فلسفه فیزیک کلاسیک و کوانتومی

توسط (دیدگاه‌ها: 0)

مکانیک کوانتومی به طور خارق العاده‌ای در پیش‌گویی کمیاتی نظیر طیف انرژی، احتمال گذار، سطح مقطع‌ها و غیره موفق بوده است با این وجود پرداختن به فلسفه علم می‌تواند تفکر ما را غنی‌تر کرده و بینش افزون‌تری نسبت به جهان و حتی شاید خودمان ایجاد کند.

 

اهم مفروضات فلسفی فیزیک قرن نوزدهم

به‌طور خلاصه مفروضات فلسفی فیزیک قرن نوزدهم را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

واقعیتی مستقل از ما وجود دارد

این واقعیت قابل شناخت است و در واقع کار فیزیک، شناخت این واقعیت است آنچنان که هست. انیشتین یکی از طرفداران اصلی این دیدگاه بود.

تحویل‌گرایی (reductionism)

این واقعیت فیزیکی قابل تجزیه به عناصر قابل تشخیص است و هر عنصر فیزیکی را می‌توان برحسب خواص مشخصی از قبیل جرم، سرعت و … توصیف کرد.

واقعیت (reality) فیزیک قابل تجزیه به اجزاء

واقعیت قابل تجزیه به اشیاء خرد هست و رفتار اشیاء روزمره را می‌توان برحسب رفتار آن اشیاء خرد (میکروسکوپی) توضیح داد.

اصل علیت (causlity)

سیر تحولات زمانی حالات هر سیستمی طوری است که هر حالت آن را می‌توان از حالت بلافاصله قبلی به طوری علّی نتیجه می‌شود. و با دانستن شرایط اولیه یک سیستم و قوانین فیزیکی حاکم بر آن سیستم می‌توان آینده آن را پیش‌بینی کرد. این خاصیت را می‌توان به طور کاملاً واضح در کارهای نیوتن یافت که به آن اصل علیت نیز می‌گویند.

اختلالات قابل محاسبه هستند

اطلاعات ما درباره رفتار سیستم‌های فیزیک از طریق مشاهده آن‌ها بدست می‌آید و این مشاهدات، اختلال قابل ملاحظه‌ای روی سیستم مورد مطالعه وارد نمی‌کند و ولی به هر حال تأثیر آنها قابل محاسبه است.

رئالیسم (realism)

یک جدایی واضح بین ذهن و عین وجود دارد، و انسان صرفاً یک تماشاگر است که واقعیت خارجی را توصیف می‌کند و وجود و رفتار فرایندهای فیزیکی، بستگی به مشاهده آن‌ها دارد.

به‌طور خلاصه حرف فیزیک کلاسیک این بود که یک دنیای عینی خارج از ذهن ما وجود دارد و انسان قادر است تصویری مطابق با واقع از این جهان عینی بدست آورد.

تعبیر کپنهاگی (Copenhagen Interpretation)

ماکس بورن

ماکس بورن

چند روز بعد از اینکه شرودینگر آخرین مقاله از شش مقاله پیاپی‌اش را ارائه داد، ماکس بورن تنها ریاضی‌دانی که جایزه نوبل دریافت کرد، نظریه موجی شرودینگر را غیرقابل دفاع دانست و برای اولین بار اصطلاح احتمالات را وارد دنیای فیزیک کرد.

می‌دانیم که در نظریه شرودینگر با توابع‌موج سر و کار داریم، بورن قدر‌مطلق مجذور تابع موج را به عنوان احتمال یافت ذرّه در نظر گرفت. با یک چنین دیدگاهی، مسائلی نظیر آزمایش دو شکافی یانگ برای ذرّات به سادگی تعبیر می‌شدند.

فیزیکدانان حاضر در گوتینگن در مؤسسه تحقیقاتی بور اولین کسانی بودند که برای تفسیر تابع‌موج و در کل امواج مادی دوبروی استفاده از واژه احتمال را پذیرفتند. یکی از مشکلات معادلات شرودینگر واگرایی جواب‌ها بود ولی با این تعبیر مفهوم نرمال‌سازی وارد معادلات شد و دیگر ترسی از واگرایی وجود نداشت. نرمال‌سازی برای داشتن احتمالات صحیح به کار برده شد.

بوهر و همکارانش در کپنهاگ روی نظریه اندازه‌گیری کار کردند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که جهانی ورای اندازه‌گیری و ذهن انسان وجود ندارد. آن‌ها معتقد بودند که در فیزیک فقط در مورد چیزهایی می‌توان حرف زد که تجربه و آزمایش شده باشند. برای مثال در مورد اسپین یک الکترون پس از اندازه‌گیری می‌توان حرف زد یعنی وقتی که ذهن انسان نتیجه حاصل از دستگاه آشکارساز را دریافت کرد، اسپینی مشخص برای الکترون خلق می‌شود. و در مسئله اندازه‌گیری همیشه اختلالی در کل سیستم (دستگاه اندازه‌گیری و شیء مورد آزمایش) پدید می‌آید. اصولاً اندازه‌گیری یعنی ایجاد اختلال و این نتیجه‌‌ای از اصل عدم قطعیّت است.

یکی دیگر جنبه‌های این تعبیر، اصل مکملیت بوهر بود، این اصل می‌گوید که برخی صفات (مثلاً تکانه و موضع) جفت‌های مکمل تشکیل می‌دهند. از این دیدگاه به عنوان خاصیت بنیادی چنین برمی‌آید که هرگونه تلاش برای تعیین یک متغیر، به عدم‌قطعیت در متغیر مکمّل آن می‌انجامد (یکی از نتایج این اصل، اصل عدم‌قطعیت هایزنبرگ است، البته هایزنبرگ و بوهر تقریباً هم‌زمان به اصول رسیدند). در کلّ حرف مکتب کپنهاگی آن است که در مکانیک کوانتومی تلاش برای تعیین هم‌زمان تکانه و موضع بیهوده است.

این تعبیر مهمترین و پرطرفدارترین تعبیر کوانتومی است، امروزه نیز طرفداران زیادی دارد و ولی نسبت به دهه‌های اول قرن بیستم کم‌تر شده است.

عناصر مهم تعبیر کپنهاگی

کنار گذاشتن مسائل هستی‌شناختی

بنیانگذاران این مکتب بخصوص بوهر، کلاً از ورود به حوزه‌های هستی‌شناختی پرهیز کردند، برای هایزنبرگ جهانی وراء جهان تجارب وجود ندارد و برای بعضی چیزی ورای تجارب قابل دسترسی نیست. منشاء این عقیده، پوزیتیویسم (Positivism) (منطقی) و ابزارانگاری (Instrumental-ism) حاکم بر آن عصر بود. به نظر پوزیتیویست‌ها بحث درباره مسائل بنیادی وجود، نیاز به استفاده از مفاهیمی دارد که دقیقاً قابل تعریف نیستند و لذا باید از آن‌ها پرهیز کرد و همین طور به عقیده ابزارانگاران، نظریه‌ها چیزی جزء ابزار محاسبه نیستند، در حالی که فیزیکدانان کلاسیک عقیده داشتند که نظریه‌ها جهان را توصیف می‌کنند

طرد تصویر‌پذیری (visualizable) حوادث فیزیکی

یکی دیگر از ویژگی‌های انقلاب کوانتومی، از دست دادن اعتقاد به تصویرپذیری حوادث میکروسکوپی بود؛ مثلاً نه تنها ساختارهای اتمی قابل مشاهده یا بیان برحسب کمیات محسوس نستند، بلکه حتی قابل تصویر بر حسب زمان و فضا و علیت نیستند. تنها وسیله فرمالیزم ریاضی مکانیک کوانتومی است که تصویر واحدی از تمام پدیده‌های مشاهده‌پذیر، و روشی برای محاسبه احتمالات زیربط بدست می‌دهد. امّا نمایش تصویر‌پذیری از دنیای اتمی بدست نمی‌دهد. مسئله دوگانگی موج-ذرّه نمونه‌ای از مشکلات ناشی از ارائه تصویر واحد است.

طرد تحویل‌گرایی

در فیزیک جدید به قوانینی برمی‌خوریم که در آن قوانین حاکم بر کل، نتیجه قوانین حاکم بر اجزاء نیست و کل واقعیتی ماوراء اجزایش دارد مثلاً اصل طرد پاولی که بر سیستم اتمی حاکم است ولی از قوانین حاکم بر الکترون‌ها یا ذرّات بر‌نمی‌آید.

حاکمیت پوزیتیویسم بر افکار فیزیکدانان

مکتب کپنهاگی به شدت متأثر از دیدگاه پوزیتیویستی بود که عقیده داشتند: نظریه قابل اعتماد نیست مگر آنکه روی مبانی تجربی بنا نهاده شوند، ثانیاً یک نظریه باید طوری باشد که نتایج تجربی آن بدون ابهام باشد. پوزیتیویست‌ها ایده واقعیت که چون دقیقاً قابل تعریف نیست را کنار می‌گذارند، این به معنی نفی واقعیت نیست بلکه از آن استفاده نمی‌کنند. فیزیکدانان اصل راهنما را پذیرفتند که می‌گفت: مفاهیمی که مربوط به حقایق قابل مشاهده نستند نباید در توصیف نظری مورد استفاده قرار گیرند.

طرد موجبیّت (علیّت)

منظور از موجبیّت این است که هر حادثه علتی دارد. طرد موجبیت به صورت رسمی و مؤثر ابتدا توسط بورن انجام شد. او به هنگام حل مسئله برخورد از طریق فرمالیزم شرودینگر، به این نتیجه رسید که سرانجام برخورد به‌طور یگانه قابل پیش‌بینی نیست و از آنجا نتیجه گرفت که حل مسئله، طرد موجبیّت در دنیای اتمی است. در سال ۱۹۲۷ هایزنبرگ علیّت را به مفهوم قابلیت پیش‌بینی به کار برد و صریحاً منکر اعتبار آن شد.

وضعیّت واقعی قضایا را می‌توان بدین قرار بیان کرد که چون تمامی آزمایش‌ها محکوم قوانین مکانیک کوانتومی هستند، مکانیک کوانتومی به طور مسلّم محقق می‌سازد که قانون علیّت معتبر نیستند.

بدین ترتیب غالب فیزیکدانان به تبعیّت از بورن، بوهر و هایزنبرگ موجبیّت را از دنیای اتمی طرد کردند و گفتند که عدم موجبیّت، ذاتی پدیده‌های اتمی است و عقیده ما درباره آن از تجارب‌مان با اشیاء بزرگ ناشی می‌شود و در مورد دنیای میکروسکوپی صادق نیست، این‌ها علی‌الظاهر اصل علیّت را منکر نشدند بلکه اصل سنخیت علّت و معلول را منکر شدند. البته در این میان فلاسفه و فیزیکدانان بانفوذی هم بودند که معتقد بودند که در هر حادثه و در هر سطح طبیعت یک تعیّن ذاتی وجود دارد. و حالت خاص هر مشاهده در سطح کوانتومی بوسیله حالت قبلی معین می‌شود گرچه نظریه فعلی کوانتومی چیزی نمی‌گوید که آن هم از ناقص بودن آن ناشی می‌شود.

حاکمیت ایده‌آلیسم (idealism) بر تفکر فیزیکدانان

تا قبل از ظهور مکانیک کوانتومی، فیزیک وجود جهان خارجی مستقل از ذهن انسانی را مفروض می‌گرفتند و وظیفه خود را توضیح ماهیّت آن می‌دانستند. بر اساس مشاهداتی که در دو دهه اول قرن بیستم انجام شد، چنین نتیجه گرفتند که آزمایش‌های مختلف تصویر واحدی از یک موجود اتمی بدست نمی‌دهند. اینجا بود که دیگر نتایج بدست آمده را نمی‌توان با یک واقعیت عینی واحد تطبیق داد. پس فیزیکدانان دیدگاه‌های خود را به سرشت کوانتومی اشیاء تغییر دادند و مکتب کپنهاگی رئالیستی را کنار گذاشت. در این میان برخی منکر یک واقعیت خارجی عینی مستقل از ذهن انسان شدند. مثلاً بور معتقد بود که ما در این جهان کوانتومی نه تنها تماشاگر نیستیم بلکه یک بازیگر که اشیاء تحت تأثیر تجارب ما هستند‌. گروهی دیگر جهان کوانتومی را جهانی نمی‌دانستند که بتوان آن را تصوّر کرد یا طرح جامعی از آن ارائه داد، اصولاً جهان را نمی‌توان بر اساس اشیاء مادی تصور کرد جهان را فقط بوسیله یک فکر ریاضی می‌توان فهمید.

بازگشت

دیدگاه‌ها

افزودن یک دیدگاه

لطفا جمع 2 و 9 را محاسبه نمایید.