علوم پایه مقالات

خداوند تاس بازی نمی‌کند

خداوند تاس بازی نمی کند
نوشته شده توسط حسن مهدیان منش

شاید این جمله معروف انیشتین در مورد مکانیک کوانتمی را قبلا شنیده باشید؛ (خداوند تاس بازی نمی‌کند) در هنگام پیدایش مکانیک کوانتمی فیزیکدانان در دو جبهه قرار گرفتند. گروهی مخالف سرسخت مکانیک کوانتومی بودند و گروهی از آن دفاع می‌کردند. آلبرت انیشتین، معروف‌ترین و بزرگ‌ترین شخصیتی بود که در جبهه مخالفان این علم جدید قرار داشت و در مقابل او شخصیت‌هایی چون نیلز بور و هایزنبرگ بودند. بحث‌های بسیار زیادی میان این دو گروه وجود داشت. در واقع مشکل اصلی طبیعت آماری مکانیک کوانتمی بود که برای انیشتین غیرقابل‌پذیرش بود. در ادامه این مطلب دراین‌باره صحبت خواهیم کرد.

god-does-not-play-dice-with-the-universe-einstein-arley-blankenship

قواعدی مشخص و معین برای خلقت

در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم میلادی، فیزیکدانان به این نتیجه رسیدند که نظریه‌های کنونی در علم فیزیک با نتایج تجربی سازگاری ندارند و علم فیزیک نیاز به یک تحول اساسی دارد. این بود که پس از مدتی، “مکانیک کوانتمی” شکل گرفت. این نظریه، از اساس با تمام نظریه‌هایی که تا آن زمان در فیزیک مطرح‌شده بود متفاوت بود. در واقع تفاوت آن در نوع نگرش سازندگان این نظریه به جهان بود و اینکه اصولاً وظیفه یک فیزیکدان چیست.
سازندگان این علم جدید معتقد بودند که اگر ما بخواهیم در مورد خصوصیات یک سیستم بسیار ریز، اطلاعاتی کسب کنیم، قانونی در طبیعت وجود دارد که ما را محدود می‌سازد.
این قانون که به “اصل عدم قطعیت هایزنبرگ” معروف است بیان می‌کند که ما نمی‌توانیم اطلاعات خود را در مورد یک سیستم از یک حد مشخصی بیشتر کنیم و هرچقدر هم که دستگاه‌های آزمایشگاهی بهتری بسازیم به نتیجه بهتری دست نخواهیم یافت.
به همین خاطر در ابعاد بسیار ریز، نمی‌توانیم با قطعیت در مورد یک سیستم صحبت کنیم، بلکه فقط می‌توانیم احتمال رویدادهای مختلف را بررسی کنیم. آن‌ها اعتقاد داشتند که این طبیعت احتمالاتی جزء ذات عالم است و ربطی به دستگاه‌های اندازه‌گیری ما ندارد.
آلبرت انیشتین از آن جمله فیزیکدان‌هایی بود که می‌خواست بداند که واقعا “خداوند چگونه این جهان را خلق کرده است”.
از آنجایی که مکانیک کوانتومی طبیعتی احتمالاتی داشت و اساس همه تحولات جهان را بر مبنای شانس و اقبال می‌دانست، گروهی از فیزیکدانان، از جمله آلبرت انیشتین آن را نمی‌پذیرفتند و معتقد بودند که خداوند می‌بایست جهان را بر اساس قواعدی مشخص و معین خلق کرده باشد و هر رخ دادی باید بر طبق یک قانون خاص رفتار نماید. به همین خاطر فعل‌وانفعالات بین ذره‌ها نباید امری احتمالاتی باشد زیرا در این صورت منجر به این نظم موجود در جهان ماکروسکپی نخواهد شد. ولی ما به وضوح در ابعاد ماکروسکپی در پدیده‌های طبیعی نظم را مشاهده می‌کنیم.
در طرف مقابل، گروه دیگری از فیزیکدان‌ها قرار داشتند که با انیشتین هم‌عقیده نبودند. این گروه که بنیان‌گذاران”مکتب کپنهاگی” در فیزیک بودند معتقد بودند که رسالت علم فیزیک این نیست که بداند “خداوند جهان را چگونه خلق کرده است”، بلکه رسالت فیزیک این است که یک سری مدل‌های ریاضی (نظریه) ارائه دهد تا با آن‌ها بتوان طبیعت، (نتایج آزمایش‌ها) را توجیه کرد. حال اینکه در این نظریه از چه ابزارهایی استفاده می‌شود و اینکه آیا این ابزارها منطقی هستند یا نه اهمیت ندارد. آنچه مهم است توجیه نتایج برآمده از آزمایش‌ها است. به همین خاطر، آن‌ها با احتمالاتی بودن ساختار مکانیک کوانتومی ابداً مشکلی نداشتند و آنچه برایشان اهمیت داشت و روی آن تأکید فراوانی داشتند این بود که مکانیک کوانتومی تمام نتایج تجربی را به درستی توجیه می‌کند و هیچ مشاهده تجربی وجود ندارد که با نتایج برآمده از مکانیک کوآنتمی همخوانی نداشته باشد.
یک نکته مهم در این میان این است که انیشتین، با گزاره‌های آماری مربوط به مواردی که در آن‌ها همه جزئیات یک دستگاه، شناخته‌شده نیست، مشکلی نداشت زیرا مکانیک آماری و ترمودینامیک بر همین اساس کار می‌کرد. او خودش آمار را در مورد حرکت براونی و گرمای ویژه جامدات بکار برده بود و مکانیک کوانتمی را به عنوان یک علم آماری می‌پذیرفت ولی مشکل از آنجا شروع می‌شد که طرفداران مکتب کپنهاگی معتقد بودندکه علی‌الاصول هم امکان ندارد که بتوانیم همه جزئیاتی را که برای توصیف کامل یک سیستم فیزیکی لازم است، کشف کنیم و برای تحلیل سیستم باید دست به دامان شانس و اقبال شد. آن‌ها معتقد بودند که دلیل اینکه در جهان ماکروسکپی، نظم مشاهده می‌کنیم این است که این احتمالات، بر اساس یک سری الگوهای خاص رفتار می‌کنند؛ یا به زبان تخصصی‌تر، هر اندازه‌گیری، طیفی از نتایج مختلف را می‌تواند در برداشته باشد و اینکه در یک اندازه‌گیری خاص، چه نتیجه‌ای به دست می‌آید، امری احتمالاتی است و این، “توابع توزیع احتمال” هستند که بر اساس قوانین مشخصی (مثلاً “معادله شرودینگر”) رفتار می‌کنند.
انیشتین هرگز اعتقاد نداشت که مبانی فیزیک، از قوانینی که سرشت آماری دارند تشکیل‌شده باشد. او در نامه‌ای به رایشه (F. Reiche) در سال ۱۹۴۲ نوشت:

” من هنوز باور ندارم که خداوند نرد بازی می‌کند. اگر او قصد این کار را داشت، آن را به طور کامل انجام می‌داد، نه اینکه بازی قمار را با یک طرح انجام دهد. اگر این اتفاق می‌افتاد ما اصلاً مجبور نبودیم که به دنبال قوانین بگردیم.”

از طرفی ماکس بورن (M. Born) در جواب انیشتین این‌چنین می‌گوید:
“چیزی که او [انیشتین] به دنبال آن است، یک نظریه میدانی عام است که علیت اکید فیزیک کلاسیک را حفظ کند و احتمال را به پوششی از جهل ما از شرایط اولیه… یا تفصیلات سیستم موردنظر محدود کند. در اینجا جای آن نیست که درباره امکان وصول به این هدف صحبت کنیم. با این‌وجود من می‌خواهم نکته‌ای را با استفاده از زبان بدیع خود انیشتین بیان کنم. اگر هم خداوند جهان را با یک مکانیسم دقیق ساخته باشد، او لااقل آن‌قدر به عقل ناقص ما عطا کرده است که برای پیش‌بینی وضع برخی از اجزاء کوچک آن نیازی به حل تعداد بی‌شماری معادله دیفرانسیل نداشته باشیم، بلکه بتوانیم با موفقیت نسبتاً زیاد از تاس بازی استفاده کنیم.
اینکه مطلب بدین قرار است چیزی است که من و بسیاری از معاصرانم از خود انیشتین آموخته‌ایم. من فکر می‌کنم که با ورود آمار کوانتمی به صحنه، وضعیت زیاد تغییر نکرده است. این ما انسان‌های فانی هستیم که هنوز برای پیش‌بینی‌های محدود خود از تاس بازی استفاده می‌کنیم و الا افعال خداوند همان‌قدر که در مورد حرکت براونی کلاسیک مرموز است، در مورد پرتوزایی و تشعشع کوانتمی و به‌طورکلی، زندگی، اسرارآمیز است.”
ولی انیشتین اعتقاد داشت که نباید به “بررسی احتمال وقوع رویدادها” اکتفا کنیم و زمانی یک نظریه کامل داریم که خود رویدادها را توصیف کنیم و نه فقط احتمال رخ دادن آن‌ها را:

” در واقع من قانع شده‌ام که سرشت آماری نظریه کوانتمی فعلی، ناشی از این است که این نظریه توصیف ناقصی از سیستم‌های فیزیکی به دست می‌دهد.”

انیشتین تا پایان عمر خود در مقابل مکانیک کوانتمی ایستاد و هرگز حاضر به پذیرفتن آن نشد. او مدام در تلاش بود تا با طرح مسائل مختلف ناقص بودن مکانیک کوانتمی را به همگان نشان دهد. انیشتین پس از ارائه نظریه “نسبیت عام” خود، در تلاش بود تا یک نظریه کامل‌تر از نسبیت عام بسازد و نیروی “الکترومغناطیس” را با نیروی “گرانشی” یکپارچه کند ولی هیچ‌گاه در این زمینه به توفیقی دست نیافت.

این تصویر در ۱۹۳۱ در هلند از انیشتن ، پلانک و تنی چنذ از فیزیک دانان در حال بحث گرفته شده

این تصویر در ۱۹۳۱ در هلند از انیشتن ، پلانک و تنی چنذ از فیزیک دانان در حال بحث گرفته شده

از جمله تلاش‌های دیگر انیشتین و همکارانش می‌توان به طرح پارادوکس EPR در مکانیک کوانتمی اشاره کرد که به تحول شگرفی در این علم منجر شد. از آنجا بود که او مفهوم “پارامتر پنهان” را مطرح کرد. در این زمینه در آینده به تفصیل صحبت خواهیم کرد.
هرچند که پاسخ‌هایی از جانب طرفداران مکتب کپنهاگی به پارادوکس EPR و وجود پارامتر پنهان داده شد، ولی هنوز هم این مسئله به طور کامل حل‌نشده است و دانشمندان معتقدند که علی‌رغم موفقیت‌های بسیار زیاد مکانیک کوانتمی در سال‌های گذشته، هنوز امکان این وجود دارد که روزی به همگان ثابت شود که مکانیک کوانتمی ناقص بوده و حق با انیشتین بوده است و یک نسخه “غیر احتمالاتی” از مکانیک کوانتمی ارائه شود.

درباره نویسنده

حسن مهدیان منش

۳ دیدگاه

  • مطلب واقعا جالبیه.به نظرم یه روز ب همه ثابت میشه که احتمالات مکانیک کوانتومی فقط از ناقص بودن اطلاعات ما ناشی شده و درمورد همه چی یه قطعیتی وجود داره نه عدم قطعیت.با اینشتین موافقم:)

  • سلام
    ممنون از شما،مطلب رو ساده و در عین حال روان بیان کردید. فقط نفهمیدیم این “انیشتین” آیا نسبتی با “اینشتین” داره یا خیر!!! :)

  • به وجود اومدن مکانیک کوانتوم فقط از عجز عقل بر حل مسائل بوده و این که انسان هیچ موقع خود را نمیتواند ضعیف بپذیرد باعثی بوده برای فکر کردن و بوجود آوردن مکانیک کوانتوم و درنتیجه ارضای روحی خود. اخرش معلوم میشه انیشتین داشته چی میگفته

دیدگاه شما چیست