ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه (زبان و واقعیّت در فیزیک جدید)

۴ شهریور ۱۳۹۳ بدون دیدگاه

ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه (زبان و واقعیّت در فیزیک جدید)

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie: Sprache und Wirklichkeit

ورنر هایزنبرگ. فیزیک و فلسفه. فصل دهم. هیرتسل، ۱۹۷۲ (نسخۀ فارسی)

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie: Kapitel X

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie: Physik und PhilosophieHirzel

(برای دیدن نسخۀ اصلی، بنگرید به:) http://sdrv.ms/Yz8tM

 فصل دهم: ص ۱۶۰

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie: Sprache und Wirklichkeit

ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه. فصل دهم: زبان و واقعیّت

فیزیک و فلسفه: زبان و واقعیّت

در تاریخ علم، اکتشافات تازه و افکار نو همیشه به بگومگوهای علمی انجامیده است، به‌طوری‌که سبب انتشار نوشته‌هایی برضدّ یکدیگر شده است که افکار تازه را نقد می‌کرده. این نقدها هم عموماً بر رشد آن افکار تازه سودمند بوده است. امّا این کشمکش‌ها شاید هیچگاه پیش‌تر به آن میزان از شدّت نرسیده بود که پس از کشف نظریّۀ نسبیّت به آن رسید و به‌میزانی کمتر هم پس از نظریّۀ کوانتومی. درهر دو مورد هم، این مسائل علمی سرانجام حتّی به نزاع‌های سیاسی پیوند خورد، و برخی از دانشمندان هم به روشهای سیاسی متوسّل شدند تا دیدگاههای خود را به پیروزی برسانند. این واکنش تند به تازه‌ترین پیشرفت فیزیک جدید را تنها هنگامی میتوان فهمید که به این نکته آگاهی یابیم که دراینجا مبانی فیزیک و شاید علم اصلاً به‌‌حرکت درآمده بود، و این حرکت هم این احساس را برانگیخته بود که گویی زمینی که تاکنون علم بر آن استوار بود، به‌یک‌باره زیر پای ما فرو می‌ریزد. امّا درعین‌حال هم این به‌این معنی بود که شاید هنوز زبان درستی نیافته بودیم تا بتوانیم با آن دربارۀ وضعیّت جدید حرف یزنیم، به‌طوری‌که همۀ ادّعاهایی که اینجاوآنجا، هم نادرست و هم ازسر بی‌دقّتی، ازروی شوق دربارۀ اکتشافات تازه منتشر می‌کردیم، سوءفهم‌هایی از همه نوع را برانگیخته بود. در واقع، آنچه اینجا می‌گذرد، مسئله‌ای دشوار و اساسی است. فنون تجربی زمان ما، که دراین میان هم بهبود یافته است، وجوهی از طبیعت را در میدان دید علم قرار می‌دهد، که آن‌ها را نمیتوان با مفاهیم زندگی روزانه یا حتّی با مفاهیم فیزیک قدیم تشریح کرد. امّا پرسش ما این است که در چه زبانی می‌توان آن‌ها را تشریح کرد؟

 نخستین زبان، که از فرآیند تبیین علمی به‌دست آمده است، در فیزیک نظری به‌طور معمول زبانی ریاضی است؛ یعنی آن گرتۀ ریاضی که به فیزیک‌دانان امکان می‌دهد تا نتایج آزمایشها را پیش‌بینی کنند. شاید فیزیک‌دانان هم به این خوشنود باشند که گرتۀ ریاضی‌ای در اختیار دارند و میدانند که چگونه می‌توانند آن را برای تفسیر آزمایشهای خود به‌کار بگیرند. امّا همین فیزیک‌دانان هم باید دربارۀ نتایج خود با کسانی حرف بزنند که فیزیک‌دان نیستند، و به‌ چیزی هم کمتر از آنکه توضیحی به زبان معمول به آن‌ها ارائه شود، رضایت نمی‌دهند، یعنی به زبانی که هرکس بتواند آن را بفهمد. حتّی برای فیزیک‌دان هم، امکان تشریح به زبان معمول، معیاری است بر درجۀ فهم، که در آن حوزه بدان دست یافته‌ایم.

 چنین تشریحی اصلاً تا چه میزان ممکن است؟ آیا میتوان مثلاً دربارۀ خود اتم حرف زد؟ این مسئله هم به زبان مربوط می‌شود و هم به فیزیک، و از این‌رو هم باید چند تذکار دربارۀ زبان به‌طور کلّی، و هم به‌خصوص دربارۀ زبان علمی بدهیم.

 زبان را در زمانی پیش از تاریخ، نژاد انسان به عنوان وسیلهای برای فهم و بنیانی برای فکر ساخته است. از مراحل گوناگون ساخته‌شدن آن چیز اندکی می‌دانیم. امّا بازهم امروز زبان، شمار زیادی از مفاهیمی را درخود دارد که به آن‌ها می‌توان چون ابزارهای سودمندی بر فهم کم‌وبیش بی‌ابهام ما از رویدادهای زندگی روزانه نگریست . این مفاهیم اندک‌اندک از راه استفاده از زبان، بی‌آنکه تحلیلی انتقادی از آن‌ها درنظر داشته باشیم، به‌دست آمده است، و وقتی هم از کلمه‌ای زیاد استفاده می‌کنیم، چنین گمان می‌کنیم که کم‌وبیش درست میدانیم که آن به چه معنایی است. این هم واقعیّتی کاملاً آشکار است که واژهها به آن روشنی هم تعریف نشده است که شاید در نگاه نخست چنین به‌نظر میآید، و تنها حوزۀ کاربردی محدودی دارد؛ برای مثال، میتوان از تکّه‌ای از چوب یا از تکّه‌‌ای از آهن حرف زد، امّا نمیتوان از تکّه‌ای از آب حرف زد. واژۀ «تکّه» را نمی‌توان در مورد مادۀ سیّال به‌کار برد. یا مثال دیگری را ذکر کنیم: در بحث دربارۀ محدودیّت مفاهیم، بور همیشه این داستان را تعریف می‌کرد: پسربچّه‌ای با سکّۀ یک ریالی دردست، به مغازهای می‌رود و میپرسد: «میشه با یک‌قرون شیرینی مخلوط بخرم؟” فروشنده هم دو شیرینی از جعبه‌ای برمیدارد، آن‌ها را به پسربچّه میدهد و میگوید: «مخلوط‌کردنش رو خودت بلدی». مثال جدّی‌تری از دشواری میان واژهها و مفاهیم، این واقعیّت است که واژههای «قرمز» و «سبز» را حتّی کسانی به‌کار می‌برند که کوررنگ‌اند، اگرچه حدود استفاده از آن‌ها باید برای کسانی که کوررنگ‌اند کاملاً با دیگران فرق کند.

 به این ابهام اصولی در معنای کلمات، البتّه خیلی زود پی‌بردیم، و میل به‌یافتن، تعریف آن‌ها را برانگیخت؛ یعنی آن‌چنان‌که واژۀ “تعریف” میگوید، حدودی را معیّن کنیم، که آن حدود مشخّص ‌کند که آن کلمه را کجا می‌توان و کجا نمی‌توان به‌کار برد. امّا هر تعریفی را مسلّمّاً فقط با مفاهیم دیگر می‌توان ارائه داد، و به‌همین سبب هم باید بتوانیم به برخی از مفاهیم سرانجام اطمینان کنیم، که آن‌طورکه هستند، آن‌ها را می‌پذیریم، یعنی بی‌آنکه تحلیل و تعریف شده باشد.

 در فلسفۀ یونان مسئلۀ مفاهیم در زبان، یکی از مهمّ‌ترین موضوعات از زمان سقراط بود، که اگر زندگی‌اش را بنابرآنچه افلاطون هنرمندانه در محاوراتش ترسیم می‌کند، پی‌بگیریم، بحثی مداوم دربارۀ محتوای مفاهیم در زبان، و دربارۀ حدود ابزارهای بیان بود. ارسطو، برای آنکه بنیانی استوار بر فکر علمی بیابد، “منطق” را نوشت، تا صورت‌هایی از زبان را تحلیل کند، تا ساختار صوری نتایج و استنتاجات را، مستقلّ از محتوای آنها، بررسی کند. او از این راه به درجه‌ای از انتزاع و درستی دست یافت، که تا آن زمان در فلسفۀ یونان ناشناخته بود؛ او از این راه هم به بیشترین میزانی به روشن‌کردن مفاهیم پرداخت، و تاحدودی نظمی در روش فکرکردن برای ما پدید آورد. او درواقع بنیان زبان علمی را آفرید.

از سوی دیگر، تحلیل منطقی زبان این خطر را هم دارد تا به سادهسازی بیش ازاندازه‌ای بیانجامد. درمنطق، نگاه ما به سوی ساختارهای خاصّ زبان است، به پیوندهای بی‌ابهام میان پیش‌شرط‌ها و نتایج است، به نمونه‌های سادۀ استنتاج است، به‌طوری‌که این کار به زیان هر ساختار زبانی دیگری تمام می‌شود. این ساختارهای دیگر، می‌تواند از تداعی میان برخی از معانی ثانوی واژهها پدید آید؛ به‌طوری‌که مثلاً معنای ثانوی واژه‌ای، که به‌طور معمول در آگاهی ما کم‌وبیش نیمه‌روشن است، وقتی آن واژه شنیده ‌می‌شود، به فهم از محتوای جمله کمک زیادی می‌کند. این واقعیّت که هر واژه‌ای ممکن است برخی از انگیزه‌های نیمه‌آگاه را در فکر ما برانگیزد، میتواند براین کار سودمند باشد تا برخی از وجوه واقعیّت را در زبان روشن‌تر از زمانی بنمایانیم، که در آنجا از فرایند نتیجه‌گیری منطقی استفاده می‌کنیم. به‌همین سبب، شاعران، بسیاری از اوقات برضدّ تأکید‌های مبالغه‌آمیز در استنتاجات منطقی در زبان و در فکر برخاسته‌اند، که به اینجا می‌تواند بیانجامد تا زبان کمتر برای آن منظوری مناسب باشد که درآغاز دراصل هدف آن بوده است. مثلاً میتوان حرف‌های مشهوری را به یاد آورد که مفیستوفلس، در “فاوست” گوته، به آن دانشجو میگوید:

 “از وقت استفاده کنید، زیراکه خیلی زود از کفتان می‌رود،

امّا نظم به شما میآموزد تا وقت به‌دست آرید.

دوست بسیار عزیزم، به شما پند می‌دهم،

درآغاز منطق بیاموزید.

زیراکه فکر شما را رام می‌کند،

 فکر شما را در منگنه می‌فشرد،

تا به‌احتیاط در راه روزمرگی آهسته گام بردارد

تا گمان نکند چون شرارۀ آتش به‌اینجاو آنجا بپرد.

سپس در همۀ روز به شما می‌آموزند،

 که آنچه را که به‌چشم‌به‌هم‌زدنی انجام می‌دهید،

ناگزیر چون خوردن، آشامیدن، مانند یک‌دو‌سه‌شمردن است!

به‌راستی که کار فکر هم این چنین است

چون کارگاه بافندگی است،

که رکاب‌زدنی هزاران رشته را می‌لرزاند،

که ماسوره یک‌سره پایین‌وبالا می‌رود،

که در آن، رشته‌ها بی‌آنکه به‌چشم آید، روی‌هم می‌لغزد،

که در آن هزار گره به‌یک باره بسته می‌شود.

پس فیلسوف از راه می‌رسد

تا برای شما ثابت کند که باید چنین باشد:

که اگر اولّی چنین است، و دومی چنان،

سومی و چهارمی هم ناگزیر چنان خواهد بود؛

که اگر اولّی نباشد و دومی،

سومی و چهارمی هم نخواهد بود.

 این استدلال، تحسین همۀ دانشجویان را، همه‌جا برمی‌انگیزد

امّا هیچ‌یک هم بافنده نمی‌شوند.

آن که می‌خواهد موجود زنده را بشناسد و از آن بگوید

ابتدا روح را از بدن آن بیرون می‌راند؛

اینجاست که او همۀ آن اجزاء را در دست دارد،

امّا، افسوس! آنچه کم است، بدبختانه  همان رشتۀ معنوی است.* “

 این قطعه، بیانی تحسین‌برانگیز از ساختار زبان است و نقدی درست بر تنگنای استنتاجات منطقی ساده.

از سوی دیگر، علم، باید هم بر زبان چون تنها ابزار تفهیم استوار باشد و از این‌رو باید دراینجا، یعنی در جایی که مسئلۀ نبود ابهام بیشترین اهمیّت را دارد، نتیجه‌گیری منطقی بیشترین کار خود را بکند. دشواری شاخص را شاید در اینجا بتوان این‌طور تشریح کرد: در علم میکوشیم تا خاصّ را از عام استنتاج کنیم؛ پدیدۀ خاص را باید نتیجه‌ای از قانونی کلّی‌تر دانست. قوانین کلّی می‌تواند، وقتی در زبان صورتبندی می‌شود، تنها چند مفهوم ساده را دربر بگیرد، وگرنه ساده و عامّ نخواهد بود. از این مفاهیم باید اکنون شمار بی‌پایانی‌ از پدیدههای ممکن نتیجه شود، و آن‌هم نه فقط به‌طور کیفی و نادرست، بلکه با بیشترین دقّت در مورد هر پرسش منفرد. و این نکته را هم می‌توان مستقیم دریافت که مفاهیم زبان معمول، که هم با دقّتی کم تعریف شده است و هم سرسری، هرگز نمیتواند چنین استنتاجهایی را ممکن کند. و هنگامی‌که از مفروضات داده‌شده‌ای زنجیری از نتایج باید برآید، درآن‌صورت شمار حلقههای ممکن در این زنجیر وابسته به دقّت در مفروضات خواهد بود. ازاین‌رو باید در علم، مفاهیم اصولی در قوانین کلّی را با بیشترین دقّت تعریف کرد، و این کار تنها از دست انتزاع ریاضی بر می‌آید.

 در علوم دیگر هم می‌تواند وضعی مشابه به‌وجود آید، در آنجا هم به تعاریف دقیق نیاز است؛ برای مثال، در علم حقوق. امّا دراینجا لازم نیست تا شمار حلقه‌ها در سلسلۀ نتایج بسیار زیاد باشد؛ به‌همین سبب هم دقّت تامّ لازم نیست، و تعاریفی که کم‌وبیش به‌کمک مفاهیم زبان معمول ارائه شود، عموماً کفایت می‌کند.

 در فیزیک نظری میکوشیم تا دسته‌ای از پدیدهها را با وارد کردن نمادهای ریاضی‌ای بفهمیم، که آن‌ها را به امور واقع، یعنی با نتایج اندازهگیریها می‌توانیم مرتبط کنیم. برای این نشانه‌ها، از نامهایی استفاده میکنیم که رابطۀ آنها با اندازهگیری را نمایان می‌کند. پس از این راه نمادها را با زبان معمول به‌هم گره می‌زنیم. سپس نمادها را از راه نظام استوار تعاریف و اصول موضوعه به‌یکدیگر مرتبط می‌کنیم، و سرانجام قوانین طبیعت را با معادلاتی میان این نمادها بیان میکنیم. گوناگونی بی‌پایان راهحلّهای این معادلات با گوناگونی بی‌پایان پدیده‌های منفردی مطابقت دارد، که در این بخش از طبیعت ممکن است. به‌این شیوه، گرتۀ ریاضی آن دسته از رویدادهایی را که مورد نظر ماست تا آنجایی می‌نمایاند که رابطۀ میان نمادها و اندازه‌گیری‌ها تکافو می‌کند. این رابطه سپس امکان می‌دهد تا خود قوانین طبیعی را با مفاهیم زبان معمول بیان کنیم، زیرا که آزمایشهای ما، که بر پردازش‌ها ومشاهدات ما استوار است، همواره میتواند به زبان معمول تشریح شود.

 امّا: با فرآیند گسترش شناخت علمی ما، زبان هم گسترش مییابد. مفاهیم تازه وارد می‌شود، و مفاهیم قدیمی در حوزۀ گسترده‌تری یا در حوزۀ دیگری به‌کار می‌رود که با کاربرد آن‌ها در زبان معمول فرق دارد. لغاتی مانند انرژی، الکتریسته، آنتروپی، نمونههایی بر آن است. از همین راه است که ما زبان علمی را توسعه میدهیم، که آن را می‌توان تعمیم طبیعی زبان معمول دانست، که به کار آن حوزه‌هایی از شناخت می‌آید که تازه به آن‌ها دست یافته‌ایم.

 در سدۀ پیش، شماری از مفاهیم تازه‌ در فیزیک وارد شد، و گاه هم زمان زیادی به درازا کشید تا فیزیک‌دانان به استفاده از مفاهیم تازه عادت کردند. مثلاً مفهوم «میدان الکترومغناطیسی»، که پیشتر هم کم‌وبیش در کارهای فارادی وجود داشت، و پس از آن هم اساس نظریّۀ ماکسول بود، از آن اندک‌اندک آن فیزیک‌دانانی استفاده کردند که پیشتر از همان آغاز حرکت مکانیکی مادّه را بادقّت دنبال می‌کردند. ورود این مفهوم، با تغییری در تصوّرات علمی ما همراه بود، و این چنین تغییراتی هم چندان به‌آسانی صورت نمی‌گیرد.

 امّا همۀ مفاهیمی که تا پایان سدۀ گذشته هم در فیزیک وارد شده بود، نظامی بسته بر خود می‌ساخت که در میدان گسترده‌ای از تجربه کاربرد داشت، و با مفاهیم قدیمیتر زبانی را می‌ساخت که آن را نه فقط دانشمندان، بلکه کاردانان فنّی و مهندسان هم با کامیابی در کارهای خود به کار میبردند. از مبانی اساسی این زبان هم این فرض‌هاست که ترتیب رویدادها در زمان کاملاً از آرایش ‌آن‌ها در مکان مستقلّ است، که هندسۀ اقلیدسی در فضای واقعی درست است، و اینکه فرایندها در فضا و زمان روی می‌دهد، مستقلّ از این‌که ما آن‌ها را مشاهده کنیم یا نکنیم. این را هم مسلمّاً انکار نمی‌کردیم که هر مشاهده‌ای تاحدودی تأثیری بر پدیده‌هایی برجای می‌گذاشت، که موضوع مطالعۀ ما بود، امّا به‌طور کلّی هم چنین فرض میشد که می‌توان این تأثیر را،درصورتی‌که آزمایش را با احتیاط لازم انجام دهیم، به مقداری دلخواه کوچک کرد. آنچه در اینجا در واقع با آن رودررو بودیم، همان شرط لازم برای تحققّ آرمان عینیّت بود، که به‌عنوان اساس همۀ علم درست بود.

 در این وضع نسبتاً آرام فیزیک، نظریّۀ کوانتومی و نظریّۀ نسبیّت خاص به مبانی علم یورش برد، با حرکتی ناگهانی، درآغاز به‌آرامی، امّا اندک‌اندک تندتر. اوّلین بحث‌های تند دربارۀ مسائل زمان و مکان شعله‌ور شد، که نظریّۀ نسبیّت پیش کشیده بود. دربارۀ این وضع جدید، چه باید بگوییم؟ آیا باید انقباض لورنتسی اجسام متحرّک را، انقباضی واقعی دانست یا صرفاً انقباضی ظاهری؟ آیا باید این‌طور گفت که ساختار فضا و زمان با آنچه که پیشتر فرض می‌کردیم، فرق دارد، یا باید فقط بگوییم که نتایج تجربی را، در تفسیر نظری آن‌ها، باید از نظر ریاضی طوری به‌یکدیگر مرتبط کرد که با این ساحتار جدید مطابقت کند، زیرا فضا و زمان به‌عنوان صورت‌های کلّی مشاهده، که در آن جهان را ادراک می‌کنیم، همان چیزی برجای می‌ماند که همیشه بوده است. مسئلۀ واقعی، که در پس این پرسش‌های جدل‌برانگیز بود، این واقعیّت بود که هیچ زبانی وجود نداشت تا با آن بتوانیم بی‌ابهام دربارۀ آن وضع جدید حرف بزنیم. زبان معمول هم بر مفاهیم پیشین فضا و زمان استوار بود، و این زبان هم فقط آن ابزاری را می‌ساخت که با آن می‌توانستیم آرایش و نتایج اندازه‌گیری‌ها را بی‌ابهام درک کنیم. تجربه‌ها‌ی ما امّا نشان داد که مفاهیم قدیمی را همه جا نمیتوان به‌کار برد.

 نقطۀ آغازین درونی بر تفسیر نظریۀ نسبیّت درنتیجه این بود که در مورد مرزی سرعتهای بسیار کوچک (یعنی سرعت‌هایی که در مقایسه با سرعت نور کوچک است)، نظریۀ نو با نظریّۀ قدیمی عملاً یکی بود. به‌همین سبب هم در این بخش از نظریّۀ این امر بدیهی بود که چگونه باید نمادهای ریاضی را تفسیر کرد، چگونه باید آن‌ها را به آزمایش‌ها و به مفاهیم زبان معمول مرتبط کرد. در واقع تنها به‌واسطۀ همین کار بود که تبدیل لورنتس را پیشتر یافتیم. و دراین حوزه هم هیچ ابهامی دربارۀ معنای کلمات و نمادها وجود نداشت. در واقع این رابطه کفایت می‌کرد تا نظریّه را در همۀ حوزۀ تجربی‌ای به‌کار بندیم، که با مسئلۀ نسبیّت مرتبط بود. ازاین‌رو، همۀ پرسش‌های جدال‌برانگیز دربارۀ «واقعی» یا «ظاهری» بودن انقباض لورنتس، یا دربارۀ معنای واژۀ «همزمانی»، و امثال آن‌ها، دیگر اصلاً به امور واقع مربوط نمی‌شد، بلکه تنها مربوط به زبان بود.

 امّا دربارۀ زبان، ازسوی دیگر، با گذشت زمان آموختیم که شاید چندان هم لازم نباشد تا سفت‌وسخت بر اصول معیّنی پافشاری کنیم. این کار همیشه دشوار است تا معیارهای کلّی‌ای بیابیم که رضایت ما را فراهم آورد، تا بدانیم از چه مفاهیمی در زبان می‌توان استفاده کرد، و چگونه آن‌ها را می‌توان به‌کار برد. شاید درست‌تر و ساده‌تر آن باشد تا در انتظار سیر زبان بمانیم، که خود پس از مدّتی، خود را با وضع جدید سازگار می‌کند. در واقع امر، در نظریّۀ نسبیّت خاصّ این سازگاری تا اندازۀ زیادی در این پنجاه سال گذشته روی داده است. برای مثال،در انقباض لورنتس، فرق میان انقباض«واقعی» و انقباض «ظاهری» به‌سادگی از میان رفته است. واژۀ «همزمانی» را به‌طور کلّی آن گونه به‌کار می‌گیریم که با تعریفی که اینشتین در زمان خود ارائه داده است، مطابقت می‌کند، درحالی‌که برای دیگر تعریف‌هایی،که در یکی از فصل‌های پیشین این کتاب بحث کردیم، از اصطلاح «در فاصله‌ای فضاگونه» استفاده کردیم، و مانند این‌ها.

 به فکر استفاده از هندسۀ غیراقلیدسی در فضای واقعی در نظریّۀ نسبیّت عام، برخی از فیلسوفان به‌شدّت یورش بردند، زیرا آن‌ها این نکته را یادآوری می‌کردند که شیوه‌ای که ما با آن آزمایشهای خود را انجام می‌دهیم، هندسۀ اقلیدسی را در خود مفروض می‌گیرد.

 برای نمونه، وقتی تعمیرکاری می‌کوشد تا سطح کاملاً صافی درست کند، میتواند این کار را از این راه انجام دهد. نخست سه صفحه درست می‌کند که تقریباً یک اندازه باشد و صاف. سپس دو تا از این سه صفحه را از جهات متفاوت نسبت‌به‌هم روی هم می‌گذارد. جاهایی که این دو صفحه تاحدّ ممکن در همۀ نقاط باهم تماس دارد، می‌توان آن را درجه‌ای بر میزان دقّت دانست، یعنی آنکه دو صفحه را می‌توان صاف دانست. تعمیرکار ما امّا وقتی خشنود می‌شود که تماس میان هر دو صفحه از سه صفحه در همۀ نقاط درعین‌حال پدیدار شود. اگر چنین اتّفاقی بیافتد،درآن‌صورت میتوان به طور ریاضی ثابت کرد که در هر سه صفحه هندسۀ اقلیدسی درست است. برخی مانند ه. دینگلر چنین دلیل می‌آورند که ما کارهایی خود کرده‌ایم تا هندسه اقلیدسی درست باشد.

  از نظر نسبیّت عام، میتوان مسلمّاً اینجا این‌طور پاسخ داد که دلیلی که پیشتر آوردیم تنها درستی هندسۀ اقلیدسی را در ابعاد کوچک ثابت می‌کند، یعنی در ابعاد تجهیزات آزمایشی ما. دقّتی که با آن دراینجا این هندسۀ اقلیدسی درست است، درعمل آنقدر زیاد است که فرایندی را که در بالا شرح دادیم تا سطوح صاف به‌دست آوریم، همواره میتوان انجام داد. انحراف بسیار کوچک از هندسۀ اقلیدسی، که در این حوزه هم باز وجود دارد، نمی‌تواند به‌چشم بیاید،زیرا که سطوح از مادّهای ساخته شده است که مطلقاً صلب نیست، بلکه می‌تواند اندکی هم تغییرشکل دهد، و به‌همین سبب هم مفهوم «تماس» را نمیتوان با دقّت کامل تعریف کرد. برای سطوحی از مرتبۀ بزرگی کیهانی، فرایندی را که در بالا تشریح کردیم اصلاً نمی‌توان اجرا کرد. امّا این هم دیگر مسئلۀ فیزیک تجربی نیست.

 بازهم نقطۀ آغازین درونی در تفسیر فیزیکی گرتۀ ریاضی در نسبیّت عام این واقعیّت است که هندسه در ابعاد کوچک نزدیک به هندسۀ اقلیدسی است. نظریّۀ نسبیّت عام در این حوزه به نظریّۀ کلاسیک نزدیک میشود. به‌همین سبب هم در اینجا، رابطه‌ای روشن میان نمادهای ریاضی، اندازهگیریها، و مفاهیم زبان معمول وجود دارد. باوجود این میتواند در ابعاد بسیار بزرگ هندسه غیر اقلیدسی وجود داشته باشد که از نظر فیزیکی درست باشد. حقیقت این است که مدّت‌ها پیش از آنکه نظریۀ نسبیّت عام پدیدار شود، برخی از ریاضی‌دانان، به‌ویژه گاوس در گوتینگن امکان هندسه‌ای غیراقلیدسی را در فضای واقعی بررسی کرده بودند. هنگامی‌که گاوس اندازهگیریهای زمین‌پیمایی‌ای بر روی سه‌گوشی انجام می‌داد که از سه کوه: بروکن در هارتس، اینزل‌برگ در تورینگن، و هوهن‌هاگن در نزدیک گوتینگن، درست شده بود، مسلمّاً این کار را هم به‌دقّت انجام داد که آیا مجموع سه زاویۀ این مثلّث هم صدو‌هشتاد درجه است؛ او انحرافی از این مقدار را ممکن می‌دانست، که می‌توانست خود دلیلی بر انحراف از هندسه اقلیدسی باشد. امّا او درعمل نتوانست در حدود دقّت اندازه‌گیری‌های خود، انحرافی بیابد.

 در نظریّۀ نسبیّت عام، زبانی که با آن قوانین کلّی را تشریح میکنیم، با زبان علمی ریاضی‌دانان کاملاً سازگاری دارد، و برای تشریح خود آزمایشها هم همواره مفاهیم معمول به‌کار می‌رود، زیرا هندسۀ اقلیدسی در ابعاد کوچک با دقّت کافی درست است.

 امّا مشکلترین مسئله در مورد استفاده از زبان را نظریّۀ کوانتومی مطرح کرد. در اینجا، از همان آغاز هیچ راهنمای فکری ساده‌ای وجود ندارد تا به ما امکان دهد تا نمادهای ریاضی را با مفاهیم زبان معمولی به‌یکدیگر پیوند دهیم. تنها چیزی که از همان آغاز میدانیم این واقعیّت است که مفاهیم معمول را نمیتوانیم دربارۀ ساختار اتم به کار بریم. بازهم می‌توانستیم به‌عنوان نقطۀ آغازین بر تفسیر فیزیکی فرمالیسم، این واقعیّت را ببینیم که گرتۀ ریاضی مکانیک کوانتومی، به گرتۀ ریاضی مکانیک کلاسیک در ابعادی نزدیک می‌شود که درمقایسه با ابعاد اتم بزرگ است. امّا حتّی این ادّعا را باید با احتیاط بیان کرد. حتّی در ابعاد بزرگ، راهحلّهای زیادی از معادلات نظری کوانتومی وجود دارد که در حوزۀ فیزیک کلاسیک نمی‌توان راه‌حلّهای مشابهی بر آنها یافت. در این راهحلّهای نظری کوانتومی، تداخل احتمال، که پیشتر دربارۀ آن حرف زدیم، پدیدار می‌شود، درحالی‌که در فیزیک کلاسیک اصلاً وجود ندارد. به‌همین سبب حتّی در مورد مرزی ابعاد بسیار بزرگ، رابطۀ میان نمادهای ریاضی از یک سو، با اندازهگیریها و مفاهیم معمول از سوی دیگر، به‌هیچ‌وجه چیز پیش‌پاافتاده‌ای نیست. برای آنکه به چنین روابطی برسیم، بازهم باید خصیصۀ دوم این مسئله را درنظر بگیریم. به این نکته هم باید توجّه کنیم که با این نظام، باید براساس روشهای مکانیک کوانتومی رفتار کنیم، زیرا این نظام درواقع بخشی از نظامی بسیار بزرگ‌تر، یعنی سرانجام کلّ عالم است. این نظام با آن نظام بزرگتر برهم‌کنش دارد، و این را هم باید بیافزاییم که ویژگیهای میکروسکوپی نظام بزرگتر، دست‌کم در گستره‌ای وسیع بر ما ناشناخته است. این صورتبندی بی‌شک وضعی را که درعمل با آن مواجه هستیم، به‌درستی تشریح می‌کند، زیرا این نظام نمی‌تواند اصلاً موضوع اندازه‌گیری و بررسی‌های نظری باشد؛ این نظام اگر برهم‌کنشی با نظام بزرگ‌تری نداشته باشد،که مشاهده‌گر هم خود بخشی از آن است، اصلاً نمی‌تواند درواقع به دنیای پدیدارها تعلّق داشته باشد. برهم‌کنش با این نظام بزرگ‌تر، با ویژگی‌های میکروسکوپی بسیار ناشناخته‌اش، خود عنصر آماری تازه‌ای را در تشریح ما وارد می‌کند – و این کار را هم در تشریح نظری کوانتومی می‌کند و هم در تشریح نظری کلاسیک – که باید دراین نظامی که مطالعه می‌کنیم، درنظر گرفته شود. در مورد مرزی ابعاد بزرگ، این عنصر آماری برهم‌کنش تداخل احتمال را به‌مقیاسی از میان می‌برد که در آنجا دیگر گرتۀ مکانیک کوانتومی درواقع به گرتۀ مکانیک کلاسیک نزدیک می‌شود. در این نقطه، می‌توان به‌همین دلیل رابطۀ روشنی میان نمادهای ریاضی نظریّۀ کوانتومی ومفاهیم زبان معمول برقرار کرد، و این رابطه هم درواقع برای تفسیر آزمایشها کافی است. آنچه باقی می‌ماند مسائلی است که بازهم بیشتر به زبان مربوط است تا به امر واقع، زیرا بازهم این امر به مفهوم امر واقع تعلّق دارد تا بتوان آن را به زبان معمول تشریح کرد.

 امّا حقیقت این است که دراینجا مسائل زبان ماهیّتی جدّی‌تر دارد. میخواهیم به‌نحوی دربارۀ ساختار اتم حرف بزنیم و نه مثلاً دربارۀ امرواقع – برای مثال نقاط سیاه بر روی صفحۀ عکّاسی یا قطرههای ریز آب در اتاقک ابر. امّا نمیتوانیم دربارۀ خود اتم به زبان معمول حرف یزنیم.

 این تحلیل میتواند در دو جهت متضاد ادامه یابد. یا میتوان پرسید که چه شیوۀ گفتاری دربارۀ اتم، در سی‌سالی که پس از صورتبندی مکانیک کوانتومی سپری شده است میان فیزیک‌دانان درواقع جا افتاده است، یا آنکه می‌توان کوشش‌هایی را برشمرد که به‌کار بستیم تا تعریف از زبان علمی دقیق را تشریح کنیم، که با گرتۀ ریاضی نظریّۀ کوانتومی مطابقت می‌کند.

در پاسخ به پرسش اوّل میتوان گفت که مفهوم مکملیّت، که بور آن را در تفسیر نظریّۀ کوانتومی وارد کرد، فیزیک‌دانان را تشویق کرد تا به‌جای استفاده از زبان بی‌ابهام، بیشتر زبان باابهام را به‌کار برند، یعنی از مفاهیم کلاسیک به‌شیوه‌ای که کمتر دقیق است استفاده کنند، تا با رابطۀ عدم‌قطعیّت سازگار باشد؛ و به‌جای آن‌ها هم، مفاهیم کلاسیک گوناگونی را به‌کار گیرند که به تناقض بیانجامد، درصورتی‌که بخواهیم همزمان از آن‌ها استفاده کنیم. مثلاً اگر دربارۀ مدار الکترون هم تقریباً همین طور حرف بزنیم، دربارۀ موج مادّه و چگالی بار، دربارۀ انرژی و تکان و امثال آن‌ها، بازهم بر این واقعیّت آگاهی داریم که این مفاهیم حوزۀ کاربردی محدودی دارد. و همین‌که این شیوۀ استفادۀ مبهم از زبان که نظامی هم ندارد، به دشواری‌ای انجامید، دراین‌صورت باید فیزیک‌دان به گرتۀ ریاضی خود مراجعه کند و از ارتباط روشن آن با واقعیّات تجربی استفاده کند.

 این شیوۀ استفاده از زبان به‌دلایل زیادی رضایت‌بخش است، زیراکه ما را به یاد استفادۀ مشابه از زبان در زندگی روزانه و در شعر می‌اندازد. برای ما این امر مسلّم است که وضعی که با مکملیّت پدیدار می‌شود، به‌هیچ‌وجه به اتم محدود نمی‌شود. ما با همین وضع هم وقتی که به تصمیمی فکر می‌کنیم و دربارۀ انگیزه‌های تصمیم خود می‌اندیشیم، رودررو هستیم، یا وقتی که این آزادی را داریم تا میان لذّت بردن از موسیقی یا فکرکردن به ساختار آن یکی را برگزینیم. ازسوی دیگر، وقتی مفاهیم را به‌این صورت به‌کار می‌گیریم، بازهم مفاهیم تااندازه‌ای عدم‌قطعیّت خود را حفظ می‌کند؛ آن‌ها از رابطۀ خود با واقعیّت تنها معنای آماری‌ واحدی را نگاه می‌دارد، مثلاً چیزی شبیه به مفاهیم ترمودینامیک در تفسیر آماری خود. شاید هم بی‌فایده نباشد تا دراینجا به‌اختصار دربارۀ مفاهیم آماری ترمودینامیک حرف بزنیم.

  مفهوم “دما” در درس کلاسیک حرارت به‌نظر ویژگی‌ای عینی از واقعیّت را تشریح می‌کند، یعنی خاصیّتی عینی از مادّه را. در زندگی روزانه کاملاً آسان است تا به کمک دماسنجی معلوم کنیم که منظورمان از این ادعّا که قطعه‌ای از مادّه فلان دما را دارد، چیست. امّا اگر بخواهیم معلوم کنیم که دمای یک اتم چه معنایی دارد، حتّی اگر کار خود را از فیزیک کلاسیک آغاز کنیم، بازهم در وضع بسیار دشواری قرار میگیریم. حقیقت این است که عملاً نمیتوانیم مفهوم«دمای اتم» را با ویژگی‌ای کاملاً شناخته‌شده از اتم مرتبط کنیم، بلکه باید آن را به‌میزانی کم‌وبیش با شناخت خود از اتم، که براین کار کفایت نمی‌کند، مرتبط کنیم. میتوانیم اندازۀ دما را، با مقادیر آماری‌‌ای دربارۀ خواصّ اتم، که آن‌ها را محتمل می‌دانیم، مرتبط کنیم؛ امّا شاید جایی بتوانیم شکّ کنیم که آیا چنین مقداری را می‌توانیم عینی بنامیم. مفهوم «دمای اتم» دراینجا خیلی بهتر از مفهوم «مخلوط» تعریف نشده است که ما در داستان آن نوجوان آوردیم که می‌خواست شیرینی مخلوط بخرد.

 در نظریّۀ کوانتومی هم، همۀ مفاهیم کلاسیک، که آن‌ها را درمورد اتم به‌کار می‌گیریم، اندکی کمتر یا بیشتر، درست به‌همین‌ترتیب است که دربارۀ “دمای اتم” تعریف کردیم. این مفاهیم با انتظارات آماری مرتبط است؛ و تنها در موارد نادری هم می‌تواند این انتظارات به یقین نزدیک شود. ودرست بازهم همان دشواری‌ای را داریم که در ترمودینامیک کلاسیک داشتیم، تا بتوانیم انتظاری را عینی بدانیم. شاید بتوانیم آن را گرایشی عینی یا امکانی بنامیم، یا «قوّه‌ای» به معنای فلسفۀ ارسطویی بنامیم. در واقع، من عقیده دارم که زبانی، که فیزیک‌دان آن را به‌کار می‌برند تا در بارۀ فرایندهای اتمی حرف بزنند، در فکر آن‌ها همان تصوّراتی را برمی‌انگیزد که مفهوم “قوّه”. به‌همین سبب هم فیزیک‌دانان اندک‌اندک به این کار عادت کردند تا به مدارهای الکترونی و مفاهیم مشابه، نه به‌عنوان واقعیّت، بلکه به‌عنوان نوعی قوّه بنگرند. زبان خود را دست‌کم تا اندازهای با وضعیّت موجود سازگار کرد. امّا این زبان، زبانی دقیق نیست که در آن بتوان از استنتاجات منطقی معمولی استفاده کرد؛ این زبان، زبانی است که تصاویری را در فکر ما برمی‌انگیزد، امّا درعین‌حال هم به‌همراه آن‌ها، این احساس را پدیدار می‌کند که این تصاویر ارتباطی مبهم با واقعیّت دارد، به‌طوری‌که فقط گرایش به واقعیّت را می‌نمایاند.

 این بی‌دقتّی در زبان، که در ماهیّت آن است، و مورد استفادۀ فیزیک‌دانان، سپس به کوششهایی انجامید تا زبان دقیقی را، که متفاوت با آن است، تعریف کنیم که استنتاجات منطقی کاملاً معیّنی را ممکن می‌کند و با گرتۀ ریاضی نظریّۀ کوانتومی به‌درستی مطابقت دارد. از این کوششها، که درآغاز  بیرک‌هوف و نوی‌مان انجام دادند، و به‌تازگی هم به‌صورتی مفصّل فون وایتسکر انجام داد، چنین نتیجه شد که گرتۀ ریاضی نظریّۀ کوانتومی میتواند به‌عنوان گسترشی یا پالایشی از منطق کلاسیک تفسیر شود. به‌ویژه دراینجا باید اصلی بنیادی از منطق کلاسیک به‌طور آشکار تغییر کند. در منطق کلاسیک چنین فرض میشود که اگر گزاره‌ای اصلاً معنایی داشته باشد، یا خود گزاره یا نقیض آن باید درست باشد. از این دو خبر که « میزی اینجا هست» یا « میزی اینجا نیست» باید یا خبر اوّل یا خبر دوّم درست باشد. “شقّ سوم وجود ندارد”، امکان سومی وجود ندارد. شاید هم پیش‌ بیاید که ما اصلاً ندانیم که آیا این خبر یا نقیض آن درست است، امّا “درواقعیّت» فقط یکی از آن دو تا درست است.

  این قانون ” شقّ ثالث وجود ندارد” در نظریّۀ کوانتومی باید به‌طور آشکار تغییر پیدا کند.مسلّمّاً به این تغییر می‌توان بی‌درنگ معترض شد، که این اصل اساسی، در زبان معمول هم درست است و ما هم باید دست‌کم دربارۀ تغییر احتمالی آن در این زبان حرف بزنیم. به‌همین سبب می‌تواند تناقضی درونی پدیدار شود، اگر بتوانیم در زبان معمول گرته‌ای منطقی را تشریح کنیم که در زبان معمول نتوانیم برای آن کاربردی بیابیم. امّا در همین‌جا، فون وایتسکر این نکته را روشن می‌کند که می‌توان میان سطوح مختلف زبان فرق قائل شد.

 یک سطح مربوط به اشیاء است، مثلاً اتم یا الکترون. سطح دوم مربوط به اخبار دربارۀ اشیاء است. سطح سوم می‌تواند به اخباری دربارۀ اخبار دربارۀ اشیاء مربوط باشد، و امثال آن‌ها. به‌همین سبب هم ممکن است بتوان از استنتاجات منطقی‌ گوناکونی در سطوح متفاوت استفاده کرد. امّا بازهم به زبان معمول و درنتیجه به منطق کلاسیک سرانجام باید بازگشت. امّا وایتسکر پیشنهاد میکند که منطق کلاسیک را درست به‌مانند “ماتقدّمی” بر منطق کوانتومی بدانیم، آن‌طورکه فیزیک کلاسیک ماتقّدمی برای نظریّۀ کوانتومی است. منطق کلاسیک را پس باید موردی مرزی دانست که در منطق کوانتومی است، امّا این منطق کوانتومی است که گرتۀ منطقی کلیّ‌تر را می‌نماید.

 وقتی حرف از تعدیلی ممکن در منطق کلاسیک است، نخست باید این تعدیل به سطحی از زبان مربوط شود که خود به اشیاء می‌پردازد. برای مثال اتمی را درنظر می‌گیریم که در جعبۀ بستهای حرکت می‌کند، که با دیواره‌ای به دو قسمت مساوی تقسیم شده است. در این دیواره سوراخ خیلی کوچکی است که اتم هم می‌تواند گاه‌وبی‌گاه از آن رد شود. در منطق کلاسیک، اتم یا در نیمۀ چپ جعبه است یا در نیمه راست. امکان سومی هم وجود ندارد؛ ” شقّ تالت وجود ندارد”. امّا در نظریّۀ کوانتومی باید بپذیریم، که اگر اصلاً بتوانیم از واژههای «اتم» و «جعبه» استفاده کنیم، صورت‌های ممکن دیگری وجود دارد که به‌طرزی شگفت، مخلوطی از هر دو احتمال پیشین است. این صورت‌های ممکن هم لازم است تا بتوانیم نتایج آزمایشهای خود را روشن کنیم. برای مثال می‌توانیم به نور نگاه کنیم که از اتم تابیده شده است. برای این کار سه آزمایش انجام می‌دهیم. در اوّلی اتم در نیمۀ چپ جعبه (مثلاً با بستن سوراخ دیواره) محصور است، و توزیع شدت نور پراکنده‌شده را اندازهگیری می‌کنیم. در دومی، اتم در نیمۀ دوم جعبه محصور است و بازهم نور پراکنده‌شده را اندازه می‌گیریم. و سرانجام در سومی، اتم می‌تواند آزادانه در همۀ جعبه حرکت کند و در اینجا هم توزیع شدّت نور پراکنده را از راه اندازه‌گیری بررسی می‌کنیم. اگر اتم همواره در طرف چپ جعبه یا در طرف راست آن باشد، پس باید توزیع شدّت در آزمایش سوم مخلوطی از (برحسب آن کسری از زمان، که اتم در یکی از دو نیمۀ جعبه یا در هر دو نیمۀ جعبه می‌گذراند) دو توزیع شدت پیشین باشد. امّا براساس آزمایش‌، این نتیجه به‌طورکلّی درست نیست. توزیع شدّت واقعی با تداخل احتمال، که پیش‌تر دربارۀ آن حرف زدیم، تغییر می‌کند.

 برای آنکه بتوانیم دربارۀ این وضع بحث کنیم، فون ویتسکر مفهوم «ارزش درستی» را ارائه داد. برای هر خبر سادهای و برای هر شقّ آن، برای مثال، «اتم در نیمۀ چپ (یا در نیمۀ راست) جعبه قرار دارد» یک عدد مختلط به‌عنوان معیاری برای «ارزش درستی» آن معرّفی می‌کردیم. اگر این عدد یک باشد، این به این معنی است که خبر درست است. اگر این عدد صفر باشد، این به این معنی است که خبر نادرست است. امّا مقادیر دیگر هم ممکن است. مربّع مطلق عدد مختلط احتمالی را نشان می‌دهد که آن خبر دزست است. مجموع هر دو احتمال، که بر هر دو بخش این خبر ( چپ یا راست در مورد ما) مربوط می‌شود، باید یک باشد. امّا هر زوجی از اعداد مختلط، که به هر دو قسمت این خبر مربوط می‌شود، بنا به تعریفی که فون وایتسکر از خبر به‌دست می‌دهد، اگر این اعداد این مقادیر را داشته باشد، خبر به‌یقین درست است. این دو عدد، برای مثال، کفایت می‌کند تا در آزمایشی که تشریح کردیم، توزیع شدّت نور پراکنده را معیّن کند. وقتی از کلمۀ “خبر” این‌طور استفاده می‌کنیم، می‌توانیم مفهوم «مکملیّت» را هم با این تعریف معرّفی کنیم: هر خبری که با یکی از آن دو شقّ آن خبر، یکی نیست – در مورد خاصّ ما با این خبرها، که «اتم در نیمّ چپ جعبه است» یا، «اتم در نیمۀ راست جعبه است»-، مکمّل این خبرها نامیده می‌شود. برای هر خبر مُکمّلی، این پرسش که آیا اتم در طرف چپ است یا راست، پرسشی است که هنوز باقطعیّت دربارۀ آن چیزی نمی‌دانیم. امّا اصطلاح «باقطعیّت نمی‌دانیم»، به‌هیچ‌وجه با تفسیر «ناشناخته» هم‌ارز نیست. «ناشناخته” به این معنی است که اتم در واقعیّت در طرف چپ یا راست باشد،که ما هم فقط نمی‌دانیم کجاست. درحالی‌که «با قطعیّت نمی‌دانیم »، به یکی از آن دو وضعیّت‌ متفاوتی اشاره دارد که آن را فقط با یک خبر مکمّل می‌توان نشان داد.

 این گرتۀ منطقی کلّی، که جزئیّات آن را نمیتوانیم در اینجا شرح دهیم، به‌درستی با فرمالیسم ریاضی نظریّۀ کوانتومی مطابقت دارد. همین گرتۀ منطقی بنیاد زبان دقیقی را می‌تهد که با آن میتوان ساختار اتم را تشریح کرد. امّا استفاده از چنین زبانی شماری از مسائل دشوار را پدید میآورد که ما در اینجا فقط دوتا از آنها را ذکر می‌کنیم: رابطۀ میان سطوح مختلف زبان، و دیگری نتایج هست‌شناختی بنیادین آن‌ها.

 در منطق کلاسیک، رابطۀ میان سطوح مختلف زبان، تناظری یک‌به‌یک است. این دو خبر: «اتم در نیمۀ چپ است» یا «درست است که اتم در نیمۀ چپ است» منطقاً به سطوح مختلف تعلّق دارد. در منطق کلاسیک این خبرها کاملاً هم‌ارز هم است، یعنی یا هردو درست است یاهر دو نادرست. این هم ممکن نیست که یکی درست باشد و دیگری نادرست. امّا در گرتۀ منطقی مکملیّت، این رابطه پیچیدهتر است. درستی یا نادرستی خبر اوّل، درستی یا نادرستی خبر دوّم را درخود دارد. امّا نادرستی خبر دوم نادرستی خبر اوّل را درخود ندارد. اگر خبر دوم نادرست باشد، ممکن است هنوز قطعی نباشد، که اتم در نیمۀ چپ باشد. اتم ناگزیر نیست که بی‌چون‌وچرا در نیمۀ راست باشد. میان دو سطح زبان هم‌ارزی کاملی دربارۀ درستی یک خبر وجود دارد، امّا همین هم‌ارزی دیگر دربارۀ نادرستی وجود ندارد. از اینجا میتوان آن رفتاری را فهم کرد که آن را “ماندگاری قوانین کلاسیک در نظریّۀ کوانتومی” می‌نامیم: هرگاه در آزمایش مفروضی استفاده از قوانین کلاسیک به نتیجۀ معیّنی بیانجامد، همان نتیجه هم از نظریّۀ کوانتومی به‌دست می‌آید، و از نظر تجربی هم همین‌گونه است.

هدف دیگر فون وایتسکر از این کوشش این است تا استنتاجات منطقی تعدیلشده را در سطوح بالاتر زبان هم به‌کار گیرد، امّا به این پرسش‌ها نمی‌توان اینجا پرداخت.

 مسئلۀ دوم، که دراینجا به‌اختصار به آن می‌پردازیم، به هستیشناسی مربوط می‌شود که در بنیان گرتۀ ریاضی تعدیلشده قرار دارد. اگر زوج اعدد مختلط خبری را، به معنایی که آن را شرح دادیم، بنماید، پس باید هم حالتی یا وضعیّتی در طبیعت وجود داشته باشد که این خبر در آنجا درست است. ما در این مورد واژۀ «حالت» را به‌کار میبریم. این «حالات»، که با خبرهایی که مکمّل یکدیگر است، مطابقت دارد، در زبان وایتسکر «حالات هم‌وجود» نامیده می‌شود. اصطلاح «هم‌وجود» به‌درستی این وضعیّت را تشریح میکند. در واقع این کار دشوار است تا آن‌ها را «حالات مختلف» بنامیم، زیرا هر حالتی به‌میزانی هم «حالات هم‌وجود» دیگر را دربر دارد. این مفهوم- «حالت»، در هستیشناسی نظریّۀ کوانتومی اولِیّن تعریف است. می‌توان بیدرنگ دریافت که این کاربرد از واژۀ «حالت»، به‌ویژه اصطلاح “حالت هم‌وجود” به‌حدّی با آنچه که در هستی‌شناسی مادّی‌گرای به‌کار می‌رود، فرق دارد که میشود شک کرد که آیا اصلاً استفاده از این اصطلاحات فایده‌ای در بر دارد. امّا ازطرف دیگر هم، اگر واژۀ «حالت» را طوری فهم کنیم که بیشتر امکان را به‌جای واقعیّت نشان دهد – حتّی می‌توان به‌سادگی واژۀ «حالت» را با واژۀ «امکان» جایگزین کرد- درآن‌صورت مفهوم «امکان‌های هم‌وجود» کاملاً پذیرفتنی است، زیرا امکان می‌تواند امکان دیگری را دربر بگیرد یا با امکان دیگری تلاقی کند.

 اگر زبان را به تشریح امور واقع، یعنی در این مورد، به تشریح نتایج تجربی محدود کنیم، درآن‌صورت می‌توانیم از همۀ این تعاریف دشوار و تفاوت‌ها هم پرهیز کنیم. امّا اگر بخواهیم در مورد خود ذرّات اتمی صحبت کنیم، در آن‌صورت باید یا گرتۀ ریاضی را به‌عنوان تنها مکمّل زبان معمول به‌کار گیریم، یا باید آن را با زبانی ترکیب کنیم که منطقی  تعدیلشده را به‌خدمت خود می‌گیرد، یا اصلاً از هیچ منطقی که به‌درستی تعریف شده باشد استفاده نمی‌کند.

 در آزمایشهای که به فرایند‌های اتمی مربوط می‌شود، با چیزها و امورواقعی سروکار داریم، با رویدادهایی که به‌همان اندازه واقعی است که هر رویداد دیگری در زندگی روزانه. امّا اتم یا ذرّات بنیادی دیگر به‌آن اندازه واقعی نیست. اتم یا ذرّات بنیادی به‌جای آنکه دنیای چیزها و امور واقع را بسازد، دنیای گرایش‌ها یا امکان‌ها را می‌سازد.

* * * *

 ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه: فهرست مطالب:

پیشگفتار: ص ۵؛  بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل اوّل: اهمیّت فیزیک جدید در زمان ما: ص ۹؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل دوم: تاریخچۀ نظریّۀ کوانتومی: ص ۱۲؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل سوم: تفسیر کپنهاگ از نظریّۀ کوانتومی: ص ۲۷؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل چهارم: نظریّۀ کوانتومی و مبادی نظریّۀ اتمی: ص ۴۳

فصل پنجم: سیر فکر فلسفی از دکارت تاکنون با نگاه به وضع جدید در نظریّۀ کوانتومی: ص ۶۱؛  بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل ششم: رابطۀ نظریّۀ کوانتومی با دیگر رشته‌های علوم: ص ۸۰

فصل هفتم:نظریّۀ نسبیِّت: ص ۹۹؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه (نظریّۀ نسبیّت)

فصل هشتم: نقدی بر تفسیر کپنهاگ و پیشنهادهایی در برابر آن: ص ۱۱۹

فهل نهم: نظریّۀ کوانتومی و ساختار مادّه: ص ۱۳۷

فصل دهم: زبان و واقعیّت در فیزیک جدید: ص ۱۶۰

قصل یازدهم:اهمیّت فیزیک جدید در پیشرفت امروزی فکر انسان: ص ۱۸۱؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه (اهمیّت فیزیک جدید در پیشرفت امروزی فکر انسان)

(شمارۀ صفحه به نسخۀ آلمانی کتاب ارجاع  می‌دهد)

فهرست مطالب نسخۀ آلمانی:

INHALT

Vorwort 5

Die Bedeutung der modernen Physik in unserer Zeit 9

Die Geschichte der Quantentheorie 12

Die Kopenhagener Deutung der Quantentheorie 27

Die Quantentheorie und die Anfänge der Atomlehre 43

Die Entwicklung der philosophischen Ideen seit Descartes im Vergleich zu der neuen Lage in der Quantentheorie . . . 61

Die Beziehungen der Quantentheorie zu anderen Gebieten der Naturwissenschaft 80

Die Relativitätstheorie 99

Kritik und Gegenvorschläge zur Kopenhagener Deutung der Quantentheorie 119

Die Quantentheorie und die Struktur der Materie 137

Sprache und Wirklichkeit in der modernen Physik 160

Die Rolle der modernen Physik in der gegenwärtigen Entwicklung des menschlichen Denkens 181

* * *

حسین نجفی‌زاده (نجفی زاده)، تهران، شهریورماه ۱۳۹۳

———————————————————————————————-

* دراینجا  از برگردان ژرار دو نروال به زبان فرانسوی استفاده کردیم، زیرا متن در زبان آلمانی برای ما درچند جا نامفهوم بود.

 related links: پیوندهای مرتبط

ورنر  هایزنبرگ: حقیقت علمی و حقیقت دینی؛  نیلس بور: نور و حیات  یک‌بار دیگر؛ نیلس بور: وابستگی علوم به یکدیگر؛ نیلس بور: فیزیک اتمی و  فلسفه؛ ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه؛ فون وایتسکر: جهان از نگاه فیزیک؛ نیلس بور: مجموعۀ آثار (۲)؛ ورنر هایزنبرگ: آن سوی مرزها؛ ورنر هایزنبرگ: جزء و کلّ؛ژاک مونو: تصادف و ضرورت (فهرست مطالب)

Kurztitelaufnahme

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie (Sprache und Wirklichkeit), Hirzel, 1972

ورنر هایزنبرگ. فیزیک و فلسفه (زبان و واقعیّت)، هیرتسل، ۱۹۷۲

—————————————————————-

© انتشار برگردان فارسی: Werner Heisenberg: Phisik und Philosophie:Sprache und Wirklichkeit, Kapitel X، ورنر هایزنبرگ. فیزیک و فلسفه (زبان و واقعیّت). حسین نجفی‌زاده (نجفی زاده)، به سیاقی که در این وبگاه آمده، بدون اجازۀ کتبی از www.najafizadeh.ir ممنوع است.

Copyright 2014 by www.najafizadeh.ir All Rights Reserved© 

 

 

.

Print Friendly
Categories: فلسفه و عرفان Tags:

ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه (نظریّۀ نسبیّت)

۲۸ مرداد ۱۳۹۳ Comments off

ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه (نظریّۀ نسبیّت)

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie: Die Relativitätstheorie

ورنر هایزنبرگ. فیزیک و فلسفه. فصل هفتم. هیرتسل، ۱۹۷۲ (نسخۀ فارسی)

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie: Kapitel VII

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie: Physik und PhilosophieHirzel

(برای دیدن نسخۀ اصلی، بنگرید به:) http://sdrv.ms/Yz8tM

 فصل هفتم: ص ۹۹

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie: Die Relativitätstheorie

ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه. فصل هفتم: نظریّۀ نسبیّت

فیزیک و فلسفه: نظریّۀ نسبیّت

در فیزیک جدید، نظریّۀ نسبیّت همواره اهمیّت بسیار زیادی داشته است. در همین نظریّه بود که برای نخستین بار این ضرورت پیدا شد تا اصول اساسی فیزیک را تغییر دهیم. به‌همین سبب بحث از آن مسائلی که نظریّۀ نسبیّت طرح کرده بود و تاحدودی هم حلّ کرده بود، اساساً بحث دربارۀ وجه فلسفی فیزیک جدید است. به معنایی می‌توانیم بگوییم که تکامل نظریّۀ نسبیّت- به‌عکس نظریّۀ کوانتومی – اززمانی‌ که دشواری‌هایی را که در آن مطرح بود به‌درستی شناختیم، تا زمان حلّ آن‌ها، به زمان نسبتاً کوتاهی احتیاج داشته است. کار مورلی و میلّر با تکرار آزمایش مایکلسون در سال ۱۹۰۴، اولیّن دلیل مطمئن بر این بود تا نشان دهیم که اثبات حرکت انتقالی زمین با روشهای نوری ممکن نیست؛ کار مهمّ اینشتین هم امّا کمتر از دو سال پس از آن منتشر شد. از سوی دیگرامّا، تجربۀ مورلی و میلر و کار اینشتین هم تنها گامهای پایانی در سیری بود که خیلی پیشتر آغاز شده بود و شاید بتوان آن‌ها را ذیل عنوان «الکترودینامیک اجسام متحّرک» خلاصه کرد.

الکترودینامیک اجسام متحرّک، از زمانی که موتور الکتریکی ساخته شد، یکی از رشته‌های مهمّ فیزیک و مهندسی شد. دشواری‌ای جدّی امّا در این رشته زمانی پدیدار شد، که ماکسول طبیعت الکترودینامیکی امواج نوری را کشف کرد؛ زیرا این امواج در خاصیّتی اساسی با امواج دیگر، که پیشتر شناخته بودیم، مثلاً امواج صوتی، فرق دارد. این امواج میتواند در فضای خالی منتشر شود. وقتی زنگی در ظرفی، که از هوا خالی شده باشد، به صدا درآید، صدای آن به بیرون نمی‌رسد، درحالی‌که نور بدون دشواری در فضای خالی وارد می‌شود. به‌همین سبب چنین فرض کردیم که امواج نوری را میتوان مانند امواج کشسانی دانست که از مادّۀ بسیار سبکی درست شده است، که آن را اتر می‌نامیم، که نه می‌توان دید و نه حسّ کرد، امّا می‌توانست هم فضای خالی از هوا را پر کند و هم فضایی را که مادّۀ دیگری مانند هوا یا شیشه در آن وجود دارد. این فکر که امواج الکترومغناطیسی میتوانست واقعیّت خاصّ خود را داشته باشد، از هر جسم دیگری مستقلّ باشد، در آن زمان هنوز به ذهن فیزیک‌دانان نرسیده بود. امّا از آنجایی‌که این مادّۀ فرضی، یعنی اتر، می‌توانست در هر مادۀ دیگری نفوذ کند، این پرسش هم پیش آمد: اگر مادّه در حال حرکت باشد، آن وقت چه چیزی پیش میآید؟ آیا اتر در این حرکت وارد می‌شود، آن‌طورکه تاکنون چنین است: و چگونه موج نور در این اتر در حال حرکت منتشر میشود؟

آزمایشهایی که به پاسخ به این پرسش‌ کمک می‌کند، به‌دلیلی که در پایین به آن اشاره می‌کنیم، دشوار است: سرعت اجسام متحرّک عموماً نسبت به سرعت نور بسیار کم است. به‌همین سبب حرکت این اجسام تنها میتواند کنش‌های بسیار کوچکی را برانگیزد، که با نسبت سرعت جسم به سرعت نور، یا با توان بالاتر این نسبت، متناسب است. آزمایشهای گوناگونی که ویلسون، رولاند، رونتگن، و آیشن‌والد و فیزو انجام دادند، اندازهگیری این اثرات را، با دقّتی که برابر با توان اوّل این نسبت است، ممکن کرد. نظریّۀ الکترون، که لورنتس آن را در سال ۱۸۹۵ کامل کرده بود، تشریح این اثرات را تا “توان اوّل” به صورتی که می‌توانستیم آن را بپذیریم، ارائه داد. امّا آزمایش مایکلسون، مورلی و میلر وضعی جدید پدید آورد.

 دربارۀ این آزمایش باید به‌تفصیل بحث کنیم. برای آنکه به اثرات بزرگ‌تر، و درنتیجه به نتایج درستتر برسیم، شاید بی‌فابده نباشد تا آزمایشها را با اجسامی انجام دهیم که با سرعت بسیار زیاد حرکت می‌کند. زمین به دور خورشید با سرعتی نزدیک به سی کیلومتر در ثانیه حرکت میکند. اگر اتر نسبت به خورشید در حال سکون باشد و با زمین حرکت نکند، درآن‌صورت باید بتوانیم این حرکت سریع اتر نسبت به زمین را با تغییری در سرعت نور بر روی زمین مشاهده کنیم. پس باید به مقادیر مختلفی از این سرعت نور بر روی زمین دست یابیم، به‌طوری‌که این مقادیر به این بستگی داشته باشد که آیا نور در جهت حرکت زمین یا عمود بر آن منتشر میشود. حتّی اگر اتر کم‌وبیش با زمین حرکت کند، بازهم باید اثری از آن را ببینیم، مثل اینکه باد اتر وجود داشته باشد، و این اثر هم باید محتملاً به ارتفاع از سطح دریا بستگی داشته باشد، یعنی از جایی که آزمایش را اجرا می‌کنیم. محاسبۀ اثری که انتظارش را داشتیم نشان داد که این اثر باید بسیار کوچک باشد، زیراکه در این مورد متناسب با مربّع نسبت سرعت حرکت زمین به سرعت نور بود. و درست به‌همین دلیل هم باید آزمایش دربارۀ تداخل پرتوهای نور را با دقّت زیاد انجام می‌دادیم، زیرا یکی موازی حرکت زمین بود و دیگری عمود بر آن. نخستین آزمایش از این نوع، که مایکلسون در سال ۱۸۸۱ انجام داد، چندان دقیق نبود. امّا حتّی تکرار بعدی آزمایش هم از اثراتی که انتظار آن‌ها را داشتیم نشانی به‌دست نداد. و به‌خصوص آزمایشهای مورلی و میلر در سال ۱۹۰۴ را هم باید دلیلی قطعی بر این امر می‌دیدیم که چنین اثری از این مرتبۀ بزرگی، که درپی آن بودیم، اصلاً وجود ندارد.

 این نتیجه را درآغاز نمی‌توانستیم بفهمیم، امّا به پرسش دیگری هم از نزدیک مرتبط می‌شد که فیزیکدان‌ها کمی پیشتر دربارۀ آن بحث کرده بودند. در مکانیک نیوتونی اصلی درست است که آن را اصل نسبیّت می‌نامیم، که میتوان آن را به صورت زیر تشریح کرد: اگر حرکت مکانیکی اجسام در دستگاه مرجع خاصیّ، از قوانین مکانیک نیوتونی پیروی کند، درآن‌صورت همین نکته برای دستگاه مرجع دلخواه دیگری هم، که نسبت به دستگاه اول حرکت انتقالی یکنواخت داشته باشد،درست است. هر حرکت انتقالی یکنواختی اصلاً هیچ اثر مکانیکی‌ای را در دستگاه مرجع پدیدار نمی‌کند، و ازاین‌رو این اثرات را به‌هیچ صورتی نمی‌توان مشاهده کرد.

اصل نسبیّت، به‌این‌صورت، به‌نظر فیزیک‌دانان نمیتوانست در نورشناسی و الکترودینامیک درست باشد، زیرا اگر دستگاه اوِّل مثلاً نسبت به اتر ساکن باشد، دستگاه دیگر به‌عکس درحال سکون نیست، و به‌همین سبب هم باید بتوان حرکت دستگاه دوم را با اثراتی از نوعی که مایکلسون مطالعه کرده بود، مشاهده کرد. نتیجۀ منفی آزمایش مورلی و میلر در سال ۱۹۰۴ سبب شد تا این فکر دوباره جان تازه‌ای بگیرد، به‌طوری که شاید این اصل نسبیّت بتواند در الکترودینامیک هم درست باشد، آن‌چنان‌که پیشتر در مکانیک نیوتونی درست بود.

از سوی دیگر، آزمایش فیزو، که او خیلی پیش‌تر در سال ۱۸۵۱ انجام داده بود، به‌نظر می‌رسید که اصل نسبیّت را یک‌سره نقض کند. فیزیو سرعت نور را در سیّالی متحرّک مطالعه کرده بود. اگر اصل نسبیّت درست باشد، پس باید سرعت نور در سیّال درحال‌حرکت برابر با جمع سرعت سیّال و سرعت نور در سیّال ساکن باشد. امّا درعمل چنین نبود. آزمایش فیزو نشان داد که این سرعت، اندکی از آن مجموع کمتر است.

 نتیجۀ منفی همۀ این آزمایشهای تازه دربارۀ تعیین حرکت نسبت به اتر، برای فیزیک‌دانان و ریاضی‌دانان انگیزه‌ای بود، تا درپی تفسیری ریاضی از این آزمایش‌ها برآیند، که بتواند معادلۀ موج برای انتشار نور را با اصل نسبیّت همساز کند. لورنتس در سال ۱۹۰۴ تبدیلی ریاضی پیشنهاد کرد که این خواسته را برآورد. برای این کار، او این فرض را وارد کرد که اجسام درحال‌حرکت، در جهت حرکت خود منقبض می‌شود، آن‌هم با عاملی که به سرعت جسم بستگی دارد، و هم اینکه در دستگاه‌های مرجع متفاوت، زمانهای ظاهری متفاوتی وجود دارد، که در بسیاری از این آزمایش‌ها همان اهمیّتی را دارد که زمان واقعی تاکنون داشته است. لورنتس از این راه هم به نتیجه‌ای رسید که با اصل نسبیّت سازگار بود؛ سرعت ظاهری نور در هر دستگاه مرجعی یکی است. پوانکاره، فیتزجرالد و دیگر فیزیکدانان هم همین فکر را مطرح کرده بودند.

 گام قطعی در این مورد را اینشتین در سال ۱۹۰۵ برداشت. او زمان ظاهری تبدیل لورنتس را زمان واقعی اعلام کرد و آنچه را که لورنتس زمان «واقعی» نامیده بود، کنار گذاشت. این به‌معنای تغییری در مبانی فیزیک بود؛ تغییری که انتظارش را نداشتیم و ریشه‌ای بود، که شجاعت تمام‌وکمال نابغه‌ای جوان و انقلابی را می‌طلبید. برای آنکه این گام را برداریم، به چیزی جز آن نیاز نبود تا در نمایش ریاضی طبیعت، تبدیل لورنتس را بی‌ابهام در مورد این تجربه به کار بندیم. امّا با تفسیر تازۀ این تبدیل، نظر فیزیک‌دانان هم در بارۀ ساختار فضا و زمان تغییر کرد و به بسیاری از مسائل فیزیک هم از منظری نو نگریسته می‌شد. مادّۀ اتر برای نمونه دیگر بی‌مورد بود و آن را هم میتوانستیم به‌آسانی از فیزیک حذف کنیم. چون همۀ دستگاههای مرجع، که حرکت انتقالی یکنواخت نسبت به یکدیگر دارد، بر تشریح طبیعت هم‌ارز است، دیگر این حرف هیچ معنایی ندارد که بگوییم مادّه‌ای به نام اتر وجود دارد که در یکی از این دستگاهها درحال سکون است. درواقع به چنین مادّه‌ای نیاز نیست و خیلی هم آسانتر است که بگوییم امواج نوری در خلاء منتشر میشود و میدانهای الکترومغناطیسی هم واقعیّت خاصّ حود را دارد و میتواند در خلاء وجود داشته باشد.

امّا تغییر قطعی به ساختار فضا و زمان مربوط می‌شد. بسیار دشوار است تا این تغییر را با کلمات زبان معمول و بدون استفاده از ریاضی، تشریح کنیم، زیرا کلمه‌های معمول فضا و زمان به ساختاری از فضا و زمان برمی‌گردد که درواقع صورتی آرمانی و ساده‌شده از ساختار واقعی آن دو است. امّا بازهم باید باید بکوشیم تا این ساختار جدید را تشریح کنیم و شاید بتوانیم این کار را به طریق زیر انجام دهیم:

 وقتی از کلمۀ «گذشته» استفاده می‌کنیم، با آن، همۀ آن رویدادهایی را درنظر داریم که دست کم میتوانیم دربارۀ آن‌ها علی‌الاصول چیزی بدانیم، که دربارۀ آن‌ها توانستیم چیزی آموخته باشیم. درست به‌همین شیوه، کلمۀ «آینده» همۀ آن حوادثی را دربر دارد که میتوانیم، دست کم علی‌الاصول، بر آنها تأثیری داشته باشیم، که می‌توانیم بکوشیم تا آنها را تغییر دهیم یا جلوی پیش‌آمدن آن‌ها را بگیریم. و این کار هم دشوار است تا از همان آغاز بفهمیم که چرا این تعریف از کلمه‌هایی مانند «گذشته» و «آینده» این‌قدر باید متناسب با منظور ما باشد. امّا به‌آسانی هم میتوان دید که این تعریف به‌درستی با استفادۀ معمول از این واژه‌ها سازگاری دارد. امّا وقتی این واژهها را این‌طور به‌کار می‌گیریم، بازهم می‌بینیم- چنانچه نتایج بسیاری از آزمایش‌ها نشان می‌دهد- که محتوای «آینده» و «گذشته» به حالت حرکت یا به دیگر ویژگیهای مشاهده‌گر بستگی نخواهد داشت. به‌زبان ریاضی محض هم میتوان گفت که تعریفی که به‌دست دادیم در برابر حرکت مشاهده‌گر ناورداست. این تعریف هم در مکانیک نیوتونی درست است و هم در نظریّۀ نسبیّت اینشتین.

امّا فرقی قطعی در اینجاست: در نظریّۀ کلاسیک فرض بر این است که آینده و گذشته با بازۀ زمانی بی‌نهایت کوچکی از یکدیگر جدا می‌شود، که آن را می‌توانیم لحظۀ کنونی بنامیم. امّا با نظریّۀ نسبیّت این نکته را آموختیم که این وضع فرق میکند. آینده و گذشته با بازۀ زمانی پایان‌داری از یکدیگر جدا می‌شود، که مدّت آن‌ وابسته به فاصلۀ ناظر است. هر کنشی میتواند با سرعتی کوچک‌تر یا برابر با سرعت نور منتشر شود. از این‌رو مشاهده‌گر نمیتواند در لحظۀ داده‌شده‌ای نه رویدادی را بشناسد و نه بر آن تأثیری داشته باشد، که در نقطه‌ای دور میان دو زمان مشخّص روی میدهد. یکی از آن زمان‌ها لحظهای است که در آن علامتی نوری باید از مکان رویداد گسیل شود، تا به مشاهده‌گر در لحظۀ مشاهده برسد. زمان دیگر لحظهای است که در آن علامتی نوری از مشاهده‌گر در لحظۀ مشاهده ارسال می‌شود تا به مکان رویداد برسد. همۀ بازۀ زمانی پایان‌دار میان این دو لحظه برای مشاهده‌گر در لحظۀ مشاهده زمان حال است؛ زیرا هیچ رویدادی در این بازۀ زمانی نمی‌تواند در آنجا نه شناخته شود و نه تأثیری بر آن وارد شود. ازاین رو مفهوم “زمان حال” تعریف شده است. هر رویدادی که میان دو زمان مشخّص واقع شود، آن را می‌توان “همزمان با عمل مشاهده” نامید.

استفاده از عبارت «میتوان نامید»، خود به ابهامی در کلمۀ «همزمان» اشاره می‌کند، که ریشه‌اش در این است که این کلمه از تجربه‌های زندگی روزمره برمی‌خیزد،که در آن‌ها سرعت نور را میتوان عملاً بی‌نهایت بزرگ دانست. درواقع می‌توان کلمۀ “همزمان” را در فیزیک اندکی متفاوت تعریف کرد، به‌طوری‌که اینشتین در کارهایش خود این تعریف دوم از “همزمانی” را به‌کار می‌برد. وقتی دو رویداد، هر دو در یک نقطه از فضا همزمان واقع می‌شود، میگوییم که آن دو رویداد بایکدیگر مصادف است. این عبارت کاملاً واضح است. اکنون می‌توانیم سه نقطه را در فضا تصوّر کنیم که هر سه روی خطّی راست است، به‌طوری‌که نقطه‌ای که در وسط است فاصله‌اش از هر دو نقطۀ دیگر برابر باشد. اگر دو رویداد در دو نقطۀ انتهایی در چنان زمان‌هایی واقع شود به‌طوری‌که علامتهای نوری‌ای که از آن دو رویداد گسیل می‌شود، وقتی به نقطۀ وسطی می‌رسد، بایکدیگر مصادف شود، درآن‌صورت میتوانیم آن دو رویداد را «همزمان» بنامیم. این تعریف، از تعریف اوّلی بیشتر مضیق‌ است. یکی از مهمترین نتیجه‌های آن این است که اگر دو رویداد برای ناظری همزمان باشد، شاید برای ناظر دیگری همزمان نباشد. و این زمانی می‌تواند روی دهد، که مشاهده‌گر دومی نسبت به اوّلی درحال حرکت باشد. پیوند میان این دو تعریف از کلمۀ “همزمان” میتواند با این خبر برقرار شود که وقتی دو رویداد به معنای اوّل همزمان است، همواره هم بتوانیم دستگاه مرجعی بیابیم که در آن این رویدادها به معنای دوّم هم، همزمان باشد. واقعیّت این امر را شاید بتوانیم با مثالی بهتر بنمایانیم: فرض کنیم که ماهواره‌ای که به دور زمین درحال گردش است، علامتی ارسال می‌کند که ایستگاه زمینی اندکی بعد آن را دریافت می‌کند. این ایستگاه زمینی پس از دریافت علامت، فرمانی به ماهواره می‌دهد، که آنهم اندکی بعد به آن می‌رسد. کلّ بازۀ زمانی که از لحظۀ ارسال علامت تا لحظۀ دریافت فرمان سپری می‌شود، می‌تواند بنا به تعریف اوّل با “عمل دریافت” بر روی زمین “همزمان” باشد. اگر هر لحظۀ مشخّص دیگری را در این بازۀ زمانی برای ماهواره در نظر بگیریم، دراین‌صورت این لحظه در معنای کلّی تعریف دوم با عمل دریافت بر روی زمین “همزمان” نیست؛ امّا بازهم دستگاه مرجعی وجود دارد که در آن برای این دو، همزمانی درست است.

 تعریف اوّل کلمۀ «همزمان» به‌نظر می‌رسد که با استفاده از آن در زندگی روزانه بهتر مطابقت دارد، زیرا این پرسش که آیا این دو رویداد همزمان است، در زندگی روزانه به دستگاه مرجع وابسته نیست. امّا در هر دو تعریف بر مبنای نسبیّت، مفهوم “همزمانی” دقّت بیشتری می‌یابد، درحالی‌که این مفهوم در زبان روزانه اصلاً چنین دقّتی را ندارد. در نظریّۀ کوانتومی، فیزیک‌دانان خیلی زود دریافتند که مفاهیم مکانیک کلاسیک طبیعت را چندان هم درست تشریح نمی‌کند، که کاربرد آن‌ها را قوانین کوانتومی محدود می‌کند، و به‌همین دلیل هم باید در استفاده از آن‌ها بسیار احتیاط کرد. در نظریۀ نسبیّت، به‌عکس، فیزیک‌دانان کوشیدند تا معنای کلمه‌ها در فیزیک کلاسیک را تغییر دهند و این مفاهیم را آن‌طوری درست تعریف کنند تا آن‌ها با وضعیّت جدیدی که در طبیعت شناخته بودیم، مطابقت دقیقی داشته باشد.

ساختار فضا و زمان، که نظریّۀ نسبیّت آن را برما آشکار کرده بود، تأثیرات بسیاری در بخشهای مختلف فیزیک برجای گذاشت. الکترودینامیک اجسام در حال حرکت را میتوان از اصل نسبیّت بدون دشواری نتیجه گرفت. خود این اصل را میتوان به‌عنوان قانون بسیار کلّی طبیعت صورتبندی کرد، به‌طوری‌که آن نه‌تنها به الکترودینامیک یا مکانیک برمی‌گردد، بلکه به هر دستۀ دلخواهی از قوانین طبیعت مربوط می‌شود: قوانین باید در همۀ آن دستگاه‌های مرجعی شکل یکسانی داشته باشد، که تنها با حرکت انتقالی یکنواخت نسبت به‌هم با یکدیگر فرق دارد. این قوانین، آن‌چنان‌که در ریاضیات می‌گوییم، نسبت به تبدیل لورنتس ناورداست.

 شاید مهمترین نتیجۀ اصل نسبیّت، لختی انرژی، یا هرطور دیگری که بخواهیم بگوییم، هم ارزی جرم و انرژی باشد. امّا از آنجایی‌که سرعت نور، اهمیّت سرعت حدّی را دارد، که هیچ جسم مادی نمیتواند بدان رسد، میتوان هم به‌آسانی دریافت که این کار دشوارتر است تا به جسمی که درحال حرکت است، نسبت به جسمی که درحال سکون است، شتابی دهیم. بر لختی با انرژی جنبشی هم افزوده میشود. امّا به‌طور کلّی، براساس نظریۀ نسبیّت هر نوعی از انرژی، باید به لختی، یعنی به جرم، کمک کند، و جرم که به اندازۀ داده‌شده‌ای از انرژی تعلّق دارد، برابر است با حاصل تقسیم همان انرژی بر مربّع سرعت نور. پس هر انرژی‌ای جرمی با خود دارد؛ امّا حتّی انرژی‌ای که با مفاهیم متعارف بزرگ باشد، تنها اندکی بر جرم می‌افزاید؛ و این خود دلیلی بر این است که چرا رابطۀ میان جرم و انرژی را زودتر نیافتیم. دو قانون پایستگی جرم و پایستگی انرژی درنتیجه درستی خود را جدا ازهم از دست می‌دهد، و در یک قانون واحد باهم متحدّ است، که آن را قانون پایستگی انرژی یا پایستگی جرم می‌توان ‌نامید.

 پنجاه سال پیش که نظریّۀ نسبیّت اثبات شد، فرضیّۀ هم‌ارزی جرم و انرژی هم، انقلابی در فیزیک به نظر میآمد، و در همان زمان هم دلایل تجربی بسیار اندکی به نفع این قانون وجود داشت. امّا امروز در بسیاری از آزمایشها می‌توان مستقیم دید که چگونه ذرّات بنیادی از انرژی جنبشی می‌تواند به‌وجود ‌آید، و چگونه چنین ذرّاتی دوباره ناپدید میشود، زیراکه به تابش تبدیل می‌شود. به‌همین سبب هم امروز دیگر تبدیل انرژی به جرم و به‌عکس چیزی چندان غیرمعمول نیست.

مقدار بسیار زیاد انرژی، که در انفجار اتمی آزاد می‌شود، دلیلی دیگر و درعین‌حال آشکارتر بر درستی معادلۀ اینشتین است. امّا شاید در اینجا بهتر باشد تا تذکاری تاریخی، انتقادی بر آن بیفزاییم. گاه‌وبی‌گاه چنین ادّعا می‌شود که مقادیر بسیار زیاد انرژی که از انفجارهای اتمی برمی‌خیزد، از تبدیل مستقیم جرم به انرژی پدیدار می‌شود، و تنها هم براساس نظریۀ نسبیّت بود که توانستیم این مقدار عظیم انرژی را پیش‌بینی کنیم. این نظر امّا بر سوءفهمی مبتنی است. مقدار زیاد انرژی، که در هستۀ اتم ذخیره شده است، از زمان آزمایشهای بکرل، کوری و راترفورد دربارۀ فروپاشی پرتوزا شناخته شده است. هر جسم پرتوزایی، مانند رادیوم، مقداری گرما تولید می‌کند، که حدود یک‌میلیون بار بیشتر از گرمایی است که در فرایندی شیمیایی از همان مقدار مادّه آزاد می‌شود. انرژی‌ای که با شکافت هستۀ اورانیوم آزاد می‌شود، از همان منبع است که در فروپاشی آلفای هستۀ رادیوم است، یعنی دراصل از رانش الکتروستاتیکی دو ذرّه که در آن‌ها هستۀ اتم شکافته می‌شود. انرژی‌ای که با انفجاری اتمی آزاد می‌شود، به‌طور مستقیم از همین منبع میآید و نه از راه تبدیل جرم به انرژی؛ زیرا‌که شمار ذرّات بنیادی با جرم لختی محدود به‌هنگام انفجار به‌هیچوجه کاهش نمییابد؛ امّا انرژی بستگی میان ذرّات هستۀ اتمی حتّی در جرم لختی خود هم وجود دارد، و به‌همین سبب هم آزادشدن انرژی به‌طور غیرمستقیم هم با تغییرات در جرم‌های هسته‌های اتمی مرتبط است.

هم ارزی جرم و انرژی، افزون بر اهمیّت زیادش در فیزیک، مسائلی را مطرح کرده است که به پرسش‌های فلسفی کهن مربوط است. نظام‌های فلسفی گوناگونی در گذشته این نظر را داشت که جوهر یا مادّه نمیتواند نابود شود. امّا در فیزیک جدید بسیاری از آزمایشها نشان داد که ذرّات بنیادی، برای مثال پوزیترونها و الکترونها، میتواند نابود شود و به تابش تبدیل شود. آیا این به این معنی است که نظامهای فلسفی پیشین با تجربه‌های تازۀ ما نقض شده است و همۀ دلایلی را هم که در این نظام‌های پیشین آورده بودیم باید نادرست بدانیم؟

مسلّم است که این نتیجه‌گیری هم شتابزده است و هم نادرست؛ زیرا مفاهیم “جوهر” و “مادّه” در فلسفۀ باستان یا سده‌های میانه را نمی‌توان به‌سادگی با اصطلاح «جرم» در فیزیک جدید یکی دانست. اگر بخواهیم تجربۀ تازۀ خود را به زبان نظام‌های فلسفی پیشین بیان کنیم، میتوانیم برای مثال جرم و انرژی را دو صورت مختلف از یک جوهر بدانیم و از این راه این تصوّر را حفظ کنیم که جوهر نمی‌تواند نابود شود.

از سوی دیگر، چندان هم نمیتوان گفت وقتی شناختی نو را به زبانی کهنه بیان می‌کنیم، چیزی عایدمان می‌شود. نظامهای فلسفی گذشته از کلّ دانش زمان خود درست شده است و ازاین‌رو هم با آن شیوۀ فکری مطابقت دارد که آن دانش به آن انجامیده است. و به‌یقین هم نمیتوان انتظار داشت که فیلسوفانی که چندین سده پیشتر دربارۀ طبیعت اندیشیده‌اند، فیزیک جدید را یا نظریّۀ نسبیّت را توانسته باشند پیش‌بینی کنند. به‌همین سبب، نمی‌تواند مفاهیمی که فیلسوفان در گذشته‌ای دور از راه تحلیل تجربۀ خود از طبیعت به آن‌ها رسیده‌اند، امروز هم با پدیده‌هایی سازگاری داشته باشد، که آن‌ها را تنها با ابزارهای فنّی پیچیدۀ زمان خود می‌توانیم مطالعه کنیم.

امّا پیش از آنکه دربارۀ نتایج فلسفی نظریّۀ نسبیّت بحث کنیم، لازم است تا به‌اجمال به دیگر تحولّات آن اشاره کنیم.

 جوهر فرضی «اتر»، که اهمیّتی آن چنان زیاد در تفسیرهای اوّلیّۀ نظریّۀ ماکسول در سدۀ نوزدهم پیدا کرده بود، چنانکه پیشتر هم به آن اشاره کردیم، با نظریّۀ نسبیّت از میدان بیرون رفت. این واقعیّت گاه هم این چنین بیان می‌شود، که فضای مطلق هم گویا کنار نهاده شده است. امّا این چنین دعوی‌ای باید با برخی احتیاط‌ها پذیرفته شود. هرچند درست است که بر مبنای نظریّۀ نسبیّت خاصّ دیگر نمیتوان دستگاه مرجع معیّنی را درنظر داشت، که در آن اتر درحال سکون باشد، تا آن دستگاه به‌این سبب شایستۀ عنوان «فضای مطلق» باشد، امّا بازهم نادرست است که ادّعا کنیم که فضا اکنون همۀ ویژگیهای فیزیکی خود را از دست داده است. معادلات حرکت برای اجسام مادّی یا میدانهای مادّی هنوز هم صورت‌های‌ مختلفی در یک دستگاه مرجع عادّی دارد؛ و این درصورتی است که آن را با دستگاه مرجع عادی دیگری مقایسه کنیم که دربرابر آن است و حرکت چرخشی یکنواخت دارد. اگر خود را به نظریّۀ نسبیّت از سالهای ۱۹۰۵ و ۱۹۰۶ محدود کنیم، وجود نیروهای مرکزگریز در دستگاه مرجعی که درحال چرخش باشد، دلیلی بر این است که ویژگیهای فیزیکی‌ای از فضا وجود دارد که میان دستگاه درحال چرخش و دستگاهی که درحال چرخش نیست فرق می‌نهد.

این امر از نظر فلسفی رضایت ما را فراهم نمی‌آورد، و شاید هم بیشتر دلمان می‌خواهد تا ویژگیهای فیزیکی را تنها از آنِ چیزهای فیزیکی بدانیم، مثلاً به اجسام مادی یا میدانهای مادّی بدهیم، و نه به فضای خالی. امّا اگر خود را به ملاحظۀ فرایندهای الکترومغناطیسی و حرکات مکانیکی محدود کنیم، بازهم وجود این ویژگیهای فضای خالی درپی واقعیّت‌هایی می‌آید که نمی‌توان آن‌ها را انکار کرد، برای مثال نیروهای مرکزگریز.

حدود ده سال بعد، تحلیل دقیق‌تر این وضعیّت، اینشتین را به گسترشی بسیار مهم از نظریّۀ نسبیّت رساند، که عموماً “نظریّۀ نسبیّت عام” نامیده میشود. امّا پیش از آنکه به بحث دربارۀ فکر اصلی این نظریّۀ جدید بپردازیم، باید چند کلمهای هم دربارۀ میزان یقینی بگوییم که با آن میتوان به درستی دو بخش نظریّۀ نسبیّت اطمینان داشت. نظریّۀ سالهای ۱۹۰۵ و ۱۹۰۶، یعنی نظریّۀ نسبیّت خاصّ، بر شمار بسیار زیادی از واقعیّات تجربی بسیار دقیق استوار است؛ بر آزمایش‌های مایکلسون و مورلی و دیگر آزمایشهای مانند آن، بر هم‌ارزی جرم و انرژی در شمار زیادی از فرایندهای پرتوزا، بر وابستگی‌ طول عمر فرایندهای پرتوزا – که به‌درستی هم مطالعه شده بود – به سرعت ذرّات پرتوزا و امثال آن‌ها. این نظریّه درنتیجه به مبانی استوار، مطمئن فیزیک جدید تعلّق دارد و ما هم نمیتوانیم در وضعیّت کنونی آن را انکار کنیم.

در نظریّۀ نسبیّت عام، به‌عکس، دلایل تجربی بسیار کمتر می‌تواند اطمینان ما را به‌دست آورد، زیراکه مصالح تجربی دراین‌باره بسیار محدود است. تنها چند مشاهدۀ اخترشناختی وجود دارد که به‌کمک آن‌ها می‌توان درستی فرض‌های نظریّۀ نسبیّت را بررسی کرد. ازاین‌رو هم این نظریّۀ دوم بیشتر از نظریّۀ اوّل فرضی است.

 فرض بنیادین مهمّ نظریّۀ نسبیّت عام برابری میان جرم گرانشی و جرم لختی است. اندازهگیریهای بسیار دقیق نشان داده است که جرم یک جسم، که گرانش آن را معیّن می‌کند، درست با جرم دیگری متناسب است که لختی جسم آن را معیّن می‌کند. حتّی دقیقترین اندازهگیریها هم هیچگاه انحرافی از این قانون را نشان نداده است. اگر این قانون به‌طور کلّی درست است، پس نیروهای گرانشی را هم می‌توان با نیروهای مرکزگریز یا دیگر نیروهایی که به‌مانند واکنشی بر کنش‌های لختی پدید میآید، یکی دانست. و ازآنجاکه اکنون می‌توان نیروهای مرکزگریز را با ویژگیهای فیزیکی فضای خالی به‌یکدیگر مرتبط کرد، چنانچه پیشتر هم دراین باره بحث کردیم، اینشتین به این فرضیّه رسید که نیروهای گرانشی هم با ویژگیهای فضای خالی مطابقت دارد. این گام بسیار مهمّی بود که به‌فوریّت هم به گام دوّم دیگری در همان سو نیاز داشت. میدانیم که نیروی گرانش را جرم‌ برمی‌انگیزد. پس اگر گرانش با ویژگیهای فضا مرتبط است، این ویژگیهای فضا را هم باید جرم به‌وجود آورده باشد یا بر آن‌ها تأثیر گذاشته باشد. نیروهای مرکزگریز در دستگاهِ مرجعی که درحال چرخش باشد، باید به سبب چرخش جرم‌هایی ایجاد شده باشد که نسبت به آن‌ها بسیار دور است.

برای اجرای برنامه‌ای که به آن با این چند جمله اشاره کردیم، اینشتین ناگزیر شد تا افکار فیزیکی‌ای را که اساس آن‌ها را تشکیل می‌داد، با گرتۀ ریاضی هندسه‌ای عمومی پیوند دهد، که ریمان آن را درست کرده بود. ازآنجاکه ویژگیهای فضا به‌طور آشکار با میدانهای گرانشی پیوسته تغییر میکرد، این هندسه را باید با هندسۀ سطوح خمیده مقایسه کرد، که درآنجا خطّ راست هندسۀ اقلیدسی با خطّ زمین پیمایی جایگزین می‌شود، یعنی با خطّ کوتاهترین فاصله، و با هندسه‌ای که در آنجا انحنا پیوسته تغییر می‌کند. به‌عنوان نتیجۀ نهایی، اینشتین سرانجام توانست صورتبندی‌ ریاضی‌ای از رابطۀ میان توزیع جرم و پارامترهایی را پیشنهاد دهد، که آن هندسه آن‌ها را معیّن می‌کرد. این نظریّه همۀ واقعیّات شناخته‌شده دراین‌باره را کاملاً نمایاند. این نظریّه به نظریّۀ معمول گرانش با تقریب خوبی یکی بود، امّا، افزون بر آن، برخی اثرات چشم‌گیر را هم پیشبینی میکرد که در مرز اندازه‌پذیری بود. کنش گرانش بر نور، برای نمونه، یکی از آن‌ها بود.

هنگامی که نوری تک‌فام از ستاره‌ای سنگین گسیل می‌شود، کوانتاهای نوری انرژی از دست می‌دهد، یعنی هنگامی که آن‌ها به‌سبب میدان گرانشی ستاره، از آن دور می‌شود. از اینجا باید جابه‌جایی قرمز از خط‌طیف تابیده شده نتیجه شود. امّا تاامروز هم، هنوز دلیل تجربی بی‌عیبی بر وجود این جابه‌جایی قرمز وجود ندارد، چنانچه بحث دربارۀ آزمایش‌هایی که فرویندلیش انجام داده بود آن را به‌روشنی نشان داد. امّا این هم کاری است شتابزده که چنین نتیجه بگیریم که این آزمایش‌ها پیشبینی‌های نظریّۀ اینشتین را نقض کرده است.

یک پرتو نور که از نزدیکی خورشید میگذرد، میدان گرانش خورشید آن را منحرف می‌کند. این انحراف را به‌طور تجربی فرویندلیش با دیگر اخترشناسان با مقدار درست آن یافتند. امّا اینکه آیا این انحراف، درست با مقداری مطابقت دارد که نظریّۀ اینشتین پیش‌بینی می‌کند، هنوز چیزی است که به‌طور قطعی نظری دربارۀ آن نداریم.

بهتیرین دلیل بر درستی نظریۀ نسبیّت عام شاید حرکت تقدیمی از مدار حرکتی سیّارۀ زهره باشد، که به‌طور آشکار در مطابقت درست با مقداری است که این نظریّۀ پیش‌بینی کرده است.

 اگرچه مبانی تجربی نظریّۀ نسبیّت عام هنوز خیلی ضعیف است، امّا این نظریّۀ هنوز اندیشه‌هایی دربر دارد که بیشترین اهمیّت را دارد. در همۀ زمان‌ها، از ریاضی‌دانان دوران باستان گرفته، تا سدۀ نوزدهم، به هندسۀ اقلیدسی چون امری مسلّم می‌نگریستیم. اصول موضوعۀ اقلیدس اساس هر هندسۀ ریاضی بود، بنیادی بود که بی‌چون‌وچرا بود. امّا در سدۀ نوزدهم، ریاضی‌دانانی چون بو‌یایی، لباچوفسکی، گاوس و ریمان دریافتند که میتوان هندسههای دیگری بنا کرد که همان دقّت ریاضی هندسۀ اقلیدسی را داشته باشد. به‌همین سبب این پرسش که چه هندسه‌ای درست است، از آن زمان به‌بعد پرسشی تجربی بود. امّا این با کار اینشتین بود که فیزیک‌دانان درواقع توانستند به این پرسش بپردازند. هندسهای که در نظریّۀ نسبیّت عام دربارۀ آن بحث می‌شد، تنها به فضای سه بعدی باز نمی‌گشت، بلکه به تمامیّت چهاربعدی زمان و فضا باز می‌گشت. این نظریّه رابطه‌ای میان هندسه در تمامیّتش و توزیع جرم در جهان برقرار می‌کرد. به‌همین سبب هم این نظریّه در شکلی نو پرسش‌های کهن دربارۀ رفتار فضا و زمان را در ابعادی بسیار وسیع‌تر مطرح کرد. این نظریّه توانست پاسخهایی ارائه دهد که از راه مشاهده می‌توان آن‌ها را آزمود.

به‌همین سبب هم توانستیم دوباره به سراغ پرسش‌های فلسفی‌ بسیار کهنی برویم، که فکر انسان را از همان دوره‌های آغازین فلسفه و علم به خود مشغول کرده بود: آیا فضا پایان‌دار است یا بی‌پایان؟ چه‌چیز پیش از آغاز زمان وجود داشت؟ چه‌چیز در پایان زمان پیش خواهد آمد؟ یا آیا زمان نه آغازی دارد و نه پایانی؟ این پرسش‌ها در ادیان و فلسفههای گوناگون پاسخهای گوناگونی یافته بود. برای مثال در فلسفۀ ارسطو، کلّ فضای جهان پایان‌دار بود، اگرچه به‌طور بی‌پایان به جزء بخش‌پذیر بود. فضا از راه کشیدگی اجسام پدیدار می‌شود؛ اجسام فضا را کم‌وبیش می‌کشد؛ پس هیچ فضایی وجود ندارد، آنجاکه جسمی وجود ندارد. جهان از زمین و خورشید و ستارگان به‌وجود آمده است، از شمار پایان‌داری از اجسام. آن سوی سپهر ستارگان، فضایی وجود نداشت، و به‌همین سبب هم فضای جهان پایان‌دار بود. در فلسفۀ کانت این پرسش به آن چیزی تعلّق داشت که کانت آن را “تنازع احکام” می‌نامید، یعنی پرسشهایی که نمیتوان به آن‌ها پاسخ داد، زیرا دو دلیل متفاوت به دو نتیجۀ متضاد می‌انجامید. فضا نمیتواند پایان‌دار باشد، زیرا نمیتوانیم نزد خود پایانی برای فضا تصوّر کنیم. به هر نقطه‌ای از فضا هم که برسیم، بازهم باید چنین تصوّر کنیم که به آن سوی آن هم می‌توانیم برویم. امّا فضا بازهم نمیتواند پایان‌دار باشد، زیرا فضا آن چیزی است که ما نزد خود تصوّر ‌می‌کنیم، وگرنه مفهوم فضا اصلاً ساخته نمی‌شد، و ما هم نمیتوانیم فضای بی‌پایان را تصوّر کنیم. درمورد این ادّعای دوم، دلیل کانت را لفظ‌به‌لفظ نقل نکردیم. این جمله: «فضا بی‌پایان است»، برای ما معنایی اندک منفی دارد، یعنی ما نمیتوانیم به پایانی از فضا برسیم. امّا برای کانت بی‌پایانی فضا آن چیزی است که درواقع داده‌شده است، آن چیزی است که به معنایی “وجود دارد”، امّا ما هم اصلاً نمی‌توانیم آن را بیان کنیم. کانت به این نتیجه می‌رسد که هیچ پاسخ منطقی‌ای بر این پرسش وجود ندارد، که آیا فضا پایان‌دار است یا بی‌پایان، زیرا کلّ عالم نمی‌تواند موضوع تجربۀ ما باشد.

درمورد مسئلۀ بی‌پایانی زمان هم، وضع همین‌طور است. در اعترافات اوگوستینوس، برای نمونه، این پرسش به‌این‌صورت مطرح شده است: “خدا پیش از آنکه عالم را بیافریند، چه میکرد؟ پاسخ شناخته‌شده به این پرسش، اوگوستینوس را دلشاد نمی‌کرد: «خدا به‌این کار می‌پرداخت تا جهنم را برای آن کسانی مهیّا کند که سؤالاتی احمقانه می‌کردند.» اوگوستینوس میگفت که این جوابی بسیار پیش‌پاافتاده است؛ او میکوشد تا تحلیلی منطقی از مسئله به‌دست دهد: زمان فقط برای ما سپری می‌شود، و این فقط ما هستیم که در انتظار آینده هستیم؛ زمان برای ما مانند همین لحظه سپری می‌شود، و ما هم آن را چون گذشته به‌یاد می‌آوریم. امّا خدا در زمان نیست. هزاران سال برای او چون روزی است و یک روز هم مانند هزار سال است. زمان با دنیا آفریده شده است، پس از آن دنیا هم هست، ازاین‌رو هم زمان، پیش از آنکه جهان وجود داشته باشد، وجود نداشت. برای خدا همۀ روند دنیا به یکباره بوده است. پس هیچ زمانی هم وجود نداشت، پیش از آنکه او جهان را آفریده باشد.

امّا به‌آسانی هم می‌بینیم که در این صورتبندی‌ها، مفهوم “آفرید” همۀ دشواری‌های اساسی را برمی‌انگیزد. این واژه به‌این معنی است، آن‌چنان‌که به‌طور معمول آن را به‌کار می‌گیریم، که چیزی وجود دارد و آن چیز پیش‌تر وجود نداشته است، و به این معنی هم مفهوم زمان را پیش‌فرض می‌داند. پس این هم ممکن نیست تا با اصطلاحات منطقی آن چیزی را تعریف کنیم، که با این تعبیر منظور داریم که زمان آفریده شده است. این واقعیّت بازهم به ما آن درسی را یادآوری می‌کند، که باید از فیزیک جدید بیاموزیم، یعنی اینکه هر کلمه‌ای یا هر مفهومی، هرقدر که به نظرمان روشن بیاید، تنها یک حوزۀ محدود کاربردی دارد.

در نظریّۀ نسبیّت عام، می‌توان این پرسشها را دربارۀ بی‌پایانی فضا و زمان هم مطرح کرد و هم کم‌وبیش به آن‌ها بر مبنای تجربی پاسخ داد. اگر ارتباط میان هندسۀ چهار بعدی در فضا و زمان، و توزیع جرم در عالم را این نظریّه درست تحلیل کرده باشد، درآن‌صورت مشاهدات نجومی دربارۀ توزیع کهکشان‌ها در فضا، می‌تواند اخباری دربارۀ هندسۀ کلّ عالم به ما بدهد. و درآن‌صورت هم می‌توان دست‌کم نمونه‌هایی از عالم، از تصاویر کیهان‌شناختی‌ای بسازیم که نتایج آن‌ها را بتوان با واقعیّات تجربی مقایسه کرد.

 دانش کنونی ما از اخترشناسی به ما این امکان را نمی‌دهد تا میان چندین نمونۀ ممکن، یکی را به‌قطع برگزینیم. شاید هم  فضای عالم پایان‌دار باشد. امّا این هم به این معنی نیست که در جایی، پایانی بر عالم وجود دارد. چنین فکری تنها می‌تواند به اینجا بیانجامد که اگر در جهتی معیّن در عالم پیوسته پیش برویم، سرانجام به نقطهای باز می‌گردیم که از آنجا حرکت را آغاز کرده بودیم. این وضع مانند هندسۀ دو بُعدی بر سطح زمین است، که اگر ما از نقطۀ معیّنی، در جهتی، مثلاً به طرف شرق، به پیش برویم، سرانجام به همان نقطه از سمت غرب به آن باز میگردیم.

دربارۀ آنچه به زمان مربوط می‌شود، باید بگوییم که به نظر میرسد که در اینجا هم چیزی مانند آغاز وجود داشته باشد. مشاهدات بسیاری اشاره به این دارد که جهان درحدود چهارمیلیارد سال پیش “شروع” شده است – یا بگوییم که در آن زمان همۀ مادۀ عالم در فضایی که کوچکتر از فضای کنونی بود، متمرکز بود، و از آن زمان تاکنون از این فضای کوچک با سرعت‌های متفاوتی همواره رو به گسترش داشته است. این زمان چهارمیلیارد ساله در بسیاری از مشاهدات گوناگون پدیدار می‌شود، برای مثال در سنّ شهاب‌سنگها، و کانی‌های روی زمین و امثال آن‌ها، و شاید هم بسیار دشوار باشد تا تفسیری اساساً متفاوت بیابیم که با فکر منشأ جهان در چهارمیلیارد سال پیش کاملاً متفاوت باشد. اگر فکر منشأ عالم به این صورت  درست باشد، پس باید این به این معنی باشد که در ورای این زمان – یعنی بیش از چهار میلیارد سال – مفهوم زمان باید تغییراتی اساسی را آزموده باشد. این نظر که از روی احتیاط زیادتری است، جای آن صورتبندی ساده‌تر آفرینش جهان را می‌گیرد. در وضع کنونی مشاهدات اخترشناختی، هنوز نمیتوان به پرسش دربارۀ هندسۀ فضا زمان در کلیّت آن با درجه‌ای از اطمینان پاسخ داد. امّا همین‌قدر هم به‌ گفتنش می‌ارزد، که بر همین پرسش‌ها شاید بتوان روزی بر پایۀ تجربه‌های استوار اخترشناختی پاسخ داد.

حتّی اگر تأمّلات بیشتر، به نظریّۀ نسبیّت خاصّ محدود شود، که بر بنیانی مستدلّ استوار است، بازهم نمی‌تواند جای شکّ بماند که این نظریّه فکر ما از ساختار فضا و زمان را باقدرت هرچه تمام‌تر دگرگون کرد. شاید آنچه بیش از هرچیز دیگر ما را در این دگرگونی‌ها دل‌واپس می‌کند، طبیعت خاصّ آن‌ها نباشد، بلکه این واقعیّت باشد که این دگرگونی‌ها اصلاً ممکن شده باشد. ساختار فضا و زمان، که نیوتون اساس آن را برای تشریح ریاضی از طبیعت بنا نهاده بود، هیچ تناقضی در خود نداشت، ساده بود و خیلی هم درست با استفادۀ ما از مفاهیم فضا و زمان، که در زندگی روزانه به آن‌ها عادت داریم، مطابقت داشت. این مطابقت در عمل چنان تنگاتنگ بود که به تعریف نیوتون توانستیم چون  صورتبندی ریاضی درستی از آن مفاهیم فضا و زمان زندگی روزانه بنگریم. پیش از نظریّۀ نسبیّت این امر را مسلّم می‌دانستیم که بتوانیم رویدادها را در زمان، مستقلّ از ترتیب آن‌ها در فضا، مرتّب کنیم. اکنون میدانیم که این تصوّر در تجربۀ روزانه به این سبب پدیدار می‌شود که سرعت نور بسیار بیشتر از هر سرعت دیگری است که با آن در زندگی عملی سروکار داریم. امّا این محدودیّت بر ما در آن زمان روشن نبود. حتّی اگر این محدودیّت را هم بشناسیم، بازهم نمی‌توانیم چندان تصوِّر کنیم که ترتیب زمانی رویدادها به آرایش آن‌ها در مکان، یعنی به جایی که آنجا روی می‌دهد، وابسته باشد.

 امّا بعدها فلسفه کانت نگاه ما را به این سو گرداند، که مفاهیم زمان و فضا به رابطۀ ما با طبیعت تعلّق دارد، و نه به خود طبیعت به تنهایی؛ که ما نمیتوانیم طبیعت را تشریح کنیم، بی‌آنکه این مفاهیم را به خدمت خود بگیریم. ازاین‌رو این مفاهیم به معنایی ماتقدّم است، آن‌ها شرایط تجربه است و نه نتیجۀ اوّلیّۀ تجربه، و به‌همین سبب هم عموماً چنین فرض می‌کردیم که آن‌ها نمی‌تواند  از راه تجربۀ تازه تغییر کند. از این‌روست که ضرورت تغییر، چون شگفتی بزرگی می‌مانست. دانشمندان برای اوّلین بار آزمودند که به هنگام به‌کار بردن مفاهیم زندگی روزانه در تجربه‌هایی که با فنون تجربی امروزی پالایش شده است، تاچه میزان باید محتاط بود. حتّی صورتبندی درست و بی‌ابهام این مفاهیم به زبان ریاضی مکانیک نیوتونی یا تحلیل دقیق آنها در فلسفۀ کانت، نتوانست آن‌ها را در برابر تحلیل انتقادی‌ای که بعدها با اندازهگیریهای دقیق ممکن شد، ایمن نگاه دارد. این هشدار پس از آن برای تکامل فیزیک جدید بسیار سودمند بود، و به‌یقین هم بسیار دشوارتر می‌بود تا نظریّۀ کوانتومی را بفهمیم، اگر کامیابی نظریّۀ نسبیّت، به فیزیک‌دانان هشدار نداده بود تا نسنجیده مفاهیمی را به کار نبرند که برگرفته از زندگی روزانه یا از فیزیک کلاسیک بود.

* * * *

 ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه: فهرست مطالب:

پیشگفتار: ص ۵؛  بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل اوّل: اهمیّت فیزیک جدید در زمان ما: ص ۹؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل دوم: تاریخچۀ نظریّۀ کوانتومی: ص ۱۲؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل سوم: تفسیر کپنهاگ از نظریّۀ کوانتومی: ص ۲۷؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل چهارم: نظریّۀ کوانتومی و مبادی نظریّۀ اتمی: ص ۴۳

فصل پنجم: سیر فکر فلسفی از دکارت تاکنون با نگاه به وضع جدید در نظریّۀ کوانتومی: ص ۶۱؛  بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه

فصل ششم: رابطۀ نظریّۀ کوانتومی با دیگر رشته‌های علوم: ص ۸۰

فصل هفتم: نظریّۀ نسبیِّت: ص ۹۹

فصل هشتم: نقدی بر تفسیر کپنهاگ و پیشنهادهایی در برابر آن: ص ۱۱۹

فهل نهم: نظریّۀ کوانتومی و ساختار مادّه: ص ۱۳۷

فصل دهم: زبان و واقعیّت در فیزیک جدید: ص ۱۶۰

قصل یازدهم:اهمیّت فیزیک جدید در پیشرفت امروزی فکر انسان: ص ۱۸۱؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه (اهمیّت فیزیک جدید در پیشرفت امروزی فکر انسان)

(شمارۀ صفحه به نسخۀ آلمانی کتاب ارجاع  می‌دهد)

فهرست مطالب نسخۀ آلمانی:

INHALT

Vorwort 5

Die Bedeutung der modernen Physik in unserer Zeit 9

Die Geschichte der Quantentheorie 12

Die Kopenhagener Deutung der Quantentheorie 27

Die Quantentheorie und die Anfänge der Atomlehre 43

Die Entwicklung der philosophischen Ideen seit Descartes im Vergleich zu der neuen Lage in der Quantentheorie . . . 61

Die Beziehungen der Quantentheorie zu anderen Gebieten der Naturwissenschaft 80

Die Relativitätstheorie 99

Kritik und Gegenvorschläge zur Kopenhagener Deutung der Quantentheorie 119

Die Quantentheorie und die Struktur der Materie 137

Sprache und Wirklichkeit in der modernen Physik 160

Die Rolle der modernen Physik in der gegenwärtigen Entwicklung des menschlichen Denkens 181

* * *

حسین نجفی‌زاده (نجفی زاده)، تهران، مردادماه ۱۳۹۳

———————————————————————————————-

 related links: پیوندهای مرتبط

ورنر  هایزنبرگ: حقیقت علمی و حقیقت دینی؛  نیلس بور: نور و حیات  یک‌بار دیگر؛ نیلس بور: وابستگی علوم به یکدیگر؛ نیلس بور: فیزیک اتمی و  فلسفه؛ ورنر هایزنبرگ: فیزیک و فلسفه؛ فون وایتسکر: جهان از نگاه فیزیک؛ نیلس بور: مجموعۀ آثار (۲)؛ ورنر هایزنبرگ: آن سوی مرزها؛ ورنر هایزنبرگ: جزء و کلّ؛ژاک مونو: تصادف و ضرورت (فهرست مطالب)

Kurztitelaufnahme

Werner Heisenberg: Physik und Philosophie (Die Relativitätstheorie), Hirzel, 1972

ورنر هایزنبرگ. فیزیک و فلسفه (نظریّۀ نسبیّت)، هیرتسل، ۱۹۷۲

—————————————————————-

© انتشار برگردان فارسی: Werner Heisenberg: Phisik und Philosophie: Die Relativitätstheorie,Kapitel VII، ورنر هایزنبرگ. فیزیک و فلسفه (نظریّۀ نسبیّت). حسین نجفی‌زاده (نجفی زاده)، به سیاقی که در این وبگاه آمده، بدون اجازۀ کتبی از www.najafizadeh.ir ممنوع است.

          Copyright 2014 by www.najafizadeh.ir All Rights Reserved© 

 

Print Friendly
Categories: فلسفه و عرفان Tags: