دانشجویان فیزیک دانشگاه محقق اردبیلی

به تازگی روشی برای ساخت یک ماشین کوانتومی پیشنهاد شده است که در صورت وجود می‌تواند «نظریه چرچ تورینگ توسعه یافته» را رد کند.

به ندرت می توان درطول تاریخ علم دوره ای را یافت که این پایه از روشنگری توسط چنین جمع معدودی صورت پذیرفته باشد.
ماکس پلانگ را با کلاه و سیگارش در کنار ماری کوری در ردیف جلو بنگرید. پلانگ عاری از نشاط است، او سالها تلاش برای افکار انقلابی اش،دربارۀ مواد وتابش، خسته به نظر می آید.
انیشتن با لباس شق ورق در وسط در ردیف جلو نشسته است.در سمت راست عکس،پرفسور42 ساله ای به نام بور در اوج توانایی اش، آرام و مطمئن که در ردیف وسط نشسته است.
در ردیف آخر، پشت سر اینشتین اروین شرودینگر با ژاکت و پاپیون اش به وضوح فردی بی قید به نظر میرسد. در سمت راست او، و با یک فاصله دو جوان افراطی به نام ولفگانگ پائولی و ورنر هایزنبرگ قرار دارند که هنوز در دهه سوم عمرشان به سر قرار دارند.جلوی آنها پل دیراگ ،لویی دوبروی،ماکس بورن و بور قرار گرفته اند.
پیرترین آنها پلانگ69 ساله بود که همه این ماجراها را در سال1900 شروع کرد تا دیراک25 ساله که جوانترین آنها بود نظریه را در سال1928 کامل کند.
 

    جان دان، فردای نیک:

هر زیبایی که دیدم خواهانش شدم و بر آن دست یافتم، رویایی از تو بود.                                               

آيا مكانيك كوانتومي يك نظريه كامل است؟
نظریه کوانتوم چیست؟نظریه کوانتوم موفق ترین دستگاههای فکری است که تاکنون توسط بشر ابداع شده است. این نظریه، جدول تناوبی عناصر و چگونگی رخ دادن واکنش های شیمیایی را توضیح می دهد. نظریه کوانتوم همچنین پیشگویی های دقیقی درباره لیزر، میکروچیپ، پایداری DNA و چگونگی تشعشع ذرات آن از درون هسته، به دست داده است.

نظریاتی چند در این رابطه:

اینشتین:نظریه کوانتوم غیر شهودی است و عقل سلیم را به مبارزه می طلبد.                          

پائولی:اخیراْ مفاهیم آن به فلسفه شرقی شبیه شده اند و برای کاوش رازهای پنهان شعور، اراده آزاد و فراهنجار به کار می روند.  

شرودینگر:نظریه کوانتوم هرگز ناکام نشد.

پلانک:نظریه کوانتوم اساساْ ریاضی است. 

بورن:ساختار نظریه کوانتوم چشم انداز جهان فیزیکی را دگرگون ساخته است.

قرائت بور از نظریه کوانتوم که در سال1927 ارائه شد، امروزه نیز متداول است. این امر با وجود این است که آزمایش های فکری انیشتن درسال1930 اصول بنیادی قرائت بور را زیر سوال برد.
آیا ممکن است باز هم حق با انیشتن باشد؟ آیا چیزی نادیده گرفته شده؟
مكانيك كوانتومي به خوبي ما را در درك هرچه بهتر از ساختار وخواص اتمها ، مولكولها ، جامدات و رفتار ذرات زير اتمي ياري داده است و هداياي گرانقدري نيز به ما اعطا نمود ترانزيستور-ليزر-تلويزيون-كامپيوتر – ميكروسكوپ الكتروني – انرژي هسته‌اي و… 
همه و همه نتايج فيزيك كوانتومي است فيزيكي كه بر پايه عدم قطعيت، احتمال ، ميانگين و آمار بناشده است. نظريه كوانتومي كه توسط پلانك و اينشتين ساخته و پرداخته گرديد باسايه انداختن ديدگاه احتمال و عدم قطعيت برآن موجب نارضايتي و دلسردي اينشتين شد و راهش را از سايرين جدا كرد چراكه طرز فكري كه نسبيت‌‌ها از آن تراوش كرده بودنند اين اجازه را به اينشتين نمي‌داد كه جهان عيني و علّي را رها كند و درسايه ترديد و تزلزل در پي كشف حقايق عالم برآيد ولي شايد اينشتين درست انديشيده بود و اين بوهر وهمفكران او بودند كه در بكارگيري و تعميم اصل عدم قطعيت راه را به بيراهه رفتند. 
همان طور كه براي توجيه پديدهاي عالم ماكروسكوپي فيزيك كلاسيك به تنهايي ناقص و نارسا است شايد براي بررسي تمام جوانب عالم زير اتمي فيزيك كوانتومي نيز به تنهايي كافي نباشد و آنجا كه فيزيك كوانتومي دراندازه گيري همزمان تكانه و مكان ذره به بن بست مي‌رسد شايد براي رهايي از اين بن بست نمي‌بايست از اصل عدم قطعيت استفاده مي‌كرديم بلكه بايد مكانيك كوانتومي را كامل يا اصلاح مي‌نموديم يا با خلق روشهاي نوين در رفع اين معضل برمي‌آمديم وبدين گونه با تدوين نظريه‌اي جديد از اتهام طبيعت به سردرگمي و دو شخصيتي يك شخصيت علّي در توجيه وقوع رويدادهاي ماكروسكوپي و ديگري شخصيت غير قابل پيش‌‌بيني و غير قطعي در رويدادهاي زير اتمي  پرهيز مي‌كرديم.

ولي در حال حاضر فيزيك كوانتومي با سرعتي متحير كننده مسير ترقي و شكوفايي خود را مي‌پيمايد بي‌آنكه درجاده هموار خود با مشكل مواجه شود. و تا موقعي كه مشكلي ايجاد نشود( همانند مشكلات موجود در فيزيك كلاسيك كه زمينه را براي تولد نظريه‌هاي نسبيت و كوانتوم فراهم نمود) دانشمندان نيازي به خلق نظريه‌ائي جديد يا ايجاد تغييري درآن نمي‌بينند.
  
جنگ سی ساله نظریه کوانتوم در برابر فیزیک کلاسیک
سه تجربه در عصر پیش کوانتومی وجود داشت که نمی توان برای توجیه آن از فیزیک کلاسیک استفاده کرد.

1- تشعشع جسم سیاه و  فاجعه فرابنفش  کوانتوم(پلانک)    
2-  اثرفوتوالکتریک ذرات نور(انیشتن) 
3-خطوط روشن طیف نوری (اتم بور) 
این دانشمندان با ارائه راه حل هایشان نخستین قدمها را برای درک جدید طبیعت برداشتند. امروز کار مشترک این سه مرد که نقطه اوج آن مدل اتمی بور در سال 1913 بود، بعنوان نظریه قدیم کوانتومی شناخته می شود.   
 
تولد سه نظریه جدید کوانتومی
در طول 12 ماه از ژوئن 1925 تا ژوئن 1926 نه یک،نه دوتا بلکه سه طرح متفاوت و مستقل از نظریه کامل کوانتومی منتشر شد. که بعدها نشان داده شد که هرسه آنها معادل یکدیگر هستند. 

  اولین:مکانیک ماتریسی که توسط ورنر هایزنبرگ مطرح شد.

 دومین:مکانیک موجی که توسط اروین شرودینگر مطرح شد.

معرفت شناسی بور 

چنانکه گفتیم بور و هایزنبرگ در سال 1927 روی مسائل تعبیری مکانیک کوانتومی تا حدی به توافق رسیدند و همچنین کنفرانس سولوی مواضع آنان را مستحکم کرد و تعبیر آنها به عنوان تعبیر سنتی و یا تعبیر کپنهاگی مورد پذیرش اکثریت فیزیکدانان قرار گرفت. نکته ای که در اینجا تذکرش لازم است این است که تعبیر کپنهاگی یک تعبیر یگانه کاملا مشخص نیست و فیزیکدانان طراز اولی که این تعبیر را پذیرفتند همه اجزای آن را به یک درجه قبول نداشتند و بین آنها نیزحداقل از لحاظ الویتی که برای بعضی اصول قائل بودند اختلاف نظر بود. ما در اینجا عمدتا به طرح دیدگاه های معرفت شناختی بور می پردازیم و مقایسه این دیدگاه ها با دیدگاه سایر بنیانگذاران و مدافعان مکتب کپنهاگی را به  نوشتاری دیگر موکول میکنیم. ذیلا به ذکر اندیشه هایی که بور روی آنها تاکید داشت می- پردازیم.

اصل مکملیت

در مورد این اصل چند مطلب مطرح است که هر کدام را جداگانه بحث می کنیم:

 تعریف مکملیت

چنانکه گفتیم هدف بور یافتن یک اصل عام بود که بتواند به کمک آن پدیده های کوانتومی را توجیه کند. او در سال 1927 به چنین اصلی دست یافت و آن را برای اولین بار به طور رسمی در کنگره کومو مطرح کرد . در آنجا او این مساله را مطرح کرد که امکان ندارد بتوانیم تواما یک توصیف علـّی و یک توصیف زمانی-  مکانی از یک سیستم بدهیم و در واقع این دو توصیف مکمل و مانعة الجمع هستند. برای هر یک از این دو توصیف به تدارکات تجربی متفاوتی نیاز داریم.

بور در غالب سخنرانی های بعدی اش درباره مکملیت سخن گفت، اما هرگز تعریف صریحی از مکملیت ارائه نداد و همین امر باعث ابهامات زیادی شد.اینشتین در مقاله ای که در ژانویه 1949 نوشت چنین گفت" من علی رغم کوشش بسیاری که کرده ام نتوانسته ام به یک فرمولبندی دقیق از اصل مکملیت بور دست یابم." همچنین وایتسکر در مقاله ای که در سال 1955 به مناسبت هفتادمین سالگرد بور نوشت متذکر شد که برای نوشتن این مقاله به مقالات اولیه بور رجوع کرده و به این نتیجه رسیده است که در ظرف 25 سال گذشته منظور بور از مکملیت را اشتباه فهمیده بوده است.اما وقتی وایتسکر برداشت جدیدش از مکملیت را با بور مطرح می کند و می پرسد که آیا منظور وی را درست فهمیده است یا نه ، جواب بور منفی بوده است. ابهام در معنای مکملیت سبب شد که دیگران برداشتهای در تعریف این اصل به کار ببرند . مثلا پائولی در مقاله ای که در 1933 نوشت دو مفهومی را مکمل خواند که کاربرد یکی (مثلا مختصات) مستلزم طرد دیگری باشد. یعنی هر وسیله تجربی ای که برای اندازه گیری یکی از ایندو به کار رود با وسیله اندازه گیری مفهوم دیگر تداخل تخریبی داشته باشد. پس پائولی مکملیت را به دو مفهومی نسبت داد که به یک نحو توصیف کلاسیک ( مثلا تصویر ذره ای ) مربوط می شود، نه به دو توصیف مانعة الجمع. وایتسکر پیشنهاد کرد که باید میان مکملیت موازی و مکملیت دایره ای تمایز قائل شد. در مکملیت موازی با دو مفهوم مکمل سر و کار داریم که یا تنها در نظریه کوانتوم مانعةالجمع اند (مثل مختصات و اندازه حرکت ) و یا هم در نظریه کلاسیک ناسازگارند وهم در نظریه کوانتوم(مختصات و عدد موجی). در مکملیت دایره ای با دو توصیف مانعة الجمع سر و کار داریم. مثلا مکملیت توصیف زمانی- مکانی و توصیف علـّی  از نوع مکملیت دایره ای است؛چنانکه بور متذکر شده است. وایتسکر در تفسیر نظر بور گفت اگر معادله شرودینگر را به کار ببریم به یک توصیف علـّی می رسیم. اما اگر بخواهیم به یک توصیف زمانی- مکانی برسیم باید به یک اندازه گیری از کمیات کلاسیک مشاهده پذیر متوسل شویم ، ولی چنین عملی باعث تقلیل بسته موج می شود و این کار رفتار علـّی تابع موج را از میان می برد. پس طبق نظر وایتسکر مکملیت میان توصیف زمانی- مکانی و صدق علیت درست همان مکملیت میان توصیف طبیعت بر حسب تابع موج است. بور این برداشت وایتسکر از مکملیت را رد کرد.

این نشان می دهد که تا چه حد در منظور بور از مکملیت ابهام وجود داشته است(حتی برای افرادی که به او نزدیک بوده اند)و البته همین باعث شده که اصل مکملیت علی رغم اعتراضات جدی که به آن  وارد کرده اند باقی بماند. با وجود این اگر عبارت زیر از یک سخنرانی بور در 1929 را به عنوان تعریف مکملیت از دیدگاه بور تلقی کنیم( که شاید صریحترین عبارت او در این مورد باشد)  می توانیم تمامی گفته هایی را که از بور در این باره به ما رسیده است توجیه کنیم. در این عبارت بور می گوید :"اصل کوانتوم ما را مجبور می کند که نحوه دیگری از توصیف موسوم به مکملیت را بپذیریم، بدین معنی که هر استفادۀ مشخص از ( یک دسته ) مفاهیم کلاسیک ، کاربرد همزمان مفاهیم کلاسیک دیگری را که در زمینه ای دیگر به همان اندازه ضرورت دارند غیر ممکن می سازد." طبق این بیان اسلوب های توصیف مکمل اند .مثلا توصیف بر حسب مختصات زمانی- مکانی و توصیف بر حسب انتقال انرژی- اندازه حرکت به صورت همزمان امکانپذیر نیست، زیرا این دو نوع  توصیف  مستلزم تدارکات تجربی متفاوتی هستند، بورن موضع بور را اینطور تلخیص کرده است که :"تصویر یگانه ای از از کل جهان تجارب، وجود ندارد."

یکی از ایرادهایی که از همان اوائل به اصل مکملیت وارد می کردند این بود که چرا مکملیت را منحصر به دو خاصیت کرده اند و به سه خاصیت یا بیشتر تعمییم نداده اند. از جمله فون نیومان، به دنبال ادعای بور که مکملیت تصاویر موجی و ذره ای را به فقدان خاصیت جابجایی در متغییرهای مربوطه  نسبت می داد گفته است :" خوب ، چیزهای زیادی هستند که خاصیت جابجایی ندارند، و شما به سهولت می توانید سه اپراتور پیدا کنید که جابجایی پذیر نباشند." وایتسکر این سوال را به طور صریح بررسی کرد و به این نتیجه رسید که دو گانگی موج- ذره حالت یک قضیه منفصله را دارد: واقعیت فیزیکی یا تمرکز نقطه ای دارد و یا در فضا گسترده است . حالت اول را با الگوی ذره ای بیان می کنیم و حالت دوم را با الگوی موجی.

 ارزش اصل مکملیت از نظر بور 

بور طی 35 سال کوشید تا مکملیت را به صورت یک نظریۀ فلسفی جامع و دقیق درآورد. او فیزیک کوانتومی را زمینه ای قرار داد که به کمک آن به یک معرفت شناسی منسجم دست یابد و انتظار داشت که به کمک مکملیت مسائل اساسی رشته های دیگر نظیر روانشناسی ، فیزیولوژی،جامعه شناسی،فلسفه و غیره را حل کند.

او می گفت روزی خواهد آمد که مکملیت در مدارس آموخته خواهد شد و بخشی از تعلیمات عمومی خواهد بود و بهتر از هر مذهبی مردم را راهنمایی خواهد کرد. روزنفلد،که از بزرگترین اصحاب بور بود ، می گوید که بور کوشش زیادی کرد تا مکملیت را در مورد سایر رشته های علوم بشری به کار ببرد و این کار را کم اهمیت تر از تحقیقات فیزیکی اش تلقی نمی کرد .

گفته شده است که اصل مکملیت بزرگترین اثری است که بور در فلسفه علم باقی گذاشته و جان ویلر آن را " انقلابی ترین عقیدۀ فلسفی معاصر " دانسته است.

نقد اصل مکملیت 

گرچه به طور کلی می توان گفت که اصل مکملیت بور مورد پذیرش غالب فیزیکدانان معاصر قرار گرفته است،اما برخی از فیزیکدانان بزرگ معاصر و از جمله بعضی از بنیانگذاران مکانیک کوانتومی آن را نپذیرفته اند. دیراک در کتاب مکانیک کوانتومی خود از آن یادی نکرد و بعدا هم آن را مورد نقد قرار داد  . بورن نسبت به آن نظر مثبت نداشت و اینشتین این را کار درستی نمی دانست که اجازه بدهیم توصیف نظری مستقیما متکی به احکام تجربی باشد،چنانکه اصل مکملیت بور مدعی است.