• حلول ماه رمضان مبارک باد

چالش ­های فلسفی نظریه کوانتوم استاندارد

سخنرانی دکتر مهدی گلشنی در گروه علوم پایه فرهنگستان علوم

آقای دکتر مهدی گلشنی عضو پیوسته فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران و استاد دانشگاه صنعتی شریف در جلسه گروه علوم پایه فرهنگستان درخصوص «چالش­ های فلسفی نظریه کوانتوم استاندارد» سخنرانی ایراد کرد. خلاصه­ سخنان ایشان بدین شرح است:

«فيزيك كلاسيك با كارهاى گاليله و نيوتون تكون يافت و در قرن نوزدهم به كمال خود رسيد. در چهارچوب فيزيك كلاسيك هر سيستم فيزيكى با تعدادى متغير، كه تعدادشان در هر لحظه معين است، مشخص مى‏شود. برنامه فيزيك كلاسيك مشخص‏كردن اين متغيرها براى هر سيستم است. اين برنامه تا نزديكى اواخر قرن نوزدهم با موفقيت طى شد، به طوری­كه در آن دوران فكر مى‏شد كه فيزيك به انتها رسيده است. در اواخر قرن نوزدهم فيزيكدانان با دو مسأله مهم روبرو شدند: كشف اتر و تشعشع از يك جسم داغ. توضيح اینها ديگر در چهارچوب فيزيك كلاسيك ميسر نبود و براى تبيين آن به چهارچوب­هاى جديدى نياز بود. مسأله اول به تكون نظريه نسبيت خاص منجر شد و مسأله دوم به ‏پيدايش نظريه كوانتوم منتهى گرديد. نظريه كوانتوم جديد كه نهايتاً در سال­هاى 1927-1925 تدوين شد، پايه‏هاى فلسفى فيزيك كلاسيك را فرو ريخت.

اهم مفروضات فلسفى فيزيك قرن نوزدهم‏

 به طور خلاصه مفروضات فلسفى فيزيك قرن نوزدهم را مى‏توان به صورت زير بيان كرد:

- واقعيتى مستقل از ما وجود دارد؛ اين واقعيت قابل شناخت است و كار فيزيك، شناخت اين واقعيت است، آنچنان كه هست.

- اين واقعيت فيزيكى قابل تجزيه به عناصر قابل تشخيص است و هر عنصر فيزيكى را مى‏توان برحسب خواص مشخصى از قبيل جرم، سرعت و ... توصيف كرد.

- اشياء بزرگ مركب از اشيایى خرد هستند و رفتار اشياء روزمره را مى‏توان برحسب رفتار آن اشياء خرد (ميكروسكپى) توضيح داد.

- سير زمانى حالات هر سيستم طورى است كه هر حالت آن از حالت بلافاصله قبلى به طور علَى نتيجه مى‏شود.

عناصر مهم تعبير كپنهاگى

  1. كنار گذاشتن مسائل هستی­شناختى‏

بنيانگذاران مكتب كپنهاگى و در رأس آنها بور خود را تنها با مسائل معرفت‏­شناختى مشغول مى‏داشتند و از ورود به حوزه‏هاى هستى‏شناختى پرهيز مى‏كردند. براى بعضى از آنها (مثلاً هايزنبرگ) جهانى وراء جهان تجارب وجود ندارد و براى بعضى ديگر چيزى وراء تجارب قابل دسترسى نيست. در اين ديدگاه­ها هدف فيزيك ديگر توصيف خود طبيعت نيست، بلكه هدفش اين است كه با استفاده از مشاهدات گذشته نتايج بعضى از آزمايش­هاى بعدى را پيش‏بينى كند. اين ديد ابزارانگارانه، چنان كه پوپر متذكر شده است، از تلفيق دو عامل به وجود آمد: يكى مشكل در تعبير فرماليزم نظريۀ كوانتوم و ديگرى توفيق اعجاب‏آور اين نظريه در توجيه بعضى از تجارب فيزيكى. اما اينكه برنامه فيزيك صرفاً ربط دادن تجارب انسانى باشد، مورد انتقاد بعضى از فلاسفه و فيزيكدانان قرار گرفته است.

  1. طرد تصويرپذيرى حوادث فيزيكى

يكى ديگر از ويژگي­هاى انقلاب كوانتومى، از دست‏دادن اعتقاد به تصويرپذيرى حوادث اتمى است: نه‏ تنها ساختارهاى اتمى قابل مشاهده و يا بيان برحسب كيفيات محسوس نيست، بلكه حتى قابل تصوير برحسب زمان و فضا و عليت نيست. به نظر مى‏رسد كه حوزۀ حوادث ميكروسكپى كاملاً متمايز از حوزۀ اشياء ماكروسكپى است. تنها به وسيله رياضيات مى‏توان اين تجارب را توصيف كرد. اما اين رياضيات هيچ نمايش تصويرپذيرى از دنياى اتمى به دست نمى‏دهد. به قول هایزنبرگ: «تمامى واژه‏ها يا مفاهيمى كه ما براى توصيف اشياء معمولى به كار مى‏بريم، نظير موضع، سرعت، رنگ، اندازه و غيره‏، نامتعين و مسأله‏زا مى‏شوند، اگر بخواهيم آنها را در مورد ذرات بنيادى به كار بريم ... مهم اين است كه دريابيم در حالى كه رفتار كوچكترين ذرات را نمى‏توان بى‏ابهام برحسب زبان معمولى توصيف كرد، زبان رياضيات هنوز براى يك توصيف بدون ابهام آنچه مى‏گذرد كافى است».

  1. طرد تحويل‏پذيرى سيستم­هاى كوانتومى‏

از ابتداى تكون فيزيك جديد اين نظريه رايج شد كه براى فهم يك پديده كافى است آن را به اجزایش تجزيه كنيم؛ قوانين حاكم بر كل، نتيجه قوانين حاكم بر اجزاء است، و كل واقعيتى مازاد بر اجزایش ندارد. اين ديدگاه به تحويل­گرايى موسوم است و بعضى هم آن را وحدت علم ناميده‏اند. فيزيكدانان پيرو اين انديشه معتقدند كه علوم تجربى را مى‏توان برحسب سلسله مراتب طبقه‏بندى كرد و در بنيادى‏ترين سطح آن، فيزيك نظرى را قرار داد. بنابراين بايد بتوان على‏الاصول همه علوم را به فيزيك نظرى تحويل كرد. پس مثلاً داريم: جامعه‏شناسى، روان­شناسى،  فيزيولوژى، زيست‏شناسى، شيمى، فيزيك‏. اين ديدگاه در فيزيك جديد از جهات مختلف مورد تعرض قرار گرفته است:

الف. در فيزيك جديد به‏ مواردى برمى‏خوريم كه نشان مى‏دهند كل بيش از اجزاء را دربردارد. مثلاً اصل پائولى، كه حاكم بر اتم است، قابل استنتاج از قوانين حاكم بر تك­تک الكترون­ها نيست.

ب. اخيراً مسأله كارا نبودن برنامه تحويل‏گرايى خصوصاً در مورد سيستم­هاى پيچيده مطرح شده است. يك ويژگى مهم اين سيستم­ها اين است كه در مقياس­هاى مختلف، پديده‏هاى جديدى از خود بروز مى‏دهند. مثلاً رفتار بزرگ- مقياس اين­گونه سيستم­ها را نمى‏توان از روى رفتار كوچك- مقياس آنها پيش‏بينى كرد.

  1. مطلب ديگرى كه در درستى ديدگاه تحويل‏پذيرى خلل وارد كرده، قضيه ناتماميت گودل است كه حاكى از اين است كه يك كل رياضى بيش از جمع اجزاء آن است. اين قضيه مى‏گويد كه اگر ما يك سيستم منطقى داشته باشيم كه حساب را دربر بگيرد و شامل تعدادى اصول و قواعد (براى استنتاج گزاره‏ها از آن اصول) باشد، در اين صورت همواره گزاره‏هايى وجود دارند كه قابل بيان برحسب علائم سيستم هستند، اما با استفاده از اصول و قواعد سيستم نمى‏توان درستى يا نادرستى آنها را نشان داد. به عبارت ديگر هيچ سيستم مبتنی بر اصول كامل نيست.

بعضى از قضيه گودل نتيجه گرفته‏اند كه دانش ما از جهان همواره محدود خواهد بود زيرا علم مبتنى بر رياضيات است و رياضيات نمى‏تواند همه حقایق را كشف كند. بعضى نيز از قضيه گودل استنتاج كرده‏اند كه دانش ما پايان‏ناپذير خواهد بود
بدين ترتيب بينش تحويل‏پذيرى كه از زمان انحطاط فيزيك ارسطويى قوت گرفته بود و توسعۀ فيزيك اتمى بيش از هر چيز ديگر مديون آن بود، جايش را به كل‏انگارى سپرد كه مى‏گويد سرشت كل را نمى‏شود از سرشت اجزاء فهميد، بلكه اين كل است كه سرشت اجزاء را برملا مى‏سازد.

  1. حاكميت پوزيتيويسم بر افكار فيزيكدانان

پوزيتيويسم حاكم بر ذهن اكثر فيزيكدانان عصر ما نتيجه حاكميت مكتب كپنهاگى (در شصت سال اخير) است كه خود متأثر از پوزيتيويسم حاكم در اول قرن بيستم بود. حرف پوزيتيويست­ها اين بود كه:

الف. نظريه‏ها قابل اعتماد نيستند مگر آنكه روى مبانى تجربى بنا شوند.

ب. يك نظريه بايد طورى دقيق فرمول­بندى شود كه نتايج تجربى آن بدون ابهام باشد. بدين ترتيب طبق نظر اينها علم ما عصارۀ داده‏هاى تجربى است و ما بايد از چيزهايى كه مبتنى بر تجربه نيست و يا ابهام دارد، بپرهيزيم. اين مقتضيات باعث ضديت پوزيتيويست­ها با متافيزيك شده است، زيرا در آن از مفاهيم عام و مفاهيمى (مثل واقعيت) كه دقيقاً قابل تعريف نيست، استفاده مى‏شود. شرودينگر به نقد اين دیدگاه پرداخت: «مكانيك كوانتومى ادعا مى‏كند كه نهايتاً و مستقيماً با چيزى جز مشاهدات عملى سروكار ندارد، زيرا آنها تنها اشياء واقعى هستند، تنها منبع اطلاعات ... نظريۀ اندازه‏گيرى طورى بيان شده است كه از لحاظ معرفت‏شناختى، تعرض‏ناپذير باشد؛ اما اين همه سروصداى معرفت­شناختى بر سر چيست اگر ما با خود يافته‏هاى حقيقى سروكار نداريم بلكه با يافته‏هاى تصور شده سروكار داريم؟»

  1. طرد موجبيت (دترمى‏نيسم)

منظور از موجبيت (دترمى‏نيسم) اين است كه هر حادثه علتى دارد (اصل عليت عامه). گاهى موجبيت به معناى قابليت پيش‏بينى به كار رفته است. اما اين دو يكى نيست. اگر عليت عامه برقرار باشد و تمامى قوانين طبيعت را بدانيم و از تمامى شرایط اوليه آگاهى داشته باشيم مى‏توانيم آينده را پيش‏بينى كنيم. اما اين امكان هست كه عليت برقرار باشد و ما به‏علت فقدان اطلاعات لازم نتوانيم پيش‏بينى كنيم. عليت عامه يك مطلب متافيزيكى است و به آنچه كه در واقع وجود دارد، مربوط مى‏شود. اما قابليت پيش‏بينى يك امر معرفت‏شناختى است كه مستلزم اعتبار عليت عامه است به علاوه دانش ما درباره قوانين طبيعى و شرایط اوليه،
بعد از پيدايش مكانيك كوانتومى، طرد موجبيت به صورت رسمى و مؤثر ابتدا توسط بورن انجام گرفت. او به هنگام حل مسأله برخورد یک ذره با ذره دیگر، از طريق فرماليزم شرودينگر به اين نتيجه رسيد كه سرانجام برخورد به طور يگانه قابل پيش‏بينى نيست و از آنجا نتيجه گرفت كه كليد حل مسأله، طرد موجبيت در دنياى اتمى است. اما وى در همان­جا متذكر شد كه اين يك تصميم فلسفى است كه او مى‏گيرد نه فيزيكی. از آن به بعد غالب فيزيكدانان به تبعيت از بور، بورن و هايزنبرگ موجبيت را از دنياى اتمى طرد كرده‏اند و مى‏گويند كه عدم موجبيت، ذاتى پديده‏هاى اتمى است و عقيدۀ ما درباره عليت از تجاربمان با اشياء بزرگ (ماكروسكپى) نشأت گرفته است و در مورد اشياء خرد (ميكروسكپى) صادق نيست. اينها على‏الظاهر اصل عليت را منكر نمى‏شوند، بلكه اصل سنخيت علت و معلول را منكر مى‏شوند و حرفشان اين است كه گذشته به يكى از امكانات بعدى مى‏رود. در همان زمان بعضی از فلاسفه و فیزیکدانان متذکر شدند که اینها از  نیافتن علل در حوزۀ اتمی به در کار نبودن علل در این حوزه جهش کرده­اند ، که قابل قبول نیست.

  1. حاكميت ايدآليسم برتفكر فيزيكدانان‏

تا قبل از ظهور مكانيك كوانتومى، فيزيك وجود جهان خارجى مستقل از ذهن انسانى را مفروض مى‏گرفت و وظيفه خود را توضيح ماهيت آن مى‏دانست. اين ديدگاه را اين روزها رئاليسم خام مى‏نامند و ما از آن به‏عنوان رئاليسم كلاسيك ياد خواهيم كرد. اين ديدگاه مبتنى بر دو فرض است: اول اينكه نظم مشاهده شده حاكى از واقعيتى مستقل از ناظر انسانى است. دوم آنكه تحقيقات علمى مى‏تواند اين جهان عينى را براى ما قابل درك سازد و در واقع هدف علم كشف واقعيت اين جهان خارجى است. طبق اين بينش، جهان خارجى آن­چنان است كه به نظر مى‏رسد و دانش ما صرفاً انعكاسى از واقعيت عينى است. ذهن را مى‏توان از عين جدا كرد و ما صرفاً يك تماشاگر غيرفعال هستيم. عده‏اى از دانشمندان ضمن قبول يك جهان عينى، مستقل از ذهن انسان­ها، معتقدند كه بايد بين واقعيت عينى كه مستقل از هر نظريه‏اى است و نظريه‏اى كه مى‏كوشد آن را كاملاً به شكل صحيح به حساب آورد فرق بگذاريم. اين را اين روزها رئاليسم انتقادی مى‏نامند. بر اساس مشاهداتى كه در دو دهه اول قرن بيستم انجام گرفت، چنين نتيجه‏گيرى شد كه آزمايش­هاى مختلف تصوير واحدى از يك موجود اتمى به دست نمى‏دهند و به عبارت ديگر نتايج به دست‏آمده را نمى‏توان با يك واقعيت عينى واحد تطبيق داد. اينجا بود كه ديدگاه فيزيكدانان نسبت به سرشت واقعيت اشياء كوانتومى تغيير كرد و مكتب كپنهاگى مكانيك كوانتومى، كه مكتب رايج بود، رئاليسم كلاسيك را كنار گذاشت و به‏جاى آن ديدگاهى را اختيار كرد كه به‏شدت طنين ضد رئاليستى داشت. اينها مى‏گفتند كه نبايد دنبال توضيح اشياء باشيم، بلكه بايد با نظريه‏هايى كه نتايجشان با مشاهدات تطبيق مى‏كند قانع باشيم. مثلاً جینز، اختر فیزیکدان معروف انگلیسی، گفت: «اگر زبان ايدآليسم را به كار بريم، قانون و نظمى كه در طبيعت مى‏يابيم به آسان­ترين وجه توصيف مى‏شود». در مقابل اینها، اینشتین در كتابى كه با اينفلد نوشت، گفت: «بدون اعتقاد به اينكه امكان دارد واقعيت را با ساختارهاى نظرى‏مان درك كنيم و بدون اعتقاد به انسجام درونى جهان‏مان علمى نمى‏تواند در كار باشد. اين اعتقاد همواره انگيزۀ اساسى براى خلاقيت علمى بوده و خواهد بود».

  1. طرح منطق كوانتومى‏

برخى از پيروان مكتب كپنهاگى كوشيده‏اند كه مشكلات تعبيرى مكانيك كوانتومى را با توسل به نوع جديدى منطق حل كنند. اينها مى‏گويند كه جهان از يك منطق غيرانسانى تبعيت مى‏كند و بنابراين ما بايد براى توجيه حقايق كوانتومى، نحوه استدلالمان را تغيير دهيم. در حدود دو هزار سال هندسه اقليدسى به كار مى‏رفت، اما بعداً معلوم شد كه هندسه جهان غير اقليدسى است. مسأله هندسه جهان را عرف معين نمى‏كند، بلكه تجربه تعيين مى‏كند. همين­طور است در مورد منطق. در اينجا نيز تجربه بايد مشخص كند كه چه منطقى حاكم است. فينكلشتين معتقد است كه موجودات كوانتومى همان خواص اشياء كلاسيك را دارند ولى اين خواص به طريق غير كلاسيك تركيب مى‏شوند. مثلاً قانون توزيع‏پذيرى منطق كلاسيك در جهان كوانتومى صادق نيست -این قانون که می­گوید (الف) و (ب یا ج) معادل است با (الف) و (ب) یا (الف) و (ج). در جواب اینها گفته شد که منطق کوانتومی هم‏ارز با رياضيات مكانيك كوانتومى است، بدون آنكه روى آن اثرى داشته باشد، يعنى به نتايج جديد منتهى شود. به علاوه، بدون توسل به منطق كلاسيك نمى‏توان منطق كوانتومى را فرمول­بندى كرد.

نتيجه‏گيرى‏

انقلاب كوانتومى كه با كارهاى پلانك در اول قرن بيستم شروع شده بود، با كارهاى بور، هايزنبرگ، بورن، شرودينگر، ديراك و پائولى به اوج خود رسيد و بر بسيارى از مبانى فلسفى فيزيك كلاسيك خدشه وارد كرد. اما از همان زمان عده‏اى از فيزيكدانان برجسته نظير اينشتين و شرودينگر با ديدگاه­هاى فلسفى فيزيكدانان كوانتومى به معارضه برخاستند، ولى اعتراضات اينها در آن زمان به نتيجه‏اى نرسيد و اكثريت فيزيكدانان چند نسل بعد تعبير سنتى مكانيك كوانتومى را پذيرفتند. با وجود اين حتى برخى از پيشروان اين نظريه، با توجه به مشكلات آن، امكان جايگزينى آن به وسيله يك نظريه كاملتر را نفى نكردند. در چند دهۀ اخير، مشكلات عديده اين نظريه، به‏طور روزافزونى بارز گشته است، به طورى كه حتى فاينمن در سال­هاى اخير (1982) اقرار كرد كه اين نظريه خالى از مشكل نيست، و هنری استپ می­گوید: «در بيست سال گذشته تعبير كپنهاگى تا حد زيادى جاذبه‏اش را در اذهان فيزيكدانان از دست داده است». ما در عين اعتراف به ‏زيبايى و قدرت توجيه اين نظريه معتقديم كه اين نظريه ناقص است و دير يا زود به وسيله نظريۀ كاملترى جايگزين خواهد شد. بنابراين در عين اينكه بايد هرچه بيشتر از امكانات اين نظريه استفاده كنيم، نبايد به خاطر مشكلات فعلى، از همۀ اصول متقن و پرثمر فلسفى دست بشوييم، بلكه بايد با تلاش هرچه بيشتر در جستجوى نظريه‏اى كاملتر باشيم».

*****

روابط عمومی فرهنگستان علوم

1000 کاراکتر باقی مانده


IMAGE گفتگو با دکتر رضا داوری اردکانی
غربت فیلسوف بودن
IMAGE گفتگو با دکتر غلامرضا اعوانی
فلسفه در چین
IMAGE گفتگو با دکتر غلامحسین ابراهیمی دینانی
ذهن بدون سؤال بیدار نیست
IMAGE گفتگو با دکتر محمدقلی نادعلیان
نیم قرن آموزش و پژوهش در دامپزشکی
IMAGE گفتگو با دکتر رضا داوری اردکانی
انکار ایران، انکار وجود خویش است
IMAGE گفتگو با دکتر مهدی گلشنی
ارزیابی کارنامه علمی فرهنگستانها

جدید ترین تصاویر