ورنر هایزنبرگ: آنسوی مرزها: مجموعۀ گفتارها و نوشتهها: مفهوم نظریّۀ کامل در علم جدید*
Werner Heisenberg: Schritte über Grenzen (Gesammelte Reden und Aufsätze), Piper, 1984
Der Begriff “abgeschlossene Theorie“ in der modernen Wissenschaft
Schritte über Grenzen: gesammelte Reden und Aufsätze
ورنر هایزنبرگ. آنسوی مرزها. مجموعۀ گفتارها و نوشتهها. پیپر، ۱۹۸۴(نسخۀ فارسی)
نسخۀ PDF (eBook)
Werner Heisenberg Schritte über Grenzen ورنر هایزنبرگ آن سوی مرزها
صفحۀ 73
ورنر هایزنبرگ: مفهوم نظریّۀ کامل در علم جدید
Werner Heisenberg: Schritte über Grenzen
Der Begriff „abgeschlossene Theorie“ in der modernen Naturwissenschaft
آن سوی مرزها: مفهوم نظریّۀ کامل
تفسیر فیزیکی نظریّۀ کوانتومی جدید برخی پرسشهای اصولی معرفتشناختی را پیش آورده است، که به نظریّههای علمی اساساً از نظر راستی مربوط میشود. برای فهم این دیدگاهها، که ما امروز بر اساس آنها این چنین نظریّهای را ازجهت ادّعایش بر راستی میسنجیم، شاید سودمند باشد تا سیر تاریخی آن را پی بگیریم و در جستجوی این پرسش برآییم که چگونه هدف کوششهای علمی طی سدههای پیشین تغییر کرده است. امّا پیش از آنکه به این پرسشهای اصولی بپردازیم، بهاجمال با نگاهی تاریخی آغاز میکنیم.
1- سرآغاز دورۀ علم جدید در سدۀ شانزدهم و هفدهم را به یاد آوریم. کپلر میخواست با حرکت ستارگان، یعنی با پدیدهای منفرد با اهمیّتی خاص و بسیار زیاد، یگانگی کرات را دریابد. او گمان میکرد که با این کار با شناخت طرح خلقت خداوند مستقیماً رودررو میشود. امّا از فکر فهم کامل ریاضی همۀ رویدادهای منفرد بر روی زمین کاملاً دور ماند.
نیوتون بهنوبۀ خود تنها به وضع برخی از قوانینی بسنده نکرد که از نظر ریاضی بسی زیبا مینمود. او میخواست پدیدههای مکانیکی را آنچنانکه هست بنماید؛ امّا او هم دریافت که این در عمل کاری عظیم است. امّا بازهم گمان میکرد که بتواند مفاهیمی اساسی و قوانینی را بنیاد نهد که بر اساس آنها چنین تبیینی دستکم در آینده ممکن خواهد شد. نیوتون مفاهیم اساسی را با دستهای از اصول متعارف به یکدیگر مرتبط کرد که مستقیماً به زبان ریاضی میتوانست برگردانده شود. او با این کار هم برای اولیّن بار این امکان را فراهم آورد تا انبوهی بیپایان از رویدادها را با فرمالیسمی ریاضی بازنماید. هر رویداد پیچیدۀ منفردی میتوانست از راه محاسبه چون نتیجهای از قوانین اساسی، هم فهمیده شود و هم از این راه " روشن شود". حتّی اگر آن رویداد را هم نمیتوانستیم مشاهده کنیم، نتیجۀ نهایی آن را بازهم میتوانستیم از شرایط آغازین و با پیشفرضهای فیزیکی "پیشبینی" کنیم.
تکمیل این مکانیک با نسلهایی که پس از آن آمدند، به آن کامیابیهایی انجامید، که این تصوّر را پدیدار کرد، که در اصل باید بتوان همۀ رویدادهای جهان را به رویدادهای مکانیکی، یعنی به آنچه که بر کوچکترین اجزاء مادّه جریان دارد، بازگرداند. هیچکس هم گمان نمیکرد که به درستی مکانیک نیوتونی بتوان تردید کرد. و از آنجا که در این مکانیک میتوانستیم، از شرایط آغازین، آیندۀ نظام را بهتمامی پیشبینی کنیم، چنین هم نتیجه گرفتیم که شناخت درست از همۀ اجزاء مکانیکی تعیینکنندۀ جهان، میتواند آیندۀ آن را هم علیالاصول بهطور کامل پیشبینی کند. این فکر، که لاپلاس آن را بهروشنترین وجهی بیان کرده است، نشان میدهد که در آغاز سدۀ نوزدهم آن گرتهای از صورتبندی قوانین طبیعت، که نیوتون آن را به زبان ریاضی آفریده است، به تفکّر علمی به صورتی گسترده شکل داده است.
در سدۀ نوزدهم، مکانیک همان علم دقیق بهتمام معنی بود. کار آن و حوزۀ کاربردیش هم بهنظر بیحدّوحصر میرسید. حتّی کسی چون بولتسمن گمان میکرد که رویدادی فیزیکی را آن زمانی میتوانیم فهمیده باشیم، که آن را از نظر مکانیکی روشن کرده باشیم.
اوّلین رخنه در این تصوّر از جهان را نظریّۀ ماکسول از پدیدههای الکترومغناطیسی ایجاد کرد. این نظریّۀ توانست رویدادها را به زبان ریاضی بنمایاند، بیآنکه آنها را به مکانیک نیوتونی بازگرداند. این امر هم طبیعی بود که در پی آن بگومگویی تند بر سر این پرسش درگیرد که آیا میتوان نظریّۀ ماکسول را بدون مکانیک فهمید. برخی کوشیدند تا از راه قبول مادّهای فرضی به نام اتر این نظریّۀ را از راه مکانیک تفسیر کنند. با کشف اینشتین در سال 1905 از آنچه که نظریّۀ نسبیّت "خاصّ" نامیده میشد، این پیکار به بحرانی واقعی انجامید. با این نظریّه نشان دادیم که نظریّۀ ماکسول، به سبب آنکه فضا و زمان را بهطور تلویحی در خود مفروض دارد، نمیتواند نتیجهای از رویدادهای مکانیکیای باشد که از قوانین نیوتون پیروی میکند. امّا از این نتیجه هم ناگزیر چنین برمیآید که مکانیک نیوتونی، یا نظریّۀ ماکسول یکی باید نادرست باشد.
برخی از طبیعتشناسان و فیلسوفها هم از این دیدگاه مکانیک نیوتونی در شکل مدل-اتر طی چندین دهه سرسختانه پشتیبانی کردند. امّا سرانجام، این کشمکش هم، مانند بسیاری دیگر از جدالها بر سر نگاه به جهان، به صحنۀ سیاسی کشانده شد. بیشی از فیزیکدانها امّا به دلیل نتایج تجربی، نظریّۀ نسبیّت خاص و نظریّۀ ماکسول را درست دانستند. مکانیک نیوتونی هم دیگر اهمیّت یک تقریب خوب به مکانیک نسبیّتی درستی از این چنین رویدادهایی را داشت که در آنها همۀ سرعتها در برابر سرعت نور کوچک است. در واقع هم اینطور است که مکانیک نسبیّتی در موارد حدّی سرعتهای کم، به مکانیک نیوتونی میانجامد.
امّا همین فرض که نظریّۀ نیوتونی به معنای دقیق "نادرست" است، برخی از طبیعتشناسان را به این کژراهه کشاند تا ناآگاهانه فرضیّهای اصولی از سدۀ نوزدهم را در فیزیک جدید وارد کنند. و اگرچه در همان زمان هم، نظریّۀ کوانتومی که تازه در آغاز راه بود، بر یکپارچگی درونی فیزیک کلاسیک دورادور تهدیدی به شمار میآمد، پیکربندی نظریّۀ میدان بهویژه در نظریّۀ نسبیّت عمومی کامیابیهایی را برمیشمرد که بسیاری از فیزیکدانها این را وظیفۀ علم در آینده میدانستند تا پدیدههای جهان را با مفاهیم نظریّۀ میدان، یعنی با نظام مفهومی واحدی، تشریح کنند. به همین سبب هم کوشیدند تا خصیصههای اتمی طبیعت را از نظر ریاضی به عنوان تکینگیهای راهحلّهای معادلات میدان تفسیر کنند. همین جا بود که چنین به نظر رسید که مکانیک موجی دوبروی-شرودینگر با این تصویر آرمانی از فیزیک میدان عمومی سازوار است. مفاهیم بنیادین نظریّۀ میدان نسبیّتی، دربرابر مکانیک نیوتونی بسیار انتزاعیتر بود و نمایاندن آنها هم دشوارتر. امّا بازهم بهدرستی پاسخگوی نیاز ما بر تشریح عینی و علّی رویدادها بود. و به همین سبب هم پذیرشی عام یافت.
2- امّا نظریّۀ کوانتومی این توهّم را هم ازهمپاشید. در این نظریّه دستگاه صوری ریاضی را نمیتوان بههیچوجه مستقیماً بر رویدادی عینی در مکان و زمان بهکار بست. آنچه را که از نظر ریاضی معیّن میکنیم، تنها در بخشی کوچک، "واقعیّتی عینی" است، در حالی که در بخشی بزرگتر، نگاهی کلّی به امکانات است. این خبر که مثلاً : "اتم هیدروژن در حالت پایا است"، دیگر خبری دقیق در بارۀ مسیر الکترون را در بر ندارد، بلکه این خبر را میدهد که: اگر مسیر الکترون را با ابزاری مناسب مشاهده کنیم، الکترون را با احتمال معیّن w(x) در نقطۀ x مییابیم. مفاهیم کلاسیک را تنها هنگامی میتوانیم به صورتی معنادار به کار گیریم که ازپیش به این نکته توجّه کنیم که بر کاربرد آنها روابط عدم قطعیّت محدودیّتهایی اعمال میکند که از آنها نمیتوان تخطّی کرد.
این وضع که در مکانیک کوانتومی پدیدار شده است به دو صورت کاملاً مشخّص با وضعی که در نظریّۀ نسبیّت به وجود آمده است، فرق دارد. اوّل آنکه این امکان وجود ندارد تا در اینجا به واقعیّتی که از نظر ریاضی نوشتهشده است، به سادگی عینیّت داد، و آنچه را که مستقیماً به آن مربوط میشود، بهوضوح نمایاند. دوم آنکه – و این تفاوت شاید بسیار مهمتر باشد- به سبب ضرورتی که در پی این کار میآید، مفاهیم فیزیک کلاسیک را باز هم باید به کار گرفت. ما میتوانیم و باید هم در تشریح اتم از مفاهیمی چون مسیر الکترون، چگالی موج مادّی در نقطۀ معیّنی از فضا، دمای تجزیه، رنگ، و مانند آنها استفاده کنیم. همۀ اینها مفاهیمی است که تا اینجا از آنِ فیزیک کلاسیک است، گویی که پدیدارهای عینی در فضا و زمان را مینمایاند. مفاهیم متفاوت عموماً رابطهای "مکملّی" با یکدیگر دارد. امّا این کار را هم نمیتوانیم بکنیم تا یکی را با مفهومی روشنتر جایگزین کنیم، که بهکارگیری آن را روابط عدم قطعیّت یا مکملیّت محدود نکرده باشد.
از اینجا این نتیجه به دست میآید که دیگر نمیتوان گفت: مکانیک نیوتونی نادرست است و باید با مکانیک کوانتومی درست جایگزین شود. اکنون بیشتر به چنین صورتبندیای نیاز داریم: "مکانیک کلاسیک نظریّهای علمی است که در خود کامل است. هرکجا که در طبیعت بتوانیم مفاهیم آن را بهکار بندیم، این نطریّه، تشریحی کاملاً "درست" از طبیعت ارائه میدهد." ما حتّی امروز هم بر مکانیک نیوتونی راستیای قائلیم، یا حتّی درستیای کلّی و دقیق، و تنها با این متمّم " هرکجا که در طبیعت بتوانیم مفاهیم آن را بهکار بندیم" به این نکته اشاره میکنیم که ما حوزۀ کاربرد نظریّۀ نیوتونی را محدود میدانیم. مفهوم "نظریّۀ علمی کامل" در این شکل از مکانیک کوانتومی برخاسته است. ما امروز در فیزیک بهطور کلّی چهار رشته داریم، که به این معنا آنها را کامل میدانیم: در کنار مکانیک نیوتونی، نظریّۀ ماکسول و نظریّۀ نسبیّت خاص را، و سپس ترمودینامیک و مکانیک آماری را، و سرانجام مکانیک کوانتومی (غیرنسبیّتی) با فیزیک اتمی و شیمی را. امّا در اینجا هم باید بیشتر توضیح دهیم که "نظریّۀ کامل" چه ویژگیهایی دارد، و راستی این چنین نظریهای در چه چیز است.
3- اولّین معیار بر "نظریّۀ کامل" بیتناقضبودن آن در درون است. باید این کار ممکن باشد تا مفاهیمی را، که درآغاز از تجربه برخاسته است، با آنچنان تعاریفی و اصولی متعارفی مشخّص کنیم، رابطۀ آنها بایکدیگر را معیّن کنیم، بهطوریکه بتوان به آن تعاریف نمادهای ریاضیای را نسبت داد، که میان آنها نظامی بیتناقض از معادلات پدیدار شود. مشهورترین نمونه بر اصلگذاری مفاهیم را فصلهای اوّل کتاب "اصول" نیوتون به دست میدهد. در فراوانی رویدادهای ممکن در حوزۀ تجربی مرتبط با آن در طبیعت، فراوانی راهحلّهای ممکن آن نظام معادلات بازتاب مییابد.
نظریّۀ باید درعینحال تجربه را بهگونهای "بنمایاند"؛ یعنی مفاهیم نظریّه باید، آنچنانکه پیشتر گفتیم، مستقیماً در دل تجربه باشد، یعنی باید در جهان پدیدارها "معنی" داشته باشد. شایددر بارۀ مشکلات بزرگ این پژوهش هنوز بهتفصیل بحث نشده باشد. مفاهیم تا آنجا که مستقیماً از تجربه برخاسته باشد، مانند مفاهیم زندگی روزانه، با رویدادها پیوند استوار دارد و با آنها هم تغییر میکند. آنها بهگونهای در دل طبیعت جای دارد. امّا همینکه آنها را بر اصلی مینهیم، سفتوسخت میشود و خود را از تجربه میگسلد. شاید آن نظام مفهومی، که اصول متعارف آن را معیّن میکند، هنوز با حوزۀ گستردهای از تجربه به خوبی سازوار باشد، امّا هرگز از پیش نمیدانیم، که ما با مفهومی، که تعاریف و روابط آن را مشخّص کرده است، تا چه میزان در رفتار با طبیعت میتوانیم با آن همراه باشیم. به همین سبب هم بنانهادن مفاهیم بر اصول، همواره محدودیّتی بر حوزۀ کاربرد مفاهیم بهطور قطعی اعمال میکند.
مرزهای این حوزه هیچگاه نمیتواند بهدرستی بر ما روشن باشد. امّا اولیّن تجربه در این مورد، که برخی از دستههای نو از رویدادها را دیگر نمیتوانیم با مفاهیم پیشین منظّم کنیم، این درس را به ما میآموزد که ما در این نقطه به آن مرز رسیدهایم. در مکانیک نیوتونی برای مثال اولّین نشانۀ وجود این مرز را شاید بتوان در کار فارادی دید. او دریافت که مفهوم "میدان نیرو" رویدادهای الکترومغناطیسی را بهتر از مفاهیم مکانیک مینماید. درواقع به این مرز رسیده بودیم، امّا باید یک سده چشمبهراه میماندیم تا کشف نسبیّت خاص آن را مینمایاند.
حتّی زمانی هم که از مرزهای "نظریّۀ کامل" فراتر میرویم، یعنی زمانی که حوزههای تجربی جدیدی را با مفاهیم جدید میتوانیم منظّم کنیم، در آن صورت است که آن نظام مفهومی نظریّۀ کامل بازهم جزء ضروری زبان است که با آن در بارۀ طبیعت حرف می زنیم. نظریّۀ کامل به پیشفرضهای پژوهش گستردهتر تعلّق دارد. ما تنها میتوانیم نتیجۀ یک تجربه را با مفاهیم نظریّههای کامل پیشین بیان کنیم. بههمین سبب هم گاه کوشیدهایم مفاهیم نظریّههای کامل پیشین را در شمار پیشفرضهای ماتقدّم علوم دقیق به حساب بیاوریم و به آنها بدینگونه بازهم به میزانی بیشتر خصلتی مطلق دهیم. با این کار به یقین یک وجه از این رابطه بهدرستی تشریح شده است. امّا در اینجا هم باید دستکم درجهای از تفاوت قائل شویم. این اشکال بنیادین قدرت تصوّر انسان یا فکر انسان، مانند فضا و زمان یا قانون علّیت، که هزارههای پیدرپی انسان آنها را آزموده و بهکار بسته است، باید در مقیاسی بالاتر بهعنوان ماتقدّم پابرجا بماند، تا اشکال فکری نسبتاً پیچیدۀ نظریّههای کامل سدههای اخیر. اگر اشکال شهودی را ماتقدّم، یعنی آنها را "شاکلۀ فطری" بدانیم،جنانچه لورنتس زیستشناس بر این کار کوشید، این نکته هم بر ما روشن میشود که مفاهیم مشخّص در یک نظریّۀ کامل سدههای اخیر، ماتقدّم، یا هنوز ماتقدّم، نیست.
سرانجام پرسش این است که راستی یک نظریّۀ کامل در چیست؟ آنچه را تاکنون گفتهایم میتوانیم با جملههای زیر بهاختصار بیاوریم:
الف- نظریّۀ کامل برای همۀ زمانها راست است؛ هرکجا که بخواهیم تجربهای را با مفاهیم این نظریّه تشریح کنیم، حتّی در آیندۀ بسیار دور، بازهم قوانین این نظریّه راست است.
ب- نظریّۀ کامل هیچ خبر کاملاً مطمئنّی دربارۀ دنیای تجربه در بر ندارد. اینکه با مفاهیم این نظریّه به چه میزان میتوان پدیدارها را به دست آورد، به معنای دقیق، امری بهیقین نیست، بلکه گاه مسئلۀ کامیابی در میان است.
پ- باوجود این عدماطمینان، نظریّۀ کامل جزئی از زبان علمی ما برجای میماند و به همین سبب هم جزء متشکّلۀ فهم کنونی ما از جهان.
پس از این بحثها بازهم به فرایندهای تاریخی باز میگردیم، که با دگرکونی از تصوّر از واقعیّت، سرانجام در پایان قرون میانه همۀ فیزیک دوران نو را پدیدار کرد. این سیر نتیجهای از ساختارهای فکری "نظریّههای کامل" به نظر میرسد که از طرح پرسشهای منفرد در بارۀ تجربه، چون ذرّۀ بلور پدیدار می شود و سرانجام هنگامی که همۀ آن بلور یکپارچه پدیدار شد، بهمانند ساختۀ فکری محضی دوباره خود را از تجربه میگسلد؛ و این بار نور خود را بر جهان همواره میتاباند. به همین سبب هم به نظر میرسد که با همۀ آن تفاوتها، تاریخ تکامل فیزیک با تاریخ دیگر حوزههای فکری، مانند تاریخ هنر، بیشباهت نباشد؛ زیرا که دیگر حوزهها هم، سرانجام به هدف دیگری جز آن نمیپردازد تا جهان را، و درون ما را، با آن ساختارهای فکری تابان کند. پایان صفحۀ 80
* * * *
ورنر هایزنبرگ: آنسوی مرزها: فهرست مطالب
فهرست مطالب:
پیشگفتار: ص ۷
بخش اوّل: شخصیّتها
آثار علمی آلبرت اینشتین: ص ۱۳
کشف پلانک و پرسشهای اساسی نظریّۀ اتمی: ص ۲۰
نگرش فلسفی ولفگانگ پاؤلی: ص ۴۳
خاطرههایی از نیلس بور از سالهای ۱۹۲۲-۱۹۲۷: ص ۴۳
بخش دوم: فیزیک در حوزۀ گستردهتر
مفهوم “نظریّۀ کامل” در علم جدید: ص ۷۳
سخنرانی در جشن صدمین سال دبیرستان ماکس در مونیخ در تاریخ سیزدهم ژوئیّۀ ۱۹۴۹: ص ۸۱
طبیعت از نگاه فیزیک امروزی: ص ۹۵
پژوهشهای اتمی و قانون علیّت: ص ۱۱۴
سخنرانی در جشن هشتصدمین سال شهر مونیخ (۱۹۵۸): ص ۱۲۸
علم و فنّاوری در رویدادهای سیاسی زمان ما: ص 147
انتزاع در علوم جدید: ص 151
وظایف و مسائل امروزی در پیشبرد پژوهشهای علمی در آلمان: ص ۱۷۱
قانون طبیعت و ساختار مادّه: ص ۱۸۷
طبیعت از نگاه گوته و دنیای علم و فنّاوری: ص ۲۰۷
گرایش به انتزاع در هنر و علم جدید: ص ۲۲۷
دگرگونی ساختار فکر در رویارویی با پیشرفت علم: ص ۲۳۹
مفهوم زیبایی در علوم دقیق:ص ۲۵۲ ؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: آن سوی مرزها (مفهوم زیبایی در علوم دقیق)
آیا فیزیک به پایان کار خود رسیده است؟: ص ۲۷۰
علم در مدارس عالی امروزی: ص ۲۷۸
حقیقت علمی و حقیقت دینی: ( سخنرانی ورنر هایزنبرگ در فرهنگستان کاتولیک باواریا، به هنگام دریافت جایزۀ رومانو گواردینی، در بیستوسوّم مارس ۱۹۷۳) ص ۲۹۹؛ بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: آن سوی مرزها
اعلام: ص ۳۱۶
* این نوشته به اهتمام ولفگانگ پاؤلی در سال 1948 در مجلّۀ "دیالکتیکا"، در نویشاتل، سوئیس، منتشر شده.
* * * *
ملاحظات: پیشتر در برابر:abgeschlossene Theorie، نظریّۀ پایانیافته را برگزیده بودیم. امّا چون در ریاضی، و ذیل نظریّۀ مجموعهها هم، همین اصطلاح به کار میرود، مانند: abgeschlossene Menge، یا مجموعۀ بسته، بیم آن میرفت که دو اصطلاح با هم خلط شود. بههمین سبب اکنون "نظریّۀ کامل" را به کار میگیریم، تا به معنای واژۀ آلمانی: abgeschlossen=in sich vollendet، هم نزدیک شویم. به واژگان مستعمل خود: Wahrheitsgehalt, Wahrheitsanspruch، و بسیاری دیگر که در متن آمده است، و ما عموماً ترکیبهای خود را بر روی ریشۀ "راستی" ساختهایم، در آینده باز میگردیم. بنگرید به: ورنر هایزنبرگ: آن سوی مرزها
Related Links: پیوندهای مرتبط
هانس کونگ: سرآغاز همه چیز؛ ورنر هایزنبرگ: حقیقت علمی و حقیقت دینی؛ نیلس بور: فیزیک اتمی و فلسفه؛فون وایتسکر: علم ما را بهکجا میبرد؟؛ نیلس بور: مجموعۀ آثار (۲)؛ژاک مونو: ملکوت و ظلمت؛ ژاک مونو: در بارۀ معنای اصل دوم ترمودینامیک؛ ورنر هایزنبرگ: جزء و کلّ؛ ژاک مونو: تصادف و ضرورت؛ مانفرد آیگن: تصادف و ضرورت؛ لویی دوبروی: آیا فیزیک کوانتومی علّتناگرا میماند؟؛ ورنر هایزنبرگ: آن سوی مرزها
————————————————-
Kurztitelaufnahme
Werner Heisenberg: Schritte über Grenzen: der Begriff “abgeschlossene Theorie” in der modernen Naturwissenschaft
ورنر هایزنبرگ: آن سوی مرزها: مفهوم "نظریّۀ کامل" در علم جدید