فیزیك و متافیزیك

در این نوشتار, «ایان باربور» همچون دیگر طرفداران اصالت واقع نقادانه قایل است كه براساس نظریه كوانتم, مشاهده گر همواره در روند مشاهده, شریك و سهیم است و مرزقاطعی میان مشاهده گر و شئ مشاهده شده وجود ندارد وی بكارگیری ایده مكملیت درباره علم و دین را نقد می كند

اهمیت تاریخی و معاصر فیزیك، بسیار است زیرا بسیاری از مسلمات آن توسط علوم اخذ شده و تاثیر زیادی نیزبر فلسفه و الهیات نهاده است. در فیزیك نیوتنی، سه فرض اصالت واقع، موجبیت و تحویل‏گرایی، پذیرفته شده بود كه‏هر سه فرض از ناحیه فیزیك قرن بیستم و به ویژه نظریه كوانتوم مورد معارضه قرار گرفت. این بدان دلیل بود كه جهان‏اتمی بر وفق مفاهیم فیزیك كلاسیك و پدیده‏های مشاهده‏پذیر، توضیح‏دادنی نبود. درباره ارتباط مفاهیم فیزیك‏كوانتومی با واقعیت جهان و نیز جایگاه نظریه‏ها در علم، دیدگاههای اصالت واقع كلاسیك، ابزارانگاری و اصالت واقع‏نقادانه، تعبیر و تفسیرهای گوناگونی را ارائه داده‏اند. در این نوشتار، «ایان باربور» همچون دیگر طرفداران اصالت واقع نقادانه قایل است كه براساس نظریه كوانتم، مشاهده‏گر همواره در روند مشاهده، شریك و سهیم است و مرزقاطعی میان مشاهده‏گر و شئ مشاهده شده وجود ندارد. وی بكارگیری ایده مكملیت درباره علم و دین را نقد می‏كند. فیزیك، مطالعه ساختارها و فرآیندهای اساسی تغییر و تحول در ماده و انرژی است. از آنجاكه فیزیك با پایین‏ترین سطوح سازمان، سر و كار دارد و دقیق‏ترین معادله‏های ریاضی را به كارمی‏گیرد، به‏نظر می‏رسد در مقایسه با سایر علوم، از مسائل مورد علاقه دین درباره حیات، ذهن وهستی انسان دورتر باشد، اما اهمیت تاریخی و معاصر فیزیك بسیار است. زیرا فیزیك، اولین‏علم دقیق و سیستماتیك [ منظم] به شمار می‏آید و بسیاری از مسلمات آن، توسط علوم اخذشده است. روش‏های فیزیك به‏مثابه سرمشقهای مطلوبی برای علوم دیگر مدنظر بوده است.همچنین فیزیك تاثیر زیادی بر فلسفه و الهیات نهاده است. از این گذشته، اگرچه فیزیكدانان فقط موجودات فاقد حیات را مطالعه می‏كنند، ولی امروزه‏نگاه آنها متوجه موجوداتی است كه به قلمروهایی گوناگون دارند: از «كوارك‏ها» (۲) و «اتم‏ها» تا«كریستال‏های جامد»، «سیاره‏ها» و «كهكشان‏ها» - و از جمله، شالوده فیزیكی ارگانیزم‏های زنده،هم‏اكنون در حوزه فیزیك، ما با مسائلی درباره «مشاهده‏گر و مشاهده‏شده‏» (۳) ، « تصادف و قانون‏» (۴) و«اجزا و كل‏ها» (۵) مواجه‏ایم. در قرن بیستم، سه فرض مسلم و پذیرفته‏شده فیزیك نیوتنی مورد تردید قرار گرفته است:

۱. معرفت‏شناسی (۶) نیوتنی، رئالیستی [واقع‏گرایانه] بود. همه بر این باور بودند كه نظریه‏ها،جهان را چنانكه فی نفسه هست‏به ۴گونه‏ای بركنار و مستقل از «مشاهده‏گر» توضیح می‏دهند.فضا و زمان، چارچوبهایی مطلق انگاشته می‏شد كه درون آنها تمام رویدادها بدون ارجاع به‏مشاهده‏گر، گنجانده (۷) شده است. «كیفیات اولیه‏» (۸) مانند «جرم‏» (۹) و «سرعت‏» (۱۰) كه با زبان ریاضی‏قابل بیان است، ویژگیهای عینی (۱۱) جهان واقعی محسوب می‏شد.

۲. فیزیك نیوتنی، نظرگاه موحبیتی داشت. اصولا چنین تلقی می‏شد كه آینده هر سیستیم‏از ماده متحرك را از روی شناخت دقیق وضعیت‏حاضر آن می‏توان پیش‏بینی كرد. به‏نظر می‏آمدتمام جهان، از كوچكترین ذرات تا دورترین سیاره زیر نفوذ و سیطره قوانینی تغییرناپذیر ویكسانند.

۳. دیدگاه نیوتنی در این برداشت كه: رفتار كوچكترین «اجزا»، یعنی ذرات سازنده،تعیین‏كننده رفتار «كل‏» است، نگرشی تحویل‏گرایانه (۱۲) بود. براساس این نگرش، «تغییر و تحول‏»،عبارت است از بازآرایی اجزا كه خود آن اجزا بدون تغییر باقی می‏مانند. در اینجا از طبیعت،تصویری جذاب و مقتدر، بسان ماشینی قانونمند، ترسیم می‏شد; تصویری كه رشد علم و اندیشه‏غرب را بشدت متاثر ساخت. این دیدگاه كه به جهان همچون مكانیسم یك ساعت می‏نگریست،به نگرشی «دئیستی‏» (۱۳) [ خداپرستی طبیعی] درباره خداوند منجر شد كه او را ساعت‏سازی‏می‏دانست كه ساز و كار جهان را طرح و سپس آن را به حال خود رها كرده است. قرن هیجدهم شاهد گسترش بیشتر مكانیك نیوتنی بود. در فیزیك قرن نوزدهم انواع نوینی‏از طرحهای مفهومی (۱۴) ،از جمله «نظریه الكترو مغناطیس‏» (۱۵) و «نظریه جنبشی گازها» (۱۶) ارائه‏شده بود، ولی فرضیه‏های اساسی مذكور بدون تغییر باقی ماندند. چنین به‏نظر می‏آمد كه تمامی‏قوانین، نه از نظر مكانیك ذرات، لااقل از نظر قوانین حاكم، بر چند نوع از ذرات و میدانها دست‏یافتنی است. در نظریه جنبشی و ترمودینامیك (۱۷) ،رفتار گازها براساس احتمال تشریح می‏شد،ولی این شیوه را فقط تسهیلی برای امر محاسبه قلمداد می‏كردند. همه بر آن بودند كه حركت‏تمامی مولكول‏های گاز، دقیقا با قوانین مكانیكی معین شده است، ولی چون محاسبه این‏حركات بسیار دشوار و پیچیده است، ما می‏توانیم از قوانین آماری برای پیش‏بینی رفتار میانگین‏گروههای عظیم مولكول‏ها استفاده كنیم. هر سه فرض مذكور - یعنی «اصالت واقع [رئالیسم]»، «موجبیت‏» و «تحویل گرایی‏» - از ناحیه‏فیزیك قرن بیستم مورد معارضه قرار گرفته است. تغییرهای رخ‏داده در مفاهیم و مسلمات،آن‏چنان عظیم بود كه تعجبی ندارد اگر «كوهن‏» آن را به‏عنوان نمونه‏ای بارز از یك انقلاب عظیم ویك تغییر «سرمشق‏» به كار ببرد. در اینجا نظریه «كوانتوم‏» را بررسی می‏كنیم.

نظریه كوانتوم

مدلهای مربوط به «ذره‏» نظیر مدل «توپ بیلیارد»، بر فیزیك كلاسیك ماده، حاكم بوده است.در قرن نوزدهم، نظریه‏پردازان برای تشریح گروه متفاوتی از پدیده‏ها كه متضمن «نور» و «الكترومغناطیس‏» بودند، از مدل اساسی دیگری استفاده كردند كه عبارت بود از: [انتشار] امواج در«محیطهای میانجی پیوسته‏». (۱۸) ولی در اوایل قرن حاضر به‏نظر می‏رسید كه چند آزمایش‏حیرت‏انگیز، استفاده از هر دو مدل «موج‏» و «ذره‏» را برای هر دو نوع از پدیده‏ها ایجاب می‏كند. ازیك‏طرف، معادله انیشتین درباره اثر فتوالكتریك (۱۹) و كار «كامپتون‏» بر روی پراكندگی فوتون (۲۰) نشان داد كه نور در بسته‏های مجزا و منفصل، با انرژی و اندازه حركت معین، گسیل می‏گردد وبسیار شبیه به جریانی از ذرات عمل می‏كند، و از طرف دیگر و در مقابل آن، الكترون‏ها كه همواره‏به‏صورت «ذرات‏» تصویر می‏شدند، آثار تداخل انتشار را كه از ویژگیهای امواج است، از خود نشان‏دادند. امواج، پیوسته و گسترده‏اند و به‏موجب «فاز» (۲۱) بر یكدیگر تاثیر متقابل دارند; اما ذرات،گسسته و به مكانی خاص محدودند و تاثیر متقابل آنها براساس «اندازه حركت‏» (۲۲) است. به‏نظرمی‏رسد هیچ راهی برای تلفیق این دو مدل، در مدل واحد، وجود ندارد. [۱] از باب نمونه، فرض كنید یك دسته از الكترون‏ها به سمت دو شكاف موازی كه در یك پرده‏فلزی قرار دارند، گسیل شده‏اند و با یك صفحه عكاسی كه چند سانتیمتر پشت پرده قرار داده‏شده، برخورد می‏كنند. هر الكترون به‏صورت یك نقطه ریز بر روی فیلم ثبت می‏شود و به مثانه‏ذره‏ای كه به آنجا رسیده باشد به‏نظر می‏آید و چنانچه «بار» و «جرم‏» الكترون تقسیم‏ناپذیر باشد،قاعدتا احتمال می‏رود فقط از یكی زا دو شكاف عبور كرده باشد. با وجود این، نقاطی كه بر روی‏فیلم می‏افتد، الگویی تداخلی را از نوارهای موازی، نشان می‏دهند كه تنها در صورتی توضیح‏دادنی است كه فرض شود یك «موج‏» از دو شكاف عبور كرده است و همین دوگانگی موج - ذره، درسرتاسر فیزیك اتمی یافت می‏شود، ولی یك فرمالیزم وجدانی ریاضی می‏تواند به‏وجود آید كه‏امكان پیش‏بینی رویدادهای مشاهده‏شده را به‏صورت آماری فراهم آورد. این فرمالیزم ریاضی،«توابع موج‏» (۲۳) را برای آمیزه‏ای از امكانها یعنی «تركیبی از حالتها» (۲۴) به دست می‏دهد. می‏توان احتمال برخورد یك الكترون را به هر نقطه مفروض، محاسبه كرد. اما در «توزیع احتمال‏» (۲۵) موردمحاسبه، نقطه دقیقی كه یك الكترون خاص به آن اصابت‏خواهد نمود، قابل پیش‏بینی نیست. به همین ترتیب در نظریه كوانتوم، هیچ مدل وحدت‏یافته‏ای از اتم پیدا نشده است. مدل اولیه‏بور درباره اتم به سادگی قابل تصویر و تجسم بود: الكترون‏های ذره‏وار در حركت‏خود پیرامون‏هسته، به مانند یك منظومه شمسی كوچك، از مدارهایی تبعیت می‏كنند. ولی «اتم‏» در نظریه‏كوانتوم به‏هیچ‏وجه قابل تصویر و تصور نیست.

---