در اين بخش مي‌توانيد در مورد فیزیک نسبیت و فیزیک کوانتوم و ... به بحث بپردازيد
Old Moderator

Old Moderator



نماد کاربر
پست ها

1575

تشکر کرده: 0 مرتبه
تشکر شده: 12 مرتبه
تاريخ عضويت

شنبه 11 شهریور 1385 13:24

آرشيو سپاس: 252 مرتبه در 138 پست

فلسفه فیزیک کوانتومی

توسط Sardar » سه شنبه 21 خرداد 1387 15:26

مقدمه:

در تعریف فلسفه اختلاف نظر فراوانی وجود دارد. یک علت این اختلاف تعاریف، آن است که موضوع فلسفه که زمانی علم علوم و جامع کلیه معارف انسانی بود تغییر کرده و به تدریج علوم طبیعی و انسانی از آن جدا شد و کار بدان جا رسید که پوزیتویست‌ها و نئوپوزیتویست‌ها اصلا وجود فلسفه را به عنوان رشته مستقل معرفت انسانی منکر شدند.وجود مستقل فلسفه به مثابه شکلی از اشکال شعور انسانی است.


1.زندگینامه هایزنبرگ


هایزنبرگ در پنجم دسامبر سال 1901 در شهر دورزبورگ آلمان از پدری به نام آگوست و مادری به نام آنا زاده شد. پدر او استاد دانشگاه و متخصص تاریخ امپراتوری بیزانس بود و بدین ترتیب ورنر جوان در یک محیط خانوادگی دانشگاهی در طبقه ای بالاتر از طبقه متوسط جامعه بزرگ شد. او در دوره دانش آموزی آموختن پیانو را آغاز کرد و در سن 13 سالگی آثار بزرگان موسیقی را با آن نواخت. و تا پایان عمر پیانو زنی عالی باقی ماند. او در دبیرستان حساب دیفرانسیل و انتگرال را بطور خود آموز و پیش از فرارسیدن امتحانات نهایی یاد گرفت. روی توابع بیضوی کار کرد ودر 18 سالگی در انتشار مقاله ای درباره نظریه اعدادتلاش کرد. هایزنبرگ جوان ، پس از جنگ جهانی اول وارد صحنه سیاسی شد در آن زمان پشتیبان جنبش ملی به پرچمداری ارتش بود. در چند نبرد خیابانی علیه گروه های کمونیست شرکت کرد. در دوران دانش آموزی گروهی بنام هایزنبرگ به رهبری وی تشکیل شد که فعالیتهای سیاسی علیه نظام حکومتی کشور پرداختند. علاوه بر فعالیتهای سیاسی به ورزش از جمله اسکی و کوهنوردی نیز می پرداخت. هایزنبرگ شطرنج باز برجسته ای بود شهرت او به دوران کودکی اش برمی گردد معروف است که در کلاس درس در زیر میز و حین تدریس معلم شطرنج بازی می کرده است ؛ و برای فرصت به حریف معمولا ً بدون وزیر بازی می کرد.
هایزنبرگ در سال 1920 وارد دانشگاه مونیخ شد. در آنجا علاوه برتحصیل در رشته فیزیک کتب کلاسیک به خصوص آثار علمی فلاسفه اولیه یونان از افلاطون و ارسطو گرفته تا دیمیقراطیس و تالس را نیز خواند. علاقمندی هایزنبرگ به رابطه بین علوم و فلسفه تا پایان عمر او ادامه داشت. نزدیکترین دوست او در دانشگاه ولفگانگ پاولی بود. هایزنبرگ هنوز دانشجو بود که شواهدی دال بر اعتماد به نفس عظیم از خویش نشان داد. در آن ایام مشکلی به نام پدیده زیمن اسباب زحمت پژوهشگران فیزیک اتمی بود. پدیده مربوط به واکنش توضیح ناپذیر یک اتم واقع در یک میدان مغناطیسی نسبت به میدان بصورت تقسیم شدن خط طیفی آن به بیش از سه خط مورد انتظار بود. وی در مقاله ای که نخستین اثر علمی او بود مدلی ریاضی برای توضیح آن پدیده ابداع و ارائه کرد. در سال 1922 نیاز بوهر در دانشگاه گوتیگن به سخنرانی در باره نظریه کوانتومی و فیزیک اتمی پرداخت هایزنبرگ در نخستین جلسه سخنرانی بوهر از یکی از اظهارات وی انتقاد کرد که پس از بحثی که بین آن دو صورت گرفت در پایان منجر به آشنایی و همکاری دراز مدت آن دو شد. در سال 1925 هایزنبرگ برای حل مسائل ریاضی ساختار اتم ، ریاضیات خاصی را برای حل آن مسائل ابداع و با آن چهار چوب ریاضی لازم را برای تشریح رفتار اتم شناسایی و پی ریزی کرد که این ریاضیات توسط جبر ماتریسی بورن شناسایی شد.
هایزنبرگ در سال 1926 به دعوت نیلز بوهر در انیستیتوی فیزیک نظری کپنهاگ در سمت دستیاری بوهر به فعالیت مشغول شد. هدف همکاری های هایزنبرگ و بوهر در زمینه فیزیک ، ارائه تصویر کاملتری از اتم به منظور راه یافتن به یک نظریه جدید بود که درستی اش به روشهای ریاضی قابل اثبات و پاسخگویی کلیه سئوالات مربوط به خواص و کیفیات مربوط به اتم در آزمایشگاه شد.
هایزنبرگ در بهار سال 1926 یعنی در زمانی که بیست و پنج سال بیشتر از عمرش نمی گذشت برای نشریه علمی «زایتشریفت فور فیزیک» مقاله ای فرستاد که عنوان آن «گفتار درباره محتوای ادراکی سینماتیک و مکانیک کوانتومی» بود. مقاله بیست و هفت صفحه ای مذکور که از دانمارک برای نشریه فرستاده شده بود حاوی فرمول بندی هایزنبرگ از اصل عدم قطعیت معروف خود بود. اصلی که اثبات آن تضمین کننده مکان او در تاریخ علم شد. اهمیت این اصل از آن روست که مصادیق و پیامدهایی چنان دوررس دارد که نه تنها بر فیزیک ذرات درون اتمی بلکه بر همه دانش بشری اثر می گذلرد. انگیزه اصلی منجر به کشف اصل عدم قطعیت کوششهای نظری بود که برای تعیین دقیق شکل مدارهای الکترون های اتم بعمل می آمد ؛ لازمه نشانه کردن یا تعیین مکان الکترون در حال گردش این بود که ابتدا با وسیله ای مانند یک تابش الکترومغناطیسی کوتاه موج روشن و مرئی شود. روشن شدن الکترون با برخورد فوتون های آن تابش به آن تحقق می یافت که اگر یک فوتون تنها هم به آن برخورد نمی کرد آن برخورد در هر حال مکان واقعی الکترون را تغییر می داد. وضعیت مشابه وضعیت برخورد یک توپ بیلیارد با یک توپ دیگر و از جا کنده شدن توپ هدف بود. دیده میشود که در اینجا خودِ وسیله دیدن یعنی نوری که برای رویت و اندازه گیری موقعیت مکانی الکترون بکار میرود با ایجاد یک خطای سنجش در اندازه گیری آن پارامتر حرکت نتیجه کار را کم دقت میکند. دو کمیت موقعیت مکانی وممنتم یک ذره ی بنیادی را بطور همزمان نمی توان اندازه گرفت زیرا به فرض که بتوان الکترون را برای انجام سنجش قدری معطل کرد نفس آن عمل سبب میشود که دیگر اندازه گیری ممنتم الکترون نباشد. نکته در خور توجه اینکه حاصلضرب خطاهای اندازه گیری هر زوج این متغییرها همواره مینیمم ثابتی دارد.
در سال 1927 که هایزنبرگ ، بوهر و دیگران هنوز سرگرم بحث درباره تفسیر کپنهاک از نظریه کوانتومی و ارائه آن بودند ؛ هایزنبرگ سمت استادی فیزیک نظری دانشگاه لایپزیگ آلمان را که به او پیشنهاد شده بود پذیرفت و بدین سان در بیست وشش سالگی جوانترین استادکامل دانشگاه در آلمان شد. هایزنبرگ در لایپزیگ با تبدیل انیستیتوی فیزیک دانشگاه به یک مرکز پژوهشی پیشرو در زمینه های فیزیک اتمی و کوانتومی کمک مهمی به ارتقاء جایگاه علمی آن موسسه کرد. از دانشجویان اولیه او در آنجا میتوان رودلف پیرلز ، ادوارد تلر، کارل فریدریش و فن ویتزساکر را نام برد که همه در سالهای بعد در جهان فیزیک به شهرت رسیدند.
در سال 1933 جایزه فیزیک نوبل را بپاس کمک های متعدد هایزنبرگ به پیشرفت مکانیک کوانتومی به وی اعطا کردند. هایزنبرگ در سال 1958 و در سن پنجاه وشش سالگی به مونیخ بازگشت و عهده دار انیستیتوی فیزیک نظری ماکس پلانک شد. او به سخنرانی های خود در مجامع بین المللی نیز ادامه داد اما محتوی سخنان او بیشتر فلسفی بود تا علمی. او در اواسط سال 1973 به سرطان مبتلا و سخت بیمار شد. سرطان وی ابتدا برای مدتی عقب نشینی کرد و حتی بنظر آمد که وی حتی سلامت خود را بازیافته باشد اما دو سال بعد در ژوئیه سال 1975 وضع جسمانی وی به وخامت گرایید و او شش ماه بعد از آن تاریخ در گذشت.

2.دیدگاه های معرفت شناختی بوهر

1-2.زمینه تاریخی

هایزنبرگ گفته است که بور در درجه اول فیلسوف بود تا فیزیکدان،ولی از آن فیلسوفانی بود که تاکید داشت حکمت طبیعی حتما باید با تایید قاطع تجربه همراه باشد.در تایید این حرف هایزنبرگ می توان گفت که غالب مقالات و سخنرانی های بور طی سالهای 1962/1927 عمدتا فلسفی است. بور مخصوصا پس از1927بیشتر اوقات خود را صرف تبیین مسائل معرفت شناختی فیزیک اتمی کرد و این بخش از دانش بشری را وسیله ای قرار داد که از طریق آن به نظریه ای جهانشمول درباره معرفت شناسی دست یابد. ما در اینجابرای توضیحات بور در مورد مسائل معرفت شناسی ،مناسب می بینیم که مقدمتا مسائلی را که زمینه ساز کار بور در طرح مسائل معرفت شناسی بوده است بررسی کنیم.نظریه قدیم کوانتوم که با کار پلانک در سال 1900 شروع شده و با کارهای بوربه پیشرفتهای شگرفی نایل آمده بود یک نظریه منسجم نبود، بلکه مجموعه ای از فرضیات،اصول وقضایا ، و دستورالعمل های محاسبه ای بود.هر مساله کوانتومی را ابتدا به روش مکانیک کلاسیک حل می- کردند و سپس جواب آن را از غربال شرایط کوانتومی می گذراندند و یا با استفاده از اصل تطابق آن را به زبان کوانتومی در می آوردند، و این کار بیشتر مستلزم حدس های زیرکانه بود تا استدلال های منطقی، و بنابراین غالب فیزیکدانان بزرگ و از جمله بور معتقد شده بودند که باید روشی تازه ایجاد کرد.
در بهار 1925 هایزنبرگ به یک نظریه جدید دست یافت که بورن و یوردان در تابستان همان سال آن را به صورتی متقن در آوردند.این نظریه به نام مکانیک ماتریسی شهرت یافت. در این نظریه مبنای فکری هایزنبرگ این بود که باید روش قدیمی بور در توصیف اتم را کنار گذاشت و توصیفی بر حسب کمیات قابل اندازه گیری را جایگزین آن کرد. بدین ترتیب هایزنبرگ مفاهیم کلاسیک مکان و سرعت الکترون های اتمی را کنار گذاشت. اما دلیل او تنها این نبود که تا کنون کسی این امور را مشاهده نکرده است (زیرا ممکن است پیشرفت تکنیک این اندازه گیری را در آینده میسر سازد) بلکه همچنین این بود که نظریه ای که اینها را قابل مشاهده می دانست(فیزیک کلاسیک) یک نظریه نا موفق بود.او توجه کرد که اطلاعات ما درباره اتمها عمدتا از طریق طیف نوری آنها ، یعنی بسامد نورهای تابیده و شدت آنهاست و در نتیجه تمام جنبه های قابل مشاهده اتم ها با دو حالت مربوط می شود.پس او بجای کمیات سینماتیکی کلاسیک ، کمیات بسامد و شدت نور را اساس کار قرار داد و تحقیق کرد که ببیندآیا می تواند یک نظریه منسجم بسازد که در آن این کمیات قابل مشاهده باشند یا نه؟ نتیجه کار او کشف مکانیک ماتریسی بود که در آن معادلات دینامیکی همان معادلات کلاسیک بودند اما سینماتیک آنها متفاوت بود. در مکانیک ماتریسی به هر کمیت کلاسیک یک ماتریس نسبت داده می- شد . نظریه هایزنبرگ به علت تازگی ساختار ریاضی آن برای فیزیکدانان آن عصر چندان مطبوع نبود.
از طرف دیگر شرودینگر طی شش ماه اول سال 1926 چهار مقاله نوشت که در آنها فرمولبندی دیگری از نظریه کوانتوم را عرضه میکرد.در این مقالات شرودینگر معادله جدیدی را معرفی کرد که جوابهای آن (ψ) می بایست اطلاعات فیزیکی مناسب را در اختیار ما بگذارد . شرودینگر نظریه کوانتوم را یک نظریه موجی می دانست و معتقد بود که اعداد ناپیوسته ای که از حل فیزیکی معادله او نتیجه می شود معرف بسامد های مجاز سیستم فیزیکی اند نه انرژی های آن .اتم می تواند در حالات ارتعاشی معینی بسر ببرد و اگر دو تا از ارتعشات مانای سیستم ، مثلا با بسامد های 1ν و 2ν همزمان تحریک شوند پدیده زنش رخ می دهد و نوری با بسامد

2ν- 1ν = ν تشعشع می شود.بدین ترتیب برای تعبیر تشعشع نیازی به فرض جهش های کوانتومی نیست.
در مورد اینکه چگونه می توان با تصویر موجی ظهور جلوه های ذره ای را توجیه کرد شرودینگر به بسته موج متوسل شد ، اما در همان اوائل لورنتس به او خاطر نشان کرد که بسته موج به علت گسترشی که در زمان پیدا می کند نمی تواند نشان دهندۀ اشیایی باشد که ما به آنها یک وجود پایدار نسبت می دهیم .
چند روز پس از آنکه شرودینگر چهارمین مقاله اش را درباره مکانیک موجی برای چاپ فرستاد (ژوئن 1926 ) بورن طی مقاله ای تعبیر موجی شرودینگر را غیر قابل دفاع خواند و برای اولین بار تعبیر آماری را برای تابع موج پیشنهاد کرد .او فضای آرایش در نظریه شرودینگر را به کار برد تا فرایند های پراکندگی را توضیح دهد ، ودر این کار مربع قدر مطلق تابع موج در فضای آرایش را به عنوان احتمال پیدا کردن ذره در ناحیه خاصی از فضا در نظر گرفت بدون آنکه بگوید در فضای حقیقی چه رخ می دهد.
ریاضیات مورد استفاده در روش شرودینگر برای فیزیکدانان آن دهه تازگی نداشت ، بعلاوه به کار گرفتن روش شرودینگر برای حل مسائل فیزیکی آسانتر می نمود . بدین جهت استقبالی که از آن شد بیشتر از استقبالی بود که از مکانیک ماتریسی هایزنبرگ به عمل آمد . اما نه هایزنبرگ روش شرودینگر را می پسندید و نه شرودینگر روش هایزنبرگ را ، تا آنکه شرودینگر در ماه مارس و اکارت در ماه ژوئن 1926 به طور مستقل معادل بودن این دو روش را از لحاظ ریاضی، ثابت کردند، با وجود این برای محاسبات اتمی عملا روش شرودینگر به کار گرفته شد.
بدین ترتیب در اواسط سال 1926 فرمولبندی ریاضی نظریه کوانتوم کامل به نظر می رسید ، اما تعبیر فیزیکی آن کاملا مشخص نبود و بنابراین وقت آن رسیده بود که ساختار ریاضی را به زبان فیزیکی تفسیر کنند.
بور نه در تکوین مکانیک موجی سهمی داشت و نه در تدوین مکانیک ماتریسی نقشی ، اما پس از آنکه نشان داده شد که ایندو از نظر ریاضی معادلند ، او نقش مهمی برای تعبیر فیزیکی مکانیک -کوانتوم ایفا کرد.
بور نظریه شرودینگر را می پسندید اما تعبیری را که او از معادله خود ارائه می داد نمی پسندید. اعتراض بور این بود که چگونه موج می تواند سبب رویداد های ناپیوسته ای نظیر تیک در شمارشگر گایگر شود و چگونه می توان با تعبیر شرودینگر تابش جسم سیاه را (که باعث وارد شدن عنصر نا پیوستگی در فیزیک شده بود) توجیه کرد؟ همچنین بور برخالف فرمولبندی هایزنبرگ فرمولبندی ریاضی را برای دادن یک تعبیر فیزیکی کافی نمی دید .
در پی دعوت بور شرودینگر در سپتامبر 1926 به کپنهاگ آمد که درباره مکانیک موجی سخنرانی کند و در بحث های حول آن شرکت کند. در آنجا بحث های داغی میان شرودینگر و بور درگرفت که منجر به خستگی مفرط و کسالت شرودینگر شد و او بدون آنکه بتواند عقایدش درباره مکانیک موجی و طرد جهش های کوانتومی را به بور بقبولاند با حالت یاس کپنهاگ را ترک کرد.
سفر شرودینگر به کپنهاگ باعث پیدایش تحریکی در انستیتوی بور در جهت یافتن یک تعبیر فیزیکی برای نظریه کوانتوم شد و در این میان بور و هایزنبرگ بیش از همه کوشیدند . اما بین این دو نیز در مورد مبانی اولیه مورد قبول اختلاف نظر بود.
هایزنبرگ فکر می کرد که یک ساختار ریاضی خالی از تناقض در اختیار دارد و تنها مسئله این است که چگونه می توان این ریاضیات را برای توضیح مشاهدات تجربی به کار برد .
اما بور به کامل بودن فرمولبندی ریاضی مکانیک کوانتومی اعتقاد نداشت و دنبال این بود که یک اصل عام برای تعبیر فیزیکی نظریه کوانتوم بیابد که مستقل از ریاضیات مورد استفاده باشد .
پس از بحث های مفصل سر انجام بور برای استراحت به نروژ رفت و هایزنبرگ در کپنهاگ ماند. در این مدت که ایندو از هم جدا بودند بور به دور نمایی از اصل مکملیت رسید و هایزنبرگ به روابط عدم قطعیت.
مشکلی که بور را به خود مشغول داشته بود این بود که در روابط νh E = وp=h/λ  کمیات طرف چپ (یعنی E,p) جزو مشخصات ذرات به حساب می آیند اما کمیات طرف راست (یعنی  λوν)جزو خواص امواج شمرده می شوند. بنایر این هر دو معادله هم درباره ذره صحبت می کنند و هم درباره موج، و البته این سوال مطرح بود که چگونه یک موجود فیزیکی می تواند هم موج باشد هم ذره .
جوابی که بور به آن رسید این بود که انرژی و اندازه حرکت را با یک طرح تجربی می توان تعیین کرد و طول موج و بسامد را با طرحی دیگر. اما این دو آزمایش مختلف اند و بنابراین خواص "ناسازگار" الکترون در آزمایشهای متفاوتی ظاهر می شوند نه در یک آزمایش . پس تناقضی در کار نیست . خواص ذره ای و خواص موجی هر دو برای یک توصیف فیزیکی کامل لازم اند اما در یکجا جمع نمی شوند. بور بعدا اینها را جنبه های مکمل یک وجود فیزیکی (مثلا الکترون) نامید. او از این نوع دوگانگی که شامل دو جز مکمل و مانعة الجمع است، به عنوان مکملیت یاد کرد.
اما سوالی که برای هایزنبرگ مطرح بود این بود که چگونه نتیجه مشاهدات را به کمک فرمولبندی ریاضی مکانیک کوانتومی بیان کند.مثلا در حالی که در نظریه کوانتومی هایزنبرگ جایی برای مسیر یک الکترون وجود ندارد چگونه می توان مسیر یک الکترون در اتاقک ابری را توسط ساختار ریاضی مکانیک کوانتومی توجیه کرد؟
چیزی که در این مورد به هایزنبرگ کمک کرد حرفی بود که پیش از آن اینشتین به او زده بود :"این نظریه است که معین میکند چه چیزی را می توان مشاهده کرد."هایزنبرگ با خود گفت شاید تنها حالاتی در طبیعت اتفاق می افتند که قابل نمایش توسط طرح ریاضی مکانیک کوانتومی باشند. (همانطور که اینشتین فرض کرده بود که زمان واقعی t همان است که در تبدیلات لورنتس وارد می- شود ) و محدودیت هایی که در طبیعت وجود دارد همانهایی هستند که ساختار ریاضی نظریه کوانتوم پیش بینی می کند. از این دیدگاه ، این ساختار ریاضی است که معین می کند چه سوالاتی را می توان به هنگام آزمایش مطرح کرد و در مورد چه چیزهایی باید انتظار جواب داشت . مثلا ساختار ریاضی مکانیک کوانتومی شامل این واقعیت است که برخی از کمیات فیزیکی خاصیت جابجایی را ندارند (مثل مختصات و اندازه حرکت که برای آنها رابطه x(Px)=(Px)x برقرار نیست ) و در نتیجه در کاربرد همزمان آنها محدویت وجود دارد . هایزنبرگ برای اینکه از این نتیجه گیری مطمئن شود به برخی از آزمایشهای ذهنی متوسل شد و با آنها نشان داد که اگر بخواهیم مکان الکترون را اندازه- گیری کنیم اندازه حرکت آن را تغییر می دهیم و بالعکس، و میان عدم قطعیت در مکان و عدم قطعیت در اندازه حرکت الکترون رابطه زیر برقرار است ~ h Δ p.Δx
هایزنبرگ این روابط را روابط عدم قطیت نامید . از نظر هایزنبرگ وجود این نوع محدودیت ناشی از تفاعلی است که بین شیء مورد آزمایش و وسیله اندازه گیری صورت می گیرد و ربطی به دقت وسایل اندازه گیری ندارد.همچنین این روابط حاکی از آنند که در کاربرد مفاهیم کلاسیک برای اشیاء اتمی محدودیتی وجود دارد.بدین ترتیب با توجه به اینکه مکان واندازه حرکت توامأ قابل اندازه گیری دقیق نیستند باید ازنسبت دادن مسیر به الکترون صرف نظر کرد . بنابراین آنچه که در اتاقک ابری می بینیم مسیر واقعی الکترون نیست ، بلکه مجموعه ای از قطرات آب است که هر یک از آن ها مکان تقریبی الکترون را بدست می دهد و از روی دنباله قطرات می توان سرعت الکترون را تخمین زد. محاسبه نشان داد که برای حاصلضرب خطا های مکان و اندازه حرکت حد پایینی وجود دارد.
وقتی بور به کپنهاگ بازگشت هایزنبرگ متن اولیه مقاله ای را که درباره روابط عدم قطعیت نوشته بود به او نشان داد. بور چند تذکر اصلاحی به او داد، اما اعتراض عمده اش این بود که چرا دوگانگی موج – ذره را مبنا نگرفته است و اولویتی برای جنبه ذره ای قائل است. آزمایش های ذهنی متعددی مورد بحث قرار گرفت و بور توانست همه آنها را با استفاده از دو تصویر ذره ای و موجی توجیه کندو البته همه اینها روابط عدم قطعیت را تایید می کرد.
بور روابط عدم قطعیت را قبول کرد ، اما تعبیر هایزنبرگ در مورد منشاء این روابط را نپذیرفت . هایزنبرگ این روابط را ناشی از ساختار ریاضی نظریه کوانتوم می دانست و معتقد بود که :"ما یک طرح ریاضی منسجم داریم و آن هر چه را که قابل مشاهده است به ما می گوید . چیزی در طبیعت وجود ندارد که قابل توصیف با این طرح ریاضی نباشد ."اما بور معتقد بود که اولا "وضوح ریاضی به تنهایی امتیازی نیست " و "یک توضیح فیزیکی کامل باید مطلقا مقدم بر فرمولبندی ریاضی شود "و ثانیا در هر اثبات روابط عدم قطعیت از طریق تحلیل آزمایش های ذهنی ،از روابط  λ=h/pو E=hν که حاکی از دوگانگی موج- ذره است، استفاده می شود. بنابراین باید دوگانگی موج-ذره را اساس قرار داد و به طور کلی از توصیف های مکمل مانعة الجمع بهره گرفت. در مقابل ، هایزنبرگ نیازی به توسل به مفاهیمی نظیر موج و ذره برای پدیده های اتمی نمی دید و معتقد بود که ساختار ریاضی نظریه کوانتوم اجازه پیش بینی نتایج هرگونه تجربه ای را به ما می دهد.
سرانجام بور قبول کرد که روابط عدم قطعیت بیانی ریاضی از مفهوم مکملیت است زیرا صدق این روابط تضمین می کند که استفاده از اصل مکملیت به تناقض نینجامد و هیچ وضعیت فیزیکی نتوان یافت که تواما و با دقت کامل هر دو وجه مکمل یک پدیده را نشان دهد بدون آنکه از روابط عدم قطعیت تخلف شود. از نظر هایزنبرگ نیز وجود دو توصیف مکمل برای یک واقعیت فیزیکی قابل هضم شد ، زیرا ثابت شد که اگر با معادلات هایزنبرگ که شبیه معادلات مکانیک نیوتنی است و شامل معادلات حرکت برای "مختصات " و " اندازه حرکت " ذرات است شروع کنیم ، با یک تبدیل ریاضی می توان آنها را به صورتی درآورد که یادآور جنبه موجی است. بنابراین امکان بازی کردن با تصویر مکمل ،نظیرش را در ساختار ریاضی نظریه کوانتوم دارد.
مباحثات بور و هایزنبرگ آنها را به سوی تعبیری از نظریه کوانتوم که به تعبیر کپنهاگی شهرت دارد سوق داد. روابط عدم قطعیت و اصل مکملیت از مبانی اصلی این تعبیرند.
در سپتامبر 1927 کنگره بین اللملی فیزیک در شهر کومو(در ایتالیا ) برگزار شد. در این کنگره بور برای اولین بار به طور رسمی موضوع مکملیت را به فیزیکدانان معرفی کرد. خلاصۀ حرف بور این بود که از یک طرف تعریف حالت یک سیستم فیزیکی مستلزم حذف تمام عوامل خارجی است (زیرا برای یک سیستم باز هیچ حالتی نمی توان تعریف کرد ) و البته دراین صورت هر مشاهده ای غیر ممکن است و زمان و مکان معنای معمولی شان را از دست می دهند. از طرف دیگر برای آنکه مشاهده امکان پذیر باشد باید تفاعلی با عوامل مناسب اندازه گیری (غیر متعلق به سیستم)صورت بگیرد و دراین حالت یک تعریف روشن از سیستم میسر نیست و جایی برای علیت به معنای معمولی آن وجود ندارد. بنابراین باید توصیف زمانی- مکانی و صدق علیت را جنبه های مکمل و مانعة الجمع به حساب آوریم . بور برای روشن شدن مطلب ، نظریه موجی نور را با آن مقایسه کرد. نظریه موجی یک توصیف کافی از انتشار نور در فضا و زمان می دهد، در حالی که نظریه ذره ای، تفاعل نور و ماده را بر حسب انرژی و اندازه حرکت بیان می کند. بنابراین طبق نظر بور راه را برای یک توصیف علی و زمانی- مکانی پدیده های نوری بسته است.
در فیزیک کلاسیک هم قوانین بقای انرژی و اندازه حرکت (که مصادیق علیت اند و معرف توصیف علی ) را داریم و هم توصیف زمانی – مکانی را . اما در مکانیک کوانتومی به علت روابط

~ h Δ p.Δx و t ~ h. ΔEΔ این امر میسر نیست.این روابط نشان می دهند که دقیقترین توصیف زمانی- مکانی همراه است با افزایش عدم قطعیت در اندازه حرکت و انرژی ، یعنی از دست دادن دقت در توصیف علی.
سخنرانی بور در این کنفرانس خیلی خوب درک نشد. به قول ماکس یامر " فیزیکدان ها که سرگرم کاربردهای نظریه جدید برای مسائل حل نشدۀ فیزیک اتمی بودند بیش از آن فکرشان مشغول بود که بتوانند به این مسائل تعبیری توجه کنند. فلاسفه هم فاقد اطلاعات فنی بودند که بتوانند در مباحثات شرکت کنند."
چند هفته بعد از کنفرانس کوموپنجمین کنفرانس سولوی دربروکسل تشکیل شد (24-29 اکتبر 1927). اوج این کنفرانس بحث های عمومی بود که در انتهای آن در گرفت.لورنتس رئیس کنفرانس از بور خواست که درباره مسائل معرفت شناختی مکانیک کوانتومی صحبت کند. بور دعوت لورنتس را پذیرفت و سخنرانیی شبیه سخنرانی اش در کومو ایراد کرد.
انيشتین که در این کنفرانس حاضر بود برای اولین بار یک گزارش جامع درباره تعبیر مکملیت شنید. او با نظراتی که بور،بورن،وهایزنبرگ در این کنفرانس ابراز داشتند مخالف بود، و در جلسات رسمی کنفرانس جز اعتراض ساده ای که به تعبیر آماری مکانیک کوانتومی کرد چیز دیگری نگفت، اما در جلسات غیر رسمی بور را به مبارزه طلبید.
اوتو اشترن می گوید که اینشتین به هنگام صبحانه با طرح یک آزمایش ذهنی زیبا، شبهاتی بر نظریه کوانتوم وارد می کرد. پائولی و هایزنبرگ به اعتراضات اینشتین توجهی نمی کردند و نسبت به آنها حساسیت نشان نمی دادند، اما بور روی آنها کار می کرد و شب موقع صرف شام شبهات اینشتین را جواب می داد و مساله را روشن می کرد.اینشتین با طرح آزمایش های ذهنی می خواست نشان دهدکه تفاعل میان اشیاء اتمی و وسائل اندازه گیری آنقدرها که هایزنبرگ و بور می گویند پیچیده نیست و می توان روابط عدم قطعیت را نقض کرد. بور در مقابل می کوشید که نشان دهد در استدلالات اینشتین مغالطه ای وجود دارد و الا دقتی بیش از پیش بینی روابط عدم قطعیت بدست نمی آید.
نتیجه ای که فیزیکدانان در این کنفرانس به آن رسیدند این بود که مکانیک کوانتومی ، با تعبیری که بور- هایزنبرگ از آن داشتند حاوی تناقضات داخلی نیست و تجارب موجود را به خوبی توجیه می- کند. از کنفرانس 1927 به بعد این تعبیر ، که به تعبیر کپنهاگی مکانیک کوانتومی معروف است و بر محور اصول مکملیت و عدم قطعیت دور می زند ، مقبولیت عام یافته و هنوز هم مورد قبول اکثریت فیزیکدانان است.


بدین ترتیب کاوش برای یافتن یک نظریه منسجم اتمی در پنجمین کنفرانس سولوی به پایان رسید . اما بحث بور و اینشتین با این کنفرانس خاتمه نیافت، بلکه با حدت بیشتر در ششمین کنفرانس سولوی که در 1930 در بروکسل تشکیل شد ادامه یافت. در آنجا اینشتین یک آزمایش ذهنی طرح کرد، که در آن ظاهرا از روابط عدم قطعیت هایزنبرگ تخلف می شد. او جعبه ای حاوی اشعه الکترومغناطیسی در نظر گرفت که دریچه ای در یکی از درهایش دارد. این دریچه توسط یک مکانیسم مرتبط با یک ساعت باز و بسته می شود. جعبه را وزن می کنیم و سپس آن را برای مدت زمانی کوتاه باز می گذاریم تا یک فوتون خارج شود و باز جعبه را وزن می کنیم .در این صورت از لحاظ اصولی ، هم زمان خروج فوتون را با دقت دلخواه داریم و هم انرژی آن را و بدین ترتیب رابطه t ~ h . . ΔE. Δt نقض می شود.بور از این آزمایش ذهنی خیلی ناراحت شده بود و سراسر آن شب از پیش یک فیزیکدان به نزد فیزیکدان دیگر می رفت تا او را قانع کند که اگر حرف اینشتین درست باشد باید ختم فیزیک را گرفت.سرانجام صبح روز بعد جواب اینشتین را یافت. بور نشان داد که اینشتین در محاسباتش تاثیری را که میدان ثقل ، طبق نسبیت عام، روی میزان کردن ساعتها می گذارد در نظر نگرفته است و با در نظر گرفتن این مطلب تخلفی از روابط عدم قطعیت رخ نمی دهد. البته اینشتین به اشتباهش اقرار کرد ولی درست قانع نشد. بور ظاهرا پیروز شده بود،ولی در بقیه عمرش همواره در ذهنش با اینشتین در مجادله بود و گفته اند که عکسی که از تخته سیاه بور درست یک روز قبل از فوت او گرفته شده شامل طرح آزمایشی است که در 1930 مورد بحث او و اینشتین قرار گرفته بود.(
بعد از پایان ششمین کنفرانس سولوی، مساله تعبیر مکانیک کوانتومی از دیدگاه بور یک مساله خاتمه یافته تلقی می شد،اما اینشتین هنوز قانع نشده بود،ولی از این به بعد دیگر برای او مساله عدم انسجام مکانیک کوانتومی مطرح نبود، بلکه مساله کامل بودن آن مطرح بود.
در حقیقت، هیچ گاه نمی‌توان گفت که فلسفه چیست؛ یعنی هیچ گاه نمی‌توان گفت: فلسفه این است و جز این نیست؛ زیرا فلسفه، آزادترین نوع فعالیت آدمی است و نمی‌توان آن را محدود به امری خاص کرد. اما با آنهم می‌توان فلسفه را چنین تعریف کرد که : فلسفه عبارت از علمی است که کلی‌ترین قوانین حاکم بر طبیعت، انسان و جامعه را مورد بحث و بررسی قرار می‌دهد.
یک ویژگی عمدهٔ موضوعات فلسفی، ابدی و همیشگی بودنشان است. یعنی همیشه وجود داشته و همیشه وجود خواهند داشت و در هر دوره‌ای، بر حسب شرایط آن عصر و پیشرفت علوم مختلف، پاسخ‌های جدیدی به این مسائل ارائه می‌گردد.
فلسفه، مطالعه واقعیت است، اما نه آن جنبه‌ای از واقعیت که علوم گوناگون بدان پرداخته‌اند. به عنوان نمونه، علم فیزیک درباره اجسام مادی از آن جنبه که حرکت و سکون دارند و علم زیست‌شناسی درباره موجودات از آن حیث که حیات دارند، به پژوهش و بررسی می‌پردازد. ولی در فلسفه کلی ترین امری که بتوان با آن سر و کار داشت، یعنی وجود موضوع تفکر قرار می‌گیرد؛ به عبارت دیگر، در فلسفه، اصل وجود به طور مطلق و فارغ از هر گونه قید و شرطی مطرح می‌گردد. به همین دلیل ارسطو در تعریف فلسفه می‌گوید: "فلسفه علم به احوال موجودات است، از آن حیث که وجود دارند.





--------------------------------------------------------------------------------






معرفت شناسی بور




چنانکه گفتیم بور و هایزنبرگ در سال 1927 روی مسائل تعبیری مکانیک کوانتومی تا حدی به توافق رسیدند و همچنین کنفرانس سولوی مواضع آنان را مستحکم کرد و تعبیر آنها به عنوان تعبیر سنتی و یا تعبیر کپنهاگی مورد پذیرش اکثریت فیزیکدانان قرار گرفت. نکته ای که در اینجا تذکرش لازم است این است که تعبیر کپنهاگی یک تعبیر یگانه کاملا مشخص نیست و فیزیکدانان طراز اولی که این تعبیر را پذیرفتند همه اجزای آن را به یک درجه قبول نداشتند و بین آنها نیزحداقل از لحاظ الویتی که برای بعضی اصول قائل بودند اختلاف نظر بود. ما در اینجا عمدتا به طرح دیدگاه های معرفت شناختی بور می پردازیم و مقایسه این دیدگاه ها با دیدگاه سایر بنیانگذاران و مدافعان مکتب کپنهاگی را به  نوشتاری دیگر موکول میکنیم. ذیلا به ذکر اندیشه هایی که بور روی آنها تاکید داشت می- پردازیم.


اصل مکملیت

در مورد این اصل چند مطلب مطرح است که هر کدام را جداگانه بحث می کنیم:


تعریف مکملیت


چنانکه گفتیم هدف بور یافتن یک اصل عام بود که بتواند به کمک آن پدیده های کوانتومی را توجیه کند. او در سال 1927 به چنین اصلی دست یافت و آن را برای اولین بار به طور رسمی در کنگره کومو مطرح کرد . در آنجا او این مساله را مطرح کرد که امکان ندارد بتوانیم تواما یک توصیف علـّی و یک توصیف زمانی-  مکانی از یک سیستم بدهیم و در واقع این دو توصیف مکمل و مانعة الجمع هستند. برای هر یک از این دو توصیف به تدارکات تجربی متفاوتی نیاز داریم.

بور در غالب سخنرانی های بعدی اش درباره مکملیت سخن گفت، اما هرگز تعریف صریحی از مکملیت ارائه نداد و همین امر باعث ابهامات زیادی شد.اینشتین در مقاله ای که در ژانویه 1949 نوشت چنین گفت" من علی رغم کوشش بسیاری که کرده ام نتوانسته ام به یک فرمولبندی دقیق از اصل مکملیت بور دست یابم." همچنین وایتسکر در مقاله ای که در سال 1955 به مناسبت هفتادمین سالگرد بور نوشت متذکر شد که برای نوشتن این مقاله به مقالات اولیه بور رجوع کرده و به این نتیجه رسیده است که در ظرف 25 سال گذشته منظور بور از مکملیت را اشتباه فهمیده بوده است.اما وقتی وایتسکر برداشت جدیدش از مکملیت را با بور مطرح می کند و می پرسد که آیا منظور وی را درست فهمیده است یا نه ، جواب بور منفی بوده است. ابهام در معنای مکملیت سبب شد که دیگران برداشتهای در تعریف این اصل به کار ببرند . مثلا پائولی در مقاله ای که در 1933 نوشت دو مفهومی را مکمل خواند که کاربرد یکی (مثلا مختصات) مستلزم طرد دیگری باشد. یعنی هر وسیله تجربی ای که برای اندازه گیری یکی از ایندو به کار رود با وسیله اندازه گیری مفهوم دیگر تداخل تخریبی داشته باشد. پس پائولی مکملیت را به دو مفهومی نسبت داد که به یک نحو توصیف کلاسیک ( مثلا تصویر ذره ای ) مربوط می شود، نه به دو توصیف مانعة الجمع. وایتسکر پیشنهاد کرد که باید میان مکملیت موازی و مکملیت دایره ای تمایز قائل شد. در مکملیت موازی با دو مفهوم مکمل سر و کار داریم که یا تنها در نظریه کوانتوم مانعةالجمع اند (مثل مختصات و اندازه حرکت ) و یا هم در نظریه کلاسیک ناسازگارند وهم در نظریه کوانتوم(مختصات و عدد موجی). در مکملیت دایره ای با دو توصیف مانعة الجمع سر و کار داریم. مثلا مکملیت توصیف زمانی- مکانی و توصیف علـّی  از نوع مکملیت دایره ای است؛چنانکه بور متذکر شده است. وایتسکر در تفسیر نظر بور گفت اگر معادله شرودینگر را به کار ببریم به یک توصیف علـّی می رسیم. اما اگر بخواهیم به یک توصیف زمانی- مکانی برسیم باید به یک اندازه گیری از کمیات کلاسیک مشاهده پذیر متوسل شویم ، ولی چنین عملی باعث تقلیل بسته موج می شود و این کار رفتار علـّی تابع موج را از میان می برد. پس طبق نظر وایتسکر مکملیت میان توصیف زمانی- مکانی و صدق علیت درست همان مکملیت میان توصیف طبیعت بر حسب تابع موج است. بور این برداشت وایتسکر از مکملیت را رد کرد.

این نشان می دهد که تا چه حد در منظور بور از مکملیت ابهام وجود داشته است(حتی برای افرادی که به او نزدیک بوده اند)و البته همین باعث شده که اصل مکملیت علی رغم اعتراضات جدی که به آن  وارد کرده اند باقی بماند. با وجود این اگر عبارت زیر از یک سخنرانی بور در 1929 را به عنوان تعریف مکملیت از دیدگاه بور تلقی کنیم( که شاید صریحترین عبارت او در این مورد باشد)  می توانیم تمامی گفته هایی را که از بور در این باره به ما رسیده است توجیه کنیم. در این عبارت بور می گوید :"اصل کوانتوم ما را مجبور می کند که نحوه دیگری از توصیف موسوم به مکملیت را بپذیریم، بدین معنی که هر استفادۀ مشخص از ( یک دسته ) مفاهیم کلاسیک ، کاربرد همزمان مفاهیم کلاسیک دیگری را که در زمینه ای دیگر به همان اندازه ضرورت دارند غیر ممکن می سازد." طبق این بیان اسلوب های توصیف مکمل اند .مثلا توصیف بر حسب مختصات زمانی- مکانی و توصیف بر حسب انتقال انرژی- اندازه حرکت به صورت همزمان امکانپذیر نیست، زیرا این دو نوع  توصیف  مستلزم تدارکات تجربی متفاوتی هستند، بورن موضع بور را اینطور تلخیص کرده است که :"تصویر یگانه ای از از کل جهان تجارب، وجود ندارد."

یکی از ایرادهایی که از همان اوائل به اصل مکملیت وارد می کردند این بود که چرا مکملیت را منحصر به دو خاصیت کرده اند و به سه خاصیت یا بیشتر تعمییم نداده اند. از جمله فون نیومان، به دنبال ادعای بور که مکملیت تصاویر موجی و ذره ای را به فقدان خاصیت جابجایی در متغییرهای مربوطه  نسبت می داد گفته است :" خوب ، چیزهای زیادی هستند که خاصیت جابجایی ندارند، و شما به سهولت می توانید سه اپراتور پیدا کنید که جابجایی پذیر نباشند." وایتسکر این سوال را به طور صریح بررسی کرد و به این نتیجه رسید که دو گانگی موج- ذره حالت یک قضیه منفصله را دارد: واقعیت فیزیکی یا تمرکز نقطه ای دارد و یا در فضا گسترده است . حالت اول را با الگوی ذره ای بیان می کنیم و حالت دوم را با الگوی موجی.


ارزش اصل مکملیت از نظر بور


بور طی 35 سال کوشید تا مکملیت را به صورت یک نظریۀ فلسفی جامع و دقیق درآورد. او فیزیک کوانتومی را زمینه ای قرار داد که به کمک آن به یک معرفت شناسی منسجم دست یابد و انتظار داشت که به کمک مکملیت مسائل اساسی رشته های دیگر نظیر روانشناسی ، فیزیولوژی،جامعه شناسی،فلسفه و غیره را حل کند.

او می گفت روزی خواهد آمد که مکملیت در مدارس آموخته خواهد شد و بخشی از تعلیمات عمومی خواهد بود و بهتر از هر مذهبی مردم را راهنمایی خواهد کرد. روزنفلد،که از بزرگترین اصحاب بور بود ، می گوید که بور کوشش زیادی کرد تا مکملیت را در مورد سایر رشته های علوم بشری به کار ببرد و این کار را کم اهمیت تر از تحقیقات فیزیکی اش تلقی نمی کرد .

گفته شده است که اصل مکملیت بزرگترین اثری است که بور در فلسفه علم باقی گذاشته و جان ویلر آن را " انقلابی ترین عقیدۀ فلسفی معاصر " دانسته است.


نقد اصل مکملیت


گرچه به طور کلی می توان گفت که اصل مکملیت بور مورد پذیرش غالب فیزیکدانان معاصر قرار گرفته است،اما برخی از فیزیکدانان بزرگ معاصر و از جمله بعضی از بنیانگذاران مکانیک کوانتومی آن را نپذیرفته اند. دیراک در کتاب مکانیک کوانتومی خود از آن یادی نکرد و بعدا هم آن را مورد نقد قرار داد  . بورن نسبت به آن نظر مثبت نداشت و اینشتین این را کار درستی نمی دانست که اجازه بدهیم توصیف نظری مستقیما متکی به احکام تجربی باشد،چنانکه اصل مکملیت بور مدعی است.


تعمیم اصل مکملیت


چنانکه قبلا متذکر شدیم بور خود کوشید که قلمرو کاربرد اصل مکملیت را از حوزه محدود اولیه اش به سایر بخشهای دانش انسانی تعمیم دهد و البته دیگران هم در این راه کوشیده اند. ما در اینجا چند نمونه از این تعمیمات را ذکر می کنیم:

- مکملیت دمای یک سیستم و توصیف حرکت هر یک از اتم های آن: بور در سخنرانیی که در 1930 در انگلستان ایراد کرد مفهوم دمای یک سیستم ترمودینامیکی را مکمل و مانعة الجمع با توصیف کامل حرکات اتم های آن دانست.

- مکملیت اصالت حیات و اصالت فیزیک در سیستم های زنده  : بور طی یک سخنرانی در 1932 در کپنهاگ اصل مکملیت را به زیست شناسی تعمیم داد:"اگر بخواهیم تحقیقات درباره اعضای یک حیوان را تا آنجا ادامه دهیم که  بتوانیم توصیفی از نقش تک تک اتمها در اعمال حیاتی  به دست دهیم باید حیوان را بکشیم...از این دیدگاه باید حیات را یک حقیقت اولیه دانست که قابل توضیح نیست و باید آن را به عنوان یک نقطۀ شروع در زیست شناسی در نظر گرفت."

- مکملیت مطالعه فرهنگ های ساده : این مطلب را بور در سخنرانیی که در 1938 در کنگرۀ مردم شناسی و نژاد شناسی (در انگلستان) ایراد کرد متذکر شد.

- مکملیت ذهن و موضوع مردم شناسی

- مکملیت قدرت سازمان ملل متحد و حق حاکمیت ملت ها

- مکملیت دانش زمان حال و پیش بینی آینده : طبق تعبیر مکتب کپنهاگ هر چه وضع فعلی سیستمی را دقیق تر مشخص کنیم ،آن را بیشتر مختل می کنیم و در نتیجه دقت پیش بینی آینده کمتر می شود

- مکملیت آزادی اراده و جستجو برای یافتن انگیزه ها : هنگامی که به دنبال یافتن انگیزه ها برای تصمیم گیری خاص هستیم احساس اختیار نمی کنیم،اما در مواردی که نمی توانیم انگیزه ها را بیابیم یا دنبال یافتن آنها نیستیم احساس اختیار می کنیم.

- مکملیت محبت و عدالت: برونر می گوید که در سال 1943 (یا اوائل 1944) با بور ملاقات داشته است که یک بار یکی از فرزندانش مرتکب خطایی نا بخشودنی شده بود و او نمی دانست که چگونه مجازاتی برای فرزندش در نظر بگیرد. این مطلب او را به یاد مکملیت انداخته بود. آنگاه بور به برونر می گوید:"شما نمی توانید یک نفر را توأماً از دید محبت و دید عدالت بشناسید."

- مکملیت علم و مذهب : روس بال استاد ریاضی دانشگاه آکسفورد علم و دین را دو عنصر مکمل می خواند که گرچه ظاهراً با هم ناسازگارند اما هر دو صحیح هستند و مکمل یکدیگرند.

بور معتقد بود که در مورد مسائل اجتماعی و اخلاقی اعتقاد به اصل مکملیت می تواند باعث تحمل آراء دیگران شود.


تجزیه ناپذیری سیستم های  کوانتومی


طبق این اصل سیستم های کوانتومی خواص ذاتی (مستقل از مشاهده)ندارند. یعنی سیستم کوانتومی و وسایل  مشاهده ، یک واحد تجزیه ناپذیر می سازند و در نتیجه خواصی که به سیستم نسبت می دهیم در واقع متعلق به مجموعۀ سیستم و وسیله اندازه گیری است. به قول فاینمن:"در مکانیک کوانتومی  یک رویداد مجموعه ای از شرایط اولیه و شرایط نهایی است." مثلاً وقتی یک الکترون در یک طرف وسیلۀ آزمایش از تفنگ الکترونی خارج می شود و پس از گذشتن از یک  روزنه در طرف دیگر در نقطه ای مشاهده می شود، کل این قضیه یک حادثۀ لایتجزی است.

در توجیه این اصل بور متذکر شد که در فیزیک کوانتومی،برخلاف فیزیک کلاسیک،تفاعل بین سیستم مطالعه و وسیلۀ آزمایش (که شامل ناظر هم می شود) قابل اغماض یا جبران کردنی نیست. بنابراین برای توضیح پدیده های کوانتومی باید تمام تدارکات تجربی را مشخص کرد. به عبارت دیگر پدیده تحت مطالعه و آزمایشگر یک واحد تجزیه ناپذیرمی سازند و هر نوع تعبیری در وضعیت مشاهده که سبب تجزیۀ این پدیده به اجزایش شود باعث محو شدن پدیدۀ اصلی و ظهور یک پدیدۀ جدید می شود،نه آنکه چهرۀ دیگری از همان پدیده را بدست دهد. بنابراین برعکس پدیده های کلاسیک، یک پدیدۀ کوانتومی عبارت از یک رشته حوادث فیزیکی نیست،بلکه یک نوع تشخیص فردی است.

نکتۀ دیگر اینکه ما در فیزیک برای تعیین خواص اشیاء به آزمایش متوسل می شویم. در فیزیک کلاسیک می توان با طرح یک آزمایش پیچیده تمام اطلاعات قابل تصور را دربارۀ سیستم بدست آورد، اما در فیزیک کوانتومی چنین نیست. در اینجا بر خلاف اشیاء کلاسیک که خواص سازگار دارند، یک سیستم  کوانتومی از خود بعضی خواص مانعة الجمع نشان می دهد(مثل خواص ذره ای و خواص موجی). مثلا الکترون تحت بعضی شرایط به صورت ذره جلوه می کند و در بعضی شرایط دیگر به صورت موج. بور این مطلب را اینطور توجیه کرد که الکترون خودش خواص ذاتی ندارد، و این الکترون به علاوۀ سیستم اندازه گیری است که دارای آثار خاص است و بنابراین برای توصیف اشیاء اتمی باید تمام جهات ذیربط تدارکات تجربی را ذکر کرد و از شیوۀ توصیف های مکمل بهره گرفت. به قول بور " در حوزه فیزیک کلاسیک تمام خواص مشخصۀ یک شیء معین را می توان با یک طرح تجربی تعیین کرد، گرچه از لحاظ عملی مناسب است که برای مطالعۀ جنبه های مختلف یک پدیده طرح های متفاوتی را به کار ببریم . در واقع اطلاعاتی که از اینها به دست می آیند یکدیگر را تکمیل می کنند و می توان از ترکیب آنها تصویر واحد منسجمی از رفتار شیء مورد نظر بدست آورد. در فیزیک کوانتومی شواهدی که در مورد اشیاء اتمی از طریق طرح های تجربی مختلف بدست می آوریم نوع جدیدی از مکملیت را نشان می دهند." اما هایزنبرگ معتقد بود که یک سیستم کوانتومی دارای خواص گوناگونی است، و اینها را به صورت بالقوه دارد نه بالفعل،و این سرشت محیط سیستم کوانتومی است که معین می کند کدام یک از اینها به فعلیت خواهد رسید.

به هر حال به جای آنکه بگوییم الکترون، به صورت منزوی، چه خواصی دارد باید شرایطی را که الکترون در آن قرار دارد مشخص کنیم، ودر واقع می توان گفت که الکترون اصطلاحی است که از تحلیل پدیده ها انتزاع می شود. با وجود این می توان به طور قراردادی خواص مشاهده در آزمایشها را به خود سیستم های کوانتومی نسبت داد،به شرط آنکه متوجه قراردادی بودن این امر باشیم و نخواهیم نتایجی در بارۀ کنه اشیاء استنتاج کنیم و به شرط آنکه در مورد خواص ناسازگار روابط عدم قطعیت  را مراعات کنیم.


ارزش مفاهیم کلاسیک



هم بانیان مکتب کپنهاگی و هم اینشتین قبول داشتند که یک  محدودیت اساسی در کاربرد مفاهیم کلاسیک در حوزۀ اتمی وجود دارد اما در مورد این محدودیت نگرش آنها متفاوت بود. بنیانگذاران مکتب کپنهاگی معتقد بودند که  باید تمام مفاهیم فیزیک کلاسیک را حفظ کرد ولی محدودیتی برای کاربرد همزمان آنها قائل شد. برای این کار مفاهیم را به دو مقولۀ مکمل تقسیم می کنیم و تنها آنهایی را که متعلق به یک مقوله هستند بطور همزمان به کار می بریم. از دیدگاه اینها علت ضرورت به کار بردن زبان فیزیک کلاسیک در بحث از حقایق تجربی این است که نمی توان از شیوه های معمولی ادراک صرف نظر کرد و یک مبادلۀ فکری غیر مبهم دربارۀ اطلاعات تجربی بدون اینها میسر نیست.به قول بور:"هر چه هم که پدیده های کوانتومی از حوزۀ توصیف کلاسیک  فراتر بروند باید توضیح تمام شواهد (تجربی) بر حسب اطلاعات کلاسیک باشد. دلیلش اینست که ما از کلمۀ "آزمایش" منظورمان وضعیتی است که در آن می توانیم به دیگران بگوییم چه کرده ایم  و چه آموخته ایم و بنابراین باید توضیح تدارکات تجربی و نتایج مشاهدات را به زبانی غیر مبهم، با استفاده از اصطلاحات فیزیک کلاسیک، بیان کنیم."


از طرف دیگر استفاده از مفاهیم کلاسیک در حوزۀ اتمی تاوانی هم دارد و آن اینست که دیگر نمی توان توصیف واحدی (بر حسب مفاهیم کلاسیک)از پدیده های  اتمی ارائه داد و ضروری است که از توصیف های مکمل  استفاده کنیم. به قول رزنفلد :"تمام موجوداتی که قادر به تحقیقات فیزیکی هستند در ابتدا با جهان فقط در مقیاس ماکروسکوپیک  تفاعل دارند، لذا باید مفاهیمی مناسب پدیده های ماکروسکوپیک بسازند. بنابراین وقتی به کشف دنیای اتمی می پردازند در توصیف آن با مساله روبرو می شوند،و از این جهت ناچارند از شیوۀ توصیف های مکمل استفاده کنند."


هایزنبرگ نیز عقیده داشت که :"ما برای توصیف تدارکات تجربی و نتایج تجربه راهی  جز استفاده از زبان فیزیک کلاسیک نداریم و نمی توانیم چیز های دیگری را جایگزین آنها کنیم ولی البته کاربرد این مفاهیم به علت روابط عدم قطعیت محدودیت پیدا می کند. ما باید این محدودیت را به ذهن بسپاریم ولی نمی توانیم و نباید در اصلاح این مفاهیم بکوشیم."


در مقابل اینها اینشتین معتقد بود که اگر اطلاعات تجربی جدیدی نشان داد که مفهومی اعتبارش را از دست داده است باید آن را کنار گذاشت. او اشکالی نمی دید که مفاهیم کلاسیک کنار گذاشته شود و حتی ضروری می دید که به جای این مفاهیم، مفاهیم کاملا جدید به کار گرفته شود. اما همواره تاکید داشت که مفاهیم نو در عین اینکه اطلاعات جدید را توجیه می کنند نباید به برداشت ما از واقعیت فیزیکی لطمه بزنند.



  علیت



واژۀ علیت در قرون اخیر در میان فیزیکدانان به این معنی به کار رفته است که اطلاعات دقیق از حالت فعلی یک سیستم فیزیکی برای پیش بینی آیندۀ آن کفایت می کند. به عبارت دیگر در جهان قوانین لایتخلفی وجود دارند که به کمک آنها می توان بطور یگانه آیندۀ هر سیستم فیزیکی را از روی وضعیت فعلی آن تعیین کرد.
هیهات منا الذلة

کاربران زیر از شما کاربر محترم جناب Sardar تشکر کرده اند:
SadafG

Old Moderator

Old Moderator



نماد کاربر
پست ها

1575

تشکر کرده: 0 مرتبه
تشکر شده: 12 مرتبه
تاريخ عضويت

شنبه 11 شهریور 1385 13:24

آرشيو سپاس: 252 مرتبه در 138 پست

توسط Sardar » سه شنبه 21 خرداد 1387 15:27

علیت



واژۀ علیت در قرون اخیر در میان فیزیکدانان به این معنی به کار رفته است که اطلاعات دقیق از حالت فعلی یک سیستم فیزیکی برای پیش بینی آیندۀ آن کفایت می کند. به عبارت دیگر در جهان قوانین لایتخلفی وجود دارند که به کمک آنها می توان بطور یگانه آیندۀ هر سیستم فیزیکی را از روی وضعیت فعلی آن تعیین کرد.


این تعبیر خاص از علییت را اصل موجبیت (دترمینیسم) می نامند. این اصل در مکانیک نیوتنی اعتبار مطلق داشت ولی پس از تکوین مکانیک کوانتومی بنیانگذاران مکتب کپنهاگی گفتند که دترمینیسم  را باید کنار گذاشت. در میان اینها بور وضعیت خاصی داشت زیرا او حتی قبل از ظهور مکانیک کوانتومی جدید اعتبار دترمینیسم را مورد تردید قرار داده بود:"این نویسنده پیشنهاد کرد که تغییر هر حالت یک اتم،که در آن اتم از یک حالت مانا به حالت مانای دیگر می رود،باید یک فرآیند واحد به حساب آورده شود که قابل تشریح بیشتر نیست. در اینجا، آنقدر از توصیف علی دوریم که می توان گفت هر اتم در یک حالت مانا مختار است به هر حالت مانای دیگر  منتقل شود." در سال 1923 نیز بور در مقاله ای که به اتفاق کرامرز و اسلیتر نوشت تخلف از علیت را پیشنهاد کرد که اندک زمانی بعد تجارب بوته – گایگر و کامپتون – سایمون آن را رد کرد. همچنین بور در سخنرانیی که در سال 1925 در کنگرۀ ریاضیدانان اسکاندیناویایی ایراد کرد متذکر شد که پیشرفت فیزیک امکان یک توصیف علی منسجم از پدیده های 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 عقیده داشت که قوانین بقای انرژی و اندازه حرکت(که مصادیق روابط علی هستند) در صورتی دقیقا صدق می کنند که از توصیف زمانی – مکانی حوادث صرفنظر کنیم وبالعکس. به عبارت دیگر،ارائه یک توصیف زمانی – مکانی و یک توصیف علی دقیق برای حوادث فردی به طور همزمان امکان ندارد و یکی از ایندو را باید فدای دیگری کرد. به قول بور:"این وضعیت مخصوصا مانع تلفیق غیر مقید مختصات زمانی – مکانی  و قوانین بقای اندازه حرکت – انرژی که توصیف تصویری علی فیزیک کلاسیک بر مبنای آنهاست می شود. بنابراین یک طرح تجربی که منظور از آن پیدا کردن مکان یک ذرۀ اتمی  در لحظۀ بعدی (بعد از تعیین آن در یک زمان قبلی) است مستلزم انتقال (علی الاصول غیر قابل کنترل) انرژی و اندازه حرکت به ترازهای ثابت و ساعتهای میزان شده (که برای تعریف دستگاه مرجع ضرورت دارند)است. بالعکس استفاده از هر طرحی که برای مطالعۀ ترازمندی انرژی و اندازه حرکت (که برای توجیه خواص ذاتی اشیاء اتمی لازم است) مناسب باشد مستلزم صرف نظر کردن از تفصیلات مختصات زمانی – مکانی ذرات سازندۀ سیستم است."



واقعيت فيزيكي


در فیزیک کلاسیک به عنوان اصل پذیرفته شده بود که یک جهان خارجی مستقل از ذهن وجود دارد که می توان آن  را مشاهده کرد و توصیفی از آن بدست آورد.


در آنجا فرض بر این بود که در جهان خارجی قوانین مستقل از وجود بشر موجودند و بشر قادر است این قوانین را (لا اقل به طور تقریبی) یاد بگیرد. فیزیکدانان کلاسیک وظیفۀ فیزیک را این می دانستند که توصیفی از نظم موجود در طبیعت،مستقل از نقش آزمایشگران ، بدست دهد.


واضح است که برای اندازه گیری یک کمیت فیزیکی باید وسیله ای بکار ببریم و این وسیله تفاعلی با شیء مورد نظر داشته باشد . این تفاعل روی هر دو اثر می گذارد و بنابراین حالت شیء قبل و بعد از اندازه گیری یکی نیست. در فیزیک کلاسیک اعتقاد بر این بود که عمل مشاهده تاثیر قابل ملاحظه ای روی شیء مورد مطالعه نمی گذارد و به علاوه می توان اثر آن را به حساب آورد. بنابراین در فیزیک کلاسیک امکان داشت که وضعیت شیء  را برای زمانهای قبل از مشاهده و زمان های بعد از آن مشخص کرد. در فیزیک کوانتومی مشاهدات روی شیء مورد مطالعه تاثیر می گذارند و این تاثیر را نمی توان به کمتر از یک مقدار معین تقلیل داد، و قابل کنترل هم نیست. بنابراین از دیدگاه بور و همفکران او نمی توان  از رفتار و خواص اشیاء کوانتومی به صورتی مستقل از مشاهده صحبت کرد و نمی توان یک واقعیت  مستقل از مشاهده به پدیده ها نسبت داد. به عبارت دیگر وجود یک شیء و دانش ما دربارۀ آن دو مطلب کاملا جداگانه نیست.به قول بور:"ما در صحنۀ وجود تنها تماشاگر نیستیم، بلکه بازیگر هم هستیم." به عقیدۀ بور وظیفۀ علم این نیست که ماهیت اشیاء را بر ملا کند و توصیفی از جهان خارج بدست دهد،بلکه کار آن این است که رابطه ای بین تجارب مختلف بشر برقرار کند. بنابراین وقتی ما راجع به توصیف طبیعت بحث می کنیم منظورمان توصیف طبیعت مستقل از ذهن انسانها نیست، بلکه منظورمان تجارب بشری است. به قول بور:"این اشتباه است که فکر کنیم وظیفۀ فیزیک پیدا کردن چگونگی طبیعت است. فیزیک مربوط است به آنچه ما می توانیم  در بارۀ  طبیعت بگوییم."


و به قول هایزنبرگ :" فرمول های ریاضی جدید طبیعت را توصیف نمی کنند، بلکه دانش ما را دربارۀ طبیعت بیان می کنند. ما مجبور شده ایم توصیف طبیعت را که قرنها هدف علوم دقیقه به حساب می آمد کنار بگذاریم. تنها چیزی که در زمان حاضر می توان گفت این است که ما در حوزۀ اتمی این وضعیت را قبول کرده ایم، زیرا تجاربمان را به قدر کافی توضیح می دهند." عده ای بور را ایده آلیست به حساب آورده اند. از طرف دیگر افرادی در این مطلب مناقشه کرده اند. واضح است که بور را نمی توان یک رئالیست به مفهوم متداول آن (یعنی اعتقاد به واقعیت فیزیکی مستقل از عمل مشاهده) به حساب آورد. اما بور و پیروان او رئالیسم را به نحو دیگری تعبیر کرده اند. از نظر آنها منظور از رئالیسم این است که تجارب انسانی را می توان بدون ابهام به دیگران منتقل کرد.


به قول بور:


"در واقع از دیدگاه فعلی ما، فیزیک را نباید مطالعۀ چیزی از قبل داده شده دانست، بلکه باید آن را وسیله ای  دانست که می تواند روش هایی برای تنظیم و بررسی تجارب انسانی به وجود آورد.از این لحاظ وظیفۀ ماست که این تجارب را به نحوی مستقل از ذهنیات افراد و بنابراین به صورت عینی توضیح بدهیم،یعنی به نحوی که بتوان آن را بدون ابهام به زبان معمولی بشر به افراد دیگر منتقل کرد." اینکه پدیده های مربوط به ذرات بنیادی قابل تفکیک از وسایل  مشاهده نیستند و اشیاء اتمی واقعیتی در حد اشیاء معمولی ندارند هضمش بسیار مشکل بوده است و هنوز هم بسیاری از بزرگان علم و فلسفه در مقابل آن مقاومت می کنند. برای بور گذشتن از واقعیت پدیده های اتمی قابل قبول بود، زیرا برای او نکتۀ مهم در مورد یک نظریه، سادگی  یا زیبایی آن و یا مراعات برخی اصول نبود، بلکه خالی بودن آن از تناقضات داخلی و انسجام میان روشهای حصول اطلاعات کمی و نحوۀ تعبیر آنها بود. در مقابل اینشتین حاضر بود که با ناسازگاری های کوتاه مدت بسازد ولی اصول مورد قبولش را کنار نگذارد. او اعتقاد به وجود دنیای خارجی مستقل از ذهن را اساس تمام علوم طبیعی می دانست و به  همین جهت حاضر نبود هیچ چیزی را که به واقعیت دنیای فیزیکی خدشه وارد می کند بپذیرد.


منابع:


1. فرهنگ فلسفی


2. هالینگ، تاریخ فلسفهٔ غرب، صفحه ۱۳


3. سانلي پورفائز


4.  وب سايت اختصاصـي آلبرت اينشتيـن


5.  وب سایت تلسکوپ فضایی هابـل


6. دکترمهدی گلشنی مجله فیزیک1364.3(متن سخنرانی در کنفرانس فیزیک ایران شهریور 1364).


7 . http://phyphi.blogfa.com/86022.aspx


8. دانشنامه رشد


               ۹.   http://www.falsafeh.com  


10. سانلي پورفائز


11.http://www.nanoclub.ir  


     12.کتاب نمود واقعيت ازپيتر کوسو

تهيه و تنظيم:مهناز دهباشي

برگرفته از وبلاگ تاریخ و فلسفه علم
هیهات منا الذلة


 


  • موضوعات مشابه
    پاسخ ها
    بازديدها
    آخرين پست

چه کسي حاضر است ؟

کاربران حاضر در اين انجمن: بدون كاربران آنلاين و 2 مهمان