فلسفه و تاریخ علم

فیزیک مدرن، ۹۰ سال پس از تعبیر کپنهاگی

DSC-O0816_02
نوشته شده توسط عرفان کسرایی
فیزیک نظری در حدود نود سال پیش دستخوش یک تحول عظیم شد. در چنین دورانی فیزیکدان آلمانی ورنر هایزنبرگ در سال ۱۹۲۵ و سپس توسط فیزیکدان مطرح اتریشی اروین شرودینگر دو فرمالیسم ریاضی پیدا کردند که باعث شد درک ما از اتمها و ساختار آنها را به شکل بنیادینی تغییر کند. این قرائت تازه از فیزیک،  صرفا بهتر از فیزیک کلاسیک نبود بلکه اساسا نتایج غیرقابل باوری به دنبال داشت. پرسش اینجا بود که آیا ذرات به راستی موج هستند یا موج ها ذره اند؟ این همان مساله ای است که ۹۰ سال پیش ورنر هایزنبرگ و نیلز بوهر در کپنهاگ دانمارک درباره اش گفتگو کردند. در قرن ۱۹ میلادی همه چیز در دنیای فیزیک به نظر آرام می رسید. تحولات فیزیک هم چندان متلاطم نبود و نوید این را می داد که به زودی مسایل باقی مانده نیز حل شده و برخی حتی بر این باور بودند که پرونده فیزیک به زودی بسته خواهد شد و چیز تازه ای برای فهمیدن از طبیعت وجود ندارد. دقیقا در همین دوران بود که کوانتوم سر بر آورد و دریای به ظاهر آرام فیزیک را طوفانی کرد. آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ توضیح داد که نور را نباید به سادگی صرفا یک موج در نظر گرفت. نور در این نظریه جدید در شکل ذره ظاهر می شد. اما ماجرای سرشت نور گویا قرار نبود به این سادگی ها تن به تبیین بدهد‌. در عمل هم همینطور شد و در حدود ۲۰ سال بعد نشان داده شد که الکترونها نیز که همواره به عنوان ذره شناخته می شدند بسته به صورتبندی آزمایش، ویژگی های موج نیز از خود نشان می دهند. برای توضیح این درک جدید از فیزیک، دو مدل ریاضی در سالهای ۱۹۲۵ و ۱۹۲۶ مطرح شد که اولی را هایزنبرگ و دومی را شرودینگر منتشر کرد. بر اساس نظریه هایزنبرگ که به عنوان مکانیک ماتریسی نیز شناخته می شود تاکید بر روی ویژگی های ذره ای ساختارهای اتمی است و در مدل شرودینگر بحث بر سر معادلات موج است.
اگر بخواهیم دقیق تر صحبت کنیم اینجا بحث بر سر یک مساله فلسفی است که در مفهوم مشاهده پیش می آید. برای صحبت کردن درباره این بحران فکری در اوایل سال ۱۹۲۷ ورنر هایزنبرگ و نیلز بوهر در کپنهاگ با یکدیگر ملاقات کردند. بحث آنها درباره واقعیت اتمی بود و آنگونه که در  تاریخ علم روایت شده دو فیزیکدان بزرگ نتوانستند یکدیگر را قانع کنند. هایزنبرگ تلاش می کرد اتمها را با مساله اصل عدم قطعیت درک کند. بر اساس اصل عدم قطعیت، تعیین دقیق و همزمان مکان و اندازه حرکت ذره ممکن نیست. دقت در اندازه هر کدام باعث می شود دقت و قطعیت در دیگری از بین برود. بر این اساس ، الکترون یک چیز غیرمتعین بود تا زمانی که اندازه گیری و ویژگی های آن تعیین شود. هایزنبرگ موفق شد به این ایده، فرمالیزم ریاضی بدهد  که تحت عنوان اصل عدم قطعیت شناخته می شود. مساله ای که آزمایش ها نیز آن را تایید می کنند. اندازه گیری دقیق مکان از یک سو، و اندازه حرکت از سوی دیگر ممکن نیست. بوهر اما بدون صورتبندی ریاضی، نظریه مکملیت را مطرح کرد که بر اساس آن  توصیف کامل یک پدیده ی کوانتومی تنها زمانی صورت می‌گیرد که با ابزارهای مکمل هم اندازه گیری شود. یعنی هم با خصلت موجی و هم با خصلت ذره ای. اصل مکملیت و اصل عدم قطعیت هر دو در سال ۱۹۲۷ در کپنهاگ مطرح شدند. این نوع نگرش در نزد فیلسوفان علم به عنوان تعبیر کپنهاگی از فیزیک کوانتومی شناخته شده است. بوهر و هایزنبرگ در این خصوص هیچ مقاله مشترکی منتشر نکردند ولی پرسش اصلی بحث و نظر این دو فیزیکدان بزرگ همچنان تا زمانه ی ما نیز باقی است و پس از گذشت ۹۰ سال ذهن بسیاری از فیزیکدانان و فیلسوفان روزگار ما را به خود مشغول کرده است.

درباره نویسنده

عرفان کسرایی

کسرایی، عضو انجمن فلسفه علم آلمان و پژوهشگر مطالعات علم و فناوری در دانشگاه کاسل است
زمینه های پژوهشی او عبارتند از:
-فلسفه فیزیک ، منطق ریاضی و مدلسازی در ریاضیات مهندسی
-ارتباطات علم و جامعه شناسی شبه علم در ایران
-تاریخ علم (تاریخ فیزیک مدرن در قرن بیستم)

۳ دیدگاه

دیدگاه شما چیست