تجربه گرایی و ایده پردازی فیزیکی از دیدگاه اینشتین



تجربه گرایی و ایده پردازی فیزیکی از دیدگاه اینشتین

مترجم: احمد رازیانی
منبع:راسخون

چکیده: در میان فیزیکدانان معاصر کمتر کسی است که به اندازه اینشتین به مسائل فلسفی طبیعت شناسی پرداخته باشد. ما در اینجا به طرح برخی از این مسائل که اینشتین به آنها توجه خاصی مبذول داشته است می‌پردازیم.

۱٫ امکان شناخت طبیعت

اینشتین معتقد بود که شناخت جهان طبیعت ممکن است، و این امر را یک معجزه و یک سر جاودانی می‌دانست به عقیده‌ی او، اینکه ما می‌توانیم به تجارب حسی‌مان با تفکر نظم بدهیم امری است که ما را به وحشت می‌اندازد؛ می‌توان گفت که راز ابدی جهان قابل درک بودن آن است. از دید اینشتین یکی از چیز‌هایی که کانت خوب فهمیده بود این بود که قبول واقعیت جهان خارج بدون امکان شناخت آن بی‌معنی است. او معتقد بود که طبیعت، تحقق ساده‌ترین اندیشه‌های ریاضی قابل تصور است و ما با خلق مدل‌های ریاضی و تطبیق آن‌ها با تجارب حسی، سرانجام می‌توانیم نمایشی درست از جهان طبیعت به دست آوریم.

۲٫ ابزار شناخت طبیعت

اینشتین می‌گوید بسیاری از پیشینیان فکر می‌کردند که دانش ما درباره طبیعت صرفاً زاییده‌ی تجارب حسی است و برای قدرت خلاقه‌ی ذهن انسان نقشی قائل نبودند. نیوتون فکر می‌کرد که مفاهیم اساسی (نظیر جرم و شتاب و نیرو) و قوانین مکانیک نیوتونی را می‌توان از تجربه استنتاج کرد و منظور او از جمله فرضیه‌ها ساخته من نیست نیز همین بود. او خود می‌دانست که مفهوم فضای مطلق را از دنیا خارج نگرفته است، و در مورد نیروی مؤثر از راه دور نیز آرامش خاطر نداشت با جود این، موفقیت مکانیک نیوتونی همه را از تشخیص هویت ذهنی مبانی این دستگاه غافل کرد. در قرن نوزدهم نیز نظر اکثر فیزیکدان‌ها این بود که تمام اطلاعات فیزیک صرفاً نتیجه تجارب حسی است. نادرستی این عقیده پس از عرضه شدن نظریه نسبیت عام آشکار شد، زیرا معلوم شد که این نظریه می‌تواند حقایق تجربی بیشتری را به نحو رضایت ‌بخش‌تری توضیح دهد. بنابراین نظریه‌ای که می‌گوید اصول و قوانین علوم نظری از تجربه استنتاج می‌شود، درست نیست. البته تجربه می‌تواند در گزینش مفاهیم مؤثر باشد، اما مسلماً مفاهیم فیزیکی را نمی‌توان از آن استنتاج کرد. اصول فیزیک نظری، زاییده فعالیت‌های آزاد مغز انسان است که فرضیه می‌سازد و نظریه ارائه می‌دهد. منتها باید دنبال آن نظریاتی رفت که نتایج حاصل از آن‌ها تجارب حسی را توجیه کند، زیرا مطابقت با تجربه شرط لازم برای صحت هر نظریه است. این که استوارت میل می‌گوید راهیابی به دانش از طریق استقرار میسر است درست نیست. هیچ تجربه‌ای نیست که بتوان حتی مفاهیم ساده‌ای نظیر عدد را از آن مستقیماً نتیجه گرفت و البته مفاهیم فیزیکی را نمی‌توان از تجارب حسی و از طریق استقراء به دست آورد.
از نظر اینشتین، فیزیک نظری یک دستگاه منطقی است که زاییده‌ی مغز انسان است و دائماً رو به تکامل می‌رود. اعتبار این سیستم به این است که نتایج حاصل از آن با تجارب حسی سازگار باشد. اما جالب این است که هر چه ما پیش‌تر می‌رویم، از یک طرف شالوده‌های منطقی این دستگاه ساده‌تر می‌شود و از طرف دیگر فاصله این شالوده‌ها با نتایجی که قابل تطبیق با تجربه هستند بیشتر و بیشتر می‌گردد. فیزیک یک نظام فکری – منطقی در حال تکامل است که شالوده آن را نمی‌توان چکیدهای دانست که به روشی استقراریی از تجربه به دست آمده باشد بلکه فقط از راه ابداع وآفرینش آزاد می‌توان به آن رسید. حقانیت این منوط به تأییدی است که تجربه‌های حسی از احکام مستنتج از آن می‌کند و تنها از این راه است که می‌توان به روابط میان این احکام و تجربه‌های حسی پی برد. تکامل این نظام در جهت سادگی بیشتر شالوده منطقی پیش می‌رود. برای پیشبرد این هدف باید این واقعیت را پذیرفت که فاصله شالوده منطقی از واقعیت تجربی پیوسته بیشتر می‌شود و مسیر فکری ما، از شالوده بنیادی به احکام استنتاج شده‌ای که به تجربه‌های حسی ما مربوط می‌شوند پیوسته دشوارتر و طولانی‌تر می‌گردد.
اینشتین عقیده داشت که اسرار طبیعت نهفته است و راه مشخص و معینی برای دستیابی به آنها وجود ندارد. تنها با به کار انداختن فکر و استفاده از حدس و شهود می‌توان به مفاهیم مناسب و اصول حاکم بر جهان طبیعت پی برد. ساختارهای ریاضی وسیله مناسبی برای بیان مفاهیم و قوانین طبیعی هستند و البته سازگاری با تجربه، شرط لازمی برای مفید بودن یک ساختاری ریاضی است. تجاربی که تا کنون داشته‌ایم به ما این اجازه را می‌دهند که طبیعت را مصداق ساده‌ترین اندیشه‌های ریاضی قابل تصور بدانیم. من قانع شده‌ام که نمی‌توان با استفاده از ابزارهای ریاضی محض، مفاهیم و قوانین مرتبط کننده آنها را، که کلید شناخت طبیعت هستند، به دست آورد. آزمایشها ممکن است ملهم از مفاهیم ریاضی مناسب باشند، اما به طور قطع نمی‌توان این مفاهیم را از تجربه استتناج کرد. البته آزمایش همچنان یگانه معیار مفید بودن ساختار‌های ریاضی خواهد بود، اما خلاقیت در جنبه‌‌‌ی ریاضی مطلب است. بنابراین به یک اعتبار، من عقیده دارم که، همان طور که قدماً تصور می‌کردند فکر محض می‌تواند به درک واقعیت نایل شود.
در عین حال، اینشتین عقیده داشت که توجه صرف به تجارب حسی موجود کافی نیست و فیزیکدانان نظری باید دنبال ساختن طرحی ساده و زیبا و کلی باشد و این طرح با اصول جهان شمولی که مورد قبول اوست، ناسازگاری نداشته باشد. اینشتین خود به این روش پایبند بود و در ساختن نظریه‌ها بیشتر به اصول توجه می‌کرد تا ساختن نظریه‌‌ای که بتواند نیاز‌های روز را برآورده کند. خود او گفته است که آزمایش مایکلسون – مورلی محرکش در ساختن نظریه نسبت خاص نبوده است، بلکه به این علت به دنبال ساختن چنین نظریه‌ای رفته که، بر مبنای اصولی کلی، به حرکت مطلق اعتقاد نداشته و از طرف دیگر این اعتقاد را با نظریه الکترودینامیک ماکسول سازگار نمی‌دیده است. بنابراین در جهت رفع این نقیصه بوده که او به نظریه نسبیت خاص دست یافته است. همین طور رفتن او به دنبال ساختن نظریه نسبت عام، در اثر این نبوده است که آزمایش‌ اقتضای آن را داشته باشد بلکه به خاطر این بوده که او نسبیت خاص را یک نظریه جهانشمول نمی‌دیده است.
دیراک در یک مقاله، پس از ارائه موفقیت‌های درخشان نظریه نسبیت عام از لحاظ مطابقت با تجربه اظهار عقیده می‌کند که حتی اگر در آزمایشی نتایج نسبیت عام با تجربه سازگار در نمی‌آمد، باز هم اینشتین این نظریه را غلط نمی‌پنداشت. خود دیراک نیز معتقد است که یک چنین نظریه‌‌ای زیبایی نمی‌تواند کاملاً غلط باشد و اگر در جایی نوعی ناسازگاری مشاهده شود به خاطر این است که در کاربرد نظریه از نکته یا نکاتی غفلت شده است. واقعیت این است که مجهولات، بسیار زیادند و بنابراین اگر ناسازگاری‌هایی دیدیم نباید ناراحت شویم و نباید به خاطر این ناسازگاری‌ها یک نظریه‌ی زیبا را که در اثر برداشتی شهودی از طبیعت به دست آورده‌ایم کنار بگذاریم. ممکن است این ناسازگاری‌های بر اثر عواملی باشد که بعداً کشف می‌شوند. در تأیید این برداشت دیراک از نظرات اینشتین، کافی است که مطلبی که خانم روزنتال – اشنیدر نقل می‌کند توجه کنیم. او می‌گوید که یک روز در پاییز ۱۹۱۹، اینشتین به هنگام گفتگو با وی، تلگرافی را به او نشان داد که حاکی از تأیید تجربی پیش‌بینی نظریه نسبت عام – در مورد انحراف نور ستارگان توسط خورشید – بوده است. خانم روزنتال از این که این پیش‌‌بینی با تجربه سازگار درآمده است اظهار شعف می‌کند، اما اینشتین با خونسردی می‌گوید: من می‌دانستم که این نظریه صحیح است. خانم روزنتال می‌پرسد: اگر آزمایش این نظریه را تأیید نکرده بود چه می‌شد. جواب اینشتین حاکی از این بوده که به هر حال او در صحت این نظریه تردیدی نمی‌کرده است (گر چه از آن در ساخت جهان استفاده نشده باشد). به هر حال، به نظر اینشتین این اشتباه است که توصیف نظری را صرفاً به تجارب حسی وابسته کنیم. از نظر او تطبیق نتایج یک نظریه با آزمایش‌ها در یک زمان دلیل بر صحت آن نظریه نیست، چنانکه مکانیک نیوتونی برای زمانی طولانی‌ تمام آزمایش‌ها را توجیه می‌کرد. به همین دلیل، اینشتین ‌معتقد بود که توفیق مکانیک کوانتومی‌ در زمان حاضر دلیل بر کامل بودن آن نیست.
کارل پوپر می‌گوید: اینشتین روی من تأثیر زیادی گذاشت. حتی می‌توانم بگویم که کار عمده‌ی من این بود که برخی از نکاتی را که در آثار اینشتین به طور ضمنی موجود بوده است، صریح و آشکار کنم… مهمترین تأثیری که اینشتین‌ روی من گذاشت این بود که او نه تنها نظریات خودش را خوب مورد نقد قرار می‌داد و می‌خواست محدودیت‌های آن‌ها را دریابد، بلکه درمورد هر نظریه‌ای که ارائه می‌داد، متذکر می‌شد که تحت چه شرایطی نظریه‌اش را ناسازگار با تجربه خواهد دانست و آن را کنار خواهد گذاشت… این دید مرا به نظریه‌‌ام در مورد عدم تقارن منطقی بین تأیید و ابطال، یا طرد نظریه‌ها رهنمون شد، نظریه‌ای که می‌گوید نظریه‌ها هرگز تأیید شدنی نیستند، اما ابطال شدنی هستند.
جالب این است که اینشتین‌خودش در ابتدای ورود به تحقیقات نظری، دیدگاه پوزینیویستی ماخ را داشت. ماخ معتقد بود که قوانین علم این خاصیت را دارند که حقایق تجربی پراکنده را به صورتی مختصر بیان می‌کنند. مفاهیم علمی‌همگی از تجربه گرفته شده‌اند و کار علم این است که به نتایج تجربی نظم و ترتیب بدهد اینشتین ‌می‌گوید: معرفت‌شناسی ماخ در ابتدا روی من هم زیاد اثر گذاشت، اما امروز می‌بینم که این نظریه غیر قابل دفاع است.
اینشتین ‌می‌گفت: کار ماخ در واقع ساختن یک کاتالوگ است، نه یک دستگاه فیزیک نظری، و همین بینش باعث شد که او وجود اتم را منکر شود و نظریه ‌نسبیت خاص را رد کند، زیرا آنها را منحصراً نظری می‌دانست، اما او غافل از آن بود که سایر نظریه‌ها هم این خاصیت را دارند. منتهی در بعضی از آن‌ها فاصلۀ نظریه تا نتایج قابل مقایسه با آزمایش زیاد است و در بعضی کم.
پوپر می‌گویند که اینشتین‌ به او گفته است از اینکه زمانی دیدگاه پوزیتیویستی راتشویق کرده متأسف است، و این بینش را نه تنها اشتباه می‌داند بلکه آن را خطرناک به حساب می‌آورد؛ هم برای علوم فیزیکی و هم برای فلسفه. به نظر او رشد علوم متوقف بر ساختن نظریه‌هایی است که با تجربه فاصله زیاد دارند، منتهی باید عناصر صرفاً نظری نظریه‌مان را با تجربه کنترل کنیم و رشد دانش از طریق فکر و شهود و بحث ممکن می‌شود.
به طور خلاصه، نظر اینشتین‌ در مورد ابزار شناخت این بود که هرچه نظریه پیشرفته می‌شود واضح‌تر می‌گردد که با شروع از حقایق تجربی، نمی‌توان معادلات اساسی (مثلاً معادلات میدان ثقل معادله‌ی شرودینگر در مکانیک کوانتومی) را به دست آورد. به طور کلی می‌توان گفت که رسیدن از جزئی به کلی از طریق حدس و شهود انجام می‌گیرد و وصول از کلی به جزئی از طریق استدلال منطقی .

۳٫ اصول راهنما در شناخت طبیعت

دیدیم که به عقیدۀ اینشتین وظیفه‌ی اساسی فیزیکدانان این است که قوانین اساسی حاکم بر جهان طبیعت را به دست آورد؛ قوانینی که به کمک آن‌ها بتوان تمام پدیده‌های طبیعی را توضیح داد. همچنین او معتقد بود که راهی مشخص و منطقی برای رسیدن به این هدف وجود ندارد، بلکه باید از فکر آزاد و حدس و شهود استفاده کرد و البته پدیده‌های طبیعی خود کمک خواهند کرد که فیزیکدان به نظام یگانه دست یابد و این همان چیزی است که لایبنسیتس آن را هماهنگی از پیش مستقر خوانده است.
این علاقه اینشتین‌ به پیدا کردن قوانین جهانی و تأکیدی که روی این مطلب داشت در میان معاصران او نیز بی‌نظیر بود. او واقعاً علاقه به فهم طبیعت داشت و منظورش فقط توجیه تعددی تجربه‌ی حسی نبود. فیلیپ فرانک درمقاله‌ای که در ۱۹۴۹ نوشته است می‌گوید: در حدود ۱۰ سال پیش از اینشتین ‌پرسیدم که چرا تعداد زیادی از کشیش‌های وابسته به فرق مختلف، نسبت به نظریۀنسبیت علاقه‌مند می‌کنند. اینشتین جواب داد که طبق برآورد او، ، تعداد کشیشهایی که به نظریه‌ی نسبیت علاقمند هستند بیشتر از فیزکدانهاست. من که از این حرف تعجب کرده بودم پرسیدم چطور چنین چیزی ممکن است؟ او با تبسم جواب داد که این به خاطر این است که کشیش‌ها به فهم قوانین عام طبیعت علاقمندند ولی فیزیکدان‌ها غالباً چنین نیستند.
از طرف دیگر اینشتین عقیده داشت که در جریان این کاوش نظری (همراه با تجربه) برای پیدا کردن قوانین عام جهان فیزیکی، باید برخی اصول را رعایت کرد و دستگاه نظری مورد پذیرش باید تعدادی مشخصات خاص داشته باشد. ما در اینجا با استفاده از آثار او به ذکر مشخصات یک نظریۀ قابل قبول و به اصولی که باید در آن ملحوظ شده باشد می‌پردازیم.

۴٫ مشخصات یک دستگاه معتبر فیزیک نظری

۱٫۴ سادگی و زیبایی

جان ویلر می‌گوید که یک بار ا اینشتین ضمن صحبتی که در پرینستون کرد گفت قوانین فیزیکی باید ساده باشند. یکی از حضار از او پرسید اگر ساده نباشند چه می‌شود؟ اینشتین‌ جواب داد که در این صورت علاقه‌ای نخواهم داشت.
دیراک نیز نقل می‌کند که اینشتین عقیده داشت زیبایی شالودههای ریاضی یک نظریه، بسیار مهم‌تر از سازگار نتایج آن با تجربه است. در اینجا این سؤال مطرح می‌شود که منظور از سادگی و زیبایی در این گونه موارد چیست؟ به این سؤال جواب‌های مختلف داده شده است که بسیاری از آن‌ها خالی از اشکال نیست. چیزی که مسلم است این است که اکثر دانشمندان علوم طبیعی به تعریف این کلمات نپرداخته‌اند و به برداشت شهودیی که از این کلمات داشته‌اند اکتفا کرده‌اند. ما در اینجا برای اینکه از دیدگاه اینشتین‌ نسبت به این مسأله آشنا شویم از شواهد موجود استفاده می‌کنیم. ماکس بورن می گوید که یک بار اینشتین نسخه‌ای از کتاب فلسفه طبیعی، علت و شانس خود بورن را با حواشیی که بر آن افزوده بود برایش فرستاد در این کتاب بورن گفته بود: نسبت به مسأله سادگی، در بسیاری از موارد عقاید متفاوتی وجود دارد. (مثلاً) آیا قانون ثقلی که اینشتین پیشنهاد کرده ساده‌تر است یا قانون نقل نیوتون. ریاضیدان‌ها می‌گویند قانون اینشتین‌، زیرا نظر آن‌ها به سادگی مبانی است‌؛ زیرا نظر آن‌ها به سادگی میانی است ‌در جای که دیگران قانون اینشتین‌ را مشکل‌تر می‌بینند، زیرا از مشکل بودن ساختار (ریاضی) آن هراسناکند. اینشتین در حاشیه افزوده بود: چیزی که اهمیت دارد سادگی مبانی از لحاظ منطقی است.
بورن، که بینشی پوزیتیویستی داشته، به حاشیه اینشتین عبارت زیر را افزوده است: من به عنوان یک ریاضیدان مجرب این را تأیید می‌کنم، اما نمی‌توانم رأی طرف مقابل را محکوم کنم. به هر حال مهم این است که کدام یک از این دو با تجربه سازگارتر است، نظر نیوتون با نظر اینشتین. همچنین در سال ۱۹۱۴ مباحثه‌ای بین اینشتین و پلانک در گرفت مبنی بر اینکه آیا فیزیکی که حرکت شتابدار را پایه قرار می‌دهد ساده‌تر است یا فیزیکی که حرکت بدون شتاب را مبنا می‌گیرد؟ اینشتین به اولی معتقد بود و پلانک به دومی.
این مثال‌ها نشان می‌دهد که منظور اینشتین از سادگی یک قانون یا نظریه، ساده‌بودن مبانی منطقی (یعنی کم بودن تعداد مفاهیم بنیادی و روابط میان آنها) و کلی بودن آن است، و چون ریاضیات زبان بیان قوانین فیزیکی است باید مبانی نظریه واجد سادگی ریاضی توأم با کلیت باشد. بدین ترتیب اینشتین به هنگام نوشتن روابط تبدیل برای نسبیت خاص، از تبدیلات خطی شروع کرد و به هنگام کار روی نسبیت عام دنبال این بود که ساده‌ترین قانون کوواریانت (هموردا) را برای یک فضای ریمانی به دست آورد.
در مورد زیبایی، ما در اینجا برای پرهیز از طرح مجادلات وارد تعریف آن نمی‌شویم. همین قدر می‌گوییم که این صفتی است که از مشخصات عمده‌ی آن وجود یک یا چند تا از این خصوصیات زیر است: سادگی، تناسب اجزاء نظم و ترتیب، تقارن، … و اینها مشخصاتی است که اینشتین روی آن‌ها تأکید داشته است. مثلاً در اولین مقاله‌ای که او (در ۱۹۰۵) درباره‌ی نسبت خاص نوشت متذکر شد: … الکترودینامیک ماکسول، آن طور که عموماً در زمان حاضر آن را می‌فهمیم در مورد اجسام تحرک به نتایجی غیر متقارن منتهی می‌شود، و این چیزی است که به نظر نمی‌رسد در پدیده‌ها موجود باشد. و در موردی دیگر متذکر شد: تمام این کوشش‌ها مبتنی بر این اعتقاد است که هستی ساختاری کاملاً هماهنگ دارد.
هانس اینشتین (فرزند اینشتین که استاد هیدرولیک در دانشگاه کالیفرنا در برکلی بود) می‌گوید که ستایش پدرش از یک نظریه یا یک اثر خوب، بر مبنای صحت و با دقت آن نبود، بلکه بر مبنای زیبایی آن بود.

۲٫۴ وحدت و جهان شمولی

اینشتین عقیده داشت که علم باید قوانینی جهانشمول که حاوی کمترین تعداد ممکن مفاهیم و روابط است به دست بدهد، قوانینی که از روی آن‌ها بتوان تصویری از تمام پدیده‌های طبیعی به دست آورد: هدف علم از یک سو درک هر چه کاملتر ارتباط میان تمامی‌تجربیات حسی است، و از سوی دیگر تحقق این هدف است با استفاده از کمترین شمار مفاهیم و روابط اولیه (تا حد امکان در پی وحدت منطقی تصویر جهان، یعنی قلت اجزای منطقی بودن ) … بدین ترتیب این رشته ادامه پیدا می‌کند تا به دستگاهی می‌رسیم که بیشترین وحدت قابل تصور را همراه با کمترین شمار مفاهیم و شالوده‌های منطقی داراست و در عین حال با مشاهداتی که به وسیله‌ی حواس ما صورت می‌پذیرد سازگار است.
یک چنین دستگاهی از دید اینشتین‌ علّی است، تمام نیرو‌ها در آن یک منشأ دارند و تمامی‌ذرات فیزیکی جواب‌های خاص آن هستند و تمامی‌اصول فعلی فیزیک از معادلات آن نتیجه می‌شوند. در چنین دستگاهی جایی برای ثابت‌های بدون بعد، که مقادیر آن‌ها را تجربه تعیین می‌کند وجود ندارد، زیرا در غیر این صورت، این امکان پیش می‌آید که جهان می‌توانست با قوانینی دیگر خلق شده باشد (چیزی که کانت به آن معتقد بود. او گفته بود که خداوند می‌توانست قانون جاذبه‌ای غیر قانون جاذبه‌ی نیوتنی بر جهان حاکم کرده باشد. مثلاً نیروی ثقلی متناسب با معکوس مکعب فاصله‌ی بین دو ذره) .
یکی از چیز‌هایی که اینشتین از همان ابتدای کار‌های نظری خود به آن توجه مخصوص داشت، جهان شمولی قوانین طبیعی بود. انتقاد او به اغلب گذشتگان نیز این بود که آن‌ها سعی داشتند با فرض‌های مستقل، بخش‌های متفاوتی از حقایق عالم را توضیح بدهند. اما او خود دنبال قوانینی بود که جهانشمول باشند، و برای رسیدن به چنین هدفی در دو بعد کار کرد: یکی استفاده از مفهوم کوواریانس (همردایی)، یعنی یکسان بودن شکل قوانین فیزیکی برای همه‌ی ناظران، و دیگر، وحدت همه‌ی بخش‌های فیزیک. اینشتین ‌از اینکه می‌دید قوانین الکترودینامیک ماکسول، تحت تبدیلات گالیله، برای ناظران واقع در دستگاه‌های مختصات مختلف شکل‌های متفاوت دارند ناراضی بود و دنبال تبدیلاتی می‌گشت که این اشکال رابرطرف کند بعد از اتمام کارش روی نظریه نسبیت خاص نیز، با اینکه همه‌ی آزمایش‌های موجود آن را تأیید می‌کرد و همه از آن راضی بودند، او از امتیاز خاصی که به حرکت یکنواخت داده شده بود رضایت نداشت و لذا دنبال نسبیت عام رفت تا قوانینی به دست اورد در همه ی دستگاهای مختصات به یک شکل باشند.
مساله دیگری که اینشتین را رنج میداد، عدم انسجام میان بعضی از بخشهای مهم فیزیک بود. او بعد از پایان کارش روی نسبیت عام می‌دید که باز در فیزیک دو قلمرو کاملاً مستقل از هم وجود دارد: یکی حوزه ثقل ودیگری حوزه‌ی الکترومغناطیس. او می‌دید که باید جملاتی را که بر وجود میدان الکترومغناطیسی دلالت می‌کند به طور دستی در معادلات بنیادی میدان ثقل وارد کرد، و این با توجه به پیوستگیی که او بین اجزا طبیعت می‌دید برایش قابل هضم نبود، و لذا دنبال هندسه‌ای عام‌تر رفت که هر دو میدان مزبور را در برداشته باشد.

۵٫ اصول جهانی

۱٫۵ اصل علیت عمومی‌

این اصل می‌گوید که هر حادثه باید علتی داشته باشد. از این اصل نتیجه می‌شود که رابطه بین علت و معلول یک رابطه ضروری است (دترمی‌نیسم با وجوب ترتّب معلول بر علت) و از علل یکسان، همواره معلولات یکسان نتیجه می‌شود (سنخیت بین علت و معلول) .
این یکی از اصولی بود که اینشتین از ابتدا رعایت آن را ضروری می‌شمرد، و در واقع از معدود چیز‌هایی بود که او از مکانیک نیوتونی نگه داشت. وی در نامه‌ای که به مناسب دویستمین سالگرد وفات نیوتون به منشی انجمن سلطنتی انگلیس نوشت چنین گفته است: این تنها در نظریه‌ی کوانتوم است که روش دیفرانسیلی نیوتون کفایت نمی‌کند و در واقع علیت اکید معتبر نیست. اما هنوز حرف آخر زده نشده است. امید است که روح نیوتون به ما این قدرت با ببخشد که وحدت بین واقعیت فیزیکی و عمیق‌ترین خاصه‌ی تعلیمات نیوتون، یعنی علیت اکید، را دوباره برقرار کنیم .
او در مقاله‌ای که درباره نسبت عام نوشته متذکر شده است که برای وی در ابتدا پذیرش برخی از نتایج نسبیت عام قابل قبول نبود. چون آن‌ها را با علیت ناسازگار می‌دید، اما پس از دو سال کار طاقت فرسا به این نتیجه رسید که توهمش بیهوده بود است و تناقضی در کار نیست، و انگاه به نشر نظریه نسبیت عام پرداخت.
اینشتین در ۱۹۱۶ محاسباتی انجام داد که رابطه بین تشعشع اتم‌ها و جذب نور توسط آن‌ها را بیان می‌کرد. در این محاسبات اینشتین با دو نوع تشعشع مواجه شد: یکی تشعشع در اثر وجود میدان الکترومغناطیسی و دیگری تشعشعی که ظاهراً نمی‌شد برای آن عاملی در نظر گرفت. در تشعشع نوع اخیر طبق نظریه‌ی مزبور، نه تنها زمان تشعشع نور دقیقاً معلوم نیست، بلکه جهت حرکت فوتون را هم نمی‌شود به طور دقیق معین کرد این بود که اینشتین متذکر شد: ضعف این نظریه این است که از یک طرف …. و از طرف دیگر، زمان و جهت پدیده‌های بنیادی را به عهده‌ی شانس می‌گذارد.
در ۱۹۲۴ بور، کرامرز، و اسلیتر مقاله‌ای نوشتند که در آن اصل بقای انرژی و اندازه حرکت را برای رویدادهای بنیادی اتمی‌طرد کردند و بر آن شدند که عبور اتم از یک حالت اتمی‌به حالت دیگر تابع قوانین آماری است. اینشتین در این مورد نامه‌ای به بورن نوشت و در آن متذکر شد. عقیده بور درباره‌ی تشعشع، خیلی توجه مرا جلب کرده است. اما من نمی‌توانم علیت اکید را ترک کنم بدون آنکه محکم‌تر از گذشته از آن دفاع کرده باشم. برای من قابل تحمل نیست که یک الکترون که تحت تأثیر اشعه (الکترومغناطیسی) قرار گرفته است، نه تنها زمان عبور (به حالت دیگر)، بلکه جهت حرکتش را نیز خود اختیار کند. در این حالت من ترجیح می‌دهم که یک پینه دوز و یا یک کارمند قمارخانه باشم تا یک فیزیکدان .
بعد از پیدایش نظریه‌ی کوانتوم و ارائه‌ی تعبیر آماری آن توسط بورن، که حاکی از طرد اصل علیت و عدم حکمفرمایی دترمی‌نیسم در دنیای اتمی‌بود، اینشتین بنای مخالفت با این نظریه را گذاشت. او حرفش این بود که قوانین اساسی فیزیک قطعی هستند- نه آماری، و متوسل شدن به قوانین آماری یا به این دلیل است که با تعداد زیادی ذرات سر و کار داریم و یا آنکه از قوانین قطعی علی خبر نداریم. او در این مورد خود را غریب می‌دانست و معتقد بود که وضعیتش شبیه وضعیت لایپ نیتس در مورد فضای مطلق مکانیک نیوتونی است. وی در نامه‌ای که به کارل سیلنگ نوشت گفت: عقیده من درباره‌ی اصول فیزیک با عقیده غالب علمای معاصر فرق دارد و بنابراین نمی‌توانم سخنگوی فیزیکدان‌های نظری باشم. مخصوصاً من برای فرمولبندی قوانین به صورت آماری ضرورتی نمی‌بینم. و در نامه‌ای به جیمز فرانک نوشت: من در بدترین شرایط، می‌توانم قبول کنم که خداوند جهان را بدون قوانین قطعی – یعنی کاملاً نامنظم – آفریده باشد، اما اینکه قوانین آماری مشخص حاکم باشند که خداوند را مجبور کنند سرنوشت هر حادثه را با تاس اندازی معین کند، برایم کاملاً غیر قابل قبول است.
بالاخره جان ویلر نقل می‌کند که یک روز در سال ۱۹۴۱ به حضور اینشتین رفته بود تا روش جدید انتگرال روی مسیر را که یکی از شاگردانش (ریچارد فاینمن) کشف کرده بود برای او توضیح بدهد، با این امید که وقتی او نظریه‌ی کوانتوم را در پرتو این دیدگاه جدید ملاحظه می‌کند و ارتباطش را با مکانیک کلاسیک کشف می‌کند، به طبیعی بودن نظریه‌ی کوانتوم معتقد شود. اینشتین حرف‌ها ویلر را با حوصله شنید و وقتی او حرفش را تمام کرد گفت: با وجود این من نمی‌توانم قبول کنم که خداوند تاس می‌اندازد. و سپس با لبخند افزود: البته ممکن است من در اشتباه باشم، اما احتمالاً این حق را دارم که اشتباه بکنم. اکثریت فیزیکدان‌ها، به پیروی از مکتب کپنهاکی فیزیک کوانتومی، حاکمیت علیت در دنیای اتمی‌را منکر شدند و نظر اینشتین‌ را صائب ندانستند. از میان آن‌ها، گروهی به طور کلی علیت را یک مفهوم کلاسیکی می‌دانستند و جایی برای آن در مکانیک کوانتومی‌نمی‌دیدند، و برخی دیگر که محتاطانه‌تر قدم بر‌ می‌داشتند، علیت را از لحاظ عملی امری غیر قابل اثبات می‌دانستند و در نتیجه آن را کنار گذاشتند. از جمله‌ی گروه اخیر، خود ماکس بورن (بانی تعبیر آمای مکانیک کوانتومی) است که در مقاله‌ای به مناسبت هفتادمین سال تولد اینشتین‌ چنین نوشت: اگر هم خداوند جهان را با یک مکانیسم کامل – یعنی کاملاً علّی- ساخته باشد، او لااقل آنقدر به عقل ناقص ما عطا کرده است که ما برای پیش‌بینی وضع برخی از اجزای جهان نیازی به حل تعداد بیشماری معادله‌ی دیفرانسیل نداریم، بلکه می‌توانیم با موفقیت نسبتاً زیاد از تاس بازی (حساب احتمالات) استفاده کنیم این مطلب را من و بسیاری از معاصرانم ازخود اینشتین فرا گرفته‌ایم. به نظر من، با ورود مکانیک آماری کوانتومی‌به صحنه، وضعیت تغییر نکرده است. این ما انسان‌ها هستیم که هنوز برای پیش‌بینی‌های محدود خود از تاس بازی استفاده می‌کنیم، والا اعمال خداوند همان قدر که در مورد حرکت براونی کلاسیک اسرار آمیز بوده، در مورد رادیواکتیویته و تشعشع کوانتومی ‌و به طور کلی زندگی نیز اسرار آمیز است.
از طرف دیگر عده‌ای که در ابتدا از پیشروان سرسخت کنار گذاشتن دترمینیسم در دنیای اتمی ‌بودند، بعداً نظرشان را تعدیل کردند و بازگشت به دترمی‌نیسم را امری ممکن الوقوع تلقی کردند. مثلاً دیراک که در اوائل پیدایش مکانیک کوانتومی‌گفته بود: یک عدم قطعیت اجتناب ناپذیر در محاسبه نتایج قابل مشاهده وجود دارد. و در حالت کلی، تنها می‌توان احتمال به دست آوردن یک نتیجه‌ی معین در آزمایش را با استفاده از نظریه محاسبه کرد. در سال ۱۹۷۹ چنین گفت: من برای اولین بار اینشتین را در ۱۹۲۷ در کنفرانس سالوی ملاقات کردم. این آغاز مباحثه بزرگ بور و اینشتین‌ بود که روی تعبیر مکانیک کوانتومی ‌تمرکز داشت. بور که نظرش مورد تائید بسیاری از فیزیکدان‌های دیگر بود، می‌گفت باید تنها یک تعبیر آماری به کاربرد و احتمالات را از نظریه استناج و با مشاهده مقایسه کرد. اینشتین اصرار داشت که طبیعت به این طریق عمل نمی‌کند و باید در زیربنای قضیه، دترمی‌نسیم در کار باشد. کدامیک از این دو درست می‌گفتند؟
در زمان حاضر باید گفت که طبق مکانیک کوانتومی ‌هایزنبرگ، باید تعبیر بور را پذیرفت. هر دانشجویی که برای امتحاناتش کار می‌کند باید این تعبیر را قبول کند تا در امتحاناتش موفق شود. اما وقتی امتحانانش را گذارند، می‌تواند با آزادی بیشتر دربار‌ه‌ی آن فکر کند، و در این حالت امکان دارد که او آمادگی پیدا کند که قوت استدلال اینشتین را دریابد.

۲٫۵ واقعیت دنیای خارجی

‌ انیشتین معتقد بود که اعتقاد به دنیای خارجی مستقل از ذهن، اساس تمام علوم طبیعی است. همچنین او اعتقاد داشت که چون ما از طریق حواس از دنیای خارجی مطلع می‌شویم، بنابراین دانشمان از جهان خارجی غیر مستقیم است و از طریق تفحصات نظری تصویری از جهان خارج به دست می‌آوریم.
این تصور دائماً در معرض تکامل است. با وجود این، امکان دستیابی به تصویری مطابق با واقع وجود دارد، و چون طبیعت تحقق ساده‌ترین اندیشه‌های ریاضی است، بنابراین از راه بناهای صرفاً ریاضی را تطبیق آن‌ها با تجارب حسی، می‌توان به مفاهیم و قوانینی که تصویر درستی از واقعیت به ما می‌دهند دست یافت. او وظیفه‌ی فیزیک را این می‌دانست که تصویری از واقعیت چنان که هست، به دست آورد: در پس کوشش‌های توقف ناپذیر محققق، محرک اسرار آمیز‌تر و قویترین وجود دارد. این هستی و واقعیت است که او می‌خواهد آن را بفهمند.
به عقیده‌ی اینشتین، فیزیکدان باید دنبال این باشد که تفصیل واقعیت‌های جهان خارج را به دست آورد و یک نظریه‌ی کامل آن است که بتواند توصیفی کامل و دقیق از هر سیستم فیزیکی به دست بدهد: هر معنایی که به کلمه‌ی کامل نسبت بدهیم یک نظریه کامل باید ضرورتاً این خاصیت را داشته باشد که رعنصر واقعیت فیزیکی نظیری در نظریه‌ی فیزیکی داشته باشد. در این مورد اینشتین از چند لحاظ با بانیان مکتب کپنهاکی مکانیک کوانتومی‌اختلاف نظر داشت.
الف) در فیزیک کلاسیک، وجود یک دنیای خارجی مستقل از ذهن به عنوان یک اصل مورد قبول بود و تلقی فیزیکدانهای کلاسیک از معادلات ریاضی فیزیک کلاسیک این بود که آن‌ها چیز‌هایی را بیان می‌کنند که عملاً در دنیای خارجی اتفاق می‌افتد.
انیشتین نیز معتقد بود که دستگاه فیزیک نظری باید توصیفی مستقل از عمل مشاهده، از دنیای خارجی به دست بدهد. در مقابل، بانیان تعبیر کپنهاکی مکانیک کوانتومی‌معتقد بوند که معادلات ریاضی مکانیک کوانتومی‌تنها بیانگر مشاهدات تجربی ما هستند، و اگر ساختار آن‌ها شامل توابعی از زمان است، معنی‌اش این نیست که این توابع معرف تحولات زمانی نوعی موجود واقعی هستند. بور می‌گویند: چون مفاهیم ریاضی ذیربط [با فیزیک] چنین نقشی دارند، این ساختار اجازه نمی‌دهد که تعبیری تصویرپذیر، مطابق روش‌های متداول، ارائه کنیم، بلکه کارش این است که مشاهداتی را که تحت شرایط مشخص انجام گرفته‌ اند، به هم مربوط کند. و نیز می‌گوید: در اینجا از یک لحاظ به این حقیقت قدیمی‌می‌رسیم که در توصیف طبیعت، منظور ما این نیست که ماهیت واقعی پدیده‌ها را کشف کنیم، بلکه می‌خواهیم تا آنجا که ممکن است به روابط میان جنبه‌های مختلف تجاربمان دست یابیم.
به عقیده بور، هیچ پدیده‌ی اتمی‌به تنهایی و مستقل از ناظر واقعیت ندارد و برخلاف فیزیک کلاسیک در حوزه‌ی اتمی، جدا کردن کامل شیء مورد مطالعه از وسیله‌ی آزمایش میسر نیست و باید کل آن‌ها را در نظر گفت و تنها چیزی که معنی دارد توصیف ریاضی مشاهدات و رابطه‌ی میان آن‌هاست. اصل کوانتوم این نتیجه را در بردارد که هر مشاهده پدیده‌های اتمی، تفاعلی با وسیله‌ی مشاهده را در بر دارد و از این امر نمی‌توان چشم پوشید. بنابراین نه به خود پدیده و نه به وسیله‌ی آزمایش، می‌توان یک واقعیت مستقل به معنایی که در فیزیک متداول است، نسبت داد.
بدین ترتیب خواصی که از یک جسم مشاهده می‌شود ناشی از تفاعل با وسایل اندازه‌گیری است و نه از خود جسم. پس یک الکترون می‌تواند خواص ذره‌ای با موجی نشان بدهد، بسته به اینکه وسیله‌ای برای مشاهده آن به کار ببریم.
هایزنبرگ نیز می‌گفت که نمی‌توان در مقیاس اتمی، واقعیتی مستقل از مشاهدات به اشیاء نسبت داد. کار فیزیکدان این است که بین تجارب حسی ارتباط برقرار کند و توقع بیش از آن زیبا نیست. اگر به توصیف حقایق یعنی نتایج تجربی اکتفا کنیم، تمام این تعاریف مشکل و تمایزات را می‌توان کنار گذاشت… در آزمایش‌های مربوط به رویداد‌های اتمی، با اشیاء و حقایق و پدیده‌هایی که به اندازه‌ی رویداد‌های زندگی روزمره واقعیت دارند سرو کار داریم اما خود اتم‌ها و ذرات بنیادی به همان اندزاه واقعیت ندارند. آن‌ها یک دنیای استعدادها و یا امکانات برای ما می‌سازند و نه یک دنیا اشیاء یا حقایق.
دیراک نیز اعتقاد داشت که هدف فیزیک نظری محاسبه‌ی کمیت‌هایی است که قابل مقایسه باتجربه باشند و لازم نیست مثل فیزیک کلاسیک تصویری قابل فهم برای سیر حوادث ارائه شود. هدف اصلی علم فیزیک این نیست که تصویر ارائه دهد. بلکه هدف آن این است که قوانین حاکم بر پدیده‌ها را فرمولبندی کند و آن‌ها را برای کشف پدیده‌های جدید به کار ببرد. اگر تصویری وجود داشته باشد چه بهتر، اما وجود داشتن یا نداشتن این تصویر در درجه دوم اهمیت قرار دارد. در مورد پدیده‌های اتمی، انتظار نمی‌رود که هیچ تصویری به مفهوم معمولی تصویر یعنی مدلی شبیه مدل‌های کلاسیک وجود داشته باشد. اما اگر معنای تصویر را توسعه بدهیم که شامل نظر کردن به قوانین اساسی، با توجه به آشکار کردن انسجام آن‌ها باشد در این صورت می‌توان از طریق آشنا شدن با قوانین نظریه کوانتوم، تصویری از پدیده‌های اتمی‌به دست آورد.
برای اینشتین قابل قبول نبود که از به دست آوردن یک تصویر کامل از جهان خارج بپرهیزد. از دید او نظریه‌ای که منکر واقعیت مستقل از ذهن است و یا نمی‌تواند برای آن توصیفی به دست بدهد، قابل قبول نیست و یا حداقل ناقص است. فیزیک باید نمایشی از آنچه واقعاً در فضا و زمان می‌گذرد ارائه کند: نظریه کوانتومی‌امروزی از این بابت اساساً با همه‌ی نظریات پیشین فیزیک خواه نظریه‌های مکانیکی و خواه نظریه‌های میدانی، فرق می‌کند. این نظریه به جای توصیف رویداد‌های واقعی فضا- زمانی، بر اساس یک مدل، توزیع‌های احتمال برای اندازه‌گیری‌های ممکن را به صورت توابعی از زمان به دست می‌دهد.
بدین ترتیب اینشتین عقیده داشت وضعیتی که پیرون نظریه‌ی کوانتوم به آن رسیده‌اند همان ایده‌آلیسم بارکلی است و او این مکتب را یک مکتب آرام بخش خواند که پیروان خود را به خواب می‌برد: فلسفه (یا مذهب) آرام بخش هایزنبرگ- بور چنان ظریفانه اختراع شده که در حال حاضر بالش نرمی‌برای پیرو واقعی آن فراهم کرده است، چنان که به این آسانی نمی‌توان بیدا شود.
ب) پیروان مکتب کپنهاکی می‌گفتند در مقیاس اتمی، قوانینی که آینده را دقیقاً مشخص کنند وجود ندارد و تنها قوانین حاکم بر اتم‌ها قوانین احتمال هستند. تمام اطلاعات قابل کسب در مورد یک سیستم را می‌توان از یک تابع ریاضی وابسته به آن سیستم (Ψ) اخذ کرد، و این اطلاعات درحالت کلی آماری است. در مقابل این‌ها اینشتین معتقد بود که
اولاً رفتار آماری مکانیک کوانتومی‌ناشی از ناقص بودن آن است: در واقع من قانع شده‌ام خاصیت آماری نظریه کوانتومی فعلی ناشی از این است که نظریه توصیف ناقصی از سیستم‌های فیزیک به دست می‌دهد.
ثانیاً تابع Ψ وضعیت یک مجموع از سیستم‌های نظیر هم را به دست می‌دهد و نه وضعیت یک سیستم را :تابع Ψ به هیچ عنوان حالتی را توصیف نمی‌کند که بتواند متعلق به یک دستگاه منفرد باشد، بلکه به تعداد زیادی دستگاه به مجموعه‌ای از دستگاه‌ها به معنای مکانیک آماری آن، مربوط می‌شود. اگر تابع Ψ ، جز در مواردی خاص، فقط اطلاعات آماری در مورد کمیت‌های اندازه گرفتنی بدست می‌دهد، دلیلش فقط آن نیست که عمل اندازه گیری عناصر ناشناخته‌ای را وارد می‌کند که درک آن‌ها به طور آماری میسر است، بلکه دلیلش این است که تابع Ψ به هیچ معنی حالت یک دستگاه منفرد را توصیف نمی‌کند.
ثالثاً با توجه به اینکه Ψ وضعیت یک سیستم منفرد را روشن نمی‌کند، توصیف مکانیک کوانتومی‌از واقعیت فیزیکی ناقص است و نباید به آن قانع باشیم: حال می‌پرسیم: با وجود آنکه این رویداد‌های منفرد به یاری اختراعات حیرت آور اتاقک ویلسون و شمارشگر گایگر تا این حد به ما نزدیک شده است، آیا براستی فیزیکدانی هست که به این عقیده باشد که ما هرگز نخواهیم توانست نسبت به این تغییرات با اهمیت دستگاه‌ههای منفرد و ساخت آنها وارتباطات علّی آن‌ها بصیرتی به دست آوریم؟ قبول این عقیده از نظر منقطی بدون هیچ تناقضی امکان پذیر است. اما به اندازه‌ای خلاف شمّ علمی‌من است که نمی‌توانم از جستجو برای یک درک کامل‌تر دست بکشم.
رابعاً اکتفا کردن به احتمال وقوع رویدادها کافی نیست؛ یک نظریه‌ی فیزیکی کامل باید خود رویداد‌ها را توصیف کند و نه فقط احتمال وقوع آن‌ها را : من ناچارم اعتراف کنم که برای این تعبیر (یعنی تعبیر آماری بورن) ارزشی گذار قائلم. من هنوز به امکان ارائه‌ی طرحی از واقعیت – یعنی نظریه‌ای که بتواند خود اشیاء را نمایش بدهد، نه فقط احتمال وقوع آن‌ها را- ایمان دارم.
اینشیتن مکانیک کوانتومی‌ را پیشرفتی می‌دانست، اما در عین حال معتقد بود که این نظریه حالت حدی نظریه‌ای است که تاکنون کشف نشده است و این نظریه جدید را باید از نو ساخت، نه بر پایه‌ی نظریه‌ی کوانتوم، همان طور که نظریه نسبت خاص نیز با طرح مفاهیم تازه ساخته شد: تردیدی نیست که مکانیک کوانتومی‌به بخش قابل ملاحظه‌ای از حقیقت دست یافته است و معیاری برای هر شالوده‌ی نظری در آینده خواهد بود، بدین معنی که باید به صورت یک حالت حدی از آن شالوده به دست آید، همان طور که الکتروستاتیک از معادلات میدان الکترومغناطیسی ماکسول و ترمودینامیک از مکانیک کلاسیک قابل استتناج است. با وجود این، من بر این باور نیستم که مکانیک کوانتومی‌می‌تواند نقطه شروع جستجوی این شالوده و اساس باشد، درست همان گونه که نمی‌توان شالوده‌های مکانیک را از ترمودینامیک (و نیز از مکانیک آماری) به دست آورد.
اینشیتن همچنین عقیده داشت که ما می‌توانیم بدون آنکه اعتقادمان را در مورد امکان به دست آوردن تصویر واقعی عالم خارج کنار بگذاریم، و یا از علیت دست بشوییم، به حل مشکلات فعلی فیزیک نایل شویم: برخی از فیزیک‌دان‌ها، از جمله خود من، نمی‌توانند بپذیرند که باید برای همیشه از اندیشه‌ی نمایش مستقیم واقعیت فیزیکی در فضا و زمان دست شست و یا باید تسلیم این نظر شد که رویداد‌های طبیعت به بازی‌های احتمالات می‌مانند.



لینک منبع

اشتراک گذاری مطلب

انتشار مطالب با ذکر منبع مجاز می باشد.