منو

فیزیک و متافیزیک - بخش اول

: فيزيك و متافيزيك - بخش اول :

فيزيك و متافيزيك - بخش اول

نويسنده : ايان باربور

مترجم: پيروز فطورچى

اهميت تاريخى و معاصر فيزيك، بسيار است زيرا بسيارى از مسلمات آن توسط علوم اخذ شده و تاثير زيادى نيزبر فلسفه و الهيات نهاده است. در فيزيك نيوتنى، سه فرض اصالت واقع، موجبيت و تحويل‏گرايى، پذيرفته شده بود كه‏هر سه فرض از ناحيه فيزيك قرن بيستم و به ويژه نظريه كوانتوم مورد معارضه قرار گرفت. اين بدان دليل بود كه جهان‏اتمى بر وفق مفاهيم فيزيك كلاسيك و پديده‏هاى مشاهده‏پذير، توضيح‏دادنى نبود. درباره ارتباط مفاهيم فيزيك‏كوانتومى با واقعيت جهان و نيز جايگاه نظريه‏ها در علم، ديدگاههاى اصالت واقع كلاسيك، ابزارانگارى و اصالت واقع‏نقادانه، تعبير و تفسيرهاى گوناگونى را ارائه داده‏اند. در اين نوشتار، «ايان باربور» همچون ديگر طرفداران اصالت واقع نقادانه قايل است كه براساس نظريه كوانتم، مشاهده‏گر همواره در روند مشاهده، شريك و سهيم است و مرزقاطعى ميان مشاهده‏گر و شئ مشاهده شده وجود ندارد. وى بكارگيرى ايده مكمليت درباره علم و دين را نقد مى‏كند.

فيزيك، مطالعه ساختارها و فرآيندهاى اساسى تغيير و تحول در ماده و انرژى است. از آنجاكه فيزيك با پايين‏ترين سطوح سازمان، سر و كار دارد و دقيق‏ترين معادله‏هاى رياضى را به كارمى‏گيرد، به‏نظر مى‏رسد در مقايسه با ساير علوم، از مسائل مورد علاقه دين درباره حيات، ذهن وهستى انسان دورتر باشد، اما اهميت تاريخى و معاصر فيزيك بسيار است. زيرا فيزيك، اولين‏علم دقيق و سيستماتيك [ منظم] به شمار مى‏آيد و بسيارى از مسلمات آن، توسط علوم اخذشده است. روش‏هاى فيزيك به‏مثابه سرمشقهاى مطلوبى براى علوم ديگر مدنظر بوده است.همچنين فيزيك تاثير زيادى بر فلسفه و الهيات نهاده است.

از اين گذشته، اگرچه فيزيكدانان فقط موجودات فاقد حيات را مطالعه مى‏كنند، ولى امروزه‏نگاه آنها متوجه موجوداتى است كه به قلمروهايى گوناگون دارند: از «كوارك‏ها» (2) و «اتم‏ها» تا«كريستال‏هاى جامد»، «سياره‏ها» و «كهكشان‏ها» - و از جمله، شالوده فيزيكى ارگانيزم‏هاى زنده،هم‏اكنون در حوزه فيزيك، ما با مسائلى درباره «مشاهده‏گر و مشاهده‏شده‏» (3) ، « تصادف و قانون‏» (4) و«اجزا و كل‏ها» (5) مواجه‏ايم.

در قرن بيستم، سه فرض مسلم و پذيرفته‏شده فيزيك نيوتنى مورد ترديد قرار گرفته است:

1. معرفت‏شناسى (6) نيوتنى، رئاليستى [واقع‏گرايانه] بود. همه بر اين باور بودند كه نظريه‏ها،جهان را چنانكه فى نفسه هست‏به 4گونه‏اى بركنار و مستقل از «مشاهده‏گر» توضيح مى‏دهند.فضا و زمان، چارچوبهايى مطلق انگاشته مى‏شد كه درون آنها تمام رويدادها بدون ارجاع به‏مشاهده‏گر، گنجانده (7) شده است. «كيفيات اوليه‏» (8) مانند «جرم‏» (9) و «سرعت‏» (10) كه با زبان رياضى‏قابل بيان است، ويژگيهاى عينى (11) جهان واقعى محسوب مى‏شد.

2. فيزيك نيوتنى، نظرگاه موحبيتى داشت. اصولا چنين تلقى مى‏شد كه آينده هر سيستيم‏از ماده متحرك را از روى شناخت دقيق وضعيت‏حاضر آن مى‏توان پيش‏بينى كرد. به‏نظر مى‏آمدتمام جهان، از كوچكترين ذرات تا دورترين سياره زير نفوذ و سيطره قوانينى تغييرناپذير ويكسانند.

3. ديدگاه نيوتنى در اين برداشت كه: رفتار كوچكترين «اجزا»، يعنى ذرات سازنده،تعيين‏كننده رفتار «كل‏» است، نگرشى تحويل‏گرايانه (12) بود. براساس اين نگرش، «تغيير و تحول‏»،عبارت است از بازآرايى اجزا كه خود آن اجزا بدون تغيير باقى مى‏مانند. در اينجا از طبيعت،تصويرى جذاب و مقتدر، بسان ماشينى قانونمند، ترسيم مى‏شد; تصويرى كه رشد علم و انديشه‏غرب را بشدت متاثر ساخت. اين ديدگاه كه به جهان همچون مكانيسم يك ساعت مى‏نگريست،به نگرشى «دئيستى‏» (13) [ خداپرستى طبيعى] درباره خداوند منجر شد كه او را ساعت‏سازى‏مى‏دانست كه ساز و كار جهان را طرح و سپس آن را به حال خود رها كرده است.

قرن هيجدهم شاهد گسترش بيشتر مكانيك نيوتنى بود. در فيزيك قرن نوزدهم انواع نوينى‏از طرحهاى مفهومى (14) ،از جمله «نظريه الكترو مغناطيس‏» (15) و «نظريه جنبشى گازها» (16) ارائه‏شده بود، ولى فرضيه‏هاى اساسى مذكور بدون تغيير باقى ماندند. چنين به‏نظر مى‏آمد كه تمامى‏قوانين، نه از نظر مكانيك ذرات، لااقل از نظر قوانين حاكم، بر چند نوع از ذرات و ميدانها دست‏يافتنى است. در نظريه جنبشى و ترموديناميك (17) ،رفتار گازها براساس احتمال تشريح مى‏شد،ولى اين شيوه را فقط تسهيلى براى امر محاسبه قلمداد مى‏كردند. همه بر آن بودند كه حركت‏تمامى مولكول‏هاى گاز، دقيقا با قوانين مكانيكى معين شده است، ولى چون محاسبه اين‏حركات بسيار دشوار و پيچيده است، ما مى‏توانيم از قوانين آمارى براى پيش‏بينى رفتار ميانگين‏گروههاى عظيم مولكول‏ها استفاده كنيم.

هر سه فرض مذكور - يعنى «اصالت واقع [رئاليسم]»، «موجبيت‏» و «تحويل گرايى‏» - از ناحيه‏فيزيك قرن بيستم مورد معارضه قرار گرفته است. تغييرهاى رخ‏داده در مفاهيم و مسلمات،آن‏چنان عظيم بود كه تعجبى ندارد اگر «كوهن‏» آن را به‏عنوان نمونه‏اى بارز از يك انقلاب عظيم ويك تغيير «سرمشق‏» به كار ببرد. در اينجا نظريه «كوانتوم‏» را بررسى مى‏كنيم.

نظريه كوانتوم

مدلهاى مربوط به «ذره‏» نظير مدل «توپ بيليارد»، بر فيزيك كلاسيك ماده، حاكم بوده است.در قرن نوزدهم، نظريه‏پردازان براى تشريح گروه متفاوتى از پديده‏ها كه متضمن «نور» و «الكترومغناطيس‏» بودند، از مدل اساسى ديگرى استفاده كردند كه عبارت بود از: [انتشار] امواج در«محيطهاى ميانجى پيوسته‏». (18)

ولى در اوايل قرن حاضر به‏نظر مى‏رسيد كه چند آزمايش‏حيرت‏انگيز، استفاده از هر دو مدل «موج‏» و «ذره‏» را براى هر دو نوع از پديده‏ها ايجاب مى‏كند. ازيك‏طرف، معادله انيشتين درباره اثر فتوالكتريك (19) و كار «كامپتون‏» بر روى پراكندگى فوتون (20) نشان داد كه نور در بسته‏هاى مجزا و منفصل، با انرژى و اندازه حركت معين، گسيل مى‏گردد وبسيار شبيه به جريانى از ذرات عمل مى‏كند، و از طرف ديگر و در مقابل آن، الكترون‏ها كه همواره‏به‏صورت «ذرات‏» تصوير مى‏شدند، آثار تداخل انتشار را كه از ويژگيهاى امواج است، از خود نشان‏دادند. امواج، پيوسته و گسترده‏اند و به‏موجب «فاز» (21) بر يكديگر تاثير متقابل دارند; اما ذرات،گسسته و به مكانى خاص محدودند و تاثير متقابل آنها براساس «اندازه حركت‏» (22) است. به‏نظرمى‏رسد هيچ راهى براى تلفيق اين دو مدل، در مدل واحد، وجود ندارد. [1]

از باب نمونه، فرض كنيد يك دسته از الكترون‏ها به سمت دو شكاف موازى كه در يك پرده‏فلزى قرار دارند، گسيل شده‏اند و با يك صفحه عكاسى كه چند سانتيمتر پشت پرده قرار داده‏شده، برخورد مى‏كنند. هر الكترون به‏صورت يك نقطه ريز بر روى فيلم ثبت مى‏شود و به مثانه‏ذره‏اى كه به آنجا رسيده باشد به‏نظر مى‏آيد و چنانچه «بار» و «جرم‏» الكترون تقسيم‏ناپذير باشد،قاعدتا احتمال مى‏رود فقط از يكى زا دو شكاف عبور كرده باشد. با وجود اين، نقاطى كه بر روى‏فيلم مى‏افتد، الگويى تداخلى را از نوارهاى موازى، نشان مى‏دهند كه تنها در صورتى توضيح‏دادنى است كه فرض شود يك «موج‏» از دو شكاف عبور كرده است و همين دوگانگى موج - ذره، درسرتاسر فيزيك اتمى يافت مى‏شود، ولى يك فرماليزم وجدانى رياضى مى‏تواند به‏وجود آيد كه‏امكان پيش‏بينى رويدادهاى مشاهده‏شده را به‏صورت آمارى فراهم آورد. اين فرماليزم رياضى،«توابع موج‏» (23) را براى آميزه‏اى از امكانها يعنى «تركيبى از حالتها» (24) به دست مى‏دهد. مى‏توان احتمال برخورد يك الكترون را به هر نقطه مفروض، محاسبه كرد. اما در «توزيع احتمال‏» (25) موردمحاسبه، نقطه دقيقى كه يك الكترون خاص به آن اصابت‏خواهد نمود، قابل پيش‏بينى نيست.

به همين ترتيب در نظريه كوانتوم، هيچ مدل وحدت‏يافته‏اى از اتم پيدا نشده است. مدل اوليه‏بور درباره اتم به سادگى قابل تصوير و تجسم بود: الكترون‏هاى ذره‏وار در حركت‏خود پيرامون‏هسته، به مانند يك منظومه شمسى كوچك، از مدارهايى تبعيت مى‏كنند. ولى «اتم‏» در نظريه‏كوانتوم به‏هيچ‏وجه قابل تصوير و تصور نيست. ممكن است كسى بكوشد تا الگوهاى «موج‏هاى‏احتمال‏» (26) را كه فضاى پيرامون «هسته‏» را پر كرده‏اند، شبيه نوسانهاى يك سمفونى سه‏بعدى ازاصوات موسيقيايى كه پيچيدگى حيرت‏انگيزى دارند، تصور كند; ولى اين تمثيل كمك زيادى به‏ما نمى‏كند، «اتم‏» در دسترس مشاهده مستقيم قرار ندارد و بر وفق «كيفيات حسى‏»، قابل تصورنيست; حتى نمى‏توان آن را براساس مفاهيم كلاسيك نظير «فضا»، «زمان‏» و «عليت‏» به گونه‏اى‏منسجم توضيح داد. رفتارشى بسيار خرد با رفتار اشياى تجربه روزمره، متفاوت است. ما مى‏توانيم آنجه را در آزمايشها رخ مى‏دهد با «معادلات آمارى‏» توضيح دهيم، ولى نمى‏توانيم‏صفات كلاسيك مانوس را به ساكنان جهان اتمى نسبت دهيم.

در بسط و توسعه‏هايى كه طى سالهاى اخير در نظريه كوانتوم، به سمت قلمروهاى هسته‏اى ومادون هسته‏اى حاصل شده است، خصلت «احتمالى‏» نظريه اوليه كوانتوم، همچنان محفوظ،مانده است. نظريه ميدان كوانتومى (27) ،تعميمى است از نظريه كوانتوم كه با نظريه نسبيت‏خاص،هماهنگ و منسجم است. از اين نظريه با موفقيت‏بسيار در برهم كنشهاى الكترومغناطيس (28) وبرهم كنشهاى مادون هسته‏اى (29) (كروموديناميك كوانتومى (30) يا نظريه كوارك) و نظريه الكتروضعيف، بهره‏بردارى شده است.[2] اجازه دهيد چالشى را كه نظريه كوانتوم در قبال اصالت واقع‏ابراز كرده است، دنبال كنيم.

نيلزبور از به‏كارگيرى مدلهاى موج و ذره و ديگر زوجها از مجموعه‏هاى مفاهيم متضاد،حمايت مى‏كرد. بحث‏بور درباره آنچه او آن را «اصل مكمليت‏» (31) ناميد، چند موضوع را شامل شد.بور تاكيد داشت كه سخن ما درباره يك «سيستم اتمى‏» بايد همواره به يك آرايش آزمايشگاهى‏مربوط باشد; ما هرگز نمى‏توانيم درباره يك سيستم اتمى به تنهايى و «فى نفسه‏» و عين معلوم (33) را در هر آزمايشى مد نظر قرار دهيم.نمى‏توان هيچ خط فاصل دقيقى بين روند مشاهده و شى‏ء مشاهده شده، رسم كرد. در صحنه‏آزمايش، ما «بازيگريم‏» نه صرفا «تماشاچى‏» و ابزار آزمايشى مورد استفاده را خود برمى‏گزينيم.بور اظهار داشت كه آنچه بايد به حساب آيد، روند تعاملى [كنشى - واكنشى] «مشاهد» است، نه‏ذهن يا شعور مشاهده‏گر.

موضوع ديگر در نوشتار بور، محدوديت مفهومى درك بشر است در اينجا، انسان به‏عنوان يك‏عالم [ داننده] و نه يك آزمايشگر، كانون توجه قرار مى‏گيرد. بور، با شكاكيت كانت (34) درباره‏امكان شناخت «جهان فى نفسه‏» (35) سهيم است. اگر سعى ما آن باشد كه «قالبهاى مفهومى‏» (36) خاص را بر طبيعت تحميل كنيم، در اين صورت استفاده تام از ساير مدلها را مانع شده‏ايم.بدين‏سان، بايد بين توصيفات كامل على يا - فضا زمانى، بين مدلهاى موج يا ذره، بين اطلاع دقيق‏از مكان يا اندازه حركت، يكى را برگزينيم. هرچه بيشتر از يك مجموعه مفاهيم استفاده شود،كمتر مى‏توان مجموعه مكمل را به‏طور همزمان به كار برد. اين محدوديت دوجانبه از آن جهت‏رخ مى‏دهد كه جهان اتمى را نمى‏توان بر وفق مفاهيم فيزيك كلاسيك و پديده‏هاى‏مشاهده‏پذير توضيح داد.[3]

ادامه مطلب در بخش دوم مقاله …

منبع :فصلنامه ذهن ، شماره 1