فضا-زمان قبل از انفجار بزرگ
saeed جان با اجازه شما
يك گروه تحقيقاتي از دانشگاه ايالتي پن از محاسبات گرانشي كوانتومي استفاده كردند تا سر نخهائي در مورد زمان قبل از مهبانگ را پيدا كنند.
بر اساس فرضيه نسبيت عام انيشتين ، انفجار بزرگ آغاز هستي را رقم زده است. انفجار بزرگ رويدادي بزرگ بود كه نه تنها ماده بلكه فضا- زمان را بوجود آورد. در حاليكه فرضيه هاي كلاسيك هيچگونه سر نخي در مورد هستي قبل از اين رخداد را ارائه نمي دهند ، يك گروه تحقيقاتي از دانشگاه ايالتي پن از محاسبات گرانشي كوانتومي استفاده كردند تا سر نخهائي در مورد زمان قبل از مهبانگ را پيدا كنند. آبهي اشتكار ، مدير موسسه فيزيك و هندسه گرانشي از همين دانشگاه مي گويد" مي توان ازنسبيت عام براي توضيح كيهان در زمانيكه ماده آنقدر چگال شد كه هيچ معادله اي نمي تواند آن را توضيح دهد استفاده كرد. ما براي نگاه به وراي اين زمان و نقطه نياز به معادلات و ابزار كوانتومي داشتيم كه در زمان انيشتين در دسترس نبود." وي با همكاري پژوهشگران ديگر مدلي را تهيه كردند كه با دنبال كردن ردپاي مهبانگ و عبور از ميان آن به كيهان در حال چروكيده شدني بر مي خورد كه فيزيكي مشابه كيهان ما داشت.
اين گروه در تحقيق خود نشان دادند كه قبل از مهبانگ يك كيهان در حال منقبض شدن وجود داشت كه هندسه فضا-زمان آن مشابه كيهان در حال انبساط ما بود.زمانيكه نيروهاي گرانشي كيهان قبلي را به داخل مي كشاند ، به نقطه اي رسيد كه خواص كوانتومي فضا-زمان باعث مي شوند گرانش حالتي دافعه داشته باشد نه جاذبه. اشتكار مي گويد" ما با استفاده از اصلاحات كوانتمي معادلات كيهانشناسي انيشتين نشان داديم كه بجاي يك انفجار بزرگ كلاسيك ، درحقيقت يك "واگشت كوانتومي" وجود داشته است. سناريوي واگشت كوانتمي بسيار واقع گرايانه بنظر مي رسد.
در حاليكه ايده كلي وجود يك كيهان ديگر قبل از مهبانگ قبلا پيشنهاد شده بود ، اين نخستين توضيح رياضي است كه بطور روشمندي وجود يک كيهان ماقبل مهبانگ را تثبيت مي كند.
نگاهی به نا گفته های نظریه ی ریسمان
اگر کمی در فیزیک نوین مطالعه کرده باشید حتما" با تئوری ریسمان برخورد داشته اید . ما در این مقاله سعی داریم تا اندکی از ناگفته های ریسمان ها را مطرح کنیم و به اطلاع شما برسانیم . حال مقدمه از ریسمان ها را مطرح می کنیم .
در تئوری ریسمان به جای اینکه ذرات سنگ بنای اولیه قرار داده شوند ریسمان های کیهانی ملاک قرار می گیرند که اندازه های بسیار کوچک است و اگر این تئوری را گرانش کوانتومی باشد پس اندازه ی ریسمان ها باید با ثابت طول پلانک که برابر 33^10 است متناسب باشد . هر چند که این مقدار بسیار کوچک است به بسیار سخت می توان آن را تصور کرد . همچنین این ریسمان ها قادرند تا به صورت حلقه در آیند و با یکدیگر پیوند برقرار کنند و متصل شوند و یا به صورت یک تار مو حالت خود را حفظ کنند .
این ریسمان ها می توانند با هر نوع نوسان خود ذره ای خاص را پدید آورند برای مثال می توانند با یک نوسان خاص الکترون بسازند و با نوسان دیگر گراویتون را خلق کنند . تئوری ریسمان در اصل بوزونیک است یعنی برای توصیف ذرات حمل کننده نیرو است و در آن ساختار فرمیونیک جایی ندارد . ولی مطرح کنندگان نظریه ی ریسمان برای توصیف این حالت ابرتقارن را وارد این نظریه کرده اند که در این صورت هر دو هم فرمیون ها دارای جایگاه هستند و هم بوزون ها . در این صورت نظریه هایی پدید می آیند که ابرریسمان نامیده می شوند . نظریه های ابر ریسمان بر پنج نوعند که در ادامه مقاله می توانند آن گفته شده اند .
یک تصویر نو از تئوری ریسمان
متخصص های نظریه ی ریسمان بر این باور هستند که پنج تئوری ابر ریسمان وجود دارد . نوع I ، نوع IIA و نوع IIB و دو حالت تئوری ریسمان اکتشافی یا هترو تیک که عبارتند از : ( (heterotic E8×E8 و ديگري ريسمان (heterotic SO(32) ) تفکر این است که از بین این پنج نماینده برای تئوری ریسمان تنها یک تئوری درست است * یک تئوری برای همه چیز * و می گفت که فضا – زمان ده بعدی در چهار بعد که امروزه توسط دانشمندان تأیید شده است فشرده شده است . دیگر تئوری ها سعی در این داشتند که تئوری ریسمان را رد کنند .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ین کمیت های پیوند دوگانگی ها جدا از هم تصور می شدند . مقیاس ها فاصله های کم و زیاد ، نیرو ، طول و ... . این کمیت ها همیشه در فیزیک در هر دو تئوری میدان های کلاسیک و تئوری ذرات کوانتومی دارای حد خاصی هستند . اما ریسمان ها می توانند تفاوت بین کوچکی و بزرگی ، نیرومندی و ضعف باشند .
[IMG]آنتروپی سیاهچاله چیست ؟[/IMG]
عقیده نظریه ریسمان در زمینه ی سیاهچاله : همانطور که می دانیم سیاهچاله ها نتیجه معادلات اینشتین هستند و چون تئوری ریسمان وجود گرانش را می پذیرد و شامل معادلات اینشتین نیز می شود پس وجود سیاهچاله ها را نیز می پذیرد . اما تئوری ریسمان بیشتر از تقارن جالب انواعی از ماده که معمولا" در معادلات اینشتین عادی به نظر می رسند بر خواسته است . بنابراین سیاهچاله در بافت تئوری ریسمان موضوعی جالب برای مطالعه هستند .
دو مقدار مهم در ترمودینامیک دما و آنتروپی است . گرما همان چیزی است که آن را به خوبی می شناسیم و می توانیم آن را از بخاری یا دیگر اجرام گرما زا حس کنیم . آنتروپی در زندگی روزانه مردم یک امر بیگانه است .
فرض کنید ما یک جعبه ی پر از گاز داریم که مولکول های گاز مورد نظر M نام دارد . دمای گاز درون جعبه در واقع میانگین انرژی جنبشی ذرات گاز است . هر مولکول همچون یک ذره ی کوانتومی حالت انرژی کوانتیده دارد . اگر ما تئوری کوانتوم را در مورد این مولکول ها درک کنیم ، می توانیم حالت میکروسکوپی یا زیر کوانتومی موجود را محاسبه کنیم ، در این صورت عددی از محاسبات پدید می آید اگر ما لگاریتم آن عدد را به دست آوریم آنگاه آنتروپی پدید آمده است .
زمانی که این موضوع کشف شد که سیاهچاله ها می توانند با توجه به فرایند های کوانتومی نابود شوند به نظر می آمود که آنتروپی و دما دارایی ترمودینامیک هستند . دمای سیاهچاله با معکوس جرمش متناسب است . بنابراین سیاهچاله با نابودی اش گرم و گرمتر از دوره ی سابق خود می شود . آنتروپی سیاهچاله یک چهارم منطقه ی افق رویداد است ، بنابراین آنتروپی همچون سیاهچاله کوچک و کوچکتر می شود و در نتیجه منطقه ی افق رویداد نیز رفته رفته کاهش می یابد .
حال باید گفت که در تئوری ریسمان نقل روشنی بین زیر کوانتوم ها و تئوری کوانتوم و فرض آنتروپی سیاهچاله وجود ندارد .
ریسمان ها و گرانش
ریسمان ورد شیت یک کلید برای تمام فیزیک ریسمان ها است . یک ریسمان نوسان می کند و از میان چهار بعد فضا – زمان سفر می کند . این نوسان ها می توانند در دو بعد ریسمان ورد شیت نمایان گر شوند که همچون منظره ی این نوسان ها در دو بعد در تئوری کوانتوم گرانشی است . در واقع باید این نوسان های ایجاد شده با مکانیک کوانتوم و تئوری نسبیت خاص هماهنگ باشند . تعداد ابعاد فضا – زمانی در تئوری ریسمان برای نیروها که همان تئوری بوزونیک است به 26 تا محدود می شود و 10 بهد از آن در تئوری بوزونیک ، فرمیونیک که همان ابر ریسمان است مشترک است .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
بنابراین گرانش از کجا می آید ؟
گر ریسمان ها در فضا – زمانی که توسط ریسمان های دیگر محصور است سفر کنند ، سپس طیف نوسان یک ذره با 2 اسپین و جرم صفر را شامل می شود ، در این صورت ذره گراویتون خواهد بود که حامل نیروی گرانشی است .
جایی که گراویتون وجود دارد باید گرانش نیز وجود داشته باشد . گرانش در کجای تئوری ریسمان جای دارد ؟
ریسمان ها و هندسه فضا – زمان
تئوری کلاسیک از هندسه فضا زمان که ما به آن گرانش می گوئیم به معادلات آلبرت اینشتن دانشمند بزرگ آلمانی الاصل بستگی دارد که در آن خمیدگی فضا – زمان به توزیع ماده و انرژی در آن بستگی دارد . اما معادلات اینشتین در تئوری ریسمان چگونه مطرح شده اند ؟
اگر یک ریسمان در فضا – زمان خمیده به سفر بپردازد ، سپس ریسمان هم با این خمیدگی متناسب می شود همچون یک ریسمان تکثیر یافته . و این سازگار با مکانیک کوانتوم و معدلات اینشتین در مورد خمیده شدن فضا – زمان است . حال این امری واقعی است ! این نتیجه ای متقاعد کنند برای مطرح کنندگان تئوری ریسمان بود . تنهاذ تئوری ریسمان از فیزیک فضا – زمان خمیده گرانش را پیش بینی نمی کند ، اما می گوید که معادلات اینشتن از فضا – زمان خمیده در تکثیر ریسمان ها اطاعت می کنند .
آیا فضا – زمان بنیادی است ؟
رابطه ی پیچیده ای بین تئوری ریسمان و فضا – زمان وجود دارد . تئوری ریسمان از این معادلات اینشتین به طور کامل اطاعت نمی کند . در تئوری ریسمان سری های زیادی برای اصلاح تئوری گرانش وجود دارد . در شرایط پائین تر از نرمال اگر ما فقط به مقیاس بزرگتر از ریسمان ها نگاه کنیم این فواصل قابل ملاحضه نیست . اما اگر مقیاس فاصله ای کم باشد این اصلاح ها بزرگتر می شوند تا از معادلات اینشتین برای توصیف نتیجه بزرگتر نشوند .
در حقیقت زمانی که سطح این اصلاحات بزرگتر شود هندسه فضا – زمانی برای تضمین توصیف نتیجه وجود ندارد . در واقع معادلات برای محاسبه ی فضا – زمان غیر ممکن می شود . اما چیزی که در این تئوری در فاصله های زیاد نمایان گر می شود پیوندی ضعیف است . این عقیده ای با درگیری های بزرگ فلسفی است .
فاصله های کم و زیاد
تقارن دوگانه که استعداد های پیچیده و مبهمی برای تشخیص مقیاس فاصله های زیاد و کم می خواهد دو گانگی تی T – duality خوانده می شود . و از حدود ابعاد اضافه در تئوری ابر ریسمان که حدود شش تا است می آید .
فرض کنید ما در فضا – زمان 10 بعدی هستیم که بدین معنا است که 9 بعدی فضایی و یک بعد زمانی دارد . گرفتن یکی از این نه بعد فضایی دایره ای به شعاع R می سازد . که در جهت برای فاصله L=2p R گرفته می شود . شما در دور این دایره حرکت می کنید و به جایی که از آنجا حرکت خود را آغاز کرده اید باز می گردید .
یک ذره که دور این دایره به سفر می پردازد دارای مقدار حرکتی خواهد بود که گرداگرد این دایره است که به مجموع انؤزی ذره کمک می کند . اما موضوع در رابطه با یک ریسمان کاملا" تفاوت دارد . زیرا در سفر ، ریسمان می تواند دور دایره را خمیده کند . عدد زمانی پیچیدن این ریسمان به دور دایره عدد پیچ در پیچ خوانده می شود .
حال مورد عجیب در مورد تئوری ریسمان این است که این مقدار و این نوع پیچش می تواند تعویض شود . ما میزان این طول را با تغییر شعاع دایره با مقدار Lst2/R تغییر می دهیم ، در حالی که Lst طول ریسمان است . اگر R از طول ریمان خیلی کوچکتر باشد سپس مقدار Lst2/R بسیار بزرگ خواهد شد ؛ بنابراین مقدار مبادله و نوع پیچش ریسمان تبادل یک مقیاس فاصله ای بزرگ با یک مقیاس فاصله ای زیاد است .
این نوع از دوگانگی دوگانگی تی T – duality خوانده می شود . دوگانگی تی به تئوری های ابرریسمان نوع های IIA و IIB است . این بدان معنا است که اگر این دو تئوری در روی یک دایره فشرده شوند ، سویچ مقدار و نوع پیچش و سویچ مقیاس فاصله ای با تأثیر دو تئوری بروی یکدیگر تغییر می کند .
بنابراین دوگانگی تی در مقیاس های مختلف دارای تفاوت است . مثلا" در مقیاس های فاصله ای بسیار بزرگ برای مقدار کم در ریسمان ها است و نوع پیچش برای ریسمان با مقیاس های بسیار کوچک . حال همه ی این گفته تفسیر جالبی از این است که فیزیک چگونه بعد از کپلر و نیوتون در جریان بوده و توسعه یافته است .
ریسمان ها و پیوند ضعیف
ثابت اتصال و پیوند چیست ؟
این یکی از اعدادی است که در مورد چگونگی نیرو و کنش متقابل سخن می گوید . برای مثال : ثابت نیوتن ثابت پیوند برای نیروی گرانش است . اگر میزان ثابت کنونی نیوتن دوبرابر بود سپس ما گرانش را در سطح زمین دو برابر احساس می کردیم و همچنین از زمین گرانش ماه و خورشید نیز دو برابر احساس می شد و غیره . یک ثابت پیوندی بزرگتر بدان معنا است که آن نیرو قوی تر است و ثابت پیوندی ضعیف تر بدان معنا است که نیروی مورد نظر ضعیف تر است .
هر نیرویی دارای ثابت پیوندی است . برای مثال در نیروی الکترومغناطیسی ثابت پیوندی با مربع با الکتریکی متناسب است . زمانی که فیزیکدان ها رفتار کوانتوم های الکترومغناطیسی را مورد مطالعه قرار دادند ، آنها کاملا" قادر نبودند تا تمام تئوری ها را حل کنند . بنابراین مقداری از قوانین روبه روی خود را می شکستند تا به توانند معادلات را حل کنند و هر جایی که شکسته می شد راه را برای حل موضوعات بعدی و ثابت های پیوندی باز می کرد . در انرژی های عادی در الکترو مغناطیس ثابت پیوند کوچک است و بنابراین اولین قسمت اندکی شکسته شده تقریب خوبی برای پاسخ واقعی بود . اما اگر ثابت پیوند زیاد باشد متودهای محاسبه نیز زیر پا گذاشته می شود و قسمت های کوچک نیز بی ارزش می شوند . این موضوع در تئوری ریسمان نیز قابل رخ دادن است . تئوری های ریسمان دارای ثابت پیوندی هستند . اما با تئوری ذرات تفاوت دارد . در تئوری ریسمان ثابت تنها یک عدد نیست و به نوع نوسان ریسمان وابسته است که آن را کندی می خوانند . مبادله میدان کندی از تبادل ثابت های پیوندی بسیار بزرگ یاکوچک کم می شود .
این تقارن دوگانگی اس S – dualityخوانده می شود . اگر دو تئوری ریسمان توسط دوگانگی اس به هم وابسته باشند در این صورت ثابت پیوندی یکی ضعیف خواهد بود دیگر در مقابله با آن ثابت پیوندی قوی خواهد داشت . باید توجه داشت که تئوری با نیروی پیوندی نمی تواند مفهومی از بسط آن در سری های دیگر باشد . و اما تئوری با نیروی پیوندی ضعیف این امکان را دارد . بنابراین اگر دو تئوری در دوگانگی اس به هم وابسته اند ما باید تئوری ضعیف را درک کنیم و اگر در فهم این موضوع کاملا" موفق باشیم می توان گفت که تئوری ریسمان را کاملا" فهمیده اید . این در واقع ضرب المثلی در بین فیزیکدان ها است .
تئوری های ابرریسمان وابسته به دوگانگی اس عبارتند از : نوع I با تئوری ابر ریسمان (heterotic SO(32) ) و تئوری ابر ریسمان IIB با خودش .
این به معنا است ؟
دوگانگی تی چیزی منحصر به فرد در فیزیک ریسمان ها است ، آن چیزی است که از عهده ی ذرات خارج است و قادر به انجام آن نیستند ، زیرا یک ذره نمی تواند همانند یک ریسمان گرداگرد یک دایره خمیده شود . اگر واقعا" تئوری ریسمان نظریه ی درستی در طبیعت است باید بر سطح های عمیق نیز دلالت کند . مقیاس های فاصله ای کوچک در فیزیک به صورت مستقل اصلاح نشده اند ، اما همانند یک سیال است که وابسته به تحقیق ما و استفاده از اندازه ها است ، این ها است که حالت تحقیق را مشخص می سارد .
در قسمت دیگر که دوگانگی اس است به ما می آموزد که حد نیروی پیوندی در ریسمان ها می تواند در حدهای ضعیف برای ریسمان های مختلف محاسبه شود . اما این نتیجه ای عاقلانه برای مکانیک کوانتوم گرانشی است ؛ زیرا همانطور که می دانیم در تئوری آلبرت اینشتن آمده است اجرام با بزرگی زیاد بروی فضا – زمان اطراف خود تأثیر می گذارند و آن را خمیده می کنند .
این مقاله ای مختصر در زمینه ی نظریه ی ریسمان بود ، زیرا همانطور که می دانیم تئوری ریسمان پیچیده است و جابرای بحث در آن باقی است و می توانیم چندین ده صفحه آن را به تفسیر گذاریم . انشا الله به یاری خداوند وتعال ، سعی داریم که در مقالاتی دیگر ، مباحث گفته نشده ی تئوری ریسمان را هر چند مختصر توضیح دهیم .
حقیقت از خود ردپا بجا می گذارد
از سالها پیش رد پاهایی از ناقص بودن مکانیک نیوتونی در پدیده های مختلف به چشم می خورد. که اساسی ترین آنها آزمایش مایکلسون-مورلی بود که موجب شد تا راز دیگری از طبیعت بر دانشمندان آشکار شود و آن این بود که سرعت نور در خلا نسبت به تمام ناظرهائي كه در حركت يكنواخت نسبت به يكديگر هستند يكي است. مکانیک نیوتونی روز به روز بیشتر به بحران می افتاد و دانشمندان زیادی سعی بر این داشتند که این نارسایی ها را بوسیله قوانین مکانیک کلاسیک توجیه کنند. اما در همین زمان بود که یک کارمند ژولیده دنیای فیزیک را متحول کرد. او کسی نبود جز آلبرت اینشتین، که در سال 1905 نسبیت خاص را بوجود آورد و سپس در چند سال بعد نسبیت عام را تقدیم جهان علم کرد.
نسبیت نتایج بسیار جالب توجهی داشت و تقریبا تمام مشکلات مکانیک کلاسیک را پوشش می داد. و البته نسبیت چند پدیده را پیش بینی کرد که از این پیش بینی ها می توان دیدن ستاره پشت خورشید در هنگام کسوف را نام برد که خود اینشتین هم شاهد رخ دادنش بود.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
در همان زمان پدیده فوتو الکتریک مشاهده شد و بعد نوبت مکانیک کوانتومی بود تا بیاید و بوسیله بزرگانی چون ماکس پلانک، بوهر، هایزنبرگ و حتی اینشتین خودنمایی کند.
آلبرت اینشتین تا آخر عمرش با نتایج مکانیک کوانتومی مخالف بود که دلیل آن را معتقد بودن به جهانی می دانست که از نظمی قاطعی پیروی می کند در حالی که کوانتومیست ها به خدایی اعتقاد دارند که طاس بازی می کند!
اما نکته مهم اینجاست که مکانیک کوانتومی هم وجود این نظم را قبول دارد اما نظم را طور دیگری تعریف می کند. این مکانیک اعتقاد دارد که دانشمندان نمی توانند جهان را قانونمند کنند تا اینکه به این نکته توجه کنند که خودشان هم جزیی از این عالم هستند و جزیی که در نحوه کار جهان رل مهمی بازی می کند و در چگونه رقم خوردن پدیده ها نقش مهمی را داراست. اما مشکل از اینجا شروع می شود که این دو نظریه با هم تفاهم ندارند! و یکی از مهمترین نتایج نسبیت برای کوانتوم غیر قابل هضم است.
از طرفی در طــبــیــعــت 4 نوع نیــرو وجود دارد : 1-گرانشی 2-الکترومغناطیس 3- هسته ای قوی 4- هسته ای ضعیف که دانشمندان در صدد واحد کردن این نیروها و همچنین آشتی دادن کوانتوم و نسبیت در قالب یک نظریه بر آمدند.
از همان روز بود که آوارگی فیزیک شروع شد. همه دانشمندان برای اینکه بتوانند نظریه همه چیز را بوجود بیاورند با هم متحد شدند و بعضی هم با افراطی نگاه کردن به این دو تئوری واقعیت که هدف اصلی علم است را بکلی فراموش کردند.
اما افراطی گری در علم تنها دلیل نیست. اکثر ایرادهایی که بر فیزیک وارد شد به این دلیل بود که نسبیت مکاینک نبود بلکه نوعی سینماتیک بود!
یعنی پدیده های مختلف را پیش بینی کرد اما به این فکر نکرد که چرا این پدیده ها بوجود می آیند . یعنی نسبیت پیش بینی کرد که در هنگام فرار نور از یک میدان گرانشی پدیده انتقال به قرمز صورت می گیرد و این پدیده مشاهده شد اما در تئوری بزرگ نسبیت گفته نشد که چرا این اتفاق می افتد. اگر دانشمندانی که روی نسبیت کار می کردند به این موضوع فکر می کردند شاید به ساختمان فوتون توجه می شد
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
مثال دیگر، اینکه در نسبیت ذکر شده که وقتی ماده سرعت می گیرد جرمش افزوده می شود و حتی مقدار جرم را هم بوسیله روابط این تئوری می توان حساب کرد اما به این فکر نشد که این ذره چگونه جرم کسب می کند حتما خودتان حدس می زنید که اگر فکر می شد چه اتفاقی می افتاد...
این بین نظریه های زیادی بوجود آمدند که همه به دلایلی نتوانستند تئوری برای همه چیز باشند.
تا اینکه در 20 سال پیش یک تئوری با هدف اینکه یک تئوری برای همه چیز باشد متولد شد. این تئوری با الهام از آفرینش ذرات هیگز،سی.پی.اچ نام گرفت. (که در مقالات استاد جوادی به تفصیل در مورد این تئوری صحبت شده و ذکر آن تکرار مکررات می باشد
اما یکی از نتایج این تئوری که با دلیل و توجیه علمی در این تئوری ذکر شده است اینست که اسپین هیچ کمیتی ثابت نیست و چندی پیش دانشمندان شاهد این بودند که اسپین الکترون تغییر پذیر است.
آری! حقیقت از خود ردپا بجا می گذارد
فيزيك و متافيزيك ( دو قسمت )
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
