ماده از دیدگاه فیزیک و فلسفه(1)

مدخل
هدف از نگارش مقاله حاضر، گشودن بابی در مباحث تطبیقی درباره نقاط مشترک بین فلسفه و علوم تجربی، بخصوص فیزیگ و سعی در ارائه تحلیلی فلسفی از قوانین فیزیک کلاسیم و فیزیک جدید درباره«مادّه»است.نگارنده خود به دشواری چنین پژوهشی که محتاج تخصصّ در دو زمینه فیزیک و فلسفه است، واقف است.عذر نگارنده در پرداختن به این پژوهش-علیرغم اعتراف به ضعف خود در این وادی-این است که صاحبنظران هر دو رشته که صلاحیّت استیفای تام بحث را دارند، در این موضوع پژوهشی نکرده‏اند.
این نوشته مشتمل بر مقدمه، دو فصل، نتیجه‏گیری، خاتمه و سه پیوست است.در مقدمه، مبانی روش‏شناختی برای توضیح امکان و ضرورت بحث مطرح می‏شود.در فصل اوّل،
مفاهیم فیزیکی مطرح در علم جدید و پاره‏ای از قوانین آن-تا آنجا که به بحث کلی مادّه و جسم مربوط است-تبیین می‏شود.در این فصل، ابتدا «اجزا، صفات و ظهورات ماده»و سپس«ارتباط مفاهیم فیزیکی با یکدیگر»مطرح می‏شود.در فصل دوّم که دربردارنده تحلیل فلسفی مفاهیم فیزیکی است، همچنین درباره«ارائه تعریفی فلسفی از ماده»بحث می‏شود.در«نتیجه‏گیری»به عرصه‏هایی که نتایج این بحث می‏تواند در آنها مؤثر افتد، اشاره می‏شود.در«پیوست»ها نیز به«نسبیّت عام و خاص»و«اقوال فلاسفه یونان و غرب و فلاسفه و متکلمان مسلمان درباره حقیقت جسم»اشاره‏ای فهرست‏وار می‏شود.
فراهم آمدن همین مقدار از پژوهش نیز نتیجه راهنماییها و پیشنهادهای اساتید و دوستانی است که چه در مراحل تدوین نوشتار و چه پس از آن، باعث کم شدن نواقص پژوهش شدند.در هر حال مسئولیت خطاهای احتمالی بر عهده نگارنده است. بر خود لازم می‏بینم که از این اساتید و دوستان قدردانی کنم:حجة الاسلام دکتر احمدی، دکتر مهدی گلشنی برای استفاده از نکات درسی ایشان، دکتر احمد فرمد، حجة الاسلام عابدی شاهرودی، دکتر نعمت اللّه ریاضی، دکتر نوابی، دکتر صمدی علی آبادی و حجج الاسلام قاسم کاکایی و عباسی (اراکی)که در بخش مربوط به مباحث تطبیقی، نکاتی را متذکّر شده‏اند.
البته برخی اساتید در جواز و امکان اصل بحث تردید روا داشته‏اند که سعی شد تا حدّ امکان، نظرات ایشان و نیز جوابهایی که به نظر می‏رسید، در مقدمه پژوهش آورده شود.
اشاره‏ای اجمالی به روابط علم و فلسفه و بخصوص فیزیک و فلسفه ضروری می‏نماید:
به طور خلاصه می‏توان فلسفه را در موارد زیر مددکار علوم دانست:
1-اثبات موضوع علوم
2-اثبات و تبیین مبادی تصوریّه علوم
3-اثبات و تبیین مبادی تصدیقیّه علوم
4-جلوگیری از بروز برخی مغالطات ناشی از دخالت مبادی نادرست فلسفی در برداشت عالمان تجربی از مسایل علم خود.
متقابلا علوم، بخصوص علوم تجربی نیز در دو زمینه زیر مددکار فلسفه است:
1-ارائه موضوعات جدید یا اصول موضوعه برای تحلیل فلسفی
2-ارائه زاویه دیدهای جدید که گاه به تصحیح برخی استدلالهای فلسفی می‏انجامد. *
در این میان، فیزیک به عنوان علم بررسی پدیده‏های مادّی که به نحوی با«حرکت»، «نیرو»و...
سر و کار دارند، از دیرباز تحت عنوان«سماع طبیعی»و نیز«نجوم»و«هیئت»، مرزهای مشترک بیشتری با فلسفه داشته و اصول موضوعه مبحث طبیعیات فلسفه را فراهم می‏کرده است و هنوز هم در مباحثی مانند:شناخت جواهر و اعراض محسوس، شناخت ماده، تبیین حرکت، مباحث قوّه و فعل و...چنانکه خواهیم دید-دخیل و مؤثر است.
مقدمه
الف-مبنای معرفت‏شناسانه تجربی این مقاله، «رئالیسم»است، نه«تحصّل‏گروی»(پوزیتیویسم) یا«ابزارانگاری»(اینستر و منتالیسم)یا«فرمالیسم» و نه«اصالت ذهن»(ایده‏آلیسم).مطابق این مبنا قوانین، نظریه‏ها و داده‏های تجربی، باز نمودی از جهان خارج و حاکی از انند و علیرغم تأثیری که ذهن در اخذ، گزینش، تحلیل و استنتاج این داده‏ها دارد، اما نظریه ریشه در واقع دارند و از آن سرچشمه می‏گیرند.به هر حال بدون این که ادراک حسی ملاک وجود باشد، وجود، مقدم بر دانستن است(نفی نظریه«واقعی حسی»که ضعف و نقض آن از دید دانشمندان علم تجربی در بحث ماهیّت الکترون و نیز برخی مباحث دیگر، واضح خواهد شد).این بینش، نقش نظریه‏ها را در پیش‏بینی وقایع و رفاه بشر به مدد تکنولوژی و دیگر دستاوردهای علوم و نیز مفید بودن آنها را (*)کارهای انجام شده در این زمینه در فلسفه اسلامی دامنه وسیعی ندارد و بیشتر در ضمن آثار فلسفی متأخران به چشم می‏خورد؛آثاری نظیر:اصول فلسفه و روش رئالیسم از علامه طباطبایی در بحث قوّه و فعل، پاورقیهای شهید مطهّری بر جلد چهارم اصول فلسفه، کتاب«فلسفتنا»از شهید صدر در بحث مادّه و جلد اوّل کتاب آموزش و فلسفه از استاد مصباح.به نظر نگارنده، بحثی که استاد مطهری درباره حقیقت مادّه (مقالات فلسفی، ج 3، انتشارات حکمت)ارائه نموده‏اند، از دقت و متانت بیشتری برخوردار است. رد نمی‏کند، اما جنبه اصلی و مهمّ علم را کاشفیّت و نمایش واقع می‏داند.از بین فیزیکدانان، انیشتین، پلانک، بورن و بوهم به این مبنا معتقد بوده‏اند. *
پوزیتیویسم نظریه‏ها را به عنوان خلاصه داده‏های تجربی مطرح می‏کند و بسیاری از مفاهیم موجود در علوم تجربی را غیر واقعی و ناشی از گرایش ذهن به اقتصاد در تفکّر می‏داند؛ بدون آن که در ملاک و برآمدن برخی نظریه‏ها از میان نظریه‏های بی‏شمار-که غالبا مفید نیز هستند- تأمل کند.
ایده‏آلیسم با تأکید فراوان بر مدخلیّت مشاهده‏گر در علوم تجربی، نظریه‏ها را صورتهایی ذهنی و مفاهیم فرافکنده ذهن بشر می‏داند و قوانین تجربی را نیز به کلّی ذهنی می‏داند.این مکتب به این سؤال که چرا برخی نظریه‏ها منطبق بر واقعند و پس از آزمایش و مشاهده به عنوان نظریه‏های تأیید شده مطرح می‏شوند؛پاسخی نمی‏دهد.فیزیکدانانی چون:جینز وادینگتون از پیروان این مکتبند.
بررسی گسترده مبانی و مکاتب فوق‏الذکر در خور موضوع و حجم این مقاله نیست. (1)
توجه به مبنای این مقاله بخصوص در بحث کوانتوم و نظریه‏های متفاوتی که از سوی فیزیکدانان معاصر در تعبیر و تفسیر این نظریه ارائه شده است(تعبیر کپنهاکی، رئالیسنی، ایدئالیستی و...)ضروری به نظر می‏رسد.ب-از آنجا که این مقاله در پی ارائه تحلیل فلسفی از مفاهیم فیزیکی و چنانکه گذشت، داده‏ها و قوانین فیزیکی در این بحث به عنوان اصل موضوع مطرح می‏شود، طبعا با تحوّل دستاوردهای فیزیکی، این بحث نیز متحوّل و پویا خواهد بود.
ج-با توجه به موضوع مقاله و نیز با توجّه به این که عمده مباحث فلسفی را می‏توان به سه نوع تقسیم کرد:
1-بیان اقسام و احکام کلّی وجود(قبل از تعیّن به طبیعی یا ریاضی بودن)
2-تبیین و تعریف امر محقق الوجود، امّا مجهول الماهیّه
3-اثبات امر مشکوک الوجود، اما معلوم الماهیّه
باید گفت که سنخ بحث فلسفی در این مقاله از نوع دوّم است و فعالیّت فلسفی، مصروف تبیین ماهوری امور محقق الوجودی می‏شود که تحقّق و بیان برخی از اوصاف آنها به عهده فیزیک است. مراحل این بحث فلسفی پس از تبیین مفاهیم فیزیکی مورد نیاز، به قرار زیر است:
1-شناخت و معرفی دقیق مفاهیم فلسفی مورد نیاز از جمله:جوهر، عرض، معقول اوّلی و ثانوی و...این مرحله به مباحث فلسفی محض نظیر:شناخت مفهوم امکان، حدوث و...مربوط است.
(*)رئالیسم را به دو نوع:«خام»و«نقدی»تقسیم کرده‏اند.اولی نظرگاهی است که جهان عینی را چنان می‏داند که به نظر می‏رسد؛یعنی دانش ما انعکاس صرف واقعیّت است.از ویژگیهای این نوع رئالیسم، عقیده به نوعی ذاتیگری و نظریه طباع است؛عقیده به این که شناخت حقیقی از اشیا جز از طریق طبایع و ذاتیان آنها حاصل نمی‏شود.بر مبنای رئالیسم نقدی میان دانش ما از طبیعت و خود طبیعت تمایزی وجود دارد و باید کوشید تا این تمایز را به حدّاقل رسانید.
2-شناخت ملاکهای صدق این مفاهیم بر اشیا از جمله:ملاک صدق جوهریّت، ذاتیّت و عرضیّت بر اشیا و اوصاف.این مرحله متضمن مباحث تعلقی و فلسفی نظیر:معرفی تحوّل و حرکت یا حدّ وجودی و...به عنوان ملاک امکان یا حدوث خواهد بود.
3-مقایسه این ملاکها با امور خارجی و دستاوردهای تجربی و...(مانند مقایسه مفهوم جوهر با جرم، جسم، انرژی و...)این مرحله با وامگیری از علوم تجربی و داده‏های حسی دربردارنده بحثی تعقلی نظیر:تحوّل و حرکت در جهان خارجی خواهد بود.
اکنون باید گفت:فیلسوف از این حیث که انسانی است صاحب حواس و داده‏های حسی و تجربی و یا از این حیث که می‏تواند با فعالیت علمی، عالمی تجربی شود، می‏تواند به خوبی در تعیین مصداق برای مفاهیم فلسفی خود اظهار نظر کند.اگرچه فیلسوف-از این حیث که فیلسوف است-نه وظیفه‏ای در این باره دارد و نه راهی برای انجام این وظیفه.اصولا تعیین مصداق برای مفاهیم فلسفی در ارتباط با داده‏های فیزیکی، یا کار فیلسوفی آشنا به فیزیک و یا فیزیکدانی آشنا به فلسفه است.
بنابراین، این اشکال که فلسفه را کاری با تعیین مصداق نیست، بر این بحث و بحثهای مشابه وارد نخواهد بود.
ذکر این نکته نیز ضروری است که برخی از مفاهیمی که هنوز در فیزیک مورد بحث قرار می‏گیرد، به دلیل مقاصد تعلیمی و سهولت در یادگیری است، نه به دلیل نیاز فیزیک نوین به آنها، (مثلا مفهوم نیرو که در فیزیک نوین جای خود را به «حوزه»و«میدان»داده است).اگر آن گونه که اینشتین و پیروانش انتظار داشتند، پیش‏بینیهایشان
(تئوری وحدت میدانها)با موفقیت روبرو می‏شد، اصطلاحات جرم و نیرو اساسا از حوزه مفاهیم رایج علمی خارج می‏شدند.
تذکار آخر در این مقدمه این که مخاطب این مقاله از طرفی طالب علوم فلسفی و حوزوی است که خواستار گزارشی اجمالی درباره ابعدی از رهیافتهای فیزیک جدید و تلقّی آن نسبت به ماده و پدیدارهای مادی و نیز امر غیر مادی است‏[بخش اول مقاله‏]و از طرف دیگر، دانشجوی علوم تجربی است که طالب تحلیلی کلّی‏نگر و فلسفی درباره ماده، عوارض و اوصاف آن و نیز امر مجرد از منظر فلسفی است.[بخش دوم مقاله‏].بنابراین واضح است که این مقاله بیشتر جنبه تعلیمی و پژوهشی توصیفی دارد تا داعیه نوآوری.
فصل اوّل
تحلیل فیزیکی ماده و مفاهیم مربوط به آن
این بحث را در سه زمینه زیر پی خواهیم گرفت:
الف-اجزای ماده
ب-صفات و خواص ماده
ج-ظهورات ماده *
در ضمن این سه عنوان پاره‏ای از احکام قوانین فیزیکی نیز مورد بحث واقع می‏شود.
الف-اجزا ماده: * تصویری که فیزیک جدید (*)مقصود از ظهورات ماده اموری است که در طی تغییر ساختار اتمی و بنیادهای درونی ماده بدست می‏آید و بالطبع جنبه جوهری دارند(نظیر:انرژی و موج بنا بر فیزیک جدید)، به خلاف حالات ماده(نظیر:مایع، جامد و گاز)که بدون تغییر ساختارهای اتمی ماده(هر چند با تغییر ساختمان مولکولی آن در طی تغییرات شیمیای همراه است)حاصل می‏شود.لازم به ذکر است که این اصطلاح، در فیزیک جدید قابل طرح است؛ چرا که اموری نظیر انرژی در فیزیک کلاسیک از اوصاف ماده‏اند، نه از ظهورات آن.
( *)این زمینه از بحث اگرچه ارتباط مستقیمی با مقصود اصلی ما مثلا از یک قطره آب بدست می‏دهد و اطلاعاتی را که درباره اجزای مولکولی، اتمی، هسته‏ای، ذره‏ای و...(چه در زمینه ابعاد و چه در زمینه تعداد آنها)در اختیار ما قرار می‏دهد، حاوی حقایقی شگرف و تأمل برانگیز است:
یک قطره آب، مرکب از مولکولهایی به تعداد هزار میلیارد میلیارد و هر یک به اندازه 10؟متر است.
یک ملکول آب مرکب از اتمهایی است که هر یک به اندازه 10؟متر است.
یک اتم از مولکول آب مرکب از هسته‏ای به اندازه 10؟متر است.
یک هسته اتم آب مرکب از ذراتی است که هر یک به اندازه 10؟متر است. *
تا این زمان اندازه غیر قابل تصور 10؟مبین نوعی«دیوار بعدی»است که راه یافتن به کوچکتر از آن از نظر فیزیکی بعید یا غیر ممکن می‏نماید * واضح است که هیچ یک از ذرات اتمی از الکترون و پروتون گرفته تا کوارک حتی با چشم مسلح نیز رؤیت نشده‏اند؛بلکه آثار این ذرات، حاکی از وجود آنهاست.بخصوص کوراکها به عنوان ذراتی غیر قابل مشاهده مطرحند که وجود آنها تنها بر حسب الگوهایی ریاضی پیش‏بینی شده است.مثلا الکترون را با اثر آن در اتاقکهای ابری یا حبابی می‏شناسیم، اما کوارکها حتی در این حد نیز مشاهده نشده‏اند، برای داشتن تصویر ملموستری از ابعاد و تعداد ذرات مزبور، مثالی را نقل می‏کنیم:
اگر کلیدی معمولی را به اندازه کره زمین بزرگ کنیم، اتمهای آن به اندازه یک دانه گیلاس خواهد شد، اما هسته آن اتمها همچنان غیر قابل مشاهده
باقی خواهد ماند.حال اگر این دانه گیلاس را به اندازه کره‏ای به قطر دویست متر بزرگ کنیم، هسته را به صورت دانه خیلی ریز غباری مشاهده خواهیم کرد. (2) و بدین صورت تصویر خلأ درون اتم واضحتر می‏شود می‏بینیم که اتمها و مولکولها و به طور کلی اجسام، بیشتر از آن که از ملأ و توده پر باشند، از خلأ تشکیل شده‏اند.چنانکه اگر اتمهای ترکیب کننده جسم انسان تا حد لمس یکدیگر به هم نزدیک شوند، انسان به اندازه غباری ناچیز به ابعاد چند هزارم میلیمتر خواهد شد.برای ترسیم واضحتر تعداد اتمها نیز کافی است بدانیم که برای شمردن اتمهای یک دانه نمک اگر در هر ثانیه یک میلیارد از آنها را بشماریم، نیاز به پنجاه قرن خواهیم داشت. (3)
پاسخ به این سؤال را که:با توجه به چنین خلأ گسترده‏ای در عمق اجسام، چه چیز باعث استحکام و طبیعت سیمای ماده و مانع در هم فرو رفتن چنین موجوداتی در یکدیگر می‏شود، نظریه کوانتم به عهده دارد که در مبحث نظریه کوانتمی مطرح خواهد شد.
با توجه به این که در عرصه تجربه و عمل، فیزیکدانان با تکنیکهای تجربی خود به کشف ذرات جدید دست یافته‏اند(تا امروز بیش از 200 ذره)که همه آنها را(یا به اعتقاد برخی فیزیکدانان هیچ یک از آنها را)نمی‏توان ذره بنیادی نام نهاد، این ندارد، ما به دلیل ارتباط با یکی از فروعات بحث یعنی مبحث اتصال یا انفصال جسم، دارای اهمیت است.
(*)اگر چه به عقیده برخی فیزیکدانان هنوز نمی‏توان برای کوارکها ابعادی را مشخص کرد.(برای اطلاعات بیشتر درباره این ذرات بنیادی رجوع شود به کوارکها گوهر بنیادین ماده نوشته فریچ ترجمه میرزا بیگی)
( *)این ابعاد در ناحیه ذرات بنیادی است و خواهیم دید که در نظریه ابر ریسمانها، فرض ذرات تبادلی و خطوط فرضی جوهری با ابعاد 10؟متر به میان می‏آید.
سؤال پیش می‏آید که از نظر تئوری چه احتمالاتی در این زمینه مطرح است؟در این زمینه می‏توان از سه نظریه عمده نام برد:
1-مسابقه حرکت به سوی بی‏نهایت کوچک، پایان نداشته باشد، یعنی همان‏طور که از لحاظ ذهن چنین است که هر کوچکی به ابعادی کوچکتر تا بی‏نهایت قابل تقسیم است، در عمل نیز در جریان تقسیم، به بی‏نهایت ذره که هر یک کوچکتر از دیگری است، برخورد خواهیم کرد.
2-روزی موفق به رسیدن به سطح بنیادی ماده و ذراتی غیر قابل تقسیم خواهیم شد.(نظریه هایزنبرگ).
3-به ذراتی بنیادی و در عین حال مرکب از عناصری با طبیعت متشابه خواهیم رسید.
تئوری اخیر که زیربنای تئوری کوارکها نیز هست، مورد قبول اکثریت فیزیکدانهاست. (4)
به هر حال تا به امروز ذرات بنیادی پایدار را مجموعه الکترونها، نوترنیوها، فوتونها و نیرو و ماهیت آن به ذراتی تئوریک و غیر قابل کشف که عامل مبادله نیرو هستند نیز اشاره خواهیم کرد.
ب-صفات و خواص ماده:در این مبحث صفات عادی و عرفی ماده نظیر:زبری، نرمی استحکام، رنگ و...و نیز صفات شیمیایی ماده که حاصل رفتار جسم در مجاورت اجسام دیگر و واکنش آن با محیط خویش است(نظیر حل‏پذیری، رسانایی، نقطه ذوب یا میعان و...)مورد نظر ما نیست؛بلکه صفات فیزیکی ماده که به لحاظ حرکت و تحول آن عارض بر جسم است، مورد بحث است.
در اینجا هر یک از مفاهیم فیزیکی و صفات ماده را که با بحث ما ارتباطی داشته باشد، مطرح
کرده و ویژگیهای آن را-تا آنجا که در مرحله تحلیل فلسفی کاربرد داشته باشد-به اجمال ذکر می‏کنیم و احیانا به تحول مفهومی آن درگذر از فیزیک کلاسیک به فیزیک نوین نیز اشاره‏ای خواهیم داشت. *
1-وزن(weight)
از خواص مهم جسم و جرم و امری نسبی و متغیر است، چرا که فقط مربوط به خود جسم نیست، بلکه محصول نیرو و محتاج به میدان جاذبه جسم دیگر است.وزن در زمین، حاصل اعمال نیروی جاذبه بر اجسام است.
w m.g
شناب جاذبه زمین*جرم وزن
اینرسی * (Inertia)
خاصیت تفکیک‏ناپذیر همه اجسام و ذرات کاینات (5)
قائل شدن به خاصیت اینرسی در اجسام، نظریه طباع ارسطو را(که مطابق آن هر چیز به حسب طبیعت خود، مقتضای قرار گرفتن در وضع طبیعی خود را دارد، یعنی اصل در همه اشیا سکون است مگر به تأثیر محرکی خاص)نفی (*)تعاریفی که در گیومه، ذیل، عناوین آورده‏ایم و با*مشخص شده‏اند عمدتا از منابع ذیل اخذ شده است:
-The international Dictionary of physics and electronics von.nostrond co.New york,1691.
-MC.-Grow-Hillconcise Encyelopedia of science and Technology parker Edit by sybil parker.
-Dictionary of scicnce and Technology Academic press,2991.
-The Encyclopedia of phylosophy Edit.by paul Edwards.
( *)«ویژگی‏یی که هر ماده‏ای آن را داراست و نمودار مقاومت در برابر هرگونه انتقال در وضعیت حرکتی جسم است.«جرم»، مقدار کمی اینرسی است».
می‏کند و اصل در جسم متحرک را«حرکت»آن (مگر به فرض وجود.مانعی خاص)و اصل در جسم ساکن را«سکون»آن(مگر به فرض وجود محرکی خاص)می‏داند. (6)
اینرسی به تعبیری حاکی از جرم شی‏ء است. و از آن می‏توان به:میل به ادامه حالت سابق (در صورت فراغت از تأثیر هرگونه نیروی خارجی)یا مقاومت در برابر تغییر حالت سابق تعبیر نمود.
3-بعد(Distance)
از ویژگیهای تفکیک‏ناپذیر جرم و جسم است.«مسافت»از مصادیق آن است که در مبحث حرکت مورد بررسی قرار می‏گیرد.مثل d در فرمول:
d v.t
زمان*سرعت مسافت
بعد یکی از سه خصیصه اصلی جسم در فیزیک نیوتنی است * که فرمول بقیه خواص و صفات فیزیکی از آنها بدست می‏آید.در فیزیک نیوتنی، بعد، امری مطلق و غیر وابسته به ناظر است، اما در فیزیک نسبیت، امری نسبی و وابسته به موقعیت ناظر است که تفصیل آن در نظریه نسبیت خواهد آمد.
4-جرم * (Mass)
از کمیتهای اساسی و تغییرناپذیر در فیزیک کلاسیک و ذاتی جسم و عامل حفظ نسبت اوزان در دستگاههای مختلف است.جرم به خلافت وزن، خاصیتی مربوط به خود جسم است و به تعبیری حاکی از مقدار ماده موجود در آن است.وزن جسم در میدانهای مختلف جاذبه(مثلا کره زمین یا ماه) تغییر می‏کند، اما جرم یا جابجایی تغییر نمی‏کند.جرم هر جسم معیار سنجش مقاومتی است که آن جسم در برابر هرگونه تغییر سرعت یا جهت حرکت از خود نشان می‏دهد.بنابراین ممکن است در میدانهای مختلف جاذبه تحریک آن با سرعت ثابت(مثلا بلند کردن آن)آسانتر شود ولی شتاب دادن به آن به هیچ وجه آسانتر نمی‏شود. (7) دو اصطلاح«لختی»و«جبر»(مقاومت)با جرم مترادفند.
جرم به تعبیری ما به ازای اینرسی و مقاومت جسم در برابر تغییر جهت و حرکت است.تذکر این نکته لازم است که باید بین دو اصطلاح و کاربرد زیر از«جرم»تفاوت گذارد: (8)
الف-جرم لختی:که پاسخ جسم است به نیرویی معین و نیز معیار سنجش مقاومت جسم در برابر تغییر حالت یا سرعت که بستگی به میزان انرژی آن دارد، چنانکه در فرمول ذیل واضح می‏شود:
F m.a
شتاب جسم*جرم نیروی وارد آمده بر جسم
یعنی هر چه جرم بیشتر باشد، مقدار نیروی برای دادن شتاب a به آن لازم است، می‏بایست بیشتر باشد:
a F/m
(*)سه خصیصه اصلی جسم در فیزیک نیوتن عبارت است از:بعد یا طول(L)، زمان(T)و جرم(M).
( *)«اندازه، فیزیکی خاصیت اساسی اینرسی در جسم، یعنی اندازه مقاومت آن در برابر تغییر حرکت است.در سرعتهای کم اگر با سرعت نور مقایسه شود، جرم یک جسم مستقل از سرعت آن است در شرایط مزبور، جرمهای ؟ و؟ از دو جسم ممکن است با میزان(افزایش یا کاهش)دو جرم در بر هم کنش با یکدیگر مقایسه شوند، بدون ترتیب:؟ که ؟و؟ مقدار شتاب ملحوظ دو جرم به عنوان نتیجه بر هم کنش آن دو است».
ب-جرم گرانشی:که معیار جاذبه گرانشی بین دو جسم است.فرمول زیر مربوط به این جرم است:
؟ جرم اوّل*جرم دوّم*/مجذور فاصله آن دو*ضریب ثابت نیروی جاذبه دو جسم این جرم به نوعی بیانگر توده و تعداد ذرات جسم است.چرا که نیروی وارد بر توده بیشتری از ذرات، بیش از نیروی وارده بر توده کمتر است.
نیوتن رابطه این دو جرم را بدینسان با ضریب ثابتی تعیین نمود:
؟Min/Mgr K
جرم لختی/جرم گرانشی ضریب ثابت
در فیزیک کلاسیک اندازه جرم چه در حال حرکت و چه در حال سکون امری مطلق و ثابت است. (9)
جرم در فیزیک نوین(نسبیت)
با ظهور نظریه نسبیت(Relative Theory) احکام جدیدی بر جرم و اندازه‏گیری آن مترتب شد:
الف-اندازه جرم، نسبی است و در دستگاه‏های مختلف با سرعتها و شنابهای متفاوت برآورده‏های متفاوتی از اندازه جرم خواهیم داشت.یعنی به حسب ناظر، در دستگاههای متفاوت، اجسام، مقاومتهای گوناگونی از خود نشان می‏دهند.این گوناگونی البته ضابطه‏مند و مشمول فرمول زیر است: *
؟ ؟
طبق این فرمول هر چه سرعت شی‏ء افزایش یابد، جرم شی‏ء(اندازه جرم آن)افزایش می‏یابد.
در فیزیک نسبیت با تفکیک جرم سکون از جرم حرکت، به انرژی نیز جرم حرکتی دارد اما جرم سکون ندارد.البته چنانکه خواهد آمد این نکته در ارتباط با اندازه‏گیری ماست که می‏توانیم جرم فوتون ساکن را در محاسبات، صفر لحاظ کنیم، اما حقیقت ایت است که این مقدار هیچ‏گاه صفر نیست؛زیرا فوتون عدم یا خلأ نیست بلکه (*)«تعریف فوق(در ارتباط با فرمول)مربوط به«ماخ»و معادل تعبیری از قانون بقای مومنتم است.بنابراین، جرم تعریف شده و مورد اندازه‏گیری، غالبا به جرم اینرسی(لختی)(در مقابل جرم جاذبه‏ای گرانشی)اشاره دارد.جرم گرانشی به عنوان وجودی متناسب با نیروی جاذبه-که بر جرمی خاص عمل می‏کند-اندازه‏گیری می‏شود و این نیرو به واسطه حضور اجسام جرم‏دار در اطراف آن جرم-که با آن موقعیتی یگانه و نسبی تشکیل می‏دهد-اعمال می‏شود.
همه قراین حاکی از آن است که نیروی گرانشی بر یک جسم، دقیقا متناسب است با جرم لختی آن، وViceversa(در لاتین)به این معناست که جرم گرانشی و جرم لختی دو جرم معادلند، چنانکه این واقعیت توسط اصل تعادل نسبی تبیین می‏شود.
به عنوان نتیجه‏ای از قانون جاذبه عمومی نیوتن با توجه به دلیل اینشتین بر تعادل(تساوی)جرم لختی و جرم گرانشی، [می‏توان چنین گفت که‏]اجرام مساوی-در موقعیت یکسان از میدانی جاذبه‏ای-اوزانی یکسان خواهند داشت و به همین دلیل این دو جرم را می‏توان به تعادل دو طرف یک سطح موزون تشبیه کرد.
اهمیت مخصوص جرم از این جهت است که کمیتی پایدار است که نه قابل ایجاد و نه قابل انعدام است.بنابراین جرم هر دستگاهی که جداگانه لحاظ شده است(سیستم ایزوله)، امری ثابت خواهد بود.
با گسترش تئوری نسبیت خاص، معلوم شد که جرم(m) (E)از هر جسم با دستگاه، اندازه‏ای از یک کمیتند که وابسته به یکدیگرند.این امر توسط اینشتین به معادله جرم- انرژی نام‏گذاری شد:E mc؟(که c عبارت از سرعت نور است).» از سنخ انرژی است که جرم در حال حرکت برای آن ملحوظ است، چون صور حقیقی انرژی خالی از حرکت نیست.طبق این نظریه ماده و ذرات مادی ذراتی هستند که دارای جرم در حال سکون باشند.
ب-تحت پوشش نظریه نسبیت عام، هم‏ارزی جرم لختی و گرانشی، محتوایی تازه یافت؛چرا که به نظر اینشتین گرانشی و لختی اساسا یک پدیده‏اند و این خاصیت خود جسم نیست، بلکه خاصیت ذاتی فضایی است که جسم در آن قرار دارد. (10) ممکن است گفته شود اگر جرم خاصیت ذاتی فضا باشد، دیگر نمی‏تواند ارتباطی با مقدار ماده و جسم داشته باشد، اما می‏توان گفت که سخن اینشتین منافاتی با این مطلب ندارد که خاصیت ذاتی فضا در اجسامی که حاوی توده بیشتری از ذرات باشند تأثیری بیشتر یا مضاعف داشته باشد(مثلا حرکت و جاذبه بیشتری به آنها ببخشد).
ج-جرم، هم ارز انرژی است و هر یک از آن دو ظهوری از اصل سوم دیگری هستند.دو چهره از یک حقیقت‏اند که اندازه هر یک از آنها در یک جسم به حسب دیگر طبق این معادله بدست می‏آید:
؟ مجذور سرعت نور*جرم جسم انرژی جسم
طبق معادله مزبور دو قانون بقای جرم و قانون بقای انرژی به یک قانون(قانون بقای جرم-انرژی) تبدیل می‏شود. *
5-حرکت * (Movement-Mobility)
حرکت در فیزیک تحت دو عنوان سرعت و شتاب مورد مطالعه و اندازه‏گیری قرار می‏گیرد.سرعت اشاره به تغییر مکان یا وضعیت شی‏ء دارد:
V d/t
سرعت مسافت/زمان
اگر در مسافت(مکان یا وضع چیزی در طول زمان) تغییر حاصل نشود، سرعتش صفر است.به این معنا که اساسا حرکتی و طبعا سرعتی ندارد.برای حرکت دادن و سرعت بخشیدن به جسم و یا متوقف کردن آن باید بر آن نیرو وارد کرد.
شتاب، از عوارض حرکت و سرعت و بیانگر آهنگ رشد یا کاهش سرعت شی‏ء(یا به عبارت دیگر آهنگ تغییر زمانی سرعت شی‏ء) است:
a v/t
سرعت/واحد زمان شتاب
شتاب تحت تأثیر نیروی معینی است و با جرم جسم نسبت معکوس دارد.
a f/m
نیروی وارد بر جسم/جرم جسم شتاب جسم
شتابدار بودن جسمی نمایانگر تحقق حرکت در آن است، اما شتاب نداشتن آن(صفر بودن شتاب)لزوما نمایانگر سکون آن نیست، بلکه ممکن است جسم سرعتی ثابت داشته باشد.
(*)منابع این بحث و دیگر بحثهای مربوط به«نسبیت»در انتهای پیوست شماره یک(نظریه نسبت عام و خاص)ذکر شده است.
( *)«تغییر در وضعیت شی‏ء در ارتباط با سیستم مرجع برای یک ذره مادی یا توده‏ای از چینن ذراتی».
6-نیرو * (Force)
نیرو را معمولا به عامل انجام کار و تحرک جرم و شتاب بخشیدن به آن تعریف کرده‏اند.نیرو همچنین کمیتی است که در فرمول و در جریان بر هم کنش اشیا نمودار می‏شود و اهمیت آن در اینجاست که اگر تفاعل(بر هم کنشی)بین اشیا و نیز بین ما و اشیا نبود، علمی به نام فیزیک نداشتیم. * نیرو در پی آن حرکت است که امکان ارتباط ادراکی و مشاهده اشیا را برای ما فراهم می‏آورد.چه این که عوامل خبرگیری ما نیز متأثر از نیرو است.
نیرو خود را در تفاعلات می‏نمایاند و حاکی از تأثیر و تأثر شی‏ءای(ماده یا انرژی)بر شی‏ء دیگر است.بدین سان نیرو نقطه پیوندی است که متکی به طرفین است.با این حال ماهیت نیرو هنوز مبهم است.
در فیزیک کلاسیک ابتدا تنها دو نیرو مطرح بود:
الف-نیروی گرانش(ثقل-جاذبه):که بنا بر فرمول نیوتن بین هر دو، جرمی طبق فرمول ذیل وجود دارد:
؟ جرم اول*جرم دوّم/مجذور فاصله دو جرم*ثابت جاذبه نیروی جاذبه
بدین ترتیب نیوتن عوامل دخیل در تأثیر اشیا از دور بر یکدیگر را تبیین نمود.ظهور این نیرو به صورت جذب است.
ب-نیروی الکترو مغناطیسی:که طبق فرمول فوق الذکر، بین هر دو جرم باردار تحقق می‏یابد:
؟ بار الکتریکی اول*بار الکتریکی دوّم/مجذور شعاه فاصله*ضریب ثابت نیروی الکتریکیظهور این نیرو هم به صورت جذب است و هم به صورت دفع، البته نیروی الکتریکی نیز که حاصل تفاعل بین دو جرم باردار در حال حرکت (یا لااقل یکی متحرک و دیگری ساکن)است نیز بعدها کشف شد و سنخیت آن با نیروی مغناطیسی توسط«ماکسول»و«فاراده»به اثبات رسید و این دو نیرو به عنوان مظاهری از «نیروی الکترومانیتیک»شناخته شد.این کشف فاراده و ماکسول در جایگزینی مفهوم حوزه و میدان نیرو به جای نیرو سهم عمده داشت در فیزیک نوین نیز هم تحلیل دو نوع نیروی شناخته شده به گونه متفاوتی صورت گرفت(با ظهور نسبیت عام و تئوری کوانتم)و هم دو نیروی جدید شناخته شد؛بدین قرار:
ج-نیروی هسته‏ای ضعیف که باعث پایداری اتم می‏گردد.
د-نیروی هسته‏ای قوی که باعث پیوند ذرات (*)الف-در دینامیک:فاعل فیزیک که باعث تغییری در مومنتم می‏شود و به وسیله مقدار زمان تغییر آن مومنتم، اندازه‏گیری می‏شود.اگر سرعت شی‏ء در مقایسه با سرعت نور اندک باشد، یک نیرو ممکن است در تناسب با جرم(M)آن جسم و نیز شتاب(a)آن که به وسیله نیرو متحقق می‏شود-، تعریف شود.بنابراین:F Kma(K ثابتی مربوط به سیستم فرضی‏یی از واحدها و بدون ارزش دیمانسیونی در سیستم «طول-جرم-زمان»(L-m-s)یا با واحد1/gدر سیستم«طول -نیرو-زمان»(L-F-s)است که g مقدار شتاب منسوب به جاذبه زمین است).
نیرو کمیتی برداری است که مستلزم اندازه و جهتی برابر ترکیب ویژه خود است.
ب-در استاتیک:عامل(فاعل)نیرویی است که فشاری بر یک جسم وارد می‏آورد...به علاوه نیرو توسعا به هر نوع فاعلی نیز اشاره دارد».
( *)ممکن است گفته شود که در نسبیت انیشتین مفهومی به نام نیرو وجود ندارد؛اما باید گفت-چنانکه خواهد آمد-آنچه بیانگر بر هم کنش بین اشیا و جایگزین نیرو، در نسبیت اینشتین است، حوزه و میدان است. هسته به یکدیگر می‏شود(اگر چه ذرات درون هسته بار مثبت دارند).
اشاره به این نکته لازم می‏نماید که دو نیروی اخیر نوعی از نیروی الکترومانیتیک هستند و دانشمندان در پی آننند که ماهیت سه نیروی اخیر را در تئور واحدی تبیین و اثبات نمایند و گامی مهم به سوی نظریه وحدت نیروها(unified Theory) بردارند.اما در راه اتحاد نیروی الکترومانیتیک و گرانشی با توجه به ابهام ماهیت گرانش و جاذبه، ظاهرا راهی طولانی در پیش است.
نکته دیگر این که دانشمندان در تبیین نحوه اعمال نیرو از یک شی‏ء به شی‏ء دیگر در آخرین نظریه‏های خود به وجود حاملهایی برای نیرو قائل شده‏اند که به نوعی گامی در توجیه اتحاد طریق اعمال نیرو در همه اقسام آن است. این حاملها گرچه نادیدنی هستند، اما آثارشان بر وجود آنها دلالت می‏کنند؛مثلا یک الکترون با صدور یک فوتون(ذره حامل نیرو)بر الکترون دیگر مجاور خود تأثیر می‏گذارد و آن را دفع یا جذب می‏کند و از طرف الکترون دیگر نیز همین جریان برقرار است و اعمال نیرو بر اثر مبادله ذرات حاملی مثل فوتون است.در ناحیه جاذبه و گرانش نیز به وجود ذراتی به نام «گراوتیون»قائل شده‏اند که مثلا بین زمین و ماه در حال تبادل است و موجب اعمال جاذبه بین آن دو می‏شود. (11)
7-انرژی * * (Energy)
معمولا به قابلیت انجام کار گفته شده است و این کمیت، نماینده کاری است که نیرویی روی ماده‏ای انجام می‏دهد. *) (12)انرژی را به دو قسم اصلی تقسیم نموده‏اند:
الف-جنبشی:انرژی اجسام در حال حرکت است.بنابراین اگر جسمی در حال حرکت باشد، دارای انرژی جنبشی است و هر جسم متحرک نسبت به جسم ساکن دارای انرژی است.
ب-پتانسیل:انرژی اجسام در حال سکون (*)«کمیتی که بیانگر توانایی انجام کار است و به عبارت دیگر:
توانایی یک سیستم در انجام کار بر روی سیستم دیگر.انرژی به طور کلی به سه دسته مهم تقسیم می‏شود:
1-جنبشی(دینامیک)
2-پتانسیل(استاتیک)
3-اشعه(رادیانت:الکترو مانیتیک)
انرژی انواع مختلفی دارد از جمله:شیمیایی، الکتریکی، هسته‏ای و...
واحد انرژی شامل:ارگ-ژول-فوت پوند و...است
گرما و کار نیز علیرغم تفاوت معنایی میان آنها، واحدی مشابه به واحد انرژی دارند.
برای هر دستگاه مکانیکی مستقل از شرایط محیطی (ایزوله)مقدار انرژی ثابتی وجود دارد[اصل بقای انرژی‏] از ایده‏های خاصی که اینشتین مطرح کرد این بود که مکان و زمان، مستقل از یکدیگر نیستند، بلکه دو بعد از یک موضوعند، یعنی یک واحد زمانی و مکانی‏اند.این تلقی مستلزم تجدید نظری در مفهوم انرژی بود که در نهایت بدین نتیجه منجر شد که:اینرسی یا جرم(m)در قالب فرمول نسبت جرم-انرژی که به صورت ؟ نمایش داده می‏شود، وابسته به انرژی خود است...بنابراین انرژی و مومنتم ثابت در یک دستگاه در قانون نسبیت خاص مندرج می‏شوند.
اهمیت انرژی به خصوص از این جهت است که کمیتی ثابت و غیر قابل ایجاد و اعدام است.
انرژی ممکن است در اجسام مختلف متبادل شود یا آنکه از نوعی به نوعی دیگر تبدیل شود یا به حسب معادله اینشتین به جرم تبدیل شود».
( *)در اوایل بحث اشاره شد که سه مقوله انرژی، موج و میدان را می‏توان-در فیزیک جدید-تحت عنوان ظهورات ماده مطرح کرد، اما در اینجا ضمن ادامه مطلب تحت عنوان«اوصاف مده»، در ضمن به تغییر و تحول اساسی این مفاهیم اشاره می‏کنیم.
( * )در واقع صورت فیزیکی همه اشیا و پدیده‏ها و حوادث مادی عبارت است از حرکت و انرژی و می‏توان گفت فیزیک از این دو حیثیت، به عالم می‏نگرد. است که شی‏ء به دلیل موقعیت خاصش داراست.اولی کار مایه بالفعل و دومی کار سایه بالقوه است.
صور مختلف انرژی(یا اشیای دارای انرژی) عبارتند از:
1-حرارت
2-الکتریسته
3-مغناطیس
4-نور
5-صوت...
صور فوق الذکر از طریق ارتباط و مقایسه هر یک با دیگری باز شناخته می‏شوند و امکان تبدیل هر یک به دیگری وجود دارد، ضمن آن که همگی از کمیتهای معینی حکایت دارند که با واحدهای مانند ژول و ارگ اندازه‏گیری می‏شوند. طبق اصل بقای انرژی، صورتهای انرژی در فرایندهای گوناگون از بین نمی‏رود و کاهش انرژی در یک طرف، معادله و مبادله مقارن با افزایش آن در طرف دیگر است.
محمل انرژی
انتقال انرژی با دو محمل صورت می‏گیرد:
1-توسط ماده و ذره.مانند آنچه در وارد آوردن ضربه بر یک گوی و حرکت آن رخ می‏دهد.
2-توسط موج.مانند ایجاد ارتعاش در هوا یا ارتعاش ذرات مولکولی ماده در پدیده‏های صوت و حرارت.
ساختار انرژی در فیزیک کلاسیک بیشتر به صورت موجی و پیوسته است.
انرژی در فیزیک نوین
دو تحول عمده در فیزیک جدید باعث ارائه سیمای جدید از انرژی گردیده است:1-اثبات اصل هم ارزی جرم و انرژی
2-نظریه کوانتمی درباره ساختار انرژی
در مورد تحول نخست باید گفت:در فیزیک کلاسیک جرم از اصیلترین خصوصیتهای جسم تلقی می‏شد که در هر فعل و انفعالی مقدار آن می‏بایست ثابت بماند؛چرا که مقدار ماده را نشان می‏دهد(اشاره به جرم گرانشی)و در تمام حالات مطلق و ثابت است و در عین حال نمودار اینرسی جسم است(اشاره به جرم لختی).سپس با اندازه‏گیری مقادیر انرژی در فعل و انفعالات گوناگون از جمله در جریان تبدیل انرژیهای مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و الکتریکی و مغناطیسی به یکدیگر، اصل بقای انرژی نیز تبیین می‏گردد، اما به تعبیر اینشتین-که مؤیدات فراوانی نیز گواه آن است-:اصل بقای انرژی اصل بقای جرم را هم در خود فرو برد و اصلی به نام اصل بقای جرم-انرژی با فرمول:
؟ مجذور سرعت نور*جرم شی‏ء انرژی شی‏ء
یکه تاز میدان فیزیک گردید.
توضیح اصل هم ارزی از جهتی دیگر چنین است:چون در آزمایشهای اوایل این قرن فشار نور کشف گردید، در نتیجه، انتساب جرم به نور، چاره ناپذیر بود.بدین صورت و با توجه به قاعده تفاوت جرم سکون و جرم حرکت که در نظریه نسبیت ارائه شد(؟)، اگر بخواهیم انرژی جسمی را که به سرعت نور رسیده اندازه‏گیری کنیم، می‏بایست حاصل ضرب جرم آن در مجذور سرعت نور را بدست آوریم:؟طبق اصل هم‏ارزی و بقای جرم-انرژی و فرمول مذکور، افزایش انرژی متضمن افزایش جرم(و مقاومت در مقابل تغییر حرکت)به مقدار ؟می‏گردد. * به گفته اینشتین:تبدیل انرژی به جرم، عملی سهل و حتی با گرم کردن شی‏ء قابل حصول است اگرچه با وسایل اندازه‏گیری معمولی این افزایش جرم قابل اندازه‏گیری نیست.
اما تبدیل جرم به انرژی نیز در جریان تلاشی اجسام رادیو اکتیو که پدیده کاهش جرم روی می‏دهد، مشاهده شده است.به هر حال طبق اصل مذکور، تلقی از جرم و انرژی یکسان و انرژی و جرم به یکدیگر قابل تبدیل می‏شوند.بنابراین هر جسم و جرمی به شرطی که لوازمی با آن مقارن شود، استعداد انجام کار را نیز دارد، بلکه اگر ماده و انرژی رایکی بگیریم، دیگر صحبت از تبدیل نیست. * حال می‏توان یکی از سه تعبیر ذیل را بکار برد:
الف-یک چهره و تجلی از انرژی به صورت چهره و تجلی دیگری از آن درمی‏آید.
ب-یک نوع از ماده به نوعی دیگر از آن تغییر صورت می‏دهد.
ج-اصل سومی وجود دارد که گاه در صورت انرژی و گاه در قالب ماده ظهور می‏یابد.
اما درباره دومین تحول در فیزیک جدید (نظریه کوانتمی درباره ساختار انرژی)باید گفت:چنانکه دیدیم در فیزیک کلاسیک انرژی بیشتر به منزله کمی متصل تلقی می‏شد، * اما در اوایل قرن بیبستم، ماکس پلانک با آزمایشهای خود که بعدها اثر فوتو الکتریک نیز آن را تأیید نمود، عدم کفایت تئوری موجی انرژی و پیوستگی و اتصال آن را ثابت کرد، * چرا که در اثر فوتو الکتریکی یک پرتو نوری موجب خروج یک الکترون از صفحه حساس می‏گردد، در حالی که معقول و تصورپذیر نیست که امواج نوری در فضا برای هجوم به یک الکترون با هم
متحد شده و به صورت ذره‏ای آن را دفع کنند، بدون این که در الکترونهای مجاور چنین اثری داشته باشند.
خلاصه نظریه ماکس پلانک که بعدها به تئوری کوانتمی مشهور شد این است که:انرژی تکه تکه است و ارزش کم منفصل را دارد.وی کوچکترین واحد انرژی را کوانتم نامید و اظهار داشت که انرژی هیچ ذره اتمی از یک کوانتم با ثابت پلانک (plank constant)کمتر نخواهد بود. *
E h.v
فرکانس ارتعاش ذره*ثابت پلانک انرژی ذره
همین طور افزایش طراز انرژی در ذرات اتمی نیز جز در قالب مضربی از ثابت پلانک صورت نمی‏گیرد.بنابراین نظریه، نوسانی بودن نور(و (*)یعنی وقتی الکترونی با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‏کند، سنگینتر می‏شود و نیز با افزایش انرژی یک جسم (مثلا با گرم کردن یا شتاب دادن به آن با سرعتهای نزدیک به سرعت نور)، جرم آن به همان نسبت افزایش می‏یابد(ر.ک: الفبای اتم، ص 15 و مقاله ؟ در فیزیک دو واقعیت، ص 198)
( *)گروهی با توجه به نظریه کوانتمی، اسم‏گذاری اشیا به ماده و انرژی را صرفا ذوقی و با توجه به پیشینه تاریخی شی‏ء، مجاز دانسته‏اند، حال آنکه نمی‏توان گفت در جریان واپاشی الکترون و ایجاد غوتون نوری کدام طرف بیشتر استحقاق اسم ذره بودن با انرژی بودن را داراست(ر.ک:علم نظریه انسان روینگر) بلکه به تعبیر بسیاری از فیزیکدانان هر چه را که پیرامون ما وجود دارد، می‏توانیم انرژی خالص بدانیم(اما انرژی متراکم شده یا تراکم انرژی).
( * )در مورد نور به عنوان مصداق ملموسی انرژی، همواره دو نظریه عمده«موجی بودن»و«ذره‏ای بودن»مطرح بوده است. اخیرا تئوری«موجی-ذره‏ای»نیز بدان اضافه گردیده است، اما نظریه پلانک در مورد تمام صور انرژی مطرح گردید.در زمینه این تئوری اخیر به کتاب فیزیک هالیدی، ج 4، فصل 50(آخر) رجوع شود(و نیز به تکمیل آخر مبحث موج)
( *)هر چند پدیده تداخل، مؤید موجی بودن نور(برخی از اقسام و صور انرژی)است.
( * )اینشتین کوانتم نور را فوتون نامید. سایر صور و اقسام انرژی)به شکل تموجی نبوده، بلکه به صورت ذرات مستقل حامل انرژی در حرکت است.نوسان بسته‏های انرژی که واحدهای ساختمانی انرژی‏اند، کوانتم نامیده می‏شود.نور در تابش و صدور پرتو همانند گلوله‏های مسلسل است، نه مانند جریانی از آب، که به حسب ظاهر-نه واقعا-یگانه و پیوسته به نظر می‏آید.
پس از این نظریه، انگاره موجی و امواج کوانتایی شده انرژی رشد کرد و مدل منظومه‏ای اتم، جایگزین انگاره موجی پیچیده در جو اطراف هسته شد. (13)
در اینجا به مبحث تعبیرهای کوانتمی و توابع و لوازم این نظریه نظیر اصل عدم قطعیت و اصل مکملیت و...که در دهه‏های نخستین قرن بیستم ظهور یافت، اشاره‏ای اجمالی می‏کنیم:
تعابیر مختلف از نظریه کوانتم(Quantom Theory)
مقدمه
ارائه نظریه کوانتم گرچه قدم مهمی در راه تبیین ساختار انرژی و ذرات بنیادی بود، اما توجیه رفتارهای دوگانه نور و سایر اقسام انرژی و نیز ذرات بنیادی که در برخی خواص موجی و در بعضی دیگر ویژگی ذره‏ای از خود بروز می‏دهند، محتاج به گونه‏ای تعبیر از نظریه مذکور گردید.به علاوه پدیده دیگری که به صف بندی تعبیرات مختلف در برابر یکدیگر شدت بخشید، استحصال اصل عدم تعین یا عدم قطعیت‏Indeterminancy) (principle توسط هایزنبرگ بود.وی ضمن ارائه فرمولی، ثابت کرد که برخی زوجهای متغیر(مثل مکان شی‏ء و اندازه حرکت آن)به نحو مخصوصی به یکدیگر بستگی دارند و دقت در یکی مستلزم از
دست رفتن دقت در دیگری است. *
فیزیکدانان درباره این که این امر حاصل دخالت مشاهده‏گر در جریان اندازه‏گیری وضع یک الکترون و سرعت آن است یا آن که این عدم تعیین، مربوط به خود طبیعت است، همانند تعبیرات کوانتمی تعابیر و تفاسیری مشابه ارائه کردند که به آنها نیز اشاره خواهیم کرد.
تذکر این نکته لازم است که تعابیری که از نظریه کوانتم و نیز تفاسیری که از اصل عدم قطعیت ارائه شده است، متکی بر پیش فرضهایی معرفت شناسانه و اتخاذ یکی از دیدگاههایی است که در آغاز بحث بدانها اشاره رفت.
تعابیر مربوط به نظریه کوانتم
1-تعبیر کپنهاکی
که بور، هایزنبرگ و پائولی از بنیانگذاران این تعبیرند.به عقیده ایشان باید صرفا به تنظیم داده‏های حسی با استفاده از فرمالیزم ریاضی اکتفا کرد، وظیفه فیزیک تنها ربط مشاهدات است و ورای آن واقعیتی نیست و یا آن که قابل شناخت نیست، نظریه کوانتم نیز آخر جاده فیزیک و معیار نهایی آن است.
مطابق این نظریه:اولا:موجودات میکرو فیزیکی(نظیر اتم-الکترون و...)جای خود را با ساختارهای موجگون مجرد که توسط معادلات (*)نتیجه اصل عدم قطعیت این است که هرگز نمی‏توانیم تصاویر ذره‏ای و موجی را در شرایط تجربی یکسان رو در رو قرار دهیم.تابش و نیز ماده همچون دو روی یک سکه‏اند و سکه هر طرفی را که ما می‏خواهیم به نمایش می‏گذارد ولی نمایش همزمان هر دو طرف ممکن نیست.بنا به اصل مکملیت بوهر، مفاهیم موجی و ذره‏ای یکدیگر را نفی نکرده بلکه تکمیل می‏کنند. دیفرانسیل تبیین می‏شوند، عوض خواهند کرد. ثانیا:رابط علّی بین حوادث طبیعی و قابلیت پیش‏بینی حوادث فردی کنار نهاده می‏شود.
در بین متعتقدان به مکتب کپنهاگ در مورد اصل عدم قطعیت نظرات گوناگونی به قرار زیر مطرح است:
الف-اصل مکملیت(complementarity principle) بور مبتنی بر:1-عدم اعتقاد به واقعیتی ورای پدیده‏ها یعنی جهان کوانتمی وجود ندارد بلکه تنها یک توصیف انتزاعی کوانتمی و فیزیکی وجود دارد.2-بین روند مشاهده و مورد مشاهده حد . مرز قاطعی وجود ندارد.3-از استفاده از مفاهیمی چون ذره و موج(گرچه مفاهیمی قراردادی‏اند) ناگزیریم، اما به شرطی که در مدلهای متفاوت در موقعیتهای گوناگون به کار برده شوند(مدلهای مکمل نه متناقض)4-نمی‏توان تصویر یگانه‏ای از جهان و ذرات بدست داد.در نتیجه، ذره دانستن الکترون در برخی موقعیتها و موج دانستن آن در موقعیتهای دیگر بلا اشکال است و این دو نظر مکمل یکدیگرند.
ب-این ناظر ذی شعور است که جهان را به حالت معین رسانده و اوست که واقعیت را تعیین می‏کند(نویمان-دینگر)
ج-عدم تعین در خود طبیعت است و هستیهای زیر اتمی الکترونی اصولا مغایر با واقع متعارف ما هستند.یعنی جهان میکرو فیزیک، نه جهان فعلیتها، بلکه جهان استعدادهایق ناشکفته است و اتمها و ذرات بنیادی، جهانی از امکانات و استعدادها می‏سازند نه جهاتی از اشیا و حقایق این نوع جهان جهانی است بین ماده صلب و واقعیت ذهنی و مجموعا به قوه ارسطویی و نظریه افلاطونی اشکال و صور نزدیکتر است تا به«اتمهای ذیمقراطیسی».بنابراین
اندازه‏گیری مختصات این ذرات نیز فعلیت دادن به یکی از احتمالات ممکن آنهاست، نه بیرون آوردن مقدار و اندازه آنها(تعبیر هایزنبرگ).
تذکر این نکته لازم است که اکثر فیزیکدانان پس از بور به تبعیت از او و بدون توجه به بحثهای تعبیری و فلسفی و با تکیه بر پوزیتویسم و ابزارانگاری و آموزش فرمالیسم ریاضی نظریه کوانتم را پشتوانه صحت تلقی بور دانسته‏اند. * *
2-تعبیر رئالیستی
اینشتین، بوهم، بورن و شرودینگر بر مبنای این تعبیر نه طرد رئالیسم و نفی واقعیتی ورای ذرات را پذیرفته‏اند و نه طرد موجبیت و علیت را و نه ارجاع نظریات به ابزارهایی در دست بشر و نه آخر خط بودن مکانیک کوانتمی را، بلکه معتقدند که نظریه‏ها اصالتا برای توصیف واقعیت فیزیکی بکار می‏روند و فقط ابزار محاسبه نیستند. * در نزد ایشان عدم تعین و عدم قطعیت امری است ناشی از جهل بشر و نه پدیده‏ای واقعی.در واقع به نظر این (*)اوصاف اصلی فیزیک قرن بیستم نزد این گروه را می‏توان چنین خلاصه نمود:1-وانهادن اصالت واقع خام 2-فقداون تصویر پذیری 3-قول به مدخلیت مشاهده‏گر 4-تشکیک در ضروت و جبر علّی.
( *)نظریه اخیر را می‏توان در آثار هایزنبرگ(از جمله فیزیک و فلسفه و جزء کل)مشاهده نمود.
( * )البته معتقدان به رئالیسم نیز به چند دسته تقسیم شده‏اند:
1-معتقدان به تعبیر اینشتینی:با تأکید بر جنبه توصیفی و واقع نمایی علم و تحقق واقعیتی ورای نظریه‏ها در عین اعتقاد به ترکیب تجربه و خلاقیت ذهنی در ادراکات انسان.
2-منکران خواص دینامیکی و قائلان به هستی کدر.
3-مدافعان متغیرهای نهانی.
4-معتقدان به واقعیت نقابدار.برای تفصیل هر نظریه ر.ک:تحلیلی از دیدگاههای فلسفی فیزیکدانان معاصر، صص 202-199. گروه هرگونه تلاش مشاهدگر برای رخنه در عالم میکروفیزیکی در واقع با استفاده از ابزارهای موجود و با این گونه آلات ادراکی و حسی و تجربی باعث به هم خوردن وضع واقعی و پیش‏بینی‏پدیر دنیای مزبور می‏گردد.اما در واقع مکان و سرعت ذرات اتمی، اموری معین و قابل پیش‏بینی هستند. (14)
3-تعبیر ایدئالیستی
جینز و اتباع او پایه‏گذار این تعبیرند.این تعبیر بر سه دسته شواهد و دلایل پایه‏گذاری شد:
الف-دخلیت مشاهده‏گر و برآورد آن در فیزیک جدید(هم در نظریه نسبیت و هم در اصل عدم قطعیت)که نزد آنان به معنای تفوق عنصر ذهنی بر عنصر ماده در فیزیک جدید تلقی شد.
ب-قول به تحقق خلأ در ماده و امواج و نیز احتمال دانستن ذرات به عنوان جلوه موقت انرژی غیر مادی که نزد آنان به معنای طرد مادیت عالم و تأیید روحانی بودن آن پنداشته شد.
ج-دارا بودن خصلت ریاضی فیزیک نوین و توضیح همه مفاهیم آن با معادلات و ارقام و نمادهای ریاضی نزد ایشان بدین معنا جلوه‏گر شد که واقعیت اساسا ذهنی است.(به گفته جیمز:جهان به عنوان یک اندیشه بزرگ مطرح است نه یک ماشین بزرگ). (15)
با توجه به مبنایی که در آغاز مشخص د تحلیل فلسفی خود را(در فصل بعد)طبق مکتب دوم(رئالیستی)ارائه خواهیم نمود.
8-موج * (Wave)
انتقال انرژی است که در محیطی الاستیک. با نگاهی به امواج پیرامون خود غالبا (در فیزیک کلاسیک)به حالتی در جسم اطلاق
می‏کنیم که مرکب از دو حرکت است:یکی به سمت جلو و دیگری حرکتی که حول محور ثابت انجام گیرد؛حالتی که توأم با نوعی جابجایی و فشرده شدن باشد، مثل موج آب یا موج صوت (در هوا).توضیح این که در فیزیک کلاسیک انرژی دارای دو محمل است و توسط دو محمل جابجا می‏شود:
1-ذره
2-موج
ذره ایده‏آل شیئی است با جایگزینی معین و (*)«تأثیری که در محیطی میانجی(واسطه)منتشر می‏شود، به گونه‏ای که در هر نقطه از این واسطه، تغییر مکان به عنوان رفتاری از زمان مطرح است، در حالی که در هر لحظه، تغییر مکان در یک نقطه به عنوان رفتاری از موقعیت(مکانی)آن نقطه مطرح است.
هر کمیت فیزیک را که نسبتی مشابه آنچه که ذکر شد با برحی متغیرات مستقل(معمولا زمان)داشته باشد و تأثیری را منتشر کند.(در یک لحظه خاص و در ارتباط با مکانی خاص) می‏توان موج نامید.در این تعریف، تغییر مکان به عنوان اصطلاحی عام بکار برده شده است که نه تنها اشاره به حرکت مکانی مکانیکی دارد، بلکه از تغییر و انتقال الکتریکی و مانند آن نیز حکایت می‏کند.
خلاصه، موج عبارت است از کمیت متغیر زمانی (زمانمند)که در ضمن، رفتاری از موقعیت مکانی نیز هست. مثلا هر تغییر زمانمند در ولتاژ یا جریان در یک سیستم غالبا یک موج نامیده می‏شود.
اقسام دیگر موج عبارتند از:
1-موج ایجاد شده در سطح یک مایع که اعمال تأثیر در آن عبارت است از تغییر مکان هر ذره در سطح مایع از موضع تعادل و موازنه خود.
2-موج اکوستیک(صدا)که اعمال تأثیر در آن عبارت است از تغییر فشار آن مقدار تعادل و موازنه که هر نقطه در محیطی میانجی مادی(سیار یا جامد)قبلا دارا بوده است.
3-موج الکترومغناطیس که اعمال تأثیر در آن عبارت است از تغییر شدت جریان میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی از آن حالت و مقدار تعادلی‏اش در یک مکان.
نوع اوّل به امواج مکانیکی موسوم است، چرا که امواج در آن تأثیرات منتشر شده، متضمن حرکت در خود واسطه (میانجی)هستند.». محدود و موج ایده‏آل دارای گستره‏ای نامحدود است به علاوه دو ذره، صرفا هم‏نشین شده یا با یکدیگر تصادم می‏کنند، اما دو موج در صورت رسیدن به یکدیگر در نقطه تقاطه، یکدیگر را تشدید، تقویت و یا خنثی می‏کنند.
به هر حال ذره به عنوان فرد مستقل و مجزا در کنار موج، جهان را تشکیل می‏داد و جهان از امواج و ذرات ناشی شده است و تمایز بین آنها به نوعی تمایز بین ویولون و صدای ویولون را تداعی می‏نمود.
اقسام موج
با تأمل در پدیده نور و پیدایش این نظریه که نور موجی است که محمل و ماده حامل ندارد (و طبعا کنار نهادن اثر به عنوان محمل آن)، تقسیم‏بندی امواج بدین صورت انجام یافت:
1-امواج مکانیکی:در محیطهای کشسان (مادی)منتشر می‏شود و از تغییر مکان قسمتی از یک محیط کشسان نسبت به وضعیت عادی‏اش ناشی می‏شود.این امر موجب نوسان آن قسمت حول وضعیت تعادل می‏گردد و این آشفتگی از لایه‏ای به لایه دیگر منتقل می‏شود و پیش می‏رود.
2-امواج الکترومغناطیسی:احتیاجی به محیط کشسان و آکنده از ماده ندارند؛چرا که این امواج در حقیقت متشکل از دو میدان الکتریکی و مغناطیسی متغیر نیست به زمان هستند و این دو نوع میدان در خلأ فیزیکی نیز منتشر می‏شوند.
هر دو نوع موج، ناقل انرژی‏اند و احیانا اشیایی را که در مسیر آنها هستند به حرکت درمی‏آورند یا تأثیری دیگر بر آنها می‏گذارند. واضح است که جنس امواج مکانیکی یا صوتی با جنس امواج الکترومغناطیس(مانند:نور،
پرتوی ایکس پرتوی کیهانی و امواج رادیویی) متفاوت است.
ذکر این نکته لازم است که موج همواره با نوعی تغیر و ناپایداری تأثیر همراه است و سینوسی بودن موج نمایانگر متغیر بودن تأثیر محیط توسط آن است.؟در برخی موارد نشان دادن میدانها با موج در جایی است که میدان متغیری مطرح است نه میدان ثابت.
موج در فیزیک نوین
با توجه به مکانیک کوانتمی و مطرح شدن بسته‏های موجی یا ذره موج با ویژگی گسترده بودن در عین امکان تعیین مکان (به طور مشروط)، نمی‏توان در فیزیک نوین، مرزی معین بین موج و ذره تعیین کرد(دوگانگی ذره موجی ware-particle Duality).چه این که ذرات اتمی نه ذره ایده‏آلند و نه موج ایده‏آل.همه ذرات خاصیت موجی دارند و بالعکس.گرچه هر قدر به سمت جهان ریزتر می‏رویم، حالت موجی یا بسته موجی بیشتر ظاهر می‏شود و در اجسام جهان بزرگ طبیعت، حالت موجی کمتری دارند، اما در ذرات بنیادی پارامتر«وضع»و«سرعت»دو نمادند که به ترتیب مربوط به ذره و موجند.در فیزیک جدید می‏توان برای هر شی‏ء مادی طول موجی بر حسب ثابت پلانک لحاظ کرد.بنابراین ذره و موج یا موج ذره، چهره‏ای از انرژی یا به عبارت دقیقتر حامل آن است و ارائه سیمای غالب یکی از آن دو به حسب ناظر و اسباب تجربی او امکانپذیر است.
خلاصه آن که بنا به یک تعبیر از تئوری کوانتم، ذرات اتمی(واحدهای اتمپاره‏ای)جوهره‏های ویژه‏ای هستند که چهره‏ای دوگانه دارند، گاهی به گونه ذرات خودنمایی می‏کنند و گاهی در چهره امواج الکترومانیتیک، و این خاصیت شگفت‏آور نور و ماده بود که چیزی در عین حال هم یک ذره (جوهره‏ای در حجم بسیار کوچک)باشد و هم یک موج(در ناحیه به بزرگی از فضا).پلانک با فرمولبندی کوانتم به بسته‏های کوچک(بسته‏هایی موج مانند و ذره-موج)، انرژی را جانشین موج یا ذره نمود.اینشتین کوانتای نور را فوتون(ذراتی ویژه بدون جرم با سرعت نور)نامید.
با توجه به اصل عدم قطعیت در مورد سیمای ماده و حقیقت در سطح زیر اتمی تنها می‏توان از احتمال و امواج احتمالی ماده سخن گفت؛امواج احتمالی‏یی که می‏توانند به عنوان رابطه‏هایی دو طرفه بین تدارک یک تجربه و سنجش بعدی آن مفهوم شدند.(امواج احتمالی که از رابطه بورن بدست می‏آید).
تئوری موجی کوانتم در عین حال، جواب دو معمای مربوط به مدل سیاره‏ای را ترفورد و فیزیک کلاسیک را در خود دارد:معمای اول این بود که اگر پیرامون ما و اشیای اطراف‏مان فضای خالی تشکیل است، چرا نباید از وسط درهای بسته بگذریم.به عبارت دیگر چه چیزی موجب صلبیت سیمای ماده می‏شود؟معمای دیگر این بود که علت استحکام مکانیکی خارق‏العاده آنها و ذرات اتمی پس از تصادم (علیرغم تصادم دایمی به اندازه میلیونها بار در ثانیه)چیست؟جواب تئوری کوانتم به این معماها این است که:تمامی این خواص شگفتی‏آور از ماهیت موجی الکترونهای آنها نشئات گرفته است؛ (16) به این صورت که تموج ذرات و امواج با سرعت شگفت‏آور خود و با توجه به نیروهای درون اتمی و بین ذره‏ای، «دیواری موجی»تشکیل می‏دهد که عبور از آن توسط اجرام دیگر جز در شرایطی خاص امکانپذیر نیست.همان طور که بر اثر چرخاندن آتش گردان، شعله آن دایره‏ای را تشکیل می‏دهد که عبور از آن میسر نمی‏نماید.
میدان * (Field)
میدان و حوزه در فیزیک کلاسیک
اگرچه در مکانیک نیوتنی همه رویدادهای فیزیکی تا حد حرکت نقاط مادی در فضا که ناش از جاذبه دو سویه آنهاست، تقلیل یافته بودند، اما با فعالیتهای فاراده(تولید جریان برق با به حرکت (*)«بر هم کنش جاذبه‏ای بین اجرام، بر هم کنش کولومبی بین ذرات باردار، هم کنش بین دو مغناطیس و مانند اینها اساسا به عنوان مثالهایی از«عمل از راه دور»تلقی می‏شوند.مثلا چنین به نظر می‏رسد که دو ذره باردار هر یک مستقیما بر دیگری نیرو وارد می‏کند.اما از زمان فاراده و ماکسول، نظرگاهی متفاوت(مفهوم میدان(حوزه)مطرح شد و گسترش پیدا کرد.
طبق این نظرگاه، مثلا یک ذره باردار ویژگیهای فضایی که آن را احاطه کرده است را توسط ایجاد میدانی در آن فضا تغییر می‏دهد.این میدان در هر نقطه به وسیله یک بردار مشخص می‏شود.میدان نیروی الکتریکی در یک نقطه، معادل نیرویی است که بر محیط باردار(شارژ شده)در آن نقطه اعمال می‏شود.
بنابراین، ذره باردار دیگر که در نزدیکی ذره اولی قرار دارد، مستقیما از آن تأثیر نمی‏پذیرد، بلکه توسط میدانی که به وسیله اولی ایجاد شده است، متأثر می‏گردد.مثلا اگر فاصله بین دو ذره باردار به طور ناگهانی به دلیل تغییر مکان یکی افزایش یابد، دومی بلافاصله و بلاواسطه نمی‏تواند واین وقعه را به واسطه تغییر نیرویی که بر آن اعمال می‏شده است، دریابد، بلکه زمانی طول خواهد کشید تا تغییر در حوزه الکتریکی به آن برسد. بنابراین تعامل‏[بر هم کنشی‏]بین اشیا با وساطیت میدان (حوزه)انجام می‏گیرد. میدان، موجودی غیر معین(غیر متمرکز در نقطه مکانی خاص)با ویژگیهای خاص است که از خلال قطعه‏ای از فضا منتشر می‏شود.این ویژگیها مبین رفتارهای هماهنگ فضا هستند)به استثنای میدانهای ایستا که مبین رفتارهای زمانی‏اند).ویژگیهایی که میدانها را مشخص می‏کنند، می‏توانند اسکالر(غیر جهتی و غیر برداری)باشند، چنانکه مثلا در میدان اسکالر، حرارت، فشار و قوه جاذبه و قوه الکترو استاتیک مشاهده می‏شود.این ویژگیها همچنین می‏توانند برداری(جهت‏دار)باشند، چنانکه مثلا در میدان الکتریکی تقویت شده یک حوزه الکترو استاتیک یا میدان جاذبه تقویت شده یک حوزه گرانشی...و یا یک تاسنور باشد..»
در آوردن یک سیم پیچ مسی)که در طی آن کار مکانیکی حاصل از حرکت آهنربا به انرژی الکتریکی مبدل شد و با تلاشهای ماکسول، تئوری کاملی از الکترومانیتیک(و ادغام دو قسم نیروی الکتریکی و مغناطیسی)ارائه شد و بدین ترتیب مفهوم میدان و حوزه جانشین مفهوم نیرو شد. * پس از همان طور که ماده را با ذره و ویژگی مهم ذره یعنی جرم، نشان می‏دادند، نیرو را نیز با«میدان» نشان دادند.از آن پس توصیف عمل متقابل بار مثبت و منفی(به جا این که مسأله ربایش طرفینی مطرح شود)چنین بود:هر بار، در فضای محیط خود«اغتشاش»یا حالتی یا وضعی به وجود می‏آورد که موجب می‏شود بار دیگری که در مجاورت آن است احساس نیرو کند.این حالت یا وضع در فضایی که مستعد نیرو است، میدان یا حوزه نامیده می‏شود که به وسیله نیرویی پدیدار شده است.به تعبیر دقیقتر:هر بار الکتریکی به فضای اطراف خود خاصیتی تا بیکران می‏بخشد که آن را میدان می‏نامند و وجود آن با نیرویی که بر ذره باردار دیگر -که در این میدان قرار گرفته است-درک و اثبات می‏شود.همین تعریف با مختصر تغییری برای میدان گرانشی و مغناطیسی بکار می‏رود.به تعبیر برخی فیزیکدانان این عمیقترین تغییر در درک بشری از واقعیت فیزیکی بوده است. (17)
میدان و حوزه در فیزیک نوین
بدین ترتیب مفهوم تأثیر و تأثر فیزیک که قبلا مبتنی بر چهار مفهوم زیر بود، جای خود را به مفهوم میدان داد. *
1-تفکیک جسم و نیرو در فیزیک کلاسیک.
2-اعتقاد به ذراتی صلب و لا یتجزی که در خلأ در حال حرکت هستند.
3-در نظر گرفتن اثر به عنوان محمل مادی
تأثیر.
4-اتصال محکم نیروها به اجسام تحت تأثیر بود.بدین معنی که شی‏ء، فضای اطراف خود را تغییر می‏دهد و این تغییر به اشیای دور می‏رسد. خلاصه این که:فضایی که شی‏ء(اعم از ذره، موج یا بسته موج و اعم از جسم، ذره باردار یا بار الکتریکی متحرک آثار خاص خود را در آن منتقل می‏کند (تنشهای میانجی بین ذرات و متأثر از آنها)میدان نامیدند.
اقسام میدانهایی که تا به حال کشف شده است عبارتند از:
1-میدان جاذبه:مربوط به اجسام و اجرام محسوس که تنها خاصیت جذب را در فضای اطراف خود القا می‏کند.
2-میدان مغناطیسی:مربوط به ذرات و اجسام باردار(مغناطیس)که خاصیت جذب و دفع را در فضای اطراف خود القا می‏کند.(مثل یک الکترون متحرک).
3-میدان الکتریکی:مربوط به اجسام باردار غالبا متحرک به دلیل زیربنای مغناطیسی آن) که خاصیت جذب و دفع را در فضای اطراف خود القا می‏کند.پس هر ذره باردار علاوه بر تولید میدان الکتریکی، اگر حرکت کند، میدان مغناطیسی نیز تولید می‏کند، خاصیت آهنربایی هم در نهایت مربوط به حرکت الکترونهای باردار است.
(*)بدین ترتیب در واقع در فرمول نیوتن که مبین اعمال نیروی جاذبه زمین بر جسم بود(؟)اگر فرضا از جرم ؟ صرفنظر کنیم، بقیه فرمول نشان دهنده میدان جاذبه زمین است(؟)و این مبین کمی حوزه جاذبه پیرامون جرم ؟ است.
(* )البته برخی از فیزیکدانها بیشتر از آن که این جا را جایگزین بدانند، آن را تلقی خاصی از برخی تأثیر و تأثرها می‏دانند.
از ترکیب و یکی کردن دو میدان اخیر و به عبارت دیگر اتحاد مفهوم«بارها»و«جریانها»؛ میدانهای مغناطیسی و برقی به ساختار حوزه الکترو مغناطیس منتقل شدند که به تعبیر اینشتین در توضیح قسم چهارم میدان اشاره خواهد شد.
4-میدان الکترو مغناطیس:میدان الکتریکی متغیر نسبت به زمان، هماغوش و همدم با میدان مغناطیسی است و بالعکس.بدین ترتیب موجودی تحقق می‏یابد که آن را میدان و یا موج الکترو مغناطیسی می‏نامند این میدان در واقع جوهره‏های فیزیکی قائم به خود است و تمامی اقسام امواج الکترومانیتیک(نور، ایکس، امواج رادیویی و گاما...)چیزی جز میدانهای سریع التناوبی که ارتعاشات در آن فضا به صورت موجی و با سرعت مخصوص نور(c)منتشر شده است و از فضای تهی نیز عبور می‏کند، نیست.
از بررسی اقسام میدانها واضح شد که اگرچه منشأ بروز میدان را(که جسم یا جسم باردار یا حرکت اجرام باردار است)می‏دانیم، اما از چگونگی آن اطلاع نداریم؛مثلا نمی‏دانیم چرا و چطور جسم منشأ میدان جاذبه است. *
نکته مهم در این مبحث این است که نظریه میدان، توسعه یافته نظریه موج است که بر اثر انتشار انرژی حاصل می‏شود.در نتیجه این نظریه، عدم محدودیت و نیز خاصیت گستردگی(به صورت حضور آثار)که از خواص موج است نه تنها برای امواج، بلکه برای ذرات اثبات می‏شود.
تئوری مناسب برای حوزه جاذبه همان تئوری نسبیت عام است که طبق آن اثر جسم بر فضای پیرامون خود به صورت ایجاد فضای خمیده زمانی-مکانی است که رفتار اجسام پیرامون را هدایت می‏کند.معنای مستعد نمودن جسم دیگر که پیرامون جسم اول احساس نیرو کند نیز همین تغییر
ساختار فضاست.بنابراین در تئوری عمومی نسبیت دو مفهوم«ماده»و«فضای خالی»(خلأ) دیگر نمی‏توانند از هم جدا باشند، بلکه هر جا جسم و زینی وجود داشت، همانجا میدانی گرانشی هم خواهد بود این میدان خود را در شکل فضای خمیده محیط بر آن جسم ظاهر می‏سازد.(البته نه به این معنا که فضا را پر و خمیده می‏کند).حوزه (میدان)همان فضای خمیده زمانی-مکانی اینشتین است.و هر دو(میدان جاذبه و ساختار هندسه فضا)در معاملات اینشتین در ارتباط با یکدیگر تبیین می‏شوند.
با پیشرفت نظریه کوانتم چهره برجسته و نوین الکترو دینامیک کوانتمی از ترکیب دو مفهوم نشأت گرفته است:
1-میدان الکترومغناطیسی
(*)در مورد توضیح نیروی جاذبه، تئوریهای مختلفی وجود دارد از جمله این که:حامل نیروی جاذبه که کار انتقال و تأثیر را انجام می‏دهد، ذراتی نقطه‏وار به نام«گراویتون»ها هستند.همچنین تئوری ریسمانها(String Theory)که حامل را خطوطی جوهری یا جواهری یک بعدی با نادازه(قطر)؟متر محسوب می‏دارد.گرچه هیچ یک از این دو تئوری به اثبات نمایی نرسیده است.(رجوع شود به:تاریخچه زمان، استیون هاوکینگ، صص 202-196 و نیز مقاله«نیوتن‏گرایی و فیزیک امروز»از واینبرگ ویژه‏نامه دانشمند، ص 108).
لازم به تذکر است که پس از تبیین وحدت و یک سنخ بودن نیروهای سه گانه(الکترومانیتیک، هسته‏ای قوی و هسته‏ای ضعیف)دستیابی به تئوری واحدی که تضمین کننده وحدت همه نیروها و بالتبع وحدت میدانها باشد، به نحوی که جاذبه را در راستای سه نیروی دیگر تبیین کند، از آرزوهای فیزیکدانان حاضر است.اینشتین نیز سالهای آخر عمر خود را وقف وصول به چنین نظریه نمود بدون آن که به نتیجه‏ای معین برسد.در این رهگذر نظریه«سلام واینبرگ»، ارائه شده توسط پرفسور عبدالسلام(که در 1979 موفق به دریافت جایزه نوبل در فیزیک شد)که به تبیین وحدت نیروهای هسته‏ای قوی و ضعیف پرداخت، گامی مهم در این راه بوده است.در این زمینه رجوع شود به کتاب کوارکها، صص 256-250.
2-فوتونها، که جلوه‏های ذره‏ای امواج الکترومغناطیسی هستند.
در فیزیک اتمپاره‏ای و مکانیک کوانتمی جدید، میدان کوانتمی مطرح شده است(حوزه‏ای که می‏تواند شکل یک کوانتا به خود بگیرد.)در این تئوریها تمایز بین ذرات صلب و فضای پیرامون آنها به کلی از میان برداشته شده است و به میدان کوانتمی به مثابه جوهره مادی اولیه نگریسته می‏شود؛یعنی به عنوان ملأ و محیطی که در همه جای فضا وجود دارد، و ذرات صرفا انقباضهای موضعی و تراکمهای انرژی هستند که در نهایت در حوزه و میدان بنیادین منحل می‏شوند.
اینشتین معتقد است که باید ماده را به مثابه وجودی متشکل از مناطقی از فضا بدانیم که در آنها میدان، فشرده و چگال است.در این نوع فیزیک نوین‏[البته براساس دیدگاه اینشتین و کسانی که کارهای وی را دنبال کردند]برای میدان(حوزه)و ماده با همدیگر جایی وجود ندارد؛زیرا میدان تنها واقعیت است.
در اینجا تذکر این نکته لازم است که اگر میدانها فضای تأثیرند و می‏توانند کار انجام دهند و در اجسام پیرامون انرژی به وجود آورند و اگر انرژی و جرم طبق معادله اینشتین تعبیرات مختلفی از یکدیگر باشند، و اگر فضایی، خالی از میدان باشد، بنابراین طبعا در کل عالم خلائی در کار نیست و به هر موضعی می‏توان میدان، موج، انرژی و حتی جرم نسبت داد.چنان که به نقل از بوگدانف فیزیکدان فرانسوی چنین می‏خوانیم:
«ذرات(بنیادی)موجودیتی جز ظهور موقت میدانها ندارند...خلأ وجود ندارد، یعنی منطقه فضا-زمانی نیست که در آنجا«هیچ چیز»پیدا نشود؛همه جا ما با میدانهای کوانتیکی کمابیش اصلی برخورد می‏کنیم...این خلأ، صحنه
رخدادهای دایمی تموجهای لا منقطع و طوفانهای شدید کوانتمی است که در جریان آنها جوهرهای زیر اتمی بوجود می‏آیند و سپس تقریبا بلافاصله نابود می‏شوند.آنها چیزی بیش از تجریدند و قابل اندازه‏گیری». (18) (چیزی بین تجرید و جسمانیت و در عین حال قابل اندازه‏گیری). * (19)
10-زمان(Time)
زمان در فیزیک کلاسیک هم به عنوان امری مطلق(زمان مطلق)(همانند رودی که اشیا در آن جایگزین می‏شوند)، به عنوان اصل موضوع مطرح است و هم از این جهت که کمیتی قابل اندازه‏گیری است، در قالب فرمولهای حرکت و سرعت(t d/v؛مسافت/سرعت زمان)مطرح است و هم با توجه به قول به مطلق بودن زمان، این اندازه‏گیری برای همه افراد در هر دستگاه و موقعیتی که باشند، نتیجه یکسان خواهد بود.
اما فیزیک جدید(فیزیک نسبیت)از آن اصل موضوع دست برداشت و ابتدا به نتایج تجربی و ثمرات اصل نسبیت در مورد زمان و دیگر پدیدارهای فیزیکی چشم دوخت.حاصل اصل مزبور در مورد زمان-چنانکه دیدیم-به نسبیت آن منجر شد؛بدین معنا که اندازه‏گیری زمان به حسب (*)همین فیزیکدان در تبیین مطلب مذکور در جایی دیگر می‏گوید:
در فیزیک کلاسیک ماده با ذرات و نیرو با میدانها نشان داده می‏شد، اما در تئوری کوانتیک برعکس، جز کنشها و واکنشها چیزی نمی‏بینید و این کنشها و واکنشها را جوهرهایی میانجی موسوم به«بوزون»ها هدایت می‏کنند.این بوزونها هادی نیروها هستند و ارتباطات میان ذرات ماده را تأمین می‏کنند (فرمیونه)...فرمیونها«میدانهای ماده»را تشکیل می‏دهند... تئوری کوانتیک تمییز میان میدان و ذره و در نتیجه مادی و فراسوی آن را باطل خواند...حقیقت، چیزی دیگر جز سلسله انقطاعها، تموجها، تضادها و عوارض مسیری نیست که در مجموع خود شبکه‏ای از اطلاعات را تشکیل می‏دهند».(خدا و علم، ص 96). سیستمهای مختلف از حیث سرت و جاذبه متفاوت خواهد بود.و چنین نیست که زمان اندازه‏گیری شده مشترکی برای همه دستگاهها موجود باشد.بلکه بنا به فرمول:
؟ ؟ این زمان تغییر می‏کند، بنابراین هر چه سرعت شی‏ء افزایش یابد آهنگ گذشت زمان کاهش می‏یابد؛یعنی به نظر ناظر در این دستگاه، زمان کندتر گذشته است.به عبارت دیگر برای اندازه‏گیری هر یک از شاخصه‏های زمان یا بعد یا رنگ یا...علاوه بر مکان شی‏ء زمان و سرعت آن نیز مدخلیت دارد، یعنی رویدادهای مادی در واقع در چهار بعد بهم پیوسته(جایگاه یا فضا-زمان)روی می‏دهند و برآورد دقیق از حادثه‏ای مادی برآوردی چهار بعدی و زمانی-مکانی است.
بدین ترتیب فیزیک جدید با زمان مطلق سر و کار نداشت، بلکه زمان را حاصل نسبت فرد با دستگاه(ناظر و شی‏ء منظور)می‏داند، یعنی نسبی و قابل تغییر. (20)
ارتباط مفاهیم فیزیک با یکدیگر
برای روشنتر شدن بحث لازم است از بین مفاهیم و پدیدارهایی که تا به حال بررسی شد، روابط بین مهمترین آنها یعنی:جرم، انرژی، نیرو، موج و میدان را به ترتیب زیر باز نماییم:
1-رابطه جرم و نیرو
جرم گرانشی(به معنای ذره و حاکی آن)منشأ نیروست و با افزایش یا کاهش آن مربوط فرمول ؟ رابطه مستقیم دارد.جرم لختی(نمودار مقاومت شی‏ء)نیز تعیین کننده مقاومت جسم در برابر نیرو و به عبارت دیگر در برابر تغییر حرکت یا جهت حرکت یا شتاب آن طبق فرمول F m a است.البته در جدیدترین تئوریهای فیزیک جدید جرم به معنای ذره که اعم از ذره مادی و ذره عامل مبادله است، ذراتی نظیر فوتون و گراویتون عامل مبادله نیرو است.به علاوه با ارجاع نیرو به میدان نیرو در فیزیک جدید و عدم تمایز بین ماده و نیرو، رابطه این دو بسیار نزدیکتر از تصویر آن در فیزیک کلاسیک خواهد بود. *
2-رابطه جرم و انرژی
جرم گرانشی(حاکی از ذره)در فیزیک کلاسیک یکی از حاملهای انرژی(چه پتانسیل و چه جنبشی)محسوب می‏شود.ذره به هیچ وجه خالی از جرم نیست و همیشه به ذره حامل انرژی جرمی نسبت داده می‏شود.بدین سان انرژی، وصفی قابل انتساب به جرم(یا به ما به ازای جرک معینی ذره)است به این معنا که جرم هنگام اتصافش به یکی از گونه‏های انرژی، توانایی انجام کار و ایجاد تغییر در محیط را خواهد داشت.اما در فیزیک کلاسیک رابطه خاصی بین هویت آن دو به ثبوت نرسیده بود.
(*)هایزنبرگ معتقد است که دیگر نمی‏توان به تمایز آشکار میان مده و نیرو در این بخش ا فیزیک(ذرات بنیادی)قائل شد، چرا که هر ذره بنیادی نه تنها سازنده نیروست و خود تحت تأثیر نیروهاست.بلکه در عین حال یک میدان خاص نیرو را می‏توان به هر ذره نسبت داد بنا به سخن خود وی«در اغلب پیشرفتهای اخیر فیزیک جدید این تمایز میان ماده و نیرو کاملا مفقود است، چرا که هر میدان نیرو شامل انرژی است و بدین لحاظ ماده را تشکیل می‏دهد.به هر میدان نیرو نوعی خاص از ذرات بنیادی-که اساسا ویژگیهای مشابه با همه واحدهای اتمی دیگر ماده دارند-تعلق دارد.هایزنبرگ، فیزیک و فلسفه، ص 155.
کیهان اندیشه » شماره 63 (صفحه 25)
________________________________________اما در مورد جرم به معنای مقاومت شی‏ء که پاسخ جسم به نیروی معین است، باید گفت که این قسم از جرم با انرژی ارتباط مستقیم دارد؛هم در ناحیه انرژی جنبشی طبق معادله E 1/2mv(هر چه مقاومت شی‏ء افزایش یابد انرژی مورد نیاز برای تحریک آن نیز بیشتر خواهد بود)و هم در ناحیه انرژی پتانسیل مطابق فرمود E m g h(هرچه جرم افزایش یابد به حسب ارتفاع آن، انرژی ذخیره شده آن نیز بیشتر خواهد شد).
در فیزیک جدید-چنانکه گذشت-با یکی شدن خواص لختی و گرانشی اجسام و بنا بر نسبیت عام، جرم گرانشی و جرم لختی اساسا یک پدیده به شمار می‏روند این امر، دیگر خاصیت خود جسم نیست، بلکه خاصیت ذاتی فضایی است که جسم در آن قرار دارد.بنابراین جرم هر جسم، هم تعیین کننده مقدار انرژی است که توسط میدان پیرامون آن بر اجسام دیگر اعمال می‏شود هم تعیین کننده مقدار مقاومتی است که در برابر تغییر، اعمال می‏شود.به علاوه بنابراصل هم‏ارزی جرم-انرژی، جرم هر شی‏ء مبین مقدار انرژی نهفته در خود جسم نیز هست.تبیین این اصل مهم چنین است:
پس از آنکه در اوایل قرن بیستم توانستند فشار نور را اندازه‏گیری کنند و آن را نیز مشمول فرمول P m v بدانند طبعا این نتیجه حاصل شد که نور- که قبلا انرژی خالص تلقی می‏شد-جرم معینی دارد.در نظر اینشتین این بحث نه فقط برای اشعه نورانی، بلکه برای تمام اشکال انرژی از قبیل انرژی حرارتی، شیمیایی و جنبشی و...قابل تعمیم است علاوه بر این که دریافت که اگر انرژی دارای جرم است پس جرم، خود نیز باید به عنوان شکلی از انرژی مدنظر قرار گیرد.در چنان حالتی ماده معمولی را می‏توان انرژی منجمد(متراکم) دانست.گرچه فرمول برابری جرم و انرژی E m c اما می‏توان به تقریب نوشت:E m.اما فرمول اول ابعاد بسیار عظیم این واقعیت را به ما باز می‏نمایاند که حتی مقدار جزئی جرم، در واقع:نمایانگر مقادیری فوق‏العاده زیاد از انرژی است. (21)
بنابراین(و به تعبیری دیگر)با توجه به فرمول مذکور، وصف انرژی فرقی با وصف جرم ندارد و از هر دو باید تلقی یکسان داشت، به این معنا اگر تلقی ما از جرم، میزان مقاومت جسم در برابر تغییر سرعت باشد، باید گفت جسمی که گرم است یا سرعت بیشتری دارد، نسبت به جسم سرد یا ساکن دارای مقداری انرژی اضافی است، یعنی جرم و مقاومتش بیشتر است.بنابراین جرم و انرژی دو وصف جسم یا به تعبیری دو حالت از آن است.
3-رابطه جرم و موج
جرم حاکی از ذره، یکی از حالات شی‏ء مادی و نمودار تمرکز و تعین و محدودیت آن است، اما موج نمایانگر عدم تمرکز و گستردگی شی‏ء و پدیده مادی است.در عین حال امواج مکانیکی، محتاج محملی مادی و کشسان و دارای جرم هستند، چنانکه با افزایش جرم لختی (مفاومت)امواج مکانیکی، ضعیفتر می‏شوند و انرژی حود را از دست می‏دهند، اما در امواج الکترومانیتیکی، این امواج جز به دلیل صدور از منشأ جرمانی، رابطه‏ای خاص با جرم ندارند، مگر از این حیث که بنا به نسبیت عام و اتحاد جرم لختی و گرانشی جرم با ایجاد میدان و حوزه پیرامون خود موجب کنترل و جهت‏دهی یا ممانعت در برابر امواج گردد.
البته بنا به تئوری ذره-موجی«دوبروی»که در واقع حاصل تکامل تئوری تکامل کوانتم است، تفکیک بین جرم و موج یا ذره و موج، بی‏پایه است و ذره مادی نیز موج مادی همبسته دارد که بر حرکت آن حاکم است و بنا به پیشنهاد دوبروی تقارن بزرگی بین دو رکن اصلی طبیعت(ماده و تابش(موج))وجود دارد:به این صورت که ارتباط بین وجوه موجی و وجوه ذره‏ای ماده دقیقا همان صورت کمی‏یی است که در مورد تابش(مثل پرتو نور)وجود دارد * البته این رابطه در امواج متعارف -بخصوص الکترومغناطیسی-مطرح است و شامل امواج انتزاعی ریاضی مطرح در معادلات شردوینگر نمی‏شود، چرا که آن امواج(امواج احتمال یا اطلاع)تنها به عنوان تعبیه‏ای ریاضی در فرمول محاسباتی مطرح است که ما بازای خارجی نیز ندارد.
4-رابطه جرم و میدان
دیدیم که میدان فضای تأثیر اطراف جسم است که هر جرمی به حسب خصوصیت خود(باردار بودن یا نبودن و متحرک بودن یا نبودن)حوزه‏ای را که موجب اعمال نیرو می‏شود در اطراف خود ایجاد می‏کند(G k m/d در مورد میدان جاذبه)
البته چنانکه دیدیم در فیزیک نوین تفکیک بین جزم و میدان دشوار است و جرم و انرژی و...همه، حالات و ظهوراتی از میدان هستند و میدان و شدت و ضعف و خصوصیات آن تعیین کننده جرم و انرژی شی‏ء مادی است.
5-رابطه نیرو و انرژی
در فیزیک، اثر نیرو و اثر انرژی در زمینه حرکت متفاوت است، چرا که انرژی‏یی که (نوع جنبشی آن)در شی‏ء متحرک موجود است به منزله فاعل مقارن شی‏ء متحرک است، به گونه‏ای که هرگاه انرژی جنبشی او تمام شود از حرکت باز
می‏ایستد و در طی مسیر با سرعت شی‏ء متحرک ارتباط مستقیم دارد، به نحوی که هر چه سرعت بیشتر باشد، انرژی جنبشی بیشتر است و بالعکس (E 1/2m v).اما نیرو باعث شتاب شی‏ء می‏شود و همان طور که دیدیم شتاب، تغییر حرکت و سرعت شی‏ء به صورت افزایشی یا کاهشی است (F m a) *
شتاب مثبت(افزایشی)یا منفی(کاهشی) حرکت یک جسم متحرک، لزوما مقدار انرژی آن را نشان نمی‏دهد، اما با در دست داشتن سرعت(به انضمام جرم)آن می‏توانیم انرژی جنبشی آن را بدست آوریم.
به هر حال نسبت میان آن دو را می‏توان عموم و خصوص مطلق دانست.چون هر جا نیرو-که امری بالفعل است-باشد، توانایی انجام کار نیز هست.
اما از دو قسم انرژی، انرژی پتانسیل برخلاف انرژی جنبشی، مقارن با اعمال نیرو نیست.«از دید فیزیک نوین نیرو و به عبارت دقیقتر حوزه و میدان نیرو(مثلا میدان نیروی جاذبه)، عامل بروز انرژی (نه ایجاد آن)در محیط اطراف و اجرامی است که در فضای پیرامون جسم وجود دارد.اصولا اعمال (*)بنا به نظر دوبروی انرژی هر چیز اعم از ماده یا تابش توسط معادله E h v به بسامد vی موج همبسته با حرکت pی آن توسط معادله p h/y به طول موج yی موج همبسته مربوط می‏شود.در اینجا مفاهیم ذره‏ای یعنی انرژی و اندازه حرکت p از طریق ثابت پلانک h به مفاهیم موجی یعنی بسامد v و طول موج y مربوط می‏شود.حرکت یک ذره مادی دارای اندازه حرکت p همبسته است.(ر.ک:رزنیک-آیزبرگ، فیزیک کوانتمی، صص 92-91).
( *)اگر به شی‏ء متحرکی در اواسط طی مسیرش ضربه‏ای(نیرویی) وارد کنیم که در جهت موافق سرعتش باشد شتاب بیشتری پید می‏کند و چون انرژی جنبشی آن افزایش یافته است، سرعت بیشتری نیز خواهد داشت، یا به عبارتی چون سرعت بیشتری گرفته، انرژی جنبشی بیشتری خواهد داشت. نیرو بر یک جسم(مثلا اعمال نیروی جاذبه بر جرم mتوسط جرم mکه طبق معادله F k mm/d بیان می‏گردد)، هنگامی ظاهر می‏شود که انرژی به صورت جنبشی یا پتانسیل در آن بروز یابد و به حرکت افتد یا تغییر موقعیت دهد. * دقت شود که نیرو تنها برای ایجاد شتاب لازم است نه این که موجد انرژی و کار باشد، چرا که طبق اصل بقای انرژی، انرژی نه به وجود می‏آید و نه از بیت می‏رود، بلکه تنها منتقل یا متبدل می‏شود.از طرفی دیگر انرژی جنبشی یا انرژیهای نهفته نیز می‏توانند توسط حرکت یا فعل و انفعالاتی، عامل وارد آمدن نیرو بر اشیای مجاور خود باشند، چنانکه با مقدار معینی کالری انرژی نهفته در عضلات خود(انرژی شیمیایی یا...)می‏توانیم بر جرمی خاص نیرویی را وارد آوریم.
6-رابطه نیرو و میدان
دیدیم که در فیزیک معمولا نیرو را با میدان نشان می‏دهند، بلکه مطابق یک تعبیر از تأثیر بین دو شی‏ء به جای نیرو از میدان نیرو استفاده می‏شود، یعنی هر منبع اعمال نیرو توسط میدانی که در فضای اطراف خود به وجود می‏آورد، نیرو وارد می‏کند.
7-رابطه نیره و موج
اگر-چنانچه گذشت-نظریه میدان را صورت تکامل یافته نظریه امواج بدانیم و اعمال نیرو را توسط امواج پیرامون شی‏ء بدانیم می‏توان گفت محملی که نیرو توسط آن در ناحیه میدان خود بر اشیای دیگر تأثیر می‏گذارد و به آنها انرژی می‏بخشد، موج است.
8-رابطه انرژی و موج
موج یکی از دو حامل انرژی است که از آن به
چهره و ظهوری از انرژی نیز تعبیر شده است.به هر حال طبق نظریه میدان واحد بخصوص میدان کوانتمی، هر دو تعبیر صحیح می‏نماید.
9-رابطه انرژی و میدان
انرژی گاه به دلیل اعمال نیرو، توسط میدان اطراف ذرات ایجاد می‏شود.(مثل القای انرژی الکتریکی به دلیل گردش سیم‏پیچ مسی نسبت به سیم مجاور).و بنا به نظریه میدان واحد، اصولا انرژی و جرم ظهورات حقیقتی اصیل به نام میدان هستند.
10-رابطه موج و میدان
گفته شد که نظریه میدان که حاصل گسترش نظریه امواج پیرامون شی‏ء است، در مقابل ذراتی که جایگیری و تأثیر محدود و معین دارند، می‏تواند گسترش وسیع و به تعبیری نامحدود * پیرامون شی‏ء مادی را توجیه کند و بدین ترتیب حیطه وسیع تأثیرات شی‏ء مادی را بخوبی تبیین نماید.طبق مکانیک کوانتمی، تمامی فضا از امواج احتمالی کوانتمی آکنده شده است که بر اساس نوع رفتار آن در ارتباط با مشاهده‏گر، باید ذره‏ای یا موجی بودن آن را تبیین نمود(و در این مورد نمی‏توان پیش‏بینی کرد). (22)
(*)در دائرة المعارف مصاحب(ج 1، ص 268)چنین آمده است:
«اغلب انرژی را با نیرو(عامل سبب تغییر حرکت جسم)و قدرت(کاری که در واحد زمان انجام می‏گیرد)اشتباه می‏کنند. انرژی از جنس کار است و با آحاد کار اندازه‏گیری می‏شود. هرگاه کاری بر جسمی انجام گیرد، معادل آن کار، بر انرژی آن جسم افزوده می‏شود و اگر جسمی کاری انجام دهد، معادل آن کار از انرژی جسم کاسته می‏شود».
( *)تعبیر شرودینگر چنین است:گسترش وجود شی‏ء تا دامنه نامحدود.تعبیر ماکس بورن نیز چنین است:بی‏نهایت بودن احتمال حضور شی‏ء.
چند نکته
پس از تحلیل فیزیکی پدیدارهای مادی و صفت ماده و قبل از پرداختن به تحلیل فلسفی آنها به چند نکته مهم به عنوان مدخل بحث بعد اشاره می‏کنیم:
الف-در مقایسه‏ای بین مبادی معرفت‏شناسانه و مابعدالطبیعی فیزیک کلاسیک با فیزیک جدید به این نتیجه می‏رسیم که:برخی از مبانی مهم فیزیک کلاسیک که تا حدی می‏تواند وجه فارق دو فیزیک را واضح می‏سازد عبارتند از اعتقاد به:
1-جهان خارج
2-امکان شناخت آن(هماهنگی بین ذهن و جهان خارج)در قالب نوعی رئالیسم
3-تشکیل اجسام جهان از اجسام خردتر
4-توانایی تفسیر پدیدارهای کلام با علم به وضعیت اشیای خردتر(اصل تحویل)
5-خواص ذاتی اشیا و امکان علم به آنها
6-حکومت علیت بر عالم طبیعت
7-امکان پیش‏بینی هر سیستم با فرض دانستن وضعیت فعلی آن
8-زمان مطلق و مکان مطلق
9-لزوم تطبیق نتایج علمی با منطق صوری
10-یگانه بودن مدل و رفتار طبیعت
11-مطلوب بودن سادگی تئوری
اما از مهمترین خصیصه‏های فیزیک جدید(یا لااقل نزد اغلب فیزیکدانان جدید)که وجوه ممیزه آن را تشکیل می‏دهد عبارتند از:
1-طرح مسأله دخالت ناظر
2-طرد زمان و مکان مطلق
3-طرد تحویل‏پذیری
4-طرد علیت و موجبیت علّی
5-طرد رئالیسم
6-طرد تصویرپذیری7-طرد منطلق صوری و ناکافی دانستن آن
چهار مورد اخیر بیشتر مربوط به طرفداران مکتب کپنهاگ است. (23)
ب-اهتمام اصلی فیزیکدانان جدید به دو مورد است:
1-بعد ریاضی تئوریها و فهم فرمولی از پدیدارهای مادی
2-نتایج و کاربردهای عملی آنها، به عبارت دیگر فیزیکدانان جدید از سه وظیفه مهم قوانین علمی(توضیح، پیش‏بینی و کاربرد عملی)، تنها به دو وظیفه اخیر توجه کرده‏اند، در حالی که خود نیز معترفند که پیش‏بینی(و بالطبع کارکرد عملی یک تئوری)از اهمیت درجه اول برخوردار نیست، چرا که صحت نتیجه، مستلزم صحت مقدمات نیست(چنانکه در هیئت بطلمیوسی، وقوع کسوف و خسوف بخوبی قابل پیش‏بینی و استنتاج بود) * به هر حال اکثر فیزیکدانان-جز معدودی از آنها-به تصویرپذیری آنچه بدان می‏پردازند(و نیز به ارائه طرحی فلسفی از موضوع علم خویش)اعتنایی ندارند. *
بنابراین-چنانکه در خلال تحلیلهای فیزیک گذشت-فیزیک جدید در پی ارائه تعریفی جامع و مانع به حد یا رسم از پدیدارهای مورد بحث خود نیست، بلکه امور را تنها در قالب معادلات خود، (*)نقد و بررسی اینگونه ابزارانگاری را می‏توان در کتاب حدسها و ابطالهای کارل پوپر(صص 137-128)پی‏گیری کرد.
( *)از فیزیکدانانی که با دیدگاه‏های فلسفی درباره شناخت حقیقت عالم بحث کرده‏اند، می‏توان به افراد زیر اشاره کرد:
1-اینشتین در«فیزیک و واقعیت»و دیگر آثار خود
2-ماکس پلانک در«تصویر جهان در فیزیک جدید»
3-هایزنبرگ در«فیزیک و فلسفه»و«جزء و کل»
4-جیمز جینز در«فیزیک و فلسفه»
5-دیوید بوهم در«تصادف و علیت»
6-فریتیوف کاپرا در«تائوی فیزیک» شناخته و می‏شناساند.بسیاری از فیزیکدانها معتقدند که نباید از ماهیت و ساختار واقعی مسایل مورد بحث فیزیک و یا مبادی فلسفی و کلی و مابعدالطبیعی سؤال کرد، بلکه باید صرفا به کارکرد آنها در پیش‏بینی امور و رتق و فتق تکنولوژی نظر داشت. *
ج-نگاه فیزیک و فیزیکدانان به جسم و آثار آن از منظر کمی است.به این معنا که پدیدارها و خصوصیات فیزیکی، همه اموری کمی و قابل اندازه‏گیری‏اند و هر یک واحدی خاص دارند.اما می‏دانیم هر یک از کمیتهایی که در فیزیک مورد بحث قرار می‏گیرد، درواقع، دارای ما به ازایی است که با ما بازای دیگری متفاوت است، چرا که هر یک ناظر به حیثیاتی متفاوت از جسم هستند، چنانکه میدان، ناظر به نحوه تأثیر جرم و موج ناظر به نحوه انتقال انرژی است...در مباحث فلسفی خواهیم دید که ما بازای برخی از این کمیتها، دارای خصوصیت جوهری و برخی دیگر نیز دارای خصوصیت عرضی هستند.
د-سه خصیصه اساسی جسم نزد فیزیکدانان کباسیک(از نیوتن به بعد)عبارت است از:جرم، زمان و طول.اینک در پی آنیم که خواص اساسی و ذاتی جسم و ماده را از منظر فیزیک جدید با تحلیل فلسفی بدست آوریم.
ه-از مهمترین تحولات تئوریک در فیزیک جدید در ارتباط با بحث ما، نظریه نسبیت عام و خاص و نیز پیدایش تئوری کوانتم(با توجه به توالی آن در سیر مفاهیمی مانند:مکانیک موجی، اصل عدم قطعیت و نظریه میدانها)است.
و-اگر چه فیزیک نوین به دلیل عدم توانایی فیزیک کلاسیک در توجیه پدیده‏های مختلفی در جهان زیر اتمی(میکروفیزیکی)و یا جهان بزرگ (ماکروفیزیکی)پدید آمد، اما رشد و شکوفایی آن
به منزله کنار رفتن و طرد یکباره فیزیک کلاسیک نیست، چنانکه فیزیک نسبیت در سرعتهای عادی و دستگاههای معمولی تفاوت چندانی با مکانیک نیوتنی ندارد و در مورد فیزیک کوانتمی نیز بهتر است این مطلب را از زبان مبدع نظریه کوانتم، ماکس پلانک بشنویم:ا «زمانی بود که امکان داشت تصور شود که بنای فیزیک کلاسیک یکسره فرو می‏ریزد، اما کم‏کم آشکار شد که فاجعه‏ای در کار نیست، بلکه دگردیسی عمیقی در میان است که در جهت نوعی تعمیم پیش می‏رود، و این خود برای کسانی که به پیشرفت مداوم دانش ایمان دارند مسلم بود؛چه اگر کوانتم کنش را بی‏نهایت کوچک بگیریم، فیزیک کوانتایی به فیزیک کلاسیک برمی‏گردد چون درست بسنجیم، ورود این اندیشه‏های تازه نه تنها خصلت نزول‏ناپذیر پایه‏های فیزیک کلاسیک را آشکار ساخته، بلکه این پایه‏ها را استوارتر نیز کرده است.این پایه‏ها پیش از هر چیز ثابتهای عمومی هستند مانند ثابت نیروی جاذبه، سرعت نور، جرم و بار الکترون و پروتونها که بیگمان آشکارترین نشانه‏های جهان واقعی هستند و فیزیک جدید آنها را حفظ کرده است، همچنین اصل بقای انرژی و اصل حرکت...و اصول ترمودینامیک.» (24)
ز-لازم به ذکر است که محدود کاربرد و توفیق فیزیک کوانتمی تنها در جهان زیر اتمی منحصر نمی‏شود بلکه در عالم اجسام عادی نیز (*)البته علیرغم تأکید فیزیکدانان جدید بر پرهیز از مباحث فلسفی و مابعدالطبیعی، در واقع غالب پیش‏فرضهای معرفت‏شناسانه ایشان صبغه فلسفی دارد؛بلکه ردپایی از دیدگاه فلسفی آنان در جای جای تئوریهای ایشان نیز پیداست، و این امری گریز ناپذیر است، چرا که در ناحیه موضوع و مبادی کلی و برخی پیش‏فرضها وامدار فلسفه و نوعی متافیزیک است(ر ک به: تحلیلی فلسفی از دیدگاههای فلسفی فیزیکدانان معاصر، فصل اول، دوم، ششم و هفتم). خصوصا ابر رساناها و ابر سیالها از قوانین این فیزیک تبعیت می‏کنند. (25)
ح-تحلیلی که در بخش فلسفی در پی آنیم اگر چه مبتنی بر رئالیسم است، اما لزوما مبتنی بر قول به نظریه طباع و ذاتیگری(essentialism)با ارکان سه گانه آن (26) بخصوص رکن سوم آن(این که نظریه طباع بهترین و علمیترین نظریه توصیف کننده«ذاتها»یا«ماهیتهای ذاتی»اشیااند)نیست، بلکه به گونه‏ای محدود در پی یافتن صفات اساسی جسم است؛حتی اگر همگی عوارض لازم شی‏ء باشند.اگرچه نگارنده نظریه ارجاع عوارض و اوضاف بالعرض به امور ذاتی-که جوهره ذاتیگری‏اند-اجتناب‏ناپذیر می‏داند، اما دستیابی به امور ذاتی را(چنانکه شیخ الرئیس در رساله حدود خود بدان اعتراف دارد)دشوار می‏داند(اگر آن را اصولا محال ندانیم)بخصوص که حتی تعدادی از فلاسفه متأخر تحلیلی نظیر کریپکی و پلانتینجا، نیز با اعمال روش خود به ذاتیگری رسیده‏اند. (27)
ادامه بحث و تحلیل فلسفی پدیدارهای مادی در شماره آینده عرضه می‏گردد.
یادداشتها
(1)-برای بررسی بیشتر ر.ک:به:
-گلشنی، مهدی، تحلیلی از دیدگاههای فلسفی فیزیکدانان معاصر، امیرکبیر، صص 50-9 و 205-179.
-باربور، ایان، علم و دین، ترجمه بهاء الدین خرمشاهی، مرکز نشر دانشگاهی، صص 207-196.
-پوپر، حدسها و ابطالها، ترجمه احمد آرام، شرکت سهامی انتشار، صص 147-120.
-پلانک، ماکس، تصویر جهان در فیزیک جدید، ترجمه مرتضی صابر، امیر کبیر، ص 128-49.
-پلانک، ماکس، علم به کجا می‏رود، ترجمه احمد آرام، شرکت سهامی انتشار، صص 150-90.
-اینشتین، آلبرت، فیزیک و واقعیّت، ترجمه محمدرضا خواجه‏پور، خوارزمی، صص 44-30.
(2)-ژان گیتون و بوگدانف، خدا و علم، ترجمه عباس آگاهی، دفتر نشر فرهنگ اسلامی، ص 79.
(3)-همان، ص 84.
(4)-همان، صص 93-85 و نیز:کاپرا، فریتوف، تائوی فیزیک،
ترجمه حبیب‏اللّه دادفرما، کیهان، صص 263-251.
(5)لاندائو، فیزیک برای همه، نشر میر، ص 12 و 38.
(6)-برای بررسی بیشتر درباره نقش«طبع»در فیزیک ارسطویی و نقش«قسر»در فیزیک جدید ر.ک به مقدمه کتاب«مبادی ما- بعدالطبیعی علوم نوین»از ادوین آرتور برت، ترجمه دکتر عبدالکریم سروش، شرکت انتشارات علمی و فرهنگی، صص نه تا پنجاه و چهار.
(7)-فیزیک برای همه، ص 13 و:هلزی هال، ویلیام، تاریخ و فلسفه علم، ترجمه عبدالحسیم آذرنگ، سروش، صص 192-198.
(8)-ر.ک:فیزیک و واقعیت، صص 197-164 و:اسپریدوف، نظریه نسبیّت، ترجمه میرزا بیگی، مجله دانشمند، (ضمیمه 4، آذر 1368)، ص 14.
(9)-همان، ص 15.هر چند ممکن است گفته شود که این تمایز به دست اینشتین پدید آمد، اما اسپریدوف آن را از آرای نیوتن قابل استنباط می‏داند.
(10)-همان.
(11)-منابع مبحث نیرو و اقسام آن و وحدت نیروها عبارت است از:
-ساتن، کریستین، چهار نیروی بنیادی، ترجمه حیدرزاده، مجله دانشمند، (ضمیمه 5)، صص 12-6.
-مقاله«اقسام نیروها»، مجله دانشمند، ضمیمه 24، صص 12-8.
-هاوکینگ، استیون، تاریخچه زمان، ترجمه محمدرضا محجوب، شرکت سهامی انتشار، ص 87.
(12)-ر.ک به:علم به کجا می‏رود، ص 250.
(13)-منابع عمده مبحث کوانتم عبارت است از:
-علم به کجا می‏رود، ص 79.
-تصویر جهان در فیزیک جدید، صص 185-145.
-فیزیک و واقعیت، صص 63-53.
-کالین ا.رنان، تاریخ علم کمبریج، ترجمه حسن افشار، نشر مرکز، صص 688-674.
-تاریخ و فلسفه علم، ص 368.
-گلادکوف، الفبای اتم، ترجمه محمد طرف، شرکت سهامی انتشار، ص 185.
-جی، اچ، جینز، فیزیک و فلسفه، ترجمه علیقلی بیانی، مرکز انتشارات علمی و فرهنگی، صص 255-217 و ص 77.
-هایزنبرگ، ورنر، فیزیک و فلسفه، ترجمه محمود خاتمی، شرکت چاپ و انتشار علمی، صص 47-29.
-ساختار ماده، ص 153.
-علم و دین، ص 37 و صص 315-312.
-برنشتاین، جری، اینشتین، ترجمه احمد بیرشک، خوارزمی، صص 199-185.
(14)-«دوبروی»که از جمله منتقدان نظر«بوهر»و«هاینزبرگ»در باره عدم قطعیت است، بیان مبسوط و جالبی در نقد تعبیر کپنهاگی و تبیین تعبیر رئالیستی دارد ر.ک به:رزنیک و آیزبرگ، فیزیک کوانتمی، ترجمان، مرکز نشر دانشگاهی، صص 129-128.همچنین نقد اینشتین بر این نظر در کتاب «علم به کجا می‏رود»(ص 280)خواندنی است.و نیز نقد اصولی ماکس پلانک بر اصل عدم موجبیّت، قابل تأمل است (ر.ک به:تصویر جهان در فیزیک جدید، صص 55-41).
(15)-منابع عمده مبحث«تعبیرات کوانتمی»عبارت است از:
-تحلیلی از دیدگاههای فلسفی فیزیکدانان معاصر، صص 13-9 و صص 208-170.
-تائوی فیزیک، صص 87-70.
-علم و دین، ص 334.
-فیزیک و فلسفه جینز، صص 287-257.
-فیزیک و فلسفه هایزنبرگ، صص 69-47 و صص 153-132.(16)-منابه مبحث«موج»و«موج و ذرّه»عبارت است از:
-شرودینگر، اروین، علم، نظریه، انسان، ترجمه احمد آرام، شرکت سهامی انتشار، فصل«حقیقت ماده و موج»(ص 234)و صص 166-127.
-تائوی فیزیک، صص 75-72.
-فیزیک و فلسفه، جینز، صص 241-220 و 290-267.
-علم و دین، صص 319-315.
-فیزیک کوانتمی، صص 104-101 و 92 و 91.
-هالیدی، رزنیک، فیزیک دانشگاهی، نشر دانشگاهی، ج 2، ص 51.
(17)-تائوی فیزیک، ص 211.
(18)-خدا و علم، صص 97-96.
(19)-منابع عمده مبحث«میدان»عبارت است از:
-فیزیک و واقعیت، صص 53-44 و 177 و 174.
-تائوی فیزیک، صص 214-213.
-خدا و علم، صص 108-97.
-تاریخچه زمان، صص 294-280.
-مجله دانشمند، (ویژه نامه جهان فیزیک)، 1370، مقاله هایزنبرگ.
(20)-منابع عمده مبحث«زمان»عبارت است از:
-تاریخچه زمان.
-تائوی فیزیک، فصل 12.
-فیزیک و واقعیّت، ص 111.برای توضیح بیشتر به پیوست اوّل این مقاله(نسبیّت عام و خاص)مراجعه شود.
(21)-ر.ک:الفبای اتم، صص 150-149 و نیز:کالدر، نیجل، عالم اینشتین، ترجمه رضا سندگل، رسا، صص 38-37.
(22)-تحلیلی از دیدگاههای فلسفی فیزیکدانان معاصر، ص 9 و 10.
(23)-تحلیلی از دیدگاههای فلسفی فیزیکدانان معاصر، صص 48-29 و نیز:فیزیک و فلسفه، صص 44-23.و نیز:مبادی مابعدالطبیعی علوم نوین، (مقدمه مترجم).نمونه‏ای از کاربرد اصول فوق‏الذکر را می‏توان در فصول کتاب«علم، نظریه، انسان»از شرودینگر مشاهده کرد.
(24)-تصویر جهان در فیزیک جدید، ص 11.
(25)-ر.ک:به:ارتلی، فرید، فلسفه فیزیک کوانتمی، ترجمه مهران منصوری، ص 51 و 80.
(26)-حدسها و ابطالها، صص 137 و 128.
(27)-از جمله رجوع شود به این اثر پلانتینجا:Planting تحت عنوان The essence of necessity