نگاهى به كتاب «تحليلى از ديدگاه هاى فلسفى فيزيكدانان معاصر»

لايه هاى زيرين واقعيت

مهدى .ص

«ساده ترين چيزى كه مشاهده مى كنيم رازى دربردارد. اين گهواره همه علوم و هنر هاى واقعى بشرى است. كسى كه اين را نمى داند و در برابر اين راز بزرگ به اعجاب و تحير نايستاده مرده اى است، شمعى است خاموش.»
آلبرت اينشتين
•••
در اوايل قرن بيستم انقلاب هاى علمى در حال شكل گيرى و تكوين بودند. مهم ترين اين انقلاب ها در ساختارهاى اساسى فيزيك نظرى اتفاق افتاد.
انقلاب هايى كه نتيجه آنها تغيير تصور امروزى ما از مفاهيم بنيادى مثل فضا، زمان، عليت، موضعيت، واقعيت و... است، همگى نتيجه همين انقلاب ها بودند. مكانيك كوانتومى و نظريه نسبيت خاص و عام مهم ترين انقلاب هاى علمى تمام تاريخ بوده اند.
تدوين مكانيك كوانتومى حدود ۳۰ سال طول كشيد. از زمان توضيح تابش جسم سياه به وسيله پلانك و خلق مفهوم كوانتومى بودن انرژى تا زمان صورت بندى مكانيك موجى و مكانيك ماتريسى تعداد زيادى از پديده هاى فيزيكى كشف شده بودند كه به وسيله مكانيك كلاسيك (نيوتنى) قابل توجيه نبودند، هر چند تعدادى از اين پديده ها را بزرگانى مثل بور، زومر فلو، پلانك، روزنفلد، فرانك، هرتز، اينشتين و... به صورت پديده شناختى (Phenomenological) توضيح داده بودند. اما توضيح واحدى براى اين پديده ها وجود نداشت تا اينكه بالاخره در سال هاى ۱۹۲۶ و ۱۹۲۷ هايزنبرگ و شرودينگر به توضيحى جامع براى پديده هاى كوانتومى دست پيدا كردند. هايزنبرگ از ماتريس ها استفاده كرده بود و شرودينگر از پايه هاى فضاى هيلبرت. سال بعد ديراك نشان داد كه اين دو رهيافت در واقع يكى هستند. از همان زمان و به خصوص بعد از تدوين كتاب بحث برانگيز «اصول رياضى مكانيك كوانتومى» فون نويمان بحث هاى بسيار زيادى با پايه هاى فلسفى در دنيا درگرفت كه تبعات و نتايج آنها تا به امروز ادامه دارد. بحث هايى درباره مبانى فلسفى مكانيك كوانتومى دو دوره اوج دارد. يكى از اين دوره هاى اوج بين سال هاى ۱۹۲۷ تا ۱۹۳۳ در كنگره هاى سولوى ظاهر شد. در آن كنگره ها بحث هايى بين همه بزرگان فيزيك دعوت شده درگرفت، بحث هايى بسيار عميق درباره نتايج مكانيك كوانتومى كه سردمداران آنها بور و اينشتين بودند. بور طرفدار دو آتشه مكانيك كوانتومى بود و مدافع اول آن به حساب مى آمد. از طرفى بسيارى از بزرگان هم عصر بور در موسسه فيزيك نظرى وى با او همكار بودند. نسل بعدى و حتى نسل بعد از آن هم به شدت تحت تاثير بور بودند. اكثر فيزيكدانان بزرگ معاصر يا شاگرد بور بودند يا شاگرد شاگرد او. به همين دليل اين ديدگاه مكانيك كوانتومى رواج بيشترى يافت. (البته بايد توجه كرد كه اين ديدگاه در توجيه پديده ها بسيار قدرتمند بود كه اوج آن را مى توان در توجيه كامل طيف اتم هيدروژن ديد.) به اين ديدگاه مكتب كپنهاگى مكانيك كوانتوم مى گويند، زيرا بور اهل دانمارك بود و در دانشگاه كپنهاگ كار مى كرد.
در جبهه مقابل اينشتين قرار داشت كه به همراه دوبروى و شرودينگر مخالف تعبيرهاى فلسفى بور از نتايج مكانيك كوانتومى بود. بحث هاى اينشتين و مثال هايى كه سر ميز صبحانه در كنگره سولوى بيان مى كرد نشان مى داد كه مكانيك كوانتومى ناقص است. بحث هاى بور سر ميز شام نيز كه جواب حرف هاى اينشتين بود، معروف است.
در اواخر دهه ۱۹۴۰ ديويد بوهم كتابى عميق و دقيق و البته آموزشى در زمينه مكانيك كوانتوم نوشت به نام «نظريه كوانتوم».
او اين كتاب را براى اينشتين، بور، هايزنبرگ و ديراك و... ارسال كرد تا نظر آنها را جويا شود. البته بايد متذكر شد كه در حين نوشتن كتاب ديدگاه او نسبت به نظريه كوانتومى در حال تغيير بود و روزبه روز به اشكالات فلسفى اين نظريه بيشتر پى مى برد.
اينشتين از كتاب او استقبال كرد و نامه اى برايش نوشت. همين ارتباط او با اينشتين او را تشويق كرد كه به تحقيق در اين زمينه بپردازد. حاصل اين تحقيقات «نظريه كوانتومى بوهم» بود كه يكى از نظريه هاى متغير هاى نهان است.

• متغيرهاى نهان
يكى از مبانى اصلى مكانيك كوانتومى كپنهاگى عدم قطعيت است كه هايزنبرگ آن را كشف كرده است. عدم قطعيت مى گويد كه نمى توان همزمان مسير و حركت ذره را با دقت بالايى مشخص كرد، هرچه دقت در اندازه گيرى مسير حركت ذره بيشتر باشد، اندازه حركت آن را با دقت كمترى مى توان اندازه گرفت. اين امر تبعات بسيار زيادى دارد كه نقض عليت يا طرد موجبيت از جمله آنها است. بوهم به دنبال رفع اين مشكل بود. اما مى دانست كه عدم قطعيت ذاتى مكانيك كوانتوم است بنابراين به دنبال تئورى كوانتومى بديل فاقد عدم قطعيت بود.
او براى رفع «عدم قطعيت» پيشنهاد داد كه يك جمله به معادله شرودينگر اضافه شود. اضافه كردن اين جمله باعث مى شود كه عدم قطعيت اندازه حركت و مكان از بين برود و هركدام از آنها را با هر دقتى بتوان مشخص كرد. اما نكته اينجاست كه اضافه كردن اين جمله به معادله شرودينگر مستلزم در نظر گرفتن متغيرهايى است كه قابل آشكارسازى نيستند، اما وجود آنها باعث مى شود كه عدم قطعيت از بين برود. بوهم اين جمله اضافى را «پتانسيل كوانتومى» نامگذارى كرد.
پتانسيل كوانتومى هم مسئله عبور ذره از دو شكاف را توجيه مى كند و هم مسئله عبور ذره از مانع پتانسيل را. در حالت اول ذره به جايى كه تابع موج صفر است نمى رسد زيرا در آنجا پتانسيل كوانتومى بى نهايت است و لذا ذرات را از آنجا دفع مى كند. در مورد دوم وجود پتانسيل كوانتومى ارتفاع سد پتانسيل را كم مى كند و در نتيجه ذره عبور مى  كند.

• نقد نظريه بوهم
پس از انتشار نظريه بوهم در ،۱۹۵۲ پائولى نامه اى به او نوشت و به شدت اعتراض كرد. اعتراض پائولى اين بود كه اين مدل را نمى توان به چند ذره تعميم داد. بوهم در جواب پائولى مسئله چندذره اى را با اين نظريه حل كرد و براى آزمايش EPR توضيحى داد.
اما واكنش اينشتين جالب تر بود. او فكر مى كرد كه نظر بوهم بيش از اندازه ساده انگارانه است. او انتظار داشت كه چيزى عميق تر از اين در كار باشد. بوهم در جواب او گفت كه ممكن است حق به جانب اينشتين باشد، اما در نبود نظريه اى عميق تر، بهتر است فعلاً به همين بسنده كنيم تا اينكه اصلاً چيزى نداشته باشيم.
بعضى ديگر از فيزيكدانان گفته اند كه براى آنكه نظريه بوهم جدى تلقى شود، بايد در مواردى پيش بينى هايى غير از پيش بينى هاى مكانيك كوانتومى كپنهاگى داشته باشد. بوهم خودش معتقد بود كه مشكل است در عمل مواردى را پيدا كنيم كه اين دو نظريه پيش بينى هاى متفاوتى داشته باشند تا بتوان به تجربه در مورد درستى آنها قضاوت كرد. براى آن كه نظريه بوهم را مورد آزمون قرار دهيم بايد از چارچوب نظريه كوانتوم خارج شود تا بتوانيم متغيرهاى نهان را بيازماييم.
تا زمان حال نتايج تجربى، مزيتى براى هيچ كدام از دو نظريه پيدا نكرده اند. اما نظريه بوهم از لحاظ فلسفى برترى دارد زيرا اين نظريه توصيفى على در سطح كوانتومى ارائه مى دهد. در اواخر قرن بيستم بوهم به همراه شاگردش هايلى نظريه نسبيتى را هم به اين موضوع اضافه كردند. امروز گرانش كوانتومى بوهمى هم از موضوعات مورد پژوهش است.
• عدم موضعيت

به نظر مى رسد يكى از دلايل عمده موضع گيرى هاى اوليه عليه بوهم مسئله غيرموضعى بودن باشد كه با توجه به نتايج آزمايش بل به نظر مى رسد كه عدم موضعيت در اطلاع رسانى، ذاتى عالم باشد. بنابراين براى محك مكانيك كوانتومى بوهمى بايد سراغ محك هاى ديگرى رفت.
•••
«مهدى گلشنى» كتاب تحليلى از ديدگاه هاى فلسفى فيزيكدانان معاصر را در همين باب در ۸ فصل نگاشته است. فصل اول كتاب درباره انقلاب كوانتومى و آثار آن مثل كنار گذاشتن هستى شناختى، طرد تصويرپذيرى حوادث فيزيكى، طرد موجبيت، طرد تحويل پذيرى سيستم هاى كوانتومى و همچنين حاكميت پوزيتيويسم و ايده آليسم بر تفكر فيزيكدانان است. گلشنى در چند فصل بعد به مبانى فلسفى تفكر بور و اينشتين مى پردازد. فصل پنجم كتاب هم بيان نظريه بوهم است.
فصل ششم و هفتم به دو موضوع اصلى فلسفه كوانتوم يعنى عدم قطعيت و واقعيت فيزيكى اختصاص يافته است. در فصل آخر با يكى از سئوال هاى جالب در جامعه فيزيك مواجه مى شويم: «آيا فيزيكدانان از فلسفه مستغنى هستند؟»
كتاب بسيار مستند و سرشار از نقل قول است و فصول آن تقريباً خالى از فرمول و معادله و... است. بنابراين خواننده علاقه مند با كمى پيش زمينه درباره فيزيك (مثل تحصيلات دبيرستانى) و البته علاقه مند به فلسفه علم مى تواند با خواندن كتاب به درك بهترى از مبانى فلسفى مكانيك كوانتومى دست يابد. هرچند دوره اين مباحث با لهجه شيرين اصفهانى دكتر گلشنى در كلاس مبانى فلسفى مكانيك كوانتومى در دانشكده فيزيك صنعتى شريف، شيرينى ديگرى دارد!