در آغاز مه‌بانگ بود

تا پيش از دوران مدرن، فلسفه و فيزيك دو رشته يا شاخه جدا از يكديگر نبودند، فيزيك يا طبيعيات، بخشي از پيكره كلي دانايي بشر درباره جهان هستي، معطوف به امور طبيعي بود و فيلسوفان در آثارشان بخشي را به آن اختصاص مي‌دادند. در دوران جديد، با تمايز پيدا كردن روش‌شناسي علوم و تخصصي شدن رشته‌هاي مختلف، ميان فلسفه و فيزيك هم فاصله افتاد، اگرچه اين دو در بنياد از يكديگر جدا نيستند و هر دو به يك معنا كوشش در جهت تبيين و توضيح هستي هستند. در روزگار ما هم فيلسوفان فراواني فيزيكدان هستند يا به مباحث تخصصي فيزيكي توجه مي‌كنند، همچنان كه شمار زيادي از فيزيكدان‌ها، به‌طور جدي به فعاليت فلسفي اشتغال دارند. فلسفه فيزيك از دل همين گفت‌وگوها و مباحث بر مي‌آيد. كتاب فلسفه فيزيك نوشته تيم مادلين، از سوي نشر ققنوس به تازگي به چاپ سوم رسيده است. به اين مناسبت با رعنا سليمي، پژوهشگر فيزيك گفت‌وگويي صورت داديم كه از نظر مي‌گذرد. 

    در ابتدا بفرماييد فلسفه فيزيك يعني چي؟
همان‌طور كه خود تيم مادلين استاد فلسفه فيزيك در دانشگاه‌ نيويورك مي‌گويد: در فيزيك ما فقط نبايد ببينيم روابط و فرمول‌ها چيست و آنها را حفظ كنيم، بايد ببينيم نظريه چه ساختاري دارد. چه چيزهايي را مي‌خواهد به ما بگويد. دانش‌آموخته فيزيك خيلي با فرمول‌ها و رياضيات سر و كار دارد و حتي خود فيزيكدانان هم بيشتر به سمت محاسبه سوق يافته‌اند. اما فيزيكدانان بايد به اين مساله نيز بپردازند كه نظريه‌شان چه چيزي از هستي را آشكار مي‌كند و ساختارش چيست. مثلا وقتي يك قطعه فلز گرم مي‌شود و مي‌خواهيم آن را سرد كنيم، براي كارگر ذوب ‌آهن فقط اين مهم است كه چگونه دمايش را كاهش دهد، مثلا با چه مقدار آب به دماي مطلوب مي‌رسد، اما براي فيلسوف فيزيك مساله مهم اين است كه ماهيت اين گرما چيست و چگونه منتقل مي‌شود. آيا گرما نوعي سيال است؟آيا انرژي جنبشي است كه بين مولكول‌ها حركت مي‌كند و منتقل مي‌شود و به‌طور كلي براي فيلسوف فيزيك ماهيت گرما مهم است. اما فيزيكدان بسته به اينكه در چه موقعيتي باشد و بخواهد چه كار كند، ممكن است گاهي روي اين تمركز كند و گاهي روي آن. به هر حال مهم است كه فيزيكدان علاوه بر اينكه محاسبات برايش اهميت دارد، فلسفه و ماهيت گرما هم برايش اهميت داشته باشد.
    پس ما در فلسفه فيزيك مي‌خواهيم سراغ ماهيت، علت و چرايي بسياري از فرمول‌ها و مباحثي برويم كه از دوره دبيرستان خوانده‌ايم و يكسري فرمول حفظ كرده‌ايم و حتي بعضي‌ها در دوره دانشگاه نيز به اين رويه ادامه دادند. تاريخچه علم فيزيك از چه زماني شروع مي‌شود و به چه دوره‌هايي تقسيم مي‌شود؟
فيزيك از يونان باستان شكل مي‌گيرد. ارسطو كتابي دارد به نام فيزيك يا فوسيس (واژه يوناني) به معناي طبيعت و شايد نظريات ارسطو هنوز هم براي خيلي از دانشجويان ناآشنا باشد. خيلي مهم است كه آنها اين نظريه‌ها را بدانند. مثلا ارسطو به جوهر يا ذات معتقد بود و مي‌گفت سنگ خاصيت طبيعي‌اش اين است كه به سمت يك مركز حركت كند: مركز جهان. خاك همين‌طور. ولي آب يا آتش تمايل دارند از مركز دور شوند و به سمت بالا حركت كنند. او جهان را به صورت يك كره محدود در نظر گرفته بود كه مركزي دارد و سنگ به سمت مركز آن حركت مي‌كند و هوا و آتش از مركز دور مي‌شوند. سيارات و ستارگان در توصيف ارسطو نمي‌گنجيدند. به همين دليل حول كره، دايره‌اي در نظر مي‌گيرد و ماده‌اي به نام اثير يا اتر تعريف مي‌كند و مي‌گويد اين ماده دور زمين هم هست و سيارات و ستارگان در آن قرار دارند و دور زمين مي‌چرخند. يعني قوانين ارسطو به اين صورت بوده كه فيزيك حاكم بر زمين و تحت القمر با فيزيك حاكم بر ماوراي قمر يا ستارگان و سيارات متفاوت بود. اين اساس ساختار نظريه ارسطو بود. اين ايده دو هزار سال تا آمدن نيوتن حكمراني كرد.
    پس شما اين‌طور تقسيم‌بندي مي‌كنيد: ابتدا فيزيك باستان، بعد فيزيك كلاسيك، يعني چيزي كه در دبيرستان مي‌خوانيم.
بله، همه با فيزيك كلاسيك و قوانين نيوتن آشنا هستند: قانون اول، قانون دوم و قانون سوم. نيوتن كار بزرگي كرد. قوانين حركت را فرموله كرد. قوانيني كه به مدت دويست، سيصد سال حاكم بود تا اينكه انيشتين مي‌آيد. نيوتن قوانين حركت را تعريف و فرموله مي‌كند و فضا و زمان را مطلق مي‌گيرد. مي‌گويد، برخلاف فيزيك ارسطو، فضا بي‌انتها و نامحدود است. داراي تقارن است و هندسه اقليدسي را برايش در نظر مي‌گيرد. نيوتن اين‌طور تصور مي‌كند كه زمان جريان داشته و خواهد داشت.يعني مولفه فضا و زمان را از قوانين حركت دور نگه مي‌دارد. قوانين نيوتن بدون فضا و زمانش هم كامل هستند. 
    پس فيزيك قوانين نيوتن كه به فضا و زمان مطلق مي‌پردازد؛ عامل اصلي آن حركت است و قوانين نيوتن حول حركت شكل مي‌گيرند، فيزيك كلاسيك است.
اعتقاد نيوتن به فضاي مطلق و نامحدود به مباحثي در فلسفه مي‌انجامد. اين مباحث در آن زمان سرآغازي براي نامه‌نگاري‌هاي فلسفي معروف لايب نيتس و كلارك مي‌شود. آنها بحث مي‌كنند كه فيزيك نيوتن تا چه حد قابل قبول است و اگر فضا از قبل وجود داشته خالق براي قرار دادن ماده در فضا چگونه دست به انتخاب مي‌زند. پس مي‌بينيم كه فيزيك و فلسفه رابطه تنگاتنگي دارند. بعد از فيزيك كلاسيك به سمت فيزيك مدرن مي‌رويم. اگر سيم‌پيچ ثابت باشد و آهن‌ربايي را داخل آن حركت بدهيم، با اينكه آهن‌ربا ثابت باشد و سيم‌پيچ را حركت بدهيم، اين دو در واقع يك پديده هستند و بايد تبيين يكساني داشته باشند. اما به دليل ناسازگاري ميان الكترومغناطيس و قوانين مكانيك نيوتن اين دو تبيين يكساني نداشتند و اين مساله ذهن اينشتين را درگير كرده بود. او انديشيد كه اين مساله را چگونه مي‌توان حل كرد. عده‌اي تصور مي‌كنند نسبيت را اينشتين مطرح كرد. اما قبل از آن گاليله نيز نسبيت را مطرح كرده بود. گاليله مي‌گويد اگر يك كشتي ساكن و كشتي ديگري هم داشته باشيم كه با حركت ثابتي نسبت به اولي حركت كند، تمام پديده‌هاي فيزيكي مشاهده‌پذير در هر دو كشتي يكسان هستند و حركت كشتي متحرك احساس نمي‌شود. به اين، نسبيت گاليله‌اي مي‌گويند. اينشتين هم با توجه به همين مساله برايش سوال شده بود كه چرا حركت نسبي سيم‌پيچ و آهن‌ربا تبيين يكساني ندارند و يك ناسازگاري بين الكترومغناطيس و مكانيك نيوتني است. مي‌گويند اينشتين گفته است كه در زندگي‌اش بيش از هر چيزي به نور فكر كرده است. دغدغه‌اش هميشه نور و حركت نور بوده و براي حل مساله اين اصل را مطرح مي‌كند: سرعت نور براي تمام ناظرها، چه آنها كه با حركت يكنواخت حركت مي‌كنند و چه آنها كه ثابت هستند، يكسان است. سپس با استفاده از ثابت بودن سرعت نور، قوانين حركت را براي دو ناظر ساكن و متحرك مي‌نويسد و يكسري معادلات و تبديلات لورنتس را به دست مي‌آورد. اين معادلات نشان مي‌دهد كه در سرعت‌هاي نزديك به سرعت نور اتساع زمان رخ مي‌دهد و پديده معروف دوقلوها را مطرح مي‌كند. اين نسبيت خاص اينشتين است و پس از آن نظريه نسبيت عامش را مطرح مي‌كند. 
    نسبيت خاص و عام را توضيح مي‌دهيد؟
نسبيت خاص را توضيح دادم. نسبيت عام، نظريه‌اي درباره فضا، زمان و گرانش است. وقتي به اينشتين مي‌گويند نظريه نسبيت عام را توضيح بدهد، مي‌گويد: قبل از من مي‌گفتند اگر شما ماده را‌ برداريد فضا و زمان باقي مي‌ماند، ولي من مي‌گويم اگر ماده را‌ برداريد چيزي باقي نمي‌ماند؛ يعني ماده و فضا و زمان همه با هم هستند. 
    فيزيك رشته سختي است. زمان تحصيل بيشتر سرگرم حفظ كردن فرمول‌ها براي حل معادلات بوده‌ايم. اين نگاه شما و نگاه كتاب جديد است و كمتر به آن پرداخته‌ايم. قبل از اين كتاب ديگري در اين زمينه بوده است؟
درباره نسبيت كتاب‌هاي زيادي هست، اما اين كتاب خاص است. علاوه بر اينكه تيم مادلين كتاب را با نظريه‌هاي فيزيك باستان شروع كرده و پيش رفته، نوآوري هم كرده است. نظريه نسبيت را با توجه به ساختار هندسي و بدون تبديلات و معادلات لورنتس توضيح داده است. دانش‌آموخته فيزيك كه با معادلات لورنتس درگير شده، ارزش كار تيم مادلين را بهتر درك مي‌كند. تيم مادلين با اين روش مساله دشوار و بحث‌برانگيز دوقلوها را به روشني توضيح مي‌دهد: بدون استفاده از فرمول، فقط با توجه ساختار هندسي فضا و دستگاه مختصات. دانشجوي فيزيك علاوه بر كتاب‌هاي درسي بايد با اينگونه مباحث نيز آشنا شود. 
    به نظر مي‌رسد فلسفه تحليلي بر اساس همين نگاه علمي به فلسفه و بر اساس همين شكل از فلسفه است؟
البته من مطالعات فلسفي نداشته‌ام و نمي‌توانم دقيقا نظري بدهم، شايد همين‌طور باشد. اما باز هم در خصوص ارزش كار تيم مادلين توضيح بدهم؛ بايد بگويم اگر كسي كار او را نگاه كند شايد يك سادگي در كارش ببيند: بيان مبحث دشوار نسبيت با اين سادگي. اما اين سادگي پايان كار است. در ادبيات هم با چنين چيزي مواجه هستيم. كسي هست ساده مي‌نويسد، اما نوشته‌هايش مخاطب را جذب نمي‌كند. يك نفر هم هست كه ساده مي‌نويسد اما طرفداران زيادي دارد، چون براي رسيدن به اين سادگي مراحلي را طي كرده و به اصطلاح به يك سادگي پايان كار رسيده است. مثل چيزي كه شما در‌ هايكوهاي ژاپني مي‌بينيد. اين كتاب تيم مادلين نتيجه سال‌ها تلاش و زحمت است. شركت در سمينارهاي دانشگاه با حضور فيزيكدانان بزرگي مثل جان نورتون و جان ويلر.
    در اين كتاب تا مبحث نسبيت مطرح شده است. در مقدمه كتاب ديدم كه گويا كتاب جلد دومي هم دارد؟
بله، مادلين مي‌خواست كتاب را در يك جلد منتشر كند، اما به دليل حجم زياد مطالب تصميم گرفت آن را در دو جلد منتشر كند. جلد دوم درباره ماده و نظريه كوانتوم است. نظريه كوانتوم نظريه بسيار بزرگ و موفقي است. كوانتوم در زندگي ما همه جا حضور دارد و تكنولوژي را نيز در بر گرفته است. علاوه بر اين به مفاهيم فلسفي نيز راه يافته است. 
    اتفاقا شايد مطرح شود كه فيلسوفان ما فيزيك و فيزيكدانان ما فلسفه هم مي‌دانستند. گويا تلاش آنها در جهت فهم جهان و فهم طبيعت بوده است. به خاطر همين فلسفه و فيزيك به كمك هم مي‌آمدند. اما امروزه كه فيزيك اينقدر پيشرفت كرده، شما يا دانش‌آموختگان فيزيك فكر مي‌كنيد كه ديگر نيازي به فلسفه هست؟
من فكر مي‌كنم بايد بين فلسفه و علم تفاوت قائل شد. فلسفه دنبال معنا مي‌گردد و علم دنبال چيستي. مثلا اگر كسي بيمار شود و سرطان بگيرد، علم پزشكي به ما مي‌گويد كه او فوت مي‌كند و ما اندوهگين مي‌شويم. مي‌دانيم به لحاظ علمي ديگر نمي‌توان براي نجات اين شخص كاري كرد، اما به دنبال اين هستيم كه بدانيم چرا اين اتفاق مي‌افتد. اينجاست كه فلسفه به دادمان مي‌رسد. در لحظاتي از زندگي ما به فلسفه نياز داريم. امروزه مي‌بينيم كتاب‌هاي فلسفي مخاطبان زيادي دارند، براي نمونه مي توان به كتاب هاي تسلي بخشي‌هاي فلسفه يا فلسفه رواقي اشاره كرد و اين امر خاص كشور ما نيست، اين كتاب ها در همه جاي دنيا مخاطبان زيادي دارند. البته اگر منظور فلسفه به معناي اخص آن باشد، اطلاع دقيقي ندارم. در هر حال، گرچه فيزيك، به ويژه با ظهور نظريه كوانتوم با مفاهيم فلسفي خيلي درگير شده است، اما به اينگونه مباحث فلسفي نياز داريم.
    اين درگيري كجا شكل مي‌گيرد؟
در نظريه نسبيت عام اينشتين به مبحث سياه‌چاله‌ها مي‌رسيم كه اجرامي با گرانش بسيار قوي هستند. سياهچاله يك نقطه تكينگي دارد كه هيچ چيز حتي نور نيز نمي‌تواند از آن فرار كند. مي‌گويند كه شايد عالم از يك تكينگي از اين نوع آغاز شده باشد. از يك انفجار بزرگ يا مِهبانگ. به اين ترتيب فيزيك مي‌تواند درباره آغاز پيدايش عالم و حيات نظر بدهد. در خود نظريه كوانتوم نيز مباحث فلسفي زيادي مطرح مي‌شود.
    مي‌توانيد درباره فلسفه كوانتوم هم توضيحي بدهيد؟
البته صحبت كردن در اين زمينه كار ساده‌اي نيست، اما در حد توانم توضيح مي‌دهم. نظريه كوانتوم با ماكس پلانك شروع مي‌شود. آقاي پلانك در 1875 پيانيست خوبي بود و به او مي‌گويند در فيزيك ديگر كاري براي انجام دادن نمانده و بهتر است كه موسيقي را دنبال كند. اما پلانك به خاطر علاقه زيادش به فيزيك، فيزيك را انتخاب مي‌كند. با تحقيقات او روي تابش جسم سياه، فيزيك كوانتوم متولد و آغاز مي‌شود. مساله در كوانتوم اين‌طور شروع مي‌شود: از زمان نيوتن بحث بر سر اين بوده كه نور ذره است يا ماده. نيوتن معتقد بود كه نور ذره است. هويگنس معتقد بود نور موج است. اما اينشتين مي‌گويد نور به صورت ذره هم ساطع مي‌شود و اسم فوتون را براي آن انتخاب مي‌كند. از همين‌جا اين دوگانگي شروع مي‌شود. نور هم مي‌تواند ذره باشد و هم موج. اينها دو چيز كاملا متفاوتند. تفاوت نظريه كوانتوم با تمام انقلاب‌هاي علمي‌ اين است كه نظريه كوانتوم كار يك نفر نيست. اين نظريه كار جمعي از دانشمندان است: نيوتن، اينشتين، پلانك، دوبروي، ‌هايزنبرگ و غيره. پس از آن دوبروي مي‌گويد اگر نور كه انرژي است، مي‌تواند هم موج و هم ذره باشد پس چرا ماده نتواند. پس ماده نيز بايد هم موج باشد و هم ذره. بايد اين موضوع را بررسي كنيم. براي اين كار آزمايش معروف دو شكاف را انجام مي‌دهند. قبلا اين آزمايش را براي نور انجام داده بودند. در اين آزمايش نوري از دو شكاف نزديك به هم عبور مي‌كند، به خاطر خاصيت موجي، آن طرف روي پرده يكسري خطوط تيره و روشن تشكيل مي‌دهد. اگر آنچه از شكاف‌ها عبور مي‌دهيم فقط ذره باشد، يكسري نقاط گسسته مي‌بينيم. يعني همان ذرات عبوري را آن طرف مي‌بينيم. اما با انجام اين آزمايش براي الكترون ديدند عينا همان پديده‌اي كه براي نور اتفاق مي‌افتد براي الكترون هم اتفاق مي‌افتد. براي بررسي اينكه الكترون از كدام شكاف عبور كرده و چگونه خطوط تيره و روشن تشكيل مي‌شود، به آن نور تاباندند اما با دخالت ناظر در اين پديده ديگر خطوط تيره و روشن ديده نمي‌شود! و حالت كوانتومي از بين مي‌رود. بنابراين اين مساله فلسفي مطرح شده آيا نگاه ناظر روي واقعيت تاثير مي‌گذارد؟ واقعيت چيست؟ نگاه ناظر به جهان؟ اعتقاد به تاثير ناظر روي واقعيت همان معروف‌ترين تفسير كپنهاگي نظريه كوانتوم است. پس از آن تفسيرهاي ديگري از نظريه كوانتوم نيز مطرح شده است. 
    اگر به نظريه ارسطو برگرديم كه به يك جوهر و ذات و حركت خاصي مي‌رسيم. نگاه نيوتن به مفهوم حركت، در حقيقت محرك نامتحركي را كه ارسطو مطرح كرده بود، زير سوال مي‌برد. انگار پشت تمام نظريات فيزيكي يك ايده فلسفي وجود دارد. فلسفه فيزيك تلاش مي‌كند به آن ايده دست پيدا كند: مجموعه ايده‌هايي كه مي‌تواند نظريه فيزيك را به وجود بياورد و نتايجي كه از آن نظريه دريافت مي‌شود. درست است؟
بله درست است. در كوانتوم بحث‌هاي فلسفي زيادي هست. مثلا نظريه كوانتوم مي‌گويد اگر دو ذره كوانتومي با هم بركنش داشته باشند همبسته مي‌شوند و درهم‌تنيدگي كوانتومي ايجاد مي‌شود. به اين معنا كه اگر بعدا اين دو ذره از هم جدا شوند، چنانچه كاري روي يكي از اين ذرات انجام دهيد، تاثيرش روي ذره ديگر آنا منتقل مي‌شود، حتي اگر اين دو ذره سال‌هاي نوري از هم دور شده باشند. اينگونه تاثيرپذيري را كنش از دور گويند. درهم‌تنيدگي كوانتومي سرآغازي براي رمزنويسي كوانتومي‌است.با استفاده از آن دو نفر مي‌توانند ارتباط برقرار كنند بي‌آنكه نفر سومي بتواند مكالمات آنها را شنود كند. دخالت نفر سوم مانند دخالت ناظر در آزمايش دو شكاف است كه حالت كوانتومي از بين مي‌رود. رمزنويسي كوانتومي از مباحث روز دنياست و تحقيقات زيادي روي آن در حال انجام است.

وقتي به اينشتين مي‌گويند نظريه نسبيت عام را توضيح بدهد، مي‌گويد: قبل از من مي‌گفتند اگر شما ماده را‌ برداريد فضا و زمان باقي مي‌ماند، ولي من مي‌گويم اگر ماده را‌ برداريد چيزي باقي نمي‌ماند؛ يعني ماده و فضا و زمان همه با هم هستند.

گاليله مي‌گويد اگر يك كشتي ساكن و كشتي ديگري هم داشته باشيم كه با حركت ثابتي نسبت به اولي حركت كند، تمام پديده‌هاي فيزيكي مشاهده‌پذير در هر دو كشتي يكسان هستند و حركت كشتي متحرك احساس نمي‌شود. به اين، نسبيت گاليله‌اي مي‌گويند.

در فيزيك ما فقط نبايد ببينيم روابط و فرمول‌ها چيست و آنها را حفظ كنيم، بايد ببينيم نظريه چه ساختاري دارد. چه چيزهايي را مي‌خواهد به ما بگويد. دانش‌آموخته فيزيك خيلي با فرمول‌ها و رياضيات سر و كار دارد و حتي خود فيزيكدانان هم بيشتر به سمت محاسبه سوق يافته‌اند. اما فيزيكدانان بايد به اين مساله نيز بپردازند كه نظريه‌شان چه چيزي از هستي را آشكار مي‌كند و ساختارش چيست.