تمام دانش ما در مقایسه با واقعیت،ابتدایی و کودکانه است.ولی با این حال با ارزشترین دارایی ماست.آلبرت اینشتین
 

فیزیک برای امروز و فردا

آشنایی با فیزیک و قلمرو حکومت آن

پس زمینه فلسفی اصل عدم قطعیت
ساعت ٥:٤٦ ‎ب.ظ روز جمعه ۱٢ بهمن ۱۳۸٦  

اگر از بنیادهای فلسفی اصل عدم قطعیت (uncertainly principle) , نشناختی حقیقت مطلق استنتاج گردد باید بپذیریم این اصل به هیچ روی دستاورد نوین فلسفی به همراه خود نداشته است.

طرح این مساله که "حقیقت نهایی هیچ چیز قابل ادراک نیست و هیچکسی ذره ای به کمال راه نمی یابد" ]اصول اولیه/هربرت اسپنسر[ به نوعی تکرار تعبیر هکسلی خواهد بود که تنها فلسفهء صحیح, فلسفهء لاادری Agnosticism)) است. اینکه حقیقت مطلقی در پس جهان مشاهدات وجود دارد یا نه را نمی توان مناقشهء فلسفی نوینی دانست که اصل عدم قطعیت موجد آن بوده باشد. نسب و اضافات خود متضمن امری نهایی و مطلق غیر از پدیدارهاست . از همین روست که در می یابیم " ادراک حقیقتی که در پس پدیدارها نهان است تا چه اندازه محال می باشد و چگونه از این امتناع و عدم امکان ایمانی محکم به این حقیقت پیدا می کنیم. در حالیکه به حقیقت مطلق هیچ دسترسی نداریم". خواه این عدم دسترسی به مطلق بواسطهء اخلال و آشفتگی (disturbance) در فرایند مشاهده باشد خواه به واسطهء امکان ناپذیر بودن کل گرایی (Holism) که محدودیت اجتناب ناپذیر روش شناسی methodology)) علم تجربی است.


با این وصف محدودیتی که عدم قطعیت در تعیین دقیق و همزمان موقعیت و اندازه حرکت ایجاد می کند نتیجتا ً تفاوت عمده ای با محدودیتهای ذاتی قوانین علم تجربی ندارد. علم تجربی به مقتضای طبع نمی تواند با اشیاء فی نفسه و حقیقت کامل و دست نخورده خارجی آنها سرو کار داشته باشد. جوهر و علیت و وجوب مقولات نهایی هستند تنها درباره ظواهر و پدیدارها قابل استعمال می باشند. باید گفت این مفاهیم در وصف امور فی نفسه کارایی ندارند. "با هیچ روش علمی نمی توان یکجا و یک دفعه بر کل یک پدیده احاطه پیدا کرد و همه چیز آن را دانست و سراپای آن را بررسی نمود. هر تجربه ای به قصد کاوش در چهرهء گزیده ای است و کاوش در هر چهرهء گزیده میسر نیست مگر با غفلت از چهره های دیگر و حتی دگرگون کردن آنها. برای نمونه فرض کنید دمای مقداری آب را می خواهید اندازه گیری کنید. ساده ترین راه فرو بردن یک دماسنج در آب است.

با این روش مقدار دمای آب را (چهرهء حرارتی آن را) به دست می آورید. اما سایر چهره های آب چه می شوند؟ آیا با فرو بردن دماسنج در آب و حل شدن قدری از دیوارهء شیشه ای آن در آب بر میزان نمک محلول در آب نیفزوده اید؟ آیا با بالا بردن نمک محلول, نقطه انجماد و تبخیر آن را تغییر نداده اید؟ و آیا با انحلال نمک در آن و تغییر تعادل آن مطابق با اصل لوشاتلیه  (LeChatelier) حتی خود دمای آن را هم عوض نکرده اید؟ و آیا با نزدیک کردن جرم دماسنج به آن وزن آب را تغییر نداده اید؟ و آیا .... "  ]علم چیست ؟فلسفه چیست؟/دکتر عبدالکریم سروش[ .

البته باید به این مساله اذعان نمود که عدم قطعیت ماهیتاً با آشفتگی هایی که به سبب نقص ابزار مشاهده ایجاد می شوند متفاوت است. عدم قطعیت ذاتی مکانیک کوانتومی است و کمترین ارتباطی به بهبود ابزار و وسایل مشاهده ندارد. در فلسفهء کانت هم آنچه که ما از شیء و موضوعی درک می کنیم پدیدار و یا ظاهری Phenomenon)) است که محتملاً با ترکیب واقعیت خارجی آن پیش از آنکه در ذهن ظاهر گردد اختلاف دارد. شیء فی نفسه (Noumenon) اگرچه که می تواند موضوع فکر و استدلال ما قرار گیرد ولی هرگز قابل تجربه نیست زیرا در حین تجربه در حال عبور از مجاری حواس و فکر ما تغییر شکل می دهد. فی الواقع "بزرگترین ارزش کانت هم در آن است که شیء فی نفسه را از پدیده و ظواهر آن تمییز داد. ]جهان همچون اراده و تصور/ شوپنهاور[ بر خلاف تصور و پندار عامه معنی ایده آلیسم و اصالت تصور آن نیست که چیزی جز تصور کننده وجود ندارد.

کانت نیز هرگز در وجود ماده و جهان خارج ایجاد تشکیک نمی نماید اما به وضوح به این مساله اشاره می کند که از جهان خارج چیزی به یقین نمی دانیم و آنچه که با قطع و یقین می دانیم وجود آن است. اصل عدم قطعیت ما را مجاز می دارد که بدانیم چرا تابش و ماده خصلت دوگانه دارند؟ اگر بخواهیم که موج یا ذره بودن تابش را به طور تجربی معین کنیم در می یابیم آزمایشی که تابش را به آشکار ساختن خصلت موجیش وادار می کند خصلت ذره ای آن را قویاً پنهان می کند. اگر آزمایشی ترتیب دهیم که خصلت ذره ای را نمایان کند آنگاه خصلت موجی آن پنهان می شود. "تابش و نیز ماده همچون سکه اند. می توان ترتیبی داد تا سکه هر یک از دو روی را ما می خواهیم به نمایش بگذارد.

ولی نمایش همزمان هر دو روی ممکن نیست. و این در حقیقت جوهر اصل مکمل بودن (complementarity principle)   بوهر است. مفاهیم موجی و ذره ای یکدیگر را نفی نکرده بلکه تکمیل می نمایند." ]فیزیک کوانتومی/جلد اول/ آیزبرگ/رزنیک .[این رفتار دوگانه بیانگر تضاد درونی دو خصلت نیست و اصطلاح مکملیت به خوبی از پس تبیین این مفهوم بر می آید. اصل عدم قطعیت همچنین روشن می کند که مکانیک دستگاههای کوانتومی باید الزاماً بر حسب احتمالات بیان شوند. در مکانیک کلاسیک اگر در هر لحظه مکان و اندازه حرکت هر ذره را در یک دستگاه منزوی دقیقاً بدانیم آنگاه رفتار دقیق ذرات دستگاه را در تمام لحظات بعد پیشگویی کنیم. اما در مکانیک کوانتومی اصل عدم قطعیت بیانگر این مطلب است که برای دستگاههای شامل فواصل و اندازه حرکتهای کوچک انجام این عمل از اساس غیر ممکن است. در نتیجه می توان تنها به پیشگویی رفتار احتمالی این ذرات پرداخت.

مکانیک کوانتومی از بن سرشت آماری دارد و از دیدگاه هایزنبرگ و بور نگرش احتمالاتی در فیزیک کوانتومی یک نگرش بنیادی است و در تقابل با جبرگرایی(determinism)  . کاربرد مباحث احتمال در مکانیک کلاسیک امری بیگانه نیست. برای مثال مکانیک آماری کلاسیک (classical statistical mechanics) بر مبنای تئوریهای احتمال وتخصیص احتمالات(Probability distribution)  به ‏مجموعه‏اى از رویدادها که به یکدیگر مرتبطند بنا شده اما قوانین فیزیک کلاسیک مانند قوانین نیوتن اصالتاً جبری(deterministic) هستند و تحلیل آماری صرفاً یک وسیله عملی برای کار با دستگاههای بسیار پیچیده به کار می رود. در مکانیک کلاسیک معادله های حرکت یک دستگاه با نیروهای مفروض را می توان حل نمود تا مکان و اندازه حرکت ذره در زمانهای مختلف به دست آید. کافی است موقعیت و اندازه حرکت دقیق ذره را در لحظه ای مانند t = 0 به عنوان شرایط اولیه مساله (initial conditions) بدانیم تا حرکت آتی آن به طور دقیق تعیین گردد. این مکانیک در دنیای ماکروسکوپیک پاسخگوی امور است و حرکت آتی اجسام را برحسب حرکت اولیه شان پیشگویی می کند.( اگرچه که در جریان فرایند مشاهده مشاهده گر و دستگاه با هم بر هم کنش متقابل دارند.) حرکت اجسام ماکروسکوپیک نیز طی انجام فرایند مشاهده در اثر اندازه گیری دستخوش آشفتگی می شوند که عموماً از آن صرف نظر می گردد.

مطابق با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ , در عمل و آزمایش غیر ممکن است که هر دو کمیت مکان و اندازه حرکت به طور دقیق تعیین گردند. پاسخ نظریه کوانتومی این است که می توان چنین کاری را انجام داد اما نه دقیقتر از مقداری که اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مجاز می شمارد. این اصل مشتمل بر دو قسمت است. قسمت اول به اندازه گیری همزمان مکان و اندازه حرکت مرتبط است و دقت اندازه گیری ما بالذات توسط خود فرایند اندازه گیری محدود می شود. به گونه ای که :
   ∆x p ≥ ½ Һ   

(که در آن Һ برابراست با ثابت پلانک بر π2) برای مولفه های دیگر و نیز در مورد اندازه حرکت زاویه ای روابط مشابهی وجود دارند. بنابراین اصل عدم قطعیت ذاتی مکانیک کوانتومی است و اساساً به ابزار مشاهده و در نتیجهء آن تعیین همزمان بهتر و دقیق تری از x و p ارتباطی ندارد. بعبارتی اصل عدم قطعیت بیان می دارد که حتی با وسایل ایده آل نمی توان اصولاً به دقتی بهتر از  x ∆ p≥ ½Һ∆ دسترسی داشت. همچنین نباید از یاد ببریم که در این اصل حاصلضرب عدم قطعیتها دخالت دارند. به گونه ای که هر اندازه آزمایش را اصلاح کنیم تا دقت بالاتری در اندازه گیری p داشته باشیم به همان نسبت دقت ما در تعیین دقیق x کاهش می یابد. اگر اندازه حرکت به طور دقیق معلوم باشد بدین معناست که ما همه اطلاعات راجع به موقعیت مکانی ذره را از دست داده ایم.
P = 0 ,  x = ∞ )  ∆ )
 
لذا در اندازه گیری همزمان دو کمیت x و p می توان  x و p را به طور مجزا اندازه گیری کرد و هیچ محدودیتی برای دقتی بالا وجود ندارد بلکه این محدودیت به حاصل ضرب x p∆ مربوط می باشد که این مساله بسیار حائز اهمیت است.  بیان اینکه اصل عدم قطعیت مبتنی بر حقایق تجربی است چندان دور از انصاف نیست. عدم قطعیت هایزنبرگ را می توان از اصل موضوع دوبروی استنتاج نمود که بر آزمایش تجربی استوار است. وجه تمایز فیزیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک ثابت پلانک است. کوچکی مقدار h است که عدم قطعیت را از گستره تجربیات روزمره خارج می سازد. درست نظیر کوچکی نسبت υ  به с در موارد ماکروسکوپیک که نسبیت را بیرون از تجربیات معمولی قرار می دهد. اثبات اصل عدم قطعیت همچنین برپایهء یک آزمایش ذهنی (thought experiment) منسوب به بور نیز میسر است.

این آزمایش نیز بیانگر آن است که بین مشاهده گر و مشاهده شونده همیشه بر هم کنش نامعلومی وجود دارد که برای اجتناب از این بر هم کنش هیچ راه حلی متصور نیست. در مکانیک کوانتومی تصور ما از جهان و شیوه ای که جهان به نظرمان می رسد به طور بنیادینی به هم ربط دارند. مرز میان انتزاع (Abstraction) و ما به ازاء خارجی,  مرز میان حقیقت(truth) فعلیت  (actuality)و واقعیت (reality) چندان واضح نیست و ابهامات فلسفی زیادی نسبت به این مساله وجود دارد. هرچیزی که فکر درباره آن می اندیشد چه به طور واضح مستدل باشد و یا نباشد یک واقعیت است. واقعیت ممکن است باطل کذب و یا به وضوح مدلل باشد ولی با این همه همچنان یک واقعیت است.

حقیقت Truth)) در اندیشه و بیان کریشنامورتی (krishnamurti) اندیشمند هندی به معنای حقیقتی ازلی است که فکر و اندیشه و ذهن بشر در آن دخالتی ندارد و درک Perception)) در حقیقت عملی است که ضمن آن احساساتی که به وسیله محرکهای حسی به وجود می آید برای شخص معنا و مفهوم پیدا می کند. به عبارتی ترکیبی است از عناصر ذهنی و عینی در رابطه بین فرد و محیط . بعلاوه درک یک فعالیت انتخابی است و هر کس از میان محرکهای بیشماری که از محیط دریافت می کند برخی را که مطابق علاقه و انتظار و برآورنده نیازهای اوست درک می کند. به بیان دیگر ما دنیا را آنگونه که هست نمی بینیم بل آنگونه که می خواهیم و انتظار داریم نظاره می کنیم. جان لاک دانش را مطابق بودن یا نامطابق بودن دو تصور می داند و آن را بر سه گونه می شمارد: ١_دانش شهودی  ۲_دانش برهانی ,  ۳_ دانش تجربی.

دانش شهودی ادراک بی واسطه دو تصور است. دانش برهانی ادراک با واسطه گزاره ها و دانش تجربی ادراک با واسطه حواس است. وی درباره آگاهی ما نسبت به وجود خود می گوید : "این آگاهی چنان روشن است که که نه نیازی به دلیل دارد و نه دلیلی درخور آن است".  در اینجا طرح این پرسش لازم است که آیا اخلال ناخواسته ای به نام عدم قطعیت, تنها گریبانگیر دانش تجربی است؟ آیا اشراق و شهود کشف و ادراک باطنی از آسیبهایی اینچنین مصون اند؟  آیا مفاهیم ناب (category) آزاد از تجربه وجود دارند که بی واسطه ما را از اشیاء فی نفسه آگاه نمایند؟ .   شوپنهاور در "چهار اصل دلیل کافی" مفهوم علیت را در چهار وجه تبیین می نماید. ١_در منطق به شکل حصول نتیجه از مقدمات قیاس ۲_در فیزیک به شکل تتابع علت و معلول   ٣_ در ریاضیات به شکل قوام بنا از قوانین ریاضی و مکانیک ۴_ در اخلاق به شکل حصول رفتار از نهاد و طبیعت.

"هیوم اندیشه تجربی را نه تنها درباره تصورها بلکه درباره بنیاد قضاوتهای تجربی یعنی اصل علیت نیز به کار می برد." ] درآمدی به فلسفه/دکتر نقیب زاده[ . از دیدگاه هیوم هرگونه استنتاج تجربی بر بنیاد مفهوم علیت است و از سوی دیگر خود این مفهوم بر بنیاد تجربه است. یعنی همه نتیجه گیری های تجربی بر بنیاد این فرض نهاده شده اند که همه بستگی هایی که امروز میان پیشامدها و موضوعات دریافته ایم در آینده نیز در کار خواهند بود. به بیان دیگر همان علت هایی که در گذشته معلول هایی را در پی آورده اند در آینده نیز چنین خواهند کرد. ولی پرسش اینجاست که ما از کجا به این شناخت کلی رسیده ایم؟ پاسخ هیوم این است که از سویی تنها تکیه گاه ما تجربه است و از سوی دیگر تجربه نمی تواند به استوار کردن هیچ اصل کلی بپردازد. ما هیچ تجربه ای از آینده نداریم از این رو سخن گفتن از درست بودن یک اصل در آینده نمی تواند بر بنیاد تجربه باشد.

نتیجه آنکه تعمیم منطقی تجربه ناروا و همیشه شک پذیر است. نکته دیگری که هیوم بدان می پردازد این است که آنچه در تجربه می یابیم علیت (causality) نیست بلکه موضوعات یا پیشامدهای جداگانه ای است که ما با تصور علیت آنها را با یکدیگر مرتبط می کنیم. از این رو توضیح این چگونگی را به جای منطق باید در روان شناسی و تجربه های زندگانی جستجو کنیم. بدین ترتیب هیوم روانشناسی را بدیل منطق قرار می دهد و ربط علیتی را ربطی روانشناختی می شمارد. شاید بتوان عدم موجبیت (indeterminacy principle) را با این اندیشه هیوم مشابهت داد. هیوم نیز با اینکه به انکار مفهوم علیت بر نمی آید ولی آن را نه یک اصل کلی با لزوم منطقی بلکه یک مفهوم تجربی می داند. و چون هر مفهوم تجربی را وابسته به شرایط تجربه می داند نتیجه می گیرد که این مفهوم اگرچه برای زندگی روزمره سودمند است ولی از هیچگونه ارزش نظری برخوردار نیست و اندیشه هایی که بر آن پی افکنده شده اند بی بنیادند.

"در فلسفه کانت قانون علیت یک امر تجربی نیست که بتوان آن را از راه تجربه اثبات یا ابطال کرد. بلکه پایه ای است که هر نوع تجربه ای بر آن قرار دارد و یکی از مقولات فاهمه ای که کانت آنها را پیشینی (a priori)  می نامد. اگر قانونی که به حکم آن برخی از تاثرات حسی ضرورتاً در پی بعضی دیگر بیایند وجود نداشته باشد آنگاه تاثرات حسی ما که از طریق آنها جهان را درک می کنیم چیزی جز احساسات ذهنی نخواهند بود و نظیری در عالم عینی نخواهند داشت. اگر بخواهیم به مشاهداتمان عینیت ببخشیم و شیء یا فرایندی را در عالم واقع تجربه کنیم باید این قانون را مفروض بگیریم و وجود ربط دقیقی بین علت و معلول را بپذیریم. اما علم فقط با تجربه های عینی سر و کار دارد.

تجربه هایی که دیگران نیز بتوانند درستی آن را بیازمایند... با این مقدمات مکانیک کوانتومی چگونه می تواند قید این قانون را سست کند و باز هم شاخه ای از علم باقی بماند؟" هایزنبرگ تاکید می کند که در دنیای میکروسکوپیک قانون علیت در هم می ریزد و در پاسخ به این سوال که شاید متغیرهای نهانی در کار باشند که قابل آشکارسازی نیستند و یا بیان این مطلب که _یافت نشدن علتی برای معلولی خاص دلیلی بر آن نیست که چنین علتی وجود نداشته باشد_ صراحتاً می گوید: "ما فکر نمی کنیم در این زمینه چیزی باقی مانده باشد که هنوز آن را نیافته باشیم ... طبیعت با زبان بی زبانی به ما می گوید عامل تعیین کنندهء دیگری جز آنهایی که مشخص کرده ایم وجود ندارد" .] جزء و کل/ورنر هایزنبرگ[ . آیا ابهامات فلسفی اصل عدم قطعیت به واسطه این است که لفظ و زبان مناسبی برای تحلیل منطقی آن وجود ندارد؟ و آیا می توان چنین استنباط نمود که عدم قطعیتی در خود مفهوم عدم قطعیت مستتر است؟ آیا مفهوم "اصل عدم قطعیت" که دگرگونی و اخلال ناخواسته ای در اشیاء و مفاهیم ایجاد می کند از اخلال وآشفتگی (disturbance) که خود موجد آن است مصون می ماند؟

                                                          
نویسنده: بهناز مهردار قائم مقامی - دانشجوی کارشناسی فیزیک
منبع:هوپا


کلمات کلیدی: فیزیک کوانتمی