دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه22
فهرست مطالب
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ
در مکانیک کوانتومی بر اساس اصل عدم قطعیت نمی‌توان در مورد پدیده‌ها با قطعیت کامل اظهار نظر کرد و نتیجه اندازه گیریها و آزمایشهای مختلف بوسیله نظریه احتمال تعبیر میشود.
نگاه اجمالی
در هر شاخه‌ای از علوم قواعد و قوانین خاصی وجود دارند که صحت و درستی این قوانین بدون اثبات پذیرفته میشود. اینگونه قواعد را اصل می‌نامند. بنابراین در هر علمی تعدادی اصل علمی وجود دارد که برای متخصصین آن علم بطور کامل آشنا هستند. به عنوان مثال آلبرت انیشتین در بیان نظریه نسبیت خاص خود ، ثبات سرعت نور در تمام چارچوب‌های لخت را به عنوان یک اصل می‌پذیرد. بیشترین کاربرد اصول در اثبات روابط و خصوصیات دیگری است که بعدا بیان میشود. اصل عدم قطعیت یک نمونه از هزاران اصلی است که در علم فیزیک وجود دارد.
پیدایش عدم قطعیت
در اوایل قرن نوزدهم ، موفقیت نظریه‌های علمی ، "مارکی دو لاپلاس" را متقاعد ساخته بود که جهان بطور دربست از جبر علمی پیروی می‌کند. وی معتقد بود اگر وضعیت جهان در لحظه‌ای معین از زمان ، کاملا معلوم باشد، می‌توان وضعیت آن را در زمانهای بعدی نیز براحتی با قوانین علمی پیش بینی نمود. بطور مثال ، اگر وضعیت خورشید و سایر سیارات منظومه شمسی را در زمانی معین داشته باشیم، می‌توانیم وضعیت منظومه شمسی را در هر زمان دلخواه توسط قوانین گرانش نیوتون پیش بینی کنیم.
این مسئله ، در مکانیک کلاسیک کاملا بدیهی به نظر می‌رسد و می‌توان آن را براحتی اثبات نمود. اما لاپلاس از این هم فراتر رفت و گفت این مسئله برای تمامی پدیده‌ها از جمله رفتار بشر صادق است و قوانین مشابهی وجود دارد که تمام پدیده‌های جهان را پیش بینی می‌کند. با اینکه این مطلب با مخالفت بسیاری از افراد که می‌پنداشتند این دیدگاه به آزادی خداوند در دخالت در امور جهان خدشه وارد می‌کند روبرو شد، اما تا اوایل قرن حاضر ، این فرض ، تنها فرض مورد قبول اهل علم باقی ماند.
بعد از اینکه دوبروی نظریه خود مبنی بر انتساب موج به ذرات مادی را بیان کرد، این امواج تا اندازه‌ای نامفهوم بودند. همچنین در این زمان سوال دیگری مطرح بود، مبنی بر اینکه قوانین مکانیک کوانتومی چه تاثیری بر مفاهیم مکانیک کلاسیک دارند. هایزنبرگ اشکال را از سرچشمه آن مورد نظر قرار داد، یعنی دستورها و روشهای معمولی مشاهده را در مورد پدیده‌هایی با مقیاس اتمی بکار برد. در تجربیات روزانه ، می‌توانیم هر پدیده‌ای را مشاهده کنیم و خواص آن را اندازه بگیریم، بدون آنکه پدیده مورد نظر را تحت تاثیر قرار دهیم. در دنیای اتم هرگز نمیتوانیم اختلال و آشفتگی را که حاصل از دخالت دادن وسایل اندازه گیری است، مورد بررسی قرار دهیم. انرژی‌ها در این مقیاس به اندازه‌ای کوچک هستند که حتی در اندازه گیری که با حداکثر آرامش انجام گرفته ، ممکن است آشفتگیهای اساسی در پدیده مورد آزمایش پدید آورد و نمی‌توان مطمئن بود که نتایج اندازه گیری واقعا آنچه را در نبودن وسایل اندازه گیری روی می‌داد، توصیف می‌کند. ناظر و وسیله اندازه گیری یک قسمت از پدیده را مورد بررسی هستند.
اصولا چیزی به عنوان پدیده فیزیکی به خودی خود وجود ندارد. در همه حالات ، یک عمل متقابل کاملا اجتناب‌ناپذیر میان ناظر و پدیده وجود دارد. هایزنبرگ این موضوع را از طریق ملاحظه مسئله دنبال کردن یک ذره مادی متصور ساخت. در جهان ماکروسکوپیک می‌توانیم حرکت یک توپ پینگ پنگ را ، بدون آنکه مسیر آن را تحت تاثیر قرار دهیم، تعقیب کنیم. اما در مورد مسیر حرکت یک الکترون هرگز وضع به همین منوال نیست و تعقیب الکترون بدون متاثر ساختن مسیر حرکت تقریبا غیر ممکن است و همین امر سبب ایجاد یک عدم قطعیت در مشاهدات ما می‌گردد.
نظریه ریلی - جینز
یکی از نخستین نشانه‌های سست بودن این باور ، کارهای دانشمندان انگلیسی ، "لرد ریلی" و "سر جیمز جینز" بود. آنها با ارائه قانون مشهور خود (قانون ریلی - جینز) ، نشان دادند که یک جسم داغ ، مثل یک ستاره باید بطور نامتناهی انرژی تابش کند. برای نمونه ، یک جسم داغ ، باید همان مقدار انرژی در قالب امواج با بسامدهای یک و دو میلیون میلیون موج در ثانیه تابش کند که در قالب امواج با بسامدهای دو و سه میلیون میلیون موج در ثانیه تشعشع می‌کند. از آنجا که تعداد امواج تابش شده در ثانیه نامحدود است، میزان انرژی تابشی نیز نامتناهی خواهد بود.
فرضیه پلانک
برای اجتناب از این نتیجه مضحک ، دانشمند آلمانی ، "ماکس پلانک" در سال 1900 اظهار داشت که امواج الکترومغناطیسی می‌توانند به میزان دلخواهی گسیل شوند، اما این گسیل در بسته‌های معینی بنام کوانتوم انجام می‌پذیرد. به علاوه هر کوانتوم مقدار معینی انرژی داراست که رابطه مستقیمی با بسامد موج دارد (E = nh). بنابراین در فرکانسهای بالا ، گسیل یک کوانتوم منفرد انرژی بیشتری نیاز دارد. از این رو ، تابش در بسامدهای بالا کاهش می‌یابد و میزان انرژیی که جسم از دست می‌دهد، مقداری معین و متناهی میشود.
به میان آمدن اصل عدم قطعیت
پلانک و اینشتین به اندازه کافی موجب سردرگمی دانشمندان شده بودنند دانشمندانی که سالیان سال نور را در قالب یک موج می‌دیدند و با این موج هر کاری که می‌خواستند انجام میدانند حال اگر این موج از عهده حل معمای تابش جسم سیاه و اثر فوتوالکتریک برنمی‌آید نیاید اینها چیزهایی نبودند که ستونهای مستحکم دیدگاه موجی نور (تابش) را درهم بریزند ولی شاید دهه بیست قرن گذشته را بتوان زلزله بار ترین سالیان عمر فیزیک دانست در این دهه بود که مکانیک موجی و ماتریسی شرودینگر و هایزنبرگ شکل گرفت و طومار جبر نیوتنی درهم نوردیده شد اصل عدم قطعیت مانند شبحی خواب خوش دانشمندانی چون اینشتین و همکفرانش را آشفته ساخت و ابرهای تیره که بر زوایای پنهان دینای زیر اتمی سایه افکنده بود آرام آرام جای خود را به روشنای آمار و احتمالات سپردنند هر چند که این مبحث جدید از انحرافات چشمگیری نسبت به اصول عقل سلیم برخوردار بود ولی نتایج آن به طرز جالبی با واقعیت ها مطابقت داشت به طوری که اینشتین با تمام مخالفت‌های بنیادی که با این رویکرد جدید علمی داشت بارها به توانمندی عملی آن اقرار نمود.
گفتیم که ماهیت دوگانه موجی- ذره‌ای هم برای تابش و هم برای ماده وجود دارد و ما نمیتوانیم همزمان به کمک یک آزمایش هم ماهیت ذره‌ای وهم ماهیت موجی یک تابش یاذره مادی رااندازه بگیریم گرچه به سادگی باصرفنظر کردن از یک خاصیت تابش یا ذره مادی می‌توان خاصیت دیگر آن را به دقت سنجید مثلا اگر بخواهیم بدانیم که فوتون از کدام یک از دو شکاف موجود در آزمایش تداخل گذر نموده است(چشم پوشی از ماهیت ذره‌ای فوتون) می‌توانیم بخوبی خاصیت موجی آن را مشاهده کنیم و اگر بدنبال فریزهای تداخلی نباشیم(چشم پوشی از ماهیت موجی فوتون) می‌توانیم تشخیص دهیم فوتون مورد نظر ما از کدام یک از شکاف ها گذشته است (خصلت ذره‌ای).این موضوع یعنی دوگانگی موجی –ذره‌ای ((Wave-particle duality تابش های الکترومغناطیس و ماده موجب شده است تا با تدبیرزیرکانه هایزنبرگ اصل عدم قطعیت برمبنای آن شکل بگیرید و باب جدیدی را بردنیای زیر اتمی را بگشاید.
سال ۱۹۲۶ سال تعیین کننده برای مکانیک کوانتومی بود اروین شرودینگر با طرح مکانیک موجی خود و ورنرهایزنبرگ با ارائه مکانیک ماتریسی سنگ بنای این علم نوین را بنا نهادنند، شرودینگر با تدوین مکانیک موجی توانست تابع موج یک ذره مانند الکترون را به کمک معادله خود مشخص کند این تابع موج تا حدود زیادی از اصل موجبیت یا جبر نیوتونی پیروی می‌کرد.ماباحل معادله شرودینگر( Schrödinger equation) می‌توانستیم با تعیین نیروی وارد برذره (الکترون) تابع موج آن ذره را که رفتار آینده آن رامشخص می‌کند بدست بیاوریم این تقریبا شبیه آن چیزی است که فیزیک کلاسیک برای پیش بینی رفتار یک ذره یا موج به کمک قوانین نیوتن یا معادلات ماکسول با دانستن وضعیت کنونیش به دست می‌آورد بود. معادله شرودینگر که برای تعیین رفتار موجی ذره درنظر گرفته شد معجونی از فیزیک کلاسیک ونظریه‌های جدید (که صحت آنها به کمک آزمایش تایید گردید) بود در این معادله اصل پایستگی انرژی ماهیت دوگانه ذره‌ای - موجی ماده بر اساس فرض دوبروی اصل برهم نهی امواج نظیر امواج صوتی و الکترومغناطیس رعایت شده است این معادله مستقل از زمان و یک بعدی است مجذور تابع موج به ما کمک می‌کند تا بتوانیم موقعیت یک ذره مانند الکترون را با احتمال بسیار زیاد در محل معینی از فضا تعیین کنیم.کاری که شرودینگر انجام داد شبیه کاری بود که نیوتون و ماکسول انجام دادند و آن قراردادن وقایع مشاهده شده در یک چارچوب ریاضیاتی بود نیوتون و ماکسول تنها برای مسائلی که مشاهده می‌شدند قانون وضع نمودنند و این قوانین به خوبی کار خود را انجام میدادند شرودینگر نیز با استفاده از مفاهیم جدید و تازه کشف شده و با ترکیب آنها با یافته‌های پیشین توانست یک قالب به صورتیکه ناقص اصل علیت نباشد برای آنها تدوین نماید ولی این هایزنبرگ بود که به کلی بنیان این اصل را درهم ریخت و رابطه علت و معلولی را که پیش از این برای رویدادهای فیزیکی تدوین شده بود به عدم قطعیت و تردید مبدل نمود. اصل عدم قطعیت یکی از جنجالی ترین اصول مکانیک کوانتومی است این اصل بیان میدارد تعین دقیق مکان و تکانه (اندازه حرکت) یک ذره به طور همزمان غیر ممکن است و حاصل ضرب این عدم قطعیتها در مکان و اندازه حرکت ذره همواره کمتر یا مساوی۳۴-^۱۰*۰۵/۱ ژول ثانیه است. کوچکی این مقدار به ما می‌گوید که باید در ذرات زیر اتمی بدنبال عدم قطعیت باشیم نه در ذرات ماکروسکوپی و بزرگ گرچه آنان نیز از اصل عدم قطعیت پیروی می‌کنند ولی مقدار آن در مقابل اندازه جسم چنان ناچیز است که قابل صرفنظر کردن می‌باشد مثلا یک توپ بیس بال به جرم ۱۴۵ گرم که با سرعت ۵/۴۲ متر برثانیه حرکت می‌کند در صورتی که بتوان سرعت آن را با دقت یک درصد اندازه گرفت تکانه آن از عدم قطعیتی معادل۲-^۱۰*۱۶/۶ کیلوگرم در متر برثانیه و بدنبال آن مکان نیز از عدم قطعیت مکان ۳۳-^۱۰*۷/۱متر(چیزی در حدودهزار میلیارد میلیارد میلیاردیم یک میلیمتر) برخوردار خواهد بود که نسبت به اندازه توپ بیس بال بسیار بسیار ناچیز می‌باشد. ولی در مورد فوتون و ذرات بنیادی و زیر اتمی دیگر جایز نیست که ما از عدم قطعیتها در مکان و تکانه چشم پوشی کنیم چرا که مقدار عدم قطعیت ها درمقابل اندازه ذره چشمگیر و قابل توجه می‌باشد.اگر در آزمایش پراش، قطر روزنه که فوتون از آن می‌‌گذرد را بعنوان عدم قطعیت درمکان ذره وپهنای نقش پراش که روی پرده ایجاد می شود را به عنوان عدم قطعیت در تکانه و اندازه حرکت فوتون بدانیم در صورتی که بخواهیم عدم قطعیت در مکان ذره را کاهش دهیم تا با اطمینان بیشتری از مکان فوتون آگاهی یابیم باید قطر روزنه راکم وکمتر کنیم ، در اینجا ما اگر بتوانیم ذرات را مشاهده کنیم با برخورد آنها به پرده می‌توانستیم اندازه حرکت آنها را نیز بدست بیاوریم ولی همین کوچک کردن قطر روزنه یا شکاف موجب میشود پهنای نقش پراش که بیانگر جنبه موجی نور است افزایش یابد ، ظهور این ماهیت از ماده ما را در تعیین اندازه حرکت ذر ه با یک عدم قطعیتی گریز ناپذیر روبرو می‌کند که برای برطرف کردن آن باید از پهنای نقش پراش بکاهیم برای اینکار باید قطر روزنه یا شکاف را افزایش دهیم همین افزایش قطر شکاف موجب ایجاد عدم قطعیت در مکان ذره مورد نظر (فوتون) خواهد شد با یک آزمایش فکری بهتر می‌توان به اصل عدم قطعیت پی برد.
فرض کنید می‌خواهیم سرعت حرکت یک الکترون و جای آن را در یک لحظه معین در اطراف هسته حساب کنیم برای این کار باید قادر به دیدن الکترون باشیم اگر دستگاهی بتواند قدرت دید ما ر ا تا حد دیدن یک الکترون بالا ببرد در این صورت برای تشخیص دقیق مکان الکترون باید پرتو نوری را با طول موج کوتاهتر به آن بتابانیم و چون برخورد این پرتو به الکترون باعث انتقال انرژی به آن میشود این انرژی منتقل شده سرعت حرکت الکترون را افزایش می‌دهد و ما برای تعیین سرعت الکترون و بدنبال آن برای تعین تکانه آن با یک عدم قطعیتی مواجه می‌شویم برای اینکه این عدم قطعیت را به حداقل کاهش دهیم باید پرتوی نوری که برای تشخیص مکان الکترون بکار می‌بریم از انرژی کمتری (طول موج بیشتری) برخوردار باشد.
این کاهش انرژی پرتو نور سبب ایجاد یک عدم قطعیتی در تعیین مکان الکترون میشود که با کاهش انرژی پرتو نور این عدم قطعیت در مکان الکترون افزایش می‌یابد( هرچه طول موج نور تابیده شده به یک جسم کوتاهتر باشد جزئیات آن جسم بهتر مشخص میشود.) وما قادر نخواهیم بود با دقت مورد علاقه‌مان جای الکترون را در یک محدوده معین از فضای اطراف هسته معین سازیم. اصل عدم قطعیت نه تنها تعیین همزمان مکان و تکانه ذره را با دقت نامحدود غیرممکن می‌سازد بلکه تعیین همزمان انرژی و مختصه زمان ذره را نیز با دقت نامحدود محال می‌داند.همان گونه که در مکان و اندازه حرکت یک ذره مانند الکترون عدم قطعیتی گریز ناپذیر وجود دارد در انرژی یک ترازتشدید نیز عدم قطعیت وجود دارد این بدان معناست که اگر دستگاه مورد نظر در زمان کمتری در یک تراز تشدید بماند محاسبه انرژی آن تراز از دقت کمتری برخوردار خواهد بود اگر بخواهیم عدم قطعیت در انرژی را کاهش دهیم باید اتم مدت بیشتری در آن تراز تشدیدبماند که در آن صورت عدم قطعیت در اندازه گیری زمان افزایش می یابدبنابراین اصل عدم قطعیت دقت در اندازه گیری انرژی را نیز محدود می سازد.
در سال ۱۹۳۵ میلادی یوکاوا دانشمند ژاپنی برای توجیه پایداری هسته و به منظور نشان دادن بر هم کنش بین نوکلئون ها ی آن نیرویی پیشنهاد نمود که از بردی در حدود یک فمتومتر(۱۰^-۱۵ متر) برخوردار بود و جرم ذرات میدان که نقش انتقال این نیرو رابر عهده دارند را ۲۰۰مگا الکترون ولت تخمین زد ذرات پیشنهادی یوکاوا مزون (متوسط) نامیده شدند چرا که جرم ذره فرضی او حد واسط بین جرم ذرات شناخته شده سبک (الکترون ) و نوکلئون های سنگین بود در سال۱۹۴۷ میلادی یعنی دوازده سال بعد یک فیزیکدان انگلیسی به نام سسیل پاول با مطالعه پرتو های کیهانی این مزون را که به پیون معروف است کشف نمود. برد این ذره را می توان به طرز جالبی با استفاده از اصل عدم قطعیت در انرژی بدست آورد بر اساس اصل عدم قطعیت ، یک ذره مجازی تا زمانی که t بزرگتر از آنچه که این اصل مجاز می شمارد نباشد می تواند بوجود آید و برای مدت زمان t دوام داشته باشد انطباق جالب برد ذره مزون(پی) بدست آمده از محاسبات یوکاوا با نتایج حاصل از رابطه عدم قطیعت در انرژی گواهی بر تایید تجربی این اصل می‌باشد.
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ
هایزنبرگ نشان داد عدم قطعیت در اندازه گیری مکان ذره ، ضرب در عدم قطعیت در سرعت آن ، ضرب در جرم ذره ، نمی‌تواند از عدد معینی که به ثابت پلانک معروف است کمتر شود. همچنین این حد ، به راه و روش اندازه گیری وضعیت و سرعت ذره بستگی نداشته و مستقل از جرم ذره است.
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ، خاصیت بنیادین و گریز ناپذیر جهان است.
عدم قطعیت در مورد حرکت الکترون به دور هسته
رابطه عدم قطعیت با اصل مکملی
اصل مکملی نشان می‌دهد که کاربرد همزمان توصیف‌های موجی و ذره‌ای در مورد یک ذره مادی مانند فوتون غیرممکن است. در صورتی که یکی از این دو توصیف را انتخاب کنیم، توصیف دیگر کنار گذاشته میشود. به عنوان مثال ، اگر تابش الکترومغناطیسی را به زبان ذرات بیان کنیم و مکان فوتون را در هر لحظه با دقت کامل تعیین کنیم، در آن صورت عدم قطعیت در مکان و زمان هر دو صفرند. اما از طرف دیگر ، عدم قطعیت در آنچه که به موج فوتون نسبت داده میشود (طول موج و فرکانس) بینهایت بزرگ خواهد بود.
در عوض اگر توصیف موجی را بکار ببریم، در این‌صورت عدم قطعیت در تعیین فرکانس و طول موج صفر بوده ولی عدم قطعیت در مکان و زمان بینهایت خواهد بود. بنابراین یک رابطه بین عدم قطعیت در فرکانس و زمان و نیز بین مکان و طول موج وجود خواهد داشت. به بیان دیگر ، حاصلضرب ΔtΔE (عدم قطعیت در فرکانس و زمان) و ΔxΔp (عدم قطعیت در طول موج و مکان) مقداری ثابت خواهد بود، یعنی اگر به عنوان مثال ΔE افزایش یابد، Δt کاهش خواهد یافت و بر عکس.
رابطه عدم قطعیت اندازه حرکت و مکان
یکی از مهمترین مشاهدات کیفی که در بحث بسته موج صورت می‌گیرد، رابطه بین پهنای بسته موج در دو فضای مکان و اندازه حرکت است. این دو کمیت باهم رابطه عکس دارند، یعنی هرگاه پهنای بسته موج در فضای مکان بیشتر باشد، بر عکس در فضای اندازه حرکت کمتر خواهد بود. به گونه‌ای که حاصلضرب همواره بزرگتر یا مساوی ħ خواهد بود. ħ کمیت ثابتی است که به صورت نسبت ثابت پلانک بر عدد 2π تعریف میشود. به عبارت دیگر ، رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ در مورد اندازه حرکت و مکان به صورت زیر است:
ΔpΔx≥ħ
رابطه عدم قطعیت انرژی و زمان
می‌دانیم که نظریه پلانک و به تبع آن کارهای انیشتین نشان داد که انرژی به صورت کوانتاهای انرژی با مقدار hv می‌باشد، به عبارت دیگر ، انرژی به صورت E = hv بیان میشود. اگر این رابطه را در رابطه مربوط به عدم قطعیت در فرکانس و زمان قرار دهیم، در این صورت رابطه معروف عدم قطعیت هایزنبرگ در مورد انرژی و زمان به صورت زیر حاصل می‌گردد:
ΔEΔt ≥ ħ
اصل عدم قطعیت ، ناقض فرضیه لاپلاس
این اصل مهر پایانی بود بر نظریه لاپلاس. تنها در صورتی که مشاهده جهان به صورتی باشد که در آن ، اختلالی ایجاد نکرده و وضع فعلی آن را تغییر ندهد، می‌توانیم امیدوار باشیم که اصل عدم قطعیت راه ما را برای شناختن رویدادهای آینده سد نخواهد کرد که البته ، این امر کاملا غیر ممکن است، زیرا تنها ابزار شناسایی ما امواج می‌باشند. اما هنوز می‌توان تصور کرد که مجموعه ای از قانون‌ها وجود دارد که برای موجودات ماوراء طبیعیی که می‌توانند بدون استفاده از امواج ، جهان را مشاهده کنند، چند و چون رویدادها را بطور کامل تعیین می‌کند.
با این حال مدلهای اینچنینی از جهان ، چندان دردی از ما موجودات فانی و معمولی این دنیا دوا نمی‌کند. بهتر است به اصل صرفه جویی که به تیغ اکام مشهور است پایبند باشیم و همه جنبه‌های نظریه را که مشاهده پذیر نیست کنار بگذاریم.
پس زمینه فلسفی اصل عدم قطعیت
اگر از بنیادهای فلسفی اصل عدم قطعیت (uncertainly principle) , نشناختی حقیقت مطلق استنتاج گردد باید بپذیریم این اصل به هیچ روی دستاورد نوین فلسفی به همراه خود نداشته است.
طرح این مساله که "حقیقت نهایی هیچ چیز قابل ادراک نیست و هیچکسی ذره ای به کمال راه نمی یابد" ]اصول اولیه/هربرت اسپنسر[ به نوعی تکرار تعبیر هکسلی خواهد بود که تنها فلسفهء صحیح, فلسفهء لاادری Agnosticism)) است. اینکه حقیقت مطلقی در پس جهان مشاهدات وجود دارد یا نه را نمی توان مناقشهء فلسفی نوینی دانست که اصل عدم قطعیت موجد آن بوده باشد. نسب و اضافات خود متضمن امری نهایی و مطلق غیر از پدیدارهاست . از همین روست که در می یابیم " ادراک حقیقتی که در پس پدیدارها نهان است تا چه اندازه محال می باشد و چگونه از این امتناع و عدم امکان ایمانی محکم به این حقیقت پیدا می کنیم. در حالیکه به حقیقت مطلق هیچ دسترسی نداریم". خواه این عدم دسترسی به مطلق بواسطهء اخلال و آشفتگی (disturbance) در فرایند مشاهده باشد خواه به واسطهء امکان ناپذیر بودن کل گرایی (Holism) که محدودیت اجتناب ناپذیر روش شناسی methodology)) علم تجربی است.
با این وصف محدودیتی که عدم قطعیت در تعیین دقیق و همزمان موقعیت و اندازه حرکت ایجاد می کند نتیجتا ً تفاوت عمده ای با محدودیتهای ذاتی قوانین علم تجربی ندارد. علم تجربی به مقتضای طبع نمی تواند با اشیاء فی نفسه و حقیقت کامل و دست نخورده خارجی آنها سرو کار داشته باشد. جوهر و علیت و وجوب مقولات نهایی هستند تنها درباره ظواهر و پدیدارها قابل استعمال می باشند. باید گفت این مفاهیم در وصف امور فی نفسه کارایی ندارند. "با هیچ روش علمی نمی توان یکجا و یک دفعه بر کل یک پدیده احاطه پیدا کرد و همه چیز آن را دانست و سراپای آن را بررسی نمود. هر تجربه ای به قصد کاوش در چهرهء گزیده ای است و کاوش در هر چهرهء گزیده میسر نیست مگر با غفلت از چهره های دیگر و حتی دگرگون کردن آنها. برای نمونه فرض کنید دمای مقداری آب را می خواهید اندازه گیری کنید. ساده ترین راه فرو بردن یک دماسنج در آب است.
با این روش مقدار دمای آب را (چهرهء حرارتی آن را) به دست می آورید. اما سایر چهره های آب چه می شوند؟ آیا با فرو بردن دماسنج در آب و حل شدن قدری از دیوارهء شیشه ای آن در آب بر میزان نمک محلول در آب نیفزوده اید؟ آیا با بالا بردن نمک محلول, نقطه انجماد و تبخیر آن را تغییر نداده اید؟ و آیا با انحلال نمک در آن و تغییر تعادل آن مطابق با اصل لوشاتلیه (LeChatelier) حتی خود دمای آن را هم عوض نکرده اید؟ و آیا با نزدیک کردن جرم دماسنج به آن وزن آب را تغییر نداده اید؟ و آیا .... " ]علم چیست ؟فلسفه چیست؟
البته باید به این مساله اذعان نمود که عدم قطعیت ماهیتاً با آشفتگی هایی که به سبب نقص ابزار مشاهده ایجاد می شوند متفاوت است. عدم قطعیت ذاتی مکانیک کوانتومی است و کمترین ارتباطی به بهبود ابزار و وسایل مشاهده ندارد. در فلسفهء کانت هم آنچه که ما از شیء و موضوعی درک می کنیم پدیدار و یا ظاهری Phenomenon)) است که محتملاً با ترکیب واقعیت خارجی آن پیش از آنکه در ذهن ظاهر گردد اختلاف دارد. شیء فی نفسه (Noumenon) اگرچه که می تواند موضوع فکر و استدلال ما قرار گیرد ولی هرگز قابل تجربه نیست زیرا در حین تجربه در حال عبور از مجاری حواس و فکر ما تغییر شکل می دهد. فی الواقع "بزرگترین ارزش کانت هم در آن است که شیء فی نفسه را از پدیده و ظواهر آن تمییز داد. ]جهان همچون اراده و تصور/ شوپنهاور[ بر خلاف تصور و پندار عامه معنی ایده آلیسم و اصالت تصور آن نیست که چیزی جز تصور کننده وجود ندارد.
کانت نیز هرگز در وجود ماده و جهان خارج ایجاد تشکیک نمی نماید اما به وضوح به این مساله اشاره می کند که از جهان خارج چیزی به یقین نمی دانیم و آنچه که با قطع و یقین می دانیم وجود آن است. اصل عدم قطعیت ما را مجاز می دارد که بدانیم چرا تابش و ماده خصلت دوگانه دارند؟ اگر بخواهیم که موج یا ذره بودن تابش را به طور تجربی معین کنیم در می یابیم آزمایشی که تابش را به آشکار ساختن خصلت موجیش وادار می کند خصلت ذره ای آن را قویاً پنهان می کند. اگر آزمایشی ترتیب دهیم که خصلت ذره ای را نمایان کند آنگاه خصلت موجی آن پنهان می شود. "تابش و نیز ماده همچون سکه اند. می توان ترتیبی داد تا سکه هر یک از دو روی را ما می خواهیم به نمایش بگذارد.
ولی نمایش همزمان هر دو روی ممکن نیست. و این در حقیقت جوهر اصل مکمل بودن (complementarity principle) بوهر است. مفاهیم موجی و ذره ای یکدیگر را نفی نکرده بلکه تکمیل می نمایند." ]فیزیک کوانتومی/جلد اول/ آیزبرگ/رزنیک .[این رفتار دوگانه بیانگر تضاد درونی دو خصلت نیست و اصطلاح مکملیت به خوبی از پس تبیین این مفهوم بر می آید. اصل عدم قطعیت همچنین روشن می کند که مکانیک دستگاههای کوانتومی باید الزاماً بر حسب احتمالات بیان شوند. در مکانیک کلاسیک اگر در هر لحظه مکان و اندازه حرکت هر ذره را در یک دستگاه منزوی دقیقاً بدانیم آنگاه رفتار دقیق ذرات دستگاه را در تمام لحظات بعد پیشگویی کنیم. اما در مکانیک کوانتومی اصل عدم قطعیت بیانگر این مطلب است که برای دستگاههای شامل فواصل و اندازه حرکتهای کوچک انجام این عمل از اساس غیر ممکن است. در نتیجه می توان تنها به پیشگویی رفتار احتمالی این ذرات پرداخت.
مکانیک کوانتومی از بن سرشت آماری دارد و از دیدگاه هایزنبرگ و بور نگرش احتمالاتی در فیزیک کوانتومی یک نگرش بنیادی است و در تقابل با جبرگرایی(determinism) . کاربرد مباحث احتمال در مکانیک کلاسیک امری بیگانه نیست. برای مثال مکانیک آماری کلاسیک (classical statistical mechanics) بر مبنای تئوریهای احتمال وتخصیص احتمالات(Probability distribution) به مجموعهاى از رویدادها که به یکدیگر مرتبطند بنا شده اما قوانین فیزیک کلاسیک مانند قوانین نیوتن اصالتاً جبری(deterministic) هستند و تحلیل آماری صرفاً یک وسیله عملی برای کار با دستگاههای بسیار پیچیده به کار می رود. در مکانیک کلاسیک معادله های حرکت یک دستگاه با نیروهای مفروض را می توان حل نمود تا مکان و اندازه حرکت ذره در زمانهای مختلف به دست آید. کافی است موقعیت و اندازه حرکت دقیق ذره را در لحظه ای مانند t = 0 به عنوان شرایط اولیه مساله (initial conditions) بدانیم تا حرکت آتی آن به طور دقیق تعیین گردد. این مکانیک در دنیای ماکروسکوپیک پاسخگوی امور است و حرکت آتی اجسام را برحسب حرکت اولیه شان پیشگویی می کند.( اگرچه که در جریان فرایند مشاهده مشاهده گر و دستگاه با هم بر هم کنش متقابل دارند.) حرکت اجسام ماکروسکوپیک نیز طی انجام فرایند مشاهده در اثر اندازه گیری دستخوش آشفتگی می شوند که عموماً از آن صرف نظر می گردد.
مطابق با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ , در عمل و آزمایش غیر ممکن است که هر دو کمیت مکان و اندازه حرکت به طور دقیق تعیین گردند. پاسخ نظریه کوانتومی این است که می توان چنین کاری را انجام داد اما نه دقیقتر از مقداری که اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مجاز می شمارد. این اصل مشتمل بر دو قسمت است. قسمت اول به اندازه گیری همزمان مکان و اندازه حرکت مرتبط است و دقت اندازه گیری ما بالذات توسط خود فرایند اندازه گیری محدود می شود. به گونه ای که :
∆x ∆p ≥ ½ Һ
(که در آن Һ برابراست با ثابت پلانک بر π2) برای مولفه های دیگر و نیز در مورد اندازه حرکت زاویه ای روابط مشابهی وجود دارند. بنابراین اصل عدم قطعیت ذاتی مکانیک کوانتومی است و اساساً به ابزار مشاهده و در نتیجهء آن تعیین همزمان بهتر و دقیق تری از x و p ارتباطی ندارد. بعبارتی اصل عدم قطعیت بیان می دارد که حتی با وسایل ایده آل نمی توان اصولاً به دقتی بهتر از x ∆ p≥ ½Һ∆ دسترسی داشت. همچنین نباید از یاد ببریم که در این اصل حاصلضرب عدم قطعیتها دخالت دارند. به گونه ای که هر اندازه آزمایش را اصلاح کنیم تا دقت بالاتری در اندازه گیری p داشته باشیم به همان نسبت دقت ما در تعیین دقیق x کاهش می یابد. اگر اندازه حرکت به طور دقیق معلوم باشد بدین معناست که ما همه اطلاعات راجع به موقعیت مکانی ذره را از دست داده ایم.
P = 0 , ∆x = ∞ ) ∆ )
لذا در اندازه گیری همزمان دو کمیت x و p می توان x و p را به طور مجزا اندازه گیری کرد و هیچ محدودیتی برای دقتی بالا وجود ندارد بلکه این محدودیت به حاصل ضرب x ∆ p∆ مربوط می باشد که این مساله بسیار حائز اهمیت است. بیان اینکه اصل عدم قطعیت مبتنی بر حقایق تجربی است چندان دور از انصاف نیست. عدم قطعیت هایزنبرگ را می توان از اصل موضوع دوبروی استنتاج نمود که بر آزمایش تجربی استوار است. وجه تمایز فیزیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک ثابت پلانک است. کوچکی مقدار h است که عدم قطعیت را از گستره تجربیات روزمره خارج می سازد. درست نظیر کوچکی نسبت υ به с در موارد ماکروسکوپیک که نسبیت را بیرون از تجربیات معمولی قرار می دهد. اثبات اصل عدم قطعیت همچنین برپایهء یک آزمایش ذهنی (thought experiment) منسوب به بور نیز میسر است.
این آزمایش نیز بیانگر آن است که بین مشاهده گر و مشاهده شونده همیشه بر هم کنش نامعلومی وجود دارد که برای اجتناب از این بر هم کنش هیچ راه حلی متصور نیست. در مکانیک کوانتومی تصور ما از جهان و شیوه ای که جهان به نظرمان می رسد به طور بنیادینی به هم ربط دارند. مرز میان انتزاع (Abstraction) و ما به ازاء خارجی, مرز میان حقیقت(truth) فعلیت (actuality)و واقعیت (reality) چندان واضح نیست و ابهامات فلسفی زیادی نسبت به این مساله وجود دارد. هرچیزی که فکر درباره آن می اندیشد چه به طور واضح مستدل باشد و یا نباشد یک واقعیت است. واقعیت ممکن است باطل کذب و یا به وضوح مدلل باشد ولی با این همه همچنان یک واقعیت است.
حقیقت Truth)) در اندیشه و بیان کریشنامورتی (krishnamurti) اندیشمند هندی به معنای حقیقتی ازلی است که فکر و اندیشه و ذهن بشر در آن دخالتی ندارد و درک Perception)) در حقیقت عملی است که ضمن آن احساساتی که به وسیله محرکهای حسی به وجود می آید برای شخص معنا و مفهوم پیدا می کند. به عبارتی ترکیبی است از عناصر ذهنی و عینی در رابطه بین فرد و محیط . بعلاوه درک یک فعالیت انتخابی است و هر کس از میان محرکهای بیشماری که از محیط دریافت می کند برخی را که مطابق علاقه و انتظار و برآورنده نیازهای اوست درک می کند. به بیان دیگر ما دنیا را آنگونه که هست نمی بینیم بل آنگونه که می خواهیم و انتظار داریم نظاره می کنیم. جان لاک دانش را مطابق بودن یا نامطابق بودن دو تصور می داند و آن را بر سه گونه می شمارد: ١_دانش شهودی ۲_دانش برهانی , ۳_ دانش تجربی.
دانش شهودی ادراک بی واسطه دو تصور است. دانش برهانی ادراک با واسطه گزاره ها و دانش تجربی ادراک با واسطه حواس است. وی درباره آگاهی ما نسبت به وجود خود می گوید : "این آگاهی چنان روشن است که که نه نیازی به دلیل دارد و نه دلیلی درخور آن است". در اینجا طرح این پرسش لازم است که آیا اخلال ناخواسته ای به نام عدم قطعیت, تنها گریبانگیر دانش تجربی است؟ آیا اشراق و شهود کشف و ادراک باطنی از آسیبهایی اینچنین مصون اند؟ آیا مفاهیم ناب (category) آزاد از تجربه وجود دارند که بی واسطه ما را از اشیاء فی نفسه آگاه نمایند؟ . شوپنهاور در "چهار اصل دلیل کافی" مفهوم علیت را در چهار وجه تبیین می نماید. ١_در منطق به شکل حصول نتیجه از مقدمات قیاس ۲_در فیزیک به شکل تتابع علت و معلول ٣_ در ریاضیات به شکل قوام بنا از قوانین ریاضی و مکانیک ٤_ در اخلاق به شکل حصول رفتار از نهاد و طبیعت.
"هیوم اندیشه تجربی را نه تنها درباره تصورها بلکه درباره بنیاد قضاوتهای تجربی یعنی اصل علیت نیز به کار می برد." ] درآمدی به فلسفه/دکتر نقیب زاده[ . از دیدگاه هیوم هرگونه استنتاج تجربی بر بنیاد مفهوم علیت است و از سوی دیگر خود این مفهوم بر بنیاد تجربه است. یعنی همه نتیجه گیری های تجربی بر بنیاد این فرض نهاده شده اند که همه بستگی هایی که امروز میان پیشامدها و موضوعات دریافته ایم در آینده نیز در کار خواهند بود. به بیان دیگر همان علت هایی که در گذشته معلول هایی را در پی آورده اند در آینده نیز چنین خواهند کرد. ولی پرسش اینجاست که ما از کجا به این شناخت کلی رسیده ایم؟ پاسخ هیوم این است که از سویی تنها تکیه گاه ما تجربه است و از سوی دیگر تجربه نمی تواند به استوار کردن هیچ اصل کلی بپردازد. ما هیچ تجربه ای از آینده نداریم از این رو سخن گفتن از درست بودن یک اصل در آینده نمی تواند بر بنیاد تجربه باشد.
نتیجه آنکه تعمیم منطقی تجربه ناروا و همیشه شک پذیر است. نکته دیگری که هیوم بدان می پردازد این است که آنچه در تجربه می یابیم علیت (causality) نیست بلکه موضوعات یا پیشامدهای جداگانه ای است که ما با تصور علیت آنها را با یکدیگر مرتبط می کنیم. از این رو توضیح این چگونگی را به جای منطق باید در روان شناسی و تجربه های زندگانی جستجو کنیم. بدین ترتیب هیوم روانشناسی را بدیل منطق قرار می دهد و ربط علیتی را ربطی روانشناختی می شمارد. شاید بتوان عدم موجبیت (indeterminacy principle) را با این اندیشه هیوم مشابهت داد. هیوم نیز با اینکه به انکار مفهوم علیت بر نمی آید ولی آن را نه یک اصل کلی با لزوم منطقی بلکه یک مفهوم تجربی می داند. و چون هر مفهوم تجربی را وابسته به شرایط تجربه می داند نتیجه می گیرد که این مفهوم اگرچه برای زندگی روزمره سودمند است ولی از هیچگونه ارزش نظری برخوردار نیست و اندیشه هایی که بر آن پی افکنده شده اند بی بنیادند.
"در فلسفه کانت قانون علیت یک امر تجربی نیست که بتوان آن را از راه تجربه اثبات یا ابطال کرد. بلکه پایه ای است که هر نوع تجربه ای بر آن قرار دارد و یکی از مقولات فاهمه ای که کانت آنها را پیشینی (a priori) می نامد. اگر قانونی که به حکم آن برخی از تاثرات حسی ضرورتاً در پی بعضی دیگر بیایند وجود نداشته باشد آنگاه تاثرات حسی ما که از طریق آنها جهان را درک می کنیم چیزی جز احساسات ذهنی نخواهند بود و نظیری در عالم عینی نخواهند داشت. اگر بخواهیم به مشاهداتمان عینیت ببخشیم و شیء یا فرایندی را در عالم واقع تجربه کنیم باید این قانون را مفروض بگیریم و وجود ربط دقیقی بین علت و معلول را بپذیریم. اما علم فقط با تجربه های عینی سر و کار دارد.
تجربه هایی که دیگران نیز بتوانند درستی آن را بیازمایند... با این مقدمات مکانیک کوانتومی چگونه می تواند قید این قانون را سست کند و باز هم شاخه ای از علم باقی بماند؟" هایزنبرگ تاکید می کند که در دنیای میکروسکوپیک قانون علیت در هم می ریزد و در پاسخ به این سوال که شاید متغیرهای نهانی در کار باشند که قابل آشکارسازی نیستند و یا بیان این مطلب که _یافت نشدن علتی برای معلولی خاص دلیلی بر آن نیست که چنین علتی وجود نداشته باشد_ صراحتاً می گوید: "ما فکر نمی کنیم در این زمینه چیزی باقی مانده باشد که هنوز آن را نیافته باشیم ... طبیعت با زبان بی زبانی به ما می گوید عامل تعیین کنندهء دیگری جز آنهایی که مشخص کرده ایم وجود ندارد" .] جزء و کل/ورنر هایزنبرگ[ . آیا ابهامات فلسفی اصل عدم قطعیت به واسطه این است که لفظ و زبان مناسبی برای تحلیل منطقی آن وجود ندارد؟ و آیا می توان چنین استنباط نمود که عدم قطعیتی در خود مفهوم عدم قطعیت مستتر است؟ آیا مفهوم "اصل عدم قطعیت" که دگرگونی و اخلال ناخواسته ای در اشیاء و مفاهیم ایجاد می کند از اخلال وآشفتگی (disturbance) که خود موجد آن است مصون می ماند؟
.
منابع:
http://www.centralclubs.com/forum-f129/topic-t15361.html
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%d8%a7%d8%b5%d9%84+%d8%b9%d8%af%d9%85+%d9%82%
http://www.hupaa.com/page.php?id=2936
http://www.lenjan.ir/Default.aspx?tabid=1182
