فیزیک نوین (Modern Physics)

دید کلی
• می‌دانید فیزیک نوین چیست؟
• فیزیک نوین با فیزیک کلاسیک چه تفاوتی دارد و در چه مواردی با آن مشابه است؟
• چه مفاهیم اساسی از فیزیک کلاسیک به فیزیک قرن بیستم ، که با ذرات خیلی و خیلی سریع سروکار دارد ، انتقال یافته‌اند؟
• کدامیک از مفاهیم کلاسیک بدون تغییر می ماند و کدامیک باید اصلاح شود؟

این سوالها و سوالهای مهم دیگر موضوعاتی هستند که در فیزیک نوین مورد بحث قرار می‌گیرند.
پیدایش فیزیک نوین
تا اواخر قرن نوزده قوانین حرکت نیوتن بر دنیای مکانیک حکومت میکرد و به عنوان پایه‌های مکانیک کلاسیک بودند. همچنین تا این زمان تبدیلات گالیله به عنوان بهترین الگو جهت تبدیل مختصات به شمار می رفت. بر اساس این تبدیلات سرعت نور مقداری ثابت می‌شود و با حرکت ناظر تغییر می‌کرد. تا اینکه آلبرت انیشتین نظریه نسبیت را ارائه داد و دنیای فیزیک را متحول ساخت. در این زمان آزمایشهای زیادی برای اندازه گیری سرعت نور انجام شد و دانشمندان به این نتیجه رسیدند که سرعت نور مستقل ار حرکت چارچوبهای مرجع مقداری ثابت است. به این ترتیب فیزیک نوین بصورت رسمی پایه ریزی شد. در حالت کلی می‌توان گفت که فیزیک نوین در مورد اصول فیزیک قرن بیستم به صورت نسبتا دقیق و در عین حال در یک سطح بنیادی بحث می‌کند.
پایستگی جرم

برخلاف آنچه در مکانیک کلاسیک تصور می‌شد ، در فیزیک نوین جرم یک جسم کمیتی تغییر ناپذیر نیست ، بلکه با بالا رفتن سرعت افزایش پیدا می‌کند. بدین ترتیب است که وقتی سرعت یک جسم به سرعت نور (C=3X108m/s) نزدیک می‌شود، جرم آن به سوی بینهایت میل می‌کند. پس سرعت نور معرف حدی است که تجاوز از آن را نمی‌توان انتظار داشت. لازم به یادآوری است

که غیر از مورد سرعتهای بیشتر از ۰٫۱ سرعت نور ، این تصحیح جرم محسوس نیست. از طرف دیگر ، قبول می‌کنیم که جرم و انرژی می‌‌توانند متقابلا به یکدیگر تبدیل شوند. بدین جهت است که در فروپاشیهای اتمی چنانکه می‌دانیم ، انرژی قابل ملاحظه ای تولید می‌شود. مجموع جرمهای اجسام حاصل همیشه کمتر از جرم جسم خرد شده است. با استفاده از فرمول آلبرت انیشتین می‌توان انرژی آزاد شده را محاسبه کرد.
E=mC2

بنابراین ، بجای پایستگی جرم در حالت کلاسیک ، پایستگی جرم و انرژی قرار می‌گیرد. به عبارت دیگر هرگاه جرم تغییر کند آن تغییر به وسیله تغییر انرژی جبران می‌شود. و لذا انرژی و جرم را می‌توان به یکدیگر تبدیل کرد.
پایستگی زمان
برخلاف فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین زمان یک کمیت ثابت و پایا نیست و بلکه به حرکت چارچوبهای مرجع بستگی دارد و با بالا رفتن سرعت طولانیتر می‌گویند. از این مسئله تحت عنوان پدیده اتساع زمان در فیزیک نوین یاد می‌شود.
T=T0/√۱-(v/c)2

پدیده اتساع زمان به مسائل بسیار جالبی مانند پاردوکس دو قلوها منجر می‌شود. به عبارت دیگر ، اگر دو برادر دو قلو را در نظر بگیریم که در یک لحظه در روی زمین متولد می‌شوند ، آنگاه یکی از این دو برادر بوسیله سفینهای که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند به طرف کره ماه برود ، در اینصورت بعد از گذشت مدت زمانی ، فاصله سنی که دو برادر از یکدیگر دارند متفاوت خواهد بود.

لازم به ذکر است که در حد V<زمان نسبی در فیزیک نوین به زمان مطلق در فیزیک کلاسیک تحویل می‌شود. در تجربه‌های روزمره ، اجسامی را مشاهده می‌کنیم که با سرعتهای خیلی کوچکتر از سرعت نور در حرکت‌اند. بنابراین ، اثرهای نسبیتی برجسته‌ای که بوسیله تبدیلات لورنتس جسم می‌شوند ، به آسمانی قابل درک نیستند. این پدیده ها اغلب در واپاشیهای پرتوزا اعمال می‌شوند.

پایستگی طول
در فیزیک نوین فضا نیز مطلق بودن خود را از دست داده و به یک کمیت نسبی تبدیل می‌شود که به سرعت ناظرها بستگی دارد. این پدیده نیز به عنوان انقباض فضا معروف است. رابطهای که انقباض فضا بر حسب آن بیان می‌شود ، به صورت زیر است.
L=L0x√۱-(v/c)2

بر اساس رابطه فوق اگر سرعت افزایش پیدا کند ، طول کوتاهتر می‌شود.
جرم فوتون
ملاحظه کردیم که در فیزیک نوین جرم بر اساس رابطه m=m0/√۱-(v/c)2 تغییر می‌کند. بنابراین در مورد فوتون که دارای سرعت C می‌باشد ، مقدار بینهایت برای جرم فوتون حاصل می‌گردد. برای احتزار از این مسئله جرم سکون فوتون (m0) را برای صفر فرض می‌شود.
پایستگی تکانه

می‌دانیم که در فیزیک کلاسیک تکانه بر حسب رابطه P=mv بیان می‌شود. از طرف دیگر گفتیم که جرم پایسته نبوده و بسته به سرعت ناظرها تغییر می‌کند. بنابراین تکانه که یک کمیت پایسته در فیزیک کلاسیک است ، پایستگی خود را از دست می‌دهد. همچنین دیدیم که طبق رابطه آلبرت انیشتین تغییر در جرم با تغییر در انرژی جبران میشود. بنابراین ، بجای کمیت پایسته تکانه فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین کمیت دیگری بنام اندازه حرکت-انرژی معرفی می‌شود. این کمیت همواره مقداری پایسته خواهد بود که براساس رابطه زیر بیان می شود.
E2=E20+(pc)2

معادله فوق یک رابطه اساسی در دینامیک نسبیتی می‌باشد. چون در فضای سه بعدی اندازه حرکت (تکانه) دارای سه مولفه است. رابطه فوق به عنوان چهار بردار اندازه حرکت – انرژی معروف است.
چهار بردار فضا-زمان
ملاحظه کردیم که در فیزیک نوین رابطه پایسته جدیدی به نام اندازه حرکت-انرژی حاصل شد. همچنین بجای پایستگی جداگانه فضایی و پایستگی زمانی فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین زمان و فضا به یکدیگر وابسته گشته و یک کمیت پایسته به عنوان چهار بردار فضا-زمان بوجود می‌آید.
سخن آخر
آنچه اشاره شد در واقع مفاهیم اولیهای هستند که برای ورود به فیزیک نوین لازم است. یعنی باید ابتدا در نگرش کلاسیکی خود تغییراتی اعمال کنیم و سپس وارد فیزیک نوین شویم. بعد از اینکه خود را به این اطلاعات اولیه تجهیز کردیم ، به راحتی می‌توانیم پدیده‌هایی چون پدیده فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، تولیدزوج و نابودی زوج ، تولید اشعه ایکس و موارد دیگر را به راحتی تغییر کنیم.

مسئله دیگری که در فیزیک نوین مورد مطالعه قرار می گیرد ، مطالعه ساختار اتمی مواد ، برهمکنش فوتون با ماده و واکنش های هسته‌ای با استفاده از مفاهیم اولیه فیزیک نوین بحث می‌شود.
در سميناري که در دانشگاه شيکاگو در زمينه مورفولوژي تکاملي برگزار شد، دانشمند برجسته‌، دکتر پاترسون‌، سؤال ساده‌اي مطرح کرد: آيا در اينجا کسي هست که بتواند در مورد تکامل‌، نکته‌اي قطعي و ثابت‌شده را عنوان کند؟? سکوتي طولاني بر فضاي تالار حکمفرما شد. سرانجام شخصي از گوشه‌اي گفت‌: ?من يک چيز را با قطع و يقين مي‌دانم‌: اينکه تکامل را نبايد در مدارس تدريس کرد
با اينکه بسياري از مردم عادي بر اين باورند که تکامل پديده‌اي علمي و اثبات‌شده مي‌باشد، واقعيت اين است که بعد از گذشت ۱۵۰ سال‌، تکامل فرضيه‌اي است اثبات‌نشده و بدون سنديت‌. در واقع بايد گفت که قرائن و شواهد بسياري‌ تکامل را رد مي‌کنند.
فرضيه تکامل که نخستين بار توسط چارلز داروين در کتابش به‌نام “اصل انواع‌” مطرح شد، اين نظر را پيش مي‌نهد که موجودات زنده از اَشکال ساده نظير باکتري‌، به اَشکال پيچيده‌تر نظير انسان تکامل يافته‌اند. اين تحول و تکامل زاييده تصادف بوده است‌؛ نخستين مولکول نيز در اثر تصادم اتم‌ها در يک ملغمه ابتدايي به‌وجود آمده است‌. نتيجه اين امر پيدايي موجودات زنده بوده است‌.
نابسندگي شواهد و دلايل‌
تأثير و نفود فرضيه تکامل را نمي‌توان دست‌کم گرفت‌؛ اين فرضيه طرز تفکر انسان‌ها را درباره جهان و وجود خودشان دگرگون کرده است‌. اما اکنون بعد از گذشت ۱۵۰ سال‌، تکامل هنوز در سطح يک فرضيه باقي مانده است‌، و هنگامي‌که شواهد و دلايل مطرح‌شده
فسيل‌ها تکامل را اثبات نمي‌کنند
?فسيل‌ها گواه بر تکامل مي‌باشند!? اين ادعايي بوده که دانشمندان با صدايي بلند عنوان مي‌کردند. اما مشکلي که در مورد فسيل‌ها وجود دارد، اين است که ميان حيواناتي که فسيل‌ها گواه بر وجود آنها هستند، و حيوانات همنوعشان در عصر ما، هيچ فسيلِ مياني وجود ندارد، گويي حيوانات اوليه ناگهان به‌صورت حيوانات امروزي تحول و تکامل يافته‌اند. داروين نيز خود متوجه اين نقصان در فرضيه خود بود، اما بر اين باور بود که يک روز فسيل‌هاي مياني يافت خواهند شد. هنوز بعد از گذشت ۱۵۰ سال‌، فسيلي دال بر وجود حيوانات مياني و در حال تکامل يافت نشده است‌.
دانشمندان معتقد به تکامل براي رفع اين نقيصه‌، اين نظر را مطرح کردند که تحول با چنان سرعتي رخ داد که فسيلي از آنها باقي نمانده است‌. طبعاً دليل و مدرکي علمي در اين زمينه وجود ندارد.
“هومولوژي‌” تکامل را اثبات نمي‌کند
هومولوژي نظريه‌اي است که معتقد است‌ ارگانيزم‌هاي زنده‌اي که از ساختاري همسان برخوردارند، از يک اصل واحد ناشي شده‌اند و به اين ترتيب اين نظريه‌، تکامل را اثبات مي‌کند.
مشکل در اينجاست که نمونه‌هاي فراواني با اين نظريه تناقض دارند. به‌عنوان مثال‌، بافت کليوي جانداران را در نظر بگيريد. کليه‌هاي ماهي داراي شکل جنيني کاملاً متفاوتي با خزندگان و پستان‌داران مي‌باشند. ممکن نيست که آنها از يک ساختار ناشي شده باشند.
يا به دستگاه گوارش توجه کنيم‌. اگر همه جانداران از يک اصل ناشي شده‌اند، تکامل و تحول اين دستگاه در جانداران مختلف نيز مي‌بايست يکسان باشد. اما عکس اين صادق است‌. کوسه‌، قورباغه‌، خزندگان‌، و پرندگان‌، داراي دستگاه گوارشي‌اي هستند که به‌گونه‌اي متفاوت تحول يافته‌اند. نمونه‌هاي بسيار ديگري مي‌توان براي اين امر آورد.
زائده‌ها تکامل را اثبات نمي‌کنند
تکامل‌گرايان بر اين نظر پا مي‌فشردند که بدن جانداران داراي اندام‌هايي است که امروز ديگر کاربردي ندارند. اندام‌هايي مثل آپانديس و لايه‌هاي نيمه‌کروي در چشم زائده ناميد شده‌اند زيرا در زمان داروين تصور مي‌شد که اينها بلامصرف مي‌باشند. طبق اين نظريه‌، اين اندام‌ها در دوره‌هاي

اوليه هستي کاربردي داشته‌اند، اما به‌تدريج که انسان خود را با محيط سازگار ساخت‌، کاربرد خود را از دست دادند. به‌عقيده اين دسته از دانشمندان‌، آنها اکنون شاهدي هستند بر آنچه قبلاً بوديم‌.
باز در اين مورد هم شواهد، عليه اين نظريه هستند. تمام آنچه که زائده ناميده شده‌، امروز نيز کاربردي مفيد دارند. آپانديس در واقع غده‌اي است لنفاوي‌، و لايه نيمه‌کروي نيز همچون يک

قاشقک‌، اشياء خارجي را از داخل چشم جمع‌آوري مي‌کند. بسياري از ما شنيده‌ايم که انسان قبلاً دُم داشته است‌. اين حرف خنده‌دار است‌. ستون فقرات انسان داراي ۳۳ مهره است‌. هيچ شاهدي بر اين مدعا وجود ندارد که او قبلاً ۳۴ مهره داشته است‌. فردي به‌اسم هِکل بود که نظريه دم انسان را پيش نهاد؛ او بعدها توسط دانشگاه خودش محکوم به تقلب شد!
زيست‌شناسي مولکولي بيش از ساير عوامل‌، تکامل را رد مي‌کند!
چيزي به‌نام شکل ساده حيات وجود ندارد
در روزگار داروين اين عقيده رواج داشت که حيات از اَشکال ساده‌تر به‌سوي اشکال پيچيده‌تر حرکت مي‌کند. علم امروزه ثابت کرده است که چيزي به‌نام ? شکل ساده حيات‌ ? وجود ندارد. حتي ساده‌ترين سلول باکتري به‌گونه‌اي باورنکردني پيچيده است‌. آنچه که سلول‌هاي ساده ناميده مي‌شود، شامل DNA و RNA و پروتئين مي‌باشد که به يکديگر وابسته و مرتبط هستند. در واقع‌، تمام سيستم‌هاي بيوشيميايي و فيزيولوژيکي به يکديگر وابسته مي‌باشند. لذا اين تصور تکامل‌گرايان که اندام‌ها به‌گونه‌اي مستقل تحول مي‌يابند، پذيرفتني نيست‌.

اَشکال مياني وجود ندارد
نه فقط فسيل‌هاي مياني يافت نشده‌، بلکه زيست‌شناسي مولکولي نيز با قطعيت ثابت کرده که در سطح بيوشيمي نيز شکل مياني وجود ندارد.
به‌اين ترتيب‌، مثلاً پروتئين‌ها هيچگاه از يک مرحله تا مرحله ديگر تحول نمي‌يابند، بلکه هميشه از نوع تا نوع ديگر تحول پيدا مي‌کنند. پروتئين‌ها از اسيد آمينه درست شده‌اند. اگر آنها مانند مهره‌هاي رنگي در يک گردنبند تصور کنيم، طبق نظر تکامل‌گرايان‌، پروتئين وقتي به انواع پيشرفته‌تر تبديل شود، بايد مهره‌اي به اين “گردنبند” پروتئين اضافه شود. بنابراين‌، بايد طبعاً انتظار داشت که در جانداران پيشرفته‌تر، مهره‌هاي بيشتري بر گردنبند پروتئيني وجود داشته باشد. اما در عمل اينطور نيست‌. مثلاً بياييد انسان را با دو نوع ماهي مقايسه کنيم (با توجه به اينکه ماهي در طرح تکاملي‌، پيش از انسان به‌وجود آمده است‌): ماهي بدون آرواره (که در سير تکامل بسيار قديمي‌تر است‌) و ماهي آرواره‌دار که جديدتر است‌. با کمال تعجب مي‌بينيم که پروتئين موجود در هموگلوبين انسان به پروتئين ماهي بدون آرواره بيشتر شبيه است تا به ماهي آرواره‌دار، در حاليکه طبق نظر تکامل‌گرايان مي‌بايست عکس اين باشد.
تاثير مکسول در انقلابي که در انديشه ي واقعيت فيزيکي به وقوع پيوسته است. اعتقاد به وجود يک جهان خارجي مستقل از شخصي که آن را درک مي کند پايه ي تمام علوم طبيعي است . ولي از آنجا که ادراک حسي فقط بطور غير مستقيم اطلاعاتي از اين جهان خارجي يا واقعيت فيزيکي به ما مي دهد لهذا اين واقعيت فيزيکي را تنها بايد از راه تجسس به دست آورد. از اين جا معلوم مي شود که مفهوماتي که از واقعيت فيزيکي براي ما حاصل مي شود هيچگاه به مرحله ي نهايي نخواهد رسيد بلکه بايد همواره آماده ي تغيير و تعويض اين مفهومات، که همان اصول موضوعه ي

اوليه ي علم فيزيک است باشيم تا بتوانيم واقعيت هاي مشهود را هر چه دقيقتر و کاملتر و منطقي تر مورد تتبع و تحليل قرار دهيم. نظري به تاريخ علم فيزيک نشان مي دهد که در طي ادوار و قرون چه تغييرات شگرفي در آن به وقوع پيوسته و در راه بسط و گسترش آن چه مراحل دشواري پيموده شده است.

از آن زمان که نيوتن فيزيک نظري را پي ريزي کرد، بزرگترين تغييري که در اصول اوليه ي فيزيک روي داده نظراتي است که به وسيله ي فاراده و مکسول در باب پديده ي برقاطيس عرضه شده است. بنابر اصول نيوتني حقيقت فيزيکي با مفهومات فضا زمان نقطه ي مادي و نيرو مشخص مي گردد. حوادث فيزيکي از نظر نيوتن به صورت حرکاتي از نقاط مادي در فضا تلقي مي شوند و اين حرکات

تابع قوانين ثابتي هستند. نقطه ي مادي تنها شکلي است که با آن مي توان واقعيت را هنگام بحث در تغييراتي که در آن صورت مي گيرد نمايش داد. و اين تنها وسيله ي نمايش امر واقع است تا آن حد که اين امر واقع قابل تغيير باشد. واضح است که مفهوم نقطه ي مادي از جسم محسوس برخاسته است، و پس از انتزاع کليه ي خواص انبساط، شکل، جهت در فضا،و خصوصيت هاي دروني اين اجسام که فقط و فقط خاصيت و جبر حرکت انتقالي و مفهوم قوه براي آنها مانده است به دست مي آيد. اجسام مادي را که از جنبه ي ذهني موجد پيدايش تصور نقطه ي مادي براي ما شده اند، اکنون، مي توان به عنوان مجموعه اي از نقاط مادي تلقي کرد. ضمنا بايد خاطر نشان ساخت که اساس اين طرح نظري جنبه ي اتمي و مکانيکي دارد. هر حادثه اي را مي بايست صرفا از جنبه ي مکانيکي يعني به عنوان حرکات نقاط مادي، بر طبق قانون حرکت نيوتن تعريف و توصيف نمود. نارساترين و غير موجه ترين سيماي اين دستگاه، صرف نظر از اشکالاتي که با مفهوم فضاي مطلق ملازمه دارد، و اخيرا، يک بار ديگر، پيدا شده در تعريفي است که براي نور قائل شده و به پيروي ار اصول کلي، آن را هم متشکل از نقاط مادي دانسته است. حتي در همان عصر نيوتن هم در باب ايت سوال که ( پس از جذب نور اين نقاط مادي سازنده ي نور چه مي شوند) مباحثات زيادي به عمل آمد. از اين گذشته در کار آوردن نقاط مادي داراي خصوصيات کاملا متفاوت، که آنها را به صورت فرض مسلمي براي نشان دادن جرم وزن دار و نور قبول کرده اند، اصولا منطقي به نظر نمي رسد. بعدها ذرات الکتريکي نيز به اينها علاوه شد و نوع سومي با خصوصيات ديگر در کار آمد. علاوه بر آن نقطه ي ضعف ديگري هم در پيش بود، و آن اينکه نيروهاي عملي متقابلي که معرف و مشخص حوادث هستند، لزوما به صورتي کاملا دلبخواه و اختياري در نظر گرفته مي شد. با آنکه چنين تصوري از واقعيت در بسياري موارد، براي توجيه امور قانع کننده به نظر مي رسيد ولي آيا چه شد که دانشمندان ناگزير از آن صرف نظر کرده اند؟

نيوتن، براي آنکه به دستگاه خود يک صورت بندي رياضي بدهد، ناگزير مفهوم کسور ديفرانسيلي را در کار آورد و قوانين حرکت را به صورت کلي معادلات ديفرانسيلي عرضه داشت؛ و شايد اين بزرگترين خدمت علمي باشد که فکر و نبوغ يک فرد در جهان علم انجام داده است. معادلات با مشتقات جزئي براي اين منظورمورد لزوم نبود، ونيوتن هم هيچگونه استفاده ي منطقي از آنها نمي برد؛ ولي اين معادلات براي صورت بندي اصول مکانيک اجسام تغيير شکل پذير ضروري مي نمود اين

امر بر اثر توجه به اين واقعيت است که در چنين مسائلي اين مطالب که ( چگونه قابل تصور است که اجسام از نقاط مادي ساخته شده باشند؟) چندان اهميتي نداشت که سرلوحه ي پژوهشهاي وي قرار بگيرد.بدين ترتيب معادله ي با مشتقات جزئي که نخست به صورت کنيزيکي به اندرون فيزيک نظري گام نهاده بود، بتدريج شهبانوي آن گرديد. اين تحول در قرن نوزدهم يعني در آن هنگام صورت گرفت که نظريه ي موجي نور، در اثر واقعيت هاي مشهود، جايي براي خود باز کرده و استقراري يافته بود. سير نور در فضاي خالي به عنوان تموجات اتر توجيه شد و ديگر تصور مجموعه اي از نقاط مادي، در آن عصر، امري بي اساس به نظر مي رسيد. اينجا بود که، براي اولين بار، معادله ي با مشتقات جزئي به عنوان بيان طبيعي حقايق اوليه ي فيزيک وارد ميدان شد، و بدين ترتيب، در گوشه اي از عرصه ي فيزيک نظري، مفهوم ميدان پيوسته، در برابر نقطه ي مادي، براي نمايش دادن حقيقت قيزيکي جلوه گر شد. اين ثنويت ، حتي تا اين زمان، هنوز باقي است؛ وچنانچه لازمه ي آنست، مايه ي پريشاني خاطر کساني ميشود که به نظم عادت دارند. انديشه ي واقعيت فيزيکي گرچه جنبه ي اتمي خود را از دست داد، ولي به صورت مکانيکي صرف باقي ماند، و

دانشمندان هنوز بر آن بودند که هر گونه حوادثي را به عنوان حرکت اجرام لخت بيان و توجيه نمايند؛ و ظاهرا هيچ راه ديگري براي ملاحظه ي اشياء قابل تصور نبود. در همين هنگام بود که تغيير و تحويل عظيمي روي نمود تغييري که همواره با نام فاراده، مکسول، و هرتس ملازمه دارد. ناگفته نماند که در اين انقلاب علمي سهم عمده از مکسول است. همو بود که ثابت کرد که دستگاه مضاعف معادلات ديفرانسيلي وي که در آن ميدانهاي برقي و مغناتيسي به صورت متغييرهايي وابسته ب

ه هم مي باشند کليه ي اطلاعاتي را که تا آن تاريخ باب پديده هاي نور و الکتريسيته در دست بود در بر مي گيرد و آنها را بخوبي توجيه مي کند وي عملا مي کوشيد تا اين معادلات را به صورت ساختمان تصوري يک طرح مکانيکي بيان و تفسير نمايد. مکسول در آن واحد با چندين ساختمان تصوري کار مي کرد، ولي هيچکدام را به صورت قطعي تلقي نمي نمود، بطوريکه تنها معادلات امر اصلي بود، و نيروهاي ميدان حقايقي نهايي بشمار مي رفت که به هيچ چيز ديگر قابل تحويل نبود. در سالهاي اول قرن بيستم مفهوم ميدان قرار گرفته،و متفکرين جدي اعتقاد به تحقق يا امکان توضيح معادلات مکسول را طرد کرده بودند ولي بزودي در صدد آن بر آمدند تا نقاط مادي و لختي آنها را با کومک نظريه ي مکسول، بر مبناي نظريه ي خطوط ميدان توضيح دهند؛ ليکن اين مجاهدات به موفقيت نهايي نينجاميد . اگر نتايج فردي مهمي را که کارهاي علمي مکسول در مباحث عمده ي علم فيزيک به وجود آورده است کنار گذاشته و توجه خود را صرفا متمرکز به تغييراتي بکنيم که به وسيله ي وي در تصور ما از ماهيت واقعيت فيزيکي صورت گرفته است، مي توان چنين گفت که

دانشمندان قبل از مکسول واقعيت فيزيکي را تا آنجا که سخن از نمايش حوادث طبيعت است به صورت نقاطي مادي تصور مي کردند که تغييرات آنها منحصرا بر اثر حرکات است، و اين حرکات تابع معادلات ديفرانسيلي مي باشند. پس از مکسول واقعيت فيزيکي به
صورت ميدانهايي پيوسته تلقي مي شد که از لحاظ مکانيکي قابل بيان نبوده بلکه تابع معادلات با مشتقات جزئي بودند اين تغيير در مفهوم واقعيت مهمترين و باورترين تغييراتي است که از زمان

نيوتن به بعد در علم فيزيک حاصل گرديده است. در عين حال هنوز تمام برنامه ي تکامل به معرض اجرا در نيامده بود. دستگاه هايي موفقيت آميز فيزيک که از آن به بعد عرضه شده است، حالت يک نوع سازشي بين اين دو طرح را دارد و به همين علت هم با آنکه ممکن است در بعضي رشته ها موجد پيشرفتهاي عظيم شده باشند معهذا جنبه ي موقتي دارند و از لحاظ منطقي ناقص اند. اولين دستگاه قابل ذکر، نظريه ي لورنتس در باب الکترونها است که در آن ميدان و ذرات الکتريکي در فهم حقيقت دوشادوش و هم ارز يکديگر در نظر گرفته شده اند. پس از آن نظريه هاي نسبيت خاص و عام است که گرچه اساسا مبتني بر انديشه هاي است که با نظريه ي ميدان سرو کار دارند معهذا نتوانسته اند از دخالت دادن نقاط مادي و معادلات ديفرانيلي احتراز نمايند آخرين و مهمترين ابداع اصول فيزيک نظري يعني مکانيک کوانتوم اصولا با هر دوي اين طرح ها که براي اختصار آنها را مرتبا نيوتني و مکسول مي خوانيم مغايرت دارد. زيرا کميت هايي که در قوانين به کار مي آيند ادعاي اين ندارند که حقيقت علمي را توصيف مي کنند بلکه احتمالات تجديد و تکرار يک واقعيت

فيزيکي مورد نظر را تشريح مي نمايند. ديراک که به نظر من مهمترين طرز بيان منطقي اين نظريه را مديون او هستيم چنين متذکر مي شود که شايد مشکل باشد که مثلا تعريفي نظري و چنان جامع براي فوتون پيدا کنيم که خواننده و شنونده بتواند تشخيص دهد که آيا اين فوتون در ضمن مسير

خود از يک سويده که (به طور مورب ) در سر راه آن قرار داده شده عبور خواهد کرد يا نه؟من هنوز عقيده دارم که دانشمندان فيزيک به اين زودي ها به اين نوع بيان غير مستقيم واقعيت – حتي اگر نظريه محتملا به نحوي رضايت بخش متکي بر نظريه ي نسبيت خاص باشد اقناع نخواهد شد. و اطمينان دارم که بايد بار ديگر مجاهدات خود را صرف اين کنند که برنامه ي مکسولي را به مرحله ي اجرا در آورند . يعني واقعيت فيزيکي را از طريق ميداني که بدون استثناء با معادلات با مشتقات جزئي سازگار است توضيح و تفسير نمايند.

فيزيک و متا فيزيک دريک جدال سخت

فيزيک و متا فيزيک دريک جدال سخت
اغلب در زندگي روزمره خود ملاحظه مي‌کنيم که در اثر وجود يک ناسازگاري بين ذهن ما و جهان خارج ، نظريات عجيب و غريبي اظهار مي‌کنيم. اين نظريه پردازي از سرشت مبهم و ناموزون ما ناشي مي‌شود. البته بايد توجه داشته باشيم که نظريه پردازي علمي چيزي کاملا متفاوت از اين موردي است که اشاره شد. در نظريه پردازي علمي ، انسان به صورت مستقيم با جهان خارج درگير مي‌شود و ذهن در مواجهه مستقيم با آن آزاد است و لذا جهان در حکم فاعل و ذهن در حکم منفعل مي‌باشد. اما در نظريه پردازي که ما اشاره کرديم، جاي اين دو عوض مي‌شود. د

ر علم فلسفه از اين نوع نظريه پردازيها عموما تحت عنوان متافيزيک ياد مي‌شود.
اگر تاريخ علم را مرور کنيم، ملاحظه مي‌کنيم که همواره از روزگارهاي قديم رابطه بين علم و فلسفه ، خصوصا بين فيزيک و متافيزيک در نوسان بوده است. به عنوان مثال در زمان گاليله به دليل حکومت افکار ارسطويي ، دانشمندان در ارائه نظريات علمي با مشکلات بسياري مواجه بوده‌اند. اما تاريخ فلسفه ، مخصوصا بعد از دکارت تحولاتي در اين زمينه پديدار شد. فلسفه بعد از دکارت فلسفه‌اي است که نقش علوم تجربي ، خصوصا فيزيک را در براندازي نظامهاي فلسفي مهم مي‌داند. مثلا نظريه‌هايي در باب زمان و مکان و حرکت که توسط نيوتون ارائه گرديد، در فلسفه نيز تاثير گذار بودند. به همين ترتيب در اوايل قرن بيستم نظريه نسبيت عام انيشتين طلوع کرد که برداشتي بديع و متفاوت از زمان و مکان و حرکت ارائه داد و تاثيرات ديگري را در حوزه فلسفه به همراه داشت.
در اين دوران فيلسوف ذهن خود را در برابر جهان خارج و تاثيرات آن منعطف مي‌گرداند. بنابراين متافيزيک نيز جنبه‌هاي واقع بينانه انديشيدن را مد نظر قرار مي‌دهد. پس در اين دوران فيلسوف شخصي واقع گرا است که ذهن خود را از دام وسوسه‌هاي تخيل رهانيده و به جهان مانند يک پديده عيني و نه ذهني نگاه مي‌کند و لذا تعجب او و طرح پرسشهايش راهگشاي علوم تجربي است و ديگر علم تجربي را کفر و عالم تجربي را کافر نمي‌پندارد.

رابطه فيزيک و متافيزيک در قرن بيستم
پس از اينکه آراء اعضاي حلقه وين ، همچون پتکي سخت و سنگين بر سر متافيزيک رايج فرود آمد و آن را بي‌معني اعلام داشت، حريف ديرينه و سر سخت حلقه وين ، کارل ريموند پوپر بر آن شد تا متافيزيک را دوباره احيا نمايد. در قرن بيستم ما شاهد تحديد ميان علم خصوصا فيزيک و متافيزيک هستيم. علم گزينه با معناي فعاليتهاي دانشمندان تجربي بوده و متافيزيک امري نظري و بي‌معنا است که سرگرمي عمده فلاسفه مدرسي است. اين تحديد همواره به صورتهاي گوناگون مطرح شده است. حتي مي‌توان در نظريات ويتگنشتاين نيز رد پاهاي آن را يافت.

او در رساله خود گزاره‌هاي متافيزيکي را بي‌معني دانسته و در پژوهشهاي فلسفي که خود ردي است بر رساله منطقي- فلسفي جانب معنا را گرفته و باز راي پيشين خود را حفظ مي‌کند. اما از نظر دانالد گيليس در کتاب فلسفه علم در قرن بيستم ، ويتگنشتاين مرتکب اشتباهي فاحش شده است. او از رياضيات محض مثال مي‌زند که در يک فعاليت و پژوهش کاملا نظري و فارغ از تجربه شکل مي‌گيرد و بعد در فيزيک بکاربرده مي‌شود و پس از آنکه فرضيه‌اي ارائه شد، در عمل مورد آزمون واقع مي‌شود و اگر از آزمون به سلامت بيرون آمد ثبت مي‌گردد. آيا مفاهيم و يافته‌هاي رياضيات محض قبل از اينکه در فيزيک الهام گر فرضيه‌اي جديد باشند، بي‌معني هستند؟ حال و روز گزاره‌هاي متافيزيکي نيز اين چنين است.

پوپر در کتاب منطق اکتشاف علمي ، فصلي را به رابطه ميان علم و متافيزيک اختصاص داده است. او مثالهاي فراواني را در دفاع از متافيزيک ارائه مي‌کند. به عنوان مثال نظريه اتمي در زمان متفکران قبل از سقراط مثل لوکيپوس و ذيمقراطيس يک مورد کاملا متافيزيکي بود. اما همين نظريه که جنبه متافيزيکي داشت، در ابتداي قرن نوزدهم توسط دالتون براي حل برخي مسائل در شيمي بکار گرفته شد. پس از آن در اواسط قرن نوزدهم ، ماکسول آن را در نظريه جنبشي گازها وارد رياضي فيزيک کرد. اين مثال خود دليل محکمي بر معني‌دار بودن گزاره‌هاي متافيزيکي است.