دیدگاه‌های فلسفی بور در مکانیک کوانتوم – قسمت سوم

موجبیت یا دترمینیسم

واژه‌ی علیت در قرون اخیر در میان فیزیک‌دانان به این معنی به کار رفته است که اطلاع دقیق از حالت فعلی یک سیستم فیزیکی، برای پیش‌بینی آینده‌ی آن کفایت می‌کند. به عبارتی دیگر، در جهان قوانین غیر قابل تغییری وجود دارند که به کمک آنها می‌توان به‌طور یگانه، آینده‌ی هر سیستم فیزیکی را از روی وضعیت فعلی آن تعیین کرد. این تعبیر خاص از علیت را «اصل موجبیت» یا «دترمینیسم» می‌نامند.

منظور از موجبیت یا دترمینیسم، این است که هر حادثه علتی دارد (اصل علیت عامه). گاهی موجبیت به معنای قابلیت پیش‌بینی به کار رفته است. اما این دو یکی نیست. اگر علیت عامه برقرار باشد و تمامی قوانین طبیعت را بدانیم و از تمامی شرایط و اولیه آگاهی داشته باشیم، می‌توانیم آینده را پیش‌بینی کنیم. اما این امکان است که علیت برقرار باشد و ما به علت فقدان اطلاعات لازم نتوانیم پیش‌بینی کنیم. علیت عامه یک مطلب متافیزیکی است و به آنچه در واقع وجود دارد، مربوط می‌شود. اما قابلیت پیش‌بینی یک امر معرفت‌شناختی است که مستلزم اعتبار علیت عامه است، به علاوه دانش ما درباره‌ی قوانین طبیعی و شرایط اولیه.

قابلیت پیش‌بینی، فرع بر علیت عامه است و مستلزم دانش ما درباره‌ی قوانین طبیعت است. فیزیک‌دانان ابتدا علیت را معادل قانونمند بودن می‌گرفتند. بعدها ماخ و همفکرانش خواستند تز متافیزیکی علت و معلول را با مفهوم ریاضی تابع جایگزین کنند و لذا علیت معادل بستگی تابعی شد. بعدها علیت را معادل با شرط لازم و کافی برای تعیین دقیق آینده گرفتند (یعنی همان اندیشه‌ی لاپلاس) و برای این منظور کلمه‌ی دترمینیسم (موجبیت‌) را به کار بردند.

بعداً علیت حتی به مفاهیمی محدودتر از این هم به کار می‌رفت، یعنی معادل با صدق قوانین مکانیک یا بقای انرژی با تصویرپذیری در فضا و زمان یا توصیف توسط معادلات دیفرانسیل و غیره. برای مثال استوالت معتقد بود که اصل بقای انرژی مصداقی از علیت محض به حساب می‌آید: « چون تمامی وقایع مشتمل بر تغییرات فضایی یا زمانی در انرژی هستند، این شکل قانون علیت به اعتباری کامل است. … به بیان مشخص‌تر، قانون علیت می‌گوید که هیچ چیز رخ نمی‌دهد مگر آنکه تبدیلی معادل در یک یا چند شکل انرژی رخ دهد.»

فیزیک قرن نوزدهم، موجبیتی بود. یعنی در آن رفتار آینده‌ی یک سیستم منزوی فیزیکی، از حالت فعلی آن تعیین می‌شود. در مواردی چون نظریه‌ی جنبشی گازها نیز که از قوانین آمار استفاده می‌شد، اعتقاد بر این بود که حرکت ذرات گاز دقیقاً به وسیله‌ی قوانین مکانیک تعیین می‌شود. اما چون محاسبه‌ی حرکات فردی مشکل است، از نظریه‌ی آمار برای تعیین رفتار تعداد زیادی مولکول استفاده می‌کنیم. پس نظریه‌ی جنبشی گازها هم استثنایی بر موجبیت نبود. به مرور زمان مفهوم علیت عامه در میان فیزیک‌دانان، خاص‌تر و خاص‌تر شد و سرانجام این تز را که قوانین تخلف‌ناپذیر وجود دارند و به کمک این قوانین می‌توان آینده‌ی هر سیستم فیزیکی را از حال پیش‌بینی کرد، موجبیت نامیدند. این مطلب را لاپلاس به صورت زیر بیان کرد:

« ما می‌توانیم حالت فعلی جهان را معلول حالت قبلی آن و علت حالت بعدی‌اش بدانیم. … یک مغز متفکر که در یک لحظه تمامی نیروهای به‌کار اندازنده‌ی طبیعت و مکان موجودات سازنده‌ی آن را می‌داند، می‌تواند در یک فرمول، حرکات بزرگترین اشیای جهان و سبک‌ترین اتم‌ها را جای دهد. برای چنین موجودی، هیچ چیز غیر یقینی نیست و آینده مثل گذشته در مقابل چشمانش حاضر است. مغز انسانی در تکاملی که توانسته است به نجوم دهد، ایده‌ی ضعیفی از این مغز متفکر به دست می‌دهد.»

این نوع موجبیت مورد قبول فیزیک‌دانان بود تا آنکه در اواخر قرن نوزدهم، زمزمه‌هایی از طرف برخی از فلاسفه علیه آن شروع شد. یکی از اولین کسانی که از حوادث ممکن، یعنی حوادثی که عدم وقوع‌شان مستلزم تناقضی نباشد، صحبت به میان آورد، آنتونیو آگوستین کورنو (Antoine Augustin Cournot) بود. چارلز برنارد رنوویه (Charles Bernard Renouvier) نیز اعتبار مطلق اصل علیت را به عنوان یک امر تنظیم‌کننده‌ی فرایند‌های فیزیکی مورد تردید قرار داد.

طرد موجبیت کلاسیک در سطح اتمی، نقش مهمی در تئوری شانس (Tychism) چالرز ساندرز پیرس (Charles Sanders Peirce) فیلسوف و ریاضیدان آمریکایی، ایفا کرد. از دید او شانس، یک عامل بنیادی در طبیعت است و شانس محض، و نه عدم قطعیت ناشی از جهل ما، یک عامل تحویل‌ناپذیر در فرایندهای فیزیکی است.

اگر یک قانون طبیعی را مورد بررسی قرار دهیم، خواهیم یافت که هر چه مشاهداتمان دقیق‌تر باشد، به نحو مطمئن‌تری انحراف از این قانون را می‌بینیم. ما عادت‌ کرده‌ایم که این‌ها را به خطای آزمایش نسبت دهیم. اما اگر مسأله را دنبال کنیم، ناگزیر قبول خواهیم کرد که آنها ناشی از شانس هستند.

به عقیده‌ی پیرس جهان تنها به وسیله‌ی قوانین نیوتونی محض اداره نمی‌شود، بلکه قوانین شانس یا بی‌نظمی هم بر آن حکومت دارند. پس جهان، ترکیبی از ساعت‌ها و ابرها است، به‌ طوری‌که حتی بهترین ساعت‌ها در ساختمان مولکولی‌شان تا حدی خاصیت ابری از خود نشان می‌دهند. پیرس اولین فیزیک‌دان و فیلسوف بعد از نیوتون بود که این دیدگاه را پذیرفت که تا حدی همه‌ی ساعت‌ها ابرگونه هستند. به عبارت دیگر تنها ابرها وجود دارند، گرچه از لحاظ درجه‌ی ابری‌بودن متفاوتند.

لودویگ بولتزمن (Ludwig Boltzmann) نیز اعتبار موجبیت را مورد تردید قرار داد و در درسش درباره‌ی نظریه‌ی گازها در سال ۱۸۹۵ اعلان کرد: « من این احتمال را ذکر می‌کنم که ممکن است معادلات بنیادی حرکت مولکول‌های منفرد، فرمول‌هایی تقریبی از آب درآیند که مقادیر متوسط را می‌دهند و در نتیجه به حساب احتمالات منجر می‌شوند.»

جانشین بولتزمن در دانشگاه وین، فرانز اس اکسنر (Franz Serafin Exner)  بود که در ۱۹۱۹ یک نظریه‌ی آماری از رفتار ظاهراً موجبیتی پدیده‌های ماکروسکپی ارائه داد که آنها را ناشی از تعداد زیاد پدیده‌های شانسی در سطح میکروسکوپی تلقی کرد. (شرودینگر از ۱۹۱۴ تا ۱۹۱۹ دستیار اکسنر در دانشگاه وین بود) عقیده‌ی اکسنر این بود که ادعای موجبیت مطلق ممکن است، ولی به هیچ‌وجه ضروری نیست و حتی اگر به‌طور دقیق‌تر بررسی کنیم، اصلاً خیلی محتمل نیست:

« اصل علیت برای حوادث ماکروسکپی صادق است، بدون آن‌که لزوماً برای جهان میکروسکپی صادق باشد. و از اینجا نتیجه می‌شود که قوانین جهان بزرگ، قوانین مطلق نیستند. بلکه قوانین احتمال هستند. اینکه آنها همواره و همه‌جا معتبر باشند، باید مورد سوال قرار گیرد و اینکه در فیزیک نتیجه‌ی فرایندهای فردی را پیش‌بینی کنیم، ممتنع است.»

اکسنر در آخرین بخش یک کتاب درسی (تألیف خودش) استدلال کرد که تمامی قوانین طبیعت سرشت آماری دارند و هیچ قانون مطلق دقیق در جهان وجود ندارد: « اگر ما این شانس را داشته باشیم که سقوط اجسام را در خلاء تحقیق کنیم، بدون شک می‌یافتیم که شتاب ثابت است و مسیر طی شده با قانون سقوط اجسام تطابق دارد. آیا از این می‌توان نتیجه گرفت که اگر ما زمان را به عوض ثانیه، در میلیونیم ثانیه یا کمتر از آن اندازه‌ می‌گرفتیم، باز این نتیجه معتبر می‌بود؟ شاید شتاب ثابت نباشد ولی به طور سریع حول یک مقدار متوسط افت و خیز داشته باشد و شاید حرکت یک جسم در حال سقوط، در فواصل زمانی بسیار کوتاه، یکنواخت نباشد، بلکه جسم به طور نامنظم شتاب گیرد. بولتزمن در ضمن مباحثه کاملاً با این دیدگاه موافقت داشت و این را نه تنها ممکن بلکه خیلی محتمل می‌دانست که جسم در حال سقوط به طرف عقب حرکت کند، شاید نه در یک خط مستقیم بلکه در یک خط خمیده.»

پوانکاره معتقد بود که قوانین طبیعی احتمالاً نتیجه‌ی مقادیر متوسط هستند. عدم دقت وسایل اندازه‌گیری، کشف بعضی از قوانین را باعث شده است. و همچنین چالرز گالتون داروین در ۱۹۱۹ متذکر شد: « ممکن است مجبور شویم در ایده‌هایمان نسبت به زمان و مکان، تغییرات اساسی دهیم و بقای جرم و بار را ترک کنیم و یا حتی در آخرین وهله، الکترون‌ها را دارای اراده آزاد کنیم.»

در مقابل اینها، پلانک مکرراً اظهار می‌داشت که فرض وجود قوانین آماری، تنها در پرتو قوانین دینامیکی دقیق برای حوادث فردی میسر است. حتی اگر شناخت آنها، به علت نارسایی حواس ما، میسر نباشد. همچنین نرست، معتقد بود که توصیف طبیعت به وسیله‌ی قوانین آماری، بیشتر به علت ضعف درک انسان‌ها است نه آنکه ذاتی خود طبیعت باشد. طبعیت خود محکوم یک علیت دقیق است، ولی دانش انسانی محدود است.

در مکانیک کوانتومی در حالت کلی، نتیجه‌ی یک آزمایش دقیقاً قابل پیش‌بینی نیست، بلکه می‌تواند امکانات مشخصی را اختیار کند. تنها چیزی که می‌توان پیش‌بینی کرد، احتمال به دست‌آوردن یک نتیجه‌ی خاص است، وقتی که تجربه را به بارها و بارها تکرار کنیم، وگرنه حالات فردی در سطح کوانتومی قابل پیش‌بینی نیستند و در آنجا شانس حاکم است. در تاس‌بازی از احتمال استفاده می‌شود، چون شرایط اولیه‌ی سیستم را نمی‌دانیم. اما در مکانیک کوانتومی حتی اگر حالت اولیه را بدانیم، نتیجه را می‌توان تنها به صورت احتمال بیان کرد.

در فیزیک کلاسیک، وقتی احتمال را به کار می‌بریم، فرض بر این است که کسب دانش بیشتر امکان‌پذیر است و با آن، احتمال به یقین تبدیل می‌شود. اما در مکانیک کوانتومی فرض می‌شود که این نظریه‌ی نهایی است و امکان به‌دست‌آوردن دانش بیشتر امکان‌پذیر نیست. آشکارترین راهی که مکانیک کوانتومی عدم موجبیت را در بر دارد، در اصل عدم قطعیت است. اگر بخواهیم آینده‌ی یک سیستم را پیش‌بینی کنیم، باید مواضع و سرعت‌های فعلی اجزای سیستم را بدانیم. اما دانستن این دو در یک لحظه امکان‌پذیر نیست. لذا آینده‌ی سیستم قابل پیش‌بینی نیست (در قسمت بعد در مورد فلسفه‌ی عدم قطعیت به طور مفصل بحث خواهیم کرد).

بعد از پیدایش مکانیک کوانتومی، طرد موجبیت به صورت رسمی و موثر ابتدا توسط بورن انجام گرفت. او هنگام حل مسئله برخورد از طریق فرمالیزم شرودینگر، به این نتیجه رسید که سرانجام برخورد به طور یگانه قابل پیش‌بینی نیست و از آنجا نتیجه گرفت که کلید حل مسئله‌، طرد موجبیت در دنیای اتمی است. اما وی همانجا متذکر شد که این یک تصمیم فلسفی است که او می‌گیرد نه یک فیزیکی. در ۱۹۲۷ میلادی، هایزنبرگ علیت را به مفهوم قابلیت پیش‌بینی به کار برد و صریحاً منکر اعتبار آن شد. در میان اینها بور وضعیتی خاص داشت زیرا او حتی قبل از ظهور مکانیک کوانتومی جدید، اعتبار دترمینیسم را مورد تردید قرار داده بود.

از آن بعد غالب فیزیک‌دانان به تبعیت از بور، بورن و هایزنبرگ موجبیت را از دنیای اتمی طرد کردند و گفتند که عدم موجبیت، ذاتی پدیده‌های اتمی است و عقیده‌ی ما در مورد علیت از تجاربمان با اشیای ماکروسکپی نشأت گرفته است و در مورد اشیای میکروسکپی صادق نیست. آنها علی‌الظاهر اصل علیت را منکر نمی‌شدند، بلکه اصل سنخیت علت و معلول را منکر شدند و حرفشان این بود که گذشته به یکی از امکانات متعدد بعدی می‌رود. در مقابل، افراد بانفوذی هم در عرصه‌‌های فلسفه و فیزیک بودند که بر خلاف این فکر می‌کنند و معتقدند در هر حادثه و در هر سطح طبیعت یک تعیین ذاتی وجود دارد و حالت خاص هر مشاهده در سطح کوانتومی، به وسیله‌ی حالات قبلی تعیین می‌گردد. گرچه نظریه‌ی فعلی کوانتوم به ما نمی‌گوید که این تعیین از طریق چه متغییرهایی صورت می‌گیرد.

به عبارت دیگر، از دید آنان، نغض ظاهری موجبیت ناشی از ناقص‌بودن توصیف کوانتومی است. در سال ۱۹۲۳ نیز بور در مقاله‌ای که به اتفاق کرامرز و اسلیتر نوشت، تخلف از اصل علیت را پیشنهاد کرد که اندک زمانی بعد، تجارب بوته، گایگر و کامپتون ‌ـ‌ ‌سایمون آن را رد کرد. همچنین بور در سخنرانی‌ای که در سال ۱۹۲۵ در کنگره‌ی ریاضیدانان اسکاندیناویایی ایراد کرد، متذکر شد که پیشرفت فیزیک امکان یک توصیف علی منسجم از پدیده‌های اتمی را رد کرده است.

بور پس از پی‌ بردن به اصل مکملیت، موضعی میان طرد کامل موجبیت و اعتبار مطلق آن اختیار کرد. در این زمان بور اعتقاد داشت که قوانین بقای انرژی و اندازه‌ی حرکت (که مصادیق روابط علیت هستند) در صورتی دقیقاً صدق می‌کنند که از توصیف زمانی‌-‌مکانی حوادث صرف‌نظر کنیم و یا بالعکس. به عبارت دیگر، ارائه یک زمانی‌ـ‌‌مکانی و یک توصیف عِلّی دقیق برای حوادث فردی به طور همزمان امکان ندارد و یکی از این دو را باید فدای دیگری کرد. به قول بور:

« این وضعیت مخصوصاً مانع تلفیق غیر مقید مختصات زمانی‌ـ‌‌مکانی و قوانین بقای اندازه‌ی حرکت‌‌ـ‌انرژی، که توصیف تصویری و عِلّی فیزیک کلاسیک مبتنی بر آنهاست، می‌شود. بنابراین یک طرح تجربی که منظور از آن پیداکردن مکان یک ذره‌ی اتمی در یک لحظه‌ی بعدی، بعد از تعیین آن در یک زمان قبلی، است، مستلزم انتقال، غیر قابل کنترل، انرژی و اندازه‌ی حرکت به ترازوهای ثابت و ساعت‌های میزان‌شده که برای تعریف دستگاه مرجع ضرورت دارند، است. بالعکس استفاده از هر طرحی که برای مطالعه‌ی ترازمندی انرژی و اندازه‌ی حرکت که برای توجیه‌ خواص ذاتی اشیاء اتمی لازم است، مناسب باشد، مستلزم صرف‌نظر کردن از تفصیلات مختصات زمانی‌ـ‌‌مکانی ذرات سازنده‌ی سیستم است.»

ادامه دارد »»»

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

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=35910

(۱۲ نفر , میانگین : ۴,۷۵ از ۵)