هيچ چيز جز اتم و فضاي خالي وجود ندارد مابقي همه خرافات است-دمُکريتوس
اين داستان بزرگ ترين کشف علميِ تاريخ بشر است.کشف اينکه همه چيز از اتم ها ساخته شده
تنوع گسترده و پرمايگي هر آنچه که در جهان اطرافمان و فراسوي آن مي بينيم اينکه چگونه ساخته شده و چگونه بهم پيوند خورده کاملاً مربوط به اتم ها و قوانين مرموزي است که اتم ها از آنها پيروي مي کنند
وقتي دانشمندان به کاوش اعماق اتم پرداختند، يعني همان قلب واقعي ماده پرده از تکان دهنده ترين اسرار طبيعت برداشتند.
آنها مجبور بودند هرچه را که باور داشتند، دور بياندازند و علم کاملاً جديدي خلق کنند علمي که امروزه تمامي فيزيک، شيمي و زيست شناسي را پايه ريزي مي کند و شايد حتي خود زندگي را. اما براي من، داستان اينکه چگونه بشر معماي اتم را حل کرد هم الهام بخش است و هم جالب توجه. داستان نوابغ بزرگ یعنی مردان و زناني که عطششان براي دانش و افتخار، آنها را به پيش مي بُرد.
داستان شروع هاي غلط و تناقضات، جاه طلبي و افشاء داستاني که ما را با هيجان انگيزترين و جذاب ترين افکاري که تا بحال به ذهن بشر خطور کرده، آشنا مي سازد و براي فيزيکداني چون من مهمترين داستان موجود همين است
5اُم اکتبر، سال 1906 در هتلي نزديک ترايست دانشمندي آلماني به نام لودويگ بولتزمن، خودش را دار زد
بولتزمن سابقه ي طولاني در مشکلات روانشناختي داشت و يکي از فاکتورهاي اساسي در افسردگياش اين بود که به او بهتان زده بودند، حتي تبعيد شده بود به خاطر اعتقاد به چيزي که امروزه براي ما کاملاً طبيعي است
وي معتقد بود که ماده را تا ابد نمي توان به قطعات کوچک تر تقسيم کرد بلکه مي گفت که سرانجام همه چيز از بلوک هاي پايه تشکيل شده اتمها.
امروزه باور نکردني به نظر مي رسد که افشاگري بولتزمن، اين قدر جنجالي بوده اما 100 سال قبل بحث کردن بر سر اينکه اتم ها واقعياند توسط اکثريت اتلاف وقت تلقي مي شد
اگرچه فيلسوفان از يونان باستان به اين انديشيده بودند که شايد جهان از نوعي واحد پايهي ماده ساخته شده
اما آنها مي دانستند آنقدر کوچک اند که ديده نمي شوند حتي زير قويترين ميکروسکوپها برای همین فکر کردن در مورد آنها کاملاً اتلاف وقت بود
اما سپس، در اواسط قرن 19اُم، اتم چه واقعي بود چه نبود به ناگاه سؤالي در مورد آن اهميت گرفت و دليلش اين بود:بُخار(ماشینهای بُخار) از دهه ي 1850 دنيا را تغيير مي داد و به موتورهاي قوي، نيرو مي بخشيد. به قطارها، کشتي ها و کارخانه هاي انقلاب صنعتي. بنابراين درک چگونگي استفاده با بازدهي بيشتر از آن از اهميت تجاري، سياسي و استفاده ي نظامي برخوردار شد.
پس جاي تعجب نيست که سؤال کليدي علم قرن 19اُم شد نياز به ساختن موتورهاي بخار قويتر و به صرفهتر در عوض نياز مبرمي را بر انگيخت درک و پيش بيني رفتار آب و بخار در دماها و فشارهاي بالا
لودويگ بولتزمن و پيروان علمي او نشان دادند که اگر بخار را متشکّل از ميليونها گوي صلب ريز در نظر بگيريد
يعني اتمها مي توانيد معادلات رياضي قدرتمندي بسازيد که با دقتي باورنکردني قادر به پيشبيني رفتار بخار هستند
اما همين معادلات بولتزمن و اتميستهاي طرفدار او را به سراشيبي سقوط بُرد
دشمنانشان گفتند از آنجايي که اتمهاي موجود در محاسبات آنها نامرئياند صرفاً يک توهم رياضي اند تا اجسام فيزيکي واقعي وادعاي واقعي بودن موجودات متصوّر شده گستاخانه تلقي مي شد و حتي کفرآميز. منتقدان بولتزمن گفتند اين توهين به مقدسات است که آفرينش معجزه آساي خداوند را به يکسري از برخوردهاي بين گويهاي ريز بيجان نسبت دهيم. بولتزمن به عنوان ماترياليستي بيدين محکوم شد.
در آن زمان، ایده وجود اتمها هنوز به طور کامل پذیرفته نشده بود و بسیاری از دانشمندان و فیلسوفان با آن مخالفت میکردند. آنها معتقد بودند که ماده پیوسته است و نمیتوان آن را به ذرات ریز و غیرقابل رؤیت تقسیم کرد.
نظریات بولتزمن در مورد اتمها، به عنوان دیدگاههای ماتریالیستی و ضد دینی تلقی میشد. منتقدان او معتقد بودند که این نظریات، جایگاه خداوند را در آفرینش جهان زیر سؤال میبرد.
بولتزمن به دلیل مخالفتهای شدید با نظریاتش، فشارهای روحی و روانی فراوانی را تحمل کرد. او احساس میکرد که تلاشهایش برای اثبات وجود اتمها بینتیجه مانده و مورد بیمهری قرار گرفته است.
طنز غم انگيز داستان بولتزمن اين است که وقتي در سال 1906 جان خود را گرفت خبر نداشت که پيروز شده است يک سال قبل از مرگش دانشمندي جوان مقاله اي چاپ کرده بود که به طور غير قابل انکار، واقعيت اتم را اعلام کرده بود
ممکن است در مورد اين دانشمند جوان شنيده باشيد نامش آلبرت اينشتين بود.
در سال 1905، سال قبل از خودکشي بولتزمن آلبرت اينشتين 26 سال داشت. لجاجت گستاخانه اش اکثر استادان و معلمانش را به ستوه آورده بود و خيلي به سختي قابل استخدام بود. سپس او دوست دخترش را حامله کرد و به دنبال آن يک عروسي فوري. او به کاري نياز داشت. هر کاري که باشد. در حالي که چندان ممتاز از دانشگاه فارغ التحصيل نشده بود
به عنوان يک کارمند سادهي ثبت اختراعات، کاري پيدا کرد.در برن، در سوئيس. وي به یک ساختمان کوچک تک خوابه در منطقه ي کرامگاسه نقل مکان کرد همراه با همسر جوانش ميلوا. بر خلاف اوضاع شخصي دشواراينشتين جوان اراده اي قوي داشت. او مصمّم بود نامش را به عنوان يک فيزيکدان بر جاي بگذارد و در 1905، در سالي معجزه وار آنچه بر جاي گذاشت، واقعاً شگفت انگيز بود
داشتن کاري سبک به معناي داشتن زمان زياد براي اينشتين جوان بود هم سر کار و هم اينجا در اين آپارتمان کوچک
که به طور عميق فکر کند در طول فقط چند ماه، وي چندين مقاله چاپ کرد که علم را براي هميشه تغيير داد
همه در مورد تئوري نسبيت او شنيده اند حتي اگر آن را درک نکنند. مقالهاش در مورد طبيعت نور، چند سال بعد جايزه ي نوبل را برايش به ارمغان آورد
اما جالب است آنچه که بزرگترين تأثير را بر کشف اتمها داشت هيچ کدام از اين دو مقاله نبود و آنچه که همه چيز را تغيير داد مقاله ي کوتاهي بود در مورد اينکه چگونه دانه هاي ريز گرده، در آب مي رقصند؟
تقريباً 80 سال قبل، در سال 1827 يک گياه شناس اسکاتلندي به نام رابرت براون دانه هاي گرده را در مقداري آب پاشيد و از درون يک ميکروسکوپ به آن نگاه کرد و آنچه که ديد واقعاً عجيب بود زيرا به جاي اينکه دانه هاي گرده به آرامي در آب شناور شوند به صورت کاتورهاي دور هم مي رقصيدند. تقريباً مثل اينکه زنده بودند
در حالي که "حرکت براوني" عجيب بود دانشمندان به زودي آن را به فراموشي سپردند و آن را پست مي دانستند، حتي خسته کننده. کي اهميت مي ده که دانه هاي گرده در آب مي جنبند؟ و جنبيدن اصلاً چه ربطي به اتم ها دارد؟
حدود 80 سال، کشف براون يک بينظمي علمي ناشناخته باقي ماند سپس اينشتين همه چيز را تغيير داد
با يک نگاه متحير کننده اينشتين فهميد که حرکت براوني کاملاً مربوط به اتمهاست. در واقع وي دريافت که جنبش ذرات گرده در آب مي تواند بحث قديمي واقعي بودن اتم ها را براي هميشه حل کند. استدلال او ساده بود، گرده فقط وقتي مي جنبد که به وسيلهي چيز ديگري مورد اصابت واقع شود پس اينشتين نتيجه گرفت که آب بايد از ذرات کوچک اتم مانندي ساخته شده باشد که خودشان ميجنبند و پيوسته ذرات گرده را مورد اصابت واقع مي دهند
اگر اتمي وجود نداشت ذرات گرده ساکن باقي مي ماندند. پس بولتزمن و معاصرانش بيهوده براي اين سؤال صف کشيده بودند چون جواب تمام اين مدت موجود بود. اينشتين ثابت کرد براي رخدادن حرکت براوني اتمها بايد وجود داشته باشند. مقاله ي اينشتين فراتر از بحث هاي شهودي رفت و با رياضيات بي نقص ثابت کرد که رقص گرده اندازهي اتم را نشان مي دهد و آن به طرز سرسام آوري کوچک است. يک ده ميليونوم يک ميلي متر.
يک تار موي انسان، يکي از باريک ترين چيزهايي که با چشم غير مسلح قابل مشاهده است حدود يک ميليون اتم ضخامت دارد. بگذاريد راه ديگري را امتحان کنم. تعداد اتم هاي موجود در يک ليوان آب بيشتر از تعداد ليوانهاي آبي است که تمام اقيانوس هاي زمين را در بر مي گيرد مغزتان مي تِرِکد وقتي به آن فکر مي کنيد.
مقالهي اينشتين بحث را در مورد اينکه اتم وجود دارد يا نه خاتمه داد و بولتزمن کاملاً پيروز شده بود.اتم مجبور بود که واقعي باشد.
در سالهاي آغازين قرن بيستم اتم از راه رسيده بود و دانشمنداني که اتم را واقعي مي پنداشتند ديگر مرتد خوانده نمي شدند. در يک تغيير عقيدهي ناگهاني و دراماتيک آنها را ارتدکسهاي جديد خواندند. اما آنها براي موفقيتشان بايد تاوان سنگيني مي پرداختند. قبل از اينکه فرصت به همديگر تبريک گفتن را به خاطر کشف اتم پيدا کنند فرش زير پايشان در رفت و آنها را به هزار توي عجيب و غريب و دنياي ترسناک تازهاي پرت کرد
و همه چيز از اينجا شروع شد، جايي که در سال 1910 مرکز فيزيک اتمي جهان بود:منچستر
دو تن از خارق العاده ترين انسان هاي تاريخ علم اينجا بين سال هاي 1911 و 1916 یعنی ارنست رادرفورد و نيلز بور در دانشکده ي فيزيک دانشگاه منچستر کار مي کردند
در مقايسه با هم، دو شخصيت کاملاً متفاوت و جورنشدنيترين دوستان بودند.
رادرفورد اهل بخش دورافتادهاي از نيوزيلند بود و در يک مزرعه بزرگ شده بود بور متولد کپنهاگ بود که ثروتمند و دانشمند متشخّص و اشرافي بود. رادرفورد يک تجربه گراي مطلق بود و او عاشق تکنولوژي بود و مبتکر استفاده از باتريها، سيم پيچها، آهنرباها و سنگهاي راديواکتيو بود اما همچنين از بينش عميقي برخوردار بود
بر عکس، بور نظريهپردازي مطلق بود. براي وي، علم تفکر عميق و رياضيات محض بود و قلم و کاغذ، گچ و تخته ابزار او بودند و منطق شيوهي او براي رسيدن به حقيقت بود
اگرچه شيوههاي کار آنها از اين بيشتر متفاوت نميشد آنها يک چيز مشترک داشتند: آنها آماده شده بودند، سه قرن کاوش علمي را بکاوند اگر با آنچه فکر مي کردند درست است، تطابق نداشت آنها انقلابيوني حقيقي بودند و حاضر بودند که از این تصورات بگذرند.
رادرفورد و بور دو تن از فوق العادهترين مغزهايي بودند که تاکنون توسط نسل بشر به دنيا عرضه شده است
اما هر ذره اي از اراده ي پولادين و استعداد درخشان شان را براي غلبه بر اتم بايد به کار مي گرفتند
در سال 1907، ارنست رادرفورد رئيس دانشکدهي فيزيک منچستر شد. اين دوره، شاهد تغييرات علمي مهمي بود
ده سال قبل در آلمان اولين شواهد وجود تشعشعات مرموزي که از گوشت مي گذرند تا استخوانهايمان را نشان دهند، پيدا شد. اين تشعشعات بسيار غير قابل توضيح بودند و دانشمندان نميدانستند آنها را چه بنامند بنابراين آنها را "تشعشعات ايکس" ناميدند. دو سال بعد از اين ماجرا در کمبريج نشان داده شد که جريانهاي الکتريکي قوي ميتوانند جريانهاي عجيبي از ذرات کوچک باردار درخشان توليد کنند که "الکترون" ناميده مي شوند و در سال 1896 در پاريس مهمترينِ اين اکتشافات به وقوع پيوست. يکي که بيش از همه اسرار اتم را فاش کرد. نشان داده شد که فلز اورانيوم انرژيِ
عجيب و قدرتمندي از خود ساطع مي کند که "راديواکتيويته" ناميده شد. کاملاً شبيه داستان هاي علمي تخيلي به نظر مي رسيد.
فلزهاي راديواکتيو گرم هستند حتي مي توانند پوست را بسوزانند و تشعشعات چنان از جسم جامد مي گذرند که گويي اصلاً آنجا نيست و این براستي شگفتيِ عصر مدرن بود.
رادرفورد از دست راديواکتيويته بستوه آمده بود. هر نوع سؤالي به ذهنش خطور مي کرد. چگونه ساخته شده؟ چرا در اشکال مختلف ظاهر مي شود؟ در خلأ يا هوا چقدر برد دارد؟ آيا اجسامي را که با آنها برخورد مي کند تغيير مي دهد؟
در منچستر همراه با شاگردانش، هانس گايگر یعنی مخترع شمارشگر گايگر و ارنست مارسدن، يک سري آزمايش طراحي کرد که معماي راديواکتيويته را مورد بررسي قرار مي دادند.در سال 1909 دانشگاه منچستر و اينها وسايل هستند که در آزمایش استفاده شد.
ورقه ي طلا به ضخامت فقط چند اتم
يک صفحه ي فسفرسانت متحرک که هنگام برخورد امواج راديواکتيو مي درخشد و درون جعبه ستارهاي متراکم است
يک تکه ي کوچک از فلز راديوم
راديوم منبع بسيار قدرتمندي است از نوعي تشعشع راديواکتيويته که رادرفورد آن را "تشعشعات آلفا" ناميد. در واقع آنها اشعه نبودند بلکه بيشتر شبيه جريان پيوستهاي از ذرات بودند. راديوم اين ذرات را مانند تفنگي که هرگز گلولههايش تمام نمي شود، شليک مي کند.
رادرفورد دانشجويانش را به کار بسيار سادهاي گماشت که با تفنگ راديوم تشعشعات آلفا را به ورقه ي طلا شليک کنيد و با استفاده از صفحهي فسفرسانت تعداد ذراتي که از طرف ديگر ورقه خارج مي شوند را بشماريد.
در عمل يعني اينکه تنها در تاريکي بنشينيد و جرقههاي ريز و تقريباً نامرئي روي صفحهي فسفرسانت را بشماريد.
به طرز وحشتناکي کسلکننده بود اما رادرفورد بر ادامهي آن اصرار داشت.
هفتهها سپري شد و تيم تحقيقات هيچ چيزِ غير عادي نيافت. ذرات آلفا چنان از ورقه ي طلا مي گذشتند که انگار ورقه آنجا نبود و خيلي بندرت اتفاق مي افتاد که ذرات هنگام عبور، کمي منحرف شوند یعنی آنقدر بندرت که تيتر اخبار نمي شد. حالا نوبت يکي از مهم ترين "يافتم! يافتم!"هاي تاريخ علم است. يکي که جهان را تغيير داد
داستان از اين قرار است که رادرفورد در راهرو، به طرف شاگردش گايگر دويد. گايگر گزارش داد که تا بحال چيز غير عادي نديده اند در حالي که رادرفورد مي توانست منصرف شود اما جا نزد بعدها وي ادعا کرد که چيزي را گفته که هميشه مي گفته:به دَرَک، اما من باور نمي کنم. رادرفورد بينش علمي بزرگي داشت و فکر مي کنم چيزي توي دلش مي گفت که اتفاقي در شُرُف وقوع است
او به گايگر گفت به مارسدن جوان بگو ببيند آيا هيچ ذره ي آلفايي در سمت منبع راديوم ديده مي شود؟ به عبارتي ديگر ببين آيا هيچ ذره ي آلفايي بر مي گردد؟ اين پيشنهاد فوق العاده اي از طرف رادرفورد بود و پيشنهادي که هيچ دليل منطقي نداشت
بعد از اينکه گايگر و مارسدن هفته ها را صرف ديدن عبور مستقيم ذرات از ورقه ي طلا کرده بودند انگار که اصلاً آنجا نبود چرا بايد ذره اي برگردد؟ اما گايگر و مارسدن جوان بودند و نمي توانستند در مقابل نيوزيلندي بزرگ قد عَلَم کنند آنها از استادشان اطاعت کردند و به آزمايشگاه تاريکشان برگشتند و صبورانه منتظر ماندند
روزها گذشت و آنها مطلقاً چيزي نديدند چشمهايشان تا حد ابتلا به نزديک بيني پيش رفت اما حتي يک ذره ي آلفا نديدند که از ورقه ي طلا منعکس شود و پيشنهاد رادرفورد به نظر احمقانه مي رسيد اما ناگهان، اتفاقِ غيرممکن روي داد
در يکي از بعد از ظهرهاي سال 1909 گايگر با خبري متحير کننده به اتاق رادرفورد هجوم برد بسيار بسيار بندرت يک ذره ي آلفا از ورقه ي طلا کمانه مي کرد گايگر محاسبه کرد که از هر 8000 ذره ي آلفا فقط يکي چنين سرنوشتي دارد درصد بسيار اندکي است اما ذهن رادرفورد با شنيدن خبر به خود پيچيد او بعدها گفت که اين آزمايش مثل شليک توپ به يک دستمال کاغذي است به طوري که گلوله ي توپ به سمت شما بر گردد
رادرفورد فهميد که مدال طلاي فيزيک را بُرده است اگرچه حدود يک سال براي او طول مي کشيد که بفهمد چرا ذرات آلفا چنين رفتار مي کنند وقتي فهميد، براي اولين بار به بشر درون يک اتم را نشان داد
مردم به سختي مي توانستند با ايدهي وجود اتم ها کنار بيايند اما حالا رادرفورد مي دانست که اين دنياي کوچکِ
يک ده ميليونوم ميلي متر ساختار داخلي خودش را دارد. در اصطلاح اتمي، يک دنياي زيراتمي وجود دارد
و ارنست رادرفورد معتقد بود که مي داند شبيه چيست. رادرفورد فهميد که ذرهي آلفاي منعکس شده دلالت بر اتمي کاملاً غير منتظره دارد که هيچ قياس مشابهي بر روي زمين ندارد
بنابراين رادرفورد به سراغ آسمان رفت. او اتم را مثل يک منظومه ي شمسي کوچک تصور کرد الکترون ها، ذرات ريز با بار منفي به دور چيز کوچکي با بار مثبت مي گردند "به نام "هسته. رادرفورد محاسبه کرد که هسته 10000 بار از خودِ اتم کوچک تر است به همين دليل است که از هر 8000 ذره ي آلفا فقط يکي منعکس مي شود همان ذراتي که اتفاقاً به هسته ي کوچک برخورد مي کنند بقيه بدون برخورد با چيزي عبور مي کنند
اولين نتيجه ي تکان دهنده ي اين ايده اين است که اتمِ رادرفورد تقريباً به طور کامل فضاي خاليست به همين خاطر تقريباً تمام ذرات آلفا چنان از اتم هاي طلا مي گذرند که انگار چيزي آنجا نيست. واقعاً هم چيزي آنجا نيست
مفهوم عجيب اتم رادرفورد را در نظر بگيريد. با در نظر گرفتن آن در مقياسي بزرگتر اگر هسته به اندازه ي يک توپ فوتبال بود نزديک ترين الکترون در مداري به شعاع نيم مايل قرار مي گرفت و بقيه ي اتم مطلقاً فضاي خالي بود
بگذاريد طور ديگري بگويم. اگر فضاهاي خالي تمام اتم هاي بدن من را بيرون مي کشيديد آنگاه من کوچک تر از يک دانه ي نمک مي شدم. البته که وزنم ثابت مي ماند.
اگر همين کار را با تمام نسل بشر انجام مي داديد هر 8 ميليارد نفرمان به اندازه ي يک سيب مي شديم. اتم بي شباهت به هر چيزي بود که قبلاً مي شناختيم و تازه عجيب تر و عجيب تر مي شد تقريباً بلافاصله مشکلي پيش آمد و مشکل بزرگي هم بود
طبق علم آزموده شده و مورد اعتماد آن زمان الکترون ها بايد انرژيشان را از دست مي دادند سرعت شان کاهش مي يافت و در مسيري مارپيچ بروي هسته سقوط مي کردند در کمتر از يک چشم بهم زدن اتم رادرفورد با قوانين شناخته شده ي علم تناقض داشت براي اتم مهم نبود که با عُرف علمي سازگاري داشته باشد تقريباً تماماً فضاي خالي ست با اين حال هنوز هم پا برجاست من نشاني از کوچک شدن به اندازه ي يک دانه ي نمک در خود نمي بينم و زمين هم به همان اندازه ي زمين است کوچک تر هم نمي شود
ارزشش را دارد که گذري بر زمان داشته باشيم. در مدت کوتاه شش سال از 1905 تا 1911 اتم وجودش را اعلام کرد با اين حقيقت که به طور غير قابل تصوري کوچک است سپس نشان داد که بيشترش فضاي خالي ست و اکنون از قوانين شناخته شده ي فيزيک پيروي نمي کرد
جاي تعجب نيست که همه ي دانشمندان مشهور آن زمان از جمله اينشتين، گيج شده بودند. ايدههاي علمي که در تمام عمرشان آنها را باور داشتند در توضيح اتم کاملاً عاجز مانده بودند. اتم نسل جديدي از دانشمندان را خواستار بود که در جاي پاي رادرفورد قدم بگذارند. جسور، نابغه و مهم تر از همه جوان و ضروري بود که آنها هيچ وفاداري يا وابستگي به افکار نسل هاي پيشين نداشته باشند.
يکي از اولين افراد، از اين دسته نيلز بور بود. در سال 1911 او از دانمارک عازم انگلستان شد در حالي که تحصيلاتش را در کپنهاگ به اتمام رسانده بود بور تصميم گرفت به خارج برود و در مرکز فيزيک جديد قرار بگيرد
تقدير او را به بريتانيا کشاند به دانشگاه منچستر و ارنست رادرفورد. بور ذهن درخشاني داشت با وسواسي روانشناختي که چندين بار او را از کار باز داشته بود. در واقع داستان از اين قرار است که بور به خودش زبان انگليسي آموخت با خواندن چندين و چندباره ي رمان ديکنز "pickwick Papers".
بور بسيار شيفته ي تصوير رادرفورد از اتم شده بود که مأموريتش را حل معماهاي آن قرار داد. اينکه چرا اتم فروپاشي نمي کند؟ و چرا اين همه فضاي خالي دارد؟ به عنوان يکي از فيزيکدان هاي نظري نسل جديد در انديشيدن بي باک بود و آماده ي ترک کردنِ باور عاميانه و درک انسان شده بود براي يافتن توضيحي از واقعیت آن شده بود.
بنابراين در اوج نبوغ وي شروع به جستجوي سرنخهايي درباره ي ساختار اتم کرد نه از طريق نگاه کردن ماده بلکه با آزمايش طبيعت مرموز و شگفت انگيز نور و اکنون اتم ها و نور کاملاً مرتبط اند
اکثر اجسام هنگام داغ شدن مي درخشند قرن ها بود مردم مي دانستند که اجسام مختلف با رنگ هاي منحصر بفردي مي درخشند. کمي شبيه امضاء مثل سبزِ مس، زردِ سديم و قرمزِ ليتيم. اين رنگ ها که مربوط به عناصر مختلفي هستند
طيف" ناميده مي شدند" و بصيرت بزرگ بور اين بود که طيف، چيزي در مورد ساختار داخلي اتم به ما مي گويد که مي تواند وجود اين همه فضاي خالي را توضيح دهد
نظر بور اين بود که مدل منظومه ي شمسي رادرفورد از اتم را بگيريم و آن را با چيزي جايگزين کنيم که تصور يا درکش تقريباً محال است. بنابراين ايده هاي ملموسي مثل فضاي خالي و ذرات چرخان در مدارها کنار رفتند
آنها با چيزي تعويض شدند که يکي از غير قابل درک ترين و دست نخورده ترين مفاهيم علم است:"پرشِ کوانتومي". حتي امروزه هم براي بيشتر فيزيکدانها چندين سال طول مي کشد که با پرش هاي کوانتومي کنار بيايند.
بور خودش گفت اگر فکر مي کنيد آن را درک کرده ايد پس اصلاً در موردش فکر نکرده ايد. من نفس عميقي مي کشم و در کمتر از 30 ثانيه سعي مي کنم براي شما شرح دهم. يکي از پيچيده ترين مفاهيم علم را اما مفهومي که تمام کائنات را پايه ريزي مي کند.
بور اتم را نه به شکل يک منظومه ي شمسي بلکه مثل يک ساختمان چند طبقه در نظر گرفت. طبقه ي همکف جاييست که هسته زندگي مي کند با الکترون هايي که ساکن طبقات بالا هستند. قانون مرموزي مي گويد که الکترونها فقط روي طبقات مي توانند قرار بگيرند و هرگز بين طبقات نمي توانند باشند. قانون مرموز ديگري مي گويد گاهي مي توانند به صورت آني از طبقه اي به طبقه ي ديگر پرش کنند.اين همان چيزي ست که پرش کوانتومي ناميديم.
بور مطلقاً نمي دانست که اين قوانين چيستند اما اين فرض به او اجازه ي پيش بينيِ اوليه مي داد. وقتي الکترون از طبقه اي بالا تر به طبقه اي پايين تر پرش مي کند از خود نور ساطع مي کند. مهم تر اينکه رنگ نور بستگي به بزرگي يا کوچکيِ پرش کوانتومي دارد بنابراين الکتروني که از طبقه ي سوم به دوم مي پرد ممکن است نور قرمز بدهد و الکتروني که از طبقه ي دهم به طبقه ي دوم مي پرد نور آبي.
براي آزمودن تئوري جديدش بور با آن يک پيش بيني کرد آيا تئوري مي تواند اثر مرموز طيف هيدروژن را توضيح دهد؟ پس از ماه ها محاسبات طاقت فرسا سرانجام به نتيجه رسيد و پيش بيني اش به طور باور نکردني صحيح بود
براي اولين بار به نظر مي رسيد که طيف توضيح داده شده است و در سال 1913، اين خبر بزرگي بود اما ايده ي جديد بور بر پايه ي فرضي استوار بود که جداً جنجال برانگيز بود
چرا بايد الکترون ها و اتم طوري رفتار کنند که انگار در يک ساختمان چند طبقه هستند؟ و چرا بايد از يک طبقه به طبقه ي ديگر، پرش کوانتومي انجام دهند؟
در هيچ جاي ديگري از علم نمونه ي مشابهاي وجود نداشت وقتي فيزيکداني گفت که پرش ها مزخرف اند
بور جواب داد بله، کاملاً درست مي گوييد اما اين ثابت نمي کند که پرش ها رخ نمي دهند فقط به اين خاطر که نمي توانيد آنها را تصور کنيد.
اما قادر نبودن به تصور کردن چيزها به نظر مي رسيد که با کل هدفِ علم منافات دارد .به ويژه دانشمندان قديمي فکر مي کردند که علم درباره ي درک جهان است نه درباره ي وضع کردن قوانين دلخواهي که با دادهها سازگار باشند و این نبرد بين دو نسل از دانشمندان ناگزير بود
اتم جديد و مرموز بور و پرش هاي کوانتومي ديوانه وارش ضربه اي بر پيکر علم کلاسيک بود و مکتب قديمي خشمگينانه واکنش نشان داد
رهبر سنت گراها غول دنياي فيزيک، آلبرت اينشتين بود. او از ايده هاي بور نفرت داشت و مي خواست به جنگشان برود با هر چيزي که جهان منظم و عقل سليم را از اين يورش ديوانگي نجات دهد. بور جا نزد و اوايل دهه ي 1920 خطوط ميدان جنگ براي يکي از بزرگ ترين نبردهاي تاريخ علم، کشيده شد. اينشتين بيشترِ اوايل دهه ي 1920 را صرفِ استدلال کردن عليه نيلز بور کرد. با اندکي موفقيت شهرتش به او قدرت مي داد بنابراين وقتي مي گفت که از ايده هايي نظير پرش کوانتومي متنفر است که به نظر از نا کجا آباد آمده است، مردم گوش مي دادند
سپس در 1925، نامه اي به دستش رسيد که به نظر مي رسيد هديه اي از بهشت فيزيک باشد سرانجام ايده اي آمده بود که دنياي اتمي را توضيح مي داد با اصول آزموده شده و قابل اعتماد علم سنتي. اينشتين به وجد آمده بود به دوستانش گفت "سرانجام پرده از کار دنيا کنار رفت". نامه همراه با پايان نامه ي دکتراي يک جوان فرانسوي آمده بود
و پشت اين قضيه داستان جالبي بود
در طول جنگ جهاني اول، يک دانشجوي جوان فرانسوي وقتش را در بالاي برج ايفل به عنوان اپراتور راديو صرف مي کرد. نام او شاهزاده لوئي دو بروي بود. وي از طبقه ي اشرافي فرانسه مي آمد اما خودش را وقف فيزيک کرده بود او بسيار ثروتمند بود آزمايشگاه خودش را در شانزاليزه ساخته بود
بعد از جنگ، دو بروي جذب اسرار و جدل هاي پيرامون اتم شده بود و تجربه ي دوران جنگ به عنوان اپراتور راديو
ايده ي فريبنده اي به او داد که شايد امواج راديويي بتوانند اتم را توضيح دهند. اگرچه نامرئي اند اما بسيار شبيه امواج آب رفتار مي کنند مثل موج هايي که در يک درياچه گسترش مي يابند
امواج راديويي هم از معادلات رياضي پيروي مي کردند که قابل اعتماد و درک بودند و دهه ها قبل بکار گرفته شده بودند
پس براي پايان نامه ي دکترايش دو بروي نوعي موج راديويي در نظر گرفت که الکترون را دورِ اتم مي گرداند
نامش را "موج هادي" گذاشت اين موج هادي همچنين الکترون را در مدارش ثابت نگه مي دارد و مانع از فروپاشي اتم مي شود.خبري از پرش هاي کوانتومي لحظه اي عجيب نبود فقط امواج آشناي قابل درک با عقل سليم.خيال سنت گراها آسوده شد و آنها فرياد زدند اتم کاملاً مرتبط با امواج است و ما مي دانيم امواج چيستند. اينشتين و سنت گراها احساس کردند که پيروزي را به چنگ آورده اند آنها فکر مي کردند که بور و علم اتمي جديدش را با آن پرش هاي کوانتومي ديوانه وارش، به دَرَک فرستاده اند
اما نيلز بور بيدي نبود که از اين بادها بلرزد حتي با وجود اينکه طيف هيدروژن را توضيح داده بود با تئوري انقلابي جديدش در مقابل شهرت جهاني اينشتين چيزي نداشت اما در وطنش دانمارک تئوري اش کافي بود تا از او ستاره اي بسازد.نيلز بور در سال 1916 به عنوان يک انسان موفق به کپنهاگ بازگشت يک قهرمان جهاني شهرت تازه بدست آمده اش بدين معني بود که بسيار آسان براي تحقيق پول بدست مي آورد در واقع با سرمايه گذاريِ شرکت آبجو سازي کارلزبرگ بود که انستيتوي تحقيقاتي اش را ساخت مي توان گفت آبجو بود که به ما کمک کرد اسرار اتم را کشف کنيم
اين انستيتو مرکز اصلي پژوهش در زمينه ي فيزيک نظري شد که تا به امروز هم مانده است من در اوايل دهه ي 1990 براي تحقيق در مورد هاله هاي هسته اي به اينجا آمدم و از آن پس اينجا مکاني براي انجام اين گونه تحقيقات بوده است
اتاق اصلي کنفرانس در انستيتوي نيلز بور خيلي جذاب به نظر نمي رسد، به آن اندازه اي که سالن هاي کنفرانس اهميت مي دهند اما پر از جزئيات عجيب است به ياد دارم چند سال قبل اينجا سخنراني کردم و مي دانم که نيلز بور خودش بعضي از اين ماشين هايي که تخته سياه ها را بالا و پائين مي کنند را ساخته است اينجا مجموعه ي عجيبي از تخته سياه ها هست يکي پس از ديگري تخته سياه ها با فرمول هايش پر شده اند بنابراين او هرگز لازم نداشت که هيچ کدام از معادلاتش را پاک کند يک جورهايي بي انتهاست
شهرت بور به دليل داشتن افکار راديکال و خلاف عُرف کپنهاگ را مرکز جذب فيزيکدان هاي جوان و جوياي نام کرد آنها مصمّم بودند که نامشان را جاويد کنند و بخشي از علم ابتکاري جديد بور باشند که "مکانيک کوانتومي" نام گرفته بود
در سال 1924، در واکنش به توضيح سنتي اينشتين و دو بروي براي اتم، راديکال ها تئوري جديدي ارائه کردند بر اساس پرش هاي کوانتومي بور اين يکي جاه طلبانه ترين و جنجالي ترين ايده شان بود اولين بار توسط وُلفگانگ پاولي مطرح شد يکي از ستارگان برخاسته از مکتب بور
پاولي ايده ي "پرش هاي کوانتومي" عجيب بور را گرفت و آن را به يکي از مهم ترين مفاهيم علم تبديل کرد و تازه قضيه به همين سادگي ختم نشد ايده ي پاولي با عنوان غير جذابِ "اصل طرد" منتشر شد اما من فکر مي کنم عنوان بهتر، "مخفي ترين راز خدا" باشد زيرا اين اصل، تنوع گسترده ي هستي را توضيح مي دهد
سؤالي که ايده ي پاولي مي خواست به آن جواب دهد اين بود همه ي اتم ها از همان اجزاي ساده تشکيل شده اند پس چرا با ظواهر مختلفي خود را به ما نشان مي دهند؟ با اين تنوع غني از رنگ ها، پيوند ها و ويژگي هاي شيميايي؟ براي مثال، طلا و جيوه دو عنصر بسيار متفاوت طلا جامد است جيوه مايع است طلا بي خطر است جيوه شديداً سمي است در حالي که فقط يک الکترون تفاوت دارند طلا 79 تا و جيوه 80 تا الکترون دارد پس چگونه يک الکترون کوچک اين همه تفاوت ايجاد مي کند؟ پاولي قانونِ کوانتومي ديگري را از ناکجا آباد آورد. اتم به شکل ساختمان چند طبقه ي بور را به ياد بياوريد هسته طبقه ي همکف است الکترون ها به ترتيب طبقات بالاتر را اشغال مي کنند
پاولي گفت قانون کوانتومي ديگري، به زبان عاميانه مي گويدکه هر طبقه، فقط تعداد مشخصي از الکترون ها را در خود نگه مي دارد پس اگر بخواهيم الکترون ديگري را به اتم بيافزاييم بايد دنبال يک جاي خالي در طبقه ي بالا بگردد و اگر اين طبقه پُر بود طبقه ي ديگري براي الکترون در بالا ساخته مي شود.
به اين ترتيب، يک الکترون مي تواند شکل اتم را از اساس تغيير دهد و اين به نوبه ي خود، بر رفتار اتم تأثير مي گذارد و بر چگونگي پيوند خوردنش با ساير اتم ها.
بنابراين اصل پاولي در واقع پايه ايست که تمامي شيمي و زيست شناسي بر آن استوار است اصل طرد پاولي انقلاب عظيمي در مکانيک کوانتومي بور بود. به نظر مي رسيد که براي اولين بار درکي واقعي داريم از تنوع باورنکردني جهان اطرافمان و احتمالاً خودِ حيات موفقيتش مشکل بزرگي براي دفاعِ اينشتين از فيزيک قديم پديد آورد و درست مانند پرش کوانتومي، از دل کتاب عجيب قوانين فيزيک اتمي بيرون آمده بود
پاولي شرح نداد که اصلش چگونه کار کرد "او گفت: "کار کرد ديگه
اينشتين و سنت گراها از آن ابراز نفرت کردند براي آنها اين اصل همچون مزخرفات گستاخانه و غير علمي بود
اما بايد پوزه اش را به زمين مي زدند و بد جوري هم به زمين مي زدند.تا اينجا، منازعه بر سر فيزيک اتمي جديد مؤدبانه و محترمانه بوده است اکنون دو طرف، بزرگ ترين سلاح هايشان را رو مي کنند
دو تن از بزرگ ترين نام هاي فيزيک آنها دو شخصيت کاملاً متضاد بودند که از هم متنفر بودند
براي علم انقلابي جديد يک بچه مثبت اهل رقابت آلماني به نام ورنر هايزنبرگ
براي محافظه کارها، يک اتريشي متمدن و خوش مشرب به نام اروين شرودينگر
اروين شرودينگر شهوت پرست و شاعر صفت فيلسوف و رومانتيک وي کتاب هايي در مورد يونان باستان، فلسفه و مذهب نوشته است او شيفته ي هندوئيسم بود او همچنين شخصيت بسيار زرق و برق داري داشت خوش مشرب، مؤدب، پيچيده شيک پوش و بسيار شيفته ي زنان و ياغي گري جنسي شرودينگر افسانه اي ست
با وجود ازدواج، تعداد بي شماري دوست دختر داشت که بيشترشان جوان تر از خودش بودند
در سال 1925، شرودينگر 38 ساله در ويلاي واقع در آروسا در کوه هاي آلپ سوئيس اقامت داشت براي ارتباطي مخفي با يک دوست دختر قديمي که هويتش تا به امروز يک راز مانده است
اما شهوتشان به عنوان کاتاليزگري شد براي نبوغ خلاق شرودينگر. فيزيکدان ديگري در مورد هفته ي فيزيکي-سکسي شرودينگر گفت او در آن هفته دو کار داشت" ارضاء کردن يک زن و حل معماي اتم "خوشبختانه موفق به انجام هر دو شده بود
او ايده ي مرموز دو بروي که امواج هادي الکترون ها را بدور اتم مي گردانند را فرض کرد و يک قدم ضروري فراتر رفت او استدلال کرد که الکترون در واقع موجي از انرژي ست که آنقدر سريع ارتعاش مي کند که مانند ابري بدور اتم به نظر مي رسد يک موج ابر مانند از انرژي خالص. سرانجام او به معادله ي جديد قدرتمندي رسيد
که کاملاً اين موج را توضيح مي دهد و بنابراين اتم را تمام و کمال بر حسب اصول فيزيک کلاسيک توضيح داد
معادله اي که او به آن دست يافت را اکنون "معادله ي موج شرودينگر" مي ناميم که به طرز باورنکردني اي قدرتمند است آنچه که در مورد آن بي نظير است
اين است که کميت جديدي به نام "تابع موج" معرفي مي کند که شرودينگر ادعا کرد، رفتار دنياي زير اتمي را کاملاً شرح مي دهد
معادله ي شرودينگر و تصويري که وي از اتم رسم کرد در حين سکس در روز تعطيل در کوه هاي آلپ سوئيس
بار ديگر به دانشمندان اجازه داد که اتم را تصور کنند بر حسب اصول ساده. تصور اينکه ايده ي شرودينگر چه آسودگي خاطري براي جامعه ي سنت گراي فيزيک به ارمغان آورد سخت است
اگرچه تصوير او از اتم عجيب بود حداقل يک تصوير بود و دانشمندان عاشق تصاويرند تصاوير به آنها اجازه مي دهند که از شهودشان استفاده کنند
ولي هنوز يک مشکل بسيار آزار دهنده وجود داشت مشکلي که به نظر راديکال ها، شرودينگر نتوانسته بود با آن کنار بيايد چون تئوري جديد او هنوز پاسخي براي پرش هاي کوانتومي لحظه اي و عجيب بور نداشت
زمان اين رسيده بود که راديکال ها پوزه ي سنت گراها را به خاک بمالند
تابستان همان سال يکي از شاگردان نيلز بور ورنر هايزنبرگ به جزيره ي گمنامي در ساحل شمالي آلمان مسافرت کرد او حريصانه اهل رقابت بود و ايده هاي شرودينگر را به عنوان توهين به شخص خودش به حساب مي آورد
او شديداً احساس مي کرد که شگفت انگيزيِ پرش هاي کوانتومي لحظه اي در واقع کليد فهم اتم است
او فکر مي کرد اتم بسيار بي نظير و غير عادي است نبايد آن را با قياسي ساده در نظر گرفت مثل موج يا مدار يا حتي يک ساختمان چند طبقه وي معتقد بود وقتش رسيده که هر تصويري از اتم را دور بياندازيم ورنر هايزنبرگ، براستي يکي از نوابغ قرن بيستم بود جوان، ورزشکار، کوهنوردي حرفه اي، و يک پيانيست ماهر همچنين يک دانشجوي استثنايي بود در سن 20 سالگي، دکترايش را گرفت و از طرف دانشگاه هاي بزرگ اروپا پيشنهاد دريافت کرد
در تابستان سال 1925 وي از تب بسيار بدي رنج مي برد صورتش چنان ورم کرده بود که نمي شد او را تشخيص داد
او تصميم گرفته بود که تک و تنها به اينجا بگريزد به اين جزيره ي زيبا اما دور افتاده ي هلگالند
او در ساحل قدم مي زد، شنا مي کرد، از صخره ها بالا مي رفت و فکر مي کرد از همان لحظه اي که با فيزيک اتمي آشنا شده بود هايزنبرگ تا مغز استخوان احساس مي کرد که همه ي انسان ها سعي مي کنند اتم را تصور کنند اما تطبيق اتم با عکس هاي آشنا، هميشه به شکست منجر مي شود اتمي که او باور داشت، بسيار دمدمي مزاج بود آنقدر عجيب که حتي به اين سادگي ها نمي توان آن را شرح داد پس او تصميم گرفت هر تصويري از آن را دور بياندازد و تنها با رياضيات محض آن را شرح دهد اما وقتي فکر مي کرد، متوجه شده بود که اتم نه تنها از متصور شدن مي گريزد حتي از رياضيات کلاسيک هم فرار مي کند
اينجا در هلگالند بود که هايزنبرگ فکر بکري به سرش زد. او فهميد که براي توضيح ويژگي هاي اتم ها بايد از نوع عجيب و جديدي از رياضيات استفاده کند به نظر مي رسيد که ويژگي هايي نظير مکان يک الکترون در زماني مشخص و سرعتش وقتي به هم ضرب مي شوند، ترتيب ضربشان مهم است
بگذاريد اينگونه بگويم اگر دو عدد را به هم ضرب کنيم، اهميتي ندارد اول کدام را بنويسيم پس سه ضرب در چهار، همان چهار ضرب در سه است اما وقتي به اتم ها مي رسيم. هايزنبرگ متوجه شد که با عوض کردن ترتيب ضرب کميت ها، جواب هاي متفاوتي بدست مي آوريم. اين مسئله سريعاً او را به اکتشافات ديگر هدايت کرد و متقاعد شده بود که راز اتم را افشا کرده است که رياضيات نهفته ي درونش را يک جورهايي يافته است
او خيلي هيجان زده شده بود همچنين بسيار ترسيده بود. آن شب، به بالاي صخره اي رفت و تا وقت طلوع آنجا نشست
آن شب را "شب هلگالند" ناميد
هنگام بازگشت به دانشگاه گوتينگن، قضيه را براي هم کارش مکس بُرن تعريف کرد و سپس چندين ماه با هم سخت کار کردند بر روي تئوري کاملاً جديدي درباره ي اتم تئوري که امروزه آن را "مکانيک ماتريسي" مي ناميم
مکانيک ماتريسي، آرايه هاي پيچيده اي از اعداد را به کار مي برد درست مثل يک برنامه ي کامپيوتر که با دستکاري کردن اين آرايه ها هايزنبرگ و همکارش فيزيکدان نابغه، مکس بُرن به دقت مي توانستند رفتار اتمي را پيش بيني کنند
اما از نظر اينشتين و سنت گرايان اين تئوري کاملاً بدعت گذاريِ علمي بود
در واقع يک اتم نمي تواند ماتريسي از اعداد باشد مطمئناً ما از اتم ها ساخته شده ايم، نه از اعداد. در بازگشت به کپنهاگ بور و پاولي با ديدن مکانيک ماتريسي به وجد آمدند. اگر نتوانيم اتم را به عنوان يک شيء فيزيکي در نظر بگيريم چه؟ آنها از خالصي رياضيات تمجيد مي کردند و حملات شديدي را عليه امواج شهودي عوامانه ي شرودينگر ترتيب داده بودند :هايزنبرگ نوشت هر چه بيشتر به جنبه ي فيزيکي معادله ي شرودينگر مي انديشم" بيشتر از آن منزجر مي شوم "در واقع آن معادله مزخرف است. اما شرودينگر هم همين اندازه از هايزنبرگ داغ دار بود. که مي گفت چون هايزنبرگ روش هايش شکست مي خورد رياضياتش را هيولا گونه مي کند
در سال 1926 در مونيخ، دشمني اين دو به اوج رسيد. شرودينگر مي خواست در مورد معادله ي موجش سخنراني کند
هايزنبرگ پول و پله اي به هم زد تا براي شنيدن سخنراني به مونيخ برود تا سرانجام با رقيبش رو در رو شود
فقط پاي آبروي هايزنبرگ نبود که در ميان بود او معتقد بود روش ساده ي شرودينگر نه تنها گمراه کننده بود، بلکه از اساس غلط بود و هيچ هدفي جز ويران کردن تئوري شرودينگر نداشت
شرودينگر سخنراني اش را در مورد مکانيک جديد امواج ارائه مي دهد براي گروهي از مخاطبين فقط خودش سرپاست او معادله ي موج جديدش را مي نويسد براي شرودينگر، اين معادله عکسِ فيزيکي واقعي از اتم را تشريح مي کند
چنان که الکترون ها به عنوان امواجي بدور هسته ي اتم، نوسان مي کنند. ورنر هايزنبرگ 24 ساله در ميان مخاطبين است به زور مي تواند خودش را نگه دارد در پايان سخنراني بلند مي شود و يکه و تنها روش شرودينگر را مي کوبد
به نظر هايزنبرگ داشتن هر گونه تصويري محال است حتي از آنچه که اتم شبيه آن است مخاطبين طرف شرودينگر هستند آنها تفسير ساده ي فيزيکي او را ترجيح مي دادند به رياضيات محض پيچيده ي هايزنبرگ هايزنبرگ مورد اهانت واقع شد به او گفتند بنشين و ساکت باش او با ناراحتي و افسردگي کنفرانس را ترک مي کند
هايزنبرگ در حالي به کپنهاگ بازگشت که شديداً اعتماد به نفسش را از دست داده بود اينجا در انستيتو، او و بور تاريک ترين لحظات زندگي شان را مي گذراندند تقريباً تمام جامعه ي علمي عليه آنها بود احساس تنهايي و نا اميدي مي کردند پشتشان را به ديوار تکيه داده بودند با وجود اين، آنها سرسختانه حاضر نبودند تئوري جنجالي شان را رها کنند
اتاقی زير شيرواني، محل مطالعه ي هايزنبرگ در سال 1926 بود بور هر شب اينجا مي آمد جايي که او و هايزنبرگ در مورد مکانيک کوانتومي بحث مي کردند آنها چنان احساساتي بحث مي کردند که گاهي هايزنبرگ به گريه مي افتاد
يک روز در حالي که هايزنبرگ با نااميدي از پنجره ي اتاقش به بيرون نگاه مي کرد به پارک روبروفکر فوق العاده اي به سرش زد
اينکه اتم به تصور در نمي آيد يا نمي توان درک شهودي از آن داشت فقط به اين خاطر نيست که ريز و زبل و سرسخت است بلکه به اين دليل است که ذاتاً غير قابل شناخت است
وي دريافت که حد پايه اي براي ميزان دانش ما از دنياي زير اتمي وجود دارد براي مثال، اگر مکان الکتروني را در زماني خاص بدانيم آنگاه نمي دانيم سرعتش چقدر است اما اگر سرعتش را مي دانستيم، از مکانش بي اطلاع بوديم
اين ابهام، از نقايصِ تئوري نيست و مربوط به شيوه ي اندازه گيري هم نيست بلکه حقيقت پايه ايست که طبيعت اينگونه رفتار مي کند در مقياس زيراتمي
اين قضيه به "اصل عدم قطعيت" هايزنبرگ مشهور است
و احتمالاً عميق ترين، باور نکردني ترين و حتي آزار دهنده ترين مفهوم است در تماميِ علم آنچه هايزنبرگ از طريق مکانيک ماتريسي محضش کشف کرد حقيقت ژرف و تکان دهنده اي درباره ي دنياي اتمي بود اتم ها عمداً مبهم اند
ما هرگز نمي توانيم مکان و سرعت يک اتم را همزمان بدانيم دنياي اتمي اجازه ي چنين کاري به ما نمي دهد
کاملاً گيج کننده بود اما آنها پذيرفته بودند
هايزنبرگ و بور راه مطمئني را يافتند که آنها را جسورتر مي کرد آنها دريافتند که عدم قطعيت، مجبورشان مي کند که پارادوکس هايي در قلب اتم جاي دهند اتم ها نه تنها غير قابل تصوراند بلکه "خود متناقض" نيز هستند
آنها هم مثل ذرات رفتار مي کنند و هم مثل امواج و تازه قضيه مرموزتر از اين حرف هاست وقتي به اتم نگاه نمي کنيد، مانند موج منتشر شده اي رفتار مي کند اما وقتي به آن نگاه مي کنيد تا ببينيد کجاست مانند ذره رفتار مي کند اين احمقانه ست
اول اينکه اتم ها اصلاً قابل تصور نيستند دوم اينکه شخصيت شان را کاملاً عوض مي کنند بسته به اينکه به آنها نگاه مي کنيد يا نه. اصل عدم قطعيت همه چيز را تغيير داد و تناقض تکان دهنده اي را در قلب طبيعت آشکار کرد. هر آنچه که مي بينيم از اتم ها ساخته شده است و حال آنکه اتم ها خودشان غير قابل شناخت اند فقط از طريق رياضيات مي شود آنها را درک کرد. اولين بار بود که همه چيز براي بور و هايزنبرگ سر جايش قرار مي گرفت
پاييز سال 1927 با اعتماد به نفس و هوشمندي براي مبارزه مي دانستند که سرانجام بر محافظه کاران پيروز شده بودند
براي اين مراسم فيزيک آنها سالن کنفرانس سالوي در بروکسل را انتخاب کردند. همه ي فيزيکدان هاي اتمي مشهور جهان شرکت کردند. اگر بور و هايزنبرگ موفق مي شدند يک انقلاب علمي کامل را انجام داده بودند
در هفته ي کنفرانس، تمام اعضا مي توانستند فکر کنند و صحبت کنند یعنی درباره ي مکانيک کوانتومي بور و درباره ي عدم قطعيت به عنوان بحث اصلي که براستي تئوري ترسناکي بود و در طي آن هفته آخرين نمايش هم اجرا شد بين بور و رقيب بزرگش آلبرت اينشتين
اينشتين از مکانيک کوانتومي متنفر بود هر روز صبح با استدلال جديدي به سراغ بور مي آمد و او احساس مي کرد که خللي به تئوري وارد کرده است و بور آشفته حال دور مي شد و عميق در مورد آن فکر مي کرد و سپس با استدلال نقضي برمي گشت و نقد اينشتين را باطل مي کرد اين قضيه هر روز اتفاق افتاد تا اينکه در پايان کنفرانس بور همه ي انتقادات اينشتين را نابود کرد و سرانجام بور به پيروزي رسيد
خلاصه اينکه ديدگاه او در مورد اتم که به نام "تفسير کپنهاگي" مشهور است به ناگاه در قلب فيزيک اتمي جاي گرفت
در پايان کنفرانس آنها براي تيم عکاسي جمع شدند و سابقه نداشت که اين همه نام بزرگ در فيزيک در يک جا جمع شده باشند
در جلو، زمام دار پيشين فيزيک، هنريک لورنتز در طرفين او مادام کوري و آلبرت اينشتين اينشتين افسرده به نظر مي رسد چون مبارزه را باخته است لوئي دوبروي هم نتوانسته اعضا را به ديدگاه هايش متقاعد سازد پيروزي در دستان نيلز بور است که خيلي خشنود به نظر مي رسد
نزديک او، يکي از قهرمانان گمنام مکانيک کوانتومي نشسته است مکس بُرن آلماني که رياضيات اين تئوري را طراحي کرد و پشت سر آنها، دو شاگرد جوان بور هايزنبرگ و پاولي که پاولي موذيانه به شرودينگر نگاه مي کند مثل گربه اي که کاسه اي شير ديده است
اين لحظه اي در تاريخ فيزيک بود که همه چيز تغيير کرد خدايان قديمي با جديدها تعويض شدند شانس و احتمال به تاروپود طبيعت دوخته شد و ديگر نمي توانستيم اتم ها را با عکس هاي ساده تصوير کنيم بلکه تنها با رياضيات محض مي توانستيم آنها را شرح دهيم
ديدگاه کپنهاگي برنده شد گرچه اينشتين در حالي از دنيا رفت که هرگز به مکانيک کوانتومي باور نياورد کنفرانس سالوي در سال 1927 نقطه ي عطف بود چرا که بقيه ي جامعه ي علمي ديدگاه کپنهاگي را با آغوش باز پذيرفتند و اين ديدگاه تا به امروز مورد قبول است تمام فيزيکي که من در پژوهش هايم بکار مي گيرم و مکانيک کوانتومي که به دانشجويانم مي آموزم و آنچه که کتاب هاي کتاب خانه ام را پُر کرده است بر اساس ايده هايي استوار است که اينجا در اکتبر 1927 در کنفرانس سالوي شکل گرفت به عبارتي، هر آنچه که در مورد چگونگي ساخته شدن جهان اطرافم مي دانم از اينجا شروع شد
توضيح مکانيک کوانتوميِ اتم يکي از افتخارات ارزشمند خلاقيت انسان است. در 80 سال گذشته، آزمايش به آزمايش درستي اش ثابت شده است و اعتبارش هرگز مورد شک واقع نشده است. اين يک موفقيت علمي تاريخي ست.بين سال هاي 1905 تا 1927 علم ديدگاه ما را از جهان تغيير داد همچنين ديدگاه ما را در مورد خود علم نيز تغيير داد.
وقتي دانشمندان کوچک ترين بلوک هاي سازنده ي ماده را کاوش کردند موفق ترين و قدرتمند ترين تئوري تاريخ بشر را خلق کردند:مکانيک کوانتومي. اين تئوري به ما اجازه مي دهد که شيوه ي ساخته شدن هر آنچه در کيهان هست را شرح دهيم. چگونه واکنش انجام مي دهند و چگونه با هم پيوند مي خورند.اما براي اين دانش بايد تاوان بزرگي پرداخت. در بنيادي ترين سطح بايد بپذيريم طبيعت بر اساس شانس و احتمال فرمانروايي مي کند
اصل عدم قطعيت هايزنبرگ ثابت مي کند که حدود مشخصي وجود دارد براي انواعي سؤالاتي که در مورد دنياي اتمي مي پرسيم. قاطعانه تر بگويم، حال که خيلي بيشتر مي دانيم درباره ي اينکه اتم چيست و چگونه رفتار مي کند بايد احتمال هرگونه تصويري، حتي شبيه به آن را دور بياندازيم
طبيعت انسانيِ ما مجبورمان مي کند در مورد هرچيزي که در جهان اطرافمان مي بينيم سؤال کنيم. آنچه که کشف کرده ايم، حتي وراي تخيّل کنجکاومان بوده است
