حاشيه اي فلسفي بر مكانيك كوانتومي
نويسنده:عرفان كسرايي
e_kasraieyahoo.com

در باب تعابير فلسفي مكانيك كوانتومي سخن بسيار مي توان گفت و هيچ متني را نمي توان يافت كه دربرگيرنده همه تفكرات پيرامون آن باشد. در اين نوشتار نيز بنا به اصل گزينشي(selective)بودن مباحثي اينچنين, تنها به جنبه هاي محدودي از استنتاجات فلسفي مكانيك كوانتومي خواهيم پرداخت.با وجود آنكه غالب فيزيكدانان بر سر اين مساله اتفاق نظر دارند كه تئوري كوانتومي پاسخگوي امور است و نتايجي را پيشگويي مي كند كه مطابقت خوبي با تجربه دارند, اما هموارهمباحثات فزاينده اي پيرامون بنيادهاي فلسفي آن در جريان بوده است. يكي از رايج ترين تعابير فلسفي مكانيك كوانتومي به تعبير كپنهاگي (Copenhagen interpretation) شهرت دارد كه از سوي مبدعان اصلي و پيشگامان مكانيك كوانتومي , بوهر(Bohr) و هايزنبرگ Heisenberg)) ارائه شده است. هايزنبرگ و بوهر با شور و حرارت از اين تعبير دفاع مي كردند و سعي ميكردند آن را به قلمروهايي جز فيزيك نيز تعميم بدهند و از آن يك فلسفه تمام عيار براي حل و يا دست كم براي بيان درست همه مسائل و مشكلات فكري بسازند. مباحثات بوهر و اينشتين كه از منتقدان اصلي اين تعبير بودبخش گيرايي از تاريخ فيزيك را تشكيل مي دهد. اگرچه اينشتين سرانجام سازگاري منطقي نظريه و توافق آن با حقايق تجربي را پذيرفت اما هرگز قانع نشد كه نظريه كوانتومي حقيقت غايي را نشان مي دهد. جمله مشهور اينشتين كه "خداوند در خلقت جهان طاس نمي ريزد" به وضوح به ناخشنودي وي از كنار گذاردن عليت(causality) و رويدادهاي منفرد به سود يك تعبير صرفاً آماري اشاره دارد. در اين نوشتار, برخي ازاستدلالات مخالفان در رد تعبير كپنهاگي را تحليل خواهيم كرد. مهمترين دستاورد فلسفي تعبير كپنهاگي را مي توانطرد موجبيت دانست. به بيان ديگر غالب جستجوها براي يافتن نظريه اي بديل, به علت ايراد به عدم موجبيت فلسفي آن صورت گرفته است تا ملاحظات ديگر. بنا بر نظر اينشتين "اعتقاد به دنياي خارجي مستقل از موضوع مورد درك, پايه تمامي علوم طبيعي است". ولي مكانيك كوانتومي بر هم كنشهاي شيء و ناظر را بعنوان واقعيت غايي در نظر مي گيرد و زبان روابط فرايندهاي فيزيكي را به جاي زبان كيفيت ها و خواص فيزيكي به كار مي برد. مكانيك كوانتومي اين برداشت را نيز مردود مي كند كه در پس جهان ادراك ما دنياي عيني نهفته اي وجود دارد كه عليت(causality) بر آن حاكم است, و در عوض خود را به تشريح بين روابط بين ادراكات محدود ميكند. گروهي از فيزيكدانان از اينكه خواص عيني(objective) به ذرات بنيادي نسبت داده نشود و تنها به جنبه هايذهنيت گرايانه(subjectivity)ناظر پديده اكتفا شود اكراه دارند. هايزنبرگ در اين باره مي گويد: ما فرض نكرده ايم كه نظريه كوانتومي بر خلاف نظريه كلاسيك اساساً يك نظريه آماري است, بدين معنا كه كه از داده هاي دقيق فقط مي توان نتايج آماري بدست آورد... در فرمول بندي قانون علّى (causal law) , اگر حال را دقيقاً بدانيم آينده را نيزدقيقاً مي توانيم پيشگويي كنيم, اين استنتاج اشتباه نيست. بلكه صغري و كبري مسئله غلط است. بعنوان يك اصل ما نميتوانيم از حال با تمام جزئيات آن مطلع باشيم. به واقع اصل عدم قطعيت (uncertainly principle)بوضوح اشاره به اين مسئله دارد كه در فراين مشاهده پديده ها اخلال ناخواسته اي دخيل خواهد شد كه به هيچ روي قابل حذف نيست.

دوبروي كه بهمراه ديويد بوهم از منتقدين تعبير طرد موجبيت هايزنبرگ و بوهر مي باشد در مقدمه كتاب "از عليت وشانس در فيزيك مدرن" (from causality and chance in modern physics)چنين مي گويد:

"با توجه به سطح پژوهشهاي ميكروفيزيكي كنوني روشهاي اندازه گيري يقيناً تعين همزمان كليه مقادير لازم براي بدست آوردن تصوير ذرات نوع كلاسيك را مجاز نمي شمارند. و نيز اختلالهاي ناشي از اندازه گيري كه حذفشان غير ممكن است, عموماً پيشگويي دقيق نتيجه حاصل از اين اندازه گيري را مانع مي شوند و تنها پيشگوييهاي آماري را مجاز مي دارند. بدين ترتيب بنا نهادن فرمولهاي صرفاً احتمالاتي كاملاً موجه بود. ولي اكثريت آنان اغلب تحت تاثير مفاهيم از پيش شكل گرفته اي كه از آيين اثبات گرايانه (positivistic doctrine) ناشي مي شد, تصور كرده اند كه مي توان از اين نيز فراتر رفته و بيان داشت كه خصلت غير قطعي و نارساي دانشي كه تجربه در مرحله امروزي اش درباره آنچه كه در دنياي فيزيك ميكروسكوپي واقعا روي مي دهد در اختيار ما ميگذارد نتيجه عدم موجبيت واقعي در حاتهاي فيزيك و تحول آنهاست.

چنين تعميمي به هيچ وجه قابل توجيه به نظر نمي رسد. در آينده با درك عميق تري از واقعيتهاي فيزيكي شايد بتوان قوانين احتمال و فيزيك كوانتومي را به صورت نتايج آماري تكوين مقادير كاملاً تعيين شده اي تعبير كرد كه در حال حاضراز نظر ما پنهانند. ممكن است وسايل پرقدرتي كه اينك در شكستن ساختار هسته و آشكار ساختن ذرات جديد مورد استفاده قرار مي دهيم روزي دانش بلاواسطه اي در اختيارمان قرار دهد كه درحال حاضر در آن سطح عميق تر فاقد آنيم." اما بايد بگوييم اين خطاي اندازه گيري كه دوبروي به نقص ابزار مشاهده منتسب مي كند جزء قوانين اساسي نظريه كوانتومي است. محدوديتهاي قيد شده در اصل عدم قطعيت را نبايد به معناي نقص دستگاه هاي اندازه گيري تلقي كرد و اينگونه استنتاج نمود كه اين محدوديت روزي با پيشرفت ابزار اندازه گيري تقليل مي يابد. اين اصل قانون مهمي است كه تا زماني كه قوانين نظرية كوانتوم به شكل كنونيشان پابرجا هستند، صادق خواهد بود.مشاهده نموديم كه دليل اصلي مخالفت با تعبير كپنهاگي به مسئله عليت و موجبيت (determinism) بازميگردد. هميشه اين سوال مطرح بوده كه به راستي اعتبار درستي مسائل چيست؟ مطابق كدام منطق, تعبيري معقول و منطقي به نظر مي رسد و ديگري دور از ذهن و مغاير با عقل سليم؟ پاسخ به اين سوال تا حدودي واضح است.

منطق درستي مسائل بي ترديد به معرفت ما نسبت به برهان عليت عمومي باز مي گردد. عليت در ذهن انسان يك قانون عام و فراگير است و حاصل تجربيات او از همه حوادث و وقايع زندگي. هر مساله منطق درستي براي ادراك دارد از اين رو كه با عقيده ما راجع به عليت همخواني و انطباق دارد. به عبارتي هر چيزي كه با عليت سازگاري داشته باشد منطقي به نظر مي رسد و بالعكس.در واقع عقيده و استدلال ما در باب برهان عليت, اعتبار خود را از تجربه ما در دنياي ماكروسكوپي وام ميگيرد. اين مبحث اصالتا يك جدل معرفت شناختي (epistemology)است. زماني كه ناظر به مشاهده پديده ميپردازد و قواي معرفتي او فعال مي شوند جهان خود را مي نماياند و در اينجاست كه معرفت ناظراز جهان شكل مي گيرد. كانت به طرح اين پرسش پرداخت كه اساس رابطه اي كه آن را تصور (representation) ميناميم چيست و چگونه ميان صورتي كه من در ذهن دارم و واقعيتي كه بيرون ازمن است امكان پذير مي شود؟ ايمانوئل كانت در آنتينومي هاي كتاب نقد خرد محض(critic of pure reason) اشاره به اين مطلب ميكند كه چگونه اطلاق مفاهيم و صور عقلي زماني كه محتواي تجربي براي آنها متصور نيست مانند حيطه امور متناهي به تناقض مي انجامد و از اين روست كه چارچوب مشروع اطلاق مفاهيم تعيين مي گردند. به اعتقاد كانت نمي توانيم براي اموري همچون عليت خصلتي در خود قائل شويم و آن را صفتي عيني از صفات ابژه ها بدانيم.

علم به رابطه عليت نمي تواند علمي فطري باشد كه عقل انساني با آن سرشته شده و بر اساس آن در صدد تشخيص علت و معلولهاي خاص برمي‏آيد. بايد گفت فطري بودن هيچ علم حصولي قابل اثبات نيست و بفرض ثبوت هم هيچ ضمانتي براي مطابقت با جهان واقع نخواهد داشت. برخي ازعلوم, قريب به بداهت هستند و مي‏توان آنها را فطري ناميد (مانند علم به وجود واقعيات مادي) كه در واقع از يك استدلال خفي و نيمه آگاهانه سرچشمه مي‏گيرد. پايه اعتقاد به وجود رابطه عليت, علم حضوري (intuitive reasoning)است و ادراك شهودي مصاديق علت و معلول, مبناي اصلي براي انتزاع مفاهيم كلي علت و معلول محسوب ميگردد و درادامه به يك بديهي اوليه بي نياز از تحليل مي انجامد. اما مصاديق مادي علت و معلول قابل شناخت‏ حضوري و شهودي نيستند ونوعي استدلال واضح و منطقي در اين زمينه لازم است. "گاهي تصور مي‏شود كه براي شناختن علتهاي مادي مي‏توانچنين استدلال كرد اين پديده‏ها همواره متعاقب يكديگر بوجود مي آيند و هر دو پديده‏اي كه به اين صورت تحقق يابند اولي علت دومي مي‏باشد ولي اين استدلال تمام نيست زيرا تعاقب و تقارن اعم از عليت است و به اصطلاح كبراي قياس بصورت قضيه كليه يقيني نيست" .

ديدگاههاي منطق وجوه علي رودلف كارناپ Rudolf Carnap)) در اين زمينه اشاره به اين دارد كه اين امكان وجود دارد تلازم دائمي دو پديده كاملاً تصادفي و هيچ زنجيره علي نيز بر آن مترتب نباشد.] براي مطالعه بيشتر به كتاب "مقدمه اي بر فلسفه علم"(مباني فلسفي فيزيك) رجوع كنيد[. كارناپ مي گويد : من نيز مانند هيوم معتقدم در يك رابطة علّي هيچ ضرورت باطني وجود ندارد. اما نمي خواهم امكان به كار گرفتن نوعي مقولة ضرورت را رد بكنم، به شرطي كه اين مقوله متافيزيكي نبوده و متعلق به منطق وجوه باشد. منطق وجهي منطق ارزش راستي را با به كار گرفتن مقولاتي همچون ضرورت امكان و عدم امكان تكميل مي نمايد. بايد به دقت بين وجوه منطقي(منطقاً ضروريو منطقاً ممكن) و وجوه علّي(از نظر علّي ضروري، از نظر علّي ممكن) تفاوتي قائل بود. از ديدگاه كارناپ " در زندگي روزمره، هيچ تفاوتي ميان فيزيك كلاسيك با جبريت و فيزيك كوانتومي با معلولهاي بي قاعده و محتمل، موجود نيست. عدم حتميّت در نظرية كوانتوم بسيار بسيار كمتر از عدم حتميّت ناشي از محدوديت دانش در زندگي روزمره است.

در اينجا انسان در جهاني زيست مي كند كه توسط فيزيك كلاسيك توصيف مي شود، و در حالت اول انسان در جهاني زندگي مي كند كه توسط فيزيك مدرن وصف مي شود. بين اين دو نوع توصيف تفاوتي موجود نيست كه تأثير قابل ملاحظه اي در مسئله انتخاب آزاد و رفتار اخلاقي بگذارد. در هر دو حالت انسان نتايج اعمالش را نه با حتميّت، بلكه با درجه اي از احتمال پيش بيني مي كند، عدم تعيّن در مكانيك كوانتومي, هيچ تأثير قابل مشاهده اي بر سنگي كه انسان پرتاب مي كند، ندارد. چون سنگ مجتمع عظيمي است از ميلياردها ذره. در جهاني كه انسان زندگي مي كند عدم تعيّن مكانيك كوانتومي نقشي ايفا نمي كند. به همين دليل اين پندار را كه عدم تعيّن در سطح زير اتمي ربطي به مسئله اراده آزاد دارد، مي توان باطل دانست." ديويد هيوم در نقد خود به مسئله عليت استدلال مي كند كه هيچ دليلي وجود ندارد كه فرض كنيم ضرورتي دروني, در وقايع متواتر علت و معلول وجود دارد. واقعه اي را مشاهده مي كنيد و سپس واقعه ديگري را. آنچه كه مشاهده كرده ايد چيزي نيست جز تواتر زماني وقايع يكي پس از ديگري و هيچ ضرورتي در اينجا مشاهده نشده است.

بهتر است بگوييم عليت در مكانيك كوانتومي به مفهوم اصيل آن حذف نمي شود بلكه اين تعبير سنتي جبرگرايانه آن است كه حذف ميشود. عليت در تعريف، براين اصل استواراست كه يك واقعيتفيزيكي, بستگي به ديگري دارد و پژوهش فيزيكدانان كشف اين وابستگي مي باشد و مشاهده مي كنيم كه اين مسئله هنوز هم درمكانيك كوانتومي صادق است. اگرچه اشيا مورد مشاهده كه براي آنها اين وابستگي ادعا ميشود متفاوتند، اينها احتمالات رخدادهاي بنيادي مطرح هستند و نه خود رخدادها.هايزنبرگ نيز به اين مسئله اذعان داشت كه در اصل عدم قطعيت آنچه كه سبب ناسازگاري با عليت مي گردد در حقيقت نقص تعيين(under determinate) در مقدمه استنتاج است. به طوري كه ما نمي توانيم از وضع كنوني سيستم به طور كامل مطلع بشويم. بنابراين طبيعي است كه نتيجه به صورت محتمل درآيد. اگر عليت را به تمام و كمال به معناي قابليت پيش بيني پذيري بدانيم آنگاه مكانيك كوانتومي ناقض عليت خواهد بود. اما پيش بيني پذيريعلاوه بر اعتبار عليت عامه به دانش ما در باره طبيعت و شرايط اوليه هم نياز دارد. هيوم و بيكن و برنارد و ميل هيچكدام بر اساس عليت خدشه اي وارد نكردند. بحث آنها بيشتر تمايز ميان ضرورت منطقي و ضرورت تجربي است.

در ثاني حتي در فيزيك كلاسيك نيز كه باور عمومي بر اين است كه موجبيتي است و رفتار آينده هر سيستم منزوي را مي توان از حالت فعلي آن تعيين نمود, در موار بسياري برخورد آماري با سيستم صورت مي گيرد. مانند ديناميك گازها يا سيستمهاي هنگردي(ensemble) در مكانيك آماري. اگرچه كه در آنجا فرض را بر اين مي گذارند كه با محاسبه تك تك ذرات سيستم مي توان اطلاعات كاملي از وضع كلي سيستم بدست آورد اما بدليل دشواري محاسبه, برايند خواص اجزاي سيستم را بصورت آماري تحليل مي كنيم. ارسطو تحقق چهار علت فاعلي ,مادي, صوري و غايي را براي وقوع رويدادها ذكر كرده است. از منظر ارسطويي هرگاه اين چهار علت فراهم آيند وجود معلول بالضروره تحقق مي يابد. از اين رو قواعد مكانيك و رياضيات را مي توان به نوعي علت غايي پديده ها پنداشت. تحليل ابعادي در مكانيك كلاسيك به گونه اي است كه در ابتدا پارامترهاي موثر در يك پديده تعيين و مطابق با نظريه پي بوكينگهام ارتباط ميان پارامترهاي مستقل و وابسته مشخص مي گردد.

در اين روش ابتدا تمام پارامترهايي كه گمان مي كنيم بر پديده موثرند را فهرست مي كنيم. در صورتي كه نسبت به تاثير يك پارامتر در وقوع پديده ترديد وجود داشته باشد باز هم آن پارامتر را وارد مي كنيم. اگر پارامتر به پدبده مربوط نباشد پارامتر اضافي Π ظاهر مي گردد. اين پارامتر كه در نهايت مشخص مي گردد هيچ تاثيري روي پديده فيزيكي ندارد در رابطه نهايي كه مي خواهيم بدست آوريم وارد نميشوند. يا اينكه در نهايت يك گروه بي بعد بيشتر به دست مي آيد كه آزمايش نشان مي دهد آنها اضافي هستند. در هر صورت آنچه مسلم است امكان دارد متغيرهاي نهان در پديده ها موثر باشند و از نظر ما مغفول مانده باشند. ديويد بوهم كه از منتقدين تعبير كپنهاگي است همواره به دنبال نظريه كوانتومي بديلي بود كه فاقد عدم قطعيت باشد. او براي رد عدم قطعيت, يك جمله به معادله شرودينگرErwin Schrödingerكه تعبيري بالنسبه جبرگراترازمكانيك كوانتومي بود اضافه نمود.

−h² [∂² ψ (x,t)] / 2m∂x² + V(x,t) ψ (x,t) = ih ∂ψ (x,t)/∂t

اگر مقادير مجموعه كامل كميتهاي يك حالت براي زمان t داده شده باشد،آنگاه تابع موج كوانتومي دستگاه براي زمان t به طور منحصر به فرد تعيين مي گردد. اين تابع موج، در مكانيك كوانتومي نقشي شبيه به توصيف حالت در مكانيك كلاسيك بازي مي كنند. فرم رياضي معادله شرودينگر شبيه به يك قانون جبري است. از اين رو اگر تابع موج كوانتومي را نمايش كامل حالت آني بدانيم،بايد بگوييم جبريت درمكانيك كوانتومي نيز حفظ ميشود.

اضافه كردن يك جمله به معادله شرودينگر توسط بوهم اگرچه عدم قطعيت در مكان و اندازه حركت را از ميان مي برد اما اين كار مستلزم در نظر گرفتن متغيرهايي است كه قابل آشكارسازي نيستند. بوهم اين جمله اضافه شده به معادله شرودينگر را " پتانسيل كوانتومي" مي نامد. البته نه اينشتين و نه خود بوهم اين اصلاحيه بوهم بر مكانيك كوانتومي را كه فقط به جهت خلاصي از عدم قطعيت صورت مي گرفت جدي تلقي نكردند. في الواقع نظريه بوهم هيچ برتري خاصي نسبت به فرم پيشين مكانيك كوانتومي ندارد وتنها از اين جهت مورد توجه برخي قرار گرفته كه چالشي براي تابوي عليت وناخرسندي براي اذهان عليت باور,ايجاد نمي نمايد. تعابير جديدتر از مكانيك كوانتومي نسبت به مسائل مطروحه در چند سال اول ارائه آن به مراتب پيچيده تر است. تعابير يوجين ويگنر(eygene wigner) و نيز مبحث جهان هاي موازي اورت(Everett) بنيادهاي فلسفي ذهن بشر را دگرگون كرده اند. آيا ميتوان تصور كرد كه روزي انسان به دانشي بلاواسطه ازحقيقت مطلق دست يابد و به دغدغه فلسفي كهني چون پرسش از چندي و چوني مثل افلاطوني,گوهر اسپينوزايي و ذات و نومن كانتي خاتمه دهد؟ هنوز هيچكس پاسخ اين پرسش را نمي داند.