رویای لاپلاس

در سال 1817 ، مقاله ای تحت عنوان "نوشتاری فلسفی در باب احتمالات" منتشر شد که نویسنده آن ، کسی جز پیِر سیمون لاپلاس فرانسوی نبود. ضمن این مقاله ، لاپلاس موجودی ذی شعور را فرض و ادعا میکند که اگر این موجود در زمانی مشخص ، مکان و ممنتوم (اندازه حرکت ، تکانه) تمامی اتم های جهان را بداند ، می تواند مقادیر گذشته و آینده این متغیرها را به دست بیاورد و پیش بینی کند. در تاریخ علم ، این موجود به شیطان لاپلاس یا Laplace Demon معروف است.

ادعای مشهور لاپلاس ، بیانگر دیدگاه جبرگرایی یا Determinism است که طبق آن ، با استفاده از قوانین طبیعی ، ما حداقل در سطح تئوری امکان پیش بینی دقیق فرآیندهای طبیعی را داریم. به عبارتی دیگر ، طبیعت در تمامی زمان ها و مکان ها تابع قوانین طبیعی است و اصل علیت برقرار می باشد. هیچ عنصر تصادفی ای در توصیفی که قوانین طبیعی ارائه میدهند ، نباید وجود داشته باشد.

اگر به فیزیک کلاسیک نگاه کنیم، به نظر می آید که رویای لاپلاس محقق شده و قوانین فیزیک کلاسیک به حدی توانا هستند که تمامی پدیده ها را به خوبی تبیین میکنند و قدرت پیش بینی خیلی خوبی در اختیار ما قرار میدهند اما ماکس پلانک ایده دیگری در سر داشت. شخصی که به زودی قرار بود آغازگر دوره ای باشد که رویای لاپلاس را به کابوس مبدل می ساخت.

در اوایل دهه 1900 میلادی ، پلانک ایده کوانتومی خود را در پاسخ به نتایج غیر معقولی که فیزیک کلاسیک در مورد پدیده تابش جسم سیاه میگرفت، ارائه کرد. او در ابتدا خود گمان نمیکرد که این ایده چیزی بیش از یک حقه ریاضیاتی برای حل مسئله باشد و به اهمیت فیزیکی آن واقف نبود. پس از پلانک ، بور مدل اتمی خود را در سال 1913 ارائه کرد و دوبروی نیز در سال 1924 ، تئوری موجی ماده را ارائه داد. امروزه به مجموعه نظریاتی که در طی سال های 1900-1925 در پاسخ به پیش بینی های شکست خورده فیزیک کلاسیک مطرح شد ، نظریه کوانتومی قدیمی می گویند.

دلیلی که نظریه کوانتومی قدیمی را از نظریه مکانیک کوانتوم که در سال های بعد از 1925 توسعه یافت جدا میکنیم ، این است که نظریه کوانتومی قدیمی خود نظریه ای کامل و یک پارچه نبود و خود دارای محدودیت هایی بود. ممکن است برخی بگویند که نظریه مکانیک کوانتومی نیز خود کامل و بی محدودیت نیست. در پاسخ میتوان گفت که گزاره بالا غلط نیست ولی نکته مهم یک پارچگی مکانیک کوانتومی است که بر کسی پوشیده نیست.

پس از توسعه مکانیک کوانتومی ، یکی از پیامد های مهم آن به عنوان اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مطرح می شود که به نظر میرسد قدرت پیش بینی ما را درمورد برخی پارامترهای سیستم های طبیعی محدود می کند. استیون هاوکینگ در آخرین کتاب خود به عنوان پاسخ های کوتاه به پرسش های بزرگ ، فصلی را به این پرسش که "آیا میتوانیم آینده را پیش بینی کنیم؟" اختصاص داده است و می نویسد :

دیدگاه موجبیت گرایی علمی لاپلاس که وابسته به دانستن موقعیت و سرعت های ذرات عالم در یک لحظه از زمان بود ، به طور جدی توسط اصل عدم قطعیت هایزنبرگ با مشکل مواجه شد. چگونه کسی می تواند آینده را پیش بینی کند ، وقتی نمیتواند همزمان هم موقعیت و هم سرعت ذرات را اندازه بگیرد؟
اینشتین ، درمورد تصادفی بودن واضح در جهان بسیار ناراضی بود. به نظر میرسد که او احساس میکرده که این عدم قطعیت مشروط بوده و یک واقعیت زیربنایی وجود دارد که در آن ، ذرات دارای موقعیت و سرعت های مشخصی هستند که طبق قوانین جبری به شیوه لاپلاس ، تحول می یابند.
دیدگاه اینشتین ، چیزی است که امروزه به آن ، نظریه متغیرهای نهان گفته می شود..... در صورتی که این نظریه های متغیرهای نهان ، اشتباه هستند. فیزیکدان انگلیسی ، جان بل ، آزمایشی تجربی پیشنهاد داده است که ممکن است نظریه های متغیرهای نهان را باطل کند. وقتی این آزمایشات با دقت انجام شدند ، نتایج با متغیرهای نهان، ناسازگار بودند.......

دیدگاه هاوکینگ ، نمودی از تفسیر کپنهاگی از مکانیک کوانتومی است که برای جهان هستی در مقیاس کوانتومی ، ما به ازای خارجی قائل نمی شود و به انکار این می پردازد که حقیقتی درمورد ذرات زیر اتمی وجود دارد. در این دیدگاه ، باید صرفا به نتایجی که از فرمالیزم ریاضی حاصل می شود، دل خوش کنیم. همین که این نتایج با اندازه گیری های تجربی تطابق داشته باشد ، کافی است و نیازی نیست به توضیح پدیده ها بپردازیم.

در نقد این دیدگاه ، باید نخست به ادعاهایی که مطرح می شود دقت کرد و سپس دلایلی بر علیه آن بیان کرد. در وهله اول ، هاوکینگ ادعا میکند که اصل عدم قطعیت ، امکان پیش بینی دقیق مکان و سرعت ذره را از ما سلب میکند و چون ادعای لاپلاس ، مبنی بر دانستن موقعیت و سرعت ذرات بوده و ما نمیتوانیم هردوی این موارد
را همزمان اندازه گیری کنیم ، پس ادعای لاپلاس مبنی بر موجبیت گرایی علمی باطل است.

در پاسخ به این مسئله ، نظریه مکانیک بوهمی که در سال 1952 توسط دیوید بوهم توسعه یافت را مطرح میکنیم. در این نظریه ، آهنگ تغییر مکان ذره توسط معادله ای به نام معادله هدایت کننده قابل محاسبه است که به موقعیت تمامی ذرات در سیستم مورد مطالعه بستگی دارد. ممکن است این نقد مطرح شود که برای اندازه گیری موقعیت ذرات ، ناگزیر به تغییر وضعیت کوانتومی سیستم هستیم که این مسئله آشفتگی را وارد سیستم میکند.

اما این فرض اضافه شده در مکانیک بوهمی ، قدمی رو به جلو در فهم طبیعت ذرات زیر اتمی به شمار می رود. زیرا در تفسیر کپنهاگی ، ما مطلقا درمورد سرعت ذره ، نمیتوانستیم بدون اندازه گیری ، اظهار نظری بکنیم. هرچند که این قانون جبری ، باز هم بر پایه احتمالات بنا شده ولی در مقایسه با نظر قبلی که حتی درمورد احتمال نیز نمیتوانستیم حکمی بدهیم ، ارجحیت دارد.

همچنین نظریه بوهم ، از دسته نظریات متغیرهای نهان است اما با این وجود، نتایج تجربی ای که در این نظریه پیش بینی می شود، با تعبیر استاندارد مکانیک کوانتومی مطابقت دارد، بنابراین نمیتوان گفت که آزمایش بل، تمامی متغیرهای نهان را باطل میکند بلکه دسته ای از متغیرهای نهان نیز وجود دارند که آزمایش بل آن ها را رد نمیکند.

درنهایت ، باید گفت که شاید در سایه تعبیر استاندارد مکانیک کوانتومی ، رویای لاپلاس چیزی بیش از یک دیدگاه خوش بینانه به علوم تجربی و به خصوص ، فیزیک نباشد اما با تعبیر بوهمی از مکانیک کوانتومی ، شاید هنوز هم بتوان ایده لاپلاس را زنده نگه داشت.