فيزيك و متافيزيك - بخش دوم
نويسنده : ايان باربور
مترجم: پيروز فطورچى
بخش نخست مقاله را در اينجا مطالعه نماييد.
بنابراين، چگونه مفاهيم فيزيك كوانتومى به واقعيت جهان مربوط مىشود؟ ديدگاههاىمختلف درباره جايگاه «نظريهها» در علم، تعبير و تفسير متفاوتى از نظريه كوانتوم مىكنند.
1. اصالت واقع كلاسيك: نيوتن و تقريبا تمام فيزيكدانان قرن نوزدهم، نظريهها را توصيفات«طبيعت»، آنگونه كه فى نفسه و مستقل از مشاهدهگر تحقق دارد، تلقى مىكردند. فضا [ مكان]،زمان، جرم، و ساير «كيفيات اوليه» (37) خواص همه اشياى واقعىاند. مدلهاى مفهومى، نسخهبدلهايى از جهانند كه ما را قادر مىسازند تا ساختار مشاهدهناپذير جهان را با اصطلاحات مانوسكلاسيك مجسم كنيم. اينشتين اين سنت را با پافشارى بر اين نكته ادامه داد كه يك توصيف كامل از سيستم اتمى، مستلزم مشخص كردن متغيرهاى كلاسيك «مكان - زمانى» است كه حالتآن را به گونهاى عينى و غيرمبهم، تعيين كند. او بر آن بود كه چون نظريه كوانتوم چنين نيستپس نظريهاى ناقص است و عاقبتبهوسيله نظريهاى كه انتظارهاى كلاسيك را تحقق بخشد،كنار گذاشته خواهد شد.
2. ابزارانگارى: (38)
مطابق اين راى، نظريهها ساختههاى مفيد بشر و تمهيدهايى براىمحاسبهاند (39) كه جهت مرتبط كردن مشاهدات و انجام پيشبينيها به كار مىآيند. آنها همچنينابزارهايى عملى براى دستيابى به كنترل فنى شمرده مىشوند. مبناى داورى درباره آنها، مفيدبودنشان در به ثمر رساندن اين اهداف است، نه مطابقت آنها با واقعيت (كه براى ما امرىدستنيافتنى است). مدلها، مجعولهايى تخيلىاند (40) كه موقتا براى ساختن نظريهها استفادهمىشوند و پس از آن مىتوان آنها را كنار نهاد; آنها بازنمودهاى (41) حقيقى جهان نيستند. اگرچهمىتوانيم از معادلات كوانتومى براى پيشبينى پديدههاى مشاهدهپذير استفاده كنيم، امانمىتوانيم در ميان مشاهداتمان از اتم سخن بگوييم.
اغلب چنين پنداشته مىشود كه بور قاعدتا بايد ابزارگرا باشد، زيرا او در بحث طولانى باانيشتين، اصالت واقع كلاسيك را رد كرده است. اما آنچه او واقعا گفت، آن است كه مفاهيمكلاسيك را نمىتوان بدون ابهام براى تشريح سيستمهاى اتمى موجود به كار برد. از مفاهيمكلاسيك فقط مىتوان براى توضيح پديدههاى مشاهدهپذير، در موقعيتهاى ويژه آزمايشگاهىاستفاده كرد. ما نمىتوانيم جهان را آن گونه كه «فى نفسه» تحقق دارد، جداى از تاثير متقابل ما باآن، مجسم كنيم. بور، به ميزان زيادى با نقد طرفداران ابزارانگارى از اصالت واقع كلاسيك موافقبود ولى او بهطور مشخص از ابزارانگارى حمايت نمىكرد و با تحليل دقيقتر بهنظر مىرسد كه اوگزينه سومى را اختيار كرده باشد.
3. اصالت واقع نقادانه: (42)
قايلين به اصالت واقع نقادانه، نظريهها را بازنمودهايى ناتمام ازجنبههاى محدود جهان، آنگونه كه با ما در كنش متقابلند، تلقى مىكنند. نظريهها به ما اجازهمىدهند تا جنبههاى مختلف جهان را كه در موقعيتهاى گوناگون آزمايشگاهى آشكار مىشوند،به يكديگر مرتبط كنيم. از نظر حاميان اصالت واقع نقادانه، مدلها، اگرچه انتزاعى و گزينشىاند امابراى مجسم كردن ساختارهاى جهان كه موجب اين كنشهاى متقابلند، كوششهايى ضرورى بهحساب مىآيند. در اين نگرش، هدف علم، فهم است نه كنترل. تاييد پيشبينيها آزمونى استبراى فهم معتبر (43) ولى خود پيشبينى، هدف علم نيست.
بخوبى مىتوان ادعا كرد كه بور - اگرچه نوشتههاى او همواره واضح نبوده است - صورتى ازاصالت واقع نقادانه را پذيرفته بود. او در بحثبا انيشتين، واقعيت الكترونها يا اتم‌ها را انكارنكرد، بلكه مدعى بود كه آنها از آن رسته اشيايى نيستند كه توصيفات فضا - زمانى كلاسيك راپذيرند. وى پديدارشناسى (44) « ماخ» (45) را كه واقعيت اتم‌ها را مورد ترديد قرار مىداد، نپذيرفت.«هنرى فولس»، (46) اين بحث را چنين خلاصه مىكند: «او [بور] چارچوب كلاسيك را كنار گذاشتو استنباط واقعگرايانه را درباره توصيف علمى طبيعتحفظ نمود. آنچه او طرد مىكند اصالتواقع نيست، بلكه تعبير كلاسيك آن است.»[4] بور، واقعيتسيستم اتمى را كه با سيستممشاهدهگر در برهم كنش است، فرض مسلم گرفت. در قبال تعبيرهاى ذهنگرا (47) از نظريهكوانتوم كه مشاهده را يك برهم كنش ذهنى - فيزيكى (48) تلقى مىكنند، بور از برهم كنشهاىفيزيكى ميان سيستمهاى ابزارى و اتمى، در وضعيت كامل آزمايشگاهى، سخن مىگويد.بهعلاوه، «موج و ذره» يا «اندازه حركت و موقعيت مكانى» يا ديگر وصفهاى مكمل، حتى اگر همبروشنى قابل اطلاق نباشند، بر يك شىء واحد صدق مىكنند. آنها از نمودهاى متفاوت سيستماتمى واحد حكايت مىكنند. «فولس» مىنويسد:
«بور احتجاج مىكند كه اينگونه باز نمودها، انتزاعهايى هستند كه در امكان توصيف يكپديده بهعنوان كنش متقابل ميان سيستمهاى مشاهدهگر و سيستمهاى اتمى، نقشى حياتىايفا مىكنند، اما نمىتوانند خواص يك واقعيت مستقل را تصوير كنند .... ما مىتوانيم چنينواقعيتى را به حسب توانايى آن براى ايجاد برهم كنشهاى گوناگون توصيف كنيم - برهم كنشهايىكه نظريه مذكور، آنها را تامينكننده شواهد مكمل درباره شىء عين واجد قلمداد مىكند.[5]بور نگرش اصالت واقع كلاسيك را كه براساس آن، جهان دربردارنده موجوداتى با خواصمعين كلاسيك است، نپذيرفت. ولى با وجود اين، بر آن بود كه جهانى واقعى وجود دارد كه دركنش متقابل، توانايى ايجاد پديدههاى مشاهدهپذير را داراست. فولس كتاب خود را درباره بور بااين نتيجهگيرى به پايان مىرساند:
«هستىشناسى (49) اى كه اين نحوه تعبير و تفسير از پيام "بور" مستلزم آن است، اشياىفيزيكى را نه مطابق با چارچوب كلاسيك و از راه خواص معين كه با خواص پديدهها مطابقند،بلكه از طريق توان آنها براى ظاهر شدن در نمودهاى گوناگون پديدهها، توصيف مىكند.بدينترتيب در چارچوب مكمليت، حفظ استنباط واقعگرايانه و پذيرفتن كامل بودن نظريهكوانتوم فقط با تجديد نظر در فهم ما از ماهيتيك واقعيت مستقل فيزيكى و اينكه ما چگونهمىتوانيم آن را بشناسيم، ممكن است.»[6]
كوتاه سخن اينكه ما بايد اكيدا جدايى قاطع بين مشاهدهگر و شىء مشاهدهشده را كه درفيزيك كلاسيك فرض مىشد، انكار كنيم. براساس نظريه كوانتوم، مشاهدهگر همواره يكشريك و سهيم به حساب مىآيد.
در مكمليت، استفاده از يك مدل، استفاده از مدلهاى ديگر را محدود مىسازد. مدلها،بازنمودهاى نمادين (سمبوليك) از وجوه واقعيت متعاملند كه نمىتوانند منحصرا بر وفقشباهتهايى كه با تجربه روزمره دارند، مجسم شوند. آنها صرفا بهطور كاملا غيرمستقيم، با جهاناتمى و يا با پديدههاى مشاهدهپذير، مربوطاند. ولى ما مجبور نيستيم ابزارانگارىاى را بپذيريمكه نظريهها و مدلها را ابزارهاى فكرى و عملى مفيدى مىانگارد كه درباره جهان چيزى به مانمىگويند.
خود بور پيشنهاد كرد كه ايده مكمليت قابل بسط به ساير پديدههايى است كه با دو نوع مدل،تحليلپذيرند، مانند: مدلهاى «مكانيستى و ارگانيك» (50) در زيستشناسى; مدلهاى«رفتارگرايانه و درون نگرانه» (51) در روانشناسى; مدلهاى «جبر» و «اختيار» در فلسفه; يا مدلهاى«عدل الهى و «عشق الهى» در الهيات. بعضى نويسندگان پا را فراتر نهاده و از مكمليت «علم» و«دين» سخن مىگويند. بدينسان «سى.اى. كولسون» (52) پس از تشريح دوگانگى موج - ذره وتعميم بور از آن، علم و دين را «توضيحهاى مكمل درباره واقعيت» مىنامد.[7]من به اينگونه استعمال گسترده از اصطلاح مزبور، با ديده شك مىنگرم. در زير چند شرط رابراى به كار بردن مفهوم مكمليت مطرح مىكنم:[8]
1. مدلها بايد فقط در صورتى مكمل يكديگر ناميده شوند كه به يك موجود واحد و يك گونهواحد منطقى اشاره كنند. موج و ذره، مدلهايى براى يك موجود منفرد (مثلا يك الكترون) در يكموقعيت منفرد (مثلا در يك آزمايش دو شكاف) بهشمار مىآيند. آنها هر دو در يك سطحمنطقى قرار دارند و قبلا در يك شعبه از علم استعمال شدهاند. اين شرايط در مورد علم و دينصدق نمىكند. آن دو، نوعا در موقعيتهايى متفاوت پديد مىآيند و در زندگى انسان وظايفمختلفى را به انجام مىرسانند.[9] ازاينرو، من علم و دين را زبانهاى بديل (53) مىدانم و اصطلاحمكمليت را به مدلهاى مربوط به يك گونه واحد منطقى و در چارچوب يك زبان خاص، محدودمىكنم; نظير مدلهاى «انسانوار» و «غيرانسانوار» براى خداوند.
است و نه«استدلالى». (55) بايد دلايل مستقلى براى ارزش دو مدل بديل و يا مجموعههايى از ساختها درحوزه ديگر وجود داشته باشد. نمىتوان فرض كرد كه مدلهاى مفيد در فيزيك، در ساير رشتههانيز ثمربخش باشند.
3. مكمليت، هيچ توجهى را براى پذيرش غيرنقادانه حصرهاى دووجهى (56) فراهم نمىآورد.اين اصطلاح را نمىتوان براى اجتناب از پرداختن به ناهماهنگيها يا «وتو» كردن جستوجوىوحدت، به كار برد. درباره ويژگى متناقضنما (57) در دوگانگى موج - ذره نبايد مبالغه شود. مانمىگوييم كه يك الكترون هم موج است و هم ذره، بلكه مىگوييم رفتارى موجگونه و ذرهوار ازخود نشان مىدهد. بهعلاوه، ما يك فرماليزم رياضى وحدتيافته در اختيار داريم كه لااقل، پيشبينىهايى احتمالى را فراهم مىآورد، حتى اگر تلاشهاى گذشته، هيچ نظريهاى را بهتر ازنظريه كوانتوم در طابقتبا دادهها به دست نداده باشد، ما نمىتوانيم تحقيق براى مدلهاىوحدت بخش جديد را طرد كنيم. انسجام (58) ، حتى اگر با اعتراف به محدوديتهاى زبان و تفكربشرى تعديل شده باشد، همواره در سراسر پژوهش انديشهمندانه بهصورت يك آرمان باقىمىماند.
پىنوشتها:
1- متن مقاله بخشى از فصل هفتم كتاب دين و علم: مسائل تاريخى و معاصر نوشته ايان باربور است كه درسال 1997 منتشر شده است. اين كتاب آخرين و مهمترين اثر باربور در زمينه مباحث علم و دين است كه در پژوهشگاهفرهنگ و انديشه اسلامى در دست ترجمه به فارسى است و بزودى منتشر خواهد شد.
2- quarks ،دستهاى از بنيادىترين اجزاى مفروض ماده. (م).
3- observer and observed ،در جريان هر مشاهده سه امر تشخيص داده مىشود: (الف) عمل مشاهده، (ب) مشاهدهگر [ل ناظر]، و (ج) شىء مشاهدهشده. ارتباط اين سه با يكديگر، هم در فلسفه و هم در تعابير ارائهشده از فيزيكنوين، محل بحث و گفتوگوست. (م).
4- . chance and law
5- . psrts and wholes
6- . Epistemology
7- . absolute
8- . Primary qualities
9- . Mass
10- . Velocity
11- . objective
12- . Reductionistic
،بهمعناى پيروى از مكتبى استبهنام Deism كه در اواسط قرن شانزدهم ميلادى در انگلستان ظاهر شد.اين مكتب متاثر از پيشرفتهاى علم، نيروى عقل را در رسيدن به خداوند كافى مىدانست و جهان را همچون ماشينى مىپنداشت كه خداوند، طراح آن است. پيروان اين نظر، دين والهيات مبتنى بر وحى را منكر بودند و از دين و الهياتطبيعى و يا به تعبيرى عقلانى طرفدارى مىكردند. (م).
14- . Conceptual Schemes
15- electromagnetic theory ،در دهه 1860 ميلادى، فيزكدانى بهنام مكسول، (Maxwell) توانست از راه توصيفرياضى، نيروهاى الكتريكى و مغناطيسى را در نظريهاى واحد، با عنوان «نظريه الكترومغناطيس» تلفيق كند. (م) .
16- Kenetic theory of gases ،نظريهاى كه درصدد استبا بيانى رياضى، رفتار گازها را براساس حركات اجزاى اتمى ومولكولى آنها توضيح دهد. (م).
17- thermodyan mics ،اين اصطلاح كه از دو واژه يونانى، يكى بهمعناى حرارت و ديگرى حركت، تركيب شده است،بيانگر قوانين و روابط بين حرارت و حركت مولكول‌ها بويژه مولكولهاى گاز است. (م)
18- Continuous media ،فيزيكدانان قرن نوزدهم براى توجيه انتشار امواج نور و بهطوركلى امواج الكترومغناطيس درفضا، به نوعى واسطه و ميانجى به نام «اثير» قايل شدند كه ساختارى پيوسته داشت و آنها را محمل انتشار آن امواجمىپنداشتند. البته ناروا بودن اين فرض كه ناشى از قياس امواج الكترومغناطيس (از جمله نور) با امواج صوتى بود، بعداروشن شد. (م).
19- Photoelectric effect ،اثر فتوالكتريك به جريانى الكتريكى كه بهواسطه تاثير انرژى نور از راه جدا كردن الكترونهااز سطح فلزات ايجاد مىشود، اطلاق مىگردد. انيشتين در مقالهاى (1905) درباره اثر فتوالكتريك، اين فرضيه را مطرحساخت كه نور متشكل از ذراتى منفصل است. تا قبل از انيشتين اغلب فيزيكدانان مىپنداشتند كه نور صرفا پديدهاىموجگونه است، ولى فرضيه انيشتين مستلزم آن بود كه نور جريانى است از ذرات كه از بستههاى مجزا و كوچك انرژى كهبعدا فوتون ناميده شدند، تشكيل شده است. با استفاده از اين ايده، او معادلهاى را براى اثر فتوالكتريك تنظيم كرد كهنهايتا در سالهاى 1923 - 1924 تاييد و اثبات شد. (م).
20- Photon ،كوچكترين واحد تشكيلدهنده نور كه فاقد بار الكتريكى و جرم است.
21- Phase ،تابعى رياضى است كه مختص معادلههاى مربوط به حركت موج است.
22- Momentum ،حاصل ضرب جرم در سرعت هر جسم متحرك را اندازه حركت آن مىنامند.
23- Wave functions ،تابع موج، تابعى است رياضى كه در نظريه كوانتوم براى نشان دادن وضعيتيك سيستم فيزيكىو محاسبه احتمال وقوع يك رويداد (مثلا تابش يك فوتون از يك اتم) در زمان اندازهگيرى، به كار مىرود. (م).
24- Super position of states ،در مكانيك كوانتومى، اصلى وجود دارد بهنام «اصل تركيب» كه مطابق آن، امكانهاى(وضعيتهاى محتمل) كوانتومى مىتوانند با يكديگر آميخته شوند و «تركيبى از وضعيتها» را كه خود وضعيتى جديداست، پديد آورند. (م).
25- Probability distribution ،مفهومى است اساسى در نظريه احتمالات، بهمعناى تخصيصى احتمالات بهمجموعهاى از رويدادها كه به يكديگر مرتبطند. (م).
26- Probability waves ،امواجى هستند كه احتمال وجود يك ذره را (مثلا الكترون) در نقطهاى از فضا (مثلا فضاىپيرامون هسته) بيان مىكنند. اين امواج در مكانيك كوانتومى، داراى هويتى مادى و متعارف نيستند بلكه صرفا كيفيت انتشار احتمالات را نشان مىدهند. (م).
27- Quantum field theory ،نظريهاى است كه در نتيجه اعمال نظريه كوانتوم در مورد رفتار يك ميدان، نظير ميدانالكترومغناطيس، حاصل شده است. اين نظريه نقشى اساسى در درك نيروهاى بنيادى حاكم بر قلمرو مادون اتمىداشته است. (م).
28- . electromaghetic interactions
29- . Subnuclear interactions
30- Quantum chromodymantics ،نظريهاى نوين است كه توصيف برهم كنشهاى قوى بين كواركها و گلوئونها(ذراتى كوانتومى كه عامل پيوند مستحكم كواركها بر يكديگرند) را بر عهده دارد. عنوان اختصارى اين نظريه« QCD »است. (م).
31- . Complementarity principle
32- . Subject
33- . Object
34- از ديدگاه كانت آنچه ما ازجهان مىدانيم آن است كه با قالبهاى مفهومى و ذهنى خود فهميدهايم. ازاينرو، آنچهمىيابيم عوارض معرفتى جهان است نه خود جهان، آنگونه كه هست. (م).
35- . Word in itself
36- . Conceptual Molds
37- Primary qualities ،جان لاك (1632 - 1704) فيلسوف انگليسى براى هر شىء فيزيكى دو دسته كيفيات مطرحكرد: 1. كيفيات اوليه: مانند شكل معين، اندازه معين و .... كه هر شىء فيزيكى از آنها برخوردار است، خواه كسى آنها رادرك كند يا نه. 2. كيفيات ثانويه: نظير طعم، رنگ، بو، و .... كه وجود آنها مشروط به حضور نيرويى درككننده و اندامهاىحسى است. (م).
38- Instrumentalism
39- Calculating
40- Imaginative fictions
41- Representations
42- Critical realism
43- Valid understanding
44- Phenomenalism
45- Ernst mach
46- Henry folse
47- Subjectivist
48- Mental - physical
49- Ontology
50- Mechanistic and organic models ،در مدلهاى مكانيستى، موجودات زنده بسان «ماشينهاى پيچيدهاى» كهچيزى جز مجموع اجزا نيستند، در نظر گرفته مىشوند و براساس قوانين فيزيكى و شيميايى تشريح پذيرند. اما درمدلهاى ارگانيك، آنچه ارائه مىشود يك كل يكپارچه بهنام ارگانيزم است كه داراى سلسله مراتبى از سطوح مختلف نظماست. اين كل سازمان يافته، چيزى بيشتر و فراتر از مجموع اجزاست و صرفا با قوانين فيزيكى و شيميايى نمىتوان آن راتشريح كرد. (م).
51- Behavioristic and instropesti models ،رفتارگرايى و دروننگرى دو مدل و شيوه در روانشناسى است.براساس دروننگرى، حالتهاى درونى و فرآيندهاى ذهنى انسان، موضوع اصلى تحقيقات روانشناسى را تشكيلمىدهد. اما در رفتارگرايى، بررسى و مشاهده «رفتار» بويژه از راه آزمونهاى «محرك و پاسخ» نقش اصلى را بر عهده دارند.(م).
52- C. A. Coulson
53- alternative languages
54- analogical
55- inferential
56- Dichotomies ،يعنى تقسيمهاى ثنايى، كه محصول اين تقسيمها، در قالب قضايايى كه در علم منطق به قضاياىمنفصله مانعة الجمع و حقيقه شهرت دارند، بيان مىشود. مانند اين قضيه: عدد يا زوج استيا فرد.
57- Paradoxical
58- Coherence
منبع :فصلنامه ذهن ، شماره 1
جواب بصورت نقل قول
(هر یک از این عملگرها اسپین را در جهت محور خاصی اندازه می‌گیرند) (
)*ثابت میشود که در آن واحد تنها میتوان اسپین را در جهت یکی از محورها اندازه گرفت.
است ولی رسم بر این است که هنگام نامیدن اسپینها از همان مقدار s استفاده میشود نه 
را بپذیرد. البته چنانکه که گفته شد در آن واحد تنها میتوان آن را در یک جهت اندازه گرفت. پس نتیجه میشود برای اسپین s: 2s + 1 حالت وجود دارد.
و در جعبه دیگر تعداد 
میخ با طول 
وجود دارد. اگر چنانچه 
باشد، میانگین طول میخها برابر با نصف مجموع دو طول 
باشد، در این صورت تعداد مربوط به یک نوع از میخها از تعداد نوع دیگر بیشتر خواهد بود. بنابراین برای تعیین طول میانگین میخها باید یک ضریب وزنی برای هر طول در نظر بگیریم. به عنوان مثال ، ضریب میانگین وزنی برای میخهای نوع اول برابر 
و برای میخهای نوع دوم 
نشان دهیم، خواهیم داشت:
و 
تشکیل شده است. اگر مختصات این دو ذره را به ترتیب با (x1 , y1 , z1) و (x2 , y2 , z2) نشان دهیم، در این صورت مختصات مرکز جرم از روابط زیر محاسبه میشود:
شتاب مرکز جرم و M برابر مجموع جرم تمام ذرات سیستم (و یا در مورد یک جسم صلب برابر با جرم کل جسم) میباشد.
نمایشگر برایند نیروهای خارجی وارد بر سیستم است.