او هرگز با کوانتوم آشتی نکرد

اما كمتر كسی این نكته را به خاطر می آورد كه اینشتین همانطور كه در اولین انقلاب علمی قرن بیستم یعنی نظریه نسبیت سهیم بود، در انقلاب دیگر یعنی فیزیك كوانتومی نیز نقش بسزایی داشت. حتی جایزه نوبل هم به خاطر مقاله «اثر فوتوالكتریك» كه تاییدی بر كوانتومی بودن نور بود، به او اهدا شد. اما بازی سرنوشت آنگونه شكل گرفت كه یكی از بزرگترین حامیان مكانیك كوانتومی، منتقد تراز اول آن نیز باشد. این مقاله نگاهی است به واكنش اینشتین نسبت به مكانیك كوانتومی و مباحثات او با فیزیكدانان بانی نظریه كوانتوم به ویژه نیلز بور. هدف توصیف اتفاقاتی است كه در تاریخ كوانتوم افتاده است و تنها در موارد ضروری مسائل علمی ذكر شده است.
•••
• كنگره سولوی
همه چیز از كنگره سولوی شروع شد. بانی این سری كنگره ها، یك صنعتگر آلمانی به نام ارنست سولوی بود. او اولین كنگره بین المللی سولوی را كمی قبل از شروع جنگ جهانی اول، در شهر بروكسل برگزار كرد. قرار بر این بود كه در این كنفرانس ها حدود ۳۰ نفر از فیزیكدانان برجسته دعوت شوند و بر روی موضوع از قبل تعیین شده ای، بحث و بررسی كنند. از سال ۱۹۱۱ تا ۱۹۲۷ پنج كنگره با این روش برگزار شد و هر كدام به یكی از پیشرفت های فیزیك در آن سال ها اختصاص داشت. معروف ترین كنگره سولوی در سال ۱۹۲۷ و با موضوع فیزیك كوانتومی برگزار شد. در بین شركت كنندگان در این كنفرانس ۹ فیزیكدان نظری حضور داشتند كه بعد ها همه آنها به خاطر سهم مهمی كه در شكل گیری نظریه كوانتوم داشتند، برنده جایزه نوبل شدند. ماكس پلانك، نیلز بور، ورنر هایزنبرگ، اروین شرودینگر و... آلبرت اینشتین از جمله آن فیزیكدان ها بودند. اما اینشتین هنگام شركت در كنگره به خاطر نظریه نسبیت و همین طور دریافت جایزه نوبل به قدر كافی مشهور بود. به همین دلیل نظر او برای دیگر فیزیكدان ها اهمیت زیادی داشت. هنگام برگزاری پنجمین كنگره سولوی یكی، دو سال بود كه از ارائه فرمول بندی شسته رفته ای از مكانیك كوانتومی می گذشت. ماكس بورن یك فرمول بندی آماری از مكانیك كوانتومی منتشر كرده بود و هایزنبرگ هم اصل عدم قطعیت (uncertainty principle) خود را مطرح كرده بود. نیلز بور نیز براساس این دستاوردها تعبیر معرفت شناختی خود را از مكانیك كوانتومی پیشنهاد كرده بود كه در ضمن آن ایده مكملیت (complementarity) را نیز معرفی می كرد. همه این موارد دلایلی كافی بودند كه اینشتین در تمام طول كنفرانس با بور و هایزنبرگ به بحث بنشیند.
• تعبیر كپنهاگی
نكته مهم در اصل عدم قطعیت هایزنبرگ این بود كه، نمی توان مكان و تكانه (یا سرعت) یك ذره را به طور همزمان و به طور دقیق اندازه گیری كرد. با اندازه گیری مكان عدم قطعیتی در اندازه گیری سرعت به وجود می آید و بالعكس. با مطرح شدن این اصل جنجال برانگیز خیلی ها عدم قطعیت را ذاتی طبیعت دانستند و گفتند كه این مشكل دستگاه اندازه گیری یا ناظر نیست. به این ترتیب اصل علیت را زیر سئوال بردند، به این معنی كه وقتی نمی توانیم زمان حال یك سیستم را به طور دقیق بدانیم پس از آینده آن نیز چیزی نمی دانیم و از آنجا كه این جهل به ذات طبیعت و نه به دستگاه اندازه گیری مربوط است، روابط علی مخدوش می شود. این نتیجه گیری از یك اصل كاملاً فیزیكی یكی از جنبه های تعبیری بود كه بعدها به «تعبیر كپنهاگی» از مكانیك كوانتومی معروف شد. از دیگر مولفه های تعبیر كپنهاگی ویژگی آماری و احتمالاتی پدیده های زیراتمی بود. برای مثال اگر ناظری سرعت ذره ای را در راستای معینی اندازه گیری كند، به احتمال X یك مقدار خاص و به احتمال Y مقدار دیگری را به دست می آورد. روی دادن هر كدام از این احتمالات هم كاملاً تصادفی است و هیچ مكانیسمی برای چگونگی اتفاق آنها بیان نمی شود. نكته دیگر تعبیر كپنهاگی انكار واقعیت فیزیكی بود، به این معنا كه فرمول بندی مكانیك كوانتومی تنها واقعیت موجود است. پیش بینی نتایج و كارآمد بودن فرمول بندی كافی است و لازم نیست كه این فرمول بندی حتماً با یك واقعیت عینی فیزیكی متناظر باشد.
• اینشتین بر ضد بور
اینشتین به هیچ وجه نمی توانست زیر بار یك چنین تعبیری برود. او فیزیكدانی بود كه همواره به دنبال كشف طبیعت بود و یك چنین نظریه ای با این نتایج عجیب و غیرشهودی او را راضی نمی كرد. اینشتین به رئالیسم اعتقاد داشت و نمی توانست بپذیرد كه مشاهده كننده واقعیت یك پدیده فیزیكی را تعیین می كند. او معتقد بود كه فیزیكدان ها به ایده آلیسمی از نوع باركلی روی آورده اند كه آنها را سرمست كرده است و از هدف اصلی علم و همچنین فیزیك دور شده اند. به همین دلیل بود كه در كنگره سولوی به شدت در مقابل نظریات بور و هایزنبرگ موضع گیری كرد. هایزنبرگ در خاطرات خود می نویسد: «همه بحث ها در سر میز غذا شكل می گرفت و نه در تالار كنفرانس و بور و اینشتین كانون همه بحث ها بودند. بحث معمولاً از سر میز صبحانه شروع می شد و اینشتین آزمایش فكری جدیدی كه گمان می كرد اصل عدم قطعیت را رد می كند، مطرح می كرد. پس از بحث های بسیار در طول روز، بور سر میز شام به اینشتین ثابت می كرد كه آن آزمایش هم نمی تواند اصل عدم قطعیت را خدشه دار كند. اینشتین كمی ناراحت می شد، اما صبح روز بعد با یك آزمایش فكری دیگر كه پیچیده تر از آزمایش قبلی بود، از راه می رسید. پس از چند روز پاول اهرنفست فیزیكدان هلندی كه دوست اینشتین بود گفت: من به جای تو خجالت می كشم، استدلال های تو در برابر مكانیك كوانتومی شبیه استدلال هایی است كه مخالفانت در برابر نظریه نسبیت می آورند.» اینشتین با این آزمایش های فكری می خواست وجود ناسازگاری در مكانیك كوانتومی را نشان دهد تا بتواند آن را رد كند، اما موفق نشد. او همیشه می گفت نمی تواند قبول كند كه خدا شیر یا خط بازی می كند. او معتقد بود اگر خدا می خواست تاس بازی كند این كار را به طور كامل انجام می داد و در آن صورت ما دیگر مجبور نبودیم به دنبال قوانین طبیعت بگردیم، چرا كه دیگر قانونی نمی توانست وجود داشته باشد. جواب بور به تمامی این جملات نغز این بود كه: ما هم وظیفه نداریم برای خدا در اداره كردن جهان تعیین تكلیف كنیم. به این ترتیب بور در پنجمین كنگره سولوی توانست از سازگاری منطقی تعبیر كپنهاگی دفاع كند. اما بحث های اینشتین و بور به ششمین كنگره سولوی در سال ۱۹۳۰ نیز كشیده شد و باز هم اینشتین نتوانست نتیجه ای بگیرد. پس از آن تلاش كرد كه ناقص بودن مكانیك كوانتومی را نشان دهد.
• اینشتین، پودلسكی و روزن
اینشتین در ادامه تلاش هایش برای اثبات ناقص بودن تعبیر استاندارد مكانیك كوانتومی، مقاله ای را در سال ۱۹۳۵ با همكاری پودلسكی و روزن منتشر كرد. این مقاله با عنوان «آیا توصیف مكانیك كوانتومی از واقعیت فیزیكی می تواند كامل باشد؟» بعدها با نام اختصاری EPR معروف شد. آنها در مقاله شان سعی كردند كه با یك آزمایش فكری نشان دهند عناصری از واقعیت وجود دارند كه در توصیف كوانتومی وارد نشده اند و بنابراین مكانیك كوانتومی ناقص است. طبق نظر اینشتین نظریه ای كامل است كه هر عنصری از واقعیت فیزیكی مابه ازایی در آن داشته باشد. چهار ماه بعد، بور در مقاله ای با همان عنوان آزمایش EPR را رد كرد و نشان داد كه استدلال آنها مغالطه آمیز است.اما این پایان ماجرا نبود. نه اینشتین و نه بور، هیچكدام راضی نشده بودند. اینشتین تا پایان عمرش در سال ۱۹۵۵ همچنان مشكلات مكانیك كوانتومی را یادآوری می كرد. در مورد بور هم معروف است عكسی كه از تخته سیاه او درست یك روز قبل از مرگ او گرفته شده، شامل طرح آزمایشی است كه در سال ۱۹۳۰ مورد بحث او و اینشتین بوده است. اینشتین هیچ گاه مكانیك كوانتومی را نپذیرفت و در بهترین حالت قبول كرد كه این نظریه، فقط یك نظریه موقتی است كه كامل نیست و فیزیكدانان باید به دنبال نظریه ای دیگر باشند. نظریه ای كه هم به علیت و هم به رئالیسم مقید باشد و در عین حال زیبا و ساده نیز باشد.
منابع:
۱- جزء و كل/ ورنر هایزنبرگ/ حسین معصومی همدانی/ نشر دانشگاهی
۲- تحلیلی از دیدگاه های فلسفی فیزیكدانان معاصر/ مهدی گلشنی/ انتشارات مشرق
۳- Stanford Encyclopedia of Philosophy / Quantum Mechanics

مریم جعفر اقدمی

منبع : روزنامه شرق