اینشتین و مکانیک کوانتومی

نظریه کوانتومی که توسط پلانک و اینشتین ساخته و پرداخته گردید با سایه انداختن دیدگاه احتمال و عدم قطعیت بر آن موجب نارضایتی و دلسردی اینشتین شد و راهش را از سایرین جدا کرد چرا که طرز فکری که نسبیت‌‌ها از آن تراوش کرده بودند این اجازه را به اینشتین نمی‌داد که جهان عینی و علّی را رها کند و در سایه تردید و تزلزل در پی کشف حقایق عالم برآید.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

همیشه وقتی سخن از اینشتین به میان می آید، ذهن ها متوجه نظریه نسبیت و پیامدهای انقلابی آن در فیزیک می شود. اما کمتر کسی این نکته را به خاطر می آورد که اینشتین همانطور که در اولین انقلاب علمی قرن بیستم یعنی نظریه نسبیت سهیم بود، در انقلاب دیگر یعنی فیزیک کوانتومی نیز نقش بسزایی داشت. حتی جایزه نوبل هم به خاطر مقاله «اثر فوتوالکتریک» که تاییدی بر کوانتومی بودن نور بود، به او اهدا شد. اما بازی سرنوشت آنگونه شکل گرفت که یکی از بزرگترین حامیان مکانیک کوانتومی، منتقد تراز اول آن نیز باشد. این مقاله نگاهی است به واکنش آلبرت اینشتین نسبت به مکانیک کوانتومی و مباحثات او با فیزیکدانان بانی نظریه کوانتوم به ویژه نیلز بور. هدف توصیف اتفاقاتی است که در تاریخ کوانتوم افتاده است و تنها در موارد ضروری مسائل علمی ذکر شده است.

کنگره سالوی

همه چیز از کنگره سالوی شروع شد. بانی این سری کنگره ها، یک صنعتگر آلمانی به نام ارنست سالوی بود. او اولین کنگره بین المللی سالوی را کمی قبل از شروع جنگ جهانی اول، در شهر بروکسل برگزار کرد. قرار بر این بود که در این کنفرانس ها حدود ۳۰ نفر از فیزیکدانان برجسته دعوت شوند و بر روی موضوع از قبل تعیین شده ای، بحث و بررسی کنند. از سال ۱۹۱۱ تا ۱۹۲۷ پنج کنگره با این روش برگزار شد و هر کدام به یکی از پیشرفت های فیزیک در آن سال ها اختصاص داشت. معروف ترین کنگره سالوی در سال ۱۹۲۷ و با موضوع فیزیک کوانتومی برگزار شد. در بین شرکت کنندگان در این کنفرانس ۹ فیزیکدان نظری حضور داشتند که بعد ها همه آنها به خاطر سهم مهمی که در شکل گیری نظریه کوانتوم داشتند، برنده جایزه نوبل شدند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


ماکس پلانک، نیلز بور، ورنر هایزنبرگ، اروین شرودینگر و… آلبرت اینشتین از جمله آن فیزیکدان ها بودند. اما اینشتین هنگام شرکت در کنگره به خاطر نظریه نسبیت و همین طور دریافت جایزه نوبل به قدر کافی مشهور بود. به همین دلیل نظر او برای دیگر فیزیکدان ها اهمیت زیادی داشت. هنگام برگزاری پنجمین کنگره سالوی یکی، دو سال بود که از ارائه فرمول بندی شسته رفته ای از مکانیک کوانتومی می گذشت. ماکس بورن یک فرمول بندی آماری از مکانیک کوانتومی منتشر کرده بود و هایزنبرگ هم اصل عدم قطعیت (uncertainty principle) خود را مطرح کرده بود. نیلز بور نیز براساس این دستاوردها تعبیر معرفت شناختی خود را از مکانیک کوانتومی پیشنهاد کرده بود که در ضمن آن ایده مکملیت (complementarity) را نیز معرفی می کرد. همه این موارد دلایلی کافی بودند که اینشتین در تمام طول کنفرانس با بور و هایزنبرگ به بحث بنشیند.

تفسیر کپنهاگی
نکته مهم در اصل عدم قطعیت هایزنبرگ این بود که، نمی توان مکان و تکانه (یا سرعت) یک ذره را به طور همزمان و به طور دقیق اندازه گیری کرد. با اندازه گیری مکان عدم قطعیتی در اندازه گیری سرعت به وجود می آید و بالعکس. با مطرح شدن این اصل جنجال برانگیز خیلی ها عدم قطعیت را ذاتی طبیعت دانستند و گفتند که این مشکل دستگاه اندازه گیری یا ناظر نیست. به این ترتیب اصل علیت را زیر سئوال بردند، به این معنی که وقتی نمی توانیم زمان حال یک سیستم را به طور دقیق بدانیم پس از آینده آن نیز چیزی نمی دانیم و از آنجا که این جهل به ذات طبیعت و نه به دستگاه اندازه گیری مربوط است، روابط علی مخدوش می شود. این نتیجه گیری از یک اصل کاملاً فیزیکی یکی از جنبه های تفسیری بود که بعدها به «تفسیر کپنهاگی» از مکانیک کوانتومی معروف شد.
از دیگر مولفه های تفسیر کپنهاگی ویژگی آماری و احتمالاتی پدیده های زیراتمی بود. برای مثال اگر ناظری سرعت ذره ای را در راستای معینی اندازه گیری کند، به احتمال X یک مقدار خاص و به احتمال Y مقدار دیگری را به دست می آورد. روی دادن هر کدام از این احتمالات هم کاملاً تصادفی است و هیچ مکانیسمی برای چگونگی اتفاق آنها بیان نمی شود. نکته دیگر تفسیر کپنهاگی انکار واقعیت فیزیکی بود، به این معنا که فرمول بندی مکانیک کوانتومی تنها واقعیت موجود است. پیش بینی نتایج و کارآمد بودن فرمول بندی کافی است و لازم نیست که این فرمول بندی حتماً با یک واقعیت عینی فیزیکی متناظر باشد.

اینشتین بر ضد بور
اینشتین به هیچ وجه نمی توانست زیر بار یک چنین تعبیری برود. او فیزیکدانی بود که همواره به دنبال کشف طبیعت بود و یک چنین نظریه ای با این نتایج عجیب و غیرشهودی او را راضی نمی کرد. اینشتین به رئالیسم اعتقاد داشت و نمی توانست بپذیرد که مشاهده کننده واقعیت یک پدیده فیزیکی را تعیین می کند. او معتقد بود که فیزیکدان ها به ایده آلیسمی از نوع بارکلی روی آورده اند که آنها را سرمست کرده است و از هدف اصلی علم و همچنین فیزیک دور شده اند. به همین دلیل بود که در کنگره سالوی به شدت در مقابل نظریات بور و هایزنبرگ موضع گیری کرد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


هایزنبرگ در خاطرات خود می نویسد: «همه بحث ها در سر میز غذا شکل می گرفت و نه در تالار کنفرانس و بور و اینشتین کانون همه بحث ها بودند. بحث معمولاً از سر میز صبحانه شروع می شد و اینشتین آزمایش فکری جدیدی که گمان می کرد اصل عدم قطعیت را رد می کند، مطرح می کرد. پس از بحث های بسیار در طول روز، بور سر میز شام به اینشتین ثابت می کرد که آن آزمایش هم نمی تواند اصل عدم قطعیت را خدشه دار کند. اینشتین کمی ناراحت می شد، اما صبح روز بعد با یک آزمایش فکری دیگر که پیچیده تر از آزمایش قبلی بود، از راه می رسید. پس از چند روز پاول اهرنفست فیزیکدان هلندی که دوست اینشتین بود گفت: من به جای تو خجالت می کشم، استدلال های تو در برابر مکانیک کوانتومی شبیه استدلال هایی است که مخالفانت در برابر نظریه نسبیت می آورند.»
اینشتین با این آزمایش های فکری می خواست وجود ناسازگاری در مکانیک کوانتومی را نشان دهد تا بتواند آن را رد کند، اما موفق نشد. او همیشه می گفت نمی تواند قبول کند که خدا شیر یا خط بازی می کند. او معتقد بود اگر خدا می خواست تاس بازی کند این کار را به طور کامل انجام می داد و در آن صورت ما دیگر مجبور نبودیم به دنبال قوانین طبیعت بگردیم، چرا که دیگر قانونی نمی توانست وجود داشته باشد. جواب بور به تمامی این جملات نغز این بود که: ما هم وظیفه نداریم برای خدا در اداره کردن جهان تعیین تکلیف کنیم. به این ترتیب بور در پنجمین کنگره سالوی توانست از سازگاری منطقی تفسیر کپنهاگی دفاع کند. اما بحث های اینشتین و بور به ششمین کنگره سالوی در سال ۱۹۳۰ نیز کشیده شد و باز هم اینشتین نتوانست نتیجه ای بگیرد. پس از آن تلاش کرد که ناقص بودن مکانیک کوانتومی را نشان دهد.

اینشتین، پودلسکی و روزن
اینشتین در ادامه تلاش هایش برای اثبات ناقص بودن تعبیر استاندارد مکانیک کوانتومی، مقاله ای را در سال ۱۹۳۵ با همکاری پودلسکی و روزن منتشر کرد. این مقاله با عنوان «آیا توصیف مکانیک کوانتومی از واقعیت فیزیکی می تواند کامل باشد؟» بعدها با نام اختصاری EPR معروف شد. آنها در مقاله شان سعی کردند که با یک آزمایش فکری نشان دهند عناصری از واقعیت وجود دارند که در توصیف کوانتومی وارد نشده اند و بنابراین مکانیک کوانتومی ناقص است. طبق نظر اینشتین نظریه ای کامل است که هر عنصری از واقعیت فیزیکی مابه ازایی در آن داشته باشد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


چهار ماه بعد، بور در مقاله ای با همان عنوان آزمایش EPR را رد کرد و نشان داد که استدلال آنها مغالطه آمیز است.اما این پایان ماجرا نبود. نه اینشتین و نه بور، هیچکدام راضی نشده بودند. اینشتین تا پایان عمرش در سال ۱۹۵۵ هیچ گاه مکانیک کوانتومی را نپذیرفت و در بهترین حالت قبول کرد که این نظریه، فقط یک نظریه موقتی است که کامل نیست و فیزیکدانان باید به دنبال نظریه ای دیگر باشند. در مورد بور هم معروف است عکسی که از تخته سیاه او درست یک روز قبل از مرگ او گرفته شده، شامل طرح آزمایشی است که در سال ۱۹۳۰ مورد بحث او و اینشتین بوده است.
هم اکنون مکانیک کوانتومی در مسیر پیشرفت بی هیچ مشکلی دارای سرعتی حیرت آور است، مگر اینکه در آینده دچار مشکلاتی همانند مشکلات موجود در فیزیک کلاسیک که زمینه را برای تولد نظریه‌های نسبیت و کوانتوم فراهم نمود، شود.


بیگ بنگ

منابع بیشتر :
۱- جزء و کل/ ورنر هایزنبرگ/ حسین معصومی همدانی/ نشر دانشگاهی
۲- تحلیلی از دیدگاه های فلسفی فیزیکدانان معاصر/ مهدی گلشنی/ انتشارات مشرق
۳- Stanford Encyclopedia of Philosophy / [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
به نقل از سی پی اچ تئوری