] رضا عليزاده ‎/ دانشجوى دكترى فلسفه علم ]

اين امر كه هر حادثه معلول علتى است در فيزيك كلاسيك بدين صورت تعبير مى شد كه در صورت فهم و علم به حالت فعلى يك سيستم قادر به پيش بينى آينده آن خواهيم بود. منظور از فهم در اين تعبير، تعيين و اندازه گيرى دقيق تمامى كميت هاى سيستم در زمان حال بود. از آنجايى كه سيستم هاى فيزيكى از قوانين تغييرناپذير على پيروى مى كنند، رفتار آنها در آينده نيز تابع اين قوانين و به عبارت ديگر تابع حالت فعلى آنها خواهد بود؛ بنابراين صرف تعيين مقادير مربوط به حالت فعلى آنها، كافيست تا با استفاده از قوانين فيزيكى آينده آنها را پيش بينى كنيم.
تعبير فوق از اصل عليت تعبير مورد قبول و رسمى آن نزد فيزيكدانان بود. لا پلاس در قرن ۱۹ ميلادى اين نگاه و تعبير فيزيكى را در قالبى علمى- فلسفى مدون ساخت. براساس اين بينش قوانين تغيير ناپذيرى بر تمامى اجزاى جهان به طور يكنواخت حكمفرما بود و جهان از يك موجبيت علمى پيروى مى كرد. در اين مورد لاپلاس چنين مى گويد: «ما مى توانيم حالت فعلى جهان را معلول حالت قبلى آن و علت حالت بعدى اش بدانيم... يك مغز متفكر كه در يك لحظه تمامى نيروهاى به كاراندازنده طبيعت و مكان موجودات سازنده آن را مى داند... مى تواند حركات بزرگ ترين اشياى جهان و سبكترين اتم ها را در يك فرمول جاى دهد. براى چنين موجودى هيچ چيز غير يقينى نيست و آينده مثل گذشته در مقابل چشمانش حاضر است. مغز انسانى در تكاملى كه توانسته است به نجوم بدهد ايده ضعيفى از اين مغز متفكر به دست مى دهد.»
همچنين ضرورت عقلى و پيشينى اصل عليت به عنوان يكى از اصول بنيادى علمى از ديگر موارد مورد قبول عامه فيزيكدانان كلاسيك بود. ايما نوئل كانت فيلسوف برجسته آلمانى كه نظريه شناخت عملى خود تحت عنوان نقد عقل نظرى را برپايه فيزيك و رياضيات كلاسيك بنا كرده است در مورد يقينى بودن فيزيك كلاسيك و اصل عليت چنين مى گويد: «ما واقعاً واجد فيزيك محضى هستيم كه در آن قوانين حاكم بر طبيعت اشيا به نحو مقدم بر تجربه با همه ضرورتى كه لازمه قضاياى يقينى است عرضه گشته است... چندين اصل هست كه از آن كليتى كه مطلوب ماست برخوردار است، از قبيل اين قضيه كه جوهر باقى مى ماند و ثابت است و هر آنچه حادث مى شود، همواره از پيش به موجب علتى بر طبق قوانين ثابت وجوب يافته است. »..
على رغم ايراداتى كه ديويد هيوم فيلسوف تجربه گراى انگليسى در نظريه شناخت خود بر اصل عليت و حتى معرفت علمى وارد ساخته بود، فيزيكدانان كلاسيك هرگز در اصالت و پيشينى بودن اين اصل نزد عقل انسان شك نكرده بودند و در واقع تعبير كانتى از اصل عليت يكى از پيش فرض هاى اساسى علم كلاسيك بود. به عنوان مثال مكانيك نيوتنى كه شاخص ترين نظريه فيزيك كلاسيك محسوب مى شود، به وضوح اعمال نگرش مذهبى نيوتن در صورتبندى على جهان براساس خلقت خداوندى است. او در جمله معروف «... من فرضيه به قالب نمى ريزم..» و يا تعبير خود از فضاو زمان مطلق به وضوح اين ايده را بيان مى كند كه قوانين فيزيكى، صور رياضى از اراده و مشيت الهى هستند و كارفيزيكدان كشف روابط على و معلولى حاصل از اين اراده و اعمال آن بر پديده هاست. در واقع هم توفيق همين نوع نگرش در تبيين بسيارى از پديده هاى فيزيكى بود كه آرام آرام فيزيكدانان را به تز موجبيت و پيش بينى حالت آينده سيستم براساس حالت فعلى آن رهنمون ساخت. به عبارت ديگر اصل عليت از همان ابتدا جزو مسلمات فيزيكدانان كلاسيك بود و قدرت و انسجام دستگاه معرفتى ايشان در تبيين جهان پديدارها، فيزيكدانان را به اصل موجبيت رساند تا بدانجايى كه رودلف كارنپ فيلسوف شهير علم، معناى رابطه على نزد دانشمندان و فيزيكدانان را قابليت پيش بينى اعلام مى كند.
اصل عدم قطعيت
اصل موجبيت در فيزيك كلاسيك به همان صورتى كه پيشتر بيان شد تا قرن نوزدهم ميلادى مورد پذيرش فيزيكدانان بود ولى اواسط همين قرن و اوايل قرن بيستم بود كه فيزيكدانانى همچون چارلز پير مى در تئورى شانس در سطح اتمى، بولتسمن در تئورى گازها و ديگران چون كورنو، رنوويه، اكسنر (جانشين بولتسمن در دانشگاه وين)، پو آنكاره، چارلز گالتون داروين و از همه بنام تر ماكس پلانك اين اصل را به زير سؤال بردند.
ماكس پلانك اعتقادى به ضرورت اصل عليت نداشت و حتى آن را ناشى از اعتقادى جزمى و غير ذاتى مى دانست. در كتاب خود با نام «علم به كجا مى رود » شواهدى ذكر مى كند از نقض قوانين على از آن جمله اند: معجزه و خرق عادت در نظرگاه دينى، شعاع نور كه همواره سريعترين و كوتاه ترين مسير ها را انتخاب مى كند و به تعبير پلانك گويى مقدارى شعور دارد و نيز مسئله حركت مجازى كه تابع قوانين ديناميك نيست و از لحاظ عليت غير ممكن به نظر مى رسد. در همين كتاب او در مورد عدم ضرورت اصل عليت به صراحت چنين مى گويد: «قبول اصل عليت از لوازم ضرورى فكر انسان به شمار نمى رود. حقيقت امر اين است كه هيچ چيز براى فكر انسان سهل تر از آن نيست كه جهانى را تصور كند كه همه چيز آن زير و رو شده و به صورت تازه اى در آمده است... مثلاً مى توانيم چنين تصور كنيم كه آب آبشار نياگارا از پائين به بالا جريان پيدا كند و يا... در عالم واقعيت از چنين امور سخت گفتن ممكن است نامربوط و بى معنى به نظر برسد؛ ولااقل مى توانيم آنها را از طريق استدلال روزانه خود غير ممكن بدانيم. ولى بايد ميان اين نوع عدم امكان با عدم امكان منطقى تفاوت قائل شد. مانند عدم امكان منطقى مربعى به شكل دايره يا جزء شيئى بزرگ تر از خود شىء... اين نوع عدم امكان وابسته و چسبيده به ماهيت خود فكر انسان است، در صورتى كه انديشه پيدا شدن چيزى در خارج از قاعده عليت از لحاظ منطقى امكان دارد.»
به هر حال تا زمان صورتبندى رياضى اصل عدم قطعيت در مكانيك كوانتومى توسط ورنر هايزنبرگ، انتقادات به اصل عليت جدى نشده بود. در سال ۱۹۲۶ ميلادى اصل عدم قطعيت ذرات بنيادى توسط هايزنبرگ به شكل زير فرموله شد:
مطابق رابطه مزبور اندازه گيرى دقيق مختصات (X) و اندازه حركت (P) ذره بنيادى به طور همزمان غير ممكن است. چرا كه هر كوششى در راستاى كاهش خطاى اندازه گيرى يكى از متغيرهاى فوق منجر به افزايش خطاى اندازه گيرى متغير ديگر مى شود. بدين ترتيب مختصات و اندازه حركت ذره بنيادى كمياتى هستند كه به طور همزمان غير قابل محاسبه به نظر مى رسند. يعنى حالت فعلى سيستم مبهم و بنابراين آينده آن غير معين يا به عبارتى غير موجبيتى است. بر همين اساس اين ايده در ميان نسل جديدى از فيزيكدانان شكل گرفت كه دنياى ذرات بنيادى، دنيايى غير موجبيتى است و در مرحله بعدى به اين نتيجه رسيدند كه حتى اين دنيا از روابط على دنياى كلان تبعيت نمى كند.
نكته قابل توجه در تعبير مزبور آن كه محدوديت موجود در اندازه گيرى همزمان كميات اندازه حركت و مختصات ذره بنيادى هيچ ربطى به شرايط تجربه نداشته و در واقع خاصيت بنيادى طبيعت مى باشد. اين محدوديت به هيچ وجه نقص دستگاه اندازه گيرى را نشان نمى دهد و اميدى نيست كه با پيشرفت فنون اندازه گيرى كاهش يابد يعنى تا زمانى كه قوانين مكانيك كوانتومى و به خصوص اصل عدم قطعيت آن پا بر جا باشد، اين محدوديت به طور ذاتى در طبيعت موجود است. البته منظور از بيان مزبور اين نيست كه طبيعت بايد از قوانين مكانيك كوانتومى تبعيت كند. ممكن است در آينده ثابت شود كه مكانيك كوانتومى حاوى تعارضات و ناسازگارى هاى جدى است و بايد كنار رود ولى فعلاً بهترين دستگاه فيزيكى موجود براى توصيف پديده هاى زير اتمى به نظر مى رسد و تا آن زمان قوانين طبيعت را نشان داده، آن را توصيف مى كند. خلاصه آن كه مطابق آنچه ذكر شد تكليف اصل عليت مطابق استدلال زير روشن مى شد:
عليت يعنى قابليت پيش بينى. «كبرى»
طبيعت در حوزه ذات بنيادى فاقد رفتار پيش بينى پذير است. «صغرى»
نتيجه: طبيعت در حوزه ذات بنيادى فاقد رفتار على است.
بيان فوق كه در واقع افراطى ترين طرز تلقى از روابط عدم قطعيت مى باشد، موسوم به تعبير كپنهاگى مى باشد. هايزنبرگ واضع اصل عدم قطعيت و فرماليسم مكانيك ماتريسى در فيزيك كوانتوم در اين رابطه چنين مى گويد: «اگر حال را دقيقاً بدانيم، آينده را مى توانيم پيش بينى كنيم.»
و سپس چنين ادامه مى دهد: «با توجه به ارتباط نزديك بين سرشت آمارى نظريه كوانتوم و عدم دقت تمامى ادراكات ممكن است پيشنهاد شود كه در پس جهان آمارى ادراك يك جهان واقعى قرار دارد كه محكوم عليت است. اين خيالپردازى به نظر ما، و ما اين را به طور صريح مى گوييم، بى فايده است و بى معنى. زيرا فيزيك جديد بايد خودش را محدود به توصيف همبستگى مشاهدات بنمايد. در واقع وضعيت واقعى را مى توان به صورت زير بيان كرد: چون تمامى آزمايش ها محكوم قوانين مكانيك كوانتومى... هستند، پس نتيجه مى گيريم كه مكانيك كوانتومى انهدام نهايى عليت را تثبيت مى كند.»
ماكس بورن ديگر فيزيكدان نامى معاصر با هايزنبرگ با استدلالى مشابه، اصل عليت را بى محتوا اعلام مى كند:
«... قانون عليت به مفهوم معمولى آن، لااقل براى فيزيكدانان بى محتوا شده است. مى توان آن را قبول يا رد كرد.»
نيلز بور تئوريسين اصلى مكتب كپنهاگى كه اصل مكمليت را مطرح كرد، پس از مذاكراتى با هايزنبرگ متقاعد شد كه روابط عدم قطعيت بيانى رياضى از مفهوم مكمليت است. اصل مكمليت بور، بيانى از خواص صحيح اما مانعة الجمع در حوزه مورد بررسى است كه امكان حضور مفرد آنها ميسر ولى همراه با مكملشان غير ممكن است. مثلاً توصيف ذره اى و موجى الكترون و يا اندازه گيرى توأمان اندازه حركت و مختصات ذره بنيادى.
اما تعبير كپنهاگى روابط عدم قطعيت و حمله به عليت انتقادات فراوانى را برانگيخت. مثلاً در سال ۱۹۲۹ ميلادى برگمن تلقى هايزنبرگ از عدم قطعيت را اين طور زير سؤال برد: از آنجايى كه قوانين على در فيزيك به صورت تركيب شرطى P*Q ظاهر مى شوند اصل عدم قطعيت حداكثر بطلان شرايط تحقيق درستى يا نادرستى مقدم را در پى دارد، چون نشان مى دهد كه شرايط اوليه نامعين هستند و اين به هيچ وجه به معناى انكار اين رابطه نيست بلكه حداكثر عدم وجود روشى براى تحقيق آن در سطح زيراتمى را نشان مى دهد ولى هايزنبرگ معتقد بود كه در اينجا اين مقدمه قضيه شرطيه نيست كه باطل است بلكه نتيجه قضيه، باطل است. كارل پاپر فيلسوف علم، اعتراض نمود كه هايزنبرگ از استدلالى على براى رد عليت استفاده كرده است. رودلف كارانپ ديگر فيلسوف علم معتقد است كه مكانيك كوانتومى حداكثر جبريت و موجبيت را نقض كرده است و نه عليت را. هرچند او استدلال مى كند كه حتى پيش بينى پذيرى هم دليل خوبى براى حفظ موجبيت نيست. ولى به هر حال او ساختار جهان را على مى بيند: «اين بى نظمى كمكى به تقويت معناى واژه انتخاب آزاد نمى كند. چنين انتخابى به هيچ وجه انتخاب محسوب نمى شود بلكه تصميمى است تصادفى و ديمى. گويى با شير يا خط يكى از دومشى ممكن انتخاب شده است. خوشبختانه محدوده عدم تعين در نظريه كوانتوم بسيار كوچك است. اگر اين محدوده بسيار بزرگتر بود، امكان اتفاقاتى از قبيل انفجار ناگهانى يك ميز يا بازگشت خود انگيخته سنگ در حال سقوط به هوا يا در جهت افقى زياد مى شد. ممكن است بتوان در چنين جهانى زندگى كرد، اما اين امر مسلماً امكان انتخاب آزاد را زياد نمى كند. برعكس آن را بسيار دشوار تر مى كند، چون پيش بينى عواقب اعمالمان مشكل تر مى شود...»
در عالم فيزيك نيز تعدادى از فيزيكدانان نامى عليه اظهارات مكتب كپنهاگى موضع گرفتند. به عنوان مثال آلبرت اينشتين و شرودينگر از بنيانگذاران مكانيك كوانتومى تعبير كپنهاگى را نپذيرفتند. «خداوند هرگز تاس بازى نمى كند» جمله اى معروف از اينشتين بود كه در خلال مباحثات طولانى او با نيلز بور بر سر تعبير روابط مكانيك كوانتومى بر سر زبانها افتاد. او با اين بيان در واقع درصدد دفاع از اعتقادات كلامى خود در رابطه با قدرت و مشيت خداوند بود. همچنين به سال ۱۹۳۵ ميلادى اينشتين،
پا دولسكى و روزن طرح آزمايشى را پيشنهاد دادند كه نارسايى مكانيك كوانتومى را نشان مى داد و ثابت مى كرد كه مكانيك كوانتومى بر خلاف ادعاى فيزيكدانان مكتب كپنهاگى حرف آخر در فيزيك نيست. اين آزمايش ها معروف شد به قضيه EPR كه بحث در مورد آن تا امروز ادامه دارد. عده اى ديگر براى تبيين رفتار ذره به قضيه متغيرهاى نهانى متوسل شدند كه بر اساس آن سطح زير كوانتومى وجود دارد كه در آن پارامتر هاى ديگرى موجودند كه قادر به تبيين رفتار ذره هستند. بحث بر سر اين متغيرها نيز تا امروز ادامه يافته است و دست آخر اين كه فيزيكدان ديگرى به نام بوهم مكانيك اتمى ديگرى با فرماليسم جديدى عرضه كرد كه موجيتى بود.
با تمام اين تفاصيل نظريه مكانيك كوانتومى از نظر غالب فيزيكدانان دستگاه رياضى ساده اى داشت و قادر به ارائه توصيف و صورتبندى رضايت بخشى از دنياى زير اتمى و پديده هاى آن گرديده بود. بنابراين بين اكثريت ايشان مقبوليت يافت، فرآيندى كه تا به امروز دوام يافته است.