نگاهی به کتاب «تحلیلی از دیدگاه های فلسفی فیزیکدانان معاصر»

«ساده ترین چیزی كه مشاهده می كنیم رازی دربردارد. این گهواره همه علوم و هنر های واقعی بشری است. كسی كه این را نمی داند و در برابر این راز بزرگ به اعجاب و تحیر نایستاده مرده ای است، شمعی است خاموش.»
آلبرت اینشتین

در اوایل قرن بیستم انقلاب های علمی در حال شكل گیری و تكوین بودند. مهم ترین این انقلاب ها در ساختارهای اساسی فیزیك نظری اتفاق افتاد. انقلاب هایی كه نتیجه آنها تغییر تصور امروزی ما از مفاهیم بنیادی مثل فضا، زمان، علیت، موضعیت، واقعیت و... است، همگی نتیجه همین انقلاب ها بودند. مكانیك كوانتومی و نظریه نسبیت خاص و عام مهم ترین انقلاب های علمی تمام تاریخ بوده اند.تدوین مكانیك كوانتومی حدود ۳۰ سال طول كشید. از زمان توضیح تابش جسم سیاه به وسیله پلانك و خلق مفهوم كوانتومی بودن انرژی تا زمان صورت بندی مكانیك موجی و مكانیك ماتریسی تعداد زیادی از پدیده های فیزیكی كشف شده بودند كه به وسیله مكانیك كلاسیك (نیوتنی) قابل توجیه نبودند، هر چند تعدادی از این پدیده ها را بزرگانی مثل بور، زومر فلو، پلانك، روزنفلد، فرانك، هرتز، اینشتین و... به صورت پدیده شناختی (Phenomenological) توضیح داده بودند. اما توضیح واحدی برای این پدیده ها وجود نداشت تا اینكه بالاخره در سال های ۱۹۲۶ و ۱۹۲۷ هایزنبرگ و شرودینگر به توضیحی جامع برای پدیده های كوانتومی دست پیدا كردند. هایزنبرگ از ماتریس ها استفاده كرده بود و شرودینگر از پایه های فضای هیلبرت. سال بعد دیراك نشان داد كه این دو رهیافت در واقع یكی هستند. از همان زمان و به خصوص بعد از تدوین كتاب بحث برانگیز «اصول ریاضی مكانیك كوانتومی» فون نویمان بحث های بسیار زیادی با پایه های فلسفی در دنیا درگرفت كه تبعات و نتایج آنها تا به امروز ادامه دارد. بحث هایی درباره مبانی فلسفی مكانیك كوانتومی دو دوره اوج دارد. یكی از این دوره های اوج بین سال های ۱۹۲۷ تا ۱۹۳۳ در كنگره های سولوی ظاهر شد. در آن كنگره ها بحث هایی بین همه بزرگان فیزیك دعوت شده درگرفت، بحث هایی بسیار عمیق درباره نتایج مكانیك كوانتومی كه سردمداران آنها بور و اینشتین بودند. بور طرفدار دو آتشه مكانیك كوانتومی بود و مدافع اول آن به حساب می آمد. از طرفی بسیاری از بزرگان هم عصر بور در موسسه فیزیك نظری وی با او همكار بودند. نسل بعدی و حتی نسل بعد از آن هم به شدت تحت تاثیر بور بودند. اكثر فیزیكدانان بزرگ معاصر یا شاگرد بور بودند یا شاگرد شاگرد او. به همین دلیل این دیدگاه مكانیك كوانتومی رواج بیشتری یافت. (البته باید توجه كرد كه این دیدگاه در توجیه پدیده ها بسیار قدرتمند بود كه اوج آن را می توان در توجیه كامل طیف اتم هیدروژن دید.) به این دیدگاه مكتب كپنهاگی مكانیك كوانتوم می گویند، زیرا بور اهل دانمارك بود و در دانشگاه كپنهاگ كار می كرد. در جبهه مقابل اینشتین قرار داشت كه به همراه دوبروی و شرودینگر مخالف تعبیرهای فلسفی بور از نتایج مكانیك كوانتومی بود. بحث های اینشتین و مثال هایی كه سر میز صبحانه در كنگره سولوی بیان می كرد نشان می داد كه مكانیك كوانتومی ناقص است. بحث های بور سر میز شام نیز كه جواب حرف های اینشتین بود، معروف است. در اواخر دهه ۱۹۴۰ دیوید بوهم كتابی عمیق و دقیق و البته آموزشی در زمینه مكانیك كوانتوم نوشت به نام «نظریه كوانتوم».او این كتاب را برای اینشتین، بور، هایزنبرگ و دیراك و... ارسال كرد تا نظر آنها را جویا شود. البته باید متذكر شد كه در حین نوشتن كتاب دیدگاه او نسبت به نظریه كوانتومی در حال تغییر بود و روزبه روز به اشكالات فلسفی این نظریه بیشتر پی می برد. اینشتین از كتاب او استقبال كرد و نامه ای برایش نوشت. همین ارتباط او با اینشتین او را تشویق كرد كه به تحقیق در این زمینه بپردازد. حاصل این تحقیقات «نظریه كوانتومی بوهم» بود كه یكی از نظریه های متغیر های نهان است.
• متغیرهای نهان
یكی از مبانی اصلی مكانیك كوانتومی كپنهاگی عدم قطعیت است كه هایزنبرگ آن را كشف كرده است. عدم قطعیت می گوید كه نمی توان همزمان مسیر و حركت ذره را با دقت بالایی مشخص كرد، هرچه دقت در اندازه گیری مسیر حركت ذره بیشتر باشد، اندازه حركت آن را با دقت كمتری می توان اندازه گرفت. این امر تبعات بسیار زیادی دارد كه نقض علیت یا طرد موجبیت از جمله آنها است. بوهم به دنبال رفع این مشكل بود. اما می دانست كه عدم قطعیت ذاتی مكانیك كوانتوم است بنابراین به دنبال تئوری كوانتومی بدیل فاقد عدم قطعیت بود. او برای رفع «عدم قطعیت» پیشنهاد داد كه یك جمله به معادله شرودینگر اضافه شود. اضافه كردن این جمله باعث می شود كه عدم قطعیت اندازه حركت و مكان از بین برود و هركدام از آنها را با هر دقتی بتوان مشخص كرد. اما نكته اینجاست كه اضافه كردن این جمله به معادله شرودینگر مستلزم در نظر گرفتن متغیرهایی است كه قابل آشكارسازی نیستند، اما وجود آنها باعث می شود كه عدم قطعیت از بین برود. بوهم این جمله اضافی را «پتانسیل كوانتومی» نامگذاری كرد. پتانسیل كوانتومی هم مسئله عبور ذره از دو شكاف را توجیه می كند و هم مسئله عبور ذره از مانع پتانسیل را. در حالت اول ذره به جایی كه تابع موج صفر است نمی رسد زیرا در آنجا پتانسیل كوانتومی بی نهایت است و لذا ذرات را از آنجا دفع می كند. در مورد دوم وجود پتانسیل كوانتومی ارتفاع سد پتانسیل را كم می كند و در نتیجه ذره عبور می كند.
• نقد نظریه بوهم
پس از انتشار نظریه بوهم در ،۱۹۵۲ پائولی نامه ای به او نوشت و به شدت اعتراض كرد. اعتراض پائولی این بود كه این مدل را نمی توان به چند ذره تعمیم داد. بوهم در جواب پائولی مسئله چندذره ای را با این نظریه حل كرد و برای آزمایش EPR توضیحی داد. اما واكنش اینشتین جالب تر بود. او فكر می كرد كه نظر بوهم بیش از اندازه ساده انگارانه است. او انتظار داشت كه چیزی عمیق تر از این در كار باشد. بوهم در جواب او گفت كه ممكن است حق به جانب اینشتین باشد، اما در نبود نظریه ای عمیق تر، بهتر است فعلاً به همین بسنده كنیم تا اینكه اصلاً چیزی نداشته باشیم. بعضی دیگر از فیزیكدانان گفته اند كه برای آنكه نظریه بوهم جدی تلقی شود، باید در مواردی پیش بینی هایی غیر از پیش بینی های مكانیك كوانتومی كپنهاگی داشته باشد. بوهم خودش معتقد بود كه مشكل است در عمل مواردی را پیدا كنیم كه این دو نظریه پیش بینی های متفاوتی داشته باشند تا بتوان به تجربه در مورد درستی آنها قضاوت كرد. برای آن كه نظریه بوهم را مورد آزمون قرار دهیم باید از چارچوب نظریه كوانتوم خارج شود تا بتوانیم متغیرهای نهان را بیازماییم.تا زمان حال نتایج تجربی، مزیتی برای هیچ كدام از دو نظریه پیدا نكرده اند. اما نظریه بوهم از لحاظ فلسفی برتری دارد زیرا این نظریه توصیفی علی در سطح كوانتومی ارائه می دهد. در اواخر قرن بیستم بوهم به همراه شاگردش هایلی نظریه نسبیتی را هم به این موضوع اضافه كردند. امروز گرانش كوانتومی بوهمی هم از موضوعات مورد پژوهش است.
• عدم موضعیت
به نظر می رسد یكی از دلایل عمده موضع گیری های اولیه علیه بوهم مسئله غیرموضعی بودن باشد كه با توجه به نتایج آزمایش بل به نظر می رسد كه عدم موضعیت در اطلاع رسانی، ذاتی عالم باشد. بنابراین برای محك مكانیك كوانتومی بوهمی باید سراغ محك های دیگری رفت.

«مهدی گلشنی» كتاب تحلیلی از دیدگاه های فلسفی فیزیكدانان معاصر را در همین باب در ۸ فصل نگاشته است. فصل اول كتاب درباره انقلاب كوانتومی و آثار آن مثل كنار گذاشتن هستی شناختی، طرد تصویرپذیری حوادث فیزیكی، طرد موجبیت، طرد تحویل پذیری سیستم های كوانتومی و همچنین حاكمیت پوزیتیویسم و ایده آلیسم بر تفكر فیزیكدانان است. گلشنی در چند فصل بعد به مبانی فلسفی تفكر بور و اینشتین می پردازد. فصل پنجم كتاب هم بیان نظریه بوهم است. فصل ششم و هفتم به دو موضوع اصلی فلسفه كوانتوم یعنی عدم قطعیت و واقعیت فیزیكی اختصاص یافته است. در فصل آخر با یكی از سئوال های جالب در جامعه فیزیك مواجه می شویم: «آیا فیزیكدانان از فلسفه مستغنی هستند؟»كتاب بسیار مستند و سرشار از نقل قول است و فصول آن تقریباً خالی از فرمول و معادله و... است. بنابراین خواننده علاقه مند با كمی پیش زمینه درباره فیزیك (مثل تحصیلات دبیرستانی) و البته علاقه مند به فلسفه علم می تواند با خواندن كتاب به درك بهتری از مبانی فلسفی مكانیك كوانتومی دست یابد. هرچند دوره این مباحث با لهجه شیرین اصفهانی دكتر گلشنی در كلاس مبانی فلسفی مكانیك كوانتومی در دانشكده فیزیك صنعتی شریف، شیرینی دیگری دارد!

مهدی صارمی فر

منبع : روزنامه شرق