構成要素に掘り下げます。あそこ:あの電子が見えますか?それはゲレ自身のビルディングブロックです。しかし、ゲレの代わりに電子を裁判にかけたらどうなるでしょうか?

はい、私たちは皆、素粒子を法則の限界まで試してみることの奇妙さに笑うことができます.はい、私たちは皆、うんざりするほどのダジャレを期待できます。今すぐ邪魔にならないようにしましょう。部屋の空気は電気 .被告は起訴される なりすまし詐欺の重大犯罪で。良い。先に進みましょう。

裁判官は小槌を叩き、法廷に命令を下します。 12 人の陪審員が注目を集めています。被告はその席で身もだえし、弁護人は悔しがり、スケッチ アーティストは苛立ちを覚えます。

電子 — 任意の 電子は素粒子です。つまり、既知の部分構造がありません。ゲールは分子でできていて、分子は原子でできていて、原子は素粒子でできていましたが、素粒子は線の終わりです。それらは何もないものでできており、物質世界の最も基本的な構成要素です。電子は点であり、文字通りまったくスペースを占有しません。すべての電子は、その質量 (小さい)、そのスピン (1/2)、およびその電荷 (負) によってのみ定義されます。これらの 3 つの機能は、全体で構成されています 電子の完全かつ包括的な同一性。空間的な広がりが必要なため、それ以上の属性を収容する余地がありません。

これは何を意味するのでしょうか?すべての電子は、他のすべての電子の正確なスピッティング イメージであり、実際にそうであるように、最も小さな偏差でさえ、わずかな余裕さえありません。ゲレのような合成された巨視的な物体や、私たちの日常の経験の他のものとは異なり、電子は、奇妙にそうであるとしても、単に似ているだけでなく、深く、深く同一です。 —交換可能、代替可能、単なるプレースホルダー、「electron」と書かれた空のラベル、それ以上のもの。

これには、かなり興味深い、そして測定可能な結果がいくつかあります。次の例を考えてみましょう:2 つの素粒子 A と B と 2 つのボックスがあり、各粒子は常に 2 つのボックスのいずれかにある必要があることがわかっています。 A と B が類似しているが異なると仮定すると、セットアップでは 4 つの可能性が考えられます。A がボックス 1 にあり、B がボックス 2 にある、A と B が両方ともボックス 1 にある、A と B が両方ともボックス 2 にある、または A がボックス 2 にあるボックス 2 と B はボックス 1 にあります。確率の規則によると、これらの構成のそれぞれで 2 つの粒子を見つける可能性は 4 分の 1 です。

一方、粒子 A と B が真に同一である場合 その場合、A がボックス 1 にあり、B がボックス 2 にある、または B がボックス 1 にあり、A がボックス 2 にあると言うことに文字通り違いはないからです。は、もともと 2 つの異なる可能性と考えられていましたが、実際にはまったく同じものです。現在、考えられる構成は 3 つだけであり、確率は、それらのいずれかで粒子を発見する可能性を 3 分の 1 に割り当てます。

実験は、マイクロワールドが 3 分の 1 の統計に従うことを確認しています。被告人を同じ種類の別の人と交換します—宇宙は何の違いも記録しませんし、私たちも同様です.

防御のために1点を獲得してください。この点を強調するために、被告側弁護士は、専門家の証言を求めて、マサチューセッツ工科大学の理論物理学者である Frank Wilczek をスタンド 1 に呼び出します。専門家としての彼の地位を確立するために、弁護人はウィルチェクの資格を記録に挙げています。無数の本や科学論文が出版され、受賞歴が長引いています。 「ああ」と弁護士は微笑みます。「そしてノーベル賞です」検察官はしぶしぶ感銘を受けた様子です。

「博士。 Wilczek」と弁護人が始めます。 「あなたは、場の量子論の唯一の最も深遠な結果であると信じていることを述べました。それが何であるかを法廷で繰り返していただけますか?」

物理学者はマイクに身を乗り出します。 「その 2 つの電子は区別できません」と彼は言います。

見分けがつかない最大の要因であり、3 分の 1 の統計の直接的な結果は、干渉です。干渉は電子の秘密の生命を裏切る、と Wilczek は説明する。観察すると、常に電子が粒子粒子であることがわかりますが、そうでない場合 それを見ると、電子は波の性質を持っています。 2 つの波が重なり合うと、それらの位相が一致する場所で追加と増幅が行われ、山と山、谷と谷が干渉し、同期していない場所で相殺と消去が行われます。これらの干渉波は、物質媒体をうねる物理的な波ではなく、波動関数と呼ばれる数学的な波です。物理波がその振幅でエネルギーを運ぶ場合、波動関数は確率を運びます。したがって、これらの波を直接観察することはありませんが、干渉の結果は、確率と実験の統計結果にどのように影響するかを簡単に確認できます。数を数えるだけです。

重要な点は、真に同一で見分けがつかないものだけが干渉するということです。粒子、経路、プロセスなど、それらを区別する方法を見つけた瞬間、干渉は消え、隠れた波が粒子の形で突然現れます。 2 つの粒子が干渉を示す場合、それらが同一であることを絶対的な確信をもって知ることができます。案の定、実験に次ぐ実験は疑いの余地なくそれを証明しました:電子は干渉します。それらが同一であるのは、愚かさや視力の悪さのためではなく、深く、根本的に、本質的に見分けがつかないためです。

これはマイナーな技術ではありません。それは、量子の奇妙な世界と私たちの経験の通常の世界との間の核心的な違いです.電子の見分けがつかないことが「化学を可能にするもの」であると Wilczek は言う。 「それが物質の再現可能な振る舞いを可能にするものです。」電子が識別可能で、わずかな違いで連続的に変化する場合、すべてがカオスになります。エラーの多い世界でエラーに寛容になるのは、離散的で明確なデジタルの性質です。

それらが同一であるということは、一般的に電子について話すことはできますが、特定の電子については何も述べることができないということです。 「電子が 2 つあり、後で 2 つの電子を観察したとしても、中間段階でそれらを観察しなかった場合、どちらが元々どちらであったかはわかりません」と Wilczek は言います。 「混乱しているだけではありません。原則として、どちらがどちらであるかを判断することは不可能です。」

ニューメキシコ州サンタフェにあるセント ジョンズ カレッジの物理学者、歴史家、ミュージシャンであるピーター ペシックは、次のように述べています。しかし、序数を与えることはできませんでした。」カーディナル ナンバーは数を数えるものです。 5 電子。序数は順序番号です—最初3番目4番目5番目 .序数を持たない基数を持つことができるということは、グループにラベルを付けることができるが、その個々のメンバーにはラベルを付けることができないということです。つまり、そのメンバーはまったく個人ではないということです。 「これは非常に驚くべきことです」と Pesic 氏は続けました。顕微鏡レベルでは、それは真実ではありません。あなたは他なしで1つを持っています。」

検察官は証人台の前をゆっくりと行ったり来たりしながら、反対尋問を考えている。おそらく、電子は固有の特徴ではなく、空間内の位置によって区別できるのではないかと彼は示唆しています。 2 つの電子があらゆる点で同一であったとしても、1 つが ここ にあるという事実だけで、それらを区別することができます。 そして他のそこ 、できませんか?

Wilczek の答えは単純な「いいえ」です。微粒子は空間の特定の点を占めているように見えますが、波はその性質上、そうではありません。そのため、私たちの電子のような粒子が見過ごされると、拡散して場所がなくなります。それらの波動関数は、空間の特定の領域に集中していますが、無限に広がるため、誰かがそれを探しに行くことにした場合、それらの粒子の性質がどこにでも現れる可能性は常にゼロではありません.

誰も見ていないとき、電子はどこにもありません 、しかし、さまざまな場所で見つかる可能性があるだけです。非常に奇妙な事実であるため、非常によこしまなのが電子なのか、それとも宇宙そのものなのか疑問に思わずにはいられません。私たちが見ていないとき、宇宙はどうなりますか?単に落ちますか?

Wilczek は次のように述べています。それぞれが 3 次元空間に住んでいます。あなたは本当に 6 を持っています 2つの電子を埋めることができる2つの位置を持つ次元の波動関数. 6 次元の波動関数は、特定の位置で各電子を見つける確率が独立していないことを意味します。つまり、それらは絡み合っています。

昔ながらの見方では、スペースがあり、そこに物を入れていました。量子の見方では、私たちは電子のようなものを持っており、それらの間の複雑な関係と相互依存のセットを説明する方法として空間が出現し、「ここ」と「そこ」のような局所的な点が氷山の一角のように覗き込んでいます.

2 つの粒子が絡み合っている場合、それらの特性—それらの アイデンティティ —どちらの粒子にも個別に存在するのではなく、それらの間の関係に存在します。これは、アインシュタインが「離れた不気味な行動」と呼んだものでそれを迂回して、通常の空間の制約を誇示する関係です。ブリストル大学の哲学者ジェームズ・レディーマンは、「物質の粒子が絡み合っていることが多いという問題を抱えています。 「世界の状態は、すべての粒子の状態として個別に書くことはできません。それらはすべて一緒に結ばれています。」

すべての粒子の電子の同一性は、物の概念だけでなく空間の概念も無力にし、それらが同じ弱いコインの反対側であることを明らかにします。世界をパーツに分割する方法に何か問題があるという手がかりです。一種のホリズム、根底にあるワンネスへの手がかり。

Wilczek のように、1 つのフィールドを言う人もいます。すべての電子が同じように見えることは謎ではないと彼は言います。なぜなら、それらはすべて、すべての空間、すべての時間に浸透する、1 つの同一の基礎となる電子場の一時的な励起であるからです。物理学者のジョン・アーチボルド・ウィーラーのような他の人は、粒子は 1 つだと言います。彼は、おそらく電子は 1 つしかないため見分けがつかないが、それは空間と時間の複雑な経路をたどるので、いつでも多くのように見えると示唆した. 17 世紀の哲学者であるゴットフリート ライプニッツは、2 つのことを区別できない場合、それらは 2 つのことではないという、認識できないものの同一性の原則を提唱しました。一方では、電子は原理に反論しているように見えます。もう一方では、おそらく粒子の多様性、または世界の多様性です。 —は一種のファンハウス イリュージョンです。

時間は、すべてが一度に起こるのを妨げていると言われています。同じように、空間はすべてが 1 つにならないようにするものです。Wheeler の言葉を借りれば、「すべてが私に起こるのを妨げるもの」です。しかし、量子の領域では、空間によって提供された足場が後退し、それとともにアイデンティティとモノのすべての概念が後退し、それとともに存在の複数性が後退します。電子はどこにでもあり、電子はどこにもありません。形のない逃亡者。無法者のsans アリバイ。

そして、明らかに、定義上、身元詐欺の罪はありません。しかし、それが構築する人間はどうなるでしょうか?

ズームアウトします。

ゲールの妻であるベルトランデは、夫が詐欺師であるとは信じていませんでした。しかし、彼の裁判中に彼女は考えを変え、Martin Guerre であると主張する男性は彼らの初期の関係の多くの親密な詳細を知っていたが、彼は彼女が結婚した男性ではないと判断した.それでも、論争中のゲールが彼女の方を向いて、彼が婚約者ではないと彼女が誓うなら、彼は自分の処刑に喜んで同意するだろうと賭けたとき、ベルトランデは黙っていた.現在アルノー・デュ・ティルであると判断されているマルティン・ゲールは有罪判決を受け、斬首による死刑を宣告されました。

運命の男はトゥールーズで彼の訴訟を上訴し、彼が実際には真のマルティン・ゲールであると主張した.彼は非常に説得力のある主張を行ったので、控訴裁判所の裁判官は彼を無罪にする準備ができていました。誰もが驚いたことに、本物のマーティン・ゲレであると主張する男が法廷に現れました。彼は木製の足で歩いていることを除いて、被告人と非常によく似ていました。このマーティン・ゲールは、彼の以前の結婚について説得力のある個人的な詳細を思い出すことができませんでしたが、ゲールの家族と町民はすぐに確信しました:これ マルティン・ゲレでした。ベルトランデが夫に許しを請う間、裁判にかけられた男は斬首の罪で連行された.

その決定において、裁判所は、du Tilh は Martin Guerre ではないと判断しました。しかし、マルティン・ゲレであるとはどういう意味ですか?それは粘り強い行為です。それは、アインシュタインが世界線と呼んだ完璧な忠実さと逸脱のないものに従って、空間と時間のあらゆる瞬間のマーティン・ゲレに滑らかでシームレスな軌道で接続することです.

もう一度ズームインします。 Guerre は基本的な粒子で構成されていますが、それらのワードラインはまったく線ではなく、奇妙で分断された裂け目によって区切られた一連の点にすぎません。エレクトロンの世界線は、Wheeler の言葉を借りれば、明確な頭と明確な尾を持ち、その間に蒸気しかない巨大なスモーキー ドラゴンです。 「私たちが現実と呼んでいるものは、観察のためのいくつかの鉄の柱で構成されており、その間を想像力と理論の精巧な張り子の構築によって埋めています。」

私たちは、物事は部分の総和以上のものであると信じたいと思っています。電子の電荷、その質量、そのスピンを取り除くと、何かが残って、ハゲ電子、多量体が生じるということ 、哲学者が言うように、原始的なこれ。 これであることには何か意味があると信じたい それではなく電子 、たとえ観察、実験、または統計がそれを明らかにできなかったとしても。原始的な私たちのを信じたいので、原始的なthisnessを信じたい ネス—いつの日か、私たちの分身、あらゆる細部、あらゆる夢に至る完璧なクローン、最も目の肥えた観察者でさえもまったく見分けがつかないものに出会ったとしても、ここの内側には、私たちのように感じる何かがまだあるでしょう.私たちの二重ではなく、目に見えず、言いようのない違いですが、真実です。 2 人のマーティン ゲレスの間にまったく違いがなかったとしても、という秘密の知識の中で、1 人はまだ自分自身に微笑んでいたでしょう。

私たちはそれを信じたいと思っていますが、量子力学はそれを許しません。 「私たちは、私たちの識別可能性が私たちの物質的物質に内在するものだと思い込んでいますが、それは私たちの大きな誤解です」と Pesic は言います。それが他のものと干渉するとき、電子の多幸性はどうなるのだろうか?認識論は存在論を指示します。したがって、ヘクシーとは一種の哲学者による魂の表現であり、慰めであり、幻想である可能性がますます高まっているように思われます。神話や宗教では、私たちは一体性を求めます。消えてしまうほどではありません。

では、私たちを構成する素粒子が実際には物体として存在しない場合、私たちはどのようにして

「電子がますます多くなると、それらが一緒になって形成される状態は、ますます明確になり始めます」とペシッチは言いました。 「あなたと私が何らかのアイデンティティーを持っている理由は、私たちが非常に多くの見分けがつかない構成要素で構成されているからです。 状態です それは私たちの重要性ではなく、区別できます。」

「それは奇妙で美しいアイデアです」とペシッチは続けます。 「私たちの構成要素の 1 つも、電子も陽子も、その上に何らかのスタンプを持っていません。しかし、それらが一緒に存在する状態は十分に複雑になり、同じ見分けがつかない電子と陽子で構成されている他のすべての人の状態と区別できるようになります。」

「私のもの 私が何からできているかではなく、私がどのように組織されているかです」とレディマンは言います。 「しかしもちろん、私たちは体の細胞が常に入れ替わっていることを知っているので、とにかくそれを知っています.重要なのは、それが構成されている物質ではなく、構造の機能的な編成です。」

はい、私たちはこれを知っています、私たちは物理的な流動のエンティティであり、私たちの体はテセウスの船であり、夜にパラドックスのように通過します.それでも私たちは、ある瞬間に自分自身のスナップショットを撮ると、何かでできていることがわかると信じがちです。何かが過ぎ去り、何かが変わりますが、何か .

しかし、陪審員は次のように宣言します。いいえ。そこにはありません。

私たちのアイデンティティは状態ですが、それが物質の状態ではなく、クォークや電子のような個々の物理的物体の状態ではない場合、の状態です. ?

おそらく、情報の状態。レディマンは、「もの」の概念を「実際のパターン」に置き換えることができると示唆しています。この概念は、哲学者ダニエル・デネットによって最初に明確にされ、レディマンと哲学者のドン・ロスによってさらに発展しました。 「オブジェクトの意味を明確にするもう 1 つの方法は、情報の圧縮について話すことです」と Ladyman 氏は言います。 「したがって、説明にそれを含めることで、世界を追跡する情報理論の複雑さが軽減されれば、何かが本物であると主張できます。」

猫を考えてみましょう。計算用語では、ビットマップを使用して猫を表すことができます。これは、細かい粒度まで逐語的に記述されたものです。または、微視的な詳細を無視して単に「猫」と呼ぶことで、猫をより粗い粒子でレンダリングすることもできます。最初のケースでは、多くのビットと優れた計算リソースを使用して、各ビットが時間の経過とともにその位置を個別にどのように変化させるかを記述する必要があります。 2 番目の例では、「猫が部屋を横切って歩いた」という文で同じ偉業を達成するのにほとんど息をしませんでした。したがって、猫は計算効率が高いため、現実のパターン (精神から独立した宇宙の真の存在論的記事) です。

次に、本物ではないオブジェクトを考えてみましょう。 「ドン・ロスは、彼の左耳たぶ、ナミビア最大のゾウ、そしてマイルス・デイビスの最後のソロを例に挙げました」とレディマンは言います。 「これら 3 つの複合オブジェクトを想像してみてください。これら 3 つのことを修飾しても、世界を追跡する計算の複雑さを軽減することはできません。それらは実際のパターンを形成しないからです。そのコレクションは、予測可能な一般化には含まれていません。あなたの部分はそうします。私たちはあなたについて話すことができ、あなたはあなたのすべての部分をドラッグすることができるので、あなたはあなたの個々の体の部分に加えて、実際のパターンです。」

このような例が、実際のパターンが粒子のパターンであるという印象を与える場合は、注意してください:電子のような粒子は、それ自体が実際のパターンです。 「粒子のような記述を使用して、実際のパターンを追跡しています」と Ladyman 氏は言います。 「それはずっと本当のパターンです。」

私たちはつかの間のパターン、ノイズの中の信号に他なりません。ドリルダウンすると、マテリアリティの出現は道を譲ります。その下には、何もありません。 「最終的には、世界は何も作られていないのかもしれません」とレディマンは言います。

それでも、パターンを指して名前を割り当てることができます。パターンが複雑になればなるほど、微視的な記述を圧縮することで得られる可能性が高くなり、同一性が認められる可能性が高くなります。脳を考えてみましょう。銀河の星と同じ数のニューロンが何兆もの接続を介してつながっており、知られている宇宙で最も複雑な物体です。圧縮してみてください。たった2つの言葉でそれを呼んでください。マーティン・ゲレと呼んでください。さらに押します。一言、一文字。

それを「私」と呼んでください。

Amanda Gefter は物理学者であり、 の著者でもあります アインシュタインの芝生への侵入:父、娘、無の意味とすべての始まり. 彼女はマサチューセッツ州ケンブリッジに住んでいます。

追加資料

Ladyman, J. &Ross, D. Every Thing Must Go:形而上学帰化 オックスフォード大学出版局、オックスフォード、英国 (2007).

Pesic, P. 二重に見る:物理学、哲学、文学における共通のアイデンティティ MIT Press、ケンブリッジ、マサチューセッツ州 (2002).

Wilczek, F. &Devine, B. ハーモニーへの憧れ:現代物理学のテーマとバリエーション W.W. Norton &Co.、ニューヨーク州ニューヨーク (1987)。


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