فیزیک فلسفی

این واقعیت که یک رویداد فیزیکی با ابزار اندازه‌گیری خود تداخل می‌کند، برای فیزیک کلاسیک امری آشنا بود ؛و در وهلة اول روشن نیست که چرا بهبود های فزاینده در روش‌های اندازه‌گیری سرانجام به ما امکان نداد که پیشاپیش میزان تداخل را هنگام بحث دربارة الکترون‌ها محاسبه کنیم. با این حال اگر مایلیم کاستی فیزیک کلاسیک را دربارة جهان صغیر بفهمیم، باید تحقیقات خود را قدری عمیق تر بسازیم.
مطالعة این مسئله با تاًسیس مکانیک کوانتومی یا مکانیک موجی به طور قابل ملاحظه ای پیش رانده شد، چون از طریق معادلات آن میشد پیشاپیش به محاسبة فرآیندهای اتمی قابل مشاهده پرداخت. اگر قئاعد را مشاهده کنیم، نتایج چنین محاسبه ای با تجربه سازگار است. حقیقت آنست که برخلاف مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتومی محل یک الکترون منفرد را در هیچ زمان مفروض به دست نمیدهد، بلکه تنها این احتمال را بیان میکند که یک الکترون ممکن است در زمانی مفروض در مکانی مفروض باشد، یا متناوباً در مورد تعدادی الکترون مفروض،تعداد آنهارا که درزمانی مفروض باید در مکانی مفروض باشند، بیان میکند.
این قانون خصلت آماری محض دارد. این واقعیت که این قانون با اندازه‌گیری هایی که تا کنون انجام شده مورد تاًیید قرار گرفت، و نیز اینکه چیزی چونان یک رابطه عدم قطعیت وجود دارد، موجب شد تا برخی فیزیک‌دانان به این نتیجه برسند که قوانین آماری یگانه بنیان های معتبر هر قانون فیزیکی و به خصوص در رشتة فیزیک اتمی هستند؛ و اعلام کنند هر پرسشی دربارة علیت رویدادهای منفرد، از نظر فیزیکی بی معناست. در اینجا به نکته ای می‌رسیم که بحث دربارة آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است، چون به این پرسش بنیادی می‌انجامد که : وظیفة فیزیک چیست و دستاوردهای آن کدامند؟ اگر ادعا کنیم که هدف فیزیک کشف قانونها ی حاکم بر رابطة میان رویدادهای واقعی طبیعت است ، پس[مقوله] علیت بخشی از فیزیک محسوب میشود، و کنار نهادن عامدانة آن قاعدتاً شبهاتی پدید می‌اورد.
نخست باید ملاحظه کرد که اعتبار قانونهای آماری تماماً با علیت محض انطباق دارد. از فیزیک کلاسیک نمونه‌های متعددی می‌شود ذکر کرد. مثلاً می‌شود فشار یک گاز بر دیوارة ظرف محتوای آنرا برخورد نامنظم مولکول‌های متعدد گاز که در همة جهات در پروازند تبیین کرداما این تبیین برابر با پذیرش آن است که برخورد هریک از مولکول‌ها با دیگری یا بر دیوارة ظرف از قانونی پیروی میکند و بنابراین کاملاً تابع علیت است. ممکن است اعتراض شود که یک علیت محض را فقط در صورتی می‌توان قاطعانه اثبات نمود که بتوان جریان کامل رویداد را پیش بینی کرد؛ و نیز ممکن است این ایراد را نیز بیفزایند که حرکت هیچ مولکول منفردی را نظارت و مهار کند. در برابر این خرده‌گیری پاسخ ما آن است که [اصولاً] پیش بینی کاملا دقیق هیچ رویداد طبیعی هرگز امکان ندارد، به طوری که اعتبار قانون علیت هیچگاه نمیتواند با هیچ تجربة بی واسطه و دقیق به اثبات برسد، چون هر اندازه‌گیری، ولو دقیق، ناچار حاوی خطاهایی در مشاهده است.منتهی به رغم این امر، هم نتیجة اندازه‌گیری و هم خطاهای فردی مشاهده، به علل معینی نسبت داده میشوند. وقتی به تماشای امواجی که به ساحل می‌خورند و می‌شکنند می‌پردازیم، حق داریم احساس اطمینان کنیم که حرکت هر موج تابع قانون علی دقیق است،گرچه هرگز نمی‌توانیم امیدوار باشیم فراز و فرود آنرا دنبال کنیم چه برسد به محاسبة پیشاپیش آن.
دربارة همین نکته است که رابطة عدم قطعیت پیش نهاده شده است. تا وقتی فیزیک کلاسیک رواج داشت، امیدوار بودکه خطاهای پرهیزناپذیر مشاهده بتوانند در حد مفروضی، از طریق بهبود فزایندة صحت و دقت ابزارها، کاهش یابند. اما این امید با کشف کوانتوم پلانک نقش بر آب شد، زیرا کوانتوم پلانک حد ثابتی از دقت را که میتوان به آن دست یافت هدف خود قرار دادکه در محدودة این هدف، علیت جایی ندارد بلکه فقط تردید و امکان مطرح است.
ما قبلا پاسخی برای این اعتراض آماده کرده ایم. علت اینکه چرا اندازه‌گیریهای فیزیک اتمی دقیق نیستند، لزوماً نیازی به پی جویی شکست علیت ندارد؛بلکه ممکن است ناشی از ضابطه بندی مفاهیم نادرست و از این رو مربوط به طرح پرسش‌های نامناسب نیز باشد.
دقیقا تاًثیر متقابل میان اندازه‌گیری و رویداد واقعی است که ما را قادر می‌سازد را بطة عدم قطعیت را دست کم تا حدی دریابیم. بنایراین دیدگاه، ما حرکت یک الکترون را بیش از آنچه مثلاً بتوانیم یک تصویر رنگی را که ابعادش کوچکتر از طول موج رنگ آن هستندببینیم،نمی‌توانیم دنبال کنیم.
براستی این امید را باید بی معنا تلقی کنیم که ممکن است سرانجام روزی عدم صحت اندازه‌گیری‌های فیزیکی را از طریق بهبود ابزار به طور نامحدود کاهش داد. با این حال وجود یک محدودة عینی نظیر کوانتوم پلانک، نشانة مسلمی است در این که قانون شگفتی در کار است که بی گمان هیچ ربطی به آمار ندارد. نظیر کوانتوم پلانک، هر ثابت اولیة دیگر، مثلاً بار یا جرم الکترون، دارای اندازة واقعی معینی است؛ و کاملاً پوچ می‌نماید که یک عدم دقت اساسی خاصی به این ثابت‌های عمومی نسبت دهیم، چنانکه کسانی که به انکار علیت می‌پردازند اگر مایل باشند که منطقی و استوار باقی بمانند.، قائدتاً باید چنین کنند.
این واقعیت که یک حدی از دقت اندازه‌گیری‌ها در فیزیک اتمی وجود دارد، وقتی بیشتر قابل درک میشود که ملاحظه کنیم خود ابزار ها مبتنی بر اتم‌ها هستند و اینکه دقت هرگونه ابزار اندازه‌گیری به وسیلة حساسیت خاص خویش محدود میشود. یک قپان قادر به توزین میلیگرم نیست.
حال چه می‌توانیم بکنیم اگر بهتربن ابزاری که داریم یک قپان باشد و هیچ امیدی هم نباشد که به دقت بیشتری دست یابیم؟ آیا بهتر نیست از امید کسب وزن‌های دقیق چشم بپوشیم و به جای ادامة کوششی که حل آن با اندازه‌گیری مستقیم ممکن نیست، اعلام کنیم که اندازه‌گیری میلیگرم بی معناست؟ این استدلال اهمیت نظریه را دست کم میگیرد؛ زیرا نظریه از مسیری که پیش بینی آن به طرز پیش ذهنی امکان ندارد، ما را از اندازه‌گیری مستقیم فراتر می‌برد، و از طریق تجربیات به اصطلاح عقلی، ما را از عیوب ابزار های کنونی بسیار رهایی می‌بخشد.
سخت نامعقول است قائل شویم که همیت یک تجربة ذهنی فقط به میزان کنترل آن توسط اندازه‌گیری بستگی دارد؛ زیرا اگر چنین بود، هیچ‌گونه برهان هندسی دقیق نمیتوانست وجود داشته باشد. خطی که به روی کاغذ کشیده می‌شود، واقعاً یک خط نیست، بلکه تقریباً یک نوار باریک است، و یک نقطه در واقع چیزی جز یک لکة کوچکتر یا بزرگتر نیست. با این حال هیچکس تردیدی ندارد که ساختمان های هندسی فراوردة برهان استواری هستند.
تجربة عقلانی ، ذهن پژوهنده را به فراسوی زبان و فراسوی ابزارهای اندازه‌گیری موجود می‌کشاند و او را قادر می‌سازد تا فرضیه هایی بسازد و پرسش‌هایی پیش نهد تا هنگام بازرسی به وسیلة تجربة واقعی قادر شود قانون‌های تازه ای را، حتی وقتی قابل اندازه‌گیری مستقیم نباشند، بشناسد. یک تجربة ذهنی نه با حدود دقت و صحت رابطه‌ای دارد (زیرا اندیشه ها نافذتر از اتم‌ها و الکترون‌ها هستند) و نه به هیچ وجه خطر آن هست که رویداد مورد اندازه‌گیری از ابزار اندازه‌گیری تاثیر بپذیرد. یک تجربة ذهنی برای کامیابی خود فقط یک شرط لازم دارد که عبارت است از پذیرش اعتبار هر قانون غیر متناقضی با خویش که حاکم بر روابط رویدادهای مورد مشاهده است. نمی‌توانیم امیدوار باشیم چیزی را بیابیم که فرض کرده ایم وجود ندارد.