الف - از زبان یک کوانتوم

پیشنهاد کتاب/ «نظریه کوانتومی»؛ جان پاکینگ هُرن؛ ترجمه حسین معصومی همدانی؛ فرهنگ معاصر

«نظریه کوانتومی»
نویسنده: جان پاکینگ هُرن
مترجم: حسین معصومی همدانی
ناشر: فرهنگ معاصر، چاپ اول ۱۳۸۷
۱۶۰ صفحه، ۸۰۰۰ تومان

شما می‌توانید کتاب «نظریه کوانتومی» را تا یک هفته پس از معرفی با ۱۰ درصد تخفیف از فروشگاه اینترنتی شهر کتاب آنلاین خرید کنید.

****

زمانی که برمی گردیم و گذشته ی برخی اتفاقات و تحولات بزرگ علمی را مرور می‌کنیم، تازه متوجه می شویم چه تلاش هایی شده و چه زیبایی هایی در ذهن عده‌ای جرقه زده است و سپس خود را در ذهن های بسیاری منعکس کرده است. خاصیت علم این طور نیست که هر دوره ی تاریخی در آن از دوره ی قبلی مستقل باشد. اتفاقا برعکس، با مرور تاریخ این احساس به ما دست می دهد که همه ی آنها که برای پیشرفت علم زحمت کشیده اند، دوندگانی هستند که هر کدام در اندازه ی توان خود سهمی در پیشرفت آن داشته و سپس باقی راه را به آیندگان پس از خود سپرده است. در این میان عده ای نیز هستند که گاهی بنای ساخته شده توسط گذشته گان را با تردید نگاه می کنند، نه اینکه آن را به طور کامل رد یا انکار کنند، اما میلی شاید در درون آنها جوشیده که به خلق بنایی تازه واداراشان می کند، بنایی که قرار است پس از خود جهان تازه ای را در اختیار آیندگان بگذارد. بسیاری از فیزیکدانان و شیمیدانان و ریاضیدانان اوایل قرن بیستم دورانی که مدرنیسم در حال شکوفایی است این چنین اند و جلوه هایی از تاثیرات مثبت و منفی آثار فعالیت های آنان را می‌توان در اشعار انتقادی بعضی شاعران نیز مشاهده کرد:

دل مسوزان بر آدمیزاد، این هیولای گرفتار.
پیشرفت، آفتی ست رفاه آور.
قربانی تو، آسوده فراسوی مرگ و زندگی،
با عظمت حقارتش گرم بازی است،
الکترون ها لبه ی تیغی را
الهه ای می نمایند همچون کوهساری،
تلسکوپ ها نامرادی را در پیچ و خم کجاهنگام می گسترند
چندان که نامرادی به خودِ خودش بازگردد.
جهان ساخته ها، دیگر جهان زاییده ها نیست.
بر تن و بر درخت بیچاره دل بسوزان،
بر سنگ ها و ستارگان بیچاره،
نه بر این جانور فراجادویی ماورای نیرومند.

سطرهای ذکر شده همه بخشی از شعر «انسان، این هیولای گرفتار» شاعر مدرنیست انگلیسی ای.ای.کامینگز است. در همین چند سطر نشانه هایی از تحولات تازه ی دنیای علم در قرن بیستم قابل رویت است. شاید برایمان جالب باشد که بدانیم در اواخر قرن نوزدهم یعنی در سال ۱۸۹۷ میلادی الکترون که از ذرات بنیادی ماده است توسط جوزف جان تامسون کشف می شود و پس از آن در طی سال های ۱۹۰۰ تا ۱۹۳۰ نظریه ی کوانتوم پایه های علمی خود را محکم می کند و از همه مهمتر اینکه در سال ۱۹۲۹ اخترشناس امریکایی ادوین هابل با رصدهای خود نشان می دهد که تمامی فضا و کل جهان همانند یک بادکنک عظیم کیهانی در حال انبساط است و این انبساط باعث دور شدن کهکشان های جهان از یکدیگر می شود و سه سال پس از نظریه هابل، فیزیکدانان ثابت می کنند که ماده ی اصلی سازنده بدن انسان از انفجار ستاره ای حاصل شده است که سال ها پیش مرده است. شعر کامینگز ماحصل چنین دورانی است، دورانی که علم و پیشرفت آن خالی از تاثیر بر دنیای اطراف خود نیست.

تولد نظریه ی کوانتوم را می توان به ماکس پلانک نسبت داد. او با اشکالاتی که بر فیزیک کلاسیک وارد کرد توانست آغازگر بنایی تازه باشد. اما پیشنهاد و فرض تازه ی پلانک چه بود؟ در فیزیک کلاسیک فرض بر این بود که جسم سیاه تابش را به صورت پیوسته به خود می کشد و بیرون می دهد. در دنیای فیزیک کلاسیک، که همه چیز در آن به صورت پیوسته تغییر می کند، هیچ چیز دیگری معقول به نظر نمی آمد. اما پیشنهادی که پلانک کرد برخلاف این بود. او گفت که تابش گاه به گاه، و به صورت بسته های انرژی که اندازه ی معینی دارند، گسیل یا جذب می شود. وی تعیین کرد که انرژی هر یک از این کوانتوم ها (این نامی بود که روی بسته ها گذاشته بود) باید متناسب باشد با بسامدش. نظرات پلانک آغازکننده-ی راهی نوین برای فیزیک بود، راهی که فیزیکدان انگلیسی جان پاکینگ هُرن در کتاب نظریه ی کوانتوم در شش فصل آن را به طور مختصر بیان کرده است. پاکینگ در ابتدا از ضعف ها و رخنه هایی که در بنای فیزیک کلاسیک( فیزیک نیوتن و ماکسول) در طی قرن نوزدهم پدید می‌آید صحبت کرده و سپس از بیان نقش بزرگی که فیزیکدانانی چون پلانک، نیلز بور، هایزنبرگ، شرودینگر و ... در شکل گیری انقلاب کوانتوم داشتند غافل نمی ماند. او جالب ترین نظری که پیرامون فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتوم می تواند بیان شود را از زبان استاد بزرگ خود پل دیراک در کلاس های درس دانشگاه کمبریج نقل می کند: «دیراک جذاب صحبت می کرد و استدلال هایش همیشه روشن بود. او یک تکه گچ را برمی داشت و آن را به دو نیم می کرد. یک نیمه را در یک طرف تریبون می گذاشت و نیمه ی دیگر را در طرف دیگر، و بعد می-گفت که از لحاظ فیزیک کلاسیک یک حالت است که گچ «اینجا»ست و یک حالت که گچ «آنجا»ست. و جز این دو حالت امکان دیگری وجود ندارد. اما اگر به جای گچ یک الکترون را در نظر بگیرید، در دنیای کوانتومی، گذشته از حالت های «اینجا» و «آنجا»، یک مجموعه ی کامل از حالت های دیگر هست که آمیزه ای از این دو امکانند- یک کمی از «اینجا» و یک کمی از «آنجا» که با هم جمع می شوند. در نظریه ی کوانتومی می توان حالت هایی را با هم آمیخت که از لحاظ کلاسیکی مانعه-الجمع به نظر می آیند. این امکان جمع حالت ها، که خلاف تصور شهودی ماست، چیزی است که جهان کوانتومی را از جهان فیزیک کلاسیک، که همان جهان زندگی روزمره است، متمایز می کند.»

سرشت احتمالاتی نظریه کوانتومی که بسیار مورد اختلاف ریاضیدانان و فیزیکدانان زمان خودش بوده دیگر موضوعی است که هُرن به بیان آن پرداخته است، سرشتی که نقش زیادی بر ابهامِ ذاتیِ فیزیک کوانتومی دارد. نیلز بور در جمله ی مشهوری درباره ی شگفتی های نظریه ی کوانتومی می گوید:هر که از نظریه کوانتومی حیرت زده نشود آن را نفهمیده است!

با اینکه نویسنده ی کتاب نظریه ی کوانتومی- آقای پاکینگ هُرن تاکید دارند که کتابشان را برای عموم نوشته اند اما بخش هایی از فصول ۳، ۴و ۵ دشواری هایی را برای فهم مخاطبانی که اطلاعات پایه‌ای ریاضی و فیزیک کافی ندارند، ایجاد خواهد کرد، فصل‌هایی که در آنها با جزییات و زبان علمی دقیقی اثر نظریه کوانتوم و ابهامات ناشی از آن بررسی شده است.

توجه به تحولات پس از خلق نظریه ی کوانتوم و اثر آن بر سایر علوم دیگر موضوعی است که در فصل پایانی کتاب از توجه نویسنده دور نمانده است. او صراحتا ذکر می‌کند «تصویری که نظریه ی کوانتومی از فرایندهای فیزیکی به ما ارائه می کند با آنچه زندگی روزمره انتظارش را در ما به وجود می آورد از بیخ و بن متفاوت است. این تصویر چنان غریب است که به این سوال دامن می زند که آیا واقعیت زیراتمی همین است، یا چنین نیست و مکانیک کوانتومی چیزی نیست جز یک زبان مناسب، و در عین حال عجیب که به مدد آن می توان محاسبات ریاضی را انجام داد. شاید با استفاده از این زبان پاسخ هایی را به دست آوریم که سازگاریشان با نتایجی که در آزمایشگاه و با استفاده از دستگاه های کلاسیک به دست می آید حیرت انگیز باشد.»

به طور کلی نظریه ی کوانتومی کتابی است فشرده و مختصر که در ۱۶۰ صفحه دنیای بزرگ کوانتومی را به تصویر کشیده است، دنیایی که بر تاثیر شگفت انگیز آن هر روز افزوده می گردد. دورانی که نظریه ی کوانتوم مبانی نخستین خود را در طی سال های ۱۹۰۰ تا ۱۹۳۰ طی می کند و پایه ریزی می شود انقدر برای بسیاری از فیزیکدانان شیرین بوده است که پاکینگ هُرن در ستایش آن جمله ی معروفی از شاعر انگلیسی ویلیام وردزورث را که در ستایش انقلاب فرانسه گفته است به کار می برد: زندگی کردن در آن دوران سعادتی بود، اما جوان بودن بهشتی برین بود!

منابع و مآخذ:
- نظریه ی کوانتومی/ جان پاکینگ هُرن/ ترجمه ی حسین معصومی همدانی/ انتشارات فرهنگ معاصر.
- داستان شگفت انگیز کوانتوم/ شهاب مشعری مقدم/ انتشارات علمی و فرهنگی.
- از شکسپیر تا الیوت/ ترجمه و تالیف سعید سعیدپور/ انتشارات کتاب آمه.

* کارشناس ارشد ریاضیات کاربردی