تجزيه‌ ناپذيري سيستم‌هاي كوانتومي

طبق اين اصل سيستم‌هاي كوانتومي، خواص ذاتي (مستقل از مشاهده) را ندارند. يعني سيستم كوانتومي و وسايل مشاهده، يك واحد تجزيه‌ناپذير مي‌سازند و در نتيجه خواصي كه به سيستم نسبت مي‌دهيم، در واقع متعلق به مجموعه‌ي سيستم و وسيله‌ي اندازه‌گيري است. به قول فاينمن: « در مكانيك كوانتومي، يك رويداد مجموعه‌‌اي از شرايط اوليه و شرايط نهايي است.»

مثلاً وقتي يك الكترون در يك طرف وسيله‌ي آزمايش از تفنگ الكتروني خارج مي‌شود و پس از گذشتن از يك روزنه در طرف ديگر در نقطه‌اي مشاهده مي‌شود، كل اين قضيه يك حادثه‌ي غير قابل تجزيه است. در توجيه اين اصل بور متذكر شد كه در فيزيك كوانتومي بر خلاف فيزيك كلاسيك، تفاعل بين سيستم مورد مطالعه و وسيله‌ي آزمايش (كه شامل ناظر هم مي‌شود) قابل اغماض يا جبران‌كردني نيست. بنابراين براي توضيح غير مبهم پديده‌هاي كوانتومي، بايد تمام تداركات تجربي را مشخص كرد به عبارت ديگر پديده‌ي تحت مطالعه و آزمايش‌گر يك واحد تجزيه‌ناپذير مي‌سازند و هر نوع تغييري در وسايل مشاهده كه سبب تجزيه‌ي اين پديده به اجزايش شود، باعث محو شدن پديده‌ي اصلي و ظهور يك پديده‌ي جديد مي‌گردد، نه آنكه چهره‌ي ديگري از همان پديده را به دست دهد. بنابراين برعكس پديده‌هاي كلاسيك، يك پديده‌ي كوانتومي، عبارت از يك رشته حوادث فيزيكي نيست، بلكه يك نوع تشخيص فردي دارد.

نكته‌ي ديگر آنكه ما در فيزيك براي تعيين خواص اشياء به آزمايش متوسل مي‌شويم. در فيزيك كلاسيك مي‌توان با طرح يك آزمايش پيچيده، تمام اطلاعات قابل تصور درباره‌ي يك سيستم را به دست آورد. اما در فيزيك كوانتومي چنين نيست. در اينجا بر خلاف اشياي كلاسيك كه خواص سازگار دارند، يك سيستم كوانتومي، از خود خواص مانعه‌الجمع نشان مي‌دهد (مثلاً خواص ذره‌اي و خواص موجي). پس الكترون تحت بعضي شرايط به صورت ذره جلوه مي‌كند و در بعضي شرايط ديگر به صورت موج. بور اين مطلب را اين‌گونه توجيه كرد كه الكترون خود خواص ذاتي ندارد و اين الكترون به علاوه‌ي سيستم اندازه‌گيري است كه داراي آثار خاص است و بنابراين براي توصيف اشياي اتمي بايد تمام جهات ذيربط تداركات تجربي را ذكر كرد و از شيوه‌ي توصيف‌هاي مكمل بهره گرفت. به قول بور:

« در حوزه‌ي فيزيك كلاسيك، تمام خواص مشخصه‌ي يك شيء معين را مي‌توان با يك طرح تجربي تعيين كرد، گرچه از لحاظ عملي مناسب است كه براي مطالعه‌ي جنبه‌هاي مختلف يك پديده‌، طرح‌هاي متفاوتي را به كار بريم. در واقع اطلاعاتي كه از اين‌ها به دست مي‌آيد، يكديگر را تكميل مي‌كنند و مي‌توان از تركيب آنها تصوير واحد منسجمي از رفتار شيء مورد نظر به دست آورد. در فيزيك كوانتومي شواهدي كه در مورد اشياي اتمي از طريق طرح‌هاي تجربي مختلف به دست مي‌آوريم، نوع جديدي از رابطه‌ي مكمليت را نشان مي‌دهند.» اما هايزنبرگ معتقد بود كه يك سيستم كوانتومي داراي خواص گوناگوني است، و اينها را به صورت بالقوه دارد، نه بالفعل و اين سرشت محيط سيستم كوانتومي است كه معين مي‌كند كداميك از اينها به فعليت خواهند رسيد.

به هر حال به جاي اينكه بگوييم الكترون منزوي چه خواصي دارد، بايد شرايطي را كه الكترون در آن قرار دارد مشخص كنيم. در واقع مي‌توان گفت كه الكترون اصطلاحي است كه از تحليل پديده‌ها انتزاع مي‌شود. با وجود اين مي‌توان به طور قراردادي خواص مشاهده‌شده در آزمايش‌ها را به خود سيستم‌هاي كوانتومي نسبت داد به شرط آن‌كه متوجه قراردادي بودن اين امر باشيم و در مورد خواص ناسازگار، روابط عدم قطعيت را مراعات كنيم.

ارزش مفاهيم كلاسيك

هم‌بانيان مكتب كپنهاگي و هم اينشتين قبول داشتند كه يك محدوديت اساسي در كاربرد مفاهيم كلاسيك در حوزه‌ي اتمي وجود دارد. اما در مورد اين محدوديت، نگرش آنها متفاوت بود. بنيانگذاران مكتب كپنهاگي معتقد بودند كه بايد تمام مفاهيم فيزيك كلاسيك را حفظ كرد ولي محدوديتي براي كاربرد همزمان آنها قائل شد. براي اين كار مفاهيم را به دو مقوله‌ي مكمل تقسيم مي‌كنيم و تنها آنهايي را كه متعلق به يك مقوله هستند به طور همزمان به كار مي‌بريم.

از ديدگاه آنها علت ضرورت به كار بردن زبان فيزيك كلاسيك در بحث از حقايق تجربي اين است كه نمي‌توان از شيوه‌هاي معمولي ادراك صرف‌نظر كرد و يك مبادله‌ي فكري غير مبهم درباره‌ي اطلاعات تجربي بدون اينها ميسر نيست. به قول بور: « هرچه هم كه پديده‌هاي كوانتومي از حوزه‌ي توصيف فيزيك كلاسيك فراتر بروند، بايد توضيح تمام شواهد تجربي بر حسب اصطلاحات كلاسيك باشد. دليلش اين است كه منظور ما از كلمه‌ي ««آزمايش»» وضعيتي است كه در آن مي‌توانيم به ديگران بگوييم چه كرده‌ايم و چه آموخته‌ايم و بنابراين بايد توضيح تداركات تجربي و نتايج مشاهدات را به زبان غير مبهم، با استفاده از اصطلاحات فيزيك كلاسيك بيان كنيم.»

از طرف ديگر، استفاده از مفاهيم كلاسيك در حوزه‌ي اتمي تاواني هم دارد و آن اين است كه ديگر نمي‌توان توصيف واحدي ( بر حسب مفاهيم كلاسيك) از پديده‌هاي اتمي ارائه داد و ضروري است كه از توصيف‌هاي مكمل استفاده كنيم. …. هايزنبرگ نيز عقيده داشت كه: « ما براي توصيف تداركات تجربي و نتايج تجربه راهي جز استفاده از زبان فيزيك كلاسيك نداريم و نمي‌توانيم چيزهاي ديگري را جايگزين آن كنيم. ولي البته كاربرد اين مفاهيم به علت روابط عدم قطعيت محدوديت پيدا مي‌كند. ما بايد اين محدوديت را به ذهن بسپاريم ولي نمي‌توانيم و نبايد در اصلاح اين مفاهيم بكوشيم.»

 در مقابل اينها، اينشتين معتقد بود كه اگر اطلاعات تجربي جديدي نشان داد كه مفهومي اعتبارش را از دست داده است، بايد آن مفهوم را كنار گذاشت. او اشكالي نمي‌ديد كه مفاهيم كلاسيك كنار گذاشته شوند و حتي ضروري مي‌ديد كه به‌جاي اين مفاهيم، مفاهيم كاملاً جديدي به كار گرفته شود. اما همواره تأكيد داشت كه مفاهيم نور در عين اينكه اطلاعات جديد را توجيه مي‌كنند نبايد به برداشت ما از واقعيت فيزيكي لطمه بزنند.

فايرآبند نيز در مقابل استدلال بور گفته است: « اگر انسان قادر نبود كه مفاهيم جديد بسازد، چگونه مي‌شد به جاي فيزيك ارسطويي، فيزيك نيوتوني گذاشت. هنگام شروع عصر جديد، تنها مفاهيم موجود، مفاهيم ارسطويي بود و ابزاري نظري عام‌تر از نظريات فيزيكي امروز بود و آن مفاهيم به مفاهيم روزمره نزديك‌تر بود. اما آيا گاليله بايد تنها به مفاهيم ارسطويي اكتفا مي‌كرده‌ باشد؟ چون آن مفاهيم موجود بودند؟ نه. بلكه احتياج به وارد كردن مفاهيم جديد بود تا جا براي قوانين فيزيكي جديدي باشد. يك تئوري كاملاً جديد مورد نياز بود. آيا دليلي هست كه آنچه در قرون 16 و 17 ميسر شد، در قرن بيستم ميسر نباشد؟»

ادامه دارد »»»

قسمت اول مقاله

اسماعیل جوکار/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع:

کتاب تحلیلی از دیدگاه‌های فلسفی فیزیک‌دانان معاصر

دیکشنری آنلاین آبادیس

ویکی‌پدیای فارسی

مقاله‌ی آقای رضا علیزاده، دانشجوی دکتری فلسفه علم در روزنامه‌ی ایران