تأثیر اندیشه‌های فاراده

از زمان نیوتن به بعد، نظریة کنش، از دور همواره نظریه ای تصنعی محسوب می شد. تلاش هایی انجام گرفت تا گرانش به وسیلة نظریة جنبشی یعنی بر اساس نیروهای حاصل از برخورد ذره های باردار فرضی توضیح داده شود، اما تلاش ها همه سطحی بود و ثمره ای به بار نیاورد. سهم عجیبی هم که فضا (یا دستگاه لختی) در درون دستگاه مکانیکی بر عهده داشت، آشکارا شناخته شده بود و ارنست ماخ به روشنی خاصی آن را نقد کرد.
تغییر بزرگ را فاراده، ماکس ول و هرتس ـ در حقیقت نیم هشیارانه و بر خلاف ارادة خویش ـ موجب شدند. هر سه تن، در سراسر زندگی، خود را از طرف داران نظریة مکانیکی می دانستند. هرتس، ساده ترین صورت معادلات میدان برق مغناطیسی را یافت و اعلام کرد که نظریه ای که به این معادله ها بیانجامد، نظریه ای ماکس ولی است اما در اواخر عمر کوتاهش مقاله ای نوشت و در آن، نظریه ای مکانیکی را که از قید مفهوم نیرو آزاد شده بود، به عنوان بنیاد فیزیک معرفی کرد.
برای ما، که اندیشه های فاراده به اصطلاح «با شیر مادر عجین شده است»، ارزشیابی عظمت و جسارت آ ن ها بسیار دشوار است. فاراداه می-بایست با غریزه ای دور از هر گونه خطا، به تصنعی بودن ماهیت همة تلاش هایی پی برده باشد که پدیده های برق مغناطیسی را به کنش های از راه دوربین ذره های برقی که بر یکدیگر واکنش می کنند، منسوب می داشتند. هر دانة برادة آهن، در میان تودة پراکندة براده ها بر روی کاغذ، از کجا می دانست که ذره های برقی مجزا در سیم رسانای مجاور حرکت می کند؟ به نظر می رسید، که همة ذره های برقی با هم در فضای مجاور وضعی می آفرینند که به نوبت خود در براده ها نظمی به وجود می آورد. فاراده یقین داشت که اگر ساختار هندسی کنش های وابسته به یکدیگر این حالت های فضایی، که امروزه میدان نامیده می شوند، شناخته شوند، کلیدی برای گشودن راز برهم کنش های مرموز برق مغناطیسی فراهم می آورند. وی این میدان ها را به مثابه حالت های تنش مکانیکی در ملأ استنباط کرد که فضا را پر می کند، شبیه به حالت های تنش در جسمی کشسان که پر باد شده باشد زیرا در آن زمان تصور حالت هایی که ظاهرا توزیعی پیوسته در فضا داشتند، تنها از این راه ممکن بود. نوع خاص و عجیب تعبیر مکانیکی این میدان ها در عقب صحنه بر جای ماند ـ که با توجه به سنت مکانیکی عصر فارادی، تسکینی برای وجدان علمی بود. فاراده، توفیق یافت که به کمک این مفهوم های تازة میدان، مفهومی کیفی برای کل آثار پیچیدة برق مغناطیسی که خود و پیشینیانش کشف کرده بودند، تصور کند. بیان دقیق قانون های گاه ـ جایی (زمان ـ فضایی) آن میدان ها کار ماکس ول بود. احساسات وی را تجسم کنید در زمانی که معادلاتی دیفرانسیلی که وی تنظیم کرده بود، به خود او ثابت کردند که میدان های برق مغناطیسی به صورت موج-های قطبیده و با سرعت نور انتشار می یابند! در جهان تعداد مردانی که موجب چنین لطف و مهری از طرف آزمایشی قرار گیرند کم است. در آن لحظة احساس برانگیز، بی گمان وی هرگز گمان نمی برد که ماهیت معماساز نور، که به ظاهر کاملا حل شده بود، باز به «کلافه کردن» نسل های بعد ادامه خواهد داد! جهشی که نبوغ وی به نیروی تخیل همکارانش بخشید، چنان جسورانه بود که برای فیزیک دانان، چند ده سال وقت لازم بود تا اهمیت کامل کشف ماکس ول را خوب درک کنند. فقط پس از آن که هرتس، وجود موج های برق مغناطیسی ماکس ول را با آزمایش ثابت کرد، مقاومت در برابر نظریة جدید در هم شکسته شد.
اما اگر میدان برق مغناطیسی می توانست بدون وابستگی به منبع مادی، به صورت موج وجود داشته باشد، برهم کنشِ برق ایستا (الکتروستاتیک)، دیگر نمی توانست به صورت کنش از دور توضیح و توجیه شود و آن چه برای کنش برقی راست بود، نمی شد برای گرانش راست نباشد. همه جا کنش از دور نیوتن، جای خود را به میدان هایی می دادند که به سرعت متناهی انتشار می یافتند.
اکنون دیگر آن چه از بنیاد نیوتنی فیزیک بر جای مانده بود، فقط نقطه های مادی جرم دار و تابع قانون حرکت بود. اما ج. ج. تامسون، خاطرنشان ساخت که بنا بر نظریة ماکس ول، جسم دارای بار برقی در حال حرکت، باید دارای میدانی مغناطیسی باشد که کارمایة آن دقیقا همان گونه عمل کند که افزایش کارمایة جنبشی جسم عمل می کند. آیا می توان خصیصة بنیادی ماده یعنی لختی آن را در درون نظریة میدان تبیین کرد؟ این پرسش به مسئلة تعبیر ماده در قالب نظریة میدان منجر شد، که حل آن، توضیحی برای ساختار اتمی ماده فراهم می-آورد. چیزی نگذشت که معلوم شد نظریة ماکس ول، قادر به اجراء این برنامه نیست. از آن زمان، دانشمندان متعدد با نهایت جدیت کوشیده اند، که نظریة میدان را چنان تعمیم دهند، که با دربرگرفتن نظریة ماده کامل شود، اما تا کنون موفق نشده اند. برای ساختن یک نظریه، داشتن درکی روشن از هدف کفایت نمی کند؛ بلکه باید دیدگاه صوری معینی هم داشت که تنوع بی پایان امکانات را به اندازة کافی محدود سازد. تا کنون چنین دیدگاهی به دست نیامده است و در نتیجة نظریة میدان در فراهم آوردن بنیادی برای کل فیزیک ناکام مانده است.
در طول چند دهه، بیشتر فیزیک دانان بر این عقیده پای فشردند که می توان زیرساختاری مکانیکی برای نظریة ماکس ول یافت. اما نتیجه-های ناخرسند کنندة کوشش هایشان اندک اندک، به پذیرفتن این فکر انجامید که مفهوم های تازة میدانی اصل هایی تحویل ناپذیر هستند. ـ به بیان دیگر، فیزیک دانان ناخواسته بر آن شدند تا از فکر یک بنیاد مکانیکی چشم بپوشند.
بدین سان فیزیک دانان برنامه ای را براساس نظریة میدان پذیرفتند. اما این نظریه را نمی شد بنیاد نامید، چون هیچ کس نمی توانست بگوید که آیا یک نظریة سازگار و منسجم در مورد میدان، می تواند هم گرانش را توضیح دهد و هم اجزاء بنیادین ماده را تبیین کند. درچنین اوضاعی، لازم بود ذره های مادی را نقطه های جرم داری انگاشت که تابع قانون های نیوتنی حرکت هستند. این همان راهی بود که لورنتس به هنگام آفریدن نظریة الکترونی و نظریة پدیده های برق مغناطیسی جسم های متحرک در پیش گرفت.
این بود نقطه ای که مفهوم های بنیادین در شروع سدة بیستم به آن رسیده بودند. پیشرفتی سترگ در بررسی و فهم نظری مجموعة گروه-هایی از پدیده های تازه میسر شده بود، اما استقرار از بنیادی وحدت یافته برای فیزیک به راستی بسیار بعید به نظر می رسید، تحولات بعدی وضع را بدتر کرد. تحولی که در قرن حاضر انجام گرفته است با دو دستگاه نظری اصولا مستقل از یکدیگر مشخص می شود: نظریه نسبیت و نظریة کوانتومی. این دو دستگاه مستقیما مخالف یکدیگر نیستند، اما ظاهرا چندان میل ندارند، در قالب نظریه ای وحدت یافته با هم بیامیزند. دربارة اندیشة بنیادین این دو دستگاه، باید به اختضار به بحث بپردازیم.