فلسفه ی فیزیک از دیدگاه فیلسوفان

دکارت می گفت :محقق است که خدا قبلا همه چیز را مقدر کرده است و قدرت اراده فقط ناشی از اینست که ما به قسمی عمل می کنیم که از نیروی خارجی که به سبب آن مجبور به عمل خاصی هستیم آگاه نمی باشیم. دنیای جدیدی که گالیله و نیوتن.. ساخته بودند حتی عامه مردم را درگیر خود کرده بود هرچند مردم بصورت فطری از آن سر باز می زدند و آن را قبول نداشتند آنها اراده می کردند و به مقصود می رسیدند در واقع فیزیک کلاسیک از طرز تفکر موجبیت (دترمی سیسم ) دفاع می کرد و پایه استدلالات آن بر پایه منطق ریاضی بود و ظاهرا چاره ای جز قبول موجبیت در طبیعت نبود امانوئل کانت برای رفع این مشکل در مورد آزادی اراده می گوید اگر عالم فقط همین است (که می بینیم) در این صورت بدیهی است که اراده نمیتواند آزاد باشد یعنی که چیزی را که می بینیم شاید چیزی نباشد که در واقع هست همان مثال مشهور غار افلاطون که کسانی که در زنجیر شده اند سایه ها را واقعیت می شمارند و نمی دانستند که سایه ها فقط سایه ای از واقعیت هستند! کانت بدین صورت عقیده خود را بیان می کند که پدیده ها فقط نشانه ها و نمایشهایی از حقیقت مطلق هستند نه خود حقیقت و استدلال می کند که منشاء اصلی آنها باید در جایی غیر از این عالم پدیده ها باشد بطوری که هر چند یک پدیده با پدیده دیگر رابطه علت و معلول داشته باشد ضرورتی برای قبول علیت بین تولید کنندگان آن پدیده نباشداگر، توجه خود را به پدیده ها معطوف کنیم ظاهرا قوانین ماشینی و جبر درست هستند و اگر بتوانیم با حقیقتی که اساس و اصل پدیده ها ست تماس حاصل کنیم شاید ببینیم که چنین قانونی وجود ندارد کانت در ادامه می گوید هدفش اثبات آزادی اراده نبود بلکه فقط می خواست این مسئله را حل کند که حداقل طبیعت و آزادی متضاد هم نیستند البته آنان سعی می کردند آزادی اراده را به اثبات برسانند هر چند بطور کامل موفق نشدند مکانیک نیوتنی توسط فرمولهای ریاضی پایه ریزی شده بود و ظاهرا شکست ناپذیر بنظر میرسید اما پس از مدتی مشخص شد آنگونه که در ابتدا فکر می کردند نمی توانند تمام پدیده ها را توجیه کنند از جمله خواص نور که خاصیت دوگانه ای از خود نشان می داد هم عصر نیوتن، هویگنس از لحاظ هندسی ثابت کرد که نور دارای خاصیت موجی است هر چند بعضی از پدیده ها با در نظر گرفتن خاصیت ذره ای نور قابل توجیه بوده با این حال در پدیده ها یی مانند تداخل و پراش نظریه ذره ای دچار مشکل می شد و در عوض نظریه موجی به طور کامل آنها را توجیه می کرد.

مکانیک کوانتومی

هر نظریه ی جدیدی که پا به عرصه ی وجود می گذارد،بی شک پیامدها ی خاص خود را به همراه دارد،گویی افقی جدید را در برابر دیدگان می گشاید و به تبع آن طرفداران یا رهروانی به سمت آن نظریه جلب می شوند. درست همانگونه که در زمان ورود نسبیت،افق دید بشر نسبت به دنیای پیرامون دچار تغییراتی ژرف گردید. زمانی که مکانیک کوانتومی پا به عرصه ی وجود نهاد،به طور عمیقی دیدگاه را نسبت به جهان پیرامون دگرگون نمود.در دیدگاه کوانتومی مقیاس نگرش با مقیاس نسبیتی متفاوت و بسیار کوچکتر از آن بود،مقیاسی در حدود اتم و زیر اتم.

مکانیک کوانتومی به خوبی ما را در درک هرچه بهتر از ساختار وخواص اتمها ، مولکولها ، جامدات و رفتار ذرات زیر اتمی یاری داده است و پیامدهای بسیار ارزشمندی همچون: ترانزیستور-لیزر-تلویزیون-کامپیوتر – میکروسکوپ الکترونی – انرژی هسته‌ای و… را در پی داشته است،که همه و همه نتایج مکانیک کوانتومی است فیزیکی که بر پایه عدم قطعیت، احتمال ، میانگین و آمار بناشده است.

مکانیک کوانتومی مهم ترین دستاورد علم بشری در توصیف طبیعت است. این نظریه که در سالهای 27-1925 توسط «ورنر هایزنبرگ»، «اروین شرودینگر»، «پل دیراک»، «ماکس پلانک» و چند تن دیگر پایه گذاری شد، اساس تمام ادراک امروزی ما از عالم است. به بیان دقیق تر، مکانیک کوانتومی مجموعه ای از قوانین، روابط ریاضی و مفاهیم فلسفی است که توصیف کننده رفتار ذرات بنیادین تشکیل دهنده عالم است. البته با تعمیم همین قوانین و روابط، می توان رفتار تمام سیستم های فیزیکی ای که پیش از آن بررسی شده بودند را نیز بررسی و تعیین کرد.

نتایج بنیادی نظریه های علمی به سرعت در دیگر حوزه های اندیشه تأثیر می گذارد. به عنوان مثال این ادعا زبانزد خاص و عام شده است که مکانیک کوانتومی قانون علیت را نقض می کند و بنابراین می توان هر جا که لازم شد علیت را به گوشه ای وانهیم. این که نظریه های علمی خود مشروط هستند و به هزارویک پیش فرض گفته و ناگفته وابسته هستند به کنار، آنچه اهمیت دارد بدفهمی و خلط موضوعاتی است که عمیقاً توسط فلاسفه مورد بررسی قرار می گیرند.

موجبیت و علیت  نمونه هایی از این مفاهیم هستند که در قرن بیستم با ظهور مکانیک کوانتومی دستخوش مردم قرار گرفتند و در سایر حوزه ها از تغییر آنها و تأثیری که فیزیک جدید بر آنها داشته است سوءبرداشت شده است، سوء برداشت هایی از فیزیک و شیمی گرفته تا ادبیات و هنر. به عنوان مثال جبر و اختیار مسأله ای است که اندیشه بشری را از دوران باستان مورد چالش قرار داده است:اگر قوانین فیزیک تغییر ناپذیر و محتوم هستند، پس همانقدر که یک ساعت رفتارش جبری است انسان نیز که یک ماشین فیزیکی پیچیده است باید رفتارش جبری باشد(البته با این پیش فرض که رفتارهای بشری صرفاً ناشی از قوانین فیزیکی است). واین با اختیار و اراده آزاد در تقابل است. اما به نظر می رسد که یک راه حل برای ورود اختیار این باشد که قوانین فیزیک جبری نباشند و این چیزی بود که حداقل به نظر می رسید توسط مکانیک کوانتومی حاصل شده است.

کامپتون می گوید:

«دیگر قابل توجیه نیست که قانون فیزیکی را به عنوان شاهدی علیه آزادی انسان به کار بریم. »

اما واقعیت این است که این دو مفهوم کاملاً مستقل از هم هستند و بنابراین حتی اگر افراطی ترین تعبیر از مکانیک کوانتومی به طرد موجبیت بینجامد، علیت را باقی خواهد گذاشت.

از جمله کسانی که در دنیای کلاسیک به موجبیت می پردازد پیر لاپلاس، ریاضیدان، فیزیکدان و فیلسوف فرانسوی است.

وی اصل علیت عمومی را این چنین بیان می کند:«میان رخدادهای اکنون و رخدادهای گذشته اتصال ژرفی وجود دارد، اتصالی که بر این اصل استوار است: چیزی نمی تواند بدون علتی که مقدم بر آن باشد وجود داشته باشد»

لاپلاس این تعریف از علیت را وامدار نظرات لایب نیتس بود که می گفت همانقدر که ۹=۳*۳ حتمی است، وقوع رخداد ها نیز قطعی خواهد بود.

لاپلاس با توجه به این بیان از علیت، موجبیت را چنین می داند :«ما باید حالت کنونی جهان را معلول حالت قبلی و علت حالت بعدی آن بدانیم. متفکری که تمامی نیروهای مؤثر در طبیعت را در یک لحظه معین می داند، و همچنین مکان لحظه ای تمامی اشیای جهان را می داند قادر خواهد بود در یک فرمول، حرکت بزرگترین اجسام تا کوچکترین اتم های این جهان را درک کند، مشروط بر این که تفکر وی به اندازه کافی قادر باشد تا تمامی داده ها را تحلیل کند؛ برای وی هیچ چیزی غیر قطعی نخواهد بود و آینده مثل گذشته پیش چشمانش خواهد بود. »

مشاهده می کنیم که لاپلاس نه تنها به وجود روابط علی دقیق در جهان اشاره می کند، بلکه بر پیش بینی پذیری حالت های بعدی نیز صحه می گذارد. مشروط بر این که آن کسی که به پیش بینی می پردازد از تمامی وضعیت ها در یک لحظه خاص و نیز تمامی قوانین حاکم بر عالم آگاهی داشته باشد. علاوه بر این باید از قوای محاسبه کنندگی نامحدودی بر خوردار باشد. چراکه حل معادلات فیزیک از پیچیدگی فراوانی برخوردار است و اغلب اوقات محاسباتی که توسط هوش انسانی انجام می شود تقریبی و ناقص است. به این بیان لاپلاس از موجبیت، موجبیت علی گفته می شود، علاوه براین که حاوی موجبیت پیش بینی گرایانه نیز هست.


اما آنچه فیزیکدانان را وا می داشت تا موجبیت را با علیت یکسان بدانند، شکل روابطی بود که برای معادلات فیزیکی می نوشتند. همانطور که می دانیم روابط موجود در فیزیک کلاسیک ، روابطی قطعی و معین هستند.

معادلات فیزیکی علاوه بر این که حکایت گر رابطه ای موجبیتی هستند، علت و معلول را نیز مشخص می کنند. به همین دلیل الگوی علیت در فیزیک کلاسیک به «الگوی تابعی» علیت معروف شده است، الگویی که در مکانیک کوانتومی به «الگوی شرطی علیت» تغییر پیدا می کند.

 چرا مکانیک کوانتومی به طرد موجبیت می انجامد؟ همانطور که از نقل و قول لاپلاس فهمیده می شود اگر کسی مکان و سرعت ذره را در یک لحظه بداند می تواند با توجه به نیروهای حاکم بر ذره مکان و سرعت ذره را در تمامی لحظات بعدی بداند. مشکل در این نکته قرار دارد که براساس مکانیک کوانتومی نمی توان مکان و سرعت یک ذره را توأمان با هم دانست و این عدم شناخت ناشی از کمبود اطلاعات ما نیست بلکه خود ذره اساساً در یک لحظه نمی تواند هم مکان قطعی داشته باشد و هم دارای سرعت مشخصی باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که موجبیت لاپلاسی در مورد جهان کوانتومی اعتبار ندارد. این استدلالی که آورده شد منسوب به هایزنبرگ است، کسی که اصل عدم قطعیت اش حکایت گر این واقعیت است که یک ذره نمی تواند در یک لحظه بعضی از کمیت ها را به صورت قطعی داشته باشد از جمله سرعت و مکان. استدلال مذکور مبتنی بر یک مغالطه است و نمی تواند معتبر باشد. چرا که از نفی مقدم یک گزاره شرطی(عدم وجود مکان و سرعت در یک لحظه) نفی تالی (عدم شناخت مکان و سرعت در لحظات بعدی) را نتیجه گرفته است. دلیل قوی تر برای نفی موجبیت در مکانیک کوانتومی وجود احتمالات در روابط کوانتومی است. در نظریه کوانتوم دیگر نمی توان گفت که مقدار انرژی در لحظه بعدی فلان مقدار قطعی است. بلکه صرفاً می توان گفت که با فلان احتمال انرژی فلان مقدار است. از طرف پدید آورندگان نظریه این احتمال ناشی از جهل ما نیست و علی الاصول ناموجبیت در جهان حکمفرماست. هرچند این نظر میان فیزیکدانان و فلاسفه مورد چالش قرار گرفته است. اما نکته اصلی اینجاست که با طرد موجبیت هنوز می توان به علیت معتقد بود.

تفکرات فلسفی به هنگام ظهور مکانیک کوانتومی

تفکر فلسفی فیزیکدانان در زمان پیدایش مکانیک کوانتومی دچار تغییر و یا شاید به بیان بهتر تزلزل عمیقی گردید.برای آندسته ازفیزیکدانانی که صدها سال با جبر نیوتنی یا اصل علیت خوگرفته بودند و وقوع هر معلولی را به یک علت خاص ربط می‌دانند بسیار دردناک بود که دست از این تفکر بردارند چرا که این تفکر بخوبی با وقایع دنیایی قابل مشاهده سازگاری می نمود.گردش زمین تنها معلول نیروی گرانشی است که خورشید برآن وارد می‌کند، انحراف نور ستارگان دور دست از یک مسیر مستقیم، تنها معلول انحنای فضا – زمان است  و دامنه این تفکر جبری به جائی رسید که لاپلاس ریاضیدان فرانسوی بیان نمود که حالت جهان معلول گذشته آن و علت آ‌ینده آن است. این تفکر به ما می‌گوید که با آگاهی از موقعیت کنونی هر چیزی می توان آینده ی آن چیز را به طور بسیار دقیقی پیش بینی نمود. بنابراین همه چیز از جبر نیوتنی یا اصل موجبیت یا علیت پیروی می کرد ولی با  پیدایش فیزیک کوانتومی و اصل عدم قطعیت همه چیز تغییر نمود و تردید و احتمال بر دنیای زیر سایه انداخت .غیر قابل پیش بینی بودن برخی از وقایع – تاثیر روش های اندازه‌گیری بر روی سیستمهای مورد آزمایش- ناتوانی مطلق دراندازه گیری همزمان متغیرها‌ی مکمل(چون تکانه و مکان ذرات یا خاصیت موجی و ذره‌ای فوتون) از جمله پیامدهای مکانیک کوانتومی بود. این فیزیک جدید به ما می‌‌گوید نمی‌توان با قطعیت مسیر یک ذره‌ای را بادانستن تمامی حالات کنونیش پیش‌بینی کرد، ما هرگز نمی‌توانیم بفهمیم در پدیده تداخل الکترون مورد نظر ما از کدام یک از دو شکاف دستگاه عبور کرده است.مکانیک کوانتومی همانند فیزیک کلاسیک و نسبیت این اجازه را به ما نمی‌دهد که با دانستن حالت کنونی یک سیستم با قطعیت از آینده آن صحبت کنیم.همه جا صحبت ازمیانگین‌ها و احتمال در میان است و همین موضوع بود که اینشتین را وادار به بیان این جمله کرد : خدا هرگز تاس نمی‌اندازد.

این تفکر که نمی‌توان با قطعیت از رفتار آینده یک سیستم صحبت کرد و این اندازه‌گیری‌ها است که به پدیده‌ها رنگ واقعیت می‌بخشد به تفکر کپنها گی معروف است که بوهر سردمدار آن بود.این تعبیر از جهان اطراف ما به ما می‌گوید که تصور مکان و تکانه مشخص برای یک ذره همانند الکترون تا موقعیکه اندازه‌گیری نشده‌اند بی معناست در این اندازه گیری شی و دستگاه اندازه گیری توامان نتایج حاصل از اندازه‌‌گیری را مشخص می‌کنند. ولی آیا می‌توان پذیرفت که فرآیند اندازه‌گیری می‌تواند روی جهان تاثیر بگذارد؟ آیا یک الکترون دارای بارالکتریکی است یا اینکه این دستگاه اندازه‌گیری است که برای الکترون باری مشخص در نظر می‌گیرد. کوانتوم فرآیند اندازه گیری را مختل کننده و تاثیرگذار فرض می‌کند تا جائیکه بوهر بانی تفکر کپنهاگی بیان می‌دارد که خواصی مانند ماهیت موجی یا ذره‌ای یک فوتون یا الکترون یا بار الکتریکی ، تکانه ، محل و سرعت یک ذره، تا هنگامی که اندازه‌گیری نشده‌اند وجود ندارد یا غیر واقعی هستند به عبارت کلی تر یک سیستم کوانتومی فاقد خواص است .اینشتین  به واقعیت عینی معتقد بود،  اینکه جهان فیزیکی مستقل از هر نوع فرآیند اندازه‌گیری است، و به این موضوع ایمان راسخ داشت. مکانیک کوانتومی نه تنها قادر به توصیف رفتار ذرات زیر اتمی است بلکه با تعمیم آن می‌‌توان رفتار اجرام ماکروسکوپی همانند یک توپ تنیس یا یک جسم قابل مشاهده دیگر را تعیین نمود و همین عامل موجب شده است تا فیزیکی کوانتومی را یک نظریه بنیادی که رفتار جهان را توصیف می کند در نظر بگیریم همانند فیزیک کلاسیک و نسبیت. 

مکانیک کوانتومی دارای پیامدهایی فلسفی بود که بوهر یکی از سردمداران بیانات فلسفی در دفاع از این نگاه جدید به جهان پیرامون بود. بوهر در پاسخ به نواقصی که اینشتین و حامیان او مطرح می‌نمودند با قاطعیت شروع به دفاع فلسفی از این ایده جدید می نمود. او پدیده تکمیل یا اصل مکملیت را که مبتنی بر اصل عدم قطعیت‌هایزنبرگ بود را برای تاثیر اندازه گیری بر سیستم کوانتومی مطرح کرد. بر اساس این اصل، اندازه گیری خاصیتی از یک سیستم است و درهنگام اندازه گیری یک خاصیت از یک سیستم اطلاعات ما در مورد سایر خاص آن سیستم از بین می‌رود مثلا اگر بنا باشد خاصیت موجی نور را اندازه گیری کنیم اطلاعات ما در مورد خاصیت ذره ای آن به کلی از میان می رود. همچنین در تعبیر کپنهاگی واقعیت تا هنگامیکه اندازه‌گیری نشود وجود ندارد بر همین اساس تصور بار و تکانه و… برای یک الکترون تا هنگامیکه این کمیت‌ها اندازه‌گیری نشوند بی‌معنا خواهد بود در سال گذشته یک جوان ایرانی بنام پرفسور شهریار صدیق افشار با انجام آزمایشی بربخشی از اصل مکملیت بوهر خط بطلان کشید و سلطۀ هشتاد سالۀ آ‎ن بر فیزیک کوانتومی را در معرض تزلزل و تباهی قرار داد. 

آزمایش افشار

 بور در طول شکل گیری فیزیک کوانتومی بی مهابا از آن جانبداری می‌کرد هر جا به بن بست می‌رسید یا توسط منتقدان فیزیک کوانتمی به چالش کشیده می شد با بنا نهادن یک اصل فلسفی از ایده کوانتومی دفاع میکرد. وقتی سال 1935 اروین شرودینگر آزمایش گربه را پیش کشید( این آزمایش فکری به آزمایش گربه شرودینگر نیز معروف است) و در آن مسئله تاثیر اندازه‌گیری بر یک سیستم و اینکه چگونه صرف مشاهده می‌تواند زندگی یا مرگ گربه را رقم بزند، تناقض موضوع فرآ‎یند اندازه‌گیری در فیزیک کوانتومی را با درک عمومی بر ملا ساخت ولی این ادعا که اندازه‌گیری بر روی یک سیستم کوانتومی تاثیرگذر است جزء لاینفک فیزیک کوانتومی است که تاکنون هیچ آزمایشی آنرا نقض ننموده است ولی این موضوع که اندازه‌گیری خاصیتی از یک سیستم اطلاعات ما را در مورد سایر خواص آن سیستم از بین می‌برد.در ژوئیه 2004 با اعلام نتیجه آزمایشی که پروفسور افشار از دانشگاه روان انجام داد به چالش کشیده شد ایده ناتوانی در اندازه‌گیری همزمان متغیرهای مکمل که از اصل مکملیت بوهر استنتاج می‌شود به طرز جالبی توسط آزمایش افشار رد شده است.افشار طی انجام یک آزمایش به طور عملی موفق شد که همزمان ماهیت موجی و ذره‌ای نور را مورد اندازه‌گیری و مشاهده قرار دهد. نتیجه این آزمایش به طور آشکارا با اصل مکملیت در تناقض است بنابراین هواداران تعبیر کپنهاگی یا باید نتیجه این آزمایش را در قالب اصل مکملیت توجیه نمایند یا دست از حمایت از این اصل بردارند ولی آنگونه که مشخص است موضع دوم محتمل تر به نظر می‌آید. بر همین اساس تاریخ باردیگر درحال تکرارشدن است و نیمه اول قرن بیست ویکم همانند نیمه اول قرن بیستم شاهد جدل‌های تازه‌ای بین هواداران تعبیر کپنهاگی و هواداران واقعیت عینی (اینشتین نیز به واقعیت عینی معتقد بود و عقیده داشت که واقعیت‌ها مستقل از اندازه‌گیری هستند) خواهد بود.

قرن نوزدهم

در قرن نوزدهم، نظریه پردازان برای تشریح گروه متفاوتی از پدیده ها که متضمن نور و الکترومغناطیس بودند، از مدل اساسی دیگری استفاده کردند که عبارت بود از: (انتشار) امواج درمحیطهای میانجی پیوسته . ولی در اوایل قرن حاضر به نظر می رسید که چند آزمایش حیرت انگیز، استفاده از هر دو مدل موج و ذره را برای هر دو نوع از پدیده ها ایجاب می کند. ازیک طرف، معادله انیشتین درباره اثر فتوالکتریک و کار کامپتون بر روی پراکندگی فوتون نشان داد که نور در بسته های مجزا و منفصل، با انرژی و اندازه حرکت معین، گسیل می گردد وبسیار شبیه به جریانی از ذرات عمل می کند، و از طرف دیگر و در مقابل آن، الکترون ها که همواره به صورت ذرات تصویر می شدند، آثار تداخل انتشار را که از ویژگی های امواج است، از خود نشان دادند. امواج، پیوسته و گسترده اند و به موجب فاز بر یکدیگر تاثیر متقابل دارند؛ اما ذرات، گسسته و به مکانی خاص محدودند و تاثیر متقابل آنها براساس اندازه حرکت است. به نظرمی رسد هیچ راهی برای تلفیق این دو مدل، در مدل واحد، وجود ندارد.

در نظریه کوانتوم، هیچ مدل وحدت یافته ای از اتم پیدا نشده است. مدل اولیه بور درباره اتم به سادگی قابل تصویر و تجسم بود: الکترون های ذره وار در حرکت خود پیرامون هسته، به مانند یک منظومه شمسی کوچک، از مدارهایی تبعیت می کنند. ولی اتم در نظریه کوانتوم به هیچ وجه قابل تصویر و تصور نیست. ممکن است کسی بکوشد تا الگوهای موج های احتمال را که فضای پیرامون هسته را پر کرده اند، شبیه نوسان های یک سمفونی سه بعدی ازاصوات موسیقیایی که پیچیدگی حیرت انگیزی دارند، تصور کند؛ ولی این تمثیل کمک زیادی به ما نمی کند، اتم در دسترس مشاهده مستقیم قرار ندارد و بر وفق کیفیات حسی ، قابل تصورنیست؛ حتی نمی توان آن را براساس مفاهیم کلاسیک نظیر فضا، زمان و علیت به گونه ای منسجم توضیح داد. رفتارشی بسیار خرد با رفتار اشیای تجربه روزمره، متفاوت است. ما می توانیم آنجه را در آزمایشها رخ می دهد با معادلات آماری توضیح دهیم، ولی نمی توانیم صفات کلاسیک اورانوس را به ساکنان جهان اتمی نسبت دهیم.

در بسط و توسعه هایی که طی سالهای اخیر در نظریه کوانتوم، به سمت قلمروهای هسته ای ومادون هسته ای حاصل شده است، خصلت احتمالی نظریه اولیه کوانتوم، همچنان محفوظ، مانده است. نظریه میدان کوانتومی، تعمیمی است از نظریه کوانتوم که با نظریه نسبیت خاص، هماهنگ و منسجم است. از این نظریه با موفقیت بسیار در برهم کنشهای الکترومغناطیس وبرهم کنش های مادون هسته ای (کرومودینامیک کوانتومی یا نظریه کوارک) و نظریه الکتروضعیف، بهره برداری شده است. اجازه دهید چالشی را که نظریه کوانتوم در قبال اصالت واقع ابراز کرده است، دنبال کنیم. نیلز بور از به کارگیری مدل های موج و ذره و دیگر زوج ها از مجموعه های مفاهیم متضاد، حمایت می کرد. بحث بور درباره آنچه او آن را اصل مکملیت نامید، چند موضوع را شامل شد. بور تاکید داشت که سخن ما درباره یک سیستم اتمی باید همواره به یک آرایش آزمایشگاهی مربوط باشد؛ ما هرگز نمی توانیم درباره یک سیستم اتمی به تنهایی و فی نفسه و عین معلوم را در هر آزمایشی مد نظر قرار دهیم. نمی توان هیچ خط فاصل دقیقی بین روند مشاهده و شیء مشاهده شده، رسم کرد. در صحنه آزمایش، ما بازیگریم نه صرفا تماشاچی و ابزار آزمایشی مورد استفاده را خود برمی گزینیم. بور اظهار داشت که آنچه باید به حساب آید، روند تعاملی (کنشی - واکنشی) مشاهد است، نه ذهن یا شعور مشاهده گر. 

موضوع دیگر در نوشتار بور، محدودیت مفهومی درک بشر است. در اینجا، انسان به عنوان یک عالم (داننده) و نه یک آزمایشگر، کانون توجه قرار می گیرد. بور، با شکاکیت کانت درباره امکان شناخت جهان فی نفسه سهیم است. اگر سعی ما آن باشد که قالب های مفهومی خاص را بر طبیعت تحمیل کنیم، در این صورت استفاده تام از سایر مدل ها را مانع شده ایم. بدین سان، باید بین توصیفات کامل علی یا فضا- زمانی، بین مدل های موج یا ذره، بین اطلاع دقیق از مکان یا اندازه حرکت، یکی را برگزینیم. هرچه بیشتر از یک مجموعه مفاهیم استفاده شود، کمتر می توان مجموعه مکمل را به طور همزمان به کار برد. این محدودیت دوجانبه از آن جهت رخ می دهد که جهان اتمی را نمی توان بر وفق مفاهیم فیزیک کلاسیک و پدیده های مشاهده پذیر توضیح داد.

بنابراین، چگونه مفاهیم فیزیک کوانتومی به واقعیت جهان مربوط می شود؟ دیدگاههای مختلف درباره جایگاه نظریه ها در علم، تعبیر و تفسیر متفاوتی از نظریه کوانتوم می کنند.
1- اصالت واقع کلاسیک. نیوتن و تقریبا تمام فیزیکدانان قرن نوزدهم، نظریه ها را توصیفات طبیعت ، آن گونه که فی نفسه و مستقل از مشاهده گر تحقق دارد، تلقی می کردند. فضا (مکان)، زمان، جرم، و سایر کیفیات اولیه خواص همه اشیای واقعی اند. مدل های مفهومی، نسخه بدل هایی از جهانند که ما را قادر می سازند تا ساختار مشاهده ناپذیر جهان را با اصطلاحات مانوس کلاسیک مجسم کنیم. اینشتاین این سنت را با پافشاری بر این نکته ادامه داد که یک توصیف کامل از سیستم اتمی، مستلزم مشخص کردن متغیرهای کلاسیک مکان - زمانی است که حالت آن را به گونه ای عینی و غیرمبهم، تعیین کند. او بر آن بود که چون نظریه کوانتوم چنین نیست پس نظریه ای ناقص است و عاقبت به وسیله نظریه ای که انتظارهای کلاسیک را تحقق بخشد، کنار گذاشته خواهد شد. 

2- ابزارانگاری. مطابق این رای، نظریه ها ساخته های مفید بشر و تمهیدهایی برای محاسبه اند که جهت مرتبط کردن مشاهدات و انجام پیش بینی ها به کار می آیند. آنها همچنین ابزارهایی عملی برای دستیابی به کنترل فنی شمرده می شوند. مبنای داوری درباره آنها، مفیدبودنشان در به ثمر رساندن این اهداف است، نه مطابقت آنها با واقعیت (که برای ما امری دست نیافتنی است). مدل ها، مجعول هایی تخیلی اند که موقتا برای ساختن نظریه ها استفاده می شوند و پس از آن می توان آنها را کنار نهاد؛ آنها بازنمودهای حقیقی جهان نیستند. اگرچه می توانیم از معادلات کوانتومی برای پیش بینی پدیده های مشاهده پذیر استفاده کنیم، امانمی توانیم در میان مشاهداتمان از اتم سخن بگوییم.                                                                         
اغلب چنین پنداشته می شود که بور قاعدتا باید ابزارگرا باشد، زیرا او در بحث طولانی با آینشتاین، اصالت واقع کلاسیک را رد کرده است. اما آنچه او واقعا گفت آن است که مفاهیم کلاسیک را نمی توان بدون ابهام برای تشریح سیستم های اتمی موجود به کار برد. از مفاهیم کلاسیک فقط می توان برای توضیح پدیده های مشاهده پذیر، در موقعیت های ویژه آزمایشگاهی استفاده کرد. ما نمی توانیم جهان را آن گونه که فی نفسه تحقق دارد، جدای از تاثیر متقابل ما با آن، مجسم کنیم. بور، به میزان زیادی با نقد طرفداران ابزارانگاری از اصالت واقع کلاسیک موافق بود ولی او به طور مشخص از ابزارانگاری حمایت نمی کرد و با تحلیل دقیق تر به نظر می رسد که اوگزینه سومی را اختیار کرده باشد. 

3-اصالت واقع نقادانه. قایلین به اصالت واقع نقادانه، نظریه ها را بازنمود هایی ناتمام ازجنبه های محدود جهان، آن گونه که با ما در کنش متقابلند، تلقی می کنند. نظریه ها به ما اجازه می دهند تا جنبه های مختلف جهان را که در موقعیتهای گوناگون آزمایشگاهی آشکار می شوند، به یکدیگر مرتبط کنیم. از نظر حامیان اصالت واقع نقادانه، مدل ها، اگرچه انتزاعی و گزینشی اند اما برای مجسم کردن ساختارهای جهان که موجب این کنشهای متقابلند، کوششهایی ضروری به حساب می آیند. در این نگرش، هدف علم، فهم است نه کنترل. تایید پیش بینی ها آزمونی است برای فهم معتبر ولی خود پیش بینی، هدف علم نیست.

به خوبی می توان ادعا کرد که بور - اگرچه نوشته های او همواره واضح نبوده است - صورتی ازاصالت واقع نقادانه را پذیرفته بود. او در بحث با آینشتاین، واقعیت الکترون ها یا اتم ها را انکارنکرد، بلکه مدعی بود که آنها از آن رسته اشیایی نیستند که توصیفات فضا - زمانی کلاسیک را بپذیرند. وی پدیدارشناسی ماخ را که واقعیت اتم ها را مورد تردید قرار می داد، نپذیرفت. هنری فولس ، این بحث را چنین خلاصه می کند: او (بور) چارچوب کلاسیک را کنار گذاشت و استنباط واقع گرایانه را درباره توصیف علمی طبیعت حفظ نمود. آنچه او طرد می کند اصالت واقع نیست، بلکه تعبیر کلاسیک آن است. بور، واقعیت سیستم اتمی را که با سیستم مشاهده گر در برهم کنش است، فرض مسلم گرفت. در قبال تعبیرهای ذهن گرا از نظریه کوانتوم که مشاهده را یک برهم کنش ذهنی - فیزیکی تلقی می کنند، بور از برهم کنش های فیزیکی میان سیستم های ابزاری و اتمی، در وضعیت کامل آزمایشگاهی، سخن می گوید. به علاوه، موج و ذره یا اندازه حرکت و موقعیت مکانی یا دیگر وصف های مکمل، حتی اگر هم به روشنی قابل اطلاق نباشند، بر یک شیء واحد صدق می کنند. آنها از نمودهای متفاوت سیستم اتمی واحد حکایت می کنند. فولس می نویسد: بور احتجاج می کند که این گونه باز نمودها، انتزاع هایی هستند که در امکان توصیف یک پدیده به عنوان کنش متقابل میان سیستم های مشاهده گر و سیستم های اتمی، نقشی حیاتی ایفا می کنند، اما نمی توانند خواص یک واقعیت مستقل را تصویر کنند ... ما می توانیم چنین واقعیتی را به حسب توانایی آن برای ایجاد برهم کنش های گوناگون توصیف کنیم؛ برهم کنش هایی که نظریه مذکور، آنها را تامین کننده شواهد مکمل درباره شیء واحد قلمداد می کند. بور نگرش اصالت واقع کلاسیک را که براساس آن، جهان دربردارنده موجوداتی با خواص معین کلاسیک است، نپذیرفت. ولی با وجود این، بر آن بود که جهانی واقعی وجود دارد که درکنش متقابل، توانایی ایجاد پدیده های مشاهده پذیر را داراست. فولس کتاب خود را درباره بور بااین نتیجه گیری به پایان می رساند: هستی شناسی ای که این نحوه تعبیر و تفسیر از پیام بور مستلزم آن است، اشیای فیزیکی را نه مطابق با چارچوب کلاسیک و از راه خواص معین که با خواص پدیده ها مطابقند، بلکه از طریق توان آنها برای ظاهر شدن در نمودهای گوناگون پدیده ها، توصیف می کند. بدین ترتیب در چارچوب مکملیت، حفظ استنباط واقع گرایانه و پذیرفتن کامل بودن نظریه کوانتوم فقط با تجدید نظر در فهم ما از ماهیت یک واقعیت مستقل فیزیکی و اینکه ما چگونه می توانیم آن را بشناسیم، ممکن است.

کوتاه سخن اینکه ما باید اکیدا جدایی قاطع بین مشاهده گر و شیء مشاهده شده را که درفیزیک کلاسیک فرض می شد، انکار کنیم. براساس نظریه کوانتوم، مشاهده گر همواره یک شریک و سهیم به حساب می آید. 

در مکملیت، استفاده از یک مدل، استفاده از مدل های دیگر را محدود می سازد. مدل ها، بازنمودهای نمادین (سمبولیک) از وجوه واقعیت متعاملند که نمی توانند منحصرا بر وفق شباهت هایی که با تجربه روزمره دارند، مجسم شوند. آنها صرفا به طور کاملا غیرمستقیم، با جهان اتمی و یا با پدیده های مشاهده پذیر، مربوطند. ولی ما مجبور نیستیم ابزارانگاری ای را بپذیریم که نظریه ها و مدل ها را ابزارهای فکری و عملی مفیدی می انگارد که درباره جهان چیزی به ما نمی گویند.

خود بور پیشنهاد کرد که ایده مکملیت قابل بسط به سایر پدیده هایی است که با دو نوع مدل، تحلیل پذیرند. مانند: مدل های مکانیستی و ارگانیک در زیست شناسی، مدل های رفتارگرایانه و درون نگرانه در روان شناسی، مدل های جبرواختیار در فلسفه، یا مدل های عدل الهی و عشق الهی در الهیات. بعضی نویسندگان پا را فراتر نهاده و از مکملیت علم ودین سخن می گویند. بدین سان سی.ای. کولسون پس از تشریح دوگانگی موج - ذره وتعمیم بور از آن، علم و دین را توضیح های مکمل درباره واقعیت می نامد. من به این گونه استعمال گسترده از اصطلاح مزبور، با دیده شک می نگرم و در زیر چند شرط رابرای به کار بردن مفهوم مکملیت مطرح می کنم:

1-مدل ها باید فقط در صورتی مکمل یکدیگر نامیده شوند که به یک موجود واحد و یک گونه واحد منطقی اشاره کنند. موج و ذره، مدل هایی برای یک موجود منفرد (مثلا یک الکترون) در یک موقعیت منفرد (مثلا در یک آزمایش دو شکاف) به شمار می آیند. آنها هر دو در یک سطح منطقی قرار دارند و قبلا در یک شعبه از علم استعمال شده اند. این شرایط در مورد علم و دین صدق نمی کند. آن دو، نوعا در موقعیت هایی متفاوت پدید می آیند و در زندگی انسان وظایف مختلفی را به انجام می رسانند. ازاین رو، من علم و دین را زبان های بدیل می دانم و اصطلاح مکملیت را به مدل های مربوط به یک گونه واحد منطقی و در چارچوب یک زبان خاص، محدودمی کنم؛ نظیر مدلهای انسان وار و غیرانسان وار برای خداوند.   

2-باید روشن شود که کاربرد اصطلاح مذکور در خارج از فیزیک، تمثیلی است و نه استدلالی . باید دلایل مستقلی برای ارزش دو مدل بدیل و یا مجموعه هایی از ساخت ها درحوزه دیگر وجود داشته باشد. نمی توان فرض کرد که مدل های مفید در فیزیک، در سایر رشته هانیز ثمربخش باشند.

3-مکملیت، هیچ توجیهی را برای پذیرش غیرنقادانه حصرهای دووجهی فراهم نمی آورد. این اصطلاح را نمی توان برای اجتناب از پرداختن به ناهماهنگی ها یا وتو کردن جست وجوی وحدت، به کار برد. درباره ویژگی متناقض نما در دوگانگی موج - ذره نباید مبالغه شود. مانمی گوییم که یک الکترون هم موج است و هم ذره، بلکه می گوییم رفتاری موج گونه و ذره وار ازخود نشان می دهد. به علاوه، ما یک صورتبندی ریاضی وحدت یافته در اختیار داریم که لااقل، پیش بینی هایی احتمالی را فراهم می آورد، حتی اگر تلاش های گذشته، هیچ نظریه ای را بهتر ازنظریه کوانتوم در مطابقت با داده ها به دست نداده باشد. ما نمی توانیم تحقیق برای مدلهای وحدت بخش جدید را طرد کنیم. انسجام، حتی اگر با اعتراف به محدودیت های زبان و تفکربشری تعدیل شده باشد، همواره در سراسر پژوهش اندیشه مندانه به صورت یک آرمان باقی می ماند.

اینشتین و مکانیک کوانتومی

نظریه کوانتومی که توسط پلانک و اینشتین ساخته و پرداخته گردید باسایه انداختن دیدگاه احتمال و عدم قطعیت برآن موجب نارضایتی و دلسردی اینشتین شد و راهش را از سایرین جدا کرد چراکه طرز فکری که نسبیت‌‌ها از آن تراوش کرده بودنند این اجازه را به اینشتین نمی‌داد که جهان عینی و علّی را رها کند و درسایه تردید و تزلزل در پی کشف حقایق عالم برآید ولی شاید اینشتین درست اندیشیده بود و این بوهر وهمفکران او بودند که در بکارگیری و تعمیم اصل عدم قطعیت راه را به بیراهه رفتند.

آلبرت انیشتین با مکانیک کوانتومی کاملا موافق نبود او معتقد بود یک نظریه کامل باید خود رویداد ها را توصیف کند نه فقط احتمال آنها را او می گوید: من ناچارم اعتراف کنم که برای تعبیر آماری ارزشی گذرا قائلم من هنوز به امکان ارائه طرحی از واقعیت یعنی نظریه ای که بتواند خود اشیاء را نمایش بدهد،نه فقط احتمال آنها را ایمان دارم. انیشتین تا زمان مرگش حاضر به قبول مکانیک کوانتومی نشد. 

 

......................................................................................................................

هم اکنون مکانیک کوانتومی در مسیر پیشرفت بی هیچ مشکلی دارای سرعتی حیرت آور است.و تا موقعی که مشکلی ایجاد نشود( همانند مشکلات موجود در فیزیک کلاسیک که زمینه را برای تولد نظریه‌های نسبیت و کوانتوم فراهم نمود) دانشمندان نیازی به خلق نظریه‌ائی جدید یا ایجاد تغییری درآن نمی‌بینند.

 

نقل از:

دنیاهای موازی

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات