درباره ی تفسیر در علم

در طول تاریخ علم [طبیعی] کمتر واژه ی تفسیر interpretation دیده می شود، به جز دوران معاصر و خصوصا مهم شدن تفسیر برای تئوری کوانتم. دلیل نیز تا حدی روشن است. سعی خواهم کرد در این مورد توضیح بدهم.

تفسیر در روش علمی به اختصار یک نگاشت بین (مفاهیم) یک تئوری علمی و واقعیت است. همان طور که پیش تر درباره اش گفته شد روش علمی به تعبیری یک روش معناشناسی و ارزش گذاری برای تئوری های صرفا ریاضی بر پایه ی واقعیت است (که سعی دارند واقعیت را توضیح دهند و پیش بینی کنند). اعتبار و محدوده ی اعتبار برای یک تئوری (مدل) علمی توسط آزمایش ها تعیین می شوند.

اما سئوالی که پیش می آید این است که با توجه به علمی یا غیر علمی بودن یک تئوری (که با میزان توضیح، توجیه، پیش بینی و ابطال پذیری مشخص می شود) و با توجه به درست یا نادرست بودن آن (نتایج آزمایش ها) تفسیر چه جایگاهی دارد؟ دلیل اهمیت کم تفسیر تا پیش از تئوری کوانتم نیز عدم وجود جایگاه تعریف شده و الزامی برای آن است. در واقع تفسیر پیش از این که در دوران معاصر مهم شود در تمام تئوری های علمی وجود داشته است اما به صورت ضمنی.

به طور مثال تئوری مکانیک نیوتنی (به همراه گرانش) یک تئوری علمی اثبات شده (در حوزه ای مشخص) است که حرکت اجسام نقطه ای در فضای سه بعدی در طول زمان را توضیح می دهد و پیش بینی می کند. در نگاه اول تفسیر برای چنین تئوری بی معنی به نظر می رسد از آن جا که مفاهیم این تئوری خود عین (identity) واقعیت هستند که در قالب روابط ریاضی ظاهر شده اند ولی در حقیقت مفاهیم این تئوری مثل نقطه، فصای سه بعدی، زمان، سرعت، نیرو، شتاب ... همگی مفاهیم انتزاعی ریاضی هستند که به خاطر ارتباط بسیار نزدیکشان به واقعیت و بسیار ملموس concrete بودنشان واقعیت به نظر می رسند.

 [البته برای درست بودن چنین گفته ای و آن چه در ادامه ی متن می آید دو فرض درست گرفته شده اند:

1. وجود داشتن واقعیت یا آن چه جز ما باشد.

2. ریاضی بودن واقعیت. که البته فرض بسیار غیر بدیهی و بزرگی است.]

به عبارت دیگر مفهوم نقطه با مفهوم متقابلی counterpart در واقعیت متناظر است که [اجازه دهید بگوییم متناظر-نقطه] گرچه آن نیست ولی در حوزه ای مشخص بسیاری از ویژگی های آن را دارد و به نوعی مفهوم واقعی متناظر را تقریب می زند. متناظر-نقطه در متن واقعیت وجود دارد و وقتی آن را از واقعیت انتزاع می کنیم دیگر آن نیست. بنابراین تفسیر مکانیک نیوتنی بسیار تجربی، ضمنی و پیش تر از خود تئوری می باشد. در واقع تفسیر آن در طول چندین قرن قبل از خود تئوری ایجاد شده است. از زمانی که انسان ها به درجه ای از انتزاع رسیده اند که مفهوم حرکت، سرعت، نیرو و حتی نقطه و فضا و زمان را به صورت آهنجیده درک کنند (درک این مفاهیم برای ما بدیهی است چون به ما منتقل شده است). نمونه ی دیگری که می توان در تفسیر مکانیک نیوتنی پیدا کرد تناظر بین زمان مطلق و متناظر-زمان است که اساسا یکی به نظر می رسند. مفهوم زمان آن هم به صورت مطلقش در دوران یونان قدیم و ارسطو انتزاع شده است و نیوتن به عنوان یک تناظر پیش فرض گرفته شده (ضمنی) از آن استفاده کرده است اما با اثبات تئوری نسبیت اینیشتین نشان داده شد که زمان مطلق با زمان-متناظر دقیقا یکی نیست. نتیجه ای که نسبیت داشت تقریب بهتر واقعیت زمان بود آن هم با مفهوم انتزاعی تر دیگری به نام زمان نسبی. طبیعی است که متناظر-زمان دقیقا با زمان نسبی هم یکی نباشد.

نمونه های دیگری از تفسیر در فیزیک قدیم وجود دارد که پس از اثبات تئوری به وجود آمده اند، به طور مثال تفسیر انتروپی و اصل افزایش انتروپی در ترمودینامیک و مکانیک آماری. اصولا تفسیر همیشه وقتی اهمیت پیدا کرده است که یک مفهوم ریاضی که قاعدتا باید با واقعیت در تناظر باشد با پدیده ی تجربی و ملموسی مرتبط نباشد. چنین مفهومی از این نظر باید با واقعیت در تناظر باشد که اول، از عناصر-نتایج ریاضی تئوری علمی ثابت شده است و دوم، مفاهیم اولیه ی آن تئوری علمی یک سری مفاهیم ملموس بوده است. به طور مثال مفاهیم اولیه ی ترمودینامیک که گرما، کار، حجم، دما، فشار، ... و حتی مفاهیمی چون تبادل گرما از جسم گرم به سرد همگی با تجارب روزمره تناظر و موافقت دارند ولی هنگامی که این مفاهیم به صورت ریاضی بررسی شوند نتیجه ای مانند انتروپی به همراه دارند که متناظری counterpart در واقعیت ندارد. چیزی که درنهایت به عنوان متناظر انتروپی معرفی شد بی نظمی بود. این نکته هم بسیار جالب است که مفهوم بی نظمی در آن زمان اصلا آهنجیده نبود و بعد در تئوری مکانیک آماری و بعدها به صورت آهنجیده تر در ریاضی وارد شد.

به طور طبیعی تا کنون هیچ تفسیری نگاشتی یک به یک و پوشا بین ریاضی و واقعیت نبوده است، معمولا و به ویژه در دوره ی علمی معاصر تفاسیر در سمت تئوری ریاضی خود مفاهیمی داشته اند که با واقعیتی تجربی در تناظر نبوده است (یادآوری: انتروپی) و البته بر عکس این هم امکان پذیر است ولی معمولا اهمیت کمتری دارد. به عنوان مثال در تمام تئوری های آماری فیزیکی (از بازی های شانس و احتمالات، مکانیک آماری کلاسیک تا مکانیک کوانتم و ...)  همیشه یک نقص و ابهام در ساختار واقعیت شناسی احتمال و شانس وجود داشته است تا زمانی که اصول موضوعه ی مکانیک آماری در ابتدای قرن بیستم (گیبس) و اصول موضوعه ی احتمال ریاضی سه دهه بعد (کلموگرف) از هم تفکیک شدند و ابهام رفع شد ولی مسئله ی جدی تر یعنی تفسیر شانس در مکانیک آماری به جای خود باقی ماند. یعنی شانس در واقعیت با چه چیزی در دنیای مفاهیم ریاضی در تناظر است. بیان دیگری از این نقص تفسیر تئوری های آماری این است: چنین تئوری هایی با یک سری اشیاء ریاضی به نام توزیع ها سر و کار دارند (که البته با نام های تابع موج، تابع حالت، بردار حالت، تابع توزیع انرژی، ... هم شناخته شده اند) که صرفا یک تابع بر حسب یک کمیت فیزیکی است ولی در واقعیت نتیجه آزمایش ها هر مقداری از آن کمیت می تواند باشد و فقط در تعداد بزرگ آزمایش ها تعداد نتایج با مقداری مشخص، با مقدار تابع توزیع آن تقریبا متناسب است. یعنی این تئوری ها برای واقعیت یک نمونه تصادف دلیل ریاضی ندارند و فقط در تعداد بزرگ نمونه ها میانگین ها را پیش بینی می کنند.

همان طور که گفته شد چنین عدم تناظر هایی در تفاسیر اهمیت زیادی نداشته اند، به این دلیل که دامنه ی محدود و در نتیجه برد محدود تئوری های علمی همیشه موجب توجیه و پیش بینی پدیده ها در همان محدوده بوده است و این دست عدم تناظرها در کل به همین محدودیت مربوط می شود. به همین خاطر گرچه مکانیک نیوتنی مفاهیم متناظری برای الکترومغناطیس، ترمودینامیک، .. ندارد ولی هیچ گاه این نقص در تناظر با واقعیت به آن گرفته نمی شود. در مورد احتمال و شانس هم تا زمان ظهور تئوری کوانتم چنین تصور می شد که [یک نظر عمده در بین دانشمندان] شانس صرفا نتیجه یک سری تغییر و حرکت پیچیده است که همگی دارای قانون فیزیکی هستند و بنابراین اگر چه این قوانین برای ما روشن نباشد ولی در حوزه ی یک تئوری دقیق تر قابل تفسیر است.

نکته ی دیگری که در ارتباط با تفسیر در علم جالب توجه است بدون تفسیر بودن اصول موضوعه ی بعضی تئوری های جدید است. با شروع دوران جدید در فیزیک به ویژه در تئوری نسبیت و کوانتم اصول فیزیکی principle کم کم از صورت بدیهی، تجربی، راضی کننده و ناظر به واقعیت به شکل اصول موضوعه postulate درآمدند که عموما با تجربه ای در ارتباط نبودند (یکی بودن سرعت نور، گسسته بودن انرژی، ...)، دلیل راضی کننده ای برای واقعیت و حتی شهود-سازگار نبودند. سئوالی که پیش می آید این است که آیا چنین فرض های ریاضی ای با واقعیتی تفسیر خواهند شد یا این که تئوری های جدید باید همواره سعی بر این داشته باشند که مفاهیم قبلی را توضیح دهند (ریاضی) و در عوض انبوهی از اصول بدون تفسیر بر جای گذارند.

حتی با فرض وجود واقعیت و ریاضی بودن آن نمی توان از نقش انسان به عنوان مفسر تئوری های ریاضی صرف نظر کرد. در عمل آن چه که تناظر بین یک تئوری علمی و واقعیت را برقرار می کند انسان است. انسان با مجموعه ی مشخصی از پدیده ها آشنا است که هر تفسیری به طور مستقیم یا غیر مستقیم باید تئوری ها را به مفاهیم این مجموعه ی پدیداری متناظر کند. این مجموعه ی پدیداری که منظری از  یک گوشه ی کوچک واقعیت است با قطعیت بالایی برای تمام انسان ها یکی است.

محدود بودن مجموعه ی پدیداری انسان سبب می شود که در دوره ی جدید چندین حقیقت نظری به صورت غیر مستقیم به یک پدیدار برای انسان تاویل شود. یک نمونه ی تاریخی این مطلب فرض وجود اتم ها در مکانیک آماری و نظریه ی جنبشی در ابتدای قرن بیست بوده است. نتایج این تئوری ها گرچه درست، واقعی و بر پایه ی فرض وجود اتم ها است اما تفسیری برای اتم های نادیدنی ارائه نمی دهد (البته تعداد زیادی فیزیک دانان آن دوران به پیش گامان تئوری از جمله بولتزمان این ایراد را وارد می کردند که فرض وجود چیزهای نادیدنی در علم اشتباه است). چند سال بعد ضمن انتشار مقاله ی اینیشتین درباره ی حرکت بروانی و آزمایش پرین در این مورد واقعیت وجود اتم ها به تدریج پذیرفته شد اما تفسیری که هم اکنون برای چنین موجوداتی داریم چیزی جز حرکات پر افت و خیز ذرات معلق در سیالات ناشی از حرکت کاتوره ای آن ها نیست. به عنوان مثالی دیگر مفهوم زمان نسبی هیچ گونه جنبه ی پدیداری جدیدی به همراه ندارد، به عبارتی برای تفسیر آن، همان طور که زمان مطلق را به دریافت طبیعی انسان از زمان می نگاریم، باید همان دریافت طبیعی را متناظرش بدانیم. بنابراین مفاهیم نظری زیادی به یک جنبه ی پدیداری (مشاهده-دریافت-فهم) نگاشته می شوند.

بنابراین می توان نمای کلی تئوری-تفسیر-واقعیت را به این صورت طرح کرد:

و توضیح بیشتری در مورد دو ردیف آخر:

همان طور که قبلا گفته شد انتزاع و فهم در سه مرحله-لایه ی مشاهده (در تناظر با عصب)، دریافت (در تناظر با روان) و مفهوم شکل می گیرد و هر چه از مشاهده به سمت فهم دور می شویم چیزها نادیدنی تر، [به این خاطر که] تجریدی تر، ذهنی تر subjective، ریاضی تر می شوند.

از طرف دیگر واقعیت تئوری های علمی توسط سطح-لایه های مشاهده observation (ساده ترین آزمایش های طبیعی که با مشاهده صورت می گیرند، بدون ابزار اندازه گیر)، آزمایش measurement (یک لایه ی واسط بین انسان و واقعیت مورد بررسی. این واسط یک ابزار اندازه گیری است) و فرایند process (لایه ی دیگری بین انسان و واقعیت اصلی که آزمایش را نیز از آن جدا می کند. به این معنی که واقعیت مورد بررسی در فرایند پیچیده ای موجب نتایج ثانویه و تاثیراتی که توسط ابزار اندازه گیری قابل ثبت است می شود) آزمایش می شوند. هر چه از مشاهده به سمت فرایند دور شویم چیزها نادیدنی تر، [و بنابراین] سخت-تفسیر تر و غیر ملموس تر و ذهنی تر می شوند. این ادعا که چنین چیزهایی ذهنی تر می شوند بر این اساس است که عموما در تفسیر با چیزهای ذهنی متناظر می شوند و البته کم معنی بودن تفسیر آن ها از همین جا ناشی می شود که مسیر تناظر بسیار طولانی است. [مثال تئوری کوانتم بررسی می شود]  

به عبارتی می توان طیفی از عینیت برای مفاهیم قایل شد که هر چه آن چیز از دیدرس انسان یا به عبارتی مجموعه ی پدیداری و واقعیات ملموس دورتر شود ذهنی تر می شود و در آن پدیدارها و تجربه های روزمره عینی objective ترین ها هستند. در این صورت عینیت [تاکید: در این پارادیم] صرفا به ملموس بودن و تجربی بودن empirical تبدیل می شود و معنی خود را در فیزیک آینده رفته رفته از دست خواهد داد.

با توجه به چنین نمایی از وضعیت روش علمی (و البته خیلی روش ها و شناخت های دیگر) که تاریخ علم خود گواه آن است می توان کم رنگ شدن انسان و تفسیر را در شناخت مشاهده کرد. ولی انسان به خاطر داشتن لااقل دو نقش مهم در این نمایه غیر قابل حذف است. یک، انتزاع و صورت بندی formulation تئوری های علمی و  دو، طرح آزمایش و در کنار هم آوردن آن چه برای اثبات یک تئوری (ریاضی) لازم است. بدون وجود انسان حتی اگر فرض شود تئوری های ریاضی وجود دارند هیچ راهی و الزامی برای اثبات این ها وجود ندارد. همین نقش انسان محدود می کند آن چه واقعیت می تواند باشد؛ انسان گرچه با واقعیت اصلی به اندازه ی اعصاب و اندازه گیرها و فرایند ها و  ... فاصله دارد ولی از واقعی بودن هر تئوری ریاضی جلوگیری می کند.

مثال تئوری کوانتم برای مشاهده-آزمایش-فرایند:

یکی از تفاسیری که برای تئوری کوانتم داده شده است به تفسیر اینیشتین-بورن معروف است و مطابق با این تفسیر پدیده های تصادفی در مکانیک کوانتم صرفا حاصل یک سری تغییرات در سطوح زیرساختاری و زیر-کوانتم-مکانیکی ماده است که با پیچیدگی های بسیاری همراه شده است.

اگر چنین باشد فرایند های زیر-کوانتم-مکانیکی ماده نه تنها برای انسان بلکه برای وسایل اندازه گیری نیز غیر قابل مشاهده است و البته به همین خاطر نمی توان چنین تفسیری را در حال حاضر آزمایش کرد. ولی هر چه که باشد تاثیر چنین افت و خیز های زیر-کوانتم-مکانیکی پدیده هایی در سطح کوانتمی است که به طور تصادفی رخ می دهند که البته قابل تبدیل به سیگنال های اندازه پذیر هستند و مثلا توسط ولت متر ها و ... اندازه گیری می شوند.

در نوع دیگر بررسی حتی می توان دستگاه های اندازه گیری ای مانند ولت متر را نیز یک فرایند (الکترومغناطیسی) دانست که منجر به پدیده های قابل اندازه گیری توسط سیستم (مکانیکی) فنر-قاب-عقربه می شود.

نقل از اندیشه

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40