نویسنده: دکتر مهدی گلشنی
چکیده: «فيزيك كلاسيك با كارهاى گاليله و نيوتون تكون يافت و در قرن نوزدهم به كمال خود رسيد. در چهارچوب فيزيك كلاسيك هر سيستم فيزيكى با تعدادى متغير، كه تعدادشان در هر لحظه معين است، مشخص مى شود. برنامه فيزيك كلاسيك مشخص كردن اين متغيرها براى هر سيستم است. اين برنامه تا نزديكى اواخر قرن نوزدهم با موفقيت طى شد، به طوریكه در آن دوران فكر مىشد كه فيزيك به انتها رسيده است. در اواخر قرن نوزدهم فيزيك دانان با دو مسأله مهم روبرو شدند: كشف اتر و تشعشع از يك جسم داغ. توضيح این ها ديگر در چهارچوب فيزيك كلاسيك ميسر نبود و براى تبيين آن به چهارچوب هاى جديدى نياز بود. مسأله اول به تكون نظريه نسبيت خاص منجر شد و مسأله دوم به پيدايش نظريه كوانتوم منتهى گرديد. نظريه كوانتوم جديد كه نهايتاً در سال هاى 1927-1925 تدوين شد، پايه هاى فلسفى فيزيك كلاسيك را فرو ريخت.
کلمات کلیدی: کوانتوم، نظریه کوانتوم، رهبری کوانتومی، چالش های فلسفی
اهم مفروضات فلسفى فيزيك قرن نوزدهم
به طور خلاصه مفروضات فلسفى فيزيك قرن نوزدهم را مىتوان به صورت زير بيان كرد:
– واقعيتى مستقل از ما وجود دارد؛ اين واقعيت قابل شناخت است و كار فيزيك، شناخت اين واقعيت است، آنچنان كه هست.
– اين واقعيت فيزيكى قابل تجزيه به عناصر قابل تشخيص است و هر عنصر فيزيكى را مىتوان برحسب خواص مشخصى از قبيل جرم، سرعت و … توصيف كرد.
– اشياء بزرگ مركب از اشيایى خرد هستند و رفتار اشياء روزمره را مىتوان برحسب رفتار آن اشياء خرد (ميكروسكپى) توضيح داد.
– سير زمانى حالات هر سيستم طورى است كه هر حالت آن از حالت بلافاصله قبلى به طور علَى نتيجه مىشود.
عناصر مهم تعبير كپنهاگى
كنار گذاشتن مسائل هستی شناختى
بنيانگذاران مكتب كپنهاگى و در رأس آنها بور خود را تنها با مسائل معرفتشناختى مشغول مىداشتند و از ورود به حوزههاى هستىشناختى پرهيز مىكردند. براى بعضى از آنها (مثلاً هايزنبرگ) جهانى وراء جهان تجارب وجود ندارد و براى بعضى ديگر چيزى وراء تجارب قابل دسترسى نيست. در اين ديدگاهها هدف فيزيك ديگر توصيف خود طبيعت نيست، بلكه هدفش اين است كه با استفاده از مشاهدات گذشته نتايج بعضى از آزمايشهاى بعدى را پيشبينى كند. اين ديد ابزارانگارانه، چنان كه پوپر متذكر شده است، از تلفيق دو عامل به وجود آمد: يكى مشكل در تعبير فرماليزم نظريۀ كوانتوم و ديگرى توفيق اعجابآور اين نظريه در توجيه بعضى از تجارب فيزيكى. اما اينكه برنامه فيزيك صرفاً ربط دادن تجارب انسانى باشد، مورد انتقاد بعضى از فلاسفه و فيزيكدانان قرار گرفته است.
طرد تصوير پذيرى حوادث فيزيكى
يكى ديگر از ويژگيهاى انقلاب كوانتومى، از دستدادن اعتقاد به تصويرپذيرى حوادث اتمى است: نه تنها ساختارهاى اتمى قابل مشاهده و يا بيان برحسب كيفيات محسوس نيست، بلكه حتى قابل تصوير برحسب زمان و فضا و عليت نيست. به نظر مىرسد كه حوزۀ حوادث ميكروسكپى كاملاً متمايز از حوزۀ اشياء ماكروسكپى است. تنها به وسيله رياضيات مىتوان اين تجارب را توصيف كرد. اما اين رياضيات هيچ نمايش تصويرپذيرى از دنياى اتمى به دست نمىدهد. به قول هایزنبرگ: «تمامى واژهها يا مفاهيمى كه ما براى توصيف اشياء معمولى به كار مىبريم، نظير موضع، سرعت، رنگ، اندازه و غيره، نامتعين و مسألهزا مىشوند، اگر بخواهيم آنها را در مورد ذرات بنيادى به كار بريم … مهم اين است كه دريابيم در حالى كه رفتار كوچكترين ذرات را نمىتوان بىابهام برحسب زبان معمولى توصيف كرد، زبان رياضيات هنوز براى يك توصيف بدون ابهام آنچه مىگذرد كافى است».
طرد تحويل پذيرى سيستم هاى كوانتومى
از ابتداى تكون فيزيك جديد اين نظريه رايج شد كه براى فهم يك پديده كافى است آن را به اجزایش تجزيه كنيم؛ قوانين حاكم بر كل، نتيجه قوانين حاكم بر اجزاء است، و كل واقعيتى مازاد بر اجزایش ندارد. اين ديدگاه به تحويلگرايى موسوم است و بعضى هم آن را وحدت علم ناميدهاند. فيزيكدانان پيرو اين انديشه معتقدند كه علوم تجربى را مىتوان برحسب سلسله مراتب طبقهبندى كرد و در بنيادىترين سطح آن، فيزيك نظرى را قرار داد. بنابراين بايد بتوان علىالاصول همه علوم را به فيزيك نظرى تحويل كرد. پس مثلاً داريم: جامعهشناسى، روانشناسى، فيزيولوژى، زيستشناسى، شيمى، فيزيك. اين ديدگاه در فيزيك جديد از جهات مختلف مورد تعرض قرار گرفته است:
الف. در فيزيك جديد به مواردى برمىخوريم كه نشان مىدهند كل بيش از اجزاء را دربردارد. مثلاً اصل پائولى، كه حاكم بر اتم است، قابل استنتاج از قوانين حاكم بر تكتک الكترونها نيست.
ب. اخيراً مسأله كارا نبودن برنامه تحويلگرايى خصوصاً در مورد سيستمهاى پيچيده مطرح شده است. يك ويژگى مهم اين سيستمها اين است كه در مقياسهاى مختلف، پديدههاى جديدى از خود بروز مىدهند. مثلاً رفتار بزرگ- مقياس اينگونه سيستمها را نمىتوان از روى رفتار كوچك- مقياس آنها پيشبينى كرد.
مطلب ديگرى كه در درستى ديدگاه تحويلپذيرى خلل وارد كرده، قضيه ناتماميت گودل است كه حاكى از اين است كه يك كل رياضى بيش از جمع اجزاء آن است. اين قضيه مىگويد كه اگر ما يك سيستم منطقى داشته باشيم كه حساب را دربر بگيرد و شامل تعدادى اصول و قواعد (براى استنتاج گزارهها از آن اصول) باشد، در اين صورت همواره گزارههايى وجود دارند كه قابل بيان برحسب علائم سيستم هستند، اما با استفاده از اصول و قواعد سيستم نمى توان درستى يا نادرستى آنها را نشان داد. به عبارت ديگر هيچ سيستم مبتنی بر اصول كامل نيست.
بعضى از قضيه گودل نتيجه گرفتهاند كه دانش ما از جهان همواره محدود خواهد بود زيرا علم مبتنى بر رياضيات است و رياضيات نمىتواند همه حقایق را كشف كند. بعضى نيز از قضيه گودل استنتاج كردهاند كه دانش ما پايانناپذير خواهد بود بدين ترتيب بينش تحويلپذيرى كه از زمان انحطاط فيزيك ارسطويى قوت گرفته بود و توسعۀ فيزيك اتمى بيش از هر چيز ديگر مديون آن بود، جايش را به كلانگارى سپرد كه مىگويد سرشت كل را نمىشود از سرشت اجزاء فهميد، بلكه اين كل است كه سرشت اجزاء را برملا مى سازد.
حاكميت پوزيتيويسم بر افكار فيزيك دانان
پوزيتيويسم حاكم بر ذهن اكثر فيزيكدانان عصر ما نتيجه حاكميت مكتب كپنهاگى (در شصت سال اخير) است كه خود متأثر از پوزيتيويسم حاكم در اول قرن بيستم بود. حرف پوزيتيويست ها اين بود كه:
الف. نظريه ها قابل اعتماد نيستند مگر آنكه روى مبانى تجربى بنا شوند.
ب. يك نظريه بايد طورى دقيق فرمولبندى شود كه نتايج تجربى آن بدون ابهام باشد. بدين ترتيب طبق نظر اينها علم ما عصارۀ دادههاى تجربى است و ما بايد از چيزهايى كه مبتنى بر تجربه نيست و يا ابهام دارد، بپرهيزيم. اين مقتضيات باعث ضديت پوزيتيويستها با متافيزيك شده است، زيرا در آن از مفاهيم عام و مفاهيمى (مثل واقعيت) كه دقيقاً قابل تعريف نيست، استفاده مىشود. شرودينگر به نقد اين دیدگاه پرداخت: «مكانيك كوانتومى ادعا مىكند كه نهايتاً و مستقيماً با چيزى جز مشاهدات عملى سروكار ندارد، زيرا آنها تنها اشياء واقعى هستند، تنها منبع اطلاعات … نظريۀ اندازهگيرى طورى بيان شده است كه از لحاظ معرفتشناختى، تعرضناپذير باشد؛ اما اين همه سروصداى معرفتشناختى بر سر چيست اگر ما با خود يافتههاى حقيقى سروكار نداريم بلكه با يافتههاى تصور شده سروكار داريم؟»
طرد موجبيت (دترمىنيسم)
منظور از موجبيت (دترمىنيسم) اين است كه هر حادثه علتى دارد (اصل عليت عامه). گاهى موجبيت به معناى قابليت پيشبينى به كار رفته است. اما اين دو يكى نيست. اگر عليت عامه برقرار باشد و تمامى قوانين طبيعت را بدانيم و از تمامى شرایط اوليه آگاهى داشته باشيم مىتوانيم آينده را پيشبينى كنيم. اما اين امكان هست كه عليت برقرار باشد و ما بهعلت فقدان اطلاعات لازم نتوانيم پيشبينى كنيم. عليت عامه يك مطلب متافيزيكى است و به آنچه كه در واقع وجود دارد، مربوط مىشود. اما قابليت پيشبينى يك امر معرفتشناختى است كه مستلزم اعتبار عليت عامه است به علاوه دانش ما درباره قوانين طبيعى و شرایط اوليه،
بعد از پيدايش مكانيك كوانتومى، طرد موجبيت به صورت رسمى و مؤثر ابتدا توسط بورن انجام گرفت. او به هنگام حل مسأله برخورد یک ذره با ذره دیگر، از طريق فرماليزم شرودينگر به اين نتيجه رسيد كه سرانجام برخورد به طور يگانه قابل پيشبينى نيست و از آنجا نتيجه گرفت كه كليد حل مسأله، طرد موجبيت در دنياى اتمى است. اما وى در همانجا متذكر شد كه اين يك تصميم فلسفى است كه او مىگيرد نه فيزيكی. از آن به بعد غالب فيزيكدانان به تبعيت از بور، بورن و هايزنبرگ موجبيت را از دنياى اتمى طرد كردهاند و مىگويند كه عدم موجبيت، ذاتى پديدههاى اتمى است و عقيدۀ ما درباره عليت از تجاربمان با اشياء بزرگ (ماكروسكپى) نشأت گرفته است و در مورد اشياء خرد (ميكروسكپى) صادق نيست. اينها علىالظاهر اصل عليت را منكر نمىشوند، بلكه اصل سنخيت علت و معلول را منكر مىشوند و حرفشان اين است كه گذشته به يكى از امكانات بعدى مىرود. در همان زمان بعضی از فلاسفه و فیزیکدانان متذکر شدند که اینها از نیافتن علل در حوزۀ اتمی به در کار نبودن علل در این حوزه جهش کردهاند ، که قابل قبول نیست.
حاكميت ايدآليسم برتفكر فيزيكدانان
تا قبل از ظهور مكانيك كوانتومى، فيزيك وجود جهان خارجى مستقل از ذهن انسانى را مفروض مىگرفت و وظيفه خود را توضيح ماهيت آن مىدانست. اين ديدگاه را اين روزها رئاليسم خام مىنامند و ما از آن بهعنوان رئاليسم كلاسيك ياد خواهيم كرد. اين ديدگاه مبتنى بر دو فرض است: اول اينكه نظم مشاهده شده حاكى از واقعيتى مستقل از ناظر انسانى است. دوم آنكه تحقيقات علمى مىتواند اين جهان عينى را براى ما قابل درك سازد و در واقع هدف علم كشف واقعيت اين جهان خارجى است. طبق اين بينش، جهان خارجى آنچنان است كه به نظر مىرسد و دانش ما صرفاً انعكاسى از واقعيت عينى است. ذهن را مىتوان از عين جدا كرد و ما صرفاً يك تماشاگر غيرفعال هستيم. عدهاى از دانشمندان ضمن قبول يك جهان عينى، مستقل از ذهن انسانها، معتقدند كه بايد بين واقعيت عينى كه مستقل از هر نظريهاى است و نظريهاى كه مىكوشد آن را كاملاً به شكل صحيح به حساب آورد فرق بگذاريم. اين را اين روزها رئاليسم انتقادی مىنامند. بر اساس مشاهداتى كه در دو دهه اول قرن بيستم انجام گرفت، چنين نتيجهگيرى شد كه آزمايشهاى مختلف تصوير واحدى از يك موجود اتمى به دست نمىدهند و به عبارت ديگر نتايج به دستآمده را نمىتوان با يك واقعيت عينى واحد تطبيق داد. اينجا بود كه ديدگاه فيزيكدانان نسبت به سرشت واقعيت اشياء كوانتومى تغيير كرد و مكتب كپنهاگى مكانيك كوانتومى، كه مكتب رايج بود، رئاليسم كلاسيك را كنار گذاشت و بهجاى آن ديدگاهى را اختيار كرد كه بهشدت طنين ضد رئاليستى داشت. اينها مىگفتند كه نبايد دنبال توضيح اشياء باشيم، بلكه بايد با نظريههايى كه نتايجشان با مشاهدات تطبيق مىكند قانع باشيم. مثلاً جینز، اختر فیزیکدان معروف انگلیسی، گفت: «اگر زبان ايدآليسم را به كار بريم، قانون و نظمى كه در طبيعت مىيابيم به آسانترين وجه توصيف مىشود». در مقابل اینها، اینشتین در كتابى كه با اينفلد نوشت، گفت: «بدون اعتقاد به اينكه امكان دارد واقعيت را با ساختارهاى نظرىمان درك كنيم و بدون اعتقاد به انسجام درونى جهانمان علمى نمىتواند در كار باشد. اين اعتقاد همواره انگيزۀ اساسى براى خلاقيت علمى بوده و خواهد بود».
طرح منطق كوانتومى
برخى از پيروان مكتب كپنهاگى كوشيدهاند كه مشكلات تعبيرى مكانيك كوانتومى را با توسل به نوع جديدى منطق حل كنند. اينها مىگويند كه جهان از يك منطق غيرانسانى تبعيت مىكند و بنابراين ما بايد براى توجيه حقايق كوانتومى، نحوه استدلالمان را تغيير دهيم. در حدود دو هزار سال هندسه اقليدسى به كار مىرفت، اما بعداً معلوم شد كه هندسه جهان غير اقليدسى است. مسأله هندسه جهان را عرف معين نمىكند، بلكه تجربه تعيين مىكند. همينطور است در مورد منطق. در اينجا نيز تجربه بايد مشخص كند كه چه منطقى حاكم است. فينكلشتين معتقد است كه موجودات كوانتومى همان خواص اشياء كلاسيك را دارند ولى اين خواص به طريق غير كلاسيك تركيب مىشوند. مثلاً قانون توزيعپذيرى منطق كلاسيك در جهان كوانتومى صادق نيست -این قانون که میگوید (الف) و (ب یا ج) معادل است با (الف) و (ب) یا (الف) و (ج). در جواب اینها گفته شد که منطق کوانتومی همارز با رياضيات مكانيك كوانتومى است، بدون آنكه روى آن اثرى داشته باشد، يعنى به نتايج جديد منتهى شود. به علاوه، بدون توسل به منطق كلاسيك نمىتوان منطق كوانتومى را فرمولبندى كرد.
نتيجه گيرى
انقلاب كوانتومى كه با كارهاى پلانك در اول قرن بيستم شروع شده بود، با كارهاى بور، هايزنبرگ، بورن، شرودينگر، ديراك و پائولى به اوج خود رسيد و بر بسيارى از مبانى فلسفى فيزيك كلاسيك خدشه وارد كرد. اما از همان زمان عدهاى از فيزيكدانان برجسته نظير اينشتين و شرودينگر با ديدگاههاى فلسفى فيزيكدانان كوانتومى به معارضه برخاستند، ولى اعتراضات اينها در آن زمان به نتيجهاى نرسيد و اكثريت فيزيكدانان چند نسل بعد تعبير سنتى مكانيك كوانتومى را پذيرفتند. با وجود اين حتى برخى از پيشروان اين نظريه، با توجه به مشكلات آن، امكان جايگزينى آن به وسيله يك نظريه كاملتر را نفى نكردند. در چند دهۀ اخير، مشكلات عديده اين نظريه، بهطور روزافزونى بارز گشته است، به طورى كه حتى فاينمن در سالهاى اخير (1982) اقرار كرد كه اين نظريه خالى از مشكل نيست، و هنری استپ میگوید: «در بيست سال گذشته تعبير كپنهاگى تا حد زيادى جاذبهاش را در اذهان فيزيكدانان از دست داده است». ما در عين اعتراف به زيبايى و قدرت توجيه اين نظريه معتقديم كه اين نظريه ناقص است و دير يا زود به وسيله نظريۀ كاملترى جايگزين خواهد شد. بنابراين در عين اينكه بايد هرچه بيشتر از امكانات اين نظريه استفاده كنيم، نبايد به خاطر مشكلات فعلى، از همۀ اصول متقن و پرثمر فلسفى دست بشوييم، بلكه بايد با تلاش هرچه بيشتر در جستجوى نظريهاى كاملتر باشيم».
