چگونه مانند آلبرت اينشتين فكر كنيم؟

اين روز‌ها جرات خطر كم است...

دو قرن تمام ، والا حضرت آيزاك نيوتن، پادشاه بي رقيب و قدرت مند فيزيك بود. نظام نيوتني، حرف آخر را در مسائل بنيادي علم و تصوير نهايي جهان مي‌زد. دلاوري شجاع، بر پادشاه شوريد . شواليه "آلبرت اينشتين" با نظريه ي نسبيت خود پادشاه نيوتن را از تخت سلطنت به زير كشيد. اين خطر، لازمه ي چرخش در تاريخ علم و نحوه ي تفكر انسان هاست. براي پيش برد علمِ نوين، ناگزيريم انديشه هاي جنون آميزي مطرح كنيم كه از ديدگاه هاي سنتي، كاملا گسسته باشند؛ انديشه هايي معماگونه.

فقط يك نابغه مي‌تواند جرات چنين خطري را به دل راه دهد. انباشت ارقام و اطلاعات در مغز، دليل بر نبوغ نيست. نابغه با شجاعت خود، در شناخت پيشين دخالت مي‌كند. و آلبرت اينشتين چنين ديوانه اي بود يا به عبارتي ديگر چنين نابغه اي. قبل از او گذر از مفاهيم نيوتني به تصويري جديد از جهان، هيچ گاه اين چنين قاطع و معما گونه نبوده است. اين گذار در واقع نه فقط تعميم و تكميل كاري بود كه نيوتن شروع كرده بود، بلكه انقلابي را در علم به راه انداخت. نظريه اي كه باعث چنين گذاري شد، بر اساس معيارهاي معيني ساخته شده است. اينشتين در يادداشت هايش از دو معيار در انتخاب و ارزيابي نظريه هاي علمي سخن مي‌گويد، اولي تاييد بيروني است: انطباق نظريه و تناقض نداشتن آن با واقعيت هاي تجربي.

البته اين انتظاري بديهي است اما برآوردن آن مسئله ي ظريفي است. چرا كه گاه مي‌توان فرض هايي اضافي را به شكل مصنوعي وارد كرد و نظريه را با تجربه منطبق ساخت- در واقع باعث پذيرش نظريه از سوي همگان شد - . معيار دوم؛ كمال دروني يا طبيعي بودن نظريه است. نظريه نبايد از بين نظريات هم ارز خود به شكل دل خواه انتخاب شود. نظريه اي بيش ترين كمال دروني را دارد كه كم ترمبتني بر فرض هاي دل خواهي باشد.

چنين نظريه اي براي تبيين ساختار جهان و ساختن تصويري از آن بر مبناي قوانين يك نواخت و جهان شمول مناسب تر است.

البته اينشتين معتقد است اين حرف‌ها چندان دقيق نيستند و شايد هيچ گاه هم نتوان دقيق ترشان كرد. اما وقتي دانشمندان در باره ي كمال دروني يا تاييد بيروني يك نظريه، سخن مي‌گويند، گويي توافقي ضمني بين آن ها وجود دارد. اينشتين با آن قوه ي تشخيص چشم گيري كه در مورد هم آهنگي يا به گفته ي خودش "موسيقي منديِ تفكرِ علمي" داشت، به تاثير زيبايي شناختي نظريه - كه آن را خاصيتي وابسته به كمال دروني مي‌دانست - اهميت زيادي مي‌داد. پوانكاره نيز از مفهوم ظرافت رياضي سخن مي‌گويد و آن را اين طور تعريف مي‌كند: « هرچه قضيه هاي بيش تري بتوان از كم ترين فرض‌ها استخراج كرد، ظرافتِ ساخته ي رياضي بيش تر است. »

اما نگاه اين دو نفر به ارزش ظرافت و موسيقي منديِ نظريه، متفاوت است. به نظر پوانكاره ظرافت در اصل، معنايي ندارد و معياري براي انتخاب يك نظريه نيست. ظرافت يك نظريه، ثابت نمي كند كه آن نظريه، نگاه عميق تري دارد. اما اينشتين مي‌گويد ظرافت شاخصي از معتبر بودن نظريه و قطعيت عيني آن است. اينشتين چنان به اين اصل عقيده داشت كه وقتي آزمايش‌ها نظريه ي نسبيت را تاييد كردند، چندان هيجان زده نشد.

او اصلا نگران نتيجه ي كار نبود. به نظر او نسبيت آن قدر طبيعي و موسيقي مند بود كه امكان نداشت اشتباه باشد. جهان مجموعه ي واحدي از اشيا است و به همين دليلِ ساده است كه وقتي نظريه اي از كم ترين فرض‌ها نشآت بگيرد به واقعيت نزديك تر مي‌شود. نظريه وقتي فقط مبتني بر چند اصل موضوعه ي مستقل باشد، به وحدت واقعي جهان نزديك تر مي‌شود و به بهترين شيوه ي ممكن آن را باز مي‌تاباند.

اين وحدت، در همگن بودن فضا و زمان، در انتقال از نقطه اي به نقطه ي ديگر در فضا و از لحظه اي به لحظه ي ديگر در زمان ،‌ديده مي‌شود. همين ناوردايي قوانين فيزيك است كه به علت مستقل بودن از جابه جايي هاي جزئي و موقت ، نقطه ي شروع حركت در راه دست يابي به نظريه ي نسبيت مي‌شود. اينشتين با هدف رسيدن به بيش ترين كمال دروني در نظريه اش، سعي كرد رابطه هايي در بيان قوانين فيزيك پيدا كند كه در جابه جايي هاي موقت و جزئي، هم وردا بمانند. به بياني عام ، طبق اصل نسبيت، قانون هاي طبيعت، مستقل از حركت انتقالي دستگاه هاي مرجع هستند.

آغاز ديوانگي

اصل بنيادي نظريه ي نسبيت اينشتين اين است: « سرعت نور در تمام دستگاه هاي مرجعي كه نسبت به هم حركت بي شتاب دارند، يكسان است.»‌ اين اصل ديوانه كننده است؟ اين جا: ‌دو شناگر از عرشه ي يك كشتي، درآب شيرجه مي‌زنند. هردوي آن ها سرعت يكساني دارند . هركدام به طرف يك انتهاي كشتي شنا مي‌كنند. بديهي است شناگري كه در خلاف جهت حركت كشتي شنا مي‌كند، زودتر از ديگري به انتهاي كشتي مي‌رسد. ولي طبق اصل جديد، شناگران، هر دو با هم به دو انتهاي كشتي مي‌رسند.

يعني تندي آن‌ها نسبت به كشتي، يكسان خواهد بود. نور اين طور رفتار مي‌كند. يعني نسبت به جسم هاي مختلف كه نسبت به هم حركت مي‌كنند ، سرعت واحدي دارد. حتي امروز هم بعد از صد سال به دشواري مي‌توان تصور كرد كه چيزي نسبت به دستگاه هاي متحرك نسبت به هم، سرعت واحد داشته باشد. اما هر بياني، هر قدر ديوانه وار به نظر برسد، حتما نبايد باعث شگفتي و حيرت شود. در فرض هايي كه اساس نظريه ي نسبيت را تشكيل مي‌دهند، هيچ چيز دل بخواهي وجود ندارد.

بر عكس، اين فرض‌ها بر پايه ي استوار تجربي مبتني اند. در واقع اين خودِ حركت است كه با احساس هاي بديهي ما در مشاهده ي رفتار جسم هاي فيزيكي تناقض دارد. ديوانه ي دوست داشتني ِ ما اين احساسِ بديهي بودن را دور مي‌ريزد. در تصوير كلاسيك جهان، تمامي جسم‌ها در حركت نسبي اند. مفهوم اتر پركننده ي فضا، رخنه اي در چارچوب تصوير كلاسيك اوليه از جهان بود. نظريه ي نسبيت اين چارچوب را مرمت كرد اما اين مرمت به بهاي نفي قانون بديهي جمع سرعت‌ها بود.

اينشتين در نامه اي به موريس سولووينه ـ يكي از دوستان صميمي اش - در اين باره چنين مي‌نويسد: « بر خلاف اين حقيقت معلوم بر انديشمندان باستان كه حركت را فقط به طور نسبي مي‌توان ادراك كرد، فيزيك، خود را بر مفهوم حركت مطلق استوار ساخت. در مبحث نور فرض مي‌شد كه نوعي حركت متفاوت با حركت هاي ديگر، يعني حركت در اتر درخشان وجود دارد كه حركت تمام جسم‌ها را مي‌توان به آن ارجاع داد. به اين ترتيب اتر درخشان، مفهوم سكون مطلق بود. اگر واقعا اتر درخشان ساكني وجود مي‌داشت كه كل فضا را پر كند، مي‌شد حركت را به آن ارجاع داد و براي حركت، معناي مطلق قائل شد.

اين مفهوم مي‌توانست شالوده ي مكانيك باشد اما وقتي تمام تلاش‌ها براي تشخيص چنين حركت ارجحي در اتر درخشان فرضي ناكام ماند، مي‌بايست در مسئله تجديد نظر كرد. اين كار به طور نظام يافته در نظريه، نسبيت انجام گرفت. نظريه ي نسبيت فرض را بر وجود نداشتن حالت هاي ارجح حركت در طبيعت مي‌گذارد و استنتاج هاي چنين فرضي را تحليل مي‌كند. »

در واقع اينشتين، قدم به قدم تصوير جديدي از جهان بر پا كرد. كار او اساسا كار خلاقانه اي بود. جنبه ي نفي آميز مسئله، يعني تخريب تصوير قديم، فقط اين بود كه اينشتين نشان داد تصوير قديم در مقايسه با تصوير جديد، تقريب نادقيق تري به واقعيت فيزيكي داشته است. رابطه ي سلسله مراتبي نسبيت و مكانيك نيوتني، اين امكان را فراهم مي‌كند كه مكانيك نيوتني را توضيح دهيم. به چه علت در سرعت هاي معمول، مشاهده ي ما با مكانيك نيوتني در تضاد قرار نمي گيرد؟ به همين ترتيب هر آزمايشي كه اعتبار مكانيك نيوتني را تاييد كند، در عين حال تاييد مكانيك اينشتين نيز هست.

نتايج ديوانگي

هنگامي كه آزمايش مايكلسون، اصل وجود اتر جهاني را به خطر انداخت، لورنتس براي توضيح اين نتيجه، فرضيه اي ساخت: تمام جسم هاي متحرك نسبت به اتر، در جهت حركت منقبض مي‌شوند. او فرض كرد كه همه ي اجسام از بارهاي الكتريكي اوليه اي تشكيل شده اندو حركت نسبت به اتر، نيروهايي پديد مي‌آورد كه بارها را در جهت حركت جمع مي‌كنند. فرضيه ي انقباض بي آن كه تاثيري بر مباني مكانيك كلاسيك بگذارد، نتيجه هاي آزمايش مايكلسون را توضيح مي‌داد. اما با معيارهاي اينشتين براي يك نظريه ي علمي مطابقت نداشت. با حقيقت هاي قابل مشاهده، انطباق مي‌يافت ولي طبيعي نبود.

يعني از كمال دروني برخوردار نبود. همين بزرگ ترين نقطه ضعف آن بود: مختص به خود بود و براي آثار قابل مشاهده اي كه مويد آن باشند، مبنايي نداشت. تفاوت مهم كار لورنتس با اينشتين در اين بود كه نظريه ي نسبيت بر خلاف انقباض لورنتس يك استنتاج پديده شناختي نبود. فرمول هاي لورنتس، حاوي چيزي مثل يك نظريه ي فيزيكي نبودند كه بتواند راه را براي ارائه ي تصويري نوين از جهان باز كند.

وقتي حقيقت جديد و بسيار معما گونه، يعني ثبات سرعت نور در تداخل سنج مايكلسون، نوعي توضيح را ايجاب كرد، لورنتس انديشه اي مطرح كرد كه ضمن سازگاري با حقيقت هاي جديد و نيز حقيقت هاي معلومِ قديم، به طور طبيعي و مستقيما از آن‌ها مشتق نشده بود. توضيح اينشتين از حقيقت جديد و معما گونه، بر بازنگري تصوير كلي جهان و تفسيري كاملا نو از زمان و مكان، و به طور خلاصه بر تفسيري عميق تر، عام تر و مشخص تر از كليت حقيقت هاي معلوم مبتني بود.

نظريه ي نسبيت، انقباض لورنتس را از اساسي ترين و عام ترين مفهوم هاي علم و از تحليل دقيق تر و صريح تر مفهوم هاي زمان و فضا استنتاج مي‌كند. خود لورنتس در اين باره مي‌گويد: « دست آورد اينشتين اين است كه نخستين كسي است كه اصل نسبيت را به مثابه يك قانون جهان شمول دقيق و صحيح فرمول بندي كرد.» انديشه ي اساسي اينشتين در واقع ضرورت تصديق تجربي ساخته هاي منطقي است. هيچ مفهومي نمي تواند در سازگاري پيش از تجربي با واقعيت باشد بلكه بايد به استنتاج هايي بينجامد كه بتوان آن‌ها را با تجربه تصديق كرد. حركت مطلق را نمي توان اين گونه تاييد كرد. استنتاج هاي نظريه نسبيت از فرض هاي هوشمندانه ناشي نمي شوند بلكه به طور طبيعي از اصول عام پيروي مي‌كنند.

اينشتين مي‌نويسد: «هر مفهوم فقط به دليل ارتباط روشن و آشكار خود با پديده‌ها و نتيجتا با واقعيت فيزيكي، حق ِ وجود دارد. در نظريه ي نسبيت، مفهوم هايي مانند هم زماني مطلق، سرعت مطلق شتاب مطلق، و جز آن نفي شده اند، ‌چرا كه هيچ ارتباط آشكاري با تجربه ندارند... لازم بود كه هر مفهوم فيزيكي را طوري تعريف كرد كه بتوان تصميم اصولي گرفت كه آيا با واقعيت سازگاراست يا نه. »