مکانیک کوانتومی و اراده آزاد

موفقیت‌های چشمگیر فیزیک و به‌‌ویژه مکانیک نیوتنی در توجیه بسیاری از پدیده‌های فیزیکی شناخته‌شده، فضای فکری و فرهنگی قرن‌های 18 و 19 میلادی را چنان تحت تأثیر قرار داده بود که اکثریت دانشمندان و فیلسوفان بزرگ به این نتیجه رسیده بودند که به یک دستگاه فکری کامل برای توجیه همه حرکات موجودات جهان هستی دست یافته‌اند. نتیجه این وضع برای فلسفه آن دوران یک گرایش فکری قوی به سوی جبری‌گرایی بود. این جبری‌گرایی در استعاره اهریمن یا روح لاپلاسی، به حالت کاملا بلوغ‌یافته‌ای می‌رسد. در استعاره روح لاپلاسی که به صورت یک آزمایش فکری مطرح می‌شود، موضوع از این قرار است که با توجه به قوانین فیزیکی شناخته‌شده (البته تا زمان لاپلاس!) اگر وضعیت حال حاضر همه ذرات جهان هستی، اعم از موقعیت، سرعت و نیروهای بین ذرات را برای این روح فیزیک‌دان فراهم کنیم، او وضعیت تمام جهان را برای همه لحظات گذشته و تمام آینده به شما خواهد داد! این تصویر آشکارا جبری‌گراست. یعنی با مشخص‌شدن شرایط اولیه سیستم با حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر آن می‌توان به یک پاسخ یکتا برای تمام آینده آن دست یافت. این یک وضعیت خرسندکننده ایدئال برای دانشمندانی بود که به کارشان ایمان دارند و یک ابزار استدلالی مهم برای طرفداران ماتریالیسم مکانیکی. در چنین شرایطی اگر نتوانیم وضعیت و مسیر یک سیستم را به‌درستی و با دقت مشخص کنیم، فقط و فقط یک ایراد ممکن است وجود داشته باشد؛ آن هم نبود اطلاعات کافی از شرایط حال حاضر سیستم است. اما چنان‌که می‌دانیم، با نزدیک‌شدن قرن بیستم در آزمایش‌های مربوط به تابش جسم سیاه پدیده‌هایی مشاهده شدند که توجیه آنها با استفاده از پیش‌فرض‌های فیزیک کلاسیک دیگر ممکن نبود. از سوی دیگر، در سال‌های آغازین سده بیستم اینشتین نظریه نسبیت خاص خود را ارائه و درک کلاسیک از فضا و زمان را با چالشی بزرگ مواجه کرد. دو دهه پس از معرفی نظریه نسبیت و در ادامه مطالعات دانشمندانی نظیر نیلز بوهر مکانیک کوانتومی از سوی هایزنبرگ بنیان‌گذاری شد و چند ماه بعدتر نسخه کامل‌تری از آن با عنوان مکانیک ماتریسی از سوی هایزنبرگ، بورن و جوردان ارائه شد. اندکی بعد از آن شرودینگر مکانیک موجی خود را ارائه کرد و پس از چندی مشخص شد که این دو بیان از مکانیک کوانتومی در واقع هم‌ارز یکدیگرند. در این مقاله قصد نداریم به بررسی تفصیلی تاریخ پرفراز و نشیب نظریه کوانتومی بپردازیم، بلکه می‌خواهیم به یکی از وجوه انقلابی‌بودن آن توجه کنیم: تأثیر مکانیک کوانتومی بر درک ما از علیت و دترمینیسم. انقلاب‌های بزرگ علمی فقط تغییر ذهنیت گروهی از دانشمندان که در محیط‌های آکادمیک کار می‌کنند، نیستند. بسیاری از آنان بلافاصله از محیط‌های علمی و آزمایشگاهی به همه جوانب زندگی مادی و معنوی جوامع سرایت می‌کنند و آثار دیرپای فکری، فلسفی، اجتماعی و تکنولوژی از خود به جای می‌گذارند. مکانیک کوانتومی از آنجایی که توانست در اندک‌زمانی درک قدیمی ما از مسئله علیت، روابط علی و معلولی و همچنین دترمینیسم را دستخوش تغییرات شگرف کند، در زمره بزرگ‌ترین انقلاب‌های علمی زمان حاضر قرار می‌گیرد. حالا می‌رسیم به هسته مرکزی بحث: اینکه مکانیک کوانتومی دقیقا چه بلایی بر سر درک معمول ما از علیت می‌آورد. از دید فیزیک کلاسیک و بسیاری از جریان‌های فلسفه قدیم و جدید، موجودات در جهان هستی کاملا بی‌ارتباط با ادراک و آگاهی ما وجود دارند و وقتی ما آنها را مشاهده و آزمایش می‌کنیم، به‌سادگی متوجه چیزهایی می‌شویم که مستقل از ما در جهان وجود داشتند. این درک رئالیستی خام و ابتدایی برای اینکه رفتار روزمره بسیاری از فیزیک‌دان‌ها را در پرتو آن بررسی کنند، بسیار کارآمد بود چراکه معمولا فیزیک‌دانان خودشان و دانشجویان‌شان را در آزمایشگاه مشغول مباحث عمیق فلسفی نمی‌کردند و در بسیاری از موارد نیازی هم نبود که چنین کاری کنند و کار روزمره فیزیک‌دانان واقعا خیلی ساده‌تر از این مسائل اداره می‌شد و می‌شود. اما در محافل فلسفی مباحث درازآهنگی با قدمت صدها سال در این زمینه‌ها جریان داشت و هنوز هم دارد. در مکانیک کلاسیک در ساده‌ترین حالت، برای مشخص‌کردن نحوه رفتار یک ذره معادلات حاکم بر آن را با استفاده از اصول فیزیکی استخراج کرده و سپس با حل آن معادلات بر‌اساس مجموعه‌ای از شرایط اولیه به توابعی دست پیدا می‌کنند که نشان‌دهنده مسیر و نحوه حرکت آن ذره است. در این حالت برای سیستم مورد بررسی اگر اشکالی در فرضیات وجود نداشته باشد، فقط یک پاسخ به دست می‌آید که نشان‌دهنده یک مسیر ممکن (بر‌اساس شرایط اولیه مشخص) برای آینده آن ذره است (دقت کنید که این ساده‌ترین حالت ممکن بحث حرکت ذرات است). این یکتابودن پاسخ در واقع وجه مهمی از سرشت بسیاری از مسائل مکانیک کلاسیک را دربر دارد و آن هم این است که با توجه به یکتابودن پاسخ به‌دست‌آمده برای معادله حرکت ما فقط با یک آینده ممکن برای ذره روبه‌رو هستیم و این یعنی اینکه اگر نیروی دیگری بر ذره وارد نشود یا یک اتفاق درونی برای آن رخ ندهد، آینده ذره به صورت دترمینیستیک کاملا مشخص شده است. شایان ذکر است که این مسائل درباره مکانیک محیط‌های غیرخطی و محیط‌های آشوبناک صادق نیستند و در مورد دترمینیسم در آن سیستم‌ها بحث‌های تکمیلی دیگری مورد نیاز است. اما وضعیت ذره در مکانیک کوانتومی با مکانیک کلاسیک به جهات متعددی متفاوت است. در مکانیک کوانتومی با دو جنبه به‌ظاهر ناسازگار از رفتار ذرات طرف هستیم: ذرات در جهان کوانتومی هم از خود رفتار ذره‌ای نشان می‌دهند و هم رفتار موجی. این دو رفتار ذرات تحت عنوان اصل متمّمیت (Complementarity) در مکانیک کوانتومی بررسی می‌شود. نکته بسیار مهم دیگر این است که در مکانیک کوانتومی برخلاف مکانیک کلاسیک ذرات نسبت به مشاهده بی‌تفاوت نیستند (یعنی آن‌قدر کوچکند که نمی‌توانند بی‌تفاوت باشند) و هرگونه مشاهده و اندازه‌گیری سیستم‌های کوانتومی از طرف یک موجود دارای آگاهی وضعیت سیستم را به شكلي قابل ملاحظه تحت تأثیر قرار می‌دهد. مسئله اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی با دامن‌زدن به یکی از جنجال‌برانگیزترین مباحث فلسفی زمینه بسیار پرباری را برای دیالکتیک علم و فلسفه فراهم آورد. در مکانیک کوانتومی با حل معادله موج شرودینگر برای یک دستگاه به تابع موجی دست پیدا می‌کنیم که مجذور دامنه آن نشان‌دهنده میزان احتمال یافت‌شدن ذره در یک نقطه خاص از فضا-زمان است (قانون بورن). یعنی خود تابع موج در واقع یک اطلاع قطعی درباره ذره به ما نمی‌دهد و فقط احتمال حضور ذره در یک نقطه از فضا را دربر دارد و از سویی دیگر، همه اندازه‌گیری‌های کوانتومی مشمول اصل عدم قطعیت هایزنبرگ می‌شوند. این اصل عدم قطعیت هایزنبرگ یک سلاح بسیار کارآمد در مبارزه با اهریمن لاپلاس است زیرا بیان می‌دارد که برای مثال موقعیت و سرعت یک ذره در آن واحد با دقت کامل قابل اندازه‌گیری نیستند و حاصل‌ضرب خطای اندازه‌گیری آنها همیشه از یک مقدار معین بیشتر است. یعنی اگر یکی را با دقت صد درصد اندازه بگیریم، در اندازه‌گیری دیگری دچار خطای بی‌نهایت شده‌ایم. پس بحث اهریمن لاپلاس اساسا بی‌معنی است چون اطلاعاتی که برای محاسبه تمام مسیر گذشته و آینده می‌خواهد، از اساس دسترسی‌ناپذیر است. مسئله اندازه‌گیری در واقع ناظر بر یک پارادوکس بزرگ در دل نظریه کوانتومی است: اینکه وقتی ما موقعیت یک ذره را مشاهده می‌کنیم در واقع با یک نتیجه کاملا قطعی طرف خواهیم بود. دقت کنید که تابع موج شرودینگر فقط احتمال حضور ذره در جایی از فضا را در زمانی خاص به ما می‌دهد و از روی شکل تابع موج هیچ‌گونه اظهارنظر قطعی درباره محل ذره نمی‌توان کرد. اما بلافاصله پس از مشاهده سیستم از سوی یک مشاهده‌گر (که قاعدتا باید به نوعی نهایتا وابسته به یک ذهن یا موجود دارای آگاهی باشد) مکان ذره به طور قطعی معین می‌شود. در اصطلاح فیزیکی به این فرایند فروریزش تابع موج می‌گویند. فرایند مشاهده در فیزیک کوانتومی از طریق آشکارسازهایی که برای مشاهده یا اندازه‌گیری خواص ذرات زیراتمی طراحی می‌شوند، صورت می‌پذیرد. اما اگر بپرسیم بلافاصله قبل از اندازه‌گیری ذره کجای فضا بود، چطور؟ در واقع از آنجایی که تابع موج فقط یک توصیف احتمالاتی از مکان ذره است از همین نقطه به داخل مباحث درازآهنگ فلسفی پرتاب می‌شویم که تا همین حالا هم ادامه پیدا کرده‌اند. در اینجا دانشمندان مکانیک کوانتومی به سه دسته تقسیم می‌شوند؛ یکی از این سه دسته طرفداران تفسیر استاندارد یا کپنهاگی از مکانیک کوانتومی هستند که بوهر، هایزنبرگ و بورن سرآمدان آن هستند. این دسته در واقع طرفداران ضدواقع‌گرایی در تفسیر مکانیک کوانتومی هستند. ضدواقع‌گرایی به گرایشی در فلسفه علم اطلاق می‌شود که برای عناصر مورد بررسی در نظریه‌های علمی وجود خارجی و مستقل از نظریه‌های ما قائل نیست. در مقابل این گرایش، واقع‌گرایی را داریم که معتقد است عناصری که در نظریات علمی از آنها سخن گفته می‌شود، در جهان خارج در واقعیت وجود دارند و فقط برساخته‌ها و مفروضات تئوری‌های ما نیستند. جدال میان واقع‌گرایان و ضدواقع‌گرایان همین امروز هم یکی از مباحث جذاب و دامنه‌دار فلسفه علم است. دسته دوم از دانشمندانی که در حوزه تبیین مکانیک کوانتومی و مسئله اندازه‌گیری کار می‌کنند، طرفداران واقع‌گرایی هستند که معتقدند مکانیک کوانتومی از این جهت ناکامل است. سرآمدان این دسته دوم شرودینگر، اینشتین و دوبروی هستند. دسته سوم هم طرفداران نظریه ندانم‌گرایانه‌اند. حالا بپردازیم به اینکه نظر هرکدام از این سه دسته درباره مکان ذره قبل از اندازه‌گیری چیست. طرفداران تفسیر کپنهاگی که بهترین صورت‌بندی از آن را فون نویمن در نظریه میدان‌های کوانتومی ارائه کرده است، معتقدند قبل از عمل اندازه‌گیری ذره به‌سادگی در هیچ جایی از فضا نیست (!) و عمل اندازه‌گیری که مکان ذره را مشخص می‌کند، اساسا با سایر اتفاقات میان ذرات در جهان کوانتومی تفاوت دارد. این اندازه‌گیری است که به ذره مکان می‌دهد! بنابر نظر این گروه، اینکه تابع موج فقط می‌تواند احتمالات را به ما بدهد در واقع نشان‌دهنده این است که ما درباره ذاتِ ذرات این جهان چیز بیشتری نخواهیم دانست غیر از این نکته که احتمالا این عدم قطعیت و احتمالاتی‌بودن یک ویژگی ذاتی ذرات جهان ماست. گروه دوم که پرشورترین عضوشان اينشتین بود، دائما تکرار می‌کردند که اگر نمی‌توانیم درباره مکان ذره قبل از اندازه‌گیری چیزی بگوییم، به ناکامل‌بودن مکانیک کوانتومی برمی‌گردد و باید متغیرهای پنهان دیگری در کار باشند که سرانجام باعث شوند سیستم به طور کامل معین شود و مکان و سرعت ذره به صورت هم‌زمان با دقت صددرصدی تعیین شوند. از این دیدگاه بود که اینشتین جمله معروف خود را خطاب به طرفداران تفسیر کپنهاگی تکرار می‌کرد: «او (خداوند) تاس بازی نمی‌کند». اینشتین معتقد بود که سرانجام روشی پیدا خواهد شد و این توصیف احتمالاتی از رفتار ذرات در فیزیک کوانتومی را به یک توصیف کامل تبدیل خواهد کرد. برای این منظور اینشتین بارها با مثال‌های نقض و آزمایشات فکری هوشمندانه به نبرد با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ آمد که مهم‌ترین‌شان بحث اینشتین-پودولسکی-روزن (EPR) بود و هیچ وقت هم نتوانست کپنهاگی‌ها را متقاعد کند که از این اصل دست بردارند. طرفداران گروه سوم نیز از هرگونه اظهارنظری در این‌باره خودداری می‌کردند و اظهارنظر را اساسا غیرممکن می‌دانستند. بسیاری از فیلسوفان از همان ابتدای برآمدن فیزیک نیوتنی به‌درستی دریافته بودند که دترمینیسم مندرج در جهان‌بینی القاشده از طریق این فیزیک برای بحث اراده آزاد ایجاد مشکل می‌کند. اگر بدانیم که رفتار همه ذرات جهان ازجمله رفتار و مسیر ذرات تشکيل‌دهنده مغز و بدن انسان برای تمام ابدیت کاملا مشخص و به صورت قطعی معین شده‌اند، اولین مشکلی که به ذهن خطور می‌کند، این است که پس شهودهای روزمره ما درباره اختیار و اراده آزاد چه می‌شود؟ آیا احساس اختیار انسان با دترمینیسم علمی فیزیک کلاسیک سازگار است؟ یا نه، درک روزمره ما از اختیار یک توهم است و «ما لعبتکانیم و فلک لعبت‌باز»؟ اگر این هم یک توهم از سایر توهمات است که پیشرفت علم ما را از وجود آنها آگاه کرده است، چاره چیست؟ آیا بدون اراده آزاد سخن‌گفتن از اخلاق معنی دارد؟ سخن‌گفتن از حقوق چطور؟ آیا اساسا علم می‌تواند درباره مسئله جبر و اختیار اظهارنظر کند یا اصلا کمکی به پیشرفت این بحث کند؟ برای رفع این خطر بزرگ که اراده آزاد را تهدید می‌کرد، فیلسوفان بزرگی از همان قرن هجدهم دست به کار شدند. نخستین راه برون‌رفت این بود که به اعتقاد قدیمی رواقیون و برخی از فلاسفه اسکولاستیک نظیر توماس آکویناس، برگردند و نشان دهند که اراده آزاد اساسا ضدیت خاصی با دترمینیسم ندارد و بلکه با آن سازگار است. این عقیده که سازگاری‌گرایی (Compatibilism) نام دارد1 و مهم‌ترین صورت‌بندی از آن را در آرای هیوم و هابز مشاهده می‌کنیم، در طول سه سده گذشته منتقدان و طرفداران فراوانی داشته و همین امروز هم صورت‌های گوناگونی از آن مورد قبول بسیاری از فیلسوفان اخلاق است.2 با برآمدن مکانیک کوانتومی که جریان قالب آن چنان که گفتیم یک موضع هستی‌شناختی آشکارا غیرجبری‌گرا و احتمالاتی از جهان به دست می‌دهد، دوباره بحث درباره ارتباط این فیزیک با مباحث مربوط به اراده آزاد قوت گرفت و دانشمندان و فیلسوفان را بر آن داشت تا دوباره به مبانی این مبحث رجوع کنند. برخی از دانشمندان نظیر راجر پنروز با توجه به یافته‌های دهه‌های اخیر در زمینه عصب‌شناسی و روشن‌شدن برخی از جنبه‌های ساختار و کارکرد مغز انسان، این نکته را برجسته کردند که با توجه به اینکه فواصل سیناپسی در مغز انسان نزدیک به ابعادی هستند که اثرات کوانتومی در آنها اهمیت می‌یابد، ریشه اراده آزاد را باید در ساختار کوانتومی مغز انسان جست‌وجو کرد.3 گروهی از فیلسوفان این نکته را پیش کشیدند که مکانیک کوانتومی صرفا به ما یک دیدگاه احتمالاتی می‌دهد و تلویحا بیان می‌دارد که رفتار ذرات زیر اتمی با فیزیک کلاسیک سازگاری ندارد و اساسا ماهیت تصادفی دارد، اما این مسئله هیچ ارتباطی به درک ما از اراده آزاد و اختیار ندارد؛ یعنی فیزیک کوانتومی نهایتا می‌تواند بگوید که رفتارها و انتخاب‌های انسان اساسا تصادفی هستند و این به معنی اراده آزاد و اختیار یا داشتن قدرت انتخاب از میان گزینه‌های مختلف پیش‌ِرو نیست.4 همه این مسائل هنوز با این فرض است که تفسیر کپنهاگی از مکانیک کوانتومی را با تأسی از جو غالب بر جامعه فیزیک و فلسفه موجه بدانیم. اما این تمام داستان نیست! همان‌طور که گفتیم، یکی از مخالفان تفسیر کپنهاگی از مکانیک کوانتومی لویی دوبروی بود که یک نسخه دیگر از مکانیک کوانتومی را با تفسیر دترمینیستیک ارائه کرد. اما رهیافت دوبروی در ابتدا به‌شدت از سوی دانشمندانی نظیر پاولی و طبیعتا هواداران تعبیر کپنهاگی نقد و رد شد و خود دوبروی نیز به‌سرعت آن را رها کرد. اما رهیافت دوبروی در سال 1952 از سوی دیوید بوهم، فیزیک‌دان نظری آمریکایی، بازکشف شد و تبیین دیگری از مکانیک کوانتومی تحت عنوان مکانیک دوبروی-بوهم یا تبیین علیتی مکانیک کوانتومی ارائه شد. در این تبیین از مکانیک کوانتومی که قصد ورود به جزئیات آن را نداریم، از «متغیرهای پنهان» و یک «معادله راهنما» در کنار معادله شرودینگر استفاده می‌شود و از دیدگاه فیزیکی یک تبیین غیرموضعی علیتی از مکانیک کوانتومی ارائه می‌شود.5 مناقشه بر سر پذیرش یا رد این تبیین از مکانیک کوانتومی تا همین امروز نیز ادامه یافته است. هایزنبرگ در جایی گفته است که تبیین بوهم از طریق آزمایش قابل ابطال نیست و اساسا همان پدیده‌هایی را توجیه می‌کند که تبیین کپنهاگي توجیه کرده بود.6 یکی از شاگردان اوپنهایمر می‌گوید که از استادش شنیده است: «حالا که نمی‌توانیم نظریه بوهم را ابطال کنیم، بهتر است آن را نادیده بگیریم».7 دانشمندان دیگری در رد یا قبول تبیین بوهم استدلال‌های فراوانی کرده‌اند حتی عده‌ای استدلال‌هایی درباره علت عدم اقبال به این تئوری آورده‌اند که در نوع خود جالب توجه است: از اینکه ریاضیات این تئوری پیچیده است و زیبا نیست یا اینکه این تبیین از مکانیک کوانتومی راه سازگاری فیزیک و اراده آزاد را می‌بندد. کسانی هستند که حتی گرایشی را که بوهم در دوران جوانی به کمونیسم داشته است، علت عدم اقبال دانشمندان به تبیین او از مکانیک کوانتومی می‌دانند!8 صرف‌نظر از همه حاشیه‌هایی که در این‌باره وجود دارد، باید بپذیریم تبیین بوهم-دوبروی از مسئله اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی مورد قبول اکثریت جامعه فیزیک‌دانان نیست و هنوز ابهامات فراوانی درباره آن وجود دارد و پرونده بحث در این‌باره هنوز هم باز است. حال اگر شما هم مثل من تفسیر کپنهاگی از مکانیک کوانتومی را موجه می‌دانید، می‌توانید با خیال راحت بپذیرید که اراده آزاد دارید و اهریمن لاپلاس نخواهد توانست با دقت صد درصد از تصمیم بعدی شما آگاه شود! یعنی شما می‌توانید او را شگفت‌زده کنید. دیگر نیازی به سازگاری‌گرایی یا شگردهایی از این دست ندارید و می‌توانید بنشینید چای بنوشید و فلسفه اخلاق بخوانید! پي‌نوشت‌ها: 1- Kane, Robert Hilary, "A Contemporary Introduction to Free Will" New York: Oxford University Press. 2005. 2-https://plato.stanford.edu/entries/compatibilism/ 3- Penrose, Roger, "Shadows of the Mind: A Search for the Missing Science of Consciousness" , New York: Oxford University Press.1994. 4- Kane, Robert Hilary, "A Contemporary Introduction to Free Will" New York: Oxford University Press. 2005. 5- Dürr, Detlef, Goldstein, Sheldon, Zanghì, Nino, Quantum Physics Without Quantum Philosophy, Springer, 2013. 6- https://plato.stanford.edu/entries/qm-bohm/ 7- Dürr, Detlef, Goldstein, Sheldon, Zanghì, Nino, Quantum Physics Without Quantum Philosophy, Springer, 2013. 8- Dürr, Detlef, Goldstein, Sheldon, Zanghì, Nino, Quantum Physics Without Quantum Philosophy, Springer, 2013.