Source page: http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~bdj10/papers/QMlimits.html
ไบรอันไบรอันโจเซฟสัน/Brian D. Josephson/2/
ข้อโต้แย้งของ นีลส์ บอร์ แสดงให้เห็นว่าการบังคับใช้ระเบียบวิธีควอนตัมในการศึกษารายละเอียดขั้นสูงสุดของชีวิตในหนังสือ “ฟิสิกส์อะตอมและความรู้ของมนุษย์” ในหนังสือของเขาขัดแย้งกับมุมมองตรงกันข้ามที่จัดขึ้นโดยทั่วไป ฐานสำหรับความเชื่อตามปกติจะถูกตรวจสอบและแสดงให้เห็นว่ามีความถูกต้องเพียงเล็กน้อย มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างสิ่งมีชีวิตและประเภทของระบบที่ศึกษาสำเร็จในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ การจัดการกับสิ่งมีชีวิตในแง่ของควอนตัมเชิงกลที่มีระดับความรุนแรงเท่ากันเป็นเรื่องปกติสำหรับระบบที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้โดยไม่คำนึงถึงคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตและจักรวาล
1. บทนำ
บทความนี้อุทิศให้กับนักคิดผู้ยิ่งใหญ่สามคนที่ยืนยันว่าโลกนี้ไม่ใช่เรื่องตรงไปตรงมาที่ความสำเร็จของเราในการอธิบายมันทางคณิตศาสตร์อาจดูเหมือนจะแนะนำ: นีลส์ บอร์ ซึ่งการวิเคราะห์ปัญหาของการอธิบายชีวิตมีบทบาทสำคัญใน การอภิปรายต่อไป; เออร์วินชโรดิงเงอร์นักเรียนผู้คงแก่เรียนเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างจิตใจและสสารในการประชุมครบรอบศตวรรษแห่งการเฉลิมฉลองลอนดอนซึ่งได้รับการพูดคุยเกี่ยวกับบทความนี้ในตอนแรก/3/; และ เดวิด ความเจริญ ผู้สงสัยในปัจจุบันหรือผู้สงสัยในเรื่องพื้นฐานของวิชาฟิสิกส์ซึ่งอุทิศอาชีพทางวิทยาศาสตร์ของเขาอย่างมากเพื่อแสดงให้เห็นถึงความไม่เห็นด้วยของออร์โธดอกซ์จำนวนมากเกี่ยวกับธรรมชาติ
นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ถือว่าฟิสิกส์เป็นพื้นฐานที่สุดของวิทยาศาสตร์ (โดยหลักการแล้วปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทุกชนิดสามารถอธิบายได้ในแง่ของกฎพื้นฐานเช่นในแง่ของกลศาสตร์ควอนตัม) แต่คนส่วนน้อยไม่ยอมรับหลักคำสอนเรื่องความเป็นสากลนี้ ตัวอย่างเช่น ชเรอดิงเง(1) เขียนว่า “โดยที่ไม่รู้ตัวและไม่มีระบบที่เข้มงวดเกี่ยวกับเรื่องนี้เราแยก เรื่องของความรู้ความเข้าใจ ออกจากขอบเขตของธรรมชาติที่เราพยายามทำความเข้าใจ… จิตใจไม่สามารถรับมือกับงานขนาดใหญ่นี้ได้ (จากการตั้งเป้าหมายนอกโลกของปราชญ์ตามธรรมชาติ) ไม่เช่นนั้นจะง่ายกว่าอุปกรณ์ที่ไม่รวมตัวมันเอง”
ตั้งแต่ ชเรอดิงเง เขียนคำเหล่านี้วิทยาศาสตร์พุทธิปัญญา (เช่นจิตวิทยาสรีรวิทยาและปัญญาประดิษฐ์) ได้พัฒนาระดับความเข้าใจร่วมกันในระดับที่เข้าใจได้ของ “ตัวเรา” ที่วิทยาศาสตร์กายภาพไม่สนใจ อย่างไรก็ตามการกระจัดกระจายเกี่ยวกับที่ เดวิด ความเจริญ เขียน(2) ได้ทำหน้าที่แยกการศึกษาทั้งสองแบบออกจากกันและนักฟิสิกส์ได้หลีกเลี่ยงการอภิปรายในประเด็นที่ลึกกว่านั้น นอกจากนี้เนื่องจากธรรมชาติพื้นฐานของฟิสิกส์, วิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตและแม้กระทั่งวิทยาศาสตร์พุทธิปัญญา (จิตวิทยา ทรานส์ส่วนบุคคล ยกเว้น) มีแนวโน้มที่จะใช้มุมมองทางกลไกของชีวิตที่มีลักษณะทางฟิสิกส์มุมมองที่มีแนวโน้มที่จะไม่สนใจรายละเอียดปลีกย่อยทั้งหมดของประสบการณ์ส่วนตัว และเข้าใจกระบวนการทางจิตวิทยาในลักษณะผิวเผินที่สุดเท่านั้น บนพื้นฐานของข้อเท็จจริงดังกล่าว ความเจริญ(3) สรุปเช่นเดียวกับ ชเรอดิงเง ก่อนหน้าเขาว่าแนวทางกลไกสมัยใหม่ในการศึกษาธรรมชาติอาจครอบคลุมพื้นที่เล็ก ๆ ในเขตที่กว้างใหญ่กว่าไม่มาก
บทความปัจจุบันเป็นความพยายามที่จะนำความเชื่อนี้ไปสู่ฐานรากที่มีวัตถุประสงค์มากขึ้น ส่วนใหญ่มาจากการอภิปรายของ นีลส์ บอร์ เกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้ทฤษฎีควอนตัมเพื่อทำความเข้าใจชีวิต(4) บอร์แย้งว่าความวุ่นวายที่จะเกิดกับระบบสิ่งมีชีวิตเป็นสิ่งหนึ่งที่พยายามกำหนดสถานะของมันด้วยความแม่นยำเพียงพอที่จะสามารถเข้าใจรายละเอียดทั้งหมดของการทำงานได้อย่างสมบูรณ์อาจเป็นไปได้โดยอาศัยหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก เพียงพอที่จะทำร้ายหรือแม้กระทั่งฆ่ามัน เขาสรุปบนพื้นฐานนี้ว่าในทุกระบบความเป็นไปได้ที่น่าจะตกนอกขอบเขตของปรากฏการณ์ที่อธิบายได้อย่างละเอียดโดยกลศาสตร์ควอนตัม
ข้อโต้แย้งนี้ถูกละเลยโดยนักฟิสิกส์และนักวิทยาศาสตร์โดยทั่วไป ดูเหมือนว่าการละเลยนี้มีพื้นฐานหลักของกระบวนการลงคะแนนเสียงแบบหนึ่งซึ่งความสำเร็จมากมายของวิธีการดั้งเดิม (ในที่สุดก็ขึ้นอยู่กับกลศาสตร์ควอนตัม) ในการประยุกต์ใช้กับการศึกษาระบบสิ่งมีชีวิตในด้านหนึ่งถูกกำหนดให้ต่อต้านระบบเดียว ไม่เห็นด้วยเสียงของ บอร์ ที่อื่น เหตุผลดังกล่าวสำหรับการตัดสินใจความจริงค่อนข้างสั้นกว่าสิ่งที่อาจมีเหตุผลภายในบริบทของวิทยาศาสตร์ถือได้ว่าเพียงพอ
ในสิ่งต่อไปนี้ฉันจะกล่าวถึงการโต้แย้งของ บอร์ โดยละเอียดในรายละเอียดที่สำคัญ ปัญหาเกี่ยวกับตำแหน่งที่เขารับดูเหมือนจะไม่ใช่ผู้พิทักษ์แห่งมุมมองที่สมบูรณ์มีการถกเถียงที่ดีในการต่อสู้กับพวกบอร์ แต่พวกเขาเป็นเพียงเหตุผลหลายประการที่ไม่เชื่อในข้อสรุปของเขา ด้วยเหตุนี้เอกสารส่วนใหญ่จะประกอบด้วยการตรวจสอบเหตุผลต่างๆที่มักมีให้สำหรับการไม่เชื่อและแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงพอ
ส่วนที่ 2 อธิบายถึงสาระสำคัญของการโต้แย้งของ บอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสนใจที่ได้รับเพื่อแสดงให้เห็นว่าความแตกต่างในเงื่อนไขของการสังเกตระหว่างผู้ที่เกี่ยวข้องกับการทดลองทางฟิสิกส์ทั่วไปและผู้ที่เกี่ยวข้องกับการทดลองทั่วไปในชีววิทยาทำให้ทฤษฎีควอนตัม วิธีในกรณีอดีต แต่ไม่ได้อยู่ในหลัง ความแตกต่างที่อธิบายไม่ได้เป็นหลักระหว่างความเป็นอยู่และระบบที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิต; คุณลักษณะที่เกี่ยวข้องคือความแตกต่างระหว่างสถานการณ์ควบคุมของการทดสอบควอนตัม (เช่นการทดลองตามข้อกำหนดเฉพาะของการอ้างอิงของทฤษฎีการวัดควอนตัม(5,6)) และสถานการณ์ทั่วไปที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ หมวดที่ 3 อ้างอิงจากตัวอย่างของการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ที่มีความคล้ายคลึงกับสถานการณ์จริงในกรณีของกลศาสตร์ควอนตัมให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการที่ฟิสิกส์ได้รับมาสำหรับทฤษฎีที่ให้ภาพลวงของพลังงานเชิงพรรณนา จากนั้นส่วนที่ 4 ทบทวนจำนวนการคัดค้านมาตรฐานต่อความคิดที่ว่าระบบการดำรงชีวิตไม่เหมาะกับวิธีการเชิงกลแบบควอนตัมอย่างตรงไปตรงมาในขณะที่การอภิปรายในตอนท้ายของบทที่ 5 พยายามประเมินสถานการณ์โดยรวม อันเป็นผลมาจากความยากลำบากที่ได้รับการแสดงให้เห็นว่ามีส่วนร่วมในการกระทบยอดวิธีการควอนตัมและปรากฏการณ์ของชีวิต
2. ธรรมชาติของปัญหา: ข้อโต้แย้งของโบห์ร
หลักการทำนายการพัฒนาในอนาคตของระบบในกลศาสตร์คลาสสิกนั้นตรงไปตรงมา เราเพียงแค่วัดค่าปัจจุบันของพารามิเตอร์ของระบบจากนั้นให้อาหารเหล่านี้เป็นเงื่อนไขเริ่มต้นในสมการการเคลื่อนที่เพื่อกำหนดพฤติกรรมที่ตามมาเป็นฟังก์ชันของเวลา ในกลศาสตร์ควอนตัมสถานการณ์ไม่ค่อยตรงไปตรงมา สมการชโรดิงเงอร์ให้อะนาล็อกที่เหมาะสมกับสมการการเคลื่อนที่ แต่ในการกำหนดเงื่อนไขเริ่มต้นภาวะแทรกซ้อนที่เกิดขึ้นตามการวัดกลศาสตร์ควอนตัมของระบบจะรบกวนมันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เราไม่สามารถทราบได้ว่าระบบที่เรากำลังทดลองใช้นั้นคืออะไรโดยไม่เปลี่ยน ถ้าอย่างนั้นข้อโต้แย้งของ บอร์ ก็คือ (ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว) ว่าระบบการใช้ชีวิตจะถูกรบกวนอย่างจริงจังหากเป็นคนหนึ่งที่พยายามกำหนดรัฐด้วยความแม่นยำเพียงพอที่จะสามารถเข้าใจรายละเอียดทั้งหมดของการทำงานได้อย่างสมบูรณ์
แต่หนึ่งอาจถามว่าอาร์กิวเมนต์นี้ดูเหมือนว่าจะใช้ได้อย่างเท่าเทียมกันกับระบบที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตเช่นกัน ดูเหมือนว่าเราจะสามารถทำการทดลองในระดับควอนตัมในระบบที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตและไม่ต้องกังวลกับสถานการณ์ที่ปรากฎในการโต้แย้งนี้? บอร์ พูดในแง่ทั่วไปเกี่ยวกับ “เงื่อนไขการสังเกตที่แตกต่าง” ที่เกี่ยวข้องในสองกรณีนี้ ความสำคัญที่แม่นยำของประเด็นนี้จะถูกอธิบายรายละเอียดอย่างชัดเจน
เราจะแบ่งสถานการณ์ที่เกิดขึ้นในการทดลองทางฟิสิกส์ออกเป็นสามประเภทดังต่อไปนี้:
(i) สถานการณ์ที่ระบบที่เรากำลังเผชิญอยู่นั้นมีขนาดมหภาคเพียงพอที่จะมองข้ามผลกระทบของการรบกวนได้ภายในบริบทของการทดลอง
(ii) ในกรณีที่การรบกวนที่เกิดจากการวัดมีผลกับวัตถุจริงของการศึกษาของการทดสอบ ตัวอย่างคือการทดลองของ สเติร์น-หัวเราะ ซึ่งมีการศึกษาสถิติเกี่ยวกับวิธีที่ลำแสงอนุภาคโพลาไรซ์ถูกย่อยสลายเป็นลำแสงย่อยที่แตกต่างกันเมื่ออยู่ภายใต้กระบวนการวัดที่ประกอบด้วยการส่งผ่านพื้นที่ที่มีแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน สนาม
(iii) ซึ่งการรบกวนที่เกิดจากกระบวนการวัดนั้นสามารถเพิกเฉยได้เพราะกระบวนการวัด (ซึ่งอาจคิดว่าเป็นกระบวนการกรอง) มีเพียงบทบาทของการเตรียมระบบสำหรับการทดลองดังนั้นความสนใจคือ เพ่งความสนใจไปที่สถานการณ์หลังเกิดเหตุรบกวน ลองพิจารณาการทดลองฟิสิกส์พลังงานสูงเพื่อเป็นตัวอย่างง่ายๆ ที่นี่เครื่องเร่งอนุภาคหรือแหล่งกำเนิดอนุภาคอื่น ๆ ผลิตลำแสงขององค์ประกอบที่ไม่แน่นอน อย่างไรก็ตามอุปกรณ์วัด (เช่นห้องบับเบิลร่วมกับสนามแม่เหล็ก) ช่วยให้ชนิดของอนุภาคเฉพาะสามารถเชื่อมโยงกับแต่ละเหตุการณ์ที่สังเกตได้ ผลกระทบรบกวนที่เกิดจากกระบวนการตรวจวัดเป็นเพียงการยุบการรวมกันที่ไม่แน่นอนของสถานะอนุภาคในแหล่งกำเนิดให้เป็นลำดับของสถานะอนุภาคแต่ละสถานะซึ่งแต่ละสถานะได้รับการกำหนดไว้อย่างชัดเจนอันเป็นผลมาจากการสังเกต เท่าที่ผู้ทดลองเกี่ยวข้องรัฐที่กำหนดไว้อย่างดีเหล่านี้เป็นรัฐเริ่มต้นที่เขาต้องรู้เพื่อเปรียบเทียบทฤษฎีและการทดลองมากกว่ารัฐเริ่มต้นดั้งเดิมจากแหล่งกำเนิด ด้วยเหตุนี้จึงไม่จำเป็นต้องคำนึงถึง “การรบกวนโดยการวัด”
ทั้งสามกรณีนี้สามารถกำหนดลักษณะได้ดังนี้: ในกรณี (i) ผลกระทบ (การรบกวนเนื่องจากการวัด) นั้นเล็กน้อย ใน (ii) สามารถคำนวณได้ และ (iii) การรบกวนไม่เกี่ยวข้อง แต่ทั้งสามกรณีนี้ไม่ได้ทำให้หมดความเป็นไปได้ทั้งหมด กรณีความกังวลของ บอร์ เป็นตัวอย่างของสถานการณ์ที่แตกต่างกันดังต่อไปนี้:
(iv) เราต้องการที่จะสามารถคาดเดาได้ว่าระบบที่กำหนดจะพัฒนาไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไปหากไม่ถูกรบกวน ระบบที่เกี่ยวข้องมีความไวต่อสิ่งรบกวนอย่างเพียงพอซึ่งการพยายามระบุสถานะปัจจุบันด้วยความแม่นยำเพียงพอที่จะสามารถทำการคาดคะเนที่ต้องการได้จะรบกวนผลการทดลองอย่างจริงจัง
สถานการณ์ของความแตกต่างระหว่าง กรณี (iv) และกรณีอื่น ๆ ที่กล่าวถึงให้เหตุผลในการวางทิ้งไว้ไม่เกี่ยวข้องเมื่อพิจารณาคำถามว่าการรบกวนที่เกี่ยวข้องนั้นเป็นปัญหาของแท้ในชีววิทยาหรือไม่ข้อเท็จจริงที่ว่าในกรณีของ การทดลองทางฟิสิกส์ไม่พบว่าเป็นปัญหา เมื่อมีใครคัดค้านข้อโต้แย้งนี้โดยเฉพาะต่อการโต้แย้งของบอร์ดูเหมือนว่าจะถูกบังคับให้สรุปว่าประเด็นของบอร์เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมและชีวิตก็เป็นสิ่งที่ถูกต้องสมบูรณ์ อย่างไรก็ตามปัญหาจะได้รับการตรวจสอบในเชิงลึกมากขึ้นโดยคำนึงถึงมุมมองอื่น ๆ เกี่ยวกับปัญหาในภายหลังในหลักสูตร
การแยกแยะกรณี (iv) สถานการณ์ (ซึ่งการคาดการณ์เป็นปัญหาสำหรับกลศาสตร์ควอนตัม) จากกรณีอื่น ๆ ที่อธิบายไว้เราอาจสรุปข้อสรุปหลักของเราได้ในขณะนี้:
(a) โดยไม่ขัดแย้งใด ๆ คนหนึ่งอาจมองว่าทฤษฎีมาตรฐานเป็นเพียงชิ้นส่วนของพิธีการที่ใช้เป็นกรณีพิเศษเท่านั้นสำหรับระบบเฉพาะที่ได้จัดทำขึ้นด้วยความช่วยเหลือของขั้นตอนการวัด/กรองตามปกติ (กรณี (i) ถึง (iii)) ไม่มีเหตุผลที่ชัดเจนสำหรับการระบุหมวดหมู่ของสถานการณ์ที่ทฤษฎีควอนตัมสามารถทำนายได้อย่างแม่นยำกับหมวดหมู่ของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่นึกออกทั้งหมดที่สามารถตรวจสอบได้ทางวิทยาศาสตร์
(b) ความจริงที่ว่าทฤษฎีควอนตัมได้ถูกแสดงให้เห็นในหลาย ๆ แอปพลิเคชั่นในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่ออธิบายธรรมชาติที่มีความแม่นยำสูงมาก แต่ในตัวมันเองก็ไม่ได้ให้เหตุผลที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีนี้ ของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมด อีกครั้งความสำเร็จเหล่านี้ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ของหมวดหมู่ (i) ถึง (iii) เท่านั้น
(c) ในที่สุดมันก็เป็นไปได้เช่นเดียวกับที่โบห์ร์เสนอให้ระบบการใช้ชีวิตโดยทั่วไปเป็นหนึ่งในประเภทของระบบที่กลศาสตร์ควอนตัมไม่สามารถนำไปใช้ในทางปกติได้
3. การวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบ: การพัฒนาทางเลือกทางจินตนาการของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต
มันได้รับการโต้เถียงในส่วนก่อนหน้านี้ซึ่งตรงกันข้ามกับมุมมองที่มักจะจัดขึ้นมีการคัดค้านอย่างรุนแรงโดยมีหลักการต่อความคิดที่ว่ากลศาสตร์ควอนตัมถือเป็นทฤษฎีที่ครอบคลุมของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมด ในส่วนนี้จะมีการให้ข้อมูลอะนาล็อกที่ช่วยแสดงความขัดแย้งระหว่างความเชื่อที่จัดขึ้นโดยทั่วไปและสิ่งที่แนะนำโดยการตรวจสอบอย่างรอบคอบเกี่ยวกับกระบวนการทำนายในกลศาสตร์ควอนตัมในอดีต มันเกี่ยวข้องกับการพัฒนาทางเลือกเชิงสมมุติของทัศนศาสตร์ทางเรขาคณิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่นซึ่งดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มีวิสัยทัศน์เป็นเอกรงค์เท่านั้น ในทางเลือกในจินตนาการนี้คนงานในสาขาประสบความสำเร็จในการค้นพบกฎของสเนลล์สำหรับการหักเหของแสง แต่เนื่องจากพวกเขาขาดการมองเห็นสีพวกเขาไม่ได้รับข้อมูลเชิงลึกของนิวตันว่าแสงธรรมชาติประกอบด้วยแสงสีต่างๆ การวิจัยเพิ่มเติมทำให้พวกเขาค้นพบการมีอยู่ของความผิดเพี้ยนของสี แต่เนื่องจากขาดการมองเห็นสีพวกเขาจึงรู้สึกว่ามันเป็นเพียงการเบลอที่ส่งผลกระทบต่อความสามารถในการวัดความแม่นยำสูง จากนั้นพวกเขาค้นพบว่าหากแสงถูกส่งผ่านวัสดุบางชนิดเป็นครั้งแรก (ซึ่งนักวิทยาศาสตร์โลกรู้จักในชื่อฟิลเตอร์สี) ความเบลอจะลดลงมาก การค้นพบนี้ทำให้ทัศนศาสตร์ทางเรขาคณิตเป็นสัญญาเช่าชีวิตใหม่และกฎของ ปราดเปรื่อง ได้รับสถานะของกฎหมายที่แน่นอนซึ่งอธิบายพฤติกรรมของการกำหนดค่าเลนส์และปริซึมที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการผ่านของแสงที่กรองแล้ว ในขั้นตอนนี้แสงจากธรรมชาติได้รับการพิจารณาโดยผู้ประกอบการทางทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตว่าเป็นรูปแบบของแสงที่ไม่สมบูรณ์ซึ่งขาดความสนใจที่แท้จริงใด ๆ เท่าที่นักฟิสิกส์ยุคใหม่เกี่ยวข้อง
การเปรียบเทียบที่เกี่ยวข้องกับกลศาสตร์ควอนตัมนั้นอยู่ระหว่างกระบวนการกรองที่ทำให้ “แหล่งกำเนิดแสงที่ดี” สำหรับออพติคอลเชิงเรขาคณิตและ “กระบวนการเตรียมการ” ที่สร้างระบบที่กำหนดไว้อย่างดีสำหรับนักฟิสิกส์ควอนตัมในขณะที่แสงธรรมชาติ ความกังวลที่ลบล้างในกรณีของกลศาสตร์ควอนตัมที่มีความเป็นไปได้ที่จะสามารถคาดเดาคุณสมบัติของอะตอมได้อย่างแม่นยำ (ซึ่งไม่สามารถคาดเดาได้อย่างเพียงพอมาก่อน) นำไปสู่การยอมรับเช่นเดียวกับในกรณีเชิงจินตภาพของ a คำจำกัดความของการทดสอบที่ไม่รวมทุกอย่าง แต่ความจริงที่ว่าภายในโดเมนดังกล่าวทฤษฎีดูเหมือนว่าจะทำงานในระดับสากลนำไปสู่การคาดการณ์ที่ผิดพลาดกับความคิดที่ว่าทฤษฎีเป็นสากลอย่างแท้จริง
อะนาล็อกแบบออพติคัลมีจุดอ่อนในฐานะอะนาล็อกที่ในทางปฏิบัติกระบวนการซ้อนง่ายช่วยให้คุณสมบัติของแสงธรรมชาติภายใต้กระบวนการของการหักเหที่จะอนุมานจากแสงกรอง แต่ในระดับที่ลึกกว่าการเปรียบเทียบยังคงมีความเกี่ยวข้องด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรกการซ้อนทับไม่ได้ผลลัพธ์ที่แน่นอน มันเป็นเพียงการประมาณค่าซึ่งมีความแม่นยำเพียงตราบใดที่ความเข้มของแสงเป็นเช่นนั้นผลกระทบที่ไม่ใช่เชิงเส้นสามารถถูกละเลยได้ และประการที่สองคำถาม “ชีวิตคืออะไร” เป็นคำถามที่ยากกว่ามากที่จะตอบอย่างน่าพอใจมากกว่าคำถามเชิงเปรียบเทียบสำหรับเลนส์ “แสงธรรมชาติคืออะไร” เงื่อนไขเริ่มต้นที่จะต้องมีการสันนิษฐานเพื่ออธิบายชีวิตและวิวัฒนาการของมันในแง่ปริมาณยังคงเป็นเรื่องของการเก็งกำไร (ดูหัวข้อ 5)
4. วัตถุประสงค์เหล่านี้ที่กลศาสตร์ควอนตัมไม่สามารถให้บัญชีที่สมบูรณ์ของชีวิตได้
ในส่วนนี้จะกล่าวถึงความพยายามที่หลากหลายเพื่อยืนยันว่าระบบชีวิตไม่ได้รับความทุกข์ทรมานจากการพิจารณาที่ยกขึ้นโดย บอร์ บางส่วนของแนวหินเหล่านี้ดูเหมือนจะขึ้นอยู่กับช่วงเวลาที่สมมติฐานว่าเพียงเพราะในเวลานี้ชีววิทยาดูเหมือนว่าจะสามารถที่จะเพิกเฉยต่อแง่มุมที่เฉพาะเจาะจงของกลศาสตร์ควอนตัมของธรรมชาติเช่นกำหนดไม่ได้ที่จะต้องพิจารณาในกรณีของระบบทางกายภาพ แง่มุมของธรรมชาติจะไม่เกี่ยวข้องในเรื่องของชีววิทยา นี่เป็นมุมมองระยะสั้นเนื่องจากไม่ว่าจะมีความจำเป็นหรือไม่สำหรับหมวดหมู่ใด ๆ ของระบบเพื่อพิจารณาผลกระทบของควอนตัมทั่วไปเป็นฟังก์ชั่นที่ไม่เพียง แต่เป็นระบบที่เกี่ยวข้อง แต่ยังรวมถึงเทคนิคที่มีอยู่ใน เวลาที่เกี่ยวข้องสำหรับการตรวจสอบระบบดังกล่าว ผลกระทบทางควอนตัมเช่นความไม่แน่นอนไม่สามารถคาดได้ว่าจะไม่เกี่ยวข้องกับชีววิทยาในอนาคตทั้งหมด
ในทำนองเดียวกันไม่มีเหตุผลที่แท้จริงสำหรับการยืนยันว่าการทำความเข้าใจพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตอาจไม่จำเป็นต้องมีความรู้ที่ถูกต้องเกี่ยวกับการทำงานของคลื่นของสิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับความรู้ดังกล่าว ระบบอธิบายโดย บอร์ ในขณะที่เป็นไปได้ในหลักการสถานการณ์เช่นนี้ดูเหมือนว่าไม่น่าเป็นไปได้ในทางปฏิบัติ คุณสมบัติที่สำคัญของระบบไม่มีชีวิตขึ้นอยู่กับรายละเอียดของฟังก์ชั่นคลื่นบ่อยครั้ง: ดูเหมือนว่าไม่มีเหตุผลที่ดีที่จะสมมติว่าระบบชีวภาพจะแตกต่างจากระบบที่ไม่มีชีวิตในแง่นี้
ข้อโต้แย้งที่ค่อนข้างแตกต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่สังเกตได้หลายอย่างของสิ่งมีชีวิตที่สามารถอธิบายได้อย่างเพียงพอในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีขององค์ประกอบของพวกเขา หากคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีเหล่านี้สามารถอธิบายได้ในทางกลับกันในแง่ของกลศาสตร์ควอนตัมใครจะได้รับความประทับใจคาดการณ์เล็กน้อยว่าชีวิตนั้นสามารถลดลงไปเป็นกลศาสตร์ควอนตัม ข้อบกพร่องในการโต้แย้งนี้อยู่ในลักษณะที่ไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างคำอธิบายที่จำเป็นต้องเป็นค่าประมาณและการคำนวณที่ภายใต้เงื่อนไขในอุดมคตินั้นเป็นหลักการที่แน่นอน ในฐานะอุดมคติ, เทคนิคการทดลองที่สมบูรณ์แบบจะช่วยให้การสร้างระบบการทดลองที่ตรงกับรูปแบบทางทฤษฎีที่กำหนดไว้อย่างดีซึ่งพฤติกรรมถ้ามีพลังการคำนวณไม่ จำกัด และถ้ามิลโตเนียนที่อธิบายเวลาวิวัฒนาการเป็นที่รู้จัก คำนวณด้วยความแม่นยำโดยพลการ ความสามารถในการคำนวณที่สมบูรณ์แบบนี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าสถานการณ์นั้นเกี่ยวข้องกับ กรณี (iii) ของหมวดที่ 2 ระบบชีวิตในสภาพธรรมชาติของพวกเขาตรงกันข้ามกับ กรณี (iv)
การโต้แย้งขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับความต่อเนื่องระหว่างชีวิตและไม่ใช่ชีวิต จากสมมติฐานที่สองว่ามีความแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่มากและสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กมากและคุณสมบัติของโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถคำนวณได้อย่างจริงจังจากกลศาสตร์ควอนตัมที่ให้กำลังการคำนวณที่เพียงพอ สิ่งมีชีวิตสามารถคำนวณได้บนพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม
สถานการณ์ที่นี่เกือบจะเหมือนกับที่เพิ่งพูดคุยกัน อีกครั้งที่ข้อโต้แย้งละเลยความสำคัญของ “ความแตกต่างในเงื่อนไขของการสังเกต” กล่าวอีกนัยหนึ่งคือความแตกต่างระหว่างกรณี (iii) และ (iv) ในกรณีของโมเลกุลกระบวนการเตรียมสร้างโมเลกุลเฉพาะซึ่งมีสเปกตรัมการกระตุ้น หากเกี่ยวข้องทั้งหมดสามารถอนุมานได้ด้วยความถูกต้องเพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์ที่เกี่ยวข้องจากแบบจำลองที่เหมาะสมดังนั้นโดยหลักการแล้วคุณสมบัติของระบบที่น่าสนใจสามารถคำนวณได้จากหลักการแรก ในกรณีของสิ่งมีชีวิตอย่างไรก็ตามเงื่อนไขการเตรียมการไม่อยู่ภายใต้การควบคุมที่แม่นยำในระดับนี้และถึงแม้ว่าจะสามารถกำหนดโครงสร้างโมเลกุลได้โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ก็จะไม่แน่นอนความไม่แน่นอนอาจไม่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเช่น เป็นไวรัส แต่มีขนาดใหญ่มากสำหรับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่
5. การอภิปราย
การโต้เถียงที่ได้รับข้างต้นมีไว้เพื่อยืนยันจากมุมมองจำนวนการดำรงอยู่ของความยากลำบากในการใช้กลศาสตร์ควอนตัมกับสถานการณ์ทั่วไปที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ ความเชื่อที่หลากหลายที่มีอยู่ทั่วไปต่อผลกระทบที่ไม่มีความยุ่งยากในหลักการในการประยุกต์ใช้กลศาสตร์ควอนตัมกับระบบการดำรงชีวิตได้แสดงให้เห็นว่าไร้เดียงสา ส่วนนี้จะเกี่ยวข้องกับปัญหาลึกจำนวนมาก
ปัญหาที่ได้รับการกล่าวถึงคือความยากลำบากในการกำหนดสถานะของระบบบางประเภทรวมถึงสิ่งมีชีวิตเพื่อให้สามารถนำไปใช้ในการทำนายพฤติกรรมในอนาคตได้ ความไม่สามารถคาดเดาได้นี้ไม่ควรสังเกตเพียงแค่เทียบเท่ากับความไม่สามารถคาดเดาทางควอนตัมมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับสถานการณ์เช่นการสลายตัวของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสีโดยธรรมชาติ โดยทั่วไปแล้ว ไบโอซิสเต็มส์ จะไม่สามารถคาดการณ์พฤติกรรมของพวกมันได้มากกว่านิวเคลียสกัมมันตรังสีเนื่องจากกฎของพฤติกรรมสำหรับสิ่งมีชีวิตมักพบได้จากวิธีการทดลองและกฎหมายเหล่านี้สามารถคาดการณ์พฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตในอนาคตและอื่น ๆ สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน
คำถามสำคัญคือว่ามีวิธีการที่ถูกต้องตามกฎหมายหรือไม่ (หมายถึงมีการกำหนดไว้อย่างดีและไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยพลการเพื่อให้เหมาะสมกับสถานการณ์ที่กำหนด) สำหรับการได้มาซึ่งกฎหมายเชิงประจักษ์เช่นนี้บนพื้นฐานของหลักการพื้นฐานเพียงอย่างเดียว ความยากจะเกิดขึ้นถ้าใครจินตนาการว่ามีการสร้างแบบจำลองควอนตัมซึ่งสามารถจำลองลักษณะที่สังเกตได้ทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตที่กำหนด เว้นแต่จะมีบางสิ่งบางอย่างที่ไม่เฉพาะเจาะจงโดยพลการเกี่ยวกับการเลือกรูปแบบวงกลมที่ชัดเจนจะมีส่วนร่วมในการเรียกร้องใด ๆ ที่จะทำนายคุณสมบัติที่สังเกตได้บนพื้นฐานของทฤษฎีควอนตัม
บางทีอาจมีวิธีกำหนดกลุ่มของรูปแบบชีวิตที่เป็นไปได้ทั้งหมด (หรือเวกเตอร์สถานะโลกหลายอันที่เทียบเท่ากัน) ซึ่งจะมีรูปแบบชีวิตใด ๆ ที่อยู่ภายใน ถ้ามันมีอยู่เราอาจคำนวณกฎทั่วไปของพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตใด ๆ ก็ตาม แม้บนพื้นฐานดังกล่าวการได้มาซึ่งพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตจากหลักการแรกจะต้องมีการพิจารณาชีวิตโดยรวมซึ่งไม่จำเป็นสำหรับการทำความเข้าใจพฤติกรรมของสสารในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์
ข้อพิจารณาตามหลักมานุษยวิทยา(7) ชี้ให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างชีวิตและเงื่อนไขที่เกิดขึ้นที่จุดกำเนิดของจักรวาล การได้มาซึ่งรูปแบบสิ่งมีชีวิตใด ๆ ดังกล่าวจึงต้องเกี่ยวข้องกับการพิจารณาต้นกำเนิด เมื่อเดิน และ ฮอว์คิง ของ “ฟังก์ชันคลื่นของจักรวาล” (8) เป็นความพยายามที่จะสร้างแบบจำลองของความเป็นจริงที่ไม่มีเงื่อนไขขอบเขตโดยพลการในต้นกำเนิดของจักรวาล แต่ในการพูดคุยถึงมุมมองของเขา ฮอว์คิง(9) ยอมรับว่าฟังก์ชันคลื่นสากลของเขาไม่สามารถอธิบายรายละเอียดของความเป็นจริงได้ทั้งหมดตามที่เรารับรู้ ในความเป็นจริงมันไม่ได้ให้ “คำอธิบายของทุกสิ่ง” ดังนั้นเนื่องจากความพยายามที่จะแยกแยะรายละเอียดปลีกย่อยของธรรมชาติที่วิทยาศาสตร์ไม่สามารถกำหนดบนพื้นฐานของสมการเพียงอย่างเดียวความคิด “ฟังก์ชันคลื่นของจักรวาล” จึงดูเหมือนจะล้มเหลว ความคิดนั้นสอดคล้องกับเอนทิตีเช่น เดวิด ความเจริญ ที่ถูกอ้างถึง “ความหมายลึก” เช่นเดียวกับมุมมองต่อต้านลึกลับของ ฮอว์คิง
เช่นเดียวกับในกรณีของอะนาล็อกที่กล่าวถึงในส่วนที่ 3 ฟิสิกส์ออร์โธด็อกซ์ได้วางเดิมพันทั้งหมดไว้ในชุดของความเชื่อที่เฉพาะเจาะจงว่าเป็นรูปแบบที่ถูกต้องสำหรับคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของธรรมชาติโดยไม่สนใจการขาด ผลของการยืนยันในการรักษารูปแบบดังกล่าว หากความพยายามที่จะได้รับชีวิตและความหมายบนพื้นฐานของควอนตัมฟิสิกส์พบกับปัญหาที่รักษาไม่ได้มันอาจจะเหมาะสมที่จะพิจารณากลยุทธ์ของวิทยาศาสตร์และความพยายามที่จะทำงานในเวลาเดียวกันในทิศทางตรงกันข้าม กลยุทธ์นี้เห็นได้ชัดในงานเขียนล่าสุดของ เดวิด ความเจริญ และผู้เขียนคนอื่น ๆ (3,10-12) บรรทัดนี้จะติดตามรายละเอียดเพิ่มเติมในเอกสารถัดไป
เชิงอรรถ
/1/ ตีพิมพ์ใน Found. Phys. 18, 1195-204 (1988).
/2/ ห้องปฏิบัติการคาเวนดิช, Madingley Road, Cambridge CB3 OHE, อังกฤษ.
/3/ ในการบรรยายเสริมซึ่งไม่รวมอยู่ใน ดำเนินการประชุม
ข้อมูลอ้างอิง
1. E. Schroedinger, What is Life; Mind and Matter (Cambridge University Press, Cambridge, 1967), Chapter 3 of Mind and Matter.
2. D. Bohm, Wholeness and the Implicate Order (Routledge and Kegan Paul, London, Boston and Henley, 1980), Chapter 1.
3. D. Bohm, Unfolding meaning (Ark, London and New York, 1987), Chapter 3.
4. N. Bohr, Atomic Physics and Human Knowledge (Wiley, New York, 1958), Chapters 2 and 3.
5. E. Wigner, Amer. J. Phys., 31, 6-15 (1963) (reprinted in J.A. Wheeler and W.H. Zurek, Quantum Theory and Measurement (Princeton, Princeton, 1983), section II.4).
6. P. Dirac, The Principles of Quantum Mechanics (Oxford University Press, Oxford, 1958), Chapter 2.
7. J.D. Barrow and F.J. Tipler, The Anthropic Cosmological Principle (Clarendon, Oxford, 1986).
8. J.B. Hartle and S. Hawking, Phys. Rev. D28, 2960-75 (1983).
9. R. Weber, Dialogues with Scientists and Sages (Routledge and Kegan Paul, London and New York, 1986), Chapter 11.
10. C.N. Villars, Psychoenergetics 5, 129-39 (1983).
11. H.P. Stapp, Found. Phys. 12, 363-99 (1982).
12. M. Conrad, D. Home and B. Josephson, in Microphysical Reality and Quantum Formalism, G. Tarozzi and A. van der Merve, eds. (Reidel, Dordrecht, to be published).