چهار رساله و شرحی مختصر بهعنوان مقدّمه، برلین، 1931، انتشارات یولیوس اشپرینگر
Niels Bohr: Die Atomtheorie und die Prinzipien der Naturbeschreibung
Vier Aufsätze mit einer einleitenden Übersicht, Berlin, 1931, Julius Springer Verlag
نسخۀ PDF (eBook)
http://drive.google.com/file/d/0B82CvAj9ELwUQmdKcTFla0dJekE/view?usp=sharing
Niels Bohr Collected Works – ScienceDirect.com
نظریّۀ اتمی و اصول تشریح طبیعت
Niels Bohr: Die Atomtheorie und die Prinzipien der Naturbeschreibung
Vier Aufsätze mit einer einleitenden Übersicht, Berlin, 1931, Julius Springer Verlag
Vierter Aufsatz (Die Atomtheorie und die Prinzipien der Naturbeschreibung 1929)
The Philosophical Writings of Niels Bohr, Volume I
Atomic Theory and the Description of Nature
نوشتۀ چهارم ( نظریّۀ اتمی و اصول تشریح طبیعت)
نظریّۀ اتمی و اصول تشریح طبیعت
پیشگفتار1
هنگامیکه از من از همه سو درخواست میشد تا نوشتههای زیر را، که چند سال پیش در مجلّۀ «علم» چاپ شده بود، گردآوری کنم و به انتشار یکجای آنها بپردازم، با تأمّلاتی جدّی مواجه شدم. حقیقت این است که در اینجا حرف از رشتهای است که در پیشرفت دائم است و در آن هم این امکان امروز وجود دارد تا بسیاری از چیزها را روشنتر بیان کنیم. در خلاصۀ اوّلیّهای که بر یکی از آن سه مقاله نگاشتم، که در کتاب سال دانشگاه به زبان دانمارکی در پاییز ۱۹۲۹ منتشر شد، و اکنون هم ترجمۀ آن به زبان آلمانی در بخش اوّل همین کتاب کوچک است، به این نکته هم اشاره کردم که امید دارم تا تبیین گامبهگام ساخت مفاهیم، که خود در آن نوشتهها هم نمودار میشود، به این چاپ هم سودی عاید کند. نوشتۀ چهارم هم که بر این چاپ افزوده شده است، ترجمۀ آلمانی سخنرانیای است که در گردهمایی طبیعتپژوهان اسکاندیناویایی در کپنهاگ در ۱۹۲۹ ایرادشده است. این نوشته، هم ازنظر زمانی مستقیماً پس از آن خلاصۀ فشرده میآید و هم از نظر محتوایی به آن مرتبط است، بههمین سبب هم میتوان آن را تاحدودی خلاصهای از نوشتههای پیشین دانست.
در این چاپ هم، به این سبب، در پایان شرح مختصری که در مقدّمه آوردهام، برخی یادآوریها را افزودم،که بهویژه به پرسشهایی مربوط میشود که در پایان نوشتۀ چهارم به رابطۀ میان پیشرفت نظریّۀ اتمی و طرح پرسش در زیستشناسی میپردازد. صرفنظر از اهمیّتی که این مسائل بهخودیخود برای ما دارد، هرچندکه ما بهدور از آن حوزه هم هستیم، مایلم یادآوری کنم که پرداحتن به مسائل زیستشناسی و روانشناسی در این نوشتهها بیش از هرچیز این هدف را دنبال میکند تا مسائل فیزیکی و معرفتشناختی را، که ما بدانها در تظریّۀ اتمی برخورد میکنیم، بیشر نمایایان کند. بهعلاوه امیدوارم، آنچنانکه در آن خلاصه هم اشاره کردم، تا در کاری مشروح در بارۀ اصول نظریّۀ اتمی،که در دست تهیّه است، به این پرسشها ژرفتر از آنچه بنگرم که در آن نوشتهها متناسب با صورت و جای آنها، ممکن بوده است.
در همینجا هم میخواهم از همکاران پیشین، و دوستانم، اسکار کلاین، هندریک کرامرز و ولفگانگ پاؤلی تشکّر کنم، که با کمکهای ارزندۀ خود، کار ویرایش نهایی این نوشتهها را انجام دادند. همچنین لازم میدانم از آقای کریستیان مولر هم که کار ترجمۀ مقدّمه و نوشتۀ آخر را دوستانه پذیرفتند، و از انتشارات اشپرینگر هم به سبب لطفی که به من کردند، تشکّر کنم.
نیلس بور، کپنهاگ، ژوئن ۱۹۳۱
نظریّۀ اتمی و اصول تشریح طبیعت2
چهار رساله و شرحی مختصر بهعنوان مقدّمه، برلین، 1931، انتشارات یولیوس اشپرینگر
Die Atomtheorie und die Prinzipien der Naturbeschreibung
Vier Aufsätze mit einer einleitenden Übersicht, Berlin, 1931, Julius Springer Verlag
پدیدههای طبیعی که خود را بر حواس ما عرضه میکند، گاه نشان از تغییرات و ناپایداریهای بسیار دارد. برای آنکه این نکته را روشن کنیم، از دیرباز چنین میانگاشتیم که رویدادها نتیجۀ کنش شمار زیادی از ذرّات بنیادی است، یعنی اتمهاست که خود تغییر نمیکند و پایدار میماند، امّا به سبب کوچکی خود از مشاهدۀ مستقیم میگریزد. صرفنظر از این پرسش اصولی که آیا اصلاً درست است که در این حوزهها در پی تصاویر روشن باشیم، نظریّۀ اتمی از همان آغاز خصلتی فرضی داشت، بهطوریکه به این کار گرایش داشتیم تا چنین فرض کنیم که این خصلت برجای خواهد ماند، زیرا بنا بر طبیعت موضوع بهنظر غیرممکن میرسید تا بتوان بهطور مستقیم نگاهی به درون دنیای اتم افکند. امّا در اینجا هم این وضع مانند بسیاری از حوزههای دیگر است: مرزهای امکانات مشاهده درپی رشد وسایل کمکی همواره جابهجا شدهاست. تنها کافی است به شناختی فکر کنیم که از مشاهدۀ آسمان نیلگون بهکمک دوربین و طیفنما بهدست آوردهایم، یا به ساختار ظریفتر ارگانیسمهایی، که آنها را مرهون میکروسکوپ هستیم. درست بههمین ترتیب هم، رشد فوقالعادۀ هنر آزمایـش در فیزیک ما را با شمار زیادی از پدیدهها آشنا کرد که به ما این امکان را داد تا اخبار مستقیمی دربارۀ حرکات و شمار آنها ارایه دهیم. پدیدههایی را حتّی میشناسیم که دربارۀ آنها میتوان بهیقین چنین فرض کرد که به اثر اتمی منفرد یا حتّی قسمتی از چنین اتمی وابسته است. در حالیکه بهاین ترتیب هر شکّی دربارۀ واقعیّت اتم زدوده میشود، و حتّی از این راه شناختی عمیق از ساختار داخلی اتم بهدست آوردهایم، امّا درعینحال هم بهطرزی آموزنده این نکته دربارۀ محدودیّت طبیعی صورتهای مشاهده به ما یادآوری میشود. این، همان وضع خاصّی است که می کوشم تا در اینجا آن را توضیح دهم.
وقت به من اجازه نمیدهد تا آن جزئیّاتی را تشریح کنم که در پرسش دربارۀ گسترش فوقالعادۀ حوزۀ تجربی ما قرار دارد، که با کشف پرتو کاتـودی، پرتو رونتگن و مواد پرتوزا پدیدار شد. من دراینجا کار خود را محدود به این میکنم تا خصلتهای اساسی تصویر اتمی را که ما از این راه بهدست آوردهایم، یادآوری کنم. سنگ بنای مشترکی که در اتمهای بسیاری از مواد به آن برخورد میکنیم، همان چیزی است که الکترون نامیده میشود، که جاذبۀ هستۀ اتم، که بار الکتریکی مثبت دارد، و بسیار سنگینتر از آن است، آن را در اتم محکم نگاه میدارد. جرم هسته، وزن اتمی مادّه را تعیین میکند، امّا درعینحال هم تنها تأثیر کمی بر خواص مادّه دارد که در درجۀ اوّل با بار الکتریکی هسته مشخّص میشود که همواره، صرفنظر از علامت، مضرب درستی از بار الکترون است. این عدد صحیح که نشان میدهد چند عدد الکترون در اتم خنثی وجود دارد، همان عدد اتمی است، یعنی عدد آن عنصر موردبحث در نظامی است که آن را نظام طبیعی مینامیم، که در آن روابط خویشاوندی خاص عناصر باتوجّه به خواص شیمیایی و فیزیکیاشان دقیقاً بیان میشود. این تفسیر از عدد اتمی گام مهمی بر حلّ این مسئله بود که سالها رؤیای دستنیافتنی علم بود، یعنی فهم قانونمندی طبیعت بر اساس عدد محض.
در رشدی که از آن صحبت کردیم، تصوّرات اساسی نظریّه اتمی هم دستحوش برخی تغییرات شد. بهجای فرض تغییرناپذیری اتم هم، حالا فرض پایداری اجزاء اتم وارد شد. پایداری زیاد عناصر هم در درجۀ اوّل بر این استوار بود که در مداخلات شیمیایی و فیزیکی معمول، هستۀ اتم دست نمیخورد، بلکه تنها نوع پیوند الکترونها در اتم تغییر میکند. درحالیکه همۀ تجربهها فرض الکترون تغییرتاپذیر را تقویت میکرد، این را میدانیم که پایداری هستۀ اتم بیشتر خصلتی است محدود. تابش خاص مواد پرتوزا نشانهای است بر فروپاشی هستۀ اتم، بهطوریکه دراینجا الکترون یا دیگر اجزای هسـتۀ اتم با بار مثبـت با انـرژی زیاد به بیرون پرتاب میشود.این فروپاشی بهظاهر بدون تأثیرات خارجی روی میدهد. اگر شمار معلومی از اتمهای رادیوم را در دست داشته باشیم، تنها میتوانیم بگوییم که احتمال معیّنی وجود دارد تا کسری از این اتمها در یک ثانیه فروبپاشد. دربارۀ اینکه روش توصیف علّی، که با آن در اینجا رودررو شدیم، ناکارآمد است، و اینکه همین ناکارآمدی در ارتباط دقیق با خصلتهای اساسی توصیف کنونی ما از پدیدههای اتمی است، کمی بعد برمیگردیم. من در اینجا فقط کشف مهمّ رادرفورد را یادآوریمیکنم که در آن فروپاشی هستۀ اتم در شرایطی میتواند بهسبب تأثیرات خارجی باشد. از قرار معلوم، او توانست نشان دهد که هستـۀ اتمی برخی از عناصر، هرچند پایدار، میتواند، اگر آنها را با ذرّاتی بمباران کنیم که از هستههای اتمی پرتوزا بیرون میپرد، فروبپاشد. با این اوِّلین نمونه از تبدیل مواد اصلی که به دست انسان انجام شد، دوران تازهای در تاریخ علم گشوده شد. در اینجا عرصۀ جدیدی در فیزیک خود را مینمایاند، یعنی عرصۀ پژوهش درون هستۀ اتم.امّا من نمیخواهم به این چشمانداز، که خود را از این راه بر ما میگشاید، از نزدیک بیشتر بپردازم، بلکه میخواهم فقط به این بسنده کنم تا آن آموزههای کلّیای را نشان دهم که کوششهای ما با خود آورده است که بر توضیحی از خصوصیّات شیمیایی و فیزیکی معمول عناصر بر پایۀ آن تصوّراتی از اتم استوار است، که در بالا ذکر آنها رفت.
در لحظۀ اوّل شاید این طور به نظر آید که راهحلّ مسئلۀ طرحشده بسیار ساده باشد. تصویر از اتم که در اینجا حرف از آن است، نظام مکانیکی کوچکی را بما نشان میدهد، که ما را حتّی در برخی از خصلتهای خود کموبیش به یاد منظومۀ سیّاراتمان میاندازد که در تشریح آن، مکانیک اینچنین پیروزمند بیرون آمده است، و نمونهای پراهمیّت از تحقّق خواست علّیت در فیزیک عمومی است. دراینجا با شناخت از موقعیّت کنونی و حرکت سیّارات میتوانیم با دقّتی بهظاهر نامحدود موقعیّت و حرکت آنها را برای هر زمان دیگری در آینده محاسبه کنیم. این امکان که در چنین تشریح مکانیکیای ناگزیریم حالت اوّلیّۀ دلخواهی را برگزینیم، دشواریهای بزرگی بر سر راه نظریّۀ ساختار اتم پدیدار میکند. اگر ناگزیر شویم کلّی از حالات حرکتی از اتم را بهحساب بیاوریم که بیپایان است و دائم درحال تغییر، در تجربیّات خود به تناقضی آشکار دربارۀ خوّاص معیّن عناصر میرسیم. شاید گمان کنیم که خوّاص عناصر به ما خبری از رفتار اتمهای منفرد نمیدهد، بلکه همواره تنها با قانونمندیهای آماری دربارۀ رفتار عمومی بسیاری از اتمها سر و کار داریم. در نظریّۀ مکانیکی گرما، که در آنجا نه تنها مجازیم تا احکام اصولی نظریّۀ حرارت را بهحساب بیاوریم، بلکه در آنجا به فهمی هم از بسیاری از خواص کلّی عناصر میرسیم، با نمونۀ بسیار خوبی از ثمربخشی مشاهدات مکانیکی آماری در نظریّه اتمی سروکار داریم. عناصر در اینجا خواص دیگری هم دارد که به ما اجازه میدهد تا نتایج مستقیمی از حالات حرکت ذرّات اتم بهدست آوریم. پیش از هرچیز باید فـرض کرد که خصوصیّت نوری که عناصر در شرایطی منتشر میکند، و خاصّ هر عنصری است، اساساً از راه روابطی در هر اتم منفردی مشخّص میشود. همانطورکه امواج رادیویی ما را از نوع نوسانات الکتریکی در دستگاههای ایستگاه فرستنـده مطّلع میکند، بایـد براساس نظریّۀ الکترومغناطیسی نور هم انتظار داشته باشیم که شمار نوسانات خطّ منفرد در طیفهای مشخّص عناصر بتواند به ما دربارۀ حرکت الکترونها در اتم اطّلاعاتی ارائه دهد. برای تفسیر این اطّلاعات، مکانیک پایهای نیست که بر این کار کفایت کند؛ یعنی نمیتوانیم بهسبب امکان تغییر در حالات حرکت مکانیکی، حتّی پیدایش خطوط طیفی روشن را بفهمیم.
این ویژگی که در تشریح معمول طبیعت نبود، و رفتار اتم بهظاهر آن را مطالبه میکند، هدیۀ کشف پلانک به ماست که آن را کوانتوم کنش مینامیم. نقطۀ آغازین این کشف پدیدۀ تابش گرمایی است که خصلت کلّی آن، که از ماهیّت خاص مواد مستقّل است، آزمونی قاطع بر گسترۀ نظریّۀ مکانیکی گرما و نظریّۀ تابش الکترومغناطیسی بود. حتّی ناکارآمدی این نظریّهها در تشریح پدیدههای تابش گرمایی سبب شد تا پلانک به این شناخت از خصلت کلّی قوانین طبیعت برسد که تاکنون به آن توجّه نشده بود، که در پدیدههای فیزیکی معمول هم بهطور مستقیم خود را نشان نمیدهد، امّا تحّولی در تشریح ما از آن روابطی است که تابعی از اتمهای منفرد است. بهعکس خواست پیوستگی، که تشریح معمول از طبیعت را مشخّص میکند، تقسیمناپذیری کوانتوم کنش، ورود عنصر اساسی ناپیوستگی را در تشریح پدیدههای اتمی در پی داشت. این دشواری تا شناخت تازۀ خود را با دایرۀ تصوّرات فیزیکی معمول خود هماهنگ کنیم، بهخصوص در آن بحث تازۀ اینشتین پدیدار میشود که دربارۀ توضیح اثر فوتوالکتریک بود؛ در این بحث که پرسش دربارۀ طبیعت نور است، که در آن از منظر تجربیّات گذشته به آن نگریسته شده است، جوابی کاملاً رضایتبخش در چارچوب نظریّۀ الکترومغناطیس پیدا شد. وضعی که امروز در آن هستیم، این است که بهظاهر ناگزیریم تا میان دو تصویر متضاد از انتشار نور، یکی را انتخاب کنیم، که در یک طرف آن تصوّر موجی نور است، و در طرف دیگر آن فهم ذرّهای بودن از نظریّۀ کوانتومی نور، بهطوریکه هر دو طرف وجوه اساسی امّا متفاوت تجربه را بیان میکند. آنچنانکه کمی بعد خواهیم دید، این بلاتکلیفی ظاهری بیانی از محدودیّت خاص صورتهای نگرش است که با کوانتوم کنش مرتبط است، بهطوریکه از تحلیل دقیقتر کاربرد مفاهیم اساسی فیزیکی در تشریح پدیدههای اتمی پدیدار شده است.
تنها توانستیم با پذیرفتن از سر نومیدی، امّا آگاهانۀ خواستههای معمول خود از وضوح و علّیت، از کشف پلانک بر توضیح خواصّ عناصر بر اساس شناخت خود از سنگبنای اتم بهرهمند شویم . با فرض تقسیمناپذیر بودن کوانتوم به عنوان نقطۀ آغازین، نگارنده پیشنهاد کرد تا هر تغییر حالت اتم را چون فرایندی فردی بدانیم که دیگر بیشتر نمیتوان آن را تشریح کرد، بهطوریکه در این فرایند اتم از حالتی که دراصطلاح مانا مینامیم به حالت دیگر گذر میکند. براساس این نظر، طیف عناصر بهطور مستقیم چیزی در مورد حرکت اجزاء اتم نمیآموزد، بلکه هر خططیفی منفردی به یک فرایند گذر میان دو حالت مانا تعلّق دارد، به طوری که حاصلضرب عدد نوسان و کوانتوم کنش تغییر انرژی اتم در آن فرایند را بهدست میدهد. از این راه این امکان بهوجود آمد تا به تفسیری ساده از قانونمندی عمومی آن طیفنماییای دست یابیم که بالمر، ریدبرگ و ریتس در آزمایش خود با مواد به آن رسیده بودند. آن نظری که دربارۀ منشاء طیف ذکر کردیم، بهنوعی هم پشتیبانیای مستقیم از آزمایشهای مشهور فرانک و هرتس دربارۀ برخورد میان اتم و الکترون آزاد است. مقدار انرژیای که در چنین برخوردی میتواند جابجا شود، با آن اختلاف انرژی محاسبهشده در طیف میان دو حالت مانا مطابقت دارد، که در آن اتم پیش از برخورد در آن حالت بوده، و حالت مانای دیگری که اتم بعد از برخورد در آن حالت بوده است. این نظر، که از آن حرف زدیم، اساساً این امکان را بهدست میدهد تا تفسیری بیابهام از مصالح تجربی بهدست دهیم، امّا به این بیابهامی تنها از این راه رسیدیم تا از تشریح دقیقتر فرایندهای گذار چشمپوشی کنیم. در اینجا آنقدر از تشریح علّی دورشدیم که ناگزیریم تا برای اتم در حالت مانا حقّ انتخاب آزاد میان امکان گذار از حالات مانای مختلف به حالات مانای دیگر قائل شویم. درمورد پیدایی فرایندهای فردی هم بنا به طبیعت موضوع، تنها میتوان ملاحظات احتمالی را بهکار برد، آنطورکه اینشتین خود بر آن تأکید داشت که در اینجا مشابهت زیادی با آن روابطی دیده میشود که در فروپاشی پرتوزای بهخودیخود دیده میشود.
ویژگی خاصی که از آن دربارۀ پرداختن به مسئلۀ ساختار اتم حرف زدیم، همان استفاده وسیع از اعداد صحیح است، که ازقضا در قانونمندی تجربی طیف اهمیّت زیادی دارد. در اینجا دستهبندی حالات مانا، بهغیر از دستهبندی براساس عدد اتمی، براساس آن چیزی انجام میشود که دراصطلاح عدد کوانتومی نامیده میشود که بهخصوص زومرفلد در قاعدهمندکردن آن کار مهمّی انجام داده است. باتوجّه به نظرهایی که از آنها حرف زدیم، این کار در مقیاس وسیعی ممکن شد تا تفسیری از خواص عناصر و خویشاوندی آنها بر اساس تصورات کلّی از ساختار اتم بهدست دهیم. شاید غریب به نظر رسد که چنین تشریحی باوجود کژروی زیاد از تصوّرات کلّی فیزیکی، که در اینجا حرف از آنهاست، اصلاً ممکن شده باشد، زیرا همۀ شناخت ما از اجزاء اتم بر این تصوّرات استوار است؛ آیا اصلاً استفاده از مفاهیمی مانند جرم و بار الکتریکی آشکارا به معنای ارجاع به قانونمندیهای مکانیکی و الکترو دینامیکی است. دلیلی که بتوانیم ازچنین مفاهیمی در حوزههای دیگری جز در آنجایی که نظریّههای کلاسیک درست است، استفاده کنیم، در اینجا پیدا شد که در رقابت رودررو میان تشریح براساس نظریّۀ کوانتومی و تشریح معمول، در اینجا توانستیم در مناطق مرزی از کوانتوم کنش صرفنظر کنیم. کوشش بر اینکه در درون نظریّۀ کوانتومی، هر مفهوم کلاسیکی را با تغییری در تفسیر آن بهکار بریم، بیآنکه با اصل موضوعی تقسیمناپذیربودن کوانتوم کنش در تضاد باشیم، یعنی این خواسته را برآورده کنیم، بیان خود را دراصطلاح در اصل تناظر یافت. اجـرای تشریحی از سر سختگیری بر اساس اصل تناظر، بسیاری از دشواریها را زدود، و ازقضا درست در همین سالهای اخیر بود که توانستیم مکانیک کوانتومی کاملی درست کنیم که آن را چون تعمیمی طبیعی از مکانیک کلاسیک بپنداریم، بهطوریکه در آن شیوۀ تشریح علّی مرتبطباهم در مکانیک کلاسیک، با شیوۀ اصولی تشریح آماری جایگزین میشود.
گام مهم در راه رسیدن به این هدف را فیزیکدان جوان آلمانی، ورنر هایزنبرگ برداشت؛ او نشان داد که چگونه میتوان تصوّرات معمول از حرکت را بهطریق منطقی با استفادۀ صوری از قوانین حرکت در مکانیک کلاسیک جایگزین کرد، بهطوریکه در اینجا کوانتوم کنش تنها در برخی از قواعد محاسبه در مورد نشانههایی پدیدار میشود، که جایگزین مقادیر مکانیکی میشود. امّا این ابتکارعمل معنادار درمورد مسئلۀ نظریّۀ کوانتومی، درخواستهای زیادی از قدرت انتزاع ما داشت، و ابداع ابزارهای کمکی جدید، که با وجود خصلت صوری خود، بهمیزانی زیاد خواسـت ما از وضـوح را برآورده میکند، بر پیشرف و بر توضیح مکانیک کوانتومی اهمیّت بسیار زیادی داشت. من در اینجا به تصوّرات لویی دو بروی از موج مادّی اشاره دارم که شرودینگر توانست با موفقیّت بسیار از آنها بهره بگیرد، و بهخصوص در مورد آنچه ارتباط با تصوّر از حالات مانا دارد، که در آنجا عدد کوانتومی آنها بهعنوان تعداد گرههای امواجی تفسیر میشود که این حالات را با نماد نشان میدهد. نقطۀ آغازین حرکت دوبروی، که برای پیشرفت مکانیک کلاسیک اهمیّت داشت، همان مشابهت مهمّ میان قوانین انتشار نور و حرکات اجسام مادی بود. درعمل مکانیک موجی متمّمی طبیعی بر نظریّه کوانتومی نور اینشتین بود که در بالا به آن اشاره کردیم. در اینجا هم حرف از مجموعۀ کاملی از تصوّرات نیست، بلکه، آنطورکه بورن بر آن تأکید دارد، حرف از وسیلهای کمکی است تا آن قوانین آماری را صورتبندی کنیم که بر پدیدههای اتمی نظارت دارد. آن تأییدی که تصوّر از موج مادّی از راه آزمایشهای زیبا دربارۀ بازتاب الکترونها بر بلورهای فلزی بهدست آورد، بهنوبۀ خود همانقدر اهمیّت داشت که اثبات تجربی طبیعت موجی انتشار نور. امّا به این نکته هم باید فکر کنیم که کاربرد موج مادّی محدود به پدیدههایی است که در تشریح آنها کوانتوم کنش عمیقاً ورود پیدا میکند، و بهاین دلیل در بیرون از حوزهای قرار دارد که در آنجا اجرای تشریحی علّی در موافقت با آن صورتهایی از مشاهدۀ معمول است که از آنها میتواند حرفی در میان باشد، و در آن جاهایی که به کلماتی مانند طبیعت مادّه و نور میتوان معنایی به مفهوم کلّی قائل شد.
بهکمک مکانیک کوانتومی، ما به حوزۀ تجربی گستردهای چیره شدیم؛ در درجـۀ اوّل در وضعی هستیم که میتوانیم بسیاری از خصوصیّات فیزیکی و شیمیایی عناصر را در جزئیّاتشان تشریح کنیم. و حتّی اخیراً هم این امکان پیدا شد تا تفسیری از فروپاشی پرتوزا بهدست دهیم، درحالیکه قوانین تجربی احتمالات، که این پدیدهها را قاعدهمند میکند بهعنوان نتیجهای مستقیم از آن شیوۀ مطالعۀ آماری خاص پدیدار میشود که خاص نظریّۀ کوانتومی است. این تفسیر مثال خاص سودمندی است، چه دربارۀ کارآیی، و چه دربارۀ خصلت صوری تصوّر موجی. از یکسو در اینجا با آن پیوند مستقیم به تصوّر معمول از حرکت سر و کار داریم، زیرا مدارهای ذرّاتی را، که از هستۀ اتم بهسبب انرژی زیاد به بیرون پرتاب میشود، بهطور مستقیم میتوان مشاهده کرد؛ از سوی دیگر، تصوّرات مکانیکی معمول در تشریح فرایند فروپاشی ما را کاملاً دستخالی برجای میگذارد، زیرا میدان نیرویی که هستۀ اتم را احاطه میکند، بر مبنای این تصوّرات باید جلوی ذرّهای را بگیرد که میخواهد از هسته فرار کند. بر پایۀ مکانیک کوانتومی این وضعواقع جور دیگری است، یعنی میدان نیرو مانعی است که امواج را تا اندازۀ زیادی دور نگاه میدارد، امّا بازهم بخش کوچکی از آنها بهبیرون رخنه میکند. آن بخش از موج که از این راه در زمان معینّی بیرون میرود، میزانی از احتمال به ما میدهد که هستۀ اتم در این زمان ازهم فروپاشیده است. دشواری حرفزدن از طبیعت مادّه را، بدون قیدوشرطی که در بالا از آن حرف زدیم، شاید هم چندان نتوان بیش از این روشن توضیح داد.
در تصوّر از کوانتومهای نوری هم روابط مشابهی میان ابزارهای کمکی روشن ما و محاسبۀ احتمال پیدایی کنشهای مشاهدهشدۀ نور وجود دارد. امّا براساس تصوّرات الکترومغناطیسی کلاسیک نمیتوانیم برای نور هیچ طبیعت مادّی خاصّی قائل شویم، زیرا مشاهدۀ کنشهای نور همواره بر انتقالی از انرژی و تکان بر ذرّات مادّی استوار است. آن محتوایی از تصوّر کوانتومی از نور که بتوان آن را درک کرد، بیشتر به این محدود میشود تا به ما کمک کند تا پایداری انرژی و تکان را به حساب بیاوریم. و اصولاً این یکی از بارزترین خصلتهای مکانیک کوانتومی است که با وجود محدودیّت از تصوّرات الکترومغناطیسی و مکانیکی کلاسیک، این امکان در آن وجود دارد تا قوانین پایداری انرژی و تکان را حفظ کنیم. این قوانین از برخی از نظرها متمّمی بر فرض پایداری ذرّات مادی است که در بنیان نظریّۀ اتمی قرار دارد، بهطوریکه این فرض قوبّاً پایدار برجا میماند،گرچه از تصّور از حرکت در نظریّۀ کوانتومی صرفنظر کردهایم.
مکانیک کوانتومی هم مانند مکانیک کلاسیک این حقّ را برای خود قائل است که تشریحی جامع از همۀ آن پدیدههایی بهدست میدهد که در درون حوزۀ کاربردیاش قرار دارد. درعمل ضرورت استفاده درمورد پدیدههای اتمی از شیوۀ تشریحی که اصولاً آماری باشد، از بررسی دقیقتر اخباری برمیخیزد که در آنجا میتوانیم از راه اندازهگیری مستقیم بهدست آوریم و از معنایی که میتوانیم در این مورد به کاربرد مفاهیم فیزیکی بدهیم. از یکطرف باید به این نکته فکر کنیم که معنای این مفاهیم را بههیچوجه نمیتوان با تصوّرات فیزیکی معمول مرتبط کرد. برای مثال هر اشارهای به روابط زمان- فضا، پایداری ذرّات بنیادی را بهعنوان پیششرطی، همین طور قوانین پایداری انرژی و تکان را اساس هر کاربردی، از مفاهیم انرژی و تکان میداند. از طرفدیگر اصل موضوع تقسمناپذیری کوانتوم کنش عنصری ارائه میدهد که کاملاً در تصوّرات کلاسیک بیگانه است، یعنی عنصری که در اندازهگیری نه تنها برهمکنشی پایاندار میان شیء و ابزار اندازهگیری را مطالبه میکند، بلکه حتّی آزدای معیّنی در حسابمان از این برهمکنش را. درست بهدلیل همین وضعواقع، هر اندازهگیریای که دستهبندی ذرّات بنیادی در فضا و زمان هدفش باشد، ما را ملزم میکند تا از حساب تبادل انرژی و تکان میان ذرّات، مقیاسها و ساعتهای مورداستفاده بهعنوان نظام ارجاع صرفنظر کنیم. و مشابه با همین، تعیین انرژی و تکان ذرّه ما را ملزم میکند تا از پیگیری دقیق این دو در فضا و زمان چشمپوشی کنیم. بنابراین در هردو مورد استفاده از مفاهیم کلاسیک بنا به ماهیّت اندازهگیری از همان آغاز همان معنایی را دارد که انصراف از تشریح علّی اکید. چنین ملاحظاتی یکسره به آن روابط عدمقطعیّت هایزنبرگ انجامید که او آنها را در بنیان بررسی عمیق بیابهام خود از مکانیک کوانتومی نهاد. عدمقطعیّت اصولی، که ما در اینجا با آن کار داریم، آنطورکه نگارنده نشان داده است، بیانی مستقیم از محدودیّت مطلق قابلیّت استفاده از تصوّرات روشن ما در تشریح آن پدیدههای اتمی است که در آن بلاتکلیفیای ظاهر میشود که ما در پرسش دربارۀ طبیعت نور و مادّه با آن رودر رو میشویم.
چشمپوشی از وضوح و علیّت، که ما در تشریح پدیدههای اتمی به آن ناگزیریم، شاید بتواند چون دستشستن از آن امیدی تفسیر شود که نقطۀ آغازین تصوّرات ما از اتم بود. امّا از دیدگاه کنونی نظریّۀ اتمی باید از این رویگردانی بهعنوان پیشرفتی مهم در شناختمان استقبال کنیم. در اینجا حرف از شکست اصول اساسی کلّی علم در درون آن حوزهای نیست که ما در آن بهحقّ چشمبهراه پشتیبانی آن هستیم. کشف کوانتوم کنش نه تنها محدودیّت طبیعی فیزیک کلاسیک را به ما نشان میدهد، بلکه علم را به راهی کاملاً نو میکشاند، که در آن بر این پرسش فلسفی کهن دربارۀ وجود عینی پدیدهها مستقلّ از مشاهده، نوری نو تابانده میشود. همانطورکه پیشتر دیدیم هر مشاهدهای مداخلهای است در سیر پدیده، که بنا به ماهیّتش تن به شیوۀ تشریح علّی نمیدهد. مرز این امکان تا از پدیدههای مستقلّ حرف بزنیم، که طبیعت خود به این شیوه آنها را در اختیار ما گذاشته است،بیان خود را بهظاهر در صورتبندی مکانیک کوانتومی مییابد. این مسئله را نباید چون مانعی در راه پیشرفت بیشتر دانست؛ ما باید تنها بر پذیرفتن این ضرورت آمادگی داشته باشیم که انتزاعی که در خواستههای معمول خود از روشنی مستقیم در تشریح طبیعت داریم، همواره بیشتر میشود. شگفتیهای تازه را شاید بیشتر در آن حوزهای به چشم ببینیم که در آن نظریّۀ نسبیّت و نظریّۀ کوانتومی با یکدیگر مصادف میشود، و هم در آن جاهایی که دشواریهای حلنشدنیای بر سر راه ادغام کامل گسترش شناخت ما و ابزارهای کمکیای وجود دارد که این نظریّهها در تشریح پدیدههای طبیعی با خود میآورد.
اگر حتّی در پایان سخنرانیام باشم، بازهم خوشحالم که فرصتی دارم تا بتوانم بر اهمیّت زیاد نظریّۀ نسبیّت اینشتین در پیشرفتهای نو در فیزیک دربارۀ رهاکردن ما از فکر مطالبۀ وضوح تأکید کنم. از نظریّه نسبیّت آموختهایم که سودمندی جدایی روشن فضا از زمان، که حواس ما خواهان آن است، تنها بر این اساس استوار است که سرعتهای معمول موجود نسبت به سرعت نور کوچک است. همینطور هم میتوانیم بگوییم که کشف پلانک ما را به این شناخت رساند که سودمندی این نظر هم، که با مطالبه از علیّت شناخته میشود، مشروط به کوچکی کوانتوم کنش نسبت به کنشهایی است که با آنها در پدیدههای معمول سروکار داریم. درحالیکه نظریّۀ نسبیّت به ما آن خصلت ذهنی همۀ پدیدههای فیزیکی را یادآوری میکند که اساساً وابسته به دیدگاه مشاهدهگر است، جمع رویدادهای اتمی و مشاهدۀ آنها بههنگام کاربرد ابزارهای بیان، که نظریّۀ کوانتومی برای ما روشن میکند، ما را مجبور میکند تا همانقدر احتیاط کنیم که در مسائل روانشناختی لازم است، یعنی جایی که همواره دشواری تعیین حدود محتوای عینی وجود دارد. درحالیکه این خطر وجود دارد تا حرفم بد فهمیده شود، که این قصد را دارم تا نوعی رازورزی را در اینجا وارد کنم، که با روح علم سازگار نیست، شاید بتوانم در اینجا به مشابهت خاصّی اشاره کنم که میان این بحث نو دربارۀ درستی قانون علیّت و آن بحثهایی وجود دارد، که از دیرباز همواره دربارۀ آزادی اراده وجود داشته است. در حالیکه احساس آزادی اراده بر زندگی فکری سیطره دارد، در بنیان مطالبۀ ما از علیّت نظم در مشاهدات حسی قرار دارد. امّا در هر دو حوزه درعینحال حرف از پندارگرایی است، که دربارۀ محدودیّت طبیعی آن میتوان بیشتر تحقیق کرد، و به این معنا مشروط بهیکدیگر است که میل و مطالبۀ علیّت هر دو در رابطۀ میان عین و ذهن، که هستۀ اصلی هر شناختی است، ضروری است.
پیش از اینکه حرفم را تمام کنم، بجاست که در چنین جمعی از طبیعتپژوهان به این پرسش بپردازم که چهچیز میتوان از این پیشرفت تازه در شناخت ما از پدیدههای اتمی، که شرح آن گذشت، دربارۀ موجودات زنده آموخت. هرچندکه هنوز به درستی امکان ندارد تا بتـوان به این پرسش پاسخی مشروح داد، امّا بازهم میتوان به ارتباطی میان این مسائل و دایرۀ تصوّرات خود در نظریّۀ کوانتومی پی برد. اولیّن نشانه در این سمت را در این مسئـله میبینیم که برهمکنشهایی که میان موجودات زنده و دنیای بیرون وجود دارد، که در بنیان ادراکات حسی ماست،میتواند در شرایطی آنقدر کوچک شود تا ما به مرتبۀ بزرگی کوانتوم کنش نزدیک شویم. برای مثال، آنچه به آن کراراً اشاره شده است این است که به کوانـتومهای نوری کمی نیاز است تا تأثیری بصری در ما برانگیزد. بنابراین میبینیم که نیاز موجودات زنده به استقلال و ظرافت، در اینجا تا آن حداکثر ممکنی برآورده شده است که مرز آن با قوانین طبیعت است، و ما هم باید این آمادگی را داشته باشیم تا به مناسبات مشابه دیگری در جاهای دیگری برخورد کنیم که بر طرح مسئله در زیستشناسی اهمیّت دارد. و درصورتیکه آن پدیدههای فیزیولوژیکی مرتبط آن میزان از ظرافت را، که به آن رسیده است، تا حدّ مرزی نشان دهد، این به این معنا خواهد بود که ما هم درعینحال به آن مرز از تشریح بیابهام به کمک تصوّرات معمول روشن خود نزدیک میشویم. این مسئله اصلاً با این واقعیّت تناقض ندارد که موجودات زنده در مقیاسی وسیع مسائلی بر ما مطرح کنند که در درون گسترۀ صورتهای ادراک ما قرار دارد، و حوزۀ کاربردی سودمندی از دیدگاههای فیزیکی و شیمیایی است. ما هم هیچ مرز مستقیمی بر کاربرد از این دیدگاهها نمیبینیم. همانطورکه ما اصولاً فرقی میان جریان آب در لوله و جریان خون در رگ نمیگذاریم، نباید هم از ابتدا چشمبهراه فرق اصولی عمیق میان انتشار دریافتهای حسی در اعصاب و جریان برق در سیم فلّزی باشیم. این نکته دربارۀ همۀ این چنین مسائلی هم درست است که تشریحی که وارد جزئیّات شود، سر از حوزۀ نظریّۀ اتمی در خواهد آورد. در بارۀ جریان برق باید بگویم که در همین سالهای اخیز تازه بر ما روشن شد که محدودیّت خاصّ تصوّر روشن از حرکت، که مشخّصۀ نظریّۀ کوانتومی است به ما این امکان را داد تا بفهمیم که الکترون چگونه میتواند در میان اتمهای فلز حرکت کند. امّا این چنین روش تشریح عمیقی درمورد این پدیدهها، اگر مسئله این باشد تا بهحساب آن کنشهایی رسیدگی کنیم که پس از این میآید، دیگر لازم نیست. امّا درمورد مسائل عمیقتر زیستشناختی که مسئله بر سر آزادی و قدرت سازگاری موجودات زنده در عکسالعمل خود در برابر تأثیرات خارجی است، باید این را هم به حساب بیاوریم که شناخت از ارتباط گستردهتر این ضروزت را پیش میکشد تا به آن روابطی توجّه کنیم که بر محدودیّت تشریح علّی در پدیدههای اتمی شرطی مینهد. ازاینگذشته بهسبب این واقعیّت که آگاهی، آنطورکه آن را میشناسیم، با موجود زنده آن چنان پیوندی دارد که نمیتوان آن را از آن جدا کرد، باید عزممان چنان جزم باشد تا بپذیریم که مسئلۀ فرق میان موجود زنده و غیرزنده از فهم ما به معنای معمول آن بیرون است. شاید بهعنوان عذرخواهی که فیزیکدانی چون من به این مسائل میپردازد، بد نباشد بگویم که وضع نو در فیزیک امروزی ما را ناگزیر به یاد این حقیقت کهن میاندازد که ما در نمایش بزرگ هستی هم تماشاگریم و هم بازیگر.
* * * *
1- این پیشگفتار برگرفته از نسخۀ برخطّ آلمانی انتشارات اشپرینگر، برلین، ۱۹۳۱، است. در نسخۀ اشپرینگر، این چهار رساله باهم آمده است. نوشتۀ چهارم این کتاب، همان: “نظریّۀ اتمی و اصول تشریح طبیعت” است، که با نام کتاب یکی است. دسترسی ما هم در اینجا محدود به همین پیشگفتار بود. این نوشتۀ فارسی هم برگردانی از نسخۀ چاپشدۀ همین رساله به زبان آلمانی است.
2- طرح نهایی سخنرانیای که در سال ۱۹۲۹ در گردهمایی طبیعتپژوهان اسکاندیناویایی ایراد شده است. مجلّۀ علم، ۱۸، ۷۳-۷۸ (۱۹۳۰).
* * * *
فهرست مطالب نیلس بور: نظریّۀ اتمی و اصول تشریح طبیعت
خلاصۀ مقدّماتی ۱۹۲۹ و ضمیمۀ ۱۹۳۱
۱- نظریّۀ اتمی و مکانیک ۱۹۲۵
۲- فرضیّۀ کوانتومی و سیر تازۀ نظریّۀ اتمی ۱۹۲۷
۳- کوانتوم کنش و تشریح طبیعت ۱۹۲۹
۴- نظریّۀ اتمی و اصول تشریح طبیعت ۱۹۳۰
فهرست مطالب نیلس بور: نظریّۀ اتمی و اصول تشریح طبیعت به زبان آلمانی:
Inhaltsverzeichnis
Einleitende Übersicht 1929 mit Addendum 1931
I. Atomtheorie und Mechanik 1925
II. Das Quantenpostulat und die neuere Entwicklung der Atomistik 1927
III. Wirkungsquantum und Naturbeschreibung 1929
IV. Die Atomtheorie und die Prinzipien der Naturbeschreibung 1929
Kurztitelaufnahme:
Niels Bohr: Die Atomtheorie und die Prinzipien der Naturbeschreibung;
Vier Aufsätze mit einer einleitenden Übersicht, Berlin, 1931, Julius Springer Verlag
نیلس بور: نظریّۀ اتمی و اصول تشریح طبیعت؛ چهار رساله و شرحی مختصر بهعنوان مقدّمه، برلین، 1931، انتشارات یولیوس اشپرینگر