ورود به حساب کاربری
ایجاد حساب کاربری
کلمه عبور را فراموش کرده‌اید؟
ویرایش حساب کاربری

شارژ اعتبار
سوابق خرید
ردیف فاکتور تاریخ مبلغ (تومان) شرح تراکنش کد رهگیری

30 شماره آخر

  • شماره 3429 -
  • ۱۳۹۸ پنج شنبه ۲۶ ارديبهشت
روزنامه در یک نگاه
امکانات
روزنامه در یک نگاه ورق بزنید دریافت همه صفحات
تبلیغات
ایرانول سپیدار نارون

آيا الکترون‌ها وجود دارند؟!

سينا فلاح‌زاده راسته‌کناري. کارشناس ‌ارشد مکانيک

آيا الکترون‌ها به واقع در جهان خارج وجود دارند؟! سیاه‌چاله‌ها، امواج گرانشي و ماده تاريک چطور؟ آيا اين مفاهيم فقط واژه‌هايي نظري در علم فيزيک نيستند که براي توصيف پديده‌هاي تجربي ابداع شده و به کار مي‌روند؟ آيا ممکن است با پيشرفت علم متوجه شويم برخي از چيزهايي که ما تاکنون وجودشان را مسلم مي‌انگاشتيم و رفتارها و ویژگی‌هایي را نيز به آنها نسبت مي‌داديم، از اساس چيزهايي ديگر بوده‌اند و وجود آن رفتارها و ویژگی‌ها نيز بايد به نحوي ديگر با فرض وجود چيزهايي ديگر توجيه شود؟ پرسيدن چنين سؤال‌هايی از دانشمنداني که با تلاش فراوان مشغول نظريه‌پردازي درباره  ماهيت و رفتار اشيا و موجودات عالم از ذرات زير اتمي تا سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها هستند، کمي عجيب به نظر مي‌رسد، اما پرداختن به اين سنخ از سؤال‌ها براي فيلسوفان علم يک دل‌مشغولي روزانه و حتي  وظيفه‌ای مهم به شمار مي‌رود. پاسخ سؤال‌هایي از اين دست که «آيا الکترون‌ها  يا پوزيترون‌ها به واقع در عالم خارج از ذهن و زبان ما وجود دارند يا نه؟» و يا اينکه «آيا اساسا نظريه‌هاي علمي مي‌توانند به‌درستي جهان را توصيف کنند؟»، در مبحث واقع‌گرايي علمي (Scientific Realism) جست‌وجو می‌شود. در نگاه اول، شايد به نظر برسد  ما چاره‌اي جز اين نداريم که بپذيريم نظريه‌هاي موفق علمي جهان را «چنان‌که واقعا هست» توصيف مي‌‌کنند و مؤلفه‌هايي که وجودشان در اين نظريه‌ها فرض مي‌شود، در واقع در عالم خارج وجود دارند. دست‌کم بايد پذيرفت  اکثر دانشمندان در کارهاي روزمره خود چنين تصوري از يافته‌ها و نظريات خود دارند و به صورت کاملا شفاف واقع‌گرا هستند. برای مثال، به قسمتي از مقاله‌اي که در 11 فوريه سال 2016  از سوی پژوهشگران رصدخانه موج گرانشي با تداخل‌سنجي ليزري (LIGO) در ليوينگستن واقع در ايالت لوئيزياناي آمريکا منتشر شد، توجه ‌کنيد: «آشکارسازهاي رصدخانه موج گرانشي با تداخل‌سنجي ليزري امواج گرانشي را از ترکيب دو سیاه‌چاله داراي جرم‌هاي در حد ستاره‌اي آشکارسازي كردند. شکل موج آشکارسازي‌شده با پيش‌بيني‌هاي نظريه نسبيت عام اينشتين درباره  ترکيب دو سیاه‌چاله و چرخ‌زدن سیاه‌چاله حاصل‌شده از اين ترکيب توافق دارد. اين مشاهدات وجود سيستم‌هاي دوگانه سیاه‌چاله‌اي داراي جرم‌هاي ستاره‌اي را نشان مي‌دهند. اين اولين مورد از مشاهده مستقيم امواج گرانشي و ترکيب سيستم‌هاي دوگانه سیاه‌چاله‌اي را نشان مي‌دهد».1
چنان‌که پاول هوينينگن-هوينه (فيلسوف علم معاصر آلماني) در مقاله اخيرش درباره  واقع‌گرايي علمي2 اشاره مي‌کند، لحن اين مقاله آشکارا و قاطعانه واقع‌گرايانه است: نويسندگان مقاله مي‌گويند «امواج گرانشي را مشاهده كرده‌اند»، «وجود سيستم‌هاي دوگانه‌اي سیاه‌چاله نشان داده شده است»، امواج گرانشي به صورت مستقيم «آشکارسازي شده‌اند» و همين‌طور «ترکيب سيستم‌هاي دوگانه سیاه‌چاله‌اي» براي اولين‌بار «نشان داده شده است». در مقاله مربوط به آشکارسازي امواج گرانشي که يکي از مهم‌ترين مقالات فيزيک چند سال اخير است و همين‌طور در اکثر مقالاتي که در علوم پايه و مهندسي منتشر مي‌شوند، هيچ استدلالي براي تبيين واقع‌گرايانه داده‌ها ارائه نمي‌شود يا اساسا هيچ احتمال ديگري به غير از اينکه مؤلفه‌هاي نام‌‌ برده‌شده در تئوري‌ها «واقعي» هستند، مطرح نمي‌شود. نمونه‌هاي ديگري از گزارش «مشاهده مستقيم» مؤلفه‌هاي نظري تئوري‌هاي علمي وجود دارد که نشان مي‌دهد دانشمندان و به‌ويژه فيزيک‌دانان و بسياري از نظريه‌پردازان علوم مهندسي درباره تئوري‌هاي موفقي که به صورت روزمره با آنها کار مي‌کنند، کاملا واقع‌گرا هستند. به‌طوري‌که حتي مي‌توان گفت در بسياري از موارد قبل از «آشکارسازي» يا «مشاهده مستقيم» پديده مورد نظر نيز همين نوع از واقع‌‌گرايي (طبيعتا با درجه‌اي کمتر از يقين) در ميان دانشمندان وجود دارد.
در طول چند دهه گذشته جدال ميان واقع‌گرايان علمي و منتقدان‌شان محور مباحث فلسفه علم بوده است. واقع‌گرايان معتقدند با توجه به دستاوردهای چشم‌گير نظريه‌هاي موفق علمي و کاربردهاي موفق مهندسي آنها، اينکه اين نظريه‌ها عالم را به‌درستي توصيف نکنند، در واقع  اتفاقی معجزه‌آساست. البته به دست‌دادن يک تعريف جامع از واقع‌گرايي علمي با توجه به گستردگي مباحث اين حوزه کار آساني نيست و حتي سخن‌گفتن دقيق از مواضع متعددي که در اين زمينه مطرح هستند،  به مفاهيمي نیاز دارد که از حوصله اين نوشتار خارج است، اما به‌طور ساده مي‌توان گفت از دهه 1970 به اين سو واقع‌گرايي علمي عموما با باورمندي به شاخصه‌هاي زير شناخته مي‌شود:
- جهان مستقل از ذهن و زبان ما وجود دارد.
- علم تلاش مي‌‌کند  حقيقت را درباره جهان کشف کند. در واقع از نظر واقع‌گرايي هدف علم دستيابي به حقيقت است. آموزه واقع‌گرايي اين کار را ممکن مي‌داند و نسبت به پيشروي علم در دستيابي به حقيقت خوش‌بين است.
- قبول‌کردن يک نظريه به اين معناست که آن نظريه دست‌کم به صورت تقريبي درست است و مؤلفه‌هاي «مشاهده‌ناپذیري» که آن نظريه وجودشان را فرض مي‌کند، در واقع در جهان خارج وجود دارند. به بيان ديگر،  اين مؤلفه‌هاي نظري تبيين‌هايي هستند که در جهان خارج از ذهن و زبان مدلول‌هايي دارند. (دقت کنيد مفهوم مشاهده در اين زمينه بحث بسيار پيچيده‌تر از آن چيزي که ما مي‌توانيم به پشتوانه شهودهاي روزمره تصوري از آن داشته باشيم: مشاهده در اينجا صرفا به معني ديدن با چشم سر و آشکارسازي با ابزارها نبوده و مفهوم گسترده‌تري از آن مدنظر است).
- اينکه نظريه‌هاي علمي قدرت پيش‌بيني‌کننده بالايي دارند در واقع نشان‌دهنده اين است که مؤلفه‌هاي نظري آنها در جهان خارج وجود دارند.3
تاکنون مناقشات بسياري بر سر ادعاهاي واقع‌گرايانه در ميان فيلسوفان در گرفته است. برخي از اين مناقشات ريشه در مباحث پايه‌اي فلسفي دارند و برخي ديگر نيز به مباحث خاص فلسفه علم مربوط‌اند. براي مثال اينکه در شناخت‌شناسي
 (Epistemology)، هستي‌شناسي (Ontology) يا مباحث مربوط به معناداري و حقيقت چه نظري داشته باشيم يا اينکه به لحاظ فلسفي ايدئاليست يا رئاليست باشيم مستقيما روي مواضع ما در مناقشه واقع‌گرايي علمي و مخالفان آن تأثير مي‌گذارد. اگر کسي قائل به اين باشد که جهان مستقل از ذهن انسان اساسا بي‌معني است و ما نمي‌توانيم چيزي در مورد وجود يا عدم وجود آن بگوييم، در سطحي بسيار راديکال و ابتدايي از شک فلسفي باقي مي‌ماند و اگر کسي از اين مرحله عبور کند و توانايي علم براي رسيدن به حقيقت جهان را زير سؤال ببرد به سطوح بالاتري از شک فلسفي دچار مي‌شود. موضوع بحث واقع‌گرايي و ضدواقع‌گرايي علمي در واقع اين سطح بالاتر از شک فلسفي است و نه آن تشکيک اساسي که موضوع بحث فيلسوفان دوران‌هاي قديم‌تر نيز بوده است. تاکنون برهان‌هاي گوناگوني براي واقع‌گرايي علمي ارائه شده که يکي از مهم‌ترين آنها عبارت است از برهان معجزه
(Miracle Argument) يا برهان نهايي
(Ultimate Argument). به طور ساده اين برهان بيان مي‌كند که با توجه به موفقيت‌هاي بسيار چشمگير و ديرپاي برخي از نظريات علمي در پيش‌بيني رفتار موجودات جهان هستي در واقع گواه بر درستي (دست‌کم تقريبي) آنها و وجود موجودات مشاهده‌ناپذير مفروض در آنهاست. البته بايد دقت کنيم که در اين زمينه بحث، مفهوم معجزه هيچ ربطي به مفهوم الاهياتي آن ندارد. برهان نهايي با وجود باورپذيري قابل ملاحظه‌اش اصلا خالي از اشکال نيست و تاکنون نقدهاي فراواني به آن وارد شده است. ازجمله مهم‌ترين اين نقدها سنجيدن اين برهان با ارجاع به مفاد تاريخ علم است: براي مثال فيزيک نيوتني بالغ بر 150 سال يک نظريه بسيار موفق در توجيه بسياري از پديده‌هاي طبيعي بود، اما در اوايل قرن بيستم ناکارآمدي آن براي توصيف پديده‌هاي زيراتمي آشکار شد و از دل اين مباحث فيزيک کوانتومي متولد شد. حال با اين توصيف دليلي ندارد که بپذيريم موفقيت چشمگير فيزيک کوانتومي در 90 سال گذشته در واقع دليل بر صادق‌بودن آن يا وجودداشتن مؤلفه‌هايي باشد که اين فيزيک وجود آنها را فرض مي‌کند. با توجه به انتقادات وارده بر نسخه‌هاي اوليه واقع‌گرايي علمي تاکنون انواع مختلفي از واقع‌گرايي نظير واقع‌گرايي انتخابي، واقع‌گرايي ساختاري و... معرفي شده‌اند.
در مقابل واقع‌گرايي علمي، ضدواقع‌گرايي علمي (Scientific Anti-realism) را داريم که خود مشتمل بر ديدگاه‌هاي مختلفي است که مهم‌ترين آنها عبارت است از ابزارگرايي (Instrumentalism). ابزارگرايان به اقتفاي پير دوهم (فيزيک‌دان فرانسوي 1861-1916) تئوري‌هاي علمي را تنها ابزارهايي مفهومي براي دسته‌بندي، نظام‌مندسازي و پيش‌بيني تبيين‌هاي تجربي مي‌دانند و بنا بر نظر آنها محتواي اصلي علم را نبايد در سطح نظريه‌هاي علمي جست‌وجو كرد،4 اما برخلاف آنها واقع‌گرايان علمي تئوري‌هاي علمي را تبيين‌هايي داراي محتواي تجربي و ارزش صدق مي‌دانند که صدق و کذب آنها در مراجعه به جهان خارج مشخص مي‌‌شود.5 از يک ديد واقع‌گرايانه حتي زماني‌ که تئوري‌ها غلط باشند باز هم مي‌توانند بيشتر از تئوري‌هاي رقيب به حقيقت نزديک باشند. به طور کلي از ديد ضدواقع‌گرايان علم همواره ميزاني از خطاپذيري را در خود دارد و به همين علت دليلي ندارد که از گزاره‌هاي علمي انتظار توصيف دقيق جهان خارج را چنان‌که واقعا هست داشته باشيم. ابزارگرايان نيز با باور به اين موضوع در توضيح ماهيت گزاره‌ها و نظريه‌هاي علمي براي آنها يک نقش حداقلي در حد يک ابزار مفهومي براي منظم‌کردن داده‌هاي تجربي و استفاده از آنها براي پيش‌بيني و نه چيزي بيش از آن قائل‌اند. از اين ديدگاه نظريه‌هاي علمي در مورد وجود يا عدم وجود آنچه ما تحت عنوان الکترون با خواص الکتريکي و مغناطيسي مشخص مي‌شناسيم، ساکت هستند.
نکته شايان ذکر ديگر در اين بحث جايگاه مدل‌سازي در علوم طبيعي و رياضياتي است. تصور توصيف علمي جهان بدون استفاده از مدل امکان‌ناپذير است. مدل در واقع برشي آشنا و قابل اطمينان از جهان است که از آن براي توصيف پديده‌ها و برش‌هاي ناآشنا از جهان استفاده مي‌کنيم. بنيان اين نحوه توصيف بر رابطه شباهت استوار است. دانشمندان آنچه را به ياري شواهد يا با استفاده از شهودها و حدسيات خود از جهان درمي‌يابند در قالب مدل‌ها بيان مي‌کنند. تاکنون کتاب‌ها و مقالات بي‌شماري در زمينه مدل‌سازي علمي نوشته شده است. اما امروزه به خوبي مي‌دانيم که مدل‌ها براي توصيف واقعيت بيش از اندازه تميز و قابل فهم هستند و اين خطر همواره در کمين دانشمندان است که خيال کنند واقعا مي‌توانند با استفاده از اين مدل‌هاي زيبا و روشن به توصيف دقيقي از جهان دست يابند که چه بسا توصيف نهايي و واقعيت محض جهان باشد. علم حتي اگر نتواند ما را متقاعد کند که راهي به حقيقت محض در چنته دارد، دست‌کم با اعتمادبه‌نفس بالايي مي‌تواند ادعا کند در صورتي که از اساس چنين سطحي از دسترسي به حقيقت اشيا و حقيقت جهان وجود داشته باشد، تنها علم است که اين دسترسي را براي ما ممکن مي‌كند. اينکه علم چگونه مي‌تواند چنين موضعي را با اعتمادبه‌نفس بالا اتخاذ کند و ما را دائما نسبت به خود خوش‌بين نگه دارد، البته دلايل فراواني در تاريخ علم دارد. از جمله چيزهايي که ما را نسبت به علم خوش‌بين نگه مي‌دارد (و حق هم داريم اگر به اين دليل به آن خوش‌بين باشيم) اين واقعيت انکارناپذير است که علم قدرت پيش‌بيني بالايي دارد و قدرت تکنولوژيکي نسبي ما را تضمين مي‌کند: هواپيماها حرکت مي‌کنند و به‌موقع به مقصد مي‌رسند، موشک‌ها پرتاب مي‌شوند و با «دقت کافي» به هدف برخورد مي‌کنند و بمب‌هاي هسته‌اي واقعا منفجر مي‌شوند. ما نيز با ديدن تمام اين دستاوردهاي بزرگ علم به سختي مي‌توانيم در اين اصل که علم در واقع تلاش مي‌کند ما را به حقيقت جهان رهنمون شود، شک کنيم. در بسياري از موارد مدل‌سازي يک ماهيت پيچيده‌شونده و پيش‌رونده دارد. براي بررسي کامل آنچه درباره يک برش خاص از واقعيت مي‌دانيم به‌لحاظ روش‌‌شناختي ابتدا به مدل‌هاي به‌نسبت ساده قناعت مي‌کنيم و پله‌به‌پله بر «پيچيدگي» مدل‌ها مي‌افزاييم. نحوه اين حرکت پله‌به‌پله مي‌تواند هم از مقتضيات درون دستگاه توصيفي ما تعيين شود و هم از پيشرفت‌ها يا پسرفت‌هايي که در روال مشاهدات و محاسبات با آن روبه‌رو مي‌شويم. براي مثال نيوتن براي توصيف حرکت سيارات منظومه شمسي ابتدا يک سياره را به صورت يک نقطه داراي جرم که به دور خورشيد مي‌گردد، مدل‌سازي کرد و از اين طريق به قانون بيضوي کپلر براي مسير سيارات رسيد. اما اين روش برخورد با مسئله به‌دلیل قانون سوم خود نيوتن ممنوع بود. براي غلبه بر اين مشکل نيوتن از مدلي که در آن سياره و خورشيد حول مرکز جرم مشترک خود دَوَران مي‌کردند، استفاده كرد. سپس اثر سيارات ديگر را در يک دستگاه خورشيد مرکز مدل‌سازي كرد، اما تا اين مرحله هنوز اثر سيارات بر هم‌ديگر را به بحث نگذاشته بود. سپس او سيارات را جاي جرم متمرکز نقطه‌اي به‌صورت کره‌اي مدل‌سازي كرد و در نهايت اثر سيارات بر یک‌ديگر را با استفاده از روشی رياضياتي موسوم به روش اختلال به بررسي گذاشت.
در بسياري از موراد ديگر در علوم مختلف اين روش شروع از يک حالت ساده و پيچيده‌تر‌کردن پله‌اي مدل به چشم مي‌خورد. اما مدل‌ها تا کجا توانايي پيچيده‌تر‌شدن دارند؟ قسمت اعظمي از تلاش دانشمندان در عرصه علوم طبيعي هميشه مصروف به اين مي‌شود که ظرفيت زبان‌ها و فضاهاي مدل‌سازي را افزايش دهند: يعني حرکت به سوي کامپيوترهاي قدرتمندتر و روش‌هاي محاسباتي سريع‌تر و کارآمدتر. به‌طوري‌که گاهي ممکن است فکر کنيم توانايي ما براي اين افزايش ظرفيت واقعا بي‌نهايت است، اما در عمل اين‌طور نيست. بسياري از نظريات فقط به‌دليل بار محاسباتي فراواني که دارند مسير برعکسي را طي مي‌کنند؛ يعني در بسياري از موارد ما يک تئوري بسيار پيچيده داريم که اثرات فراواني در آن مدل‌سازي شده و به صورت رياضياتي بيان شده‌اند، اما در عمل درباره اين نظريات بسيار پيچيده (که با وجود پيچيدگي بالايشان باز هم مي‌دانيم که اثرات فراوني در آنها لحاظ نشده‌اند) به دليل محدوديت‌هاي سخت‌افزاري و زماني مجبور به عقب‌نشيني‌هاي فاحش هستيم. اين نوع عقب‌نشيني در ابتدايي‌ترين مسائل فيزيک نيز وجود دارد: آنجايي که استادان فيزيک پايه مي‌گويند از فلان اثر «صرف‌نظر» مي‌کنيم. اين صرف‌نظر‌کردن گاهي به اين دليل است که ممکن است در صورت صرف‌نظر‌نکردن کل وقت يک ترم فقط به حل يک مسئله اختصاص پيدا کند و در حالت‌هاي ديگر حتي ممکن است اين صرف‌نظر‌نکردن به پديد‌آمدن معادلاتي بينجامد که هنوز براي حل آنها روشي ابداع نشده است. اين شيوه کوتاه‌آمدن يک کار هر روزينه در ميان دانشمندان است. هر چقدر هم که کامپيوترهاي قوي‌تري ساخته بشوند باز هم به‌سادگي مي‌توان مسائلي يافت که «هزينه محاسباتي» آنها به‌طور‌کامل توجيه‌ناپذير باشد؛ برای مثال حالتي را در نظر بگيريد که داده‌هاي آب‌وهوايي يک ناحيه مشخص و همه معادلات و کدهاي لازم براي پيش‌بيني وضع هواي 24 ساعت آينده در آن منطقه فراهم باشد. حال کافي است بعد از وارد‌کردن داده‌ها منتظر باشيم که کامپيوترها وضعيت جوي را به ما بدهند. اما اگر حل معادلات ازطریق کامپيوترها به هشت ماه زمان نياز داشته باشد چطور؟! آيا باز هم استفاده از اين روش توجيه‌پذير است؟ البته امروزه مي‌دانيم که سيستم‌هايي نظير سيستم‌هاي آب‌و‌هوايي از جمله سيستم‌هاي آشوبناک هستند و مدل‌سازي آنها براي به‌دست‌دادن رفتار سيستم، حتي در آينده‌هاي نزديک با عدم قطعيت فراوان همراه است. يکي از کارهايي که براي حل چنين مشکلاتي مي‌توان کرد اين است که ظرفيت محاسباتي را تا حد ممکن بالا ببريم؛ يعني به جاي کامپيوترهاي عادي وظيفه حل معادلات را به سوپرکامپيوترها بسپاريم. ديگري اين است که در فرضيات مسئله تا حد امکان تجديدنظر کنيم. براي مثال از اثرات غيرخطي يا اصطکاک يا هر چيزي که فکر مي‌کنيم «هزينه محاسبات را بالا مي‌برد» صرف‌نظر كنيم. در همين نقطه مشخص مي‌شود که داشتن دغدغه نزديکي نتايج به حقيقت (با فرض اينکه حل کامل معادلات نتايج کاملا منطبق با واقعيت بدهد که اساسا مي‌دانيم چنين نيست) تا چه ميزان دشوار است. دانشمندان در بسياري از موارد صرف داشتن يک نتيجه براي انتشار را با وجود اينکه مي‌دانند چقدر ساده‌سازي در به‌دست‌آوردن آن به کار گرفته شده است، به نداشتن آن ترجيح مي‌دهند. در مورد اندازه‌گيري مستقيم خواص سيستم‌ها نيز بحث‌هاي مشابهي وجود دارد.
حال با توجه به آنچه درباره مدل‌سازي‌ها و محدوديت‌هاي آن گفتيم به سؤال خودمان برمي‌گرديم: آيا مؤلفه‌هاي نظريه‌هاي علمي به واقع در عالم خارج وجود دارند؟ آيا اين مؤلفه‌ها و روابط ميان آنها تنها مدل‌ها و ابزارهايي نيستند که ما ساخته‌ايم تا به کمک آنها جهان را براي خودمان قابل درک کنيم؟ همان‌طور که ممکن است بدانيد تاکنون هيچ موردي از وجود يک الکترون که به هر نحوي متفاوت از ساير الکترون‌ها باشد، گزارش نشده است و با آنکه ما آنها را شبيه ذرات تصور مي‌کنيم به طور همزمان خواص موجي و ذره‌اي از خود نشان مي‌دهند. حرکت سريع آنها به دور هسته اتم موجب مي‌شود که بيشتر شبيه يک ابر به دور هسته به نظر بيايند تا ذرات در حال حرکت. شما چه فکر مي‌کنيد؟ الکترون‌ها براي اينکه واقعا در جهان ما وجود داشته باشند تا حدي انتزاعي و شبيه به هم نيستند؟!
پي‌نوشت‌ها:
1. Abbott, B. P. et al. (2016). Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical Review Letters 116 (6), 061102.
2. Hoyningen-Huene, Paul. (2018). Are There Good Arguments Against Scientific Realism?. 10.1007/978-3-319-72577-2_1.
3. https://www.iep.utm.edu/sci-real/
4. Duhem, P., 1954, The Aim and Structure of Physical Theory, Princeton: Princeton
 University Press.
5.https://plato.stanford.edu/entries/
scientific-progress/#ReaIns

 

ارسال دیدگاه شما

ساعت
روزنامه شرق
عنوان صفحه‌ها

شماره 3367

تاریخ ۱۳۹۷/۱۱/۲۷

کارتون
کارتون

آيا الکترون‌ها وجود دارند؟!

سينا فلاح‌زاده راسته‌کناري. کارشناس ‌ارشد مکانيک

آيا الکترون‌ها به واقع در جهان خارج وجود دارند؟! سیاه‌چاله‌ها، امواج گرانشي و ماده تاريک چطور؟ آيا اين مفاهيم فقط واژه‌هايي نظري در علم فيزيک نيستند که براي توصيف پديده‌هاي تجربي ابداع شده و به کار مي‌روند؟ آيا ممکن است با پيشرفت علم متوجه شويم برخي از چيزهايي که ما تاکنون وجودشان را مسلم مي‌انگاشتيم و رفتارها و ویژگی‌هایي را نيز به آنها نسبت مي‌داديم، از اساس چيزهايي ديگر بوده‌اند و وجود آن رفتارها و ویژگی‌ها نيز بايد به نحوي ديگر با فرض وجود چيزهايي ديگر توجيه شود؟ پرسيدن چنين سؤال‌هايی از دانشمنداني که با تلاش فراوان مشغول نظريه‌پردازي درباره  ماهيت و رفتار اشيا و موجودات عالم از ذرات زير اتمي تا سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها هستند، کمي عجيب به نظر مي‌رسد، اما پرداختن به اين سنخ از سؤال‌ها براي فيلسوفان علم يک دل‌مشغولي روزانه و حتي  وظيفه‌ای مهم به شمار مي‌رود. پاسخ سؤال‌هایي از اين دست که «آيا الکترون‌ها  يا پوزيترون‌ها به واقع در عالم خارج از ذهن و زبان ما وجود دارند يا نه؟» و يا اينکه «آيا اساسا نظريه‌هاي علمي مي‌توانند به‌درستي جهان را توصيف کنند؟»، در مبحث واقع‌گرايي علمي (Scientific Realism) جست‌وجو می‌شود. در نگاه اول، شايد به نظر برسد  ما چاره‌اي جز اين نداريم که بپذيريم نظريه‌هاي موفق علمي جهان را «چنان‌که واقعا هست» توصيف مي‌‌کنند و مؤلفه‌هايي که وجودشان در اين نظريه‌ها فرض مي‌شود، در واقع در عالم خارج وجود دارند. دست‌کم بايد پذيرفت  اکثر دانشمندان در کارهاي روزمره خود چنين تصوري از يافته‌ها و نظريات خود دارند و به صورت کاملا شفاف واقع‌گرا هستند. برای مثال، به قسمتي از مقاله‌اي که در 11 فوريه سال 2016  از سوی پژوهشگران رصدخانه موج گرانشي با تداخل‌سنجي ليزري (LIGO) در ليوينگستن واقع در ايالت لوئيزياناي آمريکا منتشر شد، توجه ‌کنيد: «آشکارسازهاي رصدخانه موج گرانشي با تداخل‌سنجي ليزري امواج گرانشي را از ترکيب دو سیاه‌چاله داراي جرم‌هاي در حد ستاره‌اي آشکارسازي كردند. شکل موج آشکارسازي‌شده با پيش‌بيني‌هاي نظريه نسبيت عام اينشتين درباره  ترکيب دو سیاه‌چاله و چرخ‌زدن سیاه‌چاله حاصل‌شده از اين ترکيب توافق دارد. اين مشاهدات وجود سيستم‌هاي دوگانه سیاه‌چاله‌اي داراي جرم‌هاي ستاره‌اي را نشان مي‌دهند. اين اولين مورد از مشاهده مستقيم امواج گرانشي و ترکيب سيستم‌هاي دوگانه سیاه‌چاله‌اي را نشان مي‌دهد».1
چنان‌که پاول هوينينگن-هوينه (فيلسوف علم معاصر آلماني) در مقاله اخيرش درباره  واقع‌گرايي علمي2 اشاره مي‌کند، لحن اين مقاله آشکارا و قاطعانه واقع‌گرايانه است: نويسندگان مقاله مي‌گويند «امواج گرانشي را مشاهده كرده‌اند»، «وجود سيستم‌هاي دوگانه‌اي سیاه‌چاله نشان داده شده است»، امواج گرانشي به صورت مستقيم «آشکارسازي شده‌اند» و همين‌طور «ترکيب سيستم‌هاي دوگانه سیاه‌چاله‌اي» براي اولين‌بار «نشان داده شده است». در مقاله مربوط به آشکارسازي امواج گرانشي که يکي از مهم‌ترين مقالات فيزيک چند سال اخير است و همين‌طور در اکثر مقالاتي که در علوم پايه و مهندسي منتشر مي‌شوند، هيچ استدلالي براي تبيين واقع‌گرايانه داده‌ها ارائه نمي‌شود يا اساسا هيچ احتمال ديگري به غير از اينکه مؤلفه‌هاي نام‌‌ برده‌شده در تئوري‌ها «واقعي» هستند، مطرح نمي‌شود. نمونه‌هاي ديگري از گزارش «مشاهده مستقيم» مؤلفه‌هاي نظري تئوري‌هاي علمي وجود دارد که نشان مي‌دهد دانشمندان و به‌ويژه فيزيک‌دانان و بسياري از نظريه‌پردازان علوم مهندسي درباره تئوري‌هاي موفقي که به صورت روزمره با آنها کار مي‌کنند، کاملا واقع‌گرا هستند. به‌طوري‌که حتي مي‌توان گفت در بسياري از موارد قبل از «آشکارسازي» يا «مشاهده مستقيم» پديده مورد نظر نيز همين نوع از واقع‌‌گرايي (طبيعتا با درجه‌اي کمتر از يقين) در ميان دانشمندان وجود دارد.
در طول چند دهه گذشته جدال ميان واقع‌گرايان علمي و منتقدان‌شان محور مباحث فلسفه علم بوده است. واقع‌گرايان معتقدند با توجه به دستاوردهای چشم‌گير نظريه‌هاي موفق علمي و کاربردهاي موفق مهندسي آنها، اينکه اين نظريه‌ها عالم را به‌درستي توصيف نکنند، در واقع  اتفاقی معجزه‌آساست. البته به دست‌دادن يک تعريف جامع از واقع‌گرايي علمي با توجه به گستردگي مباحث اين حوزه کار آساني نيست و حتي سخن‌گفتن دقيق از مواضع متعددي که در اين زمينه مطرح هستند،  به مفاهيمي نیاز دارد که از حوصله اين نوشتار خارج است، اما به‌طور ساده مي‌توان گفت از دهه 1970 به اين سو واقع‌گرايي علمي عموما با باورمندي به شاخصه‌هاي زير شناخته مي‌شود:
- جهان مستقل از ذهن و زبان ما وجود دارد.
- علم تلاش مي‌‌کند  حقيقت را درباره جهان کشف کند. در واقع از نظر واقع‌گرايي هدف علم دستيابي به حقيقت است. آموزه واقع‌گرايي اين کار را ممکن مي‌داند و نسبت به پيشروي علم در دستيابي به حقيقت خوش‌بين است.
- قبول‌کردن يک نظريه به اين معناست که آن نظريه دست‌کم به صورت تقريبي درست است و مؤلفه‌هاي «مشاهده‌ناپذیري» که آن نظريه وجودشان را فرض مي‌کند، در واقع در جهان خارج وجود دارند. به بيان ديگر،  اين مؤلفه‌هاي نظري تبيين‌هايي هستند که در جهان خارج از ذهن و زبان مدلول‌هايي دارند. (دقت کنيد مفهوم مشاهده در اين زمينه بحث بسيار پيچيده‌تر از آن چيزي که ما مي‌توانيم به پشتوانه شهودهاي روزمره تصوري از آن داشته باشيم: مشاهده در اينجا صرفا به معني ديدن با چشم سر و آشکارسازي با ابزارها نبوده و مفهوم گسترده‌تري از آن مدنظر است).
- اينکه نظريه‌هاي علمي قدرت پيش‌بيني‌کننده بالايي دارند در واقع نشان‌دهنده اين است که مؤلفه‌هاي نظري آنها در جهان خارج وجود دارند.3
تاکنون مناقشات بسياري بر سر ادعاهاي واقع‌گرايانه در ميان فيلسوفان در گرفته است. برخي از اين مناقشات ريشه در مباحث پايه‌اي فلسفي دارند و برخي ديگر نيز به مباحث خاص فلسفه علم مربوط‌اند. براي مثال اينکه در شناخت‌شناسي
 (Epistemology)، هستي‌شناسي (Ontology) يا مباحث مربوط به معناداري و حقيقت چه نظري داشته باشيم يا اينکه به لحاظ فلسفي ايدئاليست يا رئاليست باشيم مستقيما روي مواضع ما در مناقشه واقع‌گرايي علمي و مخالفان آن تأثير مي‌گذارد. اگر کسي قائل به اين باشد که جهان مستقل از ذهن انسان اساسا بي‌معني است و ما نمي‌توانيم چيزي در مورد وجود يا عدم وجود آن بگوييم، در سطحي بسيار راديکال و ابتدايي از شک فلسفي باقي مي‌ماند و اگر کسي از اين مرحله عبور کند و توانايي علم براي رسيدن به حقيقت جهان را زير سؤال ببرد به سطوح بالاتري از شک فلسفي دچار مي‌شود. موضوع بحث واقع‌گرايي و ضدواقع‌گرايي علمي در واقع اين سطح بالاتر از شک فلسفي است و نه آن تشکيک اساسي که موضوع بحث فيلسوفان دوران‌هاي قديم‌تر نيز بوده است. تاکنون برهان‌هاي گوناگوني براي واقع‌گرايي علمي ارائه شده که يکي از مهم‌ترين آنها عبارت است از برهان معجزه
(Miracle Argument) يا برهان نهايي
(Ultimate Argument). به طور ساده اين برهان بيان مي‌كند که با توجه به موفقيت‌هاي بسيار چشمگير و ديرپاي برخي از نظريات علمي در پيش‌بيني رفتار موجودات جهان هستي در واقع گواه بر درستي (دست‌کم تقريبي) آنها و وجود موجودات مشاهده‌ناپذير مفروض در آنهاست. البته بايد دقت کنيم که در اين زمينه بحث، مفهوم معجزه هيچ ربطي به مفهوم الاهياتي آن ندارد. برهان نهايي با وجود باورپذيري قابل ملاحظه‌اش اصلا خالي از اشکال نيست و تاکنون نقدهاي فراواني به آن وارد شده است. ازجمله مهم‌ترين اين نقدها سنجيدن اين برهان با ارجاع به مفاد تاريخ علم است: براي مثال فيزيک نيوتني بالغ بر 150 سال يک نظريه بسيار موفق در توجيه بسياري از پديده‌هاي طبيعي بود، اما در اوايل قرن بيستم ناکارآمدي آن براي توصيف پديده‌هاي زيراتمي آشکار شد و از دل اين مباحث فيزيک کوانتومي متولد شد. حال با اين توصيف دليلي ندارد که بپذيريم موفقيت چشمگير فيزيک کوانتومي در 90 سال گذشته در واقع دليل بر صادق‌بودن آن يا وجودداشتن مؤلفه‌هايي باشد که اين فيزيک وجود آنها را فرض مي‌کند. با توجه به انتقادات وارده بر نسخه‌هاي اوليه واقع‌گرايي علمي تاکنون انواع مختلفي از واقع‌گرايي نظير واقع‌گرايي انتخابي، واقع‌گرايي ساختاري و... معرفي شده‌اند.
در مقابل واقع‌گرايي علمي، ضدواقع‌گرايي علمي (Scientific Anti-realism) را داريم که خود مشتمل بر ديدگاه‌هاي مختلفي است که مهم‌ترين آنها عبارت است از ابزارگرايي (Instrumentalism). ابزارگرايان به اقتفاي پير دوهم (فيزيک‌دان فرانسوي 1861-1916) تئوري‌هاي علمي را تنها ابزارهايي مفهومي براي دسته‌بندي، نظام‌مندسازي و پيش‌بيني تبيين‌هاي تجربي مي‌دانند و بنا بر نظر آنها محتواي اصلي علم را نبايد در سطح نظريه‌هاي علمي جست‌وجو كرد،4 اما برخلاف آنها واقع‌گرايان علمي تئوري‌هاي علمي را تبيين‌هايي داراي محتواي تجربي و ارزش صدق مي‌دانند که صدق و کذب آنها در مراجعه به جهان خارج مشخص مي‌‌شود.5 از يک ديد واقع‌گرايانه حتي زماني‌ که تئوري‌ها غلط باشند باز هم مي‌توانند بيشتر از تئوري‌هاي رقيب به حقيقت نزديک باشند. به طور کلي از ديد ضدواقع‌گرايان علم همواره ميزاني از خطاپذيري را در خود دارد و به همين علت دليلي ندارد که از گزاره‌هاي علمي انتظار توصيف دقيق جهان خارج را چنان‌که واقعا هست داشته باشيم. ابزارگرايان نيز با باور به اين موضوع در توضيح ماهيت گزاره‌ها و نظريه‌هاي علمي براي آنها يک نقش حداقلي در حد يک ابزار مفهومي براي منظم‌کردن داده‌هاي تجربي و استفاده از آنها براي پيش‌بيني و نه چيزي بيش از آن قائل‌اند. از اين ديدگاه نظريه‌هاي علمي در مورد وجود يا عدم وجود آنچه ما تحت عنوان الکترون با خواص الکتريکي و مغناطيسي مشخص مي‌شناسيم، ساکت هستند.
نکته شايان ذکر ديگر در اين بحث جايگاه مدل‌سازي در علوم طبيعي و رياضياتي است. تصور توصيف علمي جهان بدون استفاده از مدل امکان‌ناپذير است. مدل در واقع برشي آشنا و قابل اطمينان از جهان است که از آن براي توصيف پديده‌ها و برش‌هاي ناآشنا از جهان استفاده مي‌کنيم. بنيان اين نحوه توصيف بر رابطه شباهت استوار است. دانشمندان آنچه را به ياري شواهد يا با استفاده از شهودها و حدسيات خود از جهان درمي‌يابند در قالب مدل‌ها بيان مي‌کنند. تاکنون کتاب‌ها و مقالات بي‌شماري در زمينه مدل‌سازي علمي نوشته شده است. اما امروزه به خوبي مي‌دانيم که مدل‌ها براي توصيف واقعيت بيش از اندازه تميز و قابل فهم هستند و اين خطر همواره در کمين دانشمندان است که خيال کنند واقعا مي‌توانند با استفاده از اين مدل‌هاي زيبا و روشن به توصيف دقيقي از جهان دست يابند که چه بسا توصيف نهايي و واقعيت محض جهان باشد. علم حتي اگر نتواند ما را متقاعد کند که راهي به حقيقت محض در چنته دارد، دست‌کم با اعتمادبه‌نفس بالايي مي‌تواند ادعا کند در صورتي که از اساس چنين سطحي از دسترسي به حقيقت اشيا و حقيقت جهان وجود داشته باشد، تنها علم است که اين دسترسي را براي ما ممکن مي‌كند. اينکه علم چگونه مي‌تواند چنين موضعي را با اعتمادبه‌نفس بالا اتخاذ کند و ما را دائما نسبت به خود خوش‌بين نگه دارد، البته دلايل فراواني در تاريخ علم دارد. از جمله چيزهايي که ما را نسبت به علم خوش‌بين نگه مي‌دارد (و حق هم داريم اگر به اين دليل به آن خوش‌بين باشيم) اين واقعيت انکارناپذير است که علم قدرت پيش‌بيني بالايي دارد و قدرت تکنولوژيکي نسبي ما را تضمين مي‌کند: هواپيماها حرکت مي‌کنند و به‌موقع به مقصد مي‌رسند، موشک‌ها پرتاب مي‌شوند و با «دقت کافي» به هدف برخورد مي‌کنند و بمب‌هاي هسته‌اي واقعا منفجر مي‌شوند. ما نيز با ديدن تمام اين دستاوردهاي بزرگ علم به سختي مي‌توانيم در اين اصل که علم در واقع تلاش مي‌کند ما را به حقيقت جهان رهنمون شود، شک کنيم. در بسياري از موارد مدل‌سازي يک ماهيت پيچيده‌شونده و پيش‌رونده دارد. براي بررسي کامل آنچه درباره يک برش خاص از واقعيت مي‌دانيم به‌لحاظ روش‌‌شناختي ابتدا به مدل‌هاي به‌نسبت ساده قناعت مي‌کنيم و پله‌به‌پله بر «پيچيدگي» مدل‌ها مي‌افزاييم. نحوه اين حرکت پله‌به‌پله مي‌تواند هم از مقتضيات درون دستگاه توصيفي ما تعيين شود و هم از پيشرفت‌ها يا پسرفت‌هايي که در روال مشاهدات و محاسبات با آن روبه‌رو مي‌شويم. براي مثال نيوتن براي توصيف حرکت سيارات منظومه شمسي ابتدا يک سياره را به صورت يک نقطه داراي جرم که به دور خورشيد مي‌گردد، مدل‌سازي کرد و از اين طريق به قانون بيضوي کپلر براي مسير سيارات رسيد. اما اين روش برخورد با مسئله به‌دلیل قانون سوم خود نيوتن ممنوع بود. براي غلبه بر اين مشکل نيوتن از مدلي که در آن سياره و خورشيد حول مرکز جرم مشترک خود دَوَران مي‌کردند، استفاده كرد. سپس اثر سيارات ديگر را در يک دستگاه خورشيد مرکز مدل‌سازي كرد، اما تا اين مرحله هنوز اثر سيارات بر هم‌ديگر را به بحث نگذاشته بود. سپس او سيارات را جاي جرم متمرکز نقطه‌اي به‌صورت کره‌اي مدل‌سازي كرد و در نهايت اثر سيارات بر یک‌ديگر را با استفاده از روشی رياضياتي موسوم به روش اختلال به بررسي گذاشت.
در بسياري از موراد ديگر در علوم مختلف اين روش شروع از يک حالت ساده و پيچيده‌تر‌کردن پله‌اي مدل به چشم مي‌خورد. اما مدل‌ها تا کجا توانايي پيچيده‌تر‌شدن دارند؟ قسمت اعظمي از تلاش دانشمندان در عرصه علوم طبيعي هميشه مصروف به اين مي‌شود که ظرفيت زبان‌ها و فضاهاي مدل‌سازي را افزايش دهند: يعني حرکت به سوي کامپيوترهاي قدرتمندتر و روش‌هاي محاسباتي سريع‌تر و کارآمدتر. به‌طوري‌که گاهي ممکن است فکر کنيم توانايي ما براي اين افزايش ظرفيت واقعا بي‌نهايت است، اما در عمل اين‌طور نيست. بسياري از نظريات فقط به‌دليل بار محاسباتي فراواني که دارند مسير برعکسي را طي مي‌کنند؛ يعني در بسياري از موارد ما يک تئوري بسيار پيچيده داريم که اثرات فراواني در آن مدل‌سازي شده و به صورت رياضياتي بيان شده‌اند، اما در عمل درباره اين نظريات بسيار پيچيده (که با وجود پيچيدگي بالايشان باز هم مي‌دانيم که اثرات فراوني در آنها لحاظ نشده‌اند) به دليل محدوديت‌هاي سخت‌افزاري و زماني مجبور به عقب‌نشيني‌هاي فاحش هستيم. اين نوع عقب‌نشيني در ابتدايي‌ترين مسائل فيزيک نيز وجود دارد: آنجايي که استادان فيزيک پايه مي‌گويند از فلان اثر «صرف‌نظر» مي‌کنيم. اين صرف‌نظر‌کردن گاهي به اين دليل است که ممکن است در صورت صرف‌نظر‌نکردن کل وقت يک ترم فقط به حل يک مسئله اختصاص پيدا کند و در حالت‌هاي ديگر حتي ممکن است اين صرف‌نظر‌نکردن به پديد‌آمدن معادلاتي بينجامد که هنوز براي حل آنها روشي ابداع نشده است. اين شيوه کوتاه‌آمدن يک کار هر روزينه در ميان دانشمندان است. هر چقدر هم که کامپيوترهاي قوي‌تري ساخته بشوند باز هم به‌سادگي مي‌توان مسائلي يافت که «هزينه محاسباتي» آنها به‌طور‌کامل توجيه‌ناپذير باشد؛ برای مثال حالتي را در نظر بگيريد که داده‌هاي آب‌وهوايي يک ناحيه مشخص و همه معادلات و کدهاي لازم براي پيش‌بيني وضع هواي 24 ساعت آينده در آن منطقه فراهم باشد. حال کافي است بعد از وارد‌کردن داده‌ها منتظر باشيم که کامپيوترها وضعيت جوي را به ما بدهند. اما اگر حل معادلات ازطریق کامپيوترها به هشت ماه زمان نياز داشته باشد چطور؟! آيا باز هم استفاده از اين روش توجيه‌پذير است؟ البته امروزه مي‌دانيم که سيستم‌هايي نظير سيستم‌هاي آب‌و‌هوايي از جمله سيستم‌هاي آشوبناک هستند و مدل‌سازي آنها براي به‌دست‌دادن رفتار سيستم، حتي در آينده‌هاي نزديک با عدم قطعيت فراوان همراه است. يکي از کارهايي که براي حل چنين مشکلاتي مي‌توان کرد اين است که ظرفيت محاسباتي را تا حد ممکن بالا ببريم؛ يعني به جاي کامپيوترهاي عادي وظيفه حل معادلات را به سوپرکامپيوترها بسپاريم. ديگري اين است که در فرضيات مسئله تا حد امکان تجديدنظر کنيم. براي مثال از اثرات غيرخطي يا اصطکاک يا هر چيزي که فکر مي‌کنيم «هزينه محاسبات را بالا مي‌برد» صرف‌نظر كنيم. در همين نقطه مشخص مي‌شود که داشتن دغدغه نزديکي نتايج به حقيقت (با فرض اينکه حل کامل معادلات نتايج کاملا منطبق با واقعيت بدهد که اساسا مي‌دانيم چنين نيست) تا چه ميزان دشوار است. دانشمندان در بسياري از موارد صرف داشتن يک نتيجه براي انتشار را با وجود اينکه مي‌دانند چقدر ساده‌سازي در به‌دست‌آوردن آن به کار گرفته شده است، به نداشتن آن ترجيح مي‌دهند. در مورد اندازه‌گيري مستقيم خواص سيستم‌ها نيز بحث‌هاي مشابهي وجود دارد.
حال با توجه به آنچه درباره مدل‌سازي‌ها و محدوديت‌هاي آن گفتيم به سؤال خودمان برمي‌گرديم: آيا مؤلفه‌هاي نظريه‌هاي علمي به واقع در عالم خارج وجود دارند؟ آيا اين مؤلفه‌ها و روابط ميان آنها تنها مدل‌ها و ابزارهايي نيستند که ما ساخته‌ايم تا به کمک آنها جهان را براي خودمان قابل درک کنيم؟ همان‌طور که ممکن است بدانيد تاکنون هيچ موردي از وجود يک الکترون که به هر نحوي متفاوت از ساير الکترون‌ها باشد، گزارش نشده است و با آنکه ما آنها را شبيه ذرات تصور مي‌کنيم به طور همزمان خواص موجي و ذره‌اي از خود نشان مي‌دهند. حرکت سريع آنها به دور هسته اتم موجب مي‌شود که بيشتر شبيه يک ابر به دور هسته به نظر بيايند تا ذرات در حال حرکت. شما چه فکر مي‌کنيد؟ الکترون‌ها براي اينکه واقعا در جهان ما وجود داشته باشند تا حدي انتزاعي و شبيه به هم نيستند؟!
پي‌نوشت‌ها:
1. Abbott, B. P. et al. (2016). Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical Review Letters 116 (6), 061102.
2. Hoyningen-Huene, Paul. (2018). Are There Good Arguments Against Scientific Realism?. 10.1007/978-3-319-72577-2_1.
3. https://www.iep.utm.edu/sci-real/
4. Duhem, P., 1954, The Aim and Structure of Physical Theory, Princeton: Princeton
 University Press.
5.https://plato.stanford.edu/entries/
scientific-progress/#ReaIns

 

ارسال دیدگاه شما