دفاع از فیزیکدانی که فلاسفه او را به سخره گرفتند! - وبلاگ کلشی ها

به گزارش وبلاگ کلشی ها، از زمانی که ماکس پلانک ایده کوانتا را به دنیا معرفی کرد، فیزیکدانان در خصوص اینکه آیا واقعیت، ماهیتی ماسه مانند (کنایه از ماهیت ذره ای ماده) دارد یا آب مانند (کنایه از ماهیت موجی ماده) همیشه در حال بحث بودند. کشف معروف آقای پلانک در سال 1900 مبنی بر اینکه انرژی، ماهیتی گسسته (حداقل زمانی که جذب یا منتشر می گردد) دارد، او را بر آن داشت تا کوچکترین ذرات انرژی را کوانتا (Quanta) نام گذاری کند. درواقع پلانک بر این باور بود که وقتی نور از آتش منتشر می گردد، کوچکترین ذرات انرژی به امواج پیوسته ای تبدیل می شوند، درست همانطور که آب با توجه به ادراک انسان شبیه به مایعی یک دست و زلال به نظر می رسد. از سوی دیگر، انیشتین اصرار داشت که کوانتاهای نور به تنهایی در فضا حرکت می نمایند و همانند ذراتی که بعداً فوتون (Photon) نامیده شد، رفتار می نمایند. اما نیلز بور چه نقشی در این زمینه ایفا نموده است؟

اصل مکملیت و حاشیه های آن

در اواسط دهه 1920، هر دو دیدگاه موجی و ذره ای نور، با این پارادوکس عجیب که الکترون ها گاهی رفتار ذره ای دارند و گاهی موجی شکل، پشتیبانی تجربی به دست آورد. در همین حال و هوا بود که نیلز بور (Niels Bohr)، فیزیکدان مشهور دانمارکی و پیشگام کاوش در ساختار اتم، وارد این عرصه بحث و جدل شد. بور اعلام نمود که حل پارادوکس موجی ذره ای ماده، نیازمند دید نوی از واقعیت است که در آن هر دو مفهوم در شرح پدیده های تجربی نقش داشته باشند.

در آزمایش هایی که برای مشاهده امواج طراحی شده اند، شما تنها امواج را خواهید دید و این مساله ورای استفاده از الکترون یا نور است! به همین دلیل، در آزمایش هایی که برای مشاهده رفتار ذره ای طراحی شده است، تنها ذرات را می بینید؛ اما قسمت جالب داستان اینجاست که در هیچ آزمایشی نمی توانید هر دو را به طور همزمان مشاهده کنید. بور این دیدگاه را اصل مکملیت (Complementarity) نامید!

با توجه به همین اصل اخیراً، اسلوبودان پروویچ (Slobodan Perović) که پروفسور فلسفه است در کتاب از داده تا کوانتا (From Data to Quanta) اذعان دارد که موفقیت بور به وسیله بعضی فیزیکدانان، فیلسوفان و حتی نویسندگان علمی مورد تردید قرار گرفته است! درواقع او بیان می نماید که اصل مکملیت به عنوان یک ضمیمه نامنسجم از فلسفه ای مبهم که به زبانی نامفهوم بیان شده است، مورد تمسخر قرار گرفته است. اما همانطور که تحقیقات این استاد فلسفه نشان می دهد، چنین انتقاداتی به ندرت ریشه در درک عمیقِ دیدگاه های بور دارد.

پروویچ استدلال می نماید که اصلِ بور دانش فلسفی او را آلوده نکرده است و این تعصبات فلسفی مخالفان او است که به اشتباهات، سوء تفاهم ها و برداشت های نادرست از فیزیک ارائه شده به وسیله بور منجر شده است. بعلاوه پروویچ در این کتاب اشاره دارد که نمی توان بور را با کوشش برای درک فلسفه ذهنی او درک کرد، چراکه فلسفه او را به اصل مکملیت نرسانده است، بلکه آزمایش های تجربی مختلف چراغ راه او بودند.

پارادوکس موجی و ذره ای ماده و درک عمیق نیلز بور

انگیزه بور برای درک پارادوکس موجی و ذره ای ماده با تعهد عمیق به درک کلی از شواهد تجربی تقویت شده است. این همان رویکردی بود که بور جوان در هنگام توسعه مدل اتمی خود در سال 1913 اتخاذ کرد. درواقع آزمایش های مختلف بور در آن موقع ویژگی هایی از اتم را نمایش می داد که به نظر ناسازگار با آنچه قبلا می دانستیم به نظر می رسیدند. اما بور چنین سرنخ های تجربی ای را برای شکل دادن به نظریه ای سرآمد شکل داد که درک کاملاً نوی از اتم و ساختار آن بود.

پروویچ شرح می دهد که چگونه بور فرآیند خود را با فرضیه های سطح پایین تر که از ویژگی هایی که مستقیماً به وسیله آزمایش های قبلی ارائه شده بودند، شروع کرد. همانطور که می دانید خطوط طیفی (خطوطِ رنگی و خاصِ نور که از اتم ها ساطع می شوند!) منجر به ارائه فرضیه های اولیه ای مبنی بر اینکه بعضی از فرآیندهای ارتعاشی خود اتم یا اجزای آن، منجر به تابش الکترومغناطیسی با الگوهایی دقیقی می شوند، به جامعه علمی شد.

از طرفی فرضیه های دیگر در خصوص ساختار اتم نمی توانست چنین خطوطی را شرح دهد! پس از آن بود که ارنست رادرفورد (Ernest Rutherford) معروف، بر اساس آزمایش هایی که در آزمایشگاه شخصی خود انجام داد، استنباط کرد که بیشتر فضای اتم خالی است. درواقع از دیدگاه رادفورد، اتم حاوی یک هسته مرکزی متراکم و کوچک بود که بیشتر جرم اتم را در بر می گرفت و الکترون های سبک وزن در فاصله دوری از مرکز می چرخیدند. اما این فرضیه با الگوهای دقیق ناشی از خطوط طیفی مطابقت نداشت. از طرفی طبق اصول فیزیکی چنین ساختاری برای اتم ناپایدار خواهد بود و اگر چنین می بود باید اتم در کمتر از یک میلی ثانیه فرو می پاشید.

از میان تمام این فرضیه های متفاوت و مبتنی بر آزمایش، بور از ایده کوانتومی پلانک برای ساختن یک فرضیه سرآمد استفاده کرد. او خطوط طیفی و اتم هسته دارِ رادرفورد را در یک مدل اتمی نو با هم تطبیق داد! درواقع مدل بور به این شکل بود که در آن الکترون ها ثبات اتم را حفظ می نمایند اما می توانند از مداری به مدار دیگر بپرند و طی همین پرش ها الگوهای خاصی از خطوط طیفی را منتشر نمایند.

همانطور که پروویچ مطرح می نماید، در حالی که آزمایش های متعدد نشان می دادند که نور یک موج است، در اوایل دهه 1920 آزمایش های دیگری همانند آزمایش پرتوهای ایکس (X-rays)، نشان می داد که نور بسیار پرانرژی می تواند با الکترون ها برخورد کند؛ گویی هر دو ذره (تکانه و انرژی در برخوردها پایسته بود، همانطور که باید برای ذرات اینگونه باشد) هستند! بنابراین گویا فرضیه ی مکملیت بور، تنها راه پیش رو برای جامعه علمی به نظر می رسید.

پروویچ در سرتاسر کتاب بیان می نماید که چگونه دیدگاه بور تحت تفسیرهای نادرست قرار گزفته است. درواقع از نگاه نویسنده دیدگاه های بور به طور گمراه نماینده ای با دیدگاه های دیگران (مانند جان فون نویمان و ورنر هایزنبرگ) در هم آمیخته شده است و فلسفه اش به اشتباه به عنوان چیزی ضدواقع گرایانه به تصویر کشیده شده است! به یاد داشته باشید که بور هیچ گاه نگفته است که مشاهدات باعث به وجود آمدن واقعیت می شوند. بنابراین در زمان صحبت در خصوص اصل مکملیت باید نهایت دقت نظر را به خرج داد.

پروویچ در کتاب From Data to Quanta آنالیز کاملی از دیگر تحقیقات تاریخی در خصوص کار بور ارائه می دهد که برداشت آزادانه ای از نوشته های خود بور است. درواقع این کتاب ارائه ظریف و روشنگری از تأثیر متقابل آزمایش و نظریه در ساخت یک فرآیند علمی است، که خواندن آن را به تمامی علاقه مندان و خوانندگان این مقاله توصیه می کنیم.

منبع: Science News