دیدگاه انیشتن
هميشه وقتى سخن از اينشتين به ميان مى آيد، ذهن ها متوجه نظريه نسبيت و پيامدهاى انقلابى آن در فيزيک مى شود. اما کمتر کسى اين نکته را به خاطر مى آورد که اينشتين همانطور که در اولين انقلاب علمى قرن بيستم يعنى نظريه نسبيت سهيم بود، در انقلاب ديگر يعنى فيزيک کوانتومى نيز نقش بسزايى داشت. حتى جايزه نوبل هم به خاطر مقاله «اثر فوتوالکتريک» که تاييدى بر کوانتومى بودن نور بود، به او اهدا شد. اما بازى سرنوشت آنگونه شکل گرفت که يکى از بزرگترين حاميان مکانيک کوانتومى، منتقد تراز اول آن نيز باشد. اين مقاله نگاهى است به واکنش اينشتين نسبت به مکانيک کوانتومى و مباحثات او با فيزيکدانان بانى نظريه کوانتوم به ويژه نيلز بور. هدف توصيف اتفاقاتى است که در تاريخ کوانتوم افتاده است و تنها در موارد ضرورى مسائل علمى ذکر شده است.
کنگره سولوى
همه چيز از کنگره سولوى شروع شد. بانى اين سرى کنگره ها، يک صنعتگر آلمانى به نام ارنست سولوى بود. او اولين کنگره بين المللى سولوى را کمى قبل از شروع جنگ جهانى اول، در شهر بروکسل برگزار کرد. قرار بر اين بود که در اين کنفرانس ها حدود 30 نفر از فيزيکدانان برجسته دعوت شوند و بر روى موضوع از قبل تعيين شده اى، بحث و بررسى کنند. از سال 1911 تا 1927 پنج کنگره با اين روش برگزار شد و هر کدام به يکى از پيشرفت هاى فيزيک در آن سال ها اختصاص داشت. معروف ترين کنگره سولوى در سال 1927 و با موضوع فيزيک کوانتومى برگزار شد. در بين شرکت کنندگان در اين کنفرانس 9 فيزيکدان نظرى حضور داشتند که بعد ها همه آنها به خاطر سهم مهمى که در شکل گيرى نظريه کوانتوم داشتند، برنده جايزه نوبل شدند. ماکس پلانک، نيلز بور، ورنر هايزنبرگ، اروين شرودينگر و... آلبرت اينشتين از جمله آن فيزيکدان ها بودند. اما اينشتين هنگام شرکت در کنگره به خاطر نظريه نسبيت و همين طور دريافت جايزه نوبل به قدر کافى مشهور بود. به همين دليل نظر او براى ديگر فيزيکدان ها اهميت زيادى داشت. هنگام برگزارى پنجمين کنگره سولوى يکى، دو سال بود که از ارائه فرمول بندى شسته رفته اى از مکانيک کوانتومى مى گذشت. ماکس بورن يک فرمول بندى آمارى از مکانيک کوانتومى منتشر کرده بود و هايزنبرگ هم اصل عدم قطعيت (uncertainty principle) خود را مطرح کرده بود. نيلز بور نيز براساس اين دستاوردها تعبير معرفت شناختى خود را از مکانيک کوانتومى پيشنهاد کرده بود که در ضمن آن ايده مکمليت (complementarity) را نيز معرفى مى کرد. همه اين موارد دلايلى کافى بودند که اينشتين در تمام طول کنفرانس با بور و هايزنبرگ به بحث بنشيند.
تعبير کپنهاگى
نکته مهم در اصل عدم قطعيت هايزنبرگ اين بود که، نمى توان مکان و تکانه (يا سرعت) يک ذره را به طور همزمان و به طور دقيق اندازه گيرى کرد. با اندازه گيرى مکان عدم قطعيتى در اندازه گيرى سرعت به وجود مى آيد و بالعکس. با مطرح شدن اين اصل جنجال برانگيز خيلى ها عدم قطعيت را ذاتى طبيعت دانستند و گفتند که اين مشکل دستگاه اندازه گيرى يا ناظر نيست. به اين ترتيب اصل عليت را زير سئوال بردند، به اين معنى
که وقتى نمى توانيم زمان حال يک سيستم را به طور دقيق بدانيم پس از آينده آن نيز چيزى نمى دانيم و از آنجا که اين جهل به ذات طبيعت و نه به دستگاه اندازه گيرى مربوط است، روابط على مخدوش مى شود. اين نتيجه گيرى از يک اصل کاملاً فيزيکى يکى از جنبه هاى تعبيرى بود که بعدها به «تعبير کپنهاگى» از مکانيک کوانتومى معروف شد. از ديگر مولفه هاى تعبير کپنهاگى ويژگى آمارى و احتمالاتى پديده هاى زيراتمى بود. براى مثال اگر ناظرى سرعت ذره اى را در راستاى معينى اندازه گيرى کند، به احتمال X يک مقدار خاص و به احتمال Y مقدار ديگرى را به دست مى آورد. روى دادن هر کدام از اين احتمالات هم کاملاً تصادفى است و هيچ مکانيسمى براى چگونگى اتفاق آنها بيان نمى شود. نکته ديگر تعبير کپنهاگى انکار واقعيت فيزيکى بود، به اين معنا که فرمول بندى مکانيک کوانتومى تنها واقعيت موجود است. پيش بينى نتايج و کارآمد بودن فرمول بندى کافى است و لازم نيست که اين فرمول بندى حتماً با يک واقعيت عينى فيزيکى متناظر باشد.
اينشتين بر ضد بور
اينشتين به هيچ وجه نمى توانست زير بار يک چنين تعبيرى برود. او فيزيکدانى بود که همواره به دنبال کشف طبيعت بود و يک چنين نظريه اى با اين نتايج عجيب و غيرشهودى او را راضى نمى کرد. اينشتين به رئاليسم اعتقاد داشت و نمى توانست بپذيرد که مشاهده کننده واقعيت يک پديده فيزيکى را تعيين مى کند. او معتقد بود که فيزيکدان ها به ايده آليسمى از نوع بارکلى روى آورده اند که آنها را سرمست کرده است و از هدف اصلى علم و همچنين فيزيک دور شده اند. به همين دليل بود که در کنگره سولوى به شدت در مقابل نظريات بور و هايزنبرگ موضع گيرى کرد. هايزنبرگ در خاطرات خود مى نويسد: «همه بحث ها در سر ميز غذا شکل مى گرفت و نه در تالار کنفرانس و بور و اينشتين کانون همه بحث ها بودند. بحث معمولاً از سر ميز صبحانه شروع مى شد و اينشتين آزمايش فکرى جديدى که گمان مى کرد اصل عدم قطعيت را رد مى کند، مطرح مى کرد. پس از بحث هاى بسيار در طول روز، بور سر ميز شام به اينشتين ثابت مى کرد که آن آزمايش هم نمى تواند اصل عدم قطعيت را خدشه دار کند. اينشتين کمى ناراحت مى شد، اما صبح روز بعد با يک آزمايش فکرى ديگر که پيچيده تر از آزمايش قبلى بود، از راه مى رسيد. پس از چند روز پاول اهرنفست فيزيکدان هلندى که دوست اينشتين بود گفت: من به جاى تو خجالت مى کشم، استدلال هاى تو در برابر مکانيک کوانتومى شبيه استدلال هايى است که مخالفانت در برابر نظريه نسبيت مى آورند.» اينشتين با اين آزمايش هاى فکرى مى خواست وجود ناسازگارى در مکانيک کوانتومى را نشان دهد تا بتواند آن را رد کند، اما موفق نشد. او هميشه مى گفت نمى تواند قبول کند که خدا شير يا خط بازى مى کند. او معتقد بود اگر خدا مى خواست تاس بازى کند اين کار را به طور کامل انجام مى داد و در آن صورت ما ديگر مجبور نبوديم به دنبال قوانين طبيعت بگرديم، چرا که ديگر قانونى نمى توانست وجود داشته باشد. جواب بور به تمامى اين جملات نغز اين بود که: ما هم وظيفه نداريم براى خدا در اداره کردن جهان تعيين تکليف کنيم. به اين ترتيب بور در پنجمين کنگره سولوى توانست از سازگارى منطقى تعبير کپنهاگى دفاع کند. اما بحث هاى اينشتين و بور به ششمين کنگره سولوى در سال 1930 نيز کشيده شد و باز هم اينشتين نتوانست نتيجه اى بگيرد. پس از آن تلاش کرد که ناقص بودن مکانيک کوانتومى را نشان دهد.
اينشتين، پودلسکى و روزن
اينشتين در ادامه تلاش هايش براى اثبات ناقص بودن تعبير استاندارد مکانيک کوانتومى، مقاله اى را در سال 1935 با همکارى پودلسکى و روزن منتشر کرد. اين مقاله با عنوان «آيا توصيف مکانيک کوانتومى از واقعيت فيزيکى مى تواند کامل باشد؟» بعدها با نام اختصارى EPR معروف شد. آنها در مقاله شان سعى کردند که با يک آزمايش فکرى نشان دهند عناصرى از واقعيت وجود دارند که در توصيف کوانتومى وارد نشده اند و بنابراين مکانيک کوانتومى ناقص است. طبق نظر اينشتين نظريه اى کامل است که هر عنصرى از واقعيت فيزيکى مابه ازايى در آن داشته باشد. چهار ماه بعد، بور در مقاله اى با همان عنوان آزمايش EPR را رد کرد و نشان داد که استدلال آنها مغالطه آميز است.اما اين پايان ماجرا نبود. نه اينشتين و نه بور، هيچکدام راضى نشده بودند. اينشتين تا پايان عمرش در سال 1955 همچنان مشکلات مکانيک کوانتومى را يادآورى مى کرد. در مورد بور هم معروف است عکسى که از تخته سياه او درست يک روز قبل از مرگ او گرفته شده، شامل طرح آزمايشى است که در سال 1930 مورد بحث او و اينشتين بوده است. اينشتين هيچ گاه مکانيک کوانتومى را نپذيرفت و در بهترين حالت قبول کرد که اين نظريه، فقط يک نظريه
موقتى است که کامل نيست و فيزيکدانان بايد به دنبال نظريه اى ديگر باشند. نظريه اى که هم به عليت و هم به رئاليسم مقيد باشد و در عين حال زيبا و ساده نيز باشد.
این وبلاگ برای اطلاع از خبرهای المپیادی و استفاده از مطالب شیمی برای المپیاد است .. منتظر نظرات سازنده ی شما هستیم ...