پس از مکتبهای فلسفی ایام باستان، از عصر رنسانس به بعد مکتبها دقیقاً به سوی علوم طبیعت چرخیدند. در قرن نوزدهم و قرن بیستم در همه ی رشته های علمی مکتبهایی تشکیل شد.
فیزیک ریزترین اجسامی که در طبیعت می شناسیم ــ ملکولها، اتمها، هسته ها و ذرات بنیادی ــ که آن را میکروفیزیک می نامند، ما را به نظریه ها و به مفاهیم جدیدی هدایت کرده است که در مکتبهای فیزیک، مثل مکتب مونیخ یا مکتب گوتینگن پرورده شده اند. از پرارج ترین این مکتبها، مکتب نیلس بور در کپنهاگ بوده است. شماری از همکاران و دوستان این دانشمند، خاطراتشان را به رشته تحریر درآورده اند که خواندن آنها بسیار جذاب است.
نیلس بور در سال 1855 متولد شد؛ پدرش استاد فیزیولژی در دانشگاه بود. نیلس جوان پس از دفاع از تز خود به کمبریج نزد جی. جی. تامسون رفت، اما سرخورده از استقبال سردی که از او شد، در 1912 راهی منچستر شد و به راترفورد پیوست که به تازگی هسته ی اتم را کشف کرده بود. بور بزودی پی برد که این کشف اجازه می دهد پدیده های رادیواکتیویته را که در هسته جا دارند از فرایندهای شیمیایی که به قشر الکترونها مربوط می شوند، جدا کرد. او بر این مبنا و با استفاده از نظریه ی کوانتومی ماکس پلانک در سال 1913 مدل تازه ای برای ساختمان اتم ارائه داد که به اتم بور معروف است. این مدل را دو سال بعد آرنولد زومرفلد (1) تکمیل کرد. در سال 1916، بور استاد فیزیک نظری دانشگاه کپنهاگ می شود. او به کار بسط مدل خود ادامه می دهد و آنچه را که اصل همخوانی (2) می نامد بیان می کند. به موجب این اصل، مدل کوانتومی با ساختارهای ریزترین ذرات که انرژی نسبتاً زیادی دارند همخوانی دارد، وقتی که ابعاد دستگاه افزایش می یابد، یا وقتی که انرژیها ضعیف تر و اعداد کوانتومی خیلی بزرگ می شوند، با قواعد مکانیک کلاسیک همخوانی دارد. بور، به اتفاق همکارش هندریک کرامرس (3)، از این اصل همخوانی بری توضیح پاره ای «قواعد گزینش (4)» که در طیفهای اتمی مشاهده شده است، استفاده کرد.
در پی بازتابهای نتایج پژوهشهای اولیه ی بور در محافل علمی دنیا، دانشمند دانمارکی از کمک مالی برای تأسیس یک انستیتو فیزیک نظری برخوردار شد، که در سال 1921 گشایش یافت. سال بعد، برمبنای مطالعات نظری بور بر روی طبقه بندی تناوبی عناصر، که پیشگویی می کرد که عنصر هنوز ناشناخته ی 72 عنصری شبیه زیرکونیوم (5) است و نه یک کانی کمیاب، جورج دوهِوسی (6) و دیرک کوستر (7) در کپنهاگ عنصر هافنیوم (8) را با چنین خواص پیش بینی شده ای کشف می کنند. در همان سال (1922) نیلس بور، جایزه ی نوبل در فیزیک را دریافت می کند.
همین که انستیتو فیزیک نظری کپنهاگ کارش را شروع کرد، امکانات مالی برای دعوت از فیزیکدانهای خارجی در اختیار بور گذاشته شد تا بتواند آنها را برای دوره های کم وبیش طولانی به همکاری دعوت کند. او پراستعدادترین جوانان آن دوره را که در جریان مسافرتهایش ملاقات می کرد برای کار و پژوهش به کپنهاگ دعوت می کرد.
در ژوئن همین سال 1992، بور در شهر قدیمی دانشگاهی گوتینگن در آلمان، که چند تن فیزیکدان و ریاضیدان پرآوازه در آنجا کار می کردند، یک رشته کنفرانس داد. این کنفرانسها بازتاب بزرگی داشت، که بعداً آنها را «فستیوال بور» نامیدند. او از نظریه ی جدیدش درباره ی اتمها و از مسائلی که هنوز حل نشده اند صحبت کرد. در جمع شنوندگان، وِرنر هایزنبرگ (9) جوان بیست ساله و شاگرد آرنولد زومرفلد، فردریش هوند (10) و ولفگانگ پائولی حضور داشتند. پائولی با نگارش مقاله ای درباره ی نظریه ی نسبیّت، شهرتی به هم زده بود. در جریان گفت وشنودها، هایزنبرگ نکته ی جالبی مطرح می کند. در پایان کنفرانس، بور به هایزنبرگ نزدیک می شود و به او پیشنهاد می کند با هم قدم بزنند. ضمن گفت وگو دانشمند دانمارکی از هایزنبرگ جوان دعوت می کند که چندی در کپنهاگ اقامت کند.
از این زمان است که تفکر درباره ی نظریه ی کوانتومی و تفسیرش به طرزی مستمر و عمیق پیگیری می شود. برمبنای این مباحثات مشترک، هایزنبرگ قوانین ریاضی مکانیک کوانتومی را که به ماتریس معروف است، شرح و بسط می دهد.
در این مکانیک جدید (کوانتومی) برخی از مفاهیم، نظیر مفهوم مدار دقیق یک الکترون در یک اتم، بی معنا هستند، زیرا نمی توان آن را اندازه گرفت. برای نظریه، تنها آن چیزهایی محل استناد است که «قابل مشاهده اند» و تجربه، اندازه گیریشان را ممکن می سازد. به نوشته ی هایزنبرگ، برای بور، در آن ایام، تعریف فیزیکی پدیده ها مقدم بر تدوین قوانین ریاضی آنها بود. بور برای تفسیر فیزیکی مقادیر ریاضی اهمیت اساسی قائل بود. منتها اولویّت را به توضیح فیزیکی پدیده ها می داد. درک او از ساختار یک نظریه، نتیجه ی ریاضی و فرضیه های آغازین نبود، بلکه از تفکری پرمایه درباره ی پدیده ی واقعی نشئت می گرفت؛ به قسمی که می توانست به شیوه ای مکاشفه ای و نه از راه استنتاج منطقی، روابط را احساس کند. هایزنبرگ پیش از آنکه نظریه هایش را منتشر کند، مدتی طولانی درباره ی مفاهیم تازه ای که وارد می کرد و نیز درباره ی بیان ریاضی آنها با بور بحث کرد.
امواج نوری، همان طور که تجربه های زیادی آن را نشان می داد، دارای خواص ذره ای (تنیزه ای (11)) بودند. این دوگانگی موج ــ ذرّه، یکی از اصول اساسی میکروفیزیک را تشکیل می داد. آلبرت اینشتین آن را درباره ی نور ثابت کرده بود. لویی دوبروی (12) در 1924 در مقابل، فرض کرد که ذرات دارای جرم، مثل الکترونها، باید خواص موجی داشته باشند. چندی بعد، اروین شرودینگر (13) نظریه ی مکانیک موجی خود را تدوین و ثابت کرد که مکانیک موجی از لحاظ ریاضی معادل مکانیک کوانتومی هایزنبرگ است. با وجود این، هنوز مسائل جدّی حل نشده ای باقی بود وبور از شرودینگر دعوت کرد که در سپتامبر1926 به کپنهاک بیاید. هایزنبرگ روایت می کند که بحثها فوق العاده حاد بود و بور هیچ نکته ی مبهمی را درباره ی نظریه ی جدیدی نمی پذیرفت. در این بین، شرودینگر بیمار شد و بدون آنکه بحثها به توافقی برسد، کپنهاگ را ترک کرد.
چنان که ملاحظه خواهید کرد. رسیدن به تفاهم و به وحدت نظر، آسان نبوده است. فیزیکدان انگلیسی پل آدرین موریس دیراک (14) موفق شد نظریه را با فرمول نسبیت بیان کند. سرانجام در سال 1932 جایزه ی نوبل در فیزیک به هایزنبرگ و سال بعد به شرودینگر و دیراک اعطا شد.
از همان اولین مطالعات روی رادیواکتیویته، شمارش آماری ابتدا تلویحی سپس آشکارا مورد استفاده قرار گرفت. قانون کاهش رادیواکتیویته و مفهوم دوره که دوشنبه عصر از آنها صحبت شد، ماهیت آماری دارند. نسبت معین هسته های موجود، برحسب واحد زمان، فروپاشیده می شود؛ اتمها همه مثل هم هستند و از یکدیگر قابل تشخیص نیستند، با این حال، برخی از اتمها بلافاصله فروپاشیده می شوند و بقیه خیلی دیرتر فروپاشیده خواهند شد: این، یک مسئله ی ناب احتمال است. در نتیجه ی پیگیری معلوم شد که بسیاری از پدیده های اتمی از قوانین آماری تبعیت می کنند. تفسیر این قوانین آماری ابتدا مسائل دشواری را مطرح می کرد. بور و همکارانش به این نتیجه رسیدند که همه ی مقادیر فیزیکی در سطح اتمی دارای مشخصات آماری هستند.
ماکس بورن (15) در 1926 در گوتینگن نشان داد که مربع تابع موج، که شرودینگر بیان کرده بود، مبیّن احتمال حضور ذره در هر مکان است.
در آغاز سال 1927 هایزنبرگ، که آن وقت در کپنهاگ اقامت داشت، اصل عدم قطعیت (16) خود را بیان کرد ــ که گاهی آن را اصل عدم تعیّن می نامند ــ که به موجب آن، همزمان نمی توان مکان و سرعت یک ذره را با دقت قطعی مشخص کرد، یا اینکه همزمان نمی توان مقدار انرژی و اندازه ی حرکت یک رویداد اتمی را تعیین کرد. به زبان دقیق تر، میان عدم قطعیتهایی که می توان در دو کمیت از این کمیتهای مزدوج به دست آورد، رابطه ای وجود دارد. مثلاً، اگر بتوان با دقت، سرعت یک ذره را تعیین کرد، مکان آن را جز به تقریب نمی توان معلوم کرد. حاصلضرب دو عدم قطعیت، مساوی است با ثابت پلانک (h) تقسیم بر π2، که البته مقدار بسیار کوچکی است. یک نوار پرتو ایکس که از یک اتم گسیل می شود، یک پهنای ذاتی انرژی دارد؛ به موجب روابط عدم قطعیت، مقداری نوسان درباره ی لحظه دقیق گسیل فوتونهای ایکس که نوار را تشکیل می دهند با آن متناظر است؛ پهنای انرژی و طول عمر حالت متناظر با آن، هر دو قابل اندازه گیری هستند. مثلاً، یک نوار با پهنای انرژی دو سوم از یک هزارم الکترون ولت (یک الکترون ولت، واحد اندازه گیری انرژی در فیزیک هسته ای برابر است با مقدار انرژی که یک الکترون در عبور از یک اختلاف پتانسیل، یک ولت می گیرد) با طول عمر یک میلیونیم میلیونیم ثانیه متناظر است.
(توضیح تصویر): نیلس بور با هایزنبرگ: «بله، بله، هایزنبرگ، اما...» کپنهاگ 1934
بور نظریاتش را در 1927 ابتدا در کنفرانس کوم (20) (ایتالیا)، سپس در بروکسل در کنفرانس سولوِی (21) مطرح کرد. مناظره ای به یادماندنی با اینشتین درگرفت. اینشتین قبول نداشت که اصولاً مشاهده و تعیین همه ی وقایع جزئی لازم برای توصیف کامل یک فرایند فیزیکی، ناممکن باشد. برای او روابط آماری، دستگاه خیلی پیچیده ای است که همه ی خصوصیات آن هنوز کاملاً شناخته نشده است. در نظر بور، این روابط، خاصیت ذاتی فرایندهای اتمی بودند و علت آماری، جانشین علیّت جبری شده بود. اینشتین قبول نمی کرد که علیّت پدیده های فیزیکی، محدود به قانون احتمال شود، و عدم قطعیت ذاتی، حتی محدودش را قبول نداشت. از این لحاظ، به نظر او مکانیک کوانتومی، یک نظریه ی کامل نبود؛ در آن، وقایع و قوانینی بنیادی وجود دارد که هنوز شناخته نشده اند.
به هنگام کنفرانس سولوِی، مباحثه ها معمولاً از سر میز صبحانه شروع می شد. اینشتین یک ایده ی تجربی را که به قوه ی تفکر می شد تخیّل کرد و به رغم او، اصل عدم قطعیت را نفی می کرد، ارائه می داد. در طول روز، بور همراه با هایزنبرگ و شاگردان دیگرش درباره ی مسئله می اندیشید و شب هنگام، سرمیز شام، برای اینشتین ثابت می کرد که ایده ی تجربی او اصل عدم قطعیت را متزلزل نمی کند. اینشتین کمی به فکر فرومی رفت، اما صبح فردا سرمیز صبحانه یک ایده ی تجربی کامل تر مطرح می کرد و این بار نوبت بور بود که آن را تجزیه و تحلیل و شامگاه رد کند. اینشتین عادت داشت بگوید؛ «خدا طاس نمی اندازد.» در پاسخ به او، بور درمی آمد و می گفت: «ما نمی توانیم به خدا بگوییم دنیا را چگونه اداره کند.»
مباحثه های بور و اینشتین چندسال دیگر هم ادامه یافت و پس از چندی به موضوع مشاهده گرو ابزار اندازه گیری کشانده شد. اینشتین معتقد بود پدیده های فیزیکی قابلیت آن را دارند که به طور کامل و جدا از مشاهده گر، اندازه گیری شوند. بور عقیده داشت که واقعیت اتمی، فراتر از ادراک متعارف ماست. اتمِ ریز در مقیاس فهم انسانی نیست و ما نمی توانیم بدون تغییر دادن کمیّتهای کلاسیک که معمولاً به کار می بریم به تصور درستی از آن نائل شویم. با این همه، ما ناگزیریم با ابزارها ماکروسکوپی، فرایندهای اتمی را مشاهده کنیم و نتایج اندازه گریها را با اصطلاحات کلاسیک بیان کنیم. از بر هم کنشیِ ابزارهای اندازه گیری کلان با میکرو ــ شیء (چیز بی نهایت خرد)، عدم قطعیت حاصل می گردد؛ چرا که این دو را نمی توان جدا از یکدیگر ملاحظه کرد. بور نتیجه می گرفت که آن دو یک کل تجزیه ناپذیر را تشکیل می دهند؛ نتایجی را که در شرایط تجربی متفاوت به دست می آیند باید مکمل یکدیگر دانست.
فیزیکدان دانمارکی در برابر نخستین دشواریهای تفسیر نظریه ی دیراک، که وجود الکترونهای مثبت را پیشگویی می کرد، و در برابر معمای گسیل طیف پیوسته ی الکترونها در رادیواکتیویته ی بتا، لحظه ای به فکر افتاد که می بایست «اصل بقای انرژی» را رها کند. با وجود این، او پس از اثبات تجربی الکترون مثبت و دخیل کردن نوترینو برای توضیح وجود طیف پیوسته، از این عقیده اش برگشت و طی کنفرانسی اعلام کرد: «ما تا در مسئله ای تناقضاتی نیابیم، هیچ چیزی از آن نخواهیم فهمید».
بور فکر می کرد که «اصل مکمل بودن» او در سایر رشته های علمی، مثل زیست شناسی، روان شناسی و زبان شناسی هم مصداق دارد. روزی، دانشجویی از او پرسید، واژه ی مکمل حقیقت چه می تواند باشد؟ و بور در پاسخ گفت «وضوح». اگر بخواهیم مطالبی را خیلی واضح شرح بدهیم ناگزیر خواهیم بود که آن را ساده کنیم و همین ساده کردن، ما را از حقیقت محض دور خواهد کرد. بور شخصاً می خواست به قدری کلامش دقیق و به حقیقت در تمامی وجوهش نزدیک باشد که فهمیدن سخنانش گاهی بسیار دشوار می شد.
در 1932 دوره ی جدیدی از زندگی بور آغاز می شود؛ او با خانواده اش در خانه ی مجللی که بنیاد کارلسبرگ (22) مدام العمر در اختیار شهروند عالیمقام دانمارک گذاشته بود، سکونت می کند. در طول این سالها، شماری از فیزیکدانان برجسته ی دنیا برای اقامت کوتاه و بلندمدت به انستیتو فیزیک نظری کپنهاگ دعوت می شوند. نیلس بور بالئون روزنفلد (23) جوان در موضوع الکترودینامیک کوانتومی کار می کند. از 1933 او تعداد زیادی از فیزیکدانان را که از آلمان هیتلری و از اروپای مرکزی گریخته بودند، استقبال می کند.
بور خیلی زود به اهمیت کشف نوترون پی برد. او که متقاعد شده بود اتم منحصراً از ذرات جرم دار، پروتونها و نوترونها تشکیل شده است، بلافاصله دریافت که می توان از مدلهایی ــ با کمک گرفتن از تصویرهای نیمه کلاسیک ــ برای تشریح ساختار هسته و واکنشهای آن استفاده کرد. او به اتفاق همکاران و شاگردانش در انستیتو کپنهاگ مطالعاتش را روی فیزیک هسته ای متمرکز کرد. او با ف. کالکار (24)، روی نظریه ی واکنشهای هسته ای کار می کرد؛ برای این منظور او مدل هسته ی مرکب را طرح کرد: یک ذره ی سنگین در هسته نفوذ می کند، انرژیش را با همه ی ذرات تشکیل دهنده ی هسته تقسیم می کند، و هسته فراموش می کند که چگونه ترکیبی داشته است و هنگام که انرژی لازم به طور تصادفی به این یا آن پروتون یا نوترون می رسد، هسته فروپاشیده می شود.
(توضیح تصویر): آلبرت اینشتین و نیلس بور در حال رفتن به یکی از اجتماعات کنفرانس سولوی در بروکسل (1927).
(توضیح تصویر): تصویری که نیلس بور از مدل هسته ی مرکب ارائه داده است (مجله ی علم، 20 اوت 1937).
در انستیتو کپنهاگ، یک بخش فیزیک تجربی ایجاد می شود. بور مدل قطره ی مایع برای هسته را توسعه می دهد. درپی کشف شکافت هسته ی اورانیوم در اواخر 1938 در برلین به توسط اوتوهان و فریتس اشتراسمان (25)، نیلس بور خبرش را که از اوتو روبرت فریش (26) شنیده بود، به ایالات متحده ی آمریکا می برد. او در پرینستون با همکاری جان آرچیبالدویلر (27) پدیده ی شکافت هسته را با استفاده از مدل قطره ای تبیین و ثابت می کند که ایزوتوپ کمتر اورانیوم 235 تحت کنش نوترونهای کُند، علت شکافت هسته است. بور به دانمارک بازمی گردد. میهنش در 1940 به تصرف آلمانیها درمی آید. او در سالهای اول اشغال در کپنهاگ به سر می برد تا اینکه احساس خطر می کند و با یک کشتی کوچک ماهیگیری به سوئد می گریزد.
بور خودش را از سوئد به انگلستان و از آنجا به ایالات متحده ی آمریکا می رساند. او در این ایّام به شدت نگران خطرات استفاده از بمبهای اتمی و مسابقات تسلیحاتی بود که می شد برای بعد از جنگ پیش بینی کرد و پس فردا داستان آن برایتان روایت خواهد شد.
نیلس بور از مدافعان «دنیای باز» و همکاری بین المللی بود. پس از جنگ. «مؤسسه ی» او در کپنهاگ محل آمد و رفت دانشمندان جوان و نوپا شد. او مشاور دولت دانمارک در امور انرژی هسته ای بود. به توصیه ی او مراکز پژوهشی جدید تأسیس شد. دلبستگیش به همکاری بین المللی او را در ردیف مؤسسان «مرکز اروپایی تحقیقات هسته ای» درآورد، و بخش فیزیک نظری آن قبل از انتقال به محل دائمی «مرکز» در ژنو، در کپنهاگ استقرار یافت.
در یک بعدازظهر نوامبر1962، مرگ، تلاش خستگی ناپذیر او را ناتمام گذاشت.
فیزیک ریزترین اجسامی که در طبیعت می شناسیم ــ ملکولها، اتمها، هسته ها و ذرات بنیادی ــ که آن را میکروفیزیک می نامند، ما را به نظریه ها و به مفاهیم جدیدی هدایت کرده است که در مکتبهای فیزیک، مثل مکتب مونیخ یا مکتب گوتینگن پرورده شده اند. از پرارج ترین این مکتبها، مکتب نیلس بور در کپنهاگ بوده است. شماری از همکاران و دوستان این دانشمند، خاطراتشان را به رشته تحریر درآورده اند که خواندن آنها بسیار جذاب است.
نیلس بور در سال 1855 متولد شد؛ پدرش استاد فیزیولژی در دانشگاه بود. نیلس جوان پس از دفاع از تز خود به کمبریج نزد جی. جی. تامسون رفت، اما سرخورده از استقبال سردی که از او شد، در 1912 راهی منچستر شد و به راترفورد پیوست که به تازگی هسته ی اتم را کشف کرده بود. بور بزودی پی برد که این کشف اجازه می دهد پدیده های رادیواکتیویته را که در هسته جا دارند از فرایندهای شیمیایی که به قشر الکترونها مربوط می شوند، جدا کرد. او بر این مبنا و با استفاده از نظریه ی کوانتومی ماکس پلانک در سال 1913 مدل تازه ای برای ساختمان اتم ارائه داد که به اتم بور معروف است. این مدل را دو سال بعد آرنولد زومرفلد (1) تکمیل کرد. در سال 1916، بور استاد فیزیک نظری دانشگاه کپنهاگ می شود. او به کار بسط مدل خود ادامه می دهد و آنچه را که اصل همخوانی (2) می نامد بیان می کند. به موجب این اصل، مدل کوانتومی با ساختارهای ریزترین ذرات که انرژی نسبتاً زیادی دارند همخوانی دارد، وقتی که ابعاد دستگاه افزایش می یابد، یا وقتی که انرژیها ضعیف تر و اعداد کوانتومی خیلی بزرگ می شوند، با قواعد مکانیک کلاسیک همخوانی دارد. بور، به اتفاق همکارش هندریک کرامرس (3)، از این اصل همخوانی بری توضیح پاره ای «قواعد گزینش (4)» که در طیفهای اتمی مشاهده شده است، استفاده کرد.
در پی بازتابهای نتایج پژوهشهای اولیه ی بور در محافل علمی دنیا، دانشمند دانمارکی از کمک مالی برای تأسیس یک انستیتو فیزیک نظری برخوردار شد، که در سال 1921 گشایش یافت. سال بعد، برمبنای مطالعات نظری بور بر روی طبقه بندی تناوبی عناصر، که پیشگویی می کرد که عنصر هنوز ناشناخته ی 72 عنصری شبیه زیرکونیوم (5) است و نه یک کانی کمیاب، جورج دوهِوسی (6) و دیرک کوستر (7) در کپنهاگ عنصر هافنیوم (8) را با چنین خواص پیش بینی شده ای کشف می کنند. در همان سال (1922) نیلس بور، جایزه ی نوبل در فیزیک را دریافت می کند.
همین که انستیتو فیزیک نظری کپنهاگ کارش را شروع کرد، امکانات مالی برای دعوت از فیزیکدانهای خارجی در اختیار بور گذاشته شد تا بتواند آنها را برای دوره های کم وبیش طولانی به همکاری دعوت کند. او پراستعدادترین جوانان آن دوره را که در جریان مسافرتهایش ملاقات می کرد برای کار و پژوهش به کپنهاگ دعوت می کرد.
در ژوئن همین سال 1992، بور در شهر قدیمی دانشگاهی گوتینگن در آلمان، که چند تن فیزیکدان و ریاضیدان پرآوازه در آنجا کار می کردند، یک رشته کنفرانس داد. این کنفرانسها بازتاب بزرگی داشت، که بعداً آنها را «فستیوال بور» نامیدند. او از نظریه ی جدیدش درباره ی اتمها و از مسائلی که هنوز حل نشده اند صحبت کرد. در جمع شنوندگان، وِرنر هایزنبرگ (9) جوان بیست ساله و شاگرد آرنولد زومرفلد، فردریش هوند (10) و ولفگانگ پائولی حضور داشتند. پائولی با نگارش مقاله ای درباره ی نظریه ی نسبیّت، شهرتی به هم زده بود. در جریان گفت وشنودها، هایزنبرگ نکته ی جالبی مطرح می کند. در پایان کنفرانس، بور به هایزنبرگ نزدیک می شود و به او پیشنهاد می کند با هم قدم بزنند. ضمن گفت وگو دانشمند دانمارکی از هایزنبرگ جوان دعوت می کند که چندی در کپنهاگ اقامت کند.
در این مکانیک جدید (کوانتومی) برخی از مفاهیم، نظیر مفهوم مدار دقیق یک الکترون در یک اتم، بی معنا هستند، زیرا نمی توان آن را اندازه گرفت. برای نظریه، تنها آن چیزهایی محل استناد است که «قابل مشاهده اند» و تجربه، اندازه گیریشان را ممکن می سازد. به نوشته ی هایزنبرگ، برای بور، در آن ایام، تعریف فیزیکی پدیده ها مقدم بر تدوین قوانین ریاضی آنها بود. بور برای تفسیر فیزیکی مقادیر ریاضی اهمیت اساسی قائل بود. منتها اولویّت را به توضیح فیزیکی پدیده ها می داد. درک او از ساختار یک نظریه، نتیجه ی ریاضی و فرضیه های آغازین نبود، بلکه از تفکری پرمایه درباره ی پدیده ی واقعی نشئت می گرفت؛ به قسمی که می توانست به شیوه ای مکاشفه ای و نه از راه استنتاج منطقی، روابط را احساس کند. هایزنبرگ پیش از آنکه نظریه هایش را منتشر کند، مدتی طولانی درباره ی مفاهیم تازه ای که وارد می کرد و نیز درباره ی بیان ریاضی آنها با بور بحث کرد.
امواج نوری، همان طور که تجربه های زیادی آن را نشان می داد، دارای خواص ذره ای (تنیزه ای (11)) بودند. این دوگانگی موج ــ ذرّه، یکی از اصول اساسی میکروفیزیک را تشکیل می داد. آلبرت اینشتین آن را درباره ی نور ثابت کرده بود. لویی دوبروی (12) در 1924 در مقابل، فرض کرد که ذرات دارای جرم، مثل الکترونها، باید خواص موجی داشته باشند. چندی بعد، اروین شرودینگر (13) نظریه ی مکانیک موجی خود را تدوین و ثابت کرد که مکانیک موجی از لحاظ ریاضی معادل مکانیک کوانتومی هایزنبرگ است. با وجود این، هنوز مسائل جدّی حل نشده ای باقی بود وبور از شرودینگر دعوت کرد که در سپتامبر1926 به کپنهاک بیاید. هایزنبرگ روایت می کند که بحثها فوق العاده حاد بود و بور هیچ نکته ی مبهمی را درباره ی نظریه ی جدیدی نمی پذیرفت. در این بین، شرودینگر بیمار شد و بدون آنکه بحثها به توافقی برسد، کپنهاگ را ترک کرد.
چنان که ملاحظه خواهید کرد. رسیدن به تفاهم و به وحدت نظر، آسان نبوده است. فیزیکدان انگلیسی پل آدرین موریس دیراک (14) موفق شد نظریه را با فرمول نسبیت بیان کند. سرانجام در سال 1932 جایزه ی نوبل در فیزیک به هایزنبرگ و سال بعد به شرودینگر و دیراک اعطا شد.
ماکس بورن (15) در 1926 در گوتینگن نشان داد که مربع تابع موج، که شرودینگر بیان کرده بود، مبیّن احتمال حضور ذره در هر مکان است.
در آغاز سال 1927 هایزنبرگ، که آن وقت در کپنهاگ اقامت داشت، اصل عدم قطعیت (16) خود را بیان کرد ــ که گاهی آن را اصل عدم تعیّن می نامند ــ که به موجب آن، همزمان نمی توان مکان و سرعت یک ذره را با دقت قطعی مشخص کرد، یا اینکه همزمان نمی توان مقدار انرژی و اندازه ی حرکت یک رویداد اتمی را تعیین کرد. به زبان دقیق تر، میان عدم قطعیتهایی که می توان در دو کمیت از این کمیتهای مزدوج به دست آورد، رابطه ای وجود دارد. مثلاً، اگر بتوان با دقت، سرعت یک ذره را تعیین کرد، مکان آن را جز به تقریب نمی توان معلوم کرد. حاصلضرب دو عدم قطعیت، مساوی است با ثابت پلانک (h) تقسیم بر π2، که البته مقدار بسیار کوچکی است. یک نوار پرتو ایکس که از یک اتم گسیل می شود، یک پهنای ذاتی انرژی دارد؛ به موجب روابط عدم قطعیت، مقداری نوسان درباره ی لحظه دقیق گسیل فوتونهای ایکس که نوار را تشکیل می دهند با آن متناظر است؛ پهنای انرژی و طول عمر حالت متناظر با آن، هر دو قابل اندازه گیری هستند. مثلاً، یک نوار با پهنای انرژی دو سوم از یک هزارم الکترون ولت (یک الکترون ولت، واحد اندازه گیری انرژی در فیزیک هسته ای برابر است با مقدار انرژی که یک الکترون در عبور از یک اختلاف پتانسیل، یک ولت می گیرد) با طول عمر یک میلیونیم میلیونیم ثانیه متناظر است.
(توضیح تصویر): نیلس بور با هایزنبرگ: «بله، بله، هایزنبرگ، اما...» کپنهاگ 1934
بور و هایزنبرگ مدتها از خود می پرسیدند چگونه می توان پدیده ای ساده مثل مسیر یک الکترون در یک اتاقک ابر (17) را با بیان ریاضی مکانیک کوانتومی تلفیق داد؟ اصل عدم قطعیت، پاسخ دادن به این پرسش را امکان پذیر می کرد: سرعت الکترون با دقتی کافی از راه اندازه گیری انحنایش در یک میدان مغناطیسی، معلوم شده بود. مکان الکترون در اتاقک ابر، به صورت تجربی تعیّن پذیر نیست مگر در حد قطره های ریزآبی که مسیر را مشخص می کند.
بور در همین ایام اصل مکمل بودن (18) خودش را تکمیل کرده بود که به موجب آن، کمیتّهای زوج وجود دارد که هر دو برای توصیف کامل پدیده ی اتمی ضرورت دارند، اما مشاهده و تعریف دقیق یکی از آنها مشاهده و تعریف دقیق دیگری را منتفی می سازد. برخی از کمیّتها همزمان قابل مشاهده نیستند. میان بور و هایزنبرگ با شرکت اُسکار کلاین (19) و ولفگانک پائولی بحثهای طولانی صورت گرفت تا به این نتیجه برسند که اصل عدم قطعیت که رابطه ی محدودیت دو جانبه را تشکیل می دهد، حالت خاصی از اصل عمومی مکمل بودن است: مکان و سرعت، مکمل یکدیگر بوده اند؛ همان طور که موج و ذرّه نیز مکمل بوده اند.بور نظریاتش را در 1927 ابتدا در کنفرانس کوم (20) (ایتالیا)، سپس در بروکسل در کنفرانس سولوِی (21) مطرح کرد. مناظره ای به یادماندنی با اینشتین درگرفت. اینشتین قبول نداشت که اصولاً مشاهده و تعیین همه ی وقایع جزئی لازم برای توصیف کامل یک فرایند فیزیکی، ناممکن باشد. برای او روابط آماری، دستگاه خیلی پیچیده ای است که همه ی خصوصیات آن هنوز کاملاً شناخته نشده است. در نظر بور، این روابط، خاصیت ذاتی فرایندهای اتمی بودند و علت آماری، جانشین علیّت جبری شده بود. اینشتین قبول نمی کرد که علیّت پدیده های فیزیکی، محدود به قانون احتمال شود، و عدم قطعیت ذاتی، حتی محدودش را قبول نداشت. از این لحاظ، به نظر او مکانیک کوانتومی، یک نظریه ی کامل نبود؛ در آن، وقایع و قوانینی بنیادی وجود دارد که هنوز شناخته نشده اند.
به هنگام کنفرانس سولوِی، مباحثه ها معمولاً از سر میز صبحانه شروع می شد. اینشتین یک ایده ی تجربی را که به قوه ی تفکر می شد تخیّل کرد و به رغم او، اصل عدم قطعیت را نفی می کرد، ارائه می داد. در طول روز، بور همراه با هایزنبرگ و شاگردان دیگرش درباره ی مسئله می اندیشید و شب هنگام، سرمیز شام، برای اینشتین ثابت می کرد که ایده ی تجربی او اصل عدم قطعیت را متزلزل نمی کند. اینشتین کمی به فکر فرومی رفت، اما صبح فردا سرمیز صبحانه یک ایده ی تجربی کامل تر مطرح می کرد و این بار نوبت بور بود که آن را تجزیه و تحلیل و شامگاه رد کند. اینشتین عادت داشت بگوید؛ «خدا طاس نمی اندازد.» در پاسخ به او، بور درمی آمد و می گفت: «ما نمی توانیم به خدا بگوییم دنیا را چگونه اداره کند.»
مباحثه های بور و اینشتین چندسال دیگر هم ادامه یافت و پس از چندی به موضوع مشاهده گرو ابزار اندازه گیری کشانده شد. اینشتین معتقد بود پدیده های فیزیکی قابلیت آن را دارند که به طور کامل و جدا از مشاهده گر، اندازه گیری شوند. بور عقیده داشت که واقعیت اتمی، فراتر از ادراک متعارف ماست. اتمِ ریز در مقیاس فهم انسانی نیست و ما نمی توانیم بدون تغییر دادن کمیّتهای کلاسیک که معمولاً به کار می بریم به تصور درستی از آن نائل شویم. با این همه، ما ناگزیریم با ابزارها ماکروسکوپی، فرایندهای اتمی را مشاهده کنیم و نتایج اندازه گریها را با اصطلاحات کلاسیک بیان کنیم. از بر هم کنشیِ ابزارهای اندازه گیری کلان با میکرو ــ شیء (چیز بی نهایت خرد)، عدم قطعیت حاصل می گردد؛ چرا که این دو را نمی توان جدا از یکدیگر ملاحظه کرد. بور نتیجه می گرفت که آن دو یک کل تجزیه ناپذیر را تشکیل می دهند؛ نتایجی را که در شرایط تجربی متفاوت به دست می آیند باید مکمل یکدیگر دانست.
فیزیکدان دانمارکی در برابر نخستین دشواریهای تفسیر نظریه ی دیراک، که وجود الکترونهای مثبت را پیشگویی می کرد، و در برابر معمای گسیل طیف پیوسته ی الکترونها در رادیواکتیویته ی بتا، لحظه ای به فکر افتاد که می بایست «اصل بقای انرژی» را رها کند. با وجود این، او پس از اثبات تجربی الکترون مثبت و دخیل کردن نوترینو برای توضیح وجود طیف پیوسته، از این عقیده اش برگشت و طی کنفرانسی اعلام کرد: «ما تا در مسئله ای تناقضاتی نیابیم، هیچ چیزی از آن نخواهیم فهمید».
بور فکر می کرد که «اصل مکمل بودن» او در سایر رشته های علمی، مثل زیست شناسی، روان شناسی و زبان شناسی هم مصداق دارد. روزی، دانشجویی از او پرسید، واژه ی مکمل حقیقت چه می تواند باشد؟ و بور در پاسخ گفت «وضوح». اگر بخواهیم مطالبی را خیلی واضح شرح بدهیم ناگزیر خواهیم بود که آن را ساده کنیم و همین ساده کردن، ما را از حقیقت محض دور خواهد کرد. بور شخصاً می خواست به قدری کلامش دقیق و به حقیقت در تمامی وجوهش نزدیک باشد که فهمیدن سخنانش گاهی بسیار دشوار می شد.
در 1932 دوره ی جدیدی از زندگی بور آغاز می شود؛ او با خانواده اش در خانه ی مجللی که بنیاد کارلسبرگ (22) مدام العمر در اختیار شهروند عالیمقام دانمارک گذاشته بود، سکونت می کند. در طول این سالها، شماری از فیزیکدانان برجسته ی دنیا برای اقامت کوتاه و بلندمدت به انستیتو فیزیک نظری کپنهاگ دعوت می شوند. نیلس بور بالئون روزنفلد (23) جوان در موضوع الکترودینامیک کوانتومی کار می کند. از 1933 او تعداد زیادی از فیزیکدانان را که از آلمان هیتلری و از اروپای مرکزی گریخته بودند، استقبال می کند.
بور خیلی زود به اهمیت کشف نوترون پی برد. او که متقاعد شده بود اتم منحصراً از ذرات جرم دار، پروتونها و نوترونها تشکیل شده است، بلافاصله دریافت که می توان از مدلهایی ــ با کمک گرفتن از تصویرهای نیمه کلاسیک ــ برای تشریح ساختار هسته و واکنشهای آن استفاده کرد. او به اتفاق همکاران و شاگردانش در انستیتو کپنهاگ مطالعاتش را روی فیزیک هسته ای متمرکز کرد. او با ف. کالکار (24)، روی نظریه ی واکنشهای هسته ای کار می کرد؛ برای این منظور او مدل هسته ی مرکب را طرح کرد: یک ذره ی سنگین در هسته نفوذ می کند، انرژیش را با همه ی ذرات تشکیل دهنده ی هسته تقسیم می کند، و هسته فراموش می کند که چگونه ترکیبی داشته است و هنگام که انرژی لازم به طور تصادفی به این یا آن پروتون یا نوترون می رسد، هسته فروپاشیده می شود.
(توضیح تصویر): تصویری که نیلس بور از مدل هسته ی مرکب ارائه داده است (مجله ی علم، 20 اوت 1937).
در انستیتو کپنهاگ، یک بخش فیزیک تجربی ایجاد می شود. بور مدل قطره ی مایع برای هسته را توسعه می دهد. درپی کشف شکافت هسته ی اورانیوم در اواخر 1938 در برلین به توسط اوتوهان و فریتس اشتراسمان (25)، نیلس بور خبرش را که از اوتو روبرت فریش (26) شنیده بود، به ایالات متحده ی آمریکا می برد. او در پرینستون با همکاری جان آرچیبالدویلر (27) پدیده ی شکافت هسته را با استفاده از مدل قطره ای تبیین و ثابت می کند که ایزوتوپ کمتر اورانیوم 235 تحت کنش نوترونهای کُند، علت شکافت هسته است. بور به دانمارک بازمی گردد. میهنش در 1940 به تصرف آلمانیها درمی آید. او در سالهای اول اشغال در کپنهاگ به سر می برد تا اینکه احساس خطر می کند و با یک کشتی کوچک ماهیگیری به سوئد می گریزد.
بور خودش را از سوئد به انگلستان و از آنجا به ایالات متحده ی آمریکا می رساند. او در این ایّام به شدت نگران خطرات استفاده از بمبهای اتمی و مسابقات تسلیحاتی بود که می شد برای بعد از جنگ پیش بینی کرد و پس فردا داستان آن برایتان روایت خواهد شد.
نیلس بور از مدافعان «دنیای باز» و همکاری بین المللی بود. پس از جنگ. «مؤسسه ی» او در کپنهاگ محل آمد و رفت دانشمندان جوان و نوپا شد. او مشاور دولت دانمارک در امور انرژی هسته ای بود. به توصیه ی او مراکز پژوهشی جدید تأسیس شد. دلبستگیش به همکاری بین المللی او را در ردیف مؤسسان «مرکز اروپایی تحقیقات هسته ای» درآورد، و بخش فیزیک نظری آن قبل از انتقال به محل دائمی «مرکز» در ژنو، در کپنهاگ استقرار یافت.
در یک بعدازظهر نوامبر1962، مرگ، تلاش خستگی ناپذیر او را ناتمام گذاشت.
پی نوشت ها :
1. Arnold Sommerfeld.
2. correspondence principle.
3. Hendrik Kramers.
4. selection rules.
5.zirconium.
6. Georg de Hevesy.
7. Dirk Coster.
8. hafniun.
9. Wener Heisenberg.
10. Friedrich Hund.
11.Corpuscular.
12. Louis de Broglie.
13. Erwin Schrodinger.
14. Paul A. M. Dirac.
15. Max Born.
16. uncertainty principle یا indeterminacy principle.
17. Wilson chamber.
18. complementarity principle.
19. Oskar Klein.
20. Come.
21. Conseil Solvay.
22. Carlsberg.
23. Leon Rosenfeld.
24.F. Kalckar.
25. F. Strassmann.
26. Otto R.Frisch.
27. Wheeler.
