از زمانی که ماکس پلانک ایده‌ی کوانتا را به جهان معرفی کرد، فیزیکدانان در مورد اینکه آیا واقعیت، ماهیتی ماسه‌مانند (کنایه از ماهیت ذره‌ای ماده) دارد یا آب‌مانند (کنایه از ماهیت موجی ماده) همواره در حال بحث بودند. کشف معروف آقای پلانک در سال ۱۹۰۰ مبنی بر اینکه انرژی، ماهیتی گسسته (حداقل زمانی که جذب یا منتشر می‌شود) دارد، او را بر آن داشت تا کوچکترین ذرات انرژی را «کوانتا» (Quanta) نام‌گذاری کند. درواقع پلانک بر این باور بود که وقتی نور از آتش منتشر می‌شود، کوچکترین ذرات انرژی به امواج پیوسته‌ای تبدیل می‌شوند، درست همانطور که آب با توجه به ادراک انسان شبیه به مایعی یک‌دست و زلال به نظر می‌رسد. از سوی دیگر، انیشتین اصرار داشت که کوانتاهای نور به تنهایی در فضا حرکت می‌کنند و همچون ذراتی که بعداً فوتون (Photon) نامیده شد، رفتار می‌کنند. اما نیلز بور چه نقشی در این زمینه ایفا کرده است؟
اصل مکملیت و حاشیه‌های آن
در اواسط دهه ۱۹۲۰، هر دو دیدگاه موجی و ذره‌ای نور، با این پارادوکس عجیب که الکترون‌ها گاهی رفتار ذره‌ای دارند و گاهی موجی شکل، پشتیبانی تجربی به دست آورد. در همین حال و هوا بود که نیلز بور (Niels Bohr)، فیزیکدان مشهور دانمارکی و پیشگام کاوش در ساختار اتم، وارد این عرصه‌ی بحث و جدل شد. بور اعلام کرد که حل پارادوکس موجی ذره‌ای ماده، نیازمند دید جدیدی از واقعیت است که در آن هر دو مفهوم در توضیح پدیده‌های تجربی نقش داشته باشند.
در آزمایش‌هایی که برای مشاهده‌ی امواج طراحی شده‌اند، شما تنها امواج را خواهید دید و این مساله ورای استفاده از الکترون یا نور است! در همین راستا، در آزمایش‌هایی که برای مشاهده‌ی رفتار ذره‌ای طراحی شده است، تنها ذرات را می‌بینید؛ اما قسمت جالب داستان اینجاست که در هیچ آزمایشی نمی‌توانید هر دو را به طور همزمان مشاهده کنید. بور این دیدگاه را اصل مکملیت (Complementarity) نامید!
با توجه به همین اصل اخیراً، اسلوبودان پروویچ (Slobodan Perović) که پروفسور فلسفه است در کتاب «از داده تا کوانتا» (From Data to Quanta) اذعان دارد که موفقیت بور توسط برخی فیزیکدانان، فیلسوفان و حتی نویسندگان علمی مورد تردید قرار گرفته است! درواقع او بیان می‌کند که اصل مکملیت به عنوان یک ضمیمه‌ی نامنسجم از فلسفه‌ای مبهم که به زبانی نامفهوم بیان شده است، مورد تمسخر قرار گرفته است. اما همانطور که تحقیقات این استاد فلسفه نشان می‌دهد، چنین انتقاداتی به ندرت ریشه در درک عمیقِ دیدگاه‌های بور دارد.
نمی‌توان نیلز بور را با تلاش برای درک فلسفه‌ی ذهنی او فهمید، چراکه فلسفه او را به اصل مکملیت نرسانده است، بلکه آزمایش‌های تجربی مختلف، چراغ راه او بودند.
پروویچ استدلال می‌کند که اصلِ بور دانش فلسفی او را آلوده نکرده است و این تعصبات فلسفی مخالفان او است که به اشتباهات، سوء تفاهم‌ها و برداشت‌های نادرست از فیزیک ارائه شده توسط بور منجر شده است. همچنین پروویچ در این کتاب اشاره دارد که نمی‌توان بور را با تلاش برای درک فلسفه‌ی ذهنی او درک کرد، چراکه فلسفه او را به اصل مکملیت نرسانده است، بلکه آزمایش‌های تجربی مختلف چراغ راه او بودند.
پارادوکس موجی و ذره‌ای ماده و درک عمیق نیلز بور
انگیزه‌ی بور برای درک پارادوکس موجی و ذره‌ای ماده با تعهد عمیق به درک کلی از شواهد تجربی تقویت شده است. این همان رویکردی بود که بور جوان در هنگام توسعه‌ی مدل اتمی خود در سال ۱۹۱۳ اتخاذ کرد. درواقع آزمایش‌های مختلف بور در آن زمان ویژگی‌هایی از اتم را نمایش می‌داد که به نظر ناسازگار با آنچه قبلا می‌دانستیم به نظر می‌رسیدند. اما بور چنین سرنخ‌های تجربی‌ای را برای شکل دادن به نظریه‌ای سرآمد شکل داد که درک کاملاً جدیدی از اتم و ساختار آن بود.
پروویچ توضیح می‌دهد که چگونه بور فرآیند خود را با فرضیه‌های سطح پایین‌تر که از ویژگی‌هایی که مستقیماً توسط آزمایش‌های قبلی ارائه شده بودند، آغاز کرد. همانطور که می‌دانید خطوط طیفی (خطوطِ رنگی و خاصِ نور که از اتم‌ها ساطع می‌شوند! ) منجر به ارائه‌ی فرضیه‌های اولیه‌‌ای مبنی بر اینکه برخی از فرآیندهای ارتعاشی خود اتم یا اجزای آن، منجر به تابش الکترومغناطیسی با الگوهایی دقیقی می‌شوند، به جامعه‌ی علمی شد.
از طرفی فرضیه‌های دیگر در مورد ساختار اتم نمی‌توانست چنین خطوطی را توضیح دهد! پس از آن بود که ارنست رادرفورد (Ernest Rutherford) معروف، بر اساس آزمایش‌هایی که در آزمایشگاه شخصی خود انجام داد، استنباط کرد که بیشتر فضای اتم خالی است. درواقع از دیدگاه رادفورد، اتم حاوی یک هسته مرکزی متراکم و کوچک بود که بیشتر جرم اتم را در بر می‌گرفت و الکترون‌های سبک وزن در فاصله دوری از مرکز می‌چرخیدند. اما این فرضیه با الگوهای دقیق ناشی از خطوط طیفی مطابقت نداشت. از طرفی طبق اصول فیزیکی چنین ساختاری برای اتم ناپایدار خواهد بود و اگر چنین می‌بود باید اتم در کمتر از یک میلی‌ثانیه فرو می‌پاشید.
از میان تمام این فرضیه‌های متفاوت و مبتنی بر آزمایش، بور از ایده‌ی کوانتومی پلانک برای ساختن یک فرضیهی سرآمد استفاده کرد. او خطوط طیفی و اتم هسته‌دارِ رادرفورد را در یک مدل اتمی جدید با هم تطبیق داد! درواقع مدل بور به این شکل بود که در آن الکترون‌ها ثبات اتم را حفظ می‌کنند اما می‌توانند از مداری به مدار دیگر بپرند و طی همین پرش‌ها الگوهای خاصی از خطوط طیفی را منتشر کنند.
همانطور که پروویچ مطرح می‌کند، در حالی که آزمایش‌های متعدد نشان می‌دادند که نور یک موج است، در اوایل دهه ۱۹۲۰ آزمایش‌های دیگری همچون آزمایش پرتوهای ایکس (X-rays)، نشان می‌داد که نور بسیار پرانرژی می‌تواند با الکترون‌ها برخورد کند؛ گویی هر دو ذره (تکانه و انرژی در برخوردها پایسته بود، همانطور که باید برای ذرات اینگونه باشد) هستند! بنابراین گویا فرضیهی مکملیت بور، تنها راه پیش رو برای جامعه‌ی علمی به نظر می‌رسید.
به طور کلی دیدگاه نیلز بور تحت تفسیرهای نادرست قرار گزفته است و باید بدانید که او هیچ‌گاه نگفته است که مشاهدات باعث به وجود آمدن واقعیت می‌شوند.
پروویچ در سرتاسر کتاب بیان می‌کند که چگونه دیدگاه بور تحت تفسیرهای نادرست قرار گزفته است. درواقع از نگاه نویسنده دیدگاه‌های بور به‌طور گمراه‌کننده‌ای با دیدگاه‌های دیگران (مانند جان فون نویمان و ورنر هایزنبرگ) در هم آمیخته شده است و فلسفه‌اش به اشتباه به‌عنوان چیزی ضدواقع‌گرایانه به تصویر کشیده شده است! به یاد داشته باشید که بور هیچ‌گاه نگفته است که مشاهدات باعث به وجود آمدن واقعیت می‌شوند. بنابراین در زمان صحبت در مورد اصل مکملیت باید نهایت دقت نظر را به خرج داد.
پروویچ در کتاب «From Data to Quanta» بررسی کاملی از دیگر تحقیقات تاریخی در مورد کار بور ارائه می‌دهد که برداشت آزادانه‌ای از نوشته‌های خود بور است. درواقع این کتاب ارائه‌ی ظریف و روشنگری از تأثیر متقابل آزمایش و نظریه در ساخت یک فرآیند علمی است، که خواندن آن را به تمامی علاقه‌مندان و خوانندگان این مقاله توصیه می‌کنیم.
