چه کسی قوانین طبیعت را وضع کرده است؟
ماریان فرایبرگر/ ترجمه: پگاه جمشیدی

۸ اکتبر ۲۰۱۴

دانش‌آموز که بودم ‌به درس فیزیک علاقه‌ای نداشتم. نه تنها هیچ شهود فیزیکی نداشتم، بلکه به بیش‌تر مباحث آن هم بی‌اعتقاد بودم. همیشه تعجب می‌کردم که چه‌طور می‌توان ادعا کرد طبیعت از «قوانینی» که در کتاب‌های درسی نوشته‌شده است «اطاعت» می‌کند؟ بعدا معلوم شد که در جهل من چیزی شبیه به یک نکته پنهان بود. نکته این بود که فیزیک‌دانان سرگرم یافتن معادلاتی هستند که قوانین طبیعت را بیان می‌کنند در حالی که فیلسوفان به این فکر می‌کنند که قوانین طبیعت در واقع چه هستند، و البته همه‌ی آن‌ها درباره‌ی این موضوع توافق ندارند.

قانون الهی؟

خود عبارت «قوانین طبیعت» چیزی را بیان می‌کنند که به وضوح درست به نظر می‌رسد. برخلاف محدودیت‌های پارکینگ یا قوانین مواد مخدر، این قوانین به ما انسان‌ها تعلق ندارند، بلکه به طبیعت تعلق دارند. در واقع آن‌ها کاملا مستقل از ما هستند. حتی اگر ما نبودیم، سیب‌ها، همان‌طور که قانون گرانش پیش‌بینی می‌کند، همچنان به زمین می‌افتادند.

نه تنها قوانین مستقل از ما هستند، بلکه به نظر می‌رسد آن‌ها همچنین فراتر و بالاتر از همه اشیای دیگری که به آن‌ها اعمال می‌شوند، می‌نشینند. جورج الیس[۱]، ریاضی‌دان و کیهان شناس در دانشگاه کیپ تاون[۲]، می‌گوید: «از یک نظر [قوانین طبیعت] بخشی از کیهان نیستند. آن‌ها زیربنای جهان هستند زیرا رفتار ماده را کنترل می‌کنند اما خودشان از ماده ساخته نشده‌اند. قوانین فیزیک از سرب یا اورانیوم یا چیزهای دیگر ساخته نشده‌اند.» بنابراین، به نظر می‌رسد قوانین طبیعت در قلمرو انتزاعی خودشان وجود دارند. ما از طریق مکانیزمی مرموز به این «قلمرو افلاطونی» دسترسی داریم و می‌توانیم برخی از آن قوانین را کنار هم بگذاریم.

کلماتی که تاکنون مانند «کنترل» و «باید» استفاده کرده‌ایم، به چیز دیگری نیز اشاره دارند: این ایده که قوانین در واقع بر نحوه‌ی رفتار طبیعت حاکمیت دارند یا آن را دیکته می‌کنند. بری لوور[۳]، فیلسوف دانشگاه راتگرز[۴] نیوجرسی، توضیح می‌دهد: «از این نظر، قوانین فعال هستند.آن‌ها یک وضعیت جهان را می‌گیرند و وضعیت های بعدی را ایجاد می کنند.»

این موضوع، به طور خلاصه، چیزی را توصیف می‌کند که لوور آن را «دیدگاه حکمرانی» قوانین‌طبیعت می‌نامد. این ایده که آن قوانین عناصر بنیادی واقعیت ما هستند، جدا از همه‌ی «چیزهای» مادی خارجی، فرایندهای طبیعی را دیکته می کنند. این موضوع بلافاصله یک سوال ایجاد می‌کند. این قوانین از کجا می‌آیند؟ چه کسی آن‌ها را ساخته است؟ زمانی که مفهوم حکمرانی قوانین طبیعت در قرن‌های هفدهم و هجدم مطرح شد، این ایده هم مطرح شد که این‌ها قوانین خدا هستند. لوور می‌گوید: «خدا قوانین را [به وجود آورد] و این قوانین روشی هستند که خدا برای ایجاد یا کنترل حرکات اجسام مادی در جهان هستی به کار می‌گیرد. فیزیک‌دانان با تصور این‌که جهان را قوانین خدا اداره می‌کنند، می‌توانند کار خود را جست‌وجو برا‌ی کشف قوانینی که خدا انتخاب کرده است، تعریف کنند.»

امروزه در ذهن بسیاری از ما ایده‌ی خدا در کنار دیدگاه حاکمیت قوانین که محتاج برخی توضیحات جانبی است، ناخوشایند است. لوور می‌گوید: «به محض این‌که خدا از تصویر خارج می‌شود، موضوع بسیار گیج‌کننده می‌شود. در این صورت، صحبت در مورد قوانین حاکم بر تکامل وضعیت کیهان به چه معنا است؟ این زبان هنوز بخشی از زبان علم فیزیک است. حتی می‌توانید آن را در کتاب‌های درسی فیزیک رایج ببینید؛ جایی که فیزیک‌دانان مثلا از معادله‌ی شرودینگر به عنوان معادله‌ی ”حاکم بر تکامل تابع موج“ صحبت می‌کنند»

دیدگاه حاکم بر قوانین طبیعت، به نوعی، فرضی است که بسیاری از فیزیک‌دانان در حین کار انجام می‌دهند. وقتی روی یک مسئله فیزیکی خاصی کار می‌کنید، طوری رفتار می‌کنید که گویی قوانین بر امور حاکم هستند، زیرا در نهایت آن‌ها بر محاسبات شما حکم می‌رانند. با این حال احتمال دیگری وجود دارد که از نظر فلسفی تفاوت زیادی ایجاد می‌کند؛ شاید قوانین به طور فعال فرایندهای طبیعی را کنترل نمی‌کنند، بلکه صرفا آن‌ها را توصیف می‌کنند. فهمیدن این موضوع کار دشواری است. الیس می‌گوید: «ما نمی‌دانیم قوانین توصیفی یا تجویزی هستند و این یکی از مشکلات بزرگ است. ما در این باره نمی‌توانیم چیزی بگوییم.»

کشف الگو؟

اگر شما بیش‌ از یک رویکرد ساده به واقعیت داشته باشید، همه چیز تغییر می‌کند. شاید واقعیت صرفا توزیع «چیزها» و اعطای ویژگی‌های خاص به آن‌ها در طول زمان و مکان باشد. در این صورت، آن‌چه ما قوانین طبیعت می‌نامیم، صرفا الگوهایی در «موزاییک هیوم»[۵] (منسوب به دیوید هیوم[۶] ، فیلسوف اسکاتلندی) هستند. این همان ایده‌ی نهفته در ورای «بهترین تحلیل سیستم»[۷] است، رویکردی که آن را عمدتا فیلسوف آمریکایی دیوید لوییس[۸]در نیمه‌ی دوم قرن بیستم توسعه داد. لوور این ایده را دوست دارد. او فکر می‌کند این ایده ممکن است برای فیزیک‌دانانی که از این پرسش که چه‌گونه چیزی انتزاعی و خارج از کیهان می‌تواند بر حرکات اجسام درون آن حکومت کند، آشفته شده‌ باشند، جذاب باشد.

رویکرد «بهترین تحلیل سیستم» رویکردی کاملا عملی به قوانین طبیعت است. در این رویکرد، دانشمندان به تمام اطلاعاتی که در مورد کیهان (یا برخی از جنبه‌های آن) دارند نگاه می‌کنند و سپس سعی می‌کنند با یک سیستم، یا همان نظریه، آن اطلاعات را توصیف کنند. آن‌ها وقتی دارند این کار را می‌کنند معمولا متوجه می‌شوند که در نظر گرفتن چند فرض اساسی به آن‌ها امکان می‌دهد تا اطلاعات زیادی در مورد حقایقی که مشاهده کرده‌اند به دست آورند. به عنوان مثال، اگر با انداختن اجسام آزمایش کرده باشید، متوجه شده‌اید که به نظر می‌رسد همیشه روی زمین می‌افتند. بنابراین، یک فرض اساسی خوب برای پایه‌گذاری نظریه‌تان ممکن است چیزی شبیه این باشد که «زمین چیزها را جذب می‌کند». اگر این را به عنوان یک حقیقت اساسی فرض کنید، بسیاری از پدیده‌هایی که مشاهده می‌کنید ناگهان معنا پیدا می‌کنند. چنین فرضی اساسی، نامزد چیزی است که می‌توانیم آن را قانون بنامیم.

البته مشکل این‌جا است که ممکن است تئوری‌های مختلفی برای توصیف یک چیز وجود داشته باشد. نظریه‌ی گرانش نیوتن مبتنی بر این ایده نیست که «زمین اشیا را جذب می‌کند»، بلکه بر اساس «قانون مربع معکوس گرانش جهانی»[۹] است که نیروی گرانش بین هر دو جسم را توصیف می‌کند. نکته این است که نظریه‌ی نیوتن بهتر است زیرا کلی‌تر است. آن‌چه را به عنوان قانون تعیین می‌کنیم، در واقع حقایق بنیادینی هستند که بر اساس «بهترین» سیستم‌سازی از مشاهدات‌مان تدوین شده‌اند.

این ایده بلافاصله این سوال را مطرح می‌کند که چه چیزی «بهترین» محسوب می‌شود. لوور می‌گوید: «من به این به عنوان یک ایده‌آل فکر می‌کنم، نه این‌که کسی از قبل بداند بهترین سیستم‌سازی چیست. اما نگرش این است که این سیستم‌سازی باید ترکیبی باشد از بهترین ویژگی‌های مثبتی که فیزیک‌دانان مایل‌اند نظریه‌شان داشته باشد. این خصوصیات شامل چیزهایی است مانند آگاهی بخشی، کاربردی بودن، سادگی، نشان دادن تقارن‌ها، داشتن اصول محتاطانه و غیره. هر حقیقتی در «بهترین سیستم» گنجانده نمی‌شود، یا «بهترین سیستم» آن را مشخص نمی‌کند، زیرا دلالت بیش‌تر ممکن است به معنای پیچیده‌تر کردن یا بیش از حد پیچیده کردن آن، یا کنار گذاشتن اصول تقارن و غیره باشد. با این حال، این نظریه سعی می‌کند این محدودیت‌های گوناگون مختلف را بهینه کند: آگاهی بخشی، ساده بودن و غیره.

بهینه‌سازی به قوانین طبیعت طعمی کاملا انسانی می‌دهد. این فیزیک‌دانان هستند که تصمیم می‌گیرند چه چیزی بهترین است و ممکن است با یک‌دیگر موافق نباشند. اما همان‌طور که لوور اشاره می‌کند، این نظریه عینی است، زیرا باید آن‌چه را که طبیعت انجام می‌دهد دقیقا توصیف کند. هر نظریه‌ای که نگوید با دیدن پیانویی که از طبقه‌ی دهم به سمت شما می‌آید، باید فرار کنید، لازم است بلافاصله کنار گذاشته ‌شود.

آیا ما اهمیت می‌دهیم؟

آیا واقعا هیچ‌کدام از این‌ها مهم هستند؟ چرا باید اهمیت دهیم که قوانین طبیعت نسخه، توصیف یا الگو هستند؟ نکته‌ی مهم این است که معادلاتی که به دست می‌آوریم (معمولا این قوانین به صورت ریاضی بیان می‌شوند) پیش‌بینی‌های قابل اعتمادی ارایه می دهند تا بتوانیم اتومبیل بسازیم یا بیماری‌ها را درمان کنیم. لوور معتقد است طرز فکر ما در مورد قوانین می‌تواند بر سوالاتی که در مورد جهان می‌پرسیم تاثیر بگذارد. فیزیک‌دانان بر این باور هستند که جهان در اثر انفجار بزرگی حدود ۸/۱۳ میلیارد سال پیش آغاز شد. در تلاش برای توضیح برخی ویژگی‌هایی که در جهان خود می‌بینیم، مثلا این‌که گرما از اجسام گرم به اجسام سرد می‌رسد یا زمان جهت دارد، آن‌ها به این نتیجه رسیدند که جهان باید در یک حالت بسیار خاص شروع شده باشد؛ یعنی این جهان باید «آنتروپی» بسیار پایینی داشته باشد. این مفهوم به زبان ساده به این معنا است که جهان باید در آغاز بسیار منظم بوده باشد.

به نظر می‌رسد این وضعیت نیاز به توضیح دارد. چرا جهان در چنین حالت بسیار منظمی، نه درهم و برهم‌تر که محتمل‌تر به نظر می‌رسد، شروع به کار کرد؟ قوانین فیزیکی که ما می‌شناسیم نمی‌توانند این موضوع را توضیح دهند و بنابراین باید ناقص باشند. این سوال به عنوان یکی از بزرگ‌ترین رازهای کیهان شناسی مطرح شده و  نظریه‌های کیهان‌شناسی کاملی برای توضیح آن ایجاد شده است.

لوور استدلال می‌کند که بهترین رویکرد سیستمی به حل این مشکل کمک می‌کند، زیرا در مورد آن‌چه ما قوانین طبیعت می‌نامیم آسان‌گیرتر است. نگرش حکمرانی کردن قوانین مستلزم پویایی آن‌ها است: آن‌ها بر چه‌گونگی تکامل جهان از یک نقطه در زمان به نقطه‌ی دیگر حکومت می‌کنند. حالت اولیه‌ی‌ کیهان آن طعم پویایی را ندارد. این یک حقیقت است و بنابراین از نظر قوانین نیاز به تبیین دارد.

بهترین رویکرد سیستمی اجازه می‌دهد تا انواع مفروضات به عنوان قوانین در نظر گرفته شوند، به شرطی که یک نظریه را به معنایی که در بالا دیدیم، «بهتر» کنند. این فرض که جهان با آنتروپی بسیار کم شروع شده است، نظریه‌ی ما را در مورد جهان بهتر می‌کند: باعث می‌شود ویژگی‌هایی از جهان استخراج کنیم که در غیر این صورت نمی‌توانستیم؛ مانند جریان گرما یا جریان زمان. بنابراین، لوور استدلال می‌کند که باید این ایده را که می‌گوید «نظریه‌ای که نمی‌تواند شروع آنتروپی پایین جهان را توضیح دهد معیوب است»، رد کنیم. بیایید شروع آنتروپی کم را به عنوان یک قانون طبیعت بپذیریم. پس نیازی به توضیح نیست. بدین‌گونه یکی از بزرگ‌ترین رازهای فیزیک به سادگی حل می‌شود.

ممکن است این نوعی طفره رفتن از حل مشکل به نظر برسد، اما لوور خاطرنشان می‌کند که ما قوانین دینامیکی طبیعت را مانند مفروضاتی از قبیل شروع آنتروپی پایین جهان مورد بررسی دقیق قرار نمی‌دهیم. هیچ کس نمی‌پرسد چرا قانون عکس مربع فاصله در گرانش عکس مکعب  یا عکس به توان چهار فاصله نیست، ما فقط قبولش می‌کنیم. او می‌نویسد: «این ایده که می‌گوید یک سیستم اگر توضیحی در مورد شرایط مرزی نداشته باشد به نحوی معیوب است، برای من متقاعد‌کننده‌تر از این اشکال نیست که می‌گوید یک سیستم تا زمانی که توضیحی در مورد قوانین دینامیکی ارایه نکند، کامل نیست.» همان‌طور که لودویگ ویتگنشتاین زمانی گفته است: «توضیحات در جایی به پایان می‌رسد.»

اصلا چیزی را توضیح می‌دهد؟

من شخصا با رویکرد «بهترین سیستم‌ها» به قوانین طبیعت کاملا راحت هستم. به نظر نمی‌رسد این رویکرد، آن طور که لوور آن را «متافیزیک شبح وار» می‌نامد، باشد. این موضوع اما به هر حال کمی غمگینم می‌کند چون به نظر می‌رسد نشان می‌دهد که ما جهان را فقط می‌توانیم از طریق مشاهده‌ی الگوهای درون آن توصیف کنیم و هرگز  آن را واقعا درک نمی‌کنیم. با این حال، لوور خاطرنشان می‌کند که در «متحدسازی» قوانین نوعی امکان فهم جهان مستقر است. بینش بزرگ نیوتن این بود که مجموعه‌ی مشابهی از معادلات می‌توانند رفتار همه‌ی اجرام را، از یک آونگ یا توپ فوتبال در زمین گرفته تا سیارات و دنباله‌دارها را در فضا توصیف کند. با داشتن چنین توصیف وحدت‌بخشی به نظر می‌رسد که چیز مهمی در مورد چه‌گونگی کارکرد جهان درک کرده‌ایم.

اما این یک سوداگری ظریف است. اگر واقعا می‌خواهیم پدیده‌هایی را که در اطراف خود می‌بینیم توضیح دهیم، باید زنجیره‌های علت و معلول را شناسایی کنیم و این یک مسئله‌ی دشوار مشهور است. ما گمان می‌کنیم که هرگاه دو چیز با هم ظاهر شوند، یک چیز باعث چیز دیگری شده است اما همبستگی همان علیت نیست؛ این همزمانی ممکن است یا کاملا تصادفی باشد یا به دلیل عواملی پنهانی رخ داده باشد که ما هنوز آن‌ها را کشف نکرده‌ایم. این‌که چه‌گونه می‌توان تشخیص داد که یک همبستگی از نوع علیت است، حتی اگر چنین چیزی به نام علیت در موزاییک وسیع هیومی وجود داشته باشد، پرسش دیگری است که فیلسوفان با قدرت درباره‌ی آن بحث می‌کنند.

منبع:

https://plus.maths.org/content/laws-nature

[۱]. George Ellis

[۲] University of Cape Town

[۳] Barry Loewer

[۴] Rutgers University

[۵] Humean mosaic

[۶]David Hume، فیلسوف اسکاتلندی (۱۷۷۶-۱۷۱۱)

[۷] best systems analysis

[۸] David Lewis

[۹]inverse square law of universal gravitation، براساس این قانون، نیروی گرانش اجسام با عکس مجذور فاصله‌ی آن‌ها متناسب است. برای مثال، وقتی فاصله‌ی دو جسم از هم دو برابر می‌شود، نیروی گرانشی که بر یک‌دیگر وارد می‌کنند یک‌چهارم می‌شود. م