ورنر هایزنبرگ و اصل عدم قطعیت
در میان پیروزیهای بی شمار علم قرن بیستم، شاید بتوان مکانیک کوانتومی را بنیادی ترین آنها دانست. دانش اتم، که به دست گروه معدودی از فیزیکدانان بسیار پرنبوغ اروپا نشو و نما یافت، منجر به دگرگونیهای ژرف و جنجال برانگیزی در شناخت ما از طبیعت شد. اکنون دیگر ماده ممکن است بسته به نحوه مشاهده، موج یا ذره باشد، و علت و معلول دیگر ارتباط نزدیکی با یکدیگر ندارند. این تفسیر از مکانیک کوانتوامی ۔ یعنی بیان اینکه چگونه و چه موقع باید آن را به کار بست، و اینکه چه مطلبی درباره دنیای مادی روشن می کند. در ۱۹۲۷ در کپنهاک ارائه شد. ترویج تفسیر کپنهاک به وسیله آفرینندگانش، و موفقیت خیره کننده کسانی که آن را به کار بستند، دست به دست یکدیگر دادند تا این تفسیر در دهه ۱۹۳۰ به همان شهرتی برسد که امروزه دارد. اما هر تفسیر، چیزی بیش از یک تفسیر نیست. در عوض ممکن است خاستگاهها، جانبداریها و پذیرش آن از جهات مهمی، به همان اندازه که نتیجه اعتبار علمی هستند، معلول شرایط تاریخی و سلیقه های شخصی باشند.
شاید بهترین نمونه برای نشان دادن نقشی که عوامل انسانی در علم بازی می کنند، زندگی کارل ورنر هایزنبرگ باشد. که یکی از ابداع کنندگان اصلی و از فعالترین حامیان تفسیر کپنهاگ بود. در فوریه ۱۹۲۷ این دستیار ۲۵ ساله که دوره فوق دکترا را نزد نیلس بور می گذراند، معروفترین خدمت خود را، که عنصری کلیدی در تفسیر کپنهاگ بود، به فیزیک عرضه کرد: اصل نایقینی یا عدم قطعیت. این اصل را می توان مانند تفسیر کپنهاگ، نتیجه جستجو به دنبال ارتباطی معقول برای آشتی دادن دنیای روزمره آزمایشگاه با دنیای عجیب و تازه اتمها دانست.
به طور خلاصه، اصل عدم قطعیت بیان می کند که اندازه گیری همزمان دو متغیر به اصطلاح همیوغ، مانند مکان و اندازه حرکت یک ذره متحرک، الزاما با محدودیت در دقت همراه خواهد بود. هر چه اندازه گیری مکان دقیقتر باشد، از دقت در اندازه گیری اندازه حرکت کاسته خواهد شد، و بالعکس. در افراطی ترین حالت، دقت مطلق یکی از متغیرها، نادقیقی مطلق دیگری را به دنبال خواهد داشت.
این نایقینی تقصیر آزمایشگر نیست : بلکه نتیجه ذاتی معادلات کوانتومی و از ویژگیهای هر آزمایش کوانتومی است. بعلاوه، هایزنبرگ اعلام کرد تا زمانی که مکانیک کوانتومی اعتبار دارد، آدمی هرگز نخواهد توانست بر اصل عدم قطعت فائق آید. از زمان انقلاب علمی این اولین بار بود که فیزیکدانی برجسته، محدودیتی را برای شناخت علمی قائل می شد.
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، در کنار اندیشه های بزرگانی همچون بور و ماکس بورن، نظام منطقی و همبسته تفسیر کپنهاگ را شکل داد، تا حدی که هایزنبرگ و بورن در اکتبر ۱۹۲۷ در اجتماع پیشگامان فیزیک کوانتومی دنیا، این تفسیر را کامل و قطعی اعلام کردند. این گردهمایی، که پنجمین کنگره از سلسله کنگره های مشهور سول وه در زمینه فیزیک پایه بود، در حالی در بروکسل برگزار شد که از منصوب شدن هایزنبرگ به کرسی تدریس فیزیک نظری در دانشگاه لایپزیگ، تنها یک هفته می گذشت. هایزنبرگ ۲۵ ساله، جوانترین استاد تمام آلمان بود.
با توجه به اینکه هایزنبرگ به هنگام ارائه ارزشمندترین کار علمی اش این قدر کم سن و سال بود، می توان به یکی از خصلتهای مهمش که در این وهمه پژوهشهای نخستینش نمایان است، پی برد: میل تقریبا سیری ناپذیرش برای موفقیت علمی به نحوی که در هر کاری که می کرد به عنوان
بهترین» شناخته شود. تعجبی هم ندارد که منشأ بخش عمده ای از این میل را می توان در میراث خانوادگی اش جستجو کرد.
خانواده هایزنبرگ، خانواده ای فرهیخته و بلندپرواز بود که راه خود را در بین طبقات متوسط بالای جامعه آلمان باز می کرد. وحدت آلمان به رهبری اتوفون بیسمارک در اواخر قرن نوزدهم و رشد سریع اقتصادی متعاقب آن، باعث شده بود نیاز شدیدی به کارمندان، سیاستمداران، قضات، وکلا، و مدیران، احساس شود. در نتیجه، دانشگاهها و مدارس این کشور جدید، اهمیت بسیار یافتند. حیثیت اجتماعی و پاداش مادی فرهنگیان و شاگردان موفق آنان نیز فزونی بسیار پیدا کرد.
هم پدر ورنر، آوگوست، و هم پدربزرگ مادری اش، نیکولائوس و کلین، | به واسطه موفقیتهای علمی شان پله های ترقی را از سر آغازهایی پست تا اوج طبقات بالای بورژوازی آلمان طی کرده بودند. | و کلین، ریاست یکی از دبیرستانهای معتبر مونیخ را بر عهده داشت، و آوگوست در ۱۹۱۰ استاد زبانشناسی بیزانس در دانشگاه مونیخ شد. هر دو نیز از قشری که تازه بدان وارد شده بودند، همسر گزیدند.
از همان هنگامی که ورنر در ۱۹۰۱ به دنیا آمد، بزرگترهایش ترتیبی دادند که او نیز از راه دانش اندوزی، به رتبه اجتماعی بلندی دست یابد. آوگوست با اعتقاد به این که رقابت، زمینه را برای موفقیت علمی آماده می سازد، آتش همچشمی سختی را بین ورنر و برادر بزرگترش، اروین، برافروخت. دو پسر در طی سالها، بارها با یکدیگر در گیریهای شدیدی پیدا کردند، به نحوی که یک روز رقابتشان به زد و خورد خونینی انجامید که در آن با صندلی چوبی به جان یکدیگر افتادند. هر کدام در سنین بزرگسالی راه خود را پیش گرفت . اروین به برلین رفت و شیمیدان شد. و جز در دیدارهای گهگاه خانوادگی، چندان تماسی با یکدیگر نداشتند.
بلند پروازی ورنر برای رسیدن به اوج، در دوره بین ژوئیه ۱۹۲۵ که او و همکارانش بورن و پاسکوال جوردن توصیفی ریاضی برای مکانیک کوانتومی ارائه کردند، تا فوریه ۱۹۲۷ که روابط عدم قطعیت را شکل داد، بوضوح نمایان است. آنچه باعث شد تأثیر این غریزه در دوران مزبور تا این حد اهمیت یابد، همزمان شدن دو رویداد بود،
اول این که ناگهان چندین کرسی فیزیک نظری در بخش آلمانی زبان اروپای مرکزی خالی شد. آماده بودن این کرسیها برای شخصیت دانشگاهی بلندپروازی همچون هایزنبرگ، که قبلا برای عهده دار شدن کرسی تدریس دانشگاهی در دانشگاه گوتینگن پذیرفته شده بود، فرصتی مغتنم محسوب می شد.
دومین واقعه که شاید اهمیت بیشتری داشت، ظهور توصیف ریاضی جدید و رقیب گونه ای از مکانیک کوانتومی بود. هایزنبرگ و همکارانش در ۱۹۲۵ معادلاتی را برای مکانیک کوانتومی صورت بندی کردند که مبتنی بر ریاضیات محض حساب ماتریسی بود. به نظر آفرینندگانش، در این مکانیک ماتریسی» تمایل آنان برای تکیه بر تجربیات قابل مشاهده آزمایشگاهی منظور شده بود. آنان به اصولی همچون وجود پرشهای کوانتومی و ناپیوستگی درون اتمها معتقد بودند، و اندیشه مدلهای اتمی قابل تجسم را مردود می شمردند.
اروین شرودینگر، فیزیکدان ۳۹ ساله اهل وین که در آن هنگام در زوریخ پژوهش می کرد، از زاویه کاملا متفاوتی به مسائل فیزیک اتمی می پرداخت و هدفهای کاملا متفاوتی را دنبال می کرد. شرودینگر در سلسله مقالاتی که در نیمه اول ۱۹۲۹ منتشر شدند، معادله موج کوانتومی را ارائه داد که مبتنی بر فرضیه ای از لوئی دوبروی فرانسوی بود. این اندیشه، که مورد توجه آینشتاین قرار گرفت، از این قرار بود که هر ماده در حال حرکت را می توان متشکل از امواج دانست. شرودینگر این نظر را به کار بست و ادعا کرد، «امواج مادی» ، الکترونها، مدهای نوسان هماهنگی را درون اتمها ایجاد می کنند. این مدها، جای حالات اتمی ساکن را که در نظریه ماتریسی بیان می شد، می گرفتند: به عبارتی دیگر پرشهای کوانتومی ناپیوسته، در حقیقت انتقالات پیوسته از یک مد هماهنگ به دیگری بودند. اگر این ادعا صحت داشت، شرودینگر اصول مکانیک ماتریسی هایزنبرگ را بی ربط می دانست.
اکثر فیزیکدانان با خوشحالی از روش آشناتر شرودینگر استقبال کردند ولی چیزی درباره تفسیرش از آن نگفتند. این وضع ناگهان در مه ۱۹۲۹ عوض شد. در آن هنگام شرودینگر اثبات کرد که این دو صورت بندی رقیب، در واقع از نظر ریاضی هم ارز یکدیگرند. هایزنبرگ و طرفداران توصیف ماتریسی بلافاصله عقاید خود را تبلیغ کردند، آن هم به صورتی که بتدریج در هر دو جبهه حالت خصمانه تری به خود گرفت.
شرودینگر نیز برای فرونشاندن غائله کمکی نکرد. او در مقاله ای که هم ارزی دو فرضیه را مطرح می کرد، به جای آنکه استدلال کند هر دو طرح برابر شناخته شوند، طرح خود را برتر می دانست. او در پاورقی مشهور مقاله اش نوشت : (هیچ گونه ارتباطی بین کارهای من و هایزنبرگ) برایم متصور نیست. البته من از نظریه او مطلع بودم، اما روشهای جبر متعالی که به نظرم بغرنج می آمد، و نیز تجسم ناپذیری آن، اگر نگویم مرا مشمئز می کرد، لااقل دلسردم می ساخت.»
هایزنبرگ در نامه ای به همکار نزدیکش ولفگانگ پاولی جواب گونه ای داد : «هر چه بیشتر درباره قسمت فیزیکی نظریه شرودینگر فکر می کنم، بیشتر آن را مشمئز کننده می یابم … آنچه شرودینگر درباره تجسم پذیری نظریه اش می نویسد (محتملا زیاد درست نیست) (از تکیه کلامهای بور). به عبارتی دیگر، فضله است ) . هایزنبرگ علنا گفت تنها مزیت روش شرودینگر این بود که محاسبه احتمال انتقالات اتمی یا احتمال پرشهای کوانتومی را برای گذاشتن در ماتریسهای مکانیک کوانتومی، بسادگی ممکن می ساخت. پاولی نیز با او موافق بود.
با نگاه دقیقتری به زمان این گفته ها، روشن می شود که علت درگیری، مسئله هم ارزی نبود (پاولی آن را یک ماه پیش از آن، بدون این همه سروصدا اثبات کرده بود) بلکه برداشتی بود که هر یک از طرفین از آن کردند. هایزنبرگ و مکتب ماتریسی همه عمر حرفه ایشان را صرف دست و پنجه نرم کردن با آن دسته از پدیده های طبیعت کردند که به عقیده آنها وجود خارجی داشتند و در مکانیک ماتریسی شان منظور شده بود. آنان آینده شان را بر سر این کار گذاشته بودند. شرودینگر از طریق احیای فیزیک حرکات موجی پیوسته، علی، و معقول، و با طرد ناپیوستگی به ظاهر نامعقول، آبروی خود را گرو گذاشته بود. هیچ یک از طرفین حاضر نبود برتری دیگری، یا پیامد محتمل آن – یعنی غلبه حرفه ای طرف مقابل – را بپذیرد. ناگهان ماهیت و مسیر آینده مکانیک کوانتومی مورد اختلاف بودند.
این درگیری سبب شد بلندپروازی شغلی هایزنبرگ بیش از پیش تشدید شود. هایزنبرگ تنها چند هفته پیش از آن که شرودینگر اثبات هم ارزی را منتشر سازد، کرسی تدریس را در لایپزیگ رد کرده بود تا دستیار برر در کپنهاگ شود. همین که مقاله هم ارزی شرودینگر منتشر شد، پدر بزرگ شکاک ورنر، وکلین، باعجله به کپنهاگ رفت تا سعی کند نوه اش را از دستیار شدن باز دارد. فشاری که وکلین اعمال می کرد و مورد تردید قرار گرفتن پایه های مکانیک ماتریسی از جانب شرودینگر، سبب شدند تلاش هایزنبرگ برای عرضه کاری برتر مضاعف شود، تا از نظر حرفه ای مقبولیت عام یابد و سرانجام کرسی خالی دیگری را نصیبش سازد.
اما دست کم سه واقعه در ۱۹۲۹ باعث شدند اختلاف فکری وسیعی که بین اندیشه های خودش و دیدگاههای شرودینگر وجود داشت، بر او آشکار شود. اولین آنها، سخنرانیهای شرودینگر درباره فیزیک جدیدش بود که در اواخر ژوئیه در مونیخ برگزار شد. در آنجا، هایزنبرگ جوان از میان جمع انبوه حاضران بحث کرد که نظریه شرودینگر بسیاری از پدیده ها را توضیح نمی دهد. اما موفق نشد کسی را متقاعد کند و با دلسردی کنفرانس را ترک کرد. اتفاق بعدی در یکی از کنفرانسهای پاییزی دانشمندان و فیزیکدانان آلمانی روی داد، که در آن هایزنبرگ شاهد حمایت فراگیر ۔ و به نظرش کوته بینانه – از دیدگاههای شرودینگر بود.
بالاخره، مناظره سخت اما نهایت بی نتیجه بور و شرودینگر در اکتبر ۱۹۲۹ در کپنهاگ بود. نتیجه این مناظره، پی بردن به این مطلب بود که هیچ تفسیری برای هر یک از دو صورت بندی کوانتومی نبود که کاملا قابل پذیرش باشد. هر کس، یا هر یک از طرفین، که چنین تفسیری پیدا می کرد، در می یافت که همان گونه که از بور نقل شده است، در «آرزو»ی فیزیک بهتری برد.
همه این انگیزه های گوناگون – شخصی، حرفه ای و علمی به دست به دست یکدیگر دادند تا بالاخره در فوریه ۱۹۲۷ هایزنبرگ به این باور رسید که ناگهان به تفسیر لازم دست یافته است: اصل عدم قطعیت. مسیری که ذهنش در اواخر ۱۹۲۹ و اوایل ۱۹۲۷برای رسیدن به این اندیشه طی کرد، متأثر از پژوهشهای نزدیکترین همکارانش، بخصوص جوردن و پل ایم. دیراک بود. آن دو به همراه یکدیگر «نظریه تبدیل» را شکل دادند که ملغمه ای از ریاضیات موجی و ماتریسی بود. در آن هنگام، هدف هایزنبرگ و یارانش یافتن راهی قطعی برای داخل کردن ناپیوستگی در صورت بندی دیراک و جوردن بود.
مهمترین جرقه این تفسیر جدید از سوی پاولی زده شد. پاولی در نامه ای به تاریخ ۱۹ اکتبر ۱۹۲۹، که در آن، خالی بودن یکی از کرسیهای تدریس لایپزیگ را به هایزنبرگ خبر می داد، حالتهای اتمی ساکن را در بررسی قبلتر بورن راجع به امواج الکترونی آزاد به کار بست. وی دریافت که باید متغیرهای پیوسته ای برای اندازه حرکت (p) و مکان (q) هر الکترون اتم در نظر گرفت، اما رفتار کوانتومی شان به شکل «نقطه کور»ی تجلی می یافت : «pها را باید کنترل شده فرض کرد، و qها را کنترل نشده . به عبارتی دیگر، می توان تنها احتمال تغییرات قطعی ها را از شرایط اولیه مفروضی محاسبه کرد، و برای همه مقادیر ممکن وها معدل گرفت. پاولی نوشت بنابراین نه می توان درباره «مسیر» قطعی ذره صحبت کرد، «نه می توان به طور همزمان درباره مقدار p و مقدار q سؤال کرد».
هایزنبرگ پاسخ داد که از نامه پاولی و آن نقطه کور « بسیار ذوق زده» است، و تا ماهها بعد درباره اش به تأمل پرداخت.
این شوق زدگی هایزنبرگ به نامه ای 14 صفحه ای به تاریخ ۲۳ فوریه ۱۹۲۷ خطاب به پاولی انجامید. او در آن تقریبا همه ویژگیهای اساسی مقاله ای را شرح داد که دقیقا یک ماه بعد تحت عنوان «محتوای تجسم پذیری مکانیک و حرکت شناسی نظریه کوانتومی» فرستاد و این مقاله، مقاله عدم قطعیت هایزنبرگ بود.
هایزنبرگ که روابط عدم قطعیت را هم از ریاضیات و هم از آزمایشهای ذهنی استنتاج کرده بود، انطباق این دو را دلیلی بر اعتبار همیشگی عدم قطعیت تلقی می کرد. استدلال ریاضی از اینجا شروع می شد که یک تابع موجی را منحنی زنگ مانندی فرض می کرد، یا با عبارت ریاضی، توزیع احتمال متغیر q را یک توزیع گاوسی می دانست. خطای موجود در دانستن مقدار دقیق q (که به انحراف معیار معروف است) دلتا q نام می گیرد. هایزنبرگ با استفاده از صورت بندی ابداعی دیراک و جوردن، توزیع گاوسی را به متغیر همیوغ p تبدیل کرد.
هایزنبرگ ضمن این کار دریافت که نتیجه ریاضی این فرض این است که انحراف معیار این دو توزیع ۔ یعنی عدم دقت در مقدار p و q – با یکدیگر نسبت عکس دارند. این نسبت معکوس را می توان تعمیم داد و با رابطه
نشان داد. که در آن h ثابت پلانک است وی سپس نشان داد این نتیجه صرفا انتزاعی نیست بلکه کاملا با هر آزمایش ذهنی که اندازه گیری همزمان یک جفت متغیر همیوغ مثل مکان و اندازه حرکت یا انرژی و زمان را شامل شود، سازگاری دارد.
اما قابلیت انطباق با آزمایش مرهون ابتکارات متعددی بود که هایزنبرگ با هدف منظور کردن ناپیوستگی و ذرات به خرج داد. یکی از اینها تعریف مجدد تجسم پذیری در عنوان مقاله اش به معنی هر چیز «فیزیکی» بود که از لحاظ تجربی معنی دار باشد، نه چیزی که بتوان تجسم کرد یا به تصویر کشید. این تغییر برای مقابله با انتقاد شرودینگر بود که می گفت فیزیک ذره ای ناپیوسته، اساسا نامعقول و غیرقابل تجسم است. این ابتکار با ابداع دیگری ارتباط تنگاتنگ داشت: و آن تعریف مجدد مفاهیم کلاسیکی همچون مکان، تندی، و مسیر ذره اتمی بر حسب عملیات آزمایشی که برای اندازه گیریشان انجام می شود، یا به عبارتی دیگر نوعی عملگرایی بود، تنها آنچه فیزیکدان بتواند اندازه بگیرد، معنای حقیقی دارد، و این اندازه گیریها همیشه روابط عدم قطعیت را از خود نشان می دهند.
در نظر هایزنبرگ جوان، اصل عدم قطعیت، کمال و فرجام انقلاب کوانتومی بود: انقلابی که در بر گیرنده زحمتهایش برای پایه ریزی آن چیزی بود که خودش در بنای آن نقش داشت. او گویی برای آنکه هر گونه مخالفتی با این دیدگاه را ساکت کند، مقاله اش را با چندین ادعا به پایان رساند که بسیار فراتر از ریاضیات و آزمایشهای ذهنی بودند. هایزنبرگ اعلام کرد که با نظریه تبدیل دیراک . جوردن، صورت بندی کوانتومی کامل و غیر قابل تغییر است، و روابط عدم قطعیت صحیح و انکارناپذیرند چون نتیجه مستقیم این صورت بندی هستند. بنابراین همه مشاهدات تجربی پیشین و آتی در زمینه پدیده های اتمی، مشمول این تفسیر هستند.
بعلاوه، او استدلال کرد که گرچه فیزیک کوانتومی در بر گیرنده یک جزء آماری اساسی است، اما این جزء از ویژگیهای ذاتی طبیعت نیست، بلکه بدین دلیل بروز می کند که وقتی فیزیکدان می خواهد به مشاهده پدیده های طبیعی بپردازد، در آنها آشفتگی به وجود می آورد. سرانجام، هایزنبرگ برای نخستین بار بروشنی ژرفترین پیامد عدم قطعیت را بیان کرد. و آن به زیر سؤال رفتن (علیت» بود.
اصل علیت ایجاب می کند که هر معلولی، متأخر به یک علت منحصر به فرد باشد. این اندیشه بیش از یک قرن به عنوان فرض اولیه تقریبا هر گونه پژوهش معقول به کار گرفته می شد. شاید بتوان ساده ترین تعریف علیت را به لاپلاس، ریاضیدان فرانسوی نسبت داد که آن را در مکانیک نیوتنی به کار بست: اگر مکان و اندازه حرکت ذره ای در لحظه ای مفروض بدقت معلوم باشد، آن گاه با علم به همه نیروهایی که بر آن ذره اعمال می شوند، می توان کل حرکت آینده آن را بر اساس معادلات مکانیک کاملا تعیین کرد.
اما به عقیده هایزنبرگ، اصل عدم قطعیت این را نفی می کند: «در صورت بندی اکید قانون علیت ۔ یعنی اینکه اگر حال را بدانیم، می توانیم آینده را محاسبه کنیم . آنچه اشتباه است فرض قضیه است، نه حکم آن.» مقادیر اولیه اندازه حرکت و مکان را نمی توان در آن واحد با دقت مطلق اندازه گرفت. بدین ترتیب، تنها می توان گستره ای از احتمالات را برای مکان و اندازه حرکت ذره ای در هر لحظه از آینده محاسبه کرد. تنها یکی از احتمالات منجر به حرکت واقعی ذره خواهد شد.
رابطه علیت بین حال و آینده گم می شود، و قوانین و پیش بینیهای مکانیک کوانتومی صرف ماهیت احتمالی با آماری به خود می گیرند.
مقاله هایزنبرگ در بیان اصل عدم قطعیت، تقریبا از هر نظر ژرف و فراگیر بود. این مقاله گذشته از تأمین هدفهای هایزنبرگ، نمودی از شخصیتش بود. وقتی استادش، بور، به دلیل خطایی در استدلالش از او ایراد گرفت، هایزنبرگ به حدی با الجاجت از مواضع خود دفاع کرد که به قول خودش مجادله شان در بهار ۱۹۲۷ به «سوء تفاهمی شخصی فاحشی» کشیده شد. این خطا ناشی از تکیه بیش از اندازه هایزنبرگ بر ناپیوستگی و ویژگیهای ذره ای کوانتومهای نور در یکی از آزمایشهای ذهنی اساسی اش به نام میکروسکوپ پرتو گاما بود.
وقتی بور که برای تعطیلات به اسکی رفته بود به انستیتویش بازگشت، دید که هایزنبرگ پیش نویس مقاله را آماده کرده است. هنگامی که بور مقاله اش را به درخواست هایزنبرگ برای آینشتاین فرستاد، به طور خصوصی به او گفت که هایزنبرگ در پرداختن به مسئله، بسیاری از جوانب را در نظر نگرفته، و میکروسکوپ پرتو گاما هم گرچه نتیجه درستی از آن به دست آمده، بکلی اشتباه است. در نظر بور، روابط عدم قطعیت صرفا ناشی از صورت بندی، تعریف مجدد مفاهیم پایه ای و ارجحیت ناپیوستگی و ذرات بر امواج پیوسته نبود. بلکه دوگانگی موج – ذره، و در میکروسکوپ پرتو گاما، تفرق امواج نور به وسیله الکترون به داخل عدسی میکروسکوپ نیز اهمیت بسیار داشتند.
مفاهیم موج و ذره «مکمل» یکدیگرند، یعنی در عین آنکه متقابلا همدیگر را نفی می کنند، اما هر دو توصیف ضروری اند. بور استدلال کرد که آزمایشگر باید به هگام تحلیل آزمایش با مفهوم موج را انتخاب کند، یا مفهوم ذره را. تاوان این گونه تبعیضها، محدودیتی است که در آنچه می توان از چنین آزمایشهایی آموخت به وجود می آید، و این محدودیت در روابط عدم قطعیت نمایان است. در نظر بور، استدلال هایزنبرگ تنها حالت خاصی از آن چیزی بود که اکنون بور اصل مکمل بودن می نامید.
هایزنبرگ بشدت مخالف بود. او با اصرار بر استفاده از ذرات و ناپیوستگی، به هیچ وجه حاضر نبود پیشنهاد بور را مبنی بر پس گرفتن مقاله، که در همین ضمن برای چاپ نیز فرستاده بود، بپذیرد. هایزنبرگ نه می توانست استفاده گسترده از امواج یا تصورات مبتنی بر مکانیک موجی را تحمل کند، و نه حاضر بود بزرگترین سهم خود را در تفسیر کپنهاگ منتشر نسازد. مجادله ای که از آن پس با بور پیدا کرد آنچنان شدت یافت که می گویند در یکی از رویاروییها اشک از چشمان ورنر سرازیر شد و با گفته های تندش کاری کرد که حتی بور که معمولا فرد استواری بود، دل ریش شد. واضح بود که این جوان ۲۵ ساله چیزهای بسیاری را در خطر می دید: دیدهای جدیدش، برنامه های دانشگاهی اش، و حتی میلش برای برابری علمی با استادانش . مقاله اش بدون تجدید نظر در شماره ماه مه یکی از مجلات معتبر فیزیک آلمان چاپ شد، اما تکمله کوتاهی هم در آن بود که به اشتباه آزمایش میکروسکوپ اعتراف داشت و خوانندگان را از برخی از نکات اساسی استدلال بور آگاه می ساخت.
هایزنبرگ تقریبا چهار ماه بعد خصومتها را کنار گذاشت و کاملا از این رو به آن رو شد. حتی به نظر می رسید از بور به خاطر انتقادش متشکر است. پس از آن که بور نخستین سخنرانی اش را درباره مکمل بودن در سپتامبر ۱۹۲۷ خطاب به عده ای که در کنار دریاچه کومو در ایتالیا گرد هم آمده بودند ایراد کرد، هایزنبرگ که تا پیش از آن به نایقینی یقین داشت، برای اولین بار با بزرگمنشی از بور قدردانی کرد. در نسخه منتشر شده بحثی که متعاقب سخنرانی بور در کومو مطرح شد، هایزنبرگ از او به خاطر روشن کردن عدم قطعیت «تا آخرین جزئیاتش» و تبیین آن چیزی که بعدها به تفسیر کپنهاگ معروف شد، تشکر کرد.
شاید دگرگونی درونی هایزنبرگ از هنگامی آغاز گشت که بلندپروازیهایش ارضا شد. چون در همان ماهی که کنفرانس کومو برگزار شد، هایزنبرگ اطلاع یافت که بزودی برای عهده دار شدن کرسی تدریس دانشگاه لایپزیگ دعوت خواهد شد. هایزنبرگ بالاخره به این هدف خود رسیده بود.
همچنان که میل هایزنبرگ برای اثبات تواناییها و سهمش در مکانیک کوانتومی فروکش کرد، میل دیگری به وجود آمد که بور را نیز شامل می شد: نیاز به پایه ریزی برنامه پژوهشی دایمی و رده اولی در لایپزیک در زمینه فیزیک پایه. توضیحات بور علاوه بر تقویت پایه های سست عدم قطعیت، زمینه ای تبلیغی برای پیروان این فیزیکدان دانمار کی فراهم آورد که مانند هایزنبرگ مشتاق بودند فیزیک تکمیل شده ای از کرسیهای تازه به دست آمده شان سر بر آورد و آن را در مقاله هایشان به کار بندند. هایزنبرگ و بقیه شاگردان بور، اکنون دیگر حمایتهای خود را صرف برنامه ها با اکتشافات فردی، و مکانیک ماتریسی یا عدم قطعیت نمی کردند، بلکه در خدمت «روحیه کپنهاگ» بودند.
هایزنبرگ و دیگران موفق شدند پذیرش تفسیرشان را، علی رغم مخالفتهای باقیمانده پیشگامانی همچون آینشتاین و شرودینگر، تضمین کنند. در طی نیم دهه ای که از گردهمایی کومو و بعدها کنگره سول وه گذشت، هایزنبرگ و انستیتویش نظریات کوانتومی مهمی در زمینه بلورهای حالت جامد، ساختار مولکولی، تفرق تابش به وسیله هسته ها و ساختار نوترون – پروتون هسته ها عرضه کردند. آنان با کمک نظریه پردازان دیگر، گامهای بلندی به سوی نظریه نسبیت کوانتومی میدانها برداشتند و اساس پژوهشهای فیزیک انرژیهای بالا را پی ریزی کردند.
طبیعتا چنین موفقیتهایی باعث جلب بسیاری از بهترین دانشجویان به سوی انستیتوهایی مانند انستیتوی هایزنبرگ شد. این دانشجویان که مطابق تعلیمات کپنهاگ پرورش یافتند، نسل جدید و غالب فیزیکدانان را تشکیل دادند، که با قدرت رسیدن هیتلر در دهه ۱۹۳۰، در سراسر جهان پراکنده شدند و اندیشه هایشان را پخش کردند.
هایزنبرگ و دیگر پیروان مکتب کپنهاگ برای رساندن تعلیماتشان به کسانی که به انستیتوهای اروپایی نمی آمدند، درنگ نمی کردند. هایزنبرگ بخصوص امریکا را محیط مساعدی برای تبلیغ مکتبش می دانست. هایزنبرگ ضمن سفری به دور دنیا به همراه دیراک در ۱۹۲۹، سخنرانیهای بسیار مؤثری درباره تعلیمان کپنهاگ در دانشگاه شیکاگو ایراد کرد. هایزنبرگ در دیباچه سخنرانیهایش نوشت: «به نظر من اگر این کتاب به گسترش (تفسیر کپنهاگ از نظریه کوانتومی)، که راهگشای توسعه کل فیزیک اتمی امروزی بوده است، تا اندازه ای کمک کند، هدف من بر آورده شده است.»
پرورش دهنده این تفسیر در حالی به لایپزیگ باز گشت که دیگر نخستین تلاشهای علمی اش در حرفه او مقبولیت عام یافته بود و موقعیتهای برجسته ای را چه از نظر دانشگاهی و چه علمی نصیبش ساخت. در ۱۹۳۳، همکارانش به بهترین نحو از کارهای هایزنبرگ، به همراه شرودینگر و دیراک، قدردانی کردند: آن هم با اعطای جایزه نوبل.
اگرچه امروزه به حق از هایزنبرگ به عنوان یکی از بزرگترین فیزیکدانان عصر حاضر یاد می کنند، اما عده ای هم از او به دلیل بسیاری از اعمالش پس از به قدرت رسیدن هیتلر خرده می گیرند. هایزنبرگ هرگز به حزب نازی ملحق نشد. اما مقامهای دانشگاهی مهمی را بر عهده داشت و سخنگوی فرهنگ آلمان در مناطق اشغالی بود. وی که بارها پیشنهاد مهاجرت از آلمان را رد کرده بود، برنامه های پژوهشی در زمینه شکافت اورانیم را برای رایش سوم سرپرستی می کرد.
هایزنبرگ بعد از جنگ توجیهات گوناگونی برای اعمالش ارائه داد، که وجهه اش را در خارج بیش از پیش لکه دار کرد. توأم بودن عجیب چنین رفتارهای سؤال برانگیزی با نبوغش در فیزیک، بیانگر مشکلات بزرگتر دانش و دانشمندان در قرنی پرتلاطم و گاه بی رحم است. هایزنبرگ، این فرزند وفادار آلمان که چنین دید ژرفی نسبت به طبیعت داشت، به سختی می توانست بفهمد و بپذیرد که کشورش تا چه اندازه به طور فاجعه آمیزی راه خطا پیش گرفته است. وی در ۱۹۷۹ بر اثر ابتلا به سرطان کلیه و کیسه صفرا در خانه اش در مونیخ در گذشت.
منبع: مجله دانشمند – فروردین 1372
