ویژگیهای یک نظریه خوب علمی

یك نظریه خوب یا یك ایده خوب اگر درست باشد، همواره وسیع تر و غنی تر از آن چیزی است كه حتی بنیانگذار آن ایده ممكن است در زمان خویش تصور كند. درباره یك نظریه دقیقاً براساس این نوع پیشرفت ها قضاوت می شود، هنگامی كه هر لحظه واقعیت های بیشتر و بیشتری به دامن آن می افتند، حتی اگر در ابتدا قابل پیش بینی نباشد كه این همه بار دهد. ژاك لوسین مونو (J.monod) ( ۱۹۱۰_۱۹۷۶)
با چنین نگرشی به نظریه های علمی رایج بخوبی مشخص می شود که نظریه های تکامل داروین، مکانیک کوانتوم و نسبیت را می توان به عنوان نظریه های بسیار خوب و موفق علمی دانست. هر سه نظریه های یاد شده توسط طرفدارانشان سیر تکاملی خوبی را را پشت سر گذاشتند
به برداشت ژاك لوسین مونو، آنچه همواره كاملاً دیده نشده آن است كه در واقع نظریه انتخابی تكامل، از آنچه خود داروین می دانست یا دریافته بود، محتوای پیش بینانه غنی تری دارد. منظور از ?محتوای غنی تر? آن است كه وقتی نظریه تكامل انتخابی تدوین شده، آن طور كه داروین در سال ۱۸۵۹ این كار را كرد، باید پیامد های خاصی به دنبال داشته باشد، حتی اگر واضع آن نظریه یعنی مورد داروین، این پیامد ها را ندیده باشد (كه در روزگار او به سختی امكان داشت). این پیامد ها گاهی از خود نظریه انتخابی یا حتی خود زیست شناسی نیز فراتر می روند.
یكی از قابل توجه ترین مثال ها مباحثه مشهور میان لردكلوین و داروین است، مباحثه ای كه داروین گمان می كرد در آن شكست خورده است. داروین به خوبی از این واقعیت آگاه بود كه اگر قرار است نظریه اش پذیرفتنی باشد لازم است گستره پهناوری از زمان در اختیار تكامل باشد تا موجودات زنده پدید آیند و او از صدها میلیون سال سخن می گفت، البته بدون آنكه قادر باشد به هیچ رقم دقیقی اشاره كند.
كلوین هم که یكی از بزرگ ترین فیزیكدانان زمان خویش، بزرگ ترین ترمودینامیك دان در تمام ادوار، و هم مردی عمیقاًً مذهبی بود (كه احتمالاً بر موضع گیری او بی تاثیر نبوده است)، با محاسباتش ثابت كرد كه عمر منظومه شمسی نمی تواند از حدود ۲۵ میلیون سال تجاوز كند. این مقدار به وضوح برای داروین كافی نبود و او را واداشت كه تقریباً از سایر تفسیرهای تكامل عقب نشینی كند. كلوین اگرچه بسیار مذهبی بود اما یكی از دانشمندان بزرگ قرن نوزدهم انگلستان بود و به عنوان مدلی از انرژی خورشید یك تل هیزم را در نظر داشت.
او هیچ گزینه دیگری نداشت و با محاسبه اتلاف انرژی از یك تل ذغال به اندازه خورشید، توانست نتیجه بگیرد كه غیرممكن است كه فرض كنیم خورشید می تواند بیش از بیست و پنج میلیون سال عمر كند كه تازه برای یك توده زغال برآورد نسبتاً خوبی است. البته اكنون می دانیم كه او اشتباه می كرد و انرژی خورشید از انرژی هسته ای حاصل می شود، در واقع از گداخت هسته ای، چنانكه می توان گفت كه كشف انرژی هسته ای، یا گداخت، یا در حقیقت كشف معادله مشهور اینشتین كه ماده را به انرژی مربوط می كند، تلویحاً در نظریه انتخابی تكامل داروین گنجانده شده بود. خارق العاده است اما واقعیت دارد.
پیشرفت ژنتیك مولكولی یا زیست شناسی مولكولی، در واقع نظریه تكامل را فوق العاده پربار ساخته و بسیاری از نكات نهفته در آن را آشكار كرده است. زیست شناسی مولكولی در مفهوم تكامل، انقلابی پدید نیاورده، بلكه در عوض آن را هم دقیق تر و هم محكم تر ساخته است. در توصیف هایش نظریه ای محكم تر است، از این نظر كه حرف های بیشتری برای گفتن دارد و به این ترتیب نسبت به معیار ابطال پذیری پوپر خیلی حساس تر می شود.
داروین دانشمندی با شیوه ای نو در تبیین زیست شناسی سر برآورد و یك نسل بعد دانشمند دیگری به نام آلبرت اینشتین با شیوه ای نو در تبیین فیزیك سر برآورد.
تا پیش از اینشتین تمام نظریه های فیزیكی آزموده شده و تایید شده، ?قانون? نامیده می شد: قوانین سه گانه نیوتن در حركت، قوانین گرانش و قوانین ترمودینامیك و... هنگامی كه اینشتین از راه رسید نشان داد كه نیوتن ناقص است. اشتباه نه، بلكه ناقص زیرا فقط زیرمجموعه ای از واقعیت را توصیف می كند. اینشتین نشان داد كه برای تبیین این واقعیت درك عمیق تری لازم است. در این لحظه فیزیكدانان دست از قانون نامیدن چیزها برداشتند. در قرن بیستم هیچ قانونی در فیزیك وضع نشد. نظریه كوانتوم داریم، نظریه نسبیت و... كافی است نگاهی به كتاب ها بیندازید تا ببینید كه همه از اصطلاح نظریه استفاده می كنند. این به معنای رسیدن به یك شناخت است كه كسی كه بعد از شما می آید ممكن است به دركی عمیق تر از پدیده دست یابد. اما عمیق تر به این معنا نیست كه كار شما دیگر اعتبار ندارد بلكه صرفاً یعنی آنكه گستره وسیع تری از شناخت در انتظار شما است كه آنچه شما می دانید در دل آن جای می گیرد. مانند نمودار كلاسیك و قدیمی ون است: جهان نیوتن اینجا است در یك دایره و اكنون جهان اینشتین در دایره ای بزرگتر كه نیوتن را در برمی گیرد و هنگامی كه معادلات اینشتین را در گرانش و سرعت پایین در نظر بگیرید فرقی با معادلات نیوتن ندارد. در این شرایط همه آن معادلات فرو كاسته شده و به شكل معادلات نیوتن درمی آیند. از آنجا كه معادلات نیوتن جواب می دهند، در شرایطی كه ثابت شده درست هستند، ناگهان از كار نمی افتند. به عبارت دیگر به خاكستر ننشسته اند بلكه هنوز صحیح و سالم آنجا هستند. به همین خاطر اكنون می دانیم كه نسبیت عام ناقص است چرا كه با مكانیك كوانتوم پیوند نخورده است. آنها ازدواج نكرده اند و با هم صحبت نمی كنند. ما اكنون هم این را می دانیم. از این رو برآنیم كه هنوز دایره بزرگتری نیز هست كه مكانیك كوانتوم و نسبیت عام را دربر خواهد گرفت و این چیزی است كه متخصصان نظریه ریسمانها در پی آنند. همین است كه به آنها انگیزه می دهد و از روی هوس نیست
بعد از تكمیل نسبیت عام، اینشتین به این مسئله پرداخت كه معادله هایی كه نوشته چه چیزی برای كل جهان یا كیهان پیش بینی می كنند. فرض هایی بسیار معقول و كلی برای كل كیهان كرد. مثلاً اینكه كیهان در مقیاس های بزرگ نه مركز مرجحی دارد نه امتداد. مرجحی معادله ها را حل كرد و در كمال تعجب دید كه حل ایستا ندارند: یا جهان در حال بزرگ شدن است یا در حال كوچك شدن، در گذشته ای متناهی از یك نقطه آغاز شده و ممكن است در آینده ای متناهی به یك نقطه بینجامد! از این حل خوشش نیامد. دستی در معادله هایش برد. جمله ای به آنها افزود. در این جمله ثابتی ظاهر می شود كه آن را ثابت كیهان شناختی نامگذاری كرد. اگر این ثابت كه آن را با لاندا نشان می دهند، صفر باشد، معادله ها می شوند همان معادله های قبلی اگر لاندا مثبت باشد، جلوی انبساط عالم گرفته می شود و اگر لاندا منفی باشد، جهان به نحو فزاینده ای منبسط می شود. چند سال بعد ادوین هابل منجم آمریكایی انبساط جهان را كشف كرد! پس از آن اینشتین گفت این افزودن جمله كیهان شناختی به معادله هایش بزرگ ترین اشتباه زندگی اش بوده. امروز یك نظریه بسیار موفق برای كیهان شناخت داریم موسوم به مدل استاندارد كیهان شناخت. و یكی از سنگ های اصلی این بنای بسیار عظیم و زیبا نسبیت عام است
همیشه وقتی سخن از اینشتین به میان می آید، ذهن ها متوجه نظریه نسبیت و پیامدهای انقلابی آن در فیزیك می شود. 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. واكنش اینشتین نسبت به مكانیك كوانتومی و مباحثات او با فیزیكدانان بانی نظریه كوانتوم به ویژه نیلز بور. هدف توصیفی است كه در تاریخ كوانتوم اتفاق افتاده است.
اگر عنی سازی یک نظریه را توسط دیگران، و نه بانی آن نظریه نشان خوبی آن نظریه بگیریم، مکانیک کوانتوم دارای چنین ویژگی ممتازی است.
هرچند ماکس پلانک بنیان گذار مکانیک کوانتوم است، اما فیزیكدانان بسیاری نظیر نیلز بور، ورنر هایزنبرگ، اروین شرودینگر و... آلبرت اینشتین از جمله فیزیكدانانی هستند که در تکمیل مکانیک کوانتوم نقش شایان توجهی ایفا کردند. ماكس بورن یك فرمول بندی آماری از مكانیك كوانتومی منتشر كرد و هایزنبرگ هم اصل عدم قطعیت (uncertainty principle) خود را مطرح كرد. نیلز بور نیز براساس این دستاوردها تعبیر معرفت شناختی خود را از مكانیك كوانتومی پیشنهاد كرد كه در ضمن آن ایده مكملیت (complementarity) را نیز معرفی می كرد. همه این موارد دلایلی كافی بودند كه اینشتین با بور و هایزنبرگ به بحث بنشیند.
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 به شدت در مقابل نظریات بور و هایزنبرگ موضع گیری كرد.
هایزنبرگ در خاطرات خود می نویسد: 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 به اینشتین ثابت می كرد كه آن آزمایش هم نمی تواند اصل عدم قطعیت را خدشه دار كند. اینشتین كمی ناراحت می شد، اما بزودی با یك آزمایش فكری دیگر كه پیچیده تر از آزمایش قبلی بود، از راه می رسید. سرانجام 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 می توانست از سازگاری منطقی تعبیر كپنهاگی دفاع كند. و سرانجام اینشتین ناقص بودن مكانیك كوانتومی را نشان دهد. اما ناقص بودن یک نظریه را نمی توان دلیل خوب نبودن آن دانست، کما اینکه نسبیت و مکانیک کلاسیک نیز ناقص هستند.

ترجمه: حسین نجفی زاده

منبع : شبکه سی. پی. اچ