الفيزياء والفلسفة

الفيزياء والفلسفة

تأليف
فيرنر هايزنبرج

ترجمة
أحمد مستجير

الفيزياء والفلسفة

Physik und Philosophie

فيرنر هايزنبرج

Werner Heisenberg

الناشر مؤسسة هنداوي
المشهرة برقم ١٠٥٨٥٩٧٠ بتاريخ ٢٦ / ١ / ٢٠١٧

يورك هاوس، شييت ستريت، وندسور، SL4 1DD، المملكة المتحدة
تليفون: ‭+ ٤٤ (٠) ١٧٥٣ ٨٣٢٥٢٢‬
البريد الإلكتروني: hindawi@hindawi.org
الموقع الإلكتروني: https://www.hindawi.org

إنَّ مؤسسة هنداوي غير مسئولة عن آراء المؤلف وأفكاره، وإنما يعبِّر الكتاب عن آراء مؤلفه.

تصميم الغلاف: ولاء الشاهد

الترقيم الدولى: ‭٩٧٨ ١ ٥٢٧٣ ٣٨٨٨ ٣‬

صدر أصل هذا الكتاب باللغة الألمانية عام ١٩٥٨.
صدرت هذه الترجمة عام ١٩٩٣.
صدرت هذه النسخة عن مؤسسة هنداوي عام ٢٠٢٥.

جميع حقوق النشر الخاصة بتصميم هذا الكتاب وتصميم الغلاف محفوظة لمؤسسة هنداوي. جميع حقوق النشر الخاصة بنص العمل الأصلي محفوظة لأسرة السيد الدكتور أحمد مستجير.

مقدمة بقلم بول دافيز (١٩٨٩م)

ليست الثورات الحقيقية في العلم مجرد اكتشافاتٍ مُذهلة وتقدُّمات سريعة في التفهُّم. إنها أيضًا تُغير المفاهيم التي عليها يُبنى الموضوع، ولقد حدث مثل هذا التحوُّل الجذري في علم الفيزياء خلال السنين الثلاثين الأولى من هذا القرن، وبلغ أوجَهُ فيما سُمِّي «العصر الذهبي للفيزياء»، وكانت نتيجته أن تغيرت نظرة الفيزيائي للعالم تغيرًا جذريًّا لا يُعكَس.

تضمَّنت التطورات التي أحدثت هذا الاضطراب الهائل صياغةَ نظريتَين جديدتَين تمامًا كانت الأولى نظرية عن الفضاء والزمن والحركة، اسمُها النسبية. أما الثانية فكانت نظريةً تختصُّ بطبيعة المادة وطبيعة القوى التي تعمل عليها. ولقد نشأت هذه الأخيرة عن ملاحظةٍ لماكس بلانك وجد فيها أن الإشعاع الكهرومغناطيسي ينبعِث في دفقاتٍ متميزة، أو كمَّات. طُوِّرت «نظرية الكم» هذه في العشرينيات إلى نظريةٍ عامة هي «ميكانيكا الكم». ولقد لعب مؤلِّف هذا الكتاب دورًا قائدًا في الصياغة الأولى لميكانيكا الكم، ثم فيما تلاها من تعريفٍ بتضميناتها الثورية. وكلُّ مَنْ درس شيئًا عن ميكانيكا الكمِّ يعرف مبدأ اللاحتمية أو مبدأ هايزنبرج؛ فهذا عنصر رئيسي في فيزيقا الكم.

وبالرغم من أن الكثير قد كُتب مؤخرًا عن الأسس العجيبة لمفاهيم ميكانيكا الكم، فإن علينا أن نُولي اهتمامًا خاصًّا لتأمُّلات هايزنبرج، أحد كبار مهندسي هذه النظرية، لقد ظل هايزنبرج — وحتى وفاتِه عام ١٩٧٦م — على اهتمامه العميق بعالم الكم، وبالتضمينات الفلسفية الهائلة التي تنثال منه. والشرح الذي سيلي هو استعراض شامل لهذه الآراء، ومعه تقييم لنظرية النسبية ولبعض مناحي الفيزياء الذرية والجُسيمية. إنه نموذج للوضوح وهو واحد من أوضح التقارير عما يُسمَّى «تفسير كوبنهاجن» لميكانيكا الكم الذي أصبح وجهة النظر القياسية.

إن المبحث المحوري لعرض هايزنبرج — الذي بُني على محاضرات جيلفورد التي ألقاها في العام الدراسي ١٩٥٥-١٩٥٦م بجامعة سانت أندروز — هو أنَّ الكلمات والمفاهيم المألوفة في الاستعمال اليومي قد تفقد معناها في عالم النسبية وفيزياء الكم. فقد يُصبح من المتعذِّر مثلًا أن نجد إجابةً ذات معنًى لأسئلةٍ تُطرح عن الفضاء والزمن أو عن خصائص الأشياء المادية كمثل مواقعها، بالرغم من أنها أسئلة تبدو معقولة تمامًا في أحاديثنا اليومية. وهذا بدوره له تضميناته العميقة بالنسبة لطبيعة الواقع وبالنسبة لنظرتنا الكلية للعالم.

إن التكيُّف مع جيشان المفاهيم الذي تتطلَّبه النظرية النسبية لهو أسهل في نواحٍ كثيرة مما تتطلَّبه ميكانيكا الكم. من الصحيح أن النسبية تتضمَّن بعض الأفكار الغريبة كمثل تمدُّد الزمن وتقلُّصه وانحناء الفضاء والثقوب السوداء، وصحيح أيضًا أنها تؤكِّد أن ليس ثمة إجابات صريحة واضحة لأنماطٍ مُعينة من الأسئلة تبدو معقولة تمامًا وذات معنًى. فلقد نسأل مثلًا عن الوقت الذي يقع فيه حدث، أو عما إذا كان حدثان في مكانَين مختلفَين قد وقعا في نفس اللحظة، لكن مثل هذه الأسئلة، في صورتها هذه، قد تكون ممَّا لا يمكن الإجابة عليه، لأن النظرية تُخبرنا أن ليس ثمة زمن كوني مُطلق. كما ليس ثمة مفهوم كوني للتزامن، فمثل هذه الأشياء أشياء «نسبية»، ولا بدَّ أن تُنسب إلى إطارٍ مرجعي مُحدد قبل أن يصبح للسؤال معنًى. لكن هذه الأفكار، بالرغم من كونها غريبة غير مألوفة فإنها لا تُنافي العقل على نحوٍ بيِّن ولا هي تُثير أية مشاكل في التفهُّم حقيقية. ولهذا السبب يلزم أن تُعتبر النظرية النسبية، في صورتَيها الخاصة والعامة، نظريةً لا خلافية.

ربما كانت أعقد المشاكل الفلسفية التي أبرزتها نظرية النسبية هي إمكانية أن يكون الكون قد نشأ في لحظةٍ مُحددة في الماضي، عندما بزغت المادة والطاقة فجأةً في الوجود ومعهما الفضاء والزمن. والحق أن الدرس الرئيسي لنظرية النسبية هو أن الفضاء والزمان لا يُشكلان فقط المساحة التي عليها تُمثَّل الدراما الكونية، ولكنهما أيضًا جزء من صميم العرض — نعني أن الزمان هو جزء من العالم الفيزيقي تمامًا مثل المادة، بل الحق أنهما مُتناسجان في حميمية. ولقد ذكر هايزنبرج أن القديس أوغسطين في القرن الخامس قد سبقَنا إلى فكرة أنَّ الزمن لا يمتدُّ إلى الوراء حتى الأبد، وإنما هو قد خُلق مع الكون. هناك إذن نظير علمي للتعاليم المسيحية عن الخلق من العدم، لكن ما حدث من تحريفٍ لمفهومنا عن السببية الفيزيقية تحريف ضخم. ولقد ابتدأ مؤخرًا فقط، ظهور صورةٍ مُرضية عن أصل الزمكان من داخل سياق كوزمولوجيا الكم (وهذا عِلم تطوَّر بعد وفاة هايزنبرج).

وميكانيكا الكم، على عكس نظرية النسبية، تعرض لنا مشاكل في المفاهيم والفلسفة أكبر بكثير. وعن هذه المشاكل بالتحديد يُحدِّثنا هايزنبرج في وضوح بالِغ، ويلزم أن أؤكِّد من البداية أن معظم الطلبة يدرسون ميكانيكا الكم كمُقرر، وليس أبدًا ثمة ما يُلزمهم بأن يتورَّطوا في قضاياها الفلسفية. والتطبيق العملي لميكانيكا الكم ناجح لحدٍّ بعيد، ولقد تغلغل في ميادين عديدة مِن العلم والتكنولوجيا المعاصرة. ليس ثمة من يُجادل فيما تتنبَّأ به النظرية، وإنما فقط فيما تعنيه.

في قلب ثورة الكم يقع مبدأ هايزنبرج للَّاحتمية. وهذا المبدأ يقول — بشكلٍ عريض — إن كل المقادير الفيزيقية التي يمكن ملاحظتها تخضع لتقلُّباتٍ لا يمكن التنبُّؤ بها، تجعل قِيَمها غير مُحددة تمامًا. خُذ على سبيل المثال موقع «س» وكمية حركة «ح» جسيم كَمَّاتي مثل الإلكترون. للباحث أن يقيس أيًّا مِن هاتين القيمتَين لأي درجة من الدقة يراها. لكن مِن المستحيل أن تكون لهما سويًّا قِيَم دقيقة في نفس الوقت. ثمة لاحتمية أو انتشار في قيمتَيهما س ح على التوالي) بحيث إن حاصل الضرب س × ح لا يمكن أن يقلَّ عن رقمٍ ثابتٍ مُعين؛ ومِن ثم فإن زيادة الدقة في تعيين المَوقع لا بد أن تكون على حساب انخفاض الدقة في تعيين السرعة والعكس بالعكس. وهذا الثابت (ويُسمَّى ثابت بلانك، عن اسم ماكس بلانك) رقم غاية في الصغر، بحيث لا تُصبح للآثار الكمَّاتية أية أهمية عمومًا إلا في المجال الذري. ونحن لا نلاحظها في حياتنا اليومية.

مِن المُهم هنا أن نعرف تمامًا أن هذه اللاحتمية تكمُن في صلب الطبيعة، وأنها ليست مجرد نتيجةٍ لقصورٍ في تكنولوجيا القياس. ليس الأمر مجرد إهمالٍ مِن المُجرِّب في أن يقيس الموقع وكمية الحركة في نفس الوقت. إن الجُسيم ببساطة لا يمتلك قيمتَين دقيقتَين متزامنتَين لهاتَين الخصيصتَين. لقد تعوَّدنا على اللاحتمية في الكثير من العمليات المادية — في البورصة مثلًا أو في الديناميكا الحرارية — لكن اللاحتمية في هذه المجالات ترجِع إلى قصورٍ في البيانات المُتاحة وليس إلى عجزٍ أساسي فيما قد يُعرَف عن هذه النظم.

لِلَّاحتمية تضمينات عميقة. إنها تعني مثلًا أن الجسيم الكمَّاتي لا يتحرك عبر الفضاء في مسارٍ واضح التحديد. فلقد يترك الإلكترون الموقع «أ» ليصل إلى الموقع «ب» لكن ليس في الإمكان أن نُعيِّن مسارًا مُحددًا يربط ما بين الموقعَين. وعلى هذا فإن النموذج المعروف للذرة، وبه الإلكترونات تدور حول النواة على طول مدارات مُميزة هو نموذج مُضلل إلى حدٍّ بعيد. يُخبرنا هايزنبرج أنَّ مِثل هذا النموذج قد يكون مفيدًا في تكوين صورةٍ مُعينة بالذهن، ولكنها صورة لا يربطها بالواقع غير رباطٍ واه.

يؤدِّي تشابُك الموقع وكمية الحركة إلى لاحتمية مُتأصِّلة في سلوك النظم الكمَّاتية، حتى لتُصبح أكمل البيانات عن نظامٍ ما (الذي قد يكون مجرد جسيمٍ مفردٍ حُرِّ الحركة) غير كافية على العموم للتمكُّن من تنبُّؤ مُحدَّد عن سلوكه. فلقد يمضي نظامان مُتطابقان عند البدء، ليفعلا شيئين مختلفَين تمامًا. وعلى سبيل المثال فقد يُطلق المُجرِّب إلكترونًا نحو هدفٍ ليجد أنه يَستطير إلى اليسار، فإذا ما كرَّر التجربة تحت نفس الظروف فقد يستطير الإلكترون التالي إلى اليمين.

على أنَّ عدم إمكانية التنبُّؤ في النظم الكمَّاتية لا يعني الفوضى. فما زالت ميكانيكا الكمِّ تُمكِّننا مِن أن نُحدِّد بدقة «الاحتمالات» النسبية للبدائل. ميكانيكا الكم إذن نظرية إحصائية في مقدورها أن تُعطي تنبُّؤات لا لبس فيها بالنسبةِ لمجموعاتٍ من النظم المتطابقة، ولكنها لا تُقدم عمومًا شيئًا محددًا عن نظامٍ مفرد. أما ما تختلف فيه عن غيرها من النظريات الإحصائية (مثل الميكانيكا الإحصائية أو التنبُّؤ بالجو أو علم الاقتصاد) فهو أنَّ عامل الصدفة متأصِّل في طبيعة النظام الكمَّاتي، ولا يَفرضه فقط قصور إدراكنا لكلِّ المُتغيرات التي تؤثر في النظام.

ليس هذا مجرد مُماحكة مُتحذلقة. خذ أينشتين مثلًا، لقد راعته فكرة اللاتنبُّؤية المُتأصِّلة في العالم الفيزيقي ليرفُضها في غير تحفُّظ بقولتِه الشهيرة: إن الإله لا يلعب النرد مع الكون. كان يرى أن ميكانيكا الكم قد تكون صحيحةً في حدودها، لكنها بالرغم من ذلك ناقصة ولا بد من وجود ثمة مستوًى أعمق من مُتغيرات دينامية مخبوءة تؤثِّر في النظام وتُضفي عليه لاحتمية ولاتنبُّؤية، في الظاهر لا أكثر. لقد أمل أينشتين أن توجَد تحت فوضى الكم صيغةٌ غاية في الدقة من عالمٍ مألوف حسَن السلوك من الديناميكا الحتمانية.

عارض هايزنبرج ونيلز بوهر، وبقوة، محاولة أينشتين للتشبُّث بهذه النظرة الكلاسيكية للعالم. امتدَّ الجدل الذي بدأ في أوائل ثلاثينيات هذا القرن لسنين طويلة، كان أينشتين أثناءها يُهذب من اعتراضاته ويُعيد صياغتها. كان أكثر هذه الاعتراضات ثباتًا هو ما اقترحَه مع بوريس بودولسكي وناثان روزين عام ١٩٣٥م، وهو ما يُطلَق عليه عادة اسم «مفارقة آب ر» (والواقع أنه ليس ثمة مفارقة حقيقية). تتعلق هذه المفارقة بخصائص نظامٍ من جُسيمَين يتفاعلان ثم يفترقان وينطلقان بعيدًا عن بعضهما مسافة طويلة. تقول ميكانيكا الكمِّ إن النظام يبقى كُلًّا لا يتجزأ بالرغم من انفصال الجُسيمَين في الفضاء، والمتوقَّع أن تُبين القياسات المُتزامنة التي تُجرى على الجُسيمَين تلازُمات تدلُّ على أن كلَّ جسيمٍ يحمل (بمعنًى يمكن تحديدُه تحديدًا رياضيًّا جيدًا) أثرًا لنشاطات الآخر. يحدث هذا التعاضُد بالرغم من قيود نظرية النسبية الخاصة لأينشتين نفسه والتي ترفض أي اتصالٍ فوري مادي بين الجُسيمَين.

كان أينشتين يرى أنَّ نظام الجُسيمين يوضح القصور في ميكانيكا الكم، ذلك أن المُجرِّب عندما يُجري القياسات على الجُسيم الثاني وحدَه (وهو ما يعني في الواقع استخدام هذا الجُسيم بالإنابة كوسيلة للحصول على بيانات عن الجسيم الأول) فقد يستنبط، حسب هواه، موقع الجُسَيم الأول في تلك اللحظة أو كمية حركتِه. يقول أينشتين إن هذا بالتأكيد يعني ضرورة إضفاء قدْرٍ من الواقع في تلك اللحظة على الجُسيمَين كليهما، لأن الباحث يستطيع أن يدنو من أيٍّ منهما لا كليهما مُستخدمًا نظام قياسٍ لا يمكن أن يُقلق الجسيم موضع الاهتمام (بسبب قيد سرعة الضوء).

تمضي مفارقة آب ر إلى قلب الصورتَين المختلفتَين للعالم اللتَين تفرضهما علينا الفيزياء الكلاسيكية وفيزياء الكم. فأما صورة العالم الكلاسيكي التي يَعتنقها أينشتين في حماسٍ فهي صورة تنسجِم جيدًا مع العقل العام بتأكيدها الواقع الموضوعي للعالم الخارجي. هي تُسلِّم بأن ملاحظاتنا بالضرورة تقتحِم ذلك العالم وتُقلقه، لكن هذا الإقلاق ليس سوى اتفاقٍ عرضي يمكن التحكُّم فيه وتقليله. ثم إن هذه النظرة تعتبر العالم الصغير مختلفًا في المدى، لا في مرتبة الوجود، عن عالم الشهادة الكبير. فالإلكترون صورة مُصغرة من كرة بلياردو عادية، ويشترك مع هذه الأخيرة في مجموعةٍ كاملة من الخصائص الدينامية، مثل صفة الوجود في مكانٍ ما (نعني أن لها موقعًا) والحركة في مسار معين (نعني أن لها كمية حركة). فمُلاحظاتنا في العالم الكلاسيكي لا تخلق الواقع وإنما تكشِفه. وعلى هذا تظلُّ الذرَّات والجُسيمات موجودة تحمِل صفاتٍ مُحددة تمامًا حتى لو لم نكن نلحظها.

في مقابل ذلك نجد أن تفسير كوبنهاجن لميكانيكا الكم — الذي يُناصره هايزنبرج بوضوحٍ تامٍّ في هذا الكتاب — يرفض الواقع الموضوعي لعالم الكمِّ الصغير. إنه يرفض مثلًا أن يكون للإلكترون موقع مُحدد تمامًا وكمية حركة مُحددة تمامًا، في غياب ملاحظة فعلية لموقعه أو لحركته (ولا يمكن أن يكون لكليهما سويًّا في نفس الوقت قِيم قاطعة). وعلى هذا فلا يمكن أن نعتبر الإلكترون أو الذرة شيئًا صغيرًا بالمعنى الذي تكون فيه كرة البلياردو شيئًا. إن كلامَنا يكون بلا معنًى إذا نحن تحدَّثنا عما يفعله إلكترون بين ملاحظتَين، لأن الملاحظة وحدَها هي التي تخلق واقع الإلكترون. وعلى هذا فإن قياس موقع إلكترونٍ ما يخلق إلكترونًا — له — موقع، وقياس كمية حركته يخلق «إلكترونًا — ذا — حركة» لكنَّا لا نستطيع أن نعتبِر هذا الكيان أو ذاك موجودًا بالفعل قبل أن نُجري القياس.

ما هو الإلكترون إذن من وجهة النظر هذه؟ هو ليس شيئًا ماديًّا بقدْر ما هو تشفير تجريدي لمجموعةٍ مِن الإمكانات أو النتائج المحتمَلة للقياسات. هو طريقة مُختزلة للإشارة إلى وسيلةٍ لربط ملاحظاتٍ مختلفة عن طريق الصورية الميكانيكية للكم. لكن الواقع يكمُن في الملاحظات لا في الإلكترون.

أما إنكار الواقع الموضوعي للعالم الخارجي المُضمَر في تفسير كوبنهاجن، فكثيرًا ما يُصاغ في عباراتٍ أكثر حذرًا. لكن هايزنبرج في هذا الكتاب يقدِّم لنا بعضًا من أصرح ما رأيتُ من تأكيداتٍ لهذا الموقف. هو يقول: «في التجارب التي تُجرى على الوقائع الذرية، علينا أن نتعامل مع الأشياء والحقائق، مع ظواهر لها نفس واقعية الحياة اليومية. لكن الذرات أو الجُسيمات الأولية ذاتها ليست واقعية، مثلها، إنها تُشكِّل عالمًا من الإمكانات أو الاحتمالات لا عالمًا من الأشياء والحقائق.» تُوسَم آراء أينشتين بأنها «واقعية دوجماطية» وهي تُمثل موقفًا طبيعيًّا جدًّا في رأي هايزنبرج. والحق أن الغالبية العُظمى من العلماء يَدينون به. هم يعتقدون أن أبحاثهم تشير فعلًا إلى شيء واقعي يُوجَد هناك في العالم المادي، وأن الكون المادي الشرعي ليس مجرد ابتكار من خيال العماء. إنَّ النجاح غير المُتوقَّع للقوانين الرياضية البسيطة في الفيزياء يدعم الاعتقاد بأن العالَم إنما يطرُق واقعًا خارجيًّا موجودًا بالفعل، لكن هايزنبرج يُنبِّهنا إلى أن ميكانيكا الكمِّ قد بُنِيَت أيضًا على قوانين رياضية بسيطة ناجحة تمامًا في تفسير العالم المادي، غير أنها لا تتطلَّب أن يكون لهذا العالم وجود مُستقل، بالمعنى الذي تقول به «الواقعية الدوجماطية». وعلى هذا فإن العلم الطبيعي مُمكن بالفعل دون أساسٍ من الواقعية الدوجماطية.

هنا نصِل إلى الموضوع الذي يُشكل ذروة قضية هايزنبرج، تساءل كيف يمكن التحدُّث عن الذرات وما أشبه إذا ما كان وجودها مبهمًا؟ أيُّ معنًى ننسبُه للكلمات التي تشير إلى خصائصها؟ إنه يؤكد المرة بعد المرة أن كل الحقائق التي نبني عليها عالم الخبرة تشير إلى أشياء عيانية تُرى بالعين — دقَّات عداد جايجر، بُقَع على لوحة فوتوغرافية، وهلم جرًّا. وكل هذه أشياء نستطيع أن نربطها ببعضها بعضًا بشكلٍ معقول بكلامٍ عادي بسيط (إذا استعرْنا تعبير بوهر). ولا يُمكننا أن نُدرك عالم الكمِّ الصغير دون هذه الستارة الخلفية «للأشياء» الكلاسيكية المعقولة المألوفة (وواقعها على ما يبدو أمر أكيد)، لأن كل قياساتنا وملاحظاتنا للعالَم الدقيق تؤخَذ عن طريق الأجهزة الكلاسيكية وتتضمَّن رصد سجلَّات دقيقة، كمثل موقع المؤشر على جهاز القياس، وهي سجلَّات لا يختلف عليها اثنان، ولا يكتنِفها أي إبهام أو غموض تصوُّري.

دعم هايزنبرج حُجته بالاستناد إلى مبدأ بوهر المُسمَّى «مبدأ التتام». هذا المبدأ يُسلم بالغموض الأساسي المتأصل في النظم الكمَّاتية: أن يفصح النظام الواحد عن خصائص تبدو مُتناقضة. فالإلكترون على سبيل المثال قد يسلك سلوك موجةٍ وقد يسلك سلوك جُسيم. ويؤكد بوهر أن هاتَين الخصيصتَين هما وجهان للواقع مُتتامَّان لا مُتناقضان، فلقد تُفصح تجربة عن الطبيعة المَوجية للإلكترون بينما تُفصح أخرى عن الطبيعة الجُسيمية. ولا يمكن للإلكترون أن يُفصح عن الخصيصتَين في آنٍ معًا، والأمر يرجع للمُجرب في أن يُقرِّر الوجه الذي يكشفه عندما يختار تجربته. وموقع الإلكترون وكمية حركته هما كذلك صفتان مُتتامَّتان وعلى المُجرب أن يُقرر أية خصيصة سيرصُد.

أما سؤالنا «هل الإلكترون موجة أم هو جُسيم؟» فلا يُشبه إلا السؤال «هل تقع أستراليا فوق بريطانيا أم تحتها؟» والإجابة: «كلاهما، ولا أيُّهما». للإلكترون كِلا الوجهَين، ويمكن لأيِّهما أن يتجلَّى، ولكن ليس لأيِّهما أيُّ معنًى في غياب سياقٍ تجريبي مُحدد، وبذا فإن ميكانيكا الكم تستخدِم كلماتٍ مألوفة (كمثل الموجة أو الجُسيم أو الموقع) لكن معانيها في غاية التعقيد، وعادة ما تكون غامضة. يُحذرنا هايزنبرج إذا ما قادنا الاستعمال الغامِض غير المَنهجي للُّغة إلى مشاكل، فعلى الفيزيائي أن يتحول إلى البرنامج الرياضي وعلاقاته الواضحة مع الحقائق التجريبية.

وهذا في الحق هو الخط الأساسي للحُجة، لأن ميكانيكا الكم — في صميمها — برنامج رياضي يربط نتائج الملاحظات بطريقةٍ إحصائية، وهذا هو كلُّ شيء. وكل حديث عمَّا يجري «فعلًا» ليس إلَّا محاولة كي نكسب في عالم الكمِّ عينيَّة غير شرعية تُيسِّر التخيُّل. تفحَّص هايزنبرج في هذا الخصوص أعمال ديكارت وكانط في ضوء الفيزيقا الحديثة، وتوصَّل إلى أن الكلمات والمفاهيم المُرتبطة بها، ليس لها معانٍ مُطلقة مُحددة تمامًا. إنها تنشأ من خلال تجاربنا في العالم، ثم إننا لا نعرف مسبقًا مجال تطبيقاتها. إننا لا نتوقَّع أن نكشف أية حقيقةٍ جوهرية عن العالم عن طريق المُعالَجة المجرَّدة للكلمات والمفاهيم. أما حقيقة أننا لا نستطيع ببساطةٍ أن ننقل إلى ميدان النسبية أو الكم كلماتٍ ومفاهيم معينة دارجة، فلم تكن عند هايزنبرج أمرًا يُثير الاعتراض من الناحية الفلسفية.

وبالرغم من أن معظم الجدل الكمَّاتي قد جرى على المستوى الفلسفي إلا أن ثمة عددًا قد أُجريَ من التجارب الحاسمة ذات العلاقة المباشرة بالموضوع. وربما كان أهمها تلك التي اختصَّت بدفع التجربة التي تخيَّلها آب ر إلى حقل الفيزياء العملية في عام ١٩٦٥م. وسَّع جون بيل مناظرة آب ر، وأثبت بشكلٍ عامٍّ أن أية نظرية ترتكز على «الواقع الموضوعي» وتُحرَّم فيها أية إشاراتٍ أسرع من الضوء، لا بدَّ أن تُرضي لاتساويات رياضية مُعينة، وأن تقصُر ميكانيكا الكم بالضرورة (تبعًا للنظرية القياسية) عن إرضائها، ومِن ثم نُضطر إما إلى أن نتخلَّى عن الواقع الموضوعي (مع بوهر وهايزنبرج) أو أن نتخلَّى عن نظرية النسبية الخاصة. وليس بين الفيزيائيين غير القليل ممَّن يُفضلون السبيل الأخير. ولاختبار لاتساويات بيل، قام آلين أسبكت وزملاؤه بمعهد البصريات قُرب باريس، بتجارب في أوائل الثمانينيات مُستخدِمين أزواجًا من الفوتونات من مصدرٍ ذري شائع. وبعد العديد من المحاولات الدقيقة ظهرت النتائج واضحةً جلية. لقد نُقضت لاتساويات بيل حقًّا وفقًا لتنبُّؤات ميكانيكا الكم.

ظهرت هذه النتائج بعد وفاة هايزنبرج، غير أن الفرصة قد أُتيحت لي كي أُناقشها مع الكثيرين من زملائه القدامى، الذين ساهموا، ومعهم بوهر، في تشكيل تفسير كوبنهاجن في ثلاثينيات هذا القرن. كانوا جميعًا مُتحفظين بالنسبة لتجربة أسبكت التي عضدت في جمالٍ موقفهم، وقالوا إن النتائج لا يمكن لها أن تكون غير ما كانت، وأنها لم تكن مفاجأة.

وبالرغم من ذلك فإن تفسير كوبنهاجن ليس خاليًا من النقائض، فما يزال الكثيرون من الفيزيائيين يشعرون بالضيق بالنسبة للنظرية التي يلزم قبل تطبيقِها توسيع الصورية بفروض إبستمولوجية (معرفية) مُعينة. أما حقيقة أنَّ تفسير كوبنهاجن يرتكز على قبول الوجود المُسبق للعالم الكلاسيكي الكبير، فإنها تبدو حقيقةً دائرية ومتناقضة، لأن العالم الكبير يتألَّف من عالم الكم الصغير. وبالرغم من أن الآثار الكمَّاتية ضئيلة للغاية على مؤشرات الأجهزة وعلى الأسطح الفوتوغرافية، إلا أنها موجودة بالفعل من ناحية المبدأ. يأمُل الفيزيائيون أن يستنبطوا العالم الكلاسيكي حدًّا أعلى لعالم الكم، لا أن يفترضوه مسبقًا.

يظهر ضعف تفسير كوبنهاجن عندما نطرح السؤال: ما الذي يحدث فعلًا داخل جزءٍ من جهاز القياس عند قياس جُسيم كَمَّاتي؟ إن افتراض كوبنهاجن يقول إننا نعامِل الجهاز معاملةً كلاسيكية، أما إذا عاملناه (بشكلٍ أكثر واقعية) كمجموعة (إن تكن كبيرة) من جُسيمات كماتية، فستكون النتيجة مُزعجة للغاية. إن نفس ما يكتنِف الجُسيم من الغموض واللاحتمية سيجتاح الآن النظام بأكملِه، وبدلًا من أن يقوم الجهاز بإفراد حقيقة واقعة مُعينة من بين مجال من الاحتمالات المُمكنة ويجعلها مما يُدرَك بالحواس، فإن النظام المركَّب من (الجهاز زائدًا الجُسيم) سيتَّخذ وضعًا لا يزال يُمثل مجالًا من الاحتمالات المُمكنة. لنأخذ مثالًا محددًا. إذا ما أُعِد الجهاز ليقيس ما إذا كان إلكترون ما موجودًا بالنصف الأيمن أو بالنصف الأيسر من صندوق، وإذا ما كان الجهاز سيُفصح عن النتيجة بأن ينحرف المؤشر إلى اليمين أو إلى اليسار حسب الحالة، فإن النتيجة النهائية لهذا الإجراء هي أن يتَّخذ النظام المُركَّب وضعًا لا يمكن فيه اختيار أي من النتيجتَين، إنما سيكون الوضع هو تراكبًا من حالَين، واحد يتألَّف من الإلكترون والمؤشر إلى اليمين، والآخر يتألف منهما إلى اليسار. وما دام هذان البديلان متنافِيَين فقد لا تكون ثمة مشكلة لا تُذلَّل، لكن قد يكون هناك أيضًا في التجارب الأكثر عموميةً تداخُل بين البديلَين بحيث لا تتبدَّى ثنائية هذا أو ذاك. باختصار، لن يمكن القول بأن ثمة قياسًا فعليًّا قد تم.

لم يولِ هايزنبرج إلا أقلَّ اهتمامٍ للعمل الضخم عن «مشكلة القياس» الذي قام به جون فون نويمان وغيره. استند إلى أن الآثار الكمَّاتية وبالذات تداخُل الاحتمالات تتشتَّت إن آجلًا وإن عاجلًا في مُحيط العالم الكبير، سيقتنع معظم الناس بهذا، إلا جماعة جديدة من الفيزيائيين يُعرَفون باسم «كوزمولوجيي الكم». يُحاول هؤلاء المنظرون تطبيق ميكانيكا الكم على الكون ككلٍّ لكشف سِر منشئه. فإذا ما اعتبرنا الكون بأكملِه هو نظام الكم المَعني، فلن يكون بالطبع ثمَّة مُحيط لعالم كبير أوسع، أو جهاز قياس خارجي، يُمكن لتشوُّش الكم أن يتلاشى فيه. يرفض معظم كوزمولوجيي الكم تفسير كوبنهاجن بما يتطلَّبه من آليةٍ إبستمولوجية إضافية. ويفضلون بديلًا عنه أن يأخذوا الصورية الكمَّاتية بقيمتها الظاهرية. وهذا يعني ببساطةٍ قبولهم المدى الكامل للبدائل الكمَّاتية واقعًا موجودًا فعلًا. نعني أنهم يقطعون في تجربة القياس آنفة الذكر بوجود عالَمَين؛ واحد بالإلكترون والمؤشر إلى اليسار، وآخر بهما إلى اليمين، يتضمن قياس الكم عمومًا التسليم بعددٍ لانهائي من العوالم الموازية تتصاحَب في الوجود. ومرة أخرى سنجد أن الكثير من هذه التطوُّرات لم يحدث إلا بعد وفاة هايزنبرج، وإن كنتُ أعتقد أنه لم يكن ليُولِيها كثيرًا من اهتمامه.

يعالج هذا الكتاب موضوعاتٍ أخرى، لعلَّ أجدرَها بالذكر هو بعض التقدُّمات المُبكرة في الفيزياء الذرية والجُسيمية. لا يُشير هايزنبرج كثيرًا إلى محاولاته الشخصية في توحيد الفيزياء الجسيمية، لكنه يلفِت النظر إلى بعضٍ من أعسر الصعوبات التي نُقابِلها في تطبيق ميكانيكا الكمِّ على الجُسيمات النسبوية. مرة أخرى سنجد الحوادث تتجاوز الكتاب. إن التشعُّبات المُفزعة، أو اللانهايات التي ذكرها، قد غدت اليوم وقد وُفِّقَت روتينيًّا في معظم التطبيقات، دون ما إفساد لقدرةِ النظرية على التنبُّؤ، بل لقد أصبح من الممكن جدًّا تجنُّبها تمامًا في بعض نظريات التوحيد الحديثة، لا سيما فيما يُسمَّى بنظرية الخيط الفائق. كما أن نظريَّتنا عن الجُسيمات الأولية قد أصبحت اليوم أفضل بكثيرٍ مما كانت عليه عندما وُضِع هذا الكتاب. ولربَّما حظِيَت نظرية الكواركات واللبتونات الحديثة بمُوافقة هايزنبرج لو أنها ظهرت في حياته. أما مناقشته للإله والأخلاقيات فهي سطحية نوعًا، وأعتقد أنها وُضِعت أساسًا لمقابلة مُتطلَّبات محاضرات جيلفورد.

ولكن هذه ليست سوى اعتراضات ثانوية على كتاب يعرِض على نحوٍ مُرضٍ جوهر ثورة الإدراك الذهني التي تُسمَّى الفيزياء الحديثة. ولقد أنجز هايزنبرج هذا بلا رياضيات وبأقلِّ قدرٍ من التفاصيل التقنية، لا يلزم بالتأكيد أن تكون فيزيائيًّا كي تُتابع حُجَجه وتُقدر الطبيعة الخطيرة لتحوُّل الفكر الذي أعقب ثورتي النسبية والكم، أما ذلك السحر الذي لا ينضب لهذا الكتاب فإنما يرجع إلى أنه يحمل القارئ، في وضوحٍ رائع من عالَم الفيزياء الذرية الخفي إلى عالم الناس واللغة وإدراك واقِعِنا المشترك.

الفصل الأول

تقليد قديم وتقليد حديث

عندما يتحدَّث المرء اليوم عن الفيزياء الحديثة فستكون الأسلحة الذرية هي أول ما يجول بخاطره. كلنا يُدرك الأثر الهائل لهذه الأسلحة على البناء السياسي لعالَمنا المعاصر، وكلنا مُستعد لأن يُسلم بأن أثر الفيزياء على الوضع العام لم يكن أبدًا بهذا القدْر قبلًا. لكن، هل الوجه السياسي للفيزياء الحديثة هو الأهم حقًّا؟ عندما يُوفق العالم نفسه ببنائه السياسي مع الإمكانيات التقنية الجديدة، فماذا يا تُرى سيبقى من أثر الفيزياء الحديثة؟

لإجابة هذَين السؤالين يجب أن نذكُر أن كل أداة تحمل معها الروح التي أبدعتها. ولمَّا كان من الضروري أن تهتم كل أمةٍ وكل جماعة سياسية بالأسلحة الجديدة بشكلٍ ما، بغضِّ النظر عن موقعها وعن تقاليدها الحضارية، فإن روح الفيزياء الحديثة ستتغلغل في أذهان الكثيرين، وتربط نفسها بالتقاليد القديمة بطرُق مختلفة. وهذا الأثر الناجم عن ذلك الفرع الخاص من العلوم الحديثة: ماذا ستكون نتيجتُه على مختلِف التقاليد القديمة الراسخة؟ وُجِّهَ الاهتمامُ الأساسي في المناطق من العالم التي تطوَّر فيها العلم الحديث، ولفترة طويلة، نحو النشاط العملي: الصناعة والهندسة جميعًا، مع تحليل منطقي للشروط الخارجية والداخلية الواجب توافرها لمِثل هذا النشاط. لن يجِد مثل هؤلاء الناس صعوبةً في التعامُل مع الأفكار الجديدة؛ فلقد سمح لهم الوقت بالتكيُّف البطيء التدريجي مع المناهج العلمية الحديثة للتفكير. لكن مثل هذه الأفكار ستواجَه في مناطق أخرى من العالم بالبناء الديني والفلسفي للثقافات المحلية. ولمَّا كانت نتائج الفيزياء الحديثة تمسُّ مفاهيم أساسية مثل الواقع والمكان والزمان، فقد تؤدي المواجهة إلى تطوُّراتٍ جديدة تمامًا لا يمكن حتى الآن التنبؤ بها. ثمة ملمح مُميز لهذا اللقاء بين العِلم الحديث والمناهج الأقدم للتفكير، هو دوليَّتُه الكاملة. وفي تبادُل الأفكار بين الجانبين سنجد جانبًا (التقليد القديم) يختلف باختلاف مناطق العالم، بينما سنجِد الآخر واحدًا في كل مكان، وعلى هذا فإن نتائج هذا التبادُل ستنتشر في كل المناطق التي تحدُث فيها المناقشات.

لمثل هذه الأسباب قد يكون ثمة ما يُفيد في محاولة مناقشة أفكار الفيزياء الحديثة بلُغةٍ غير مُسرفة في التقنية، وفي دراسة نتائجها الفلسفية، وفي مقارنتها ببعض التقاليد الأقدم.

ولعلَّ أفضل طريق للولوج إلى مشاكل الفيزياء الحديثة هو الوصف التاريخي لتطوُّر نظرية الكم. صحيح أن نظرية الكم ليست إلا قطاعًا صغيرًا من الفيزياء الذرية، وأن الفيزياء الذرية نفسها ليست سوى قطاع صغير جدًّا من العلوم الحديثة، لكن نظرية الكم هي النظرية التي حدثت بها أهم التغيُّرات الجذرية بالنسبة لمفهوم الواقع، ونظرية الكم في صورتها الأخيرة هي التي تركزت بها وتبلورت الأفكار الجديدة للفيزياء الذرية. تُبين أجهزة التجارب الهائلة البالغة التعقيد اللازمة لبحوث الفيزياء النووية، تُبين ملمحًا آخر لهذا الفرع من العلوم الحديثة مُثيرًا غاية الإثارة. أما بالنسبة للتقنية التجريبية فإن الفيزياء النووية تُمثل الامتداد المتطرِّف لمنهجٍ في البحث تُحدد به نمو العلم الحديث منذ هويجنز أو فولتا أو فاراداي. وبنفس المعنى قد يُمكن القول إن التعقيدات الرياضية المُثبطة لبعض أجزاء نظرية الكمِّ تُمثل النتيجة المتطرفة لمناهج نيوتن أو جاوس أو ماكسويل. لكن التغيُّر في مفهوم الواقع الذي يُفصح عن نفسه في نظرية الكم ليس مجرد استمرارٍ للماضي، إنه يبدو اختراقًا في بناء العلم الحديث. وعلى هذا فسنُخصِّص الفصل التالي لدراسة التطور التاريخي لنظرية الكم.

الفصل الثاني

تاريخ نظرية الكم

ترتبط نظرية الكم بمظاهر معروفة لا تنتمي إلى الأجزاء الرئيسية من الفيزياء الذرية. فإذا ما سخَّنت أي قطعة من المادة، فإنها تبتدئ في التوهُّج، وبارتفاع الحرارة تلتهبُ ويحمرُّ لونُها ثم يزداد اتِّقادها فتبيضُّ. ولا يعتمد اللون كثيرًا على سطح المادة، وهو في الأجسام السوداء يتوقَّف تمامًا على درجات الحرارة، وعلى هذا فإن الإشعاع المنبعث من مثل هذه الأجسام السوداء على درجات الحرارة المُرتفعة يُعتبر مادةً ملائمة للبحث الفيزيائي. إنه ظاهرة بسيطة يجِب أن تجِد تفسيرها البسيط في القوانين المعروفة للإشعاع والحرارة؛ على أن المحاولة التي قام بها اللورد رايلي وجينس في نهاية القرن التاسع عشر قد فشلت وكشفت عن صعوباتٍ خطيرة. لن يكون من السهل أن نصِف هنا هذه الصعوبات في عباراتٍ بسيطة، ويكفي فقط أن نذكُر أن تطبيق القوانين المعروفة لم يؤدِّ إلى نتائج معقولة. وعندما دخل بلانك هذا المجال من البحث عام ۱۸۹٥م حاول أن يحوِّل المشكلة من الإشعاع إلى الذرة المُشعَّة. بيد أن هذا لم يؤدِّ إلى إزالة أيٍّ من الصعوبات المُلازمة للمشكلة، لكنه بسَّط تفسير الحقائق التجريبية. في هذا الوقت بالذات — في صيف عام ۱۹۰۰م — قام كرلباوم وروبنس في برلين بإجراء قياساتٍ جديدة دقيقة جدًّا لِطَيف الإشعاع الحراري. عندما سمع بلانك بهذه النتائج حاول أن يُفسرها عن طريق صِيَغ رياضية بسيطة بدت مقبولةً من بحثه عن العلاقة العامة بين الحرارة والإشعاع. ثم تقابل بلانك وروبنس يومًا على فنجان شايٍ في منزل بلانك، وقارَنا نتائج روبنس الأخيرة بصيغة جديدة اقترحها بلانك، بيَّنت المقارنة توافقًا كاملًا. وكان هذا هو اكتشاف قانون الإشعاع الحراري لبلانك.

كان هذا في الوقت ذاته بدايةً للعمل النظري المُكثف لبلانك. ماذا كان التفسير الفيزيائي الصحيح للصيغة الجديدة؟ كان بلانك يستطيع من أعماله السابقة، أن يُترجم صيغته بسهولة إلى بيان عن الذرة المُشعة (أو ما تُسمَّى بالمُتذبذبة)، ولا بد أنه اكتشف سريعًا أن صيغته تُشير إلى أن المُتذبذبة لا يمكن أن تحوي إلَّا كمات مُتميزة من الطاقة — وهذه نتيجة تختلف تمامًا عن كلِّ ما عُرف قبلًا في الفيزياء الكلاسيكية، حتى ليُمكن القول إنه لا بدَّ وأن قد رُفِض تصديقُها في البداية. لكنه أقنع نفسه خلال فترة عمله المُكثف صيف ۱۹۰۰م بأن لا مفرَّ من هذا الاستنباط، ذكر ابنُ بلانك أن والده قد حدَّثه عن أفكاره الجديدة أثناء نزهةٍ طويلة على الأقدام في جرونيفالد — تلك الغابة في ضواحي برلين. شرح له في هذه النزهة بأنه شعر كما لو كان قد توصَّل إلى كشفٍ من الطراز الأول، ربما لا يُضارعه إلا اكتشافات نيوتن. لا بد إذن أنَّ بلانك كان يُدرك آنئذٍ أن صيغته مسَّت أُسس وصفنا للطبيعة، وأن هذه الأُسس ستبدأ يومًا ما في التحرك من وضعها التقليدي الحالي نحو وضعٍ مُستقرٍّ جديد لا يزال مجهولًا. لم يكن بلانك يُحب هذه النتيجة على الإطلاق وهو المحافظ في نظرته الكلية للمُستقبل، لكنه نشر فرضَه الكمَّاتي في ديسمبر عام ١٩٠٠م.

أما فكرة أن الطاقة لا يُمكن أن تنبعِثَ أو تُمتصَّ إلا في كمَّات طاقة مُتميزة فقد كانت فكرةً جديدة تمامًا، حتى لم يكن من المُستطاع تكييفُها داخل الهيكل التقليدي للفيزياء. حاول بلانك مرة أن يُصالح فرضَه الجديد مع القوانين الأقدم للإشعاع، لكن محاولته فشلت في القضايا الأساسية، وتطلَّب الأمر خمسَ سنين كي تخطو الخطوة التالية في الاتجاه الجديد.

في هذه المرة كان الشاب أينشتين — ذلك العبقري الثوري بين الفيزيائيين — هو الشخص الجسور الذي لم يخشَ هجر المفاهيم القديمة. كان ثمَّة مشكلتان يُمكنه فيهما أن يستخدِم الأفكار الجديدة. فأما الأولى فهي ما يُسمى الظاهرة الضوكهربية، انبعاث الإلكترونات من المعادن تحت تأثير الضوء. بيَّنت التجارب — لا سيما تجارب لينارد — أن طاقة الإلكترونات المُنبعثة لا تعتمِد على شدة الضوء، وإنما فقط على قوَّته — أو إذا أردتَ الدقة على تردُّده. ولا تستطيع النظرية التقليدية للإشعاع أن تُفسر هذا. ولقد تمكَّن أينشتين من تفسير هذه الملاحظات بأن ترجم فرضَ بلانك على أنه يقول إن الضوء يتكوَّن من كمَّات من الطاقة تتحرَّك خلال الفضاء. ويلزم أن يكون الكم الواحد للضوء — بناءً على افتراضات بلانك — مُساويًا لتردُّد الضوء مضروبًا في ثابت بلانك.

وأما المشكلة الثانية فكانت هي الحرارة النوعية للأجسام الجامدة. تؤدي النظرية التقليدية إلى قِيَم للحرارات النوعية تتوافق مع المُلاحظات على درجات الحرارة المُرتفعة، لكنها تخالفها على درجات الحرارة المُنخفضة، ومرة أخرى تمكَّن أينشتين من أن يوضِّح أننا نستطيع تفهُّم هذا السلوك بتطبيق فرض الكمِّ على اهتزازات المرونة للذرَّات في الجسم الجامد. ولقد كانت هاتان النتيجتان علامة بارزةً من علامات التقدُّم لأنهما كشفَتا عن وجود كمِّ الفعل لبلانك — وهكذا يُسمَّى ثابت بلانك بين الفيزيائيين — عن وجوده في ظواهر مُتعددة ليس لها علاقة مع الإشعاع الحراري. ثم إنهما كشفتا في نفس الوقت عن الصفة الثورية العميقة للفرض الجديد. فلقد قادت الأولى منهما إلى وصْفٍ للضوء يختلف عن الصورة الموجية التقليدية. من المُمكن تفسير الضوء إما على أنه يتكوَّن — تبعًا لنظرية ماكسويل — من موجاتٍ كهرومغناطيسية، أو أنه يتكوَّن من كمَّات ضوء، أو رزَم من الطاقة تتحرَّك خلال الفضاء بسرعةٍ هائلة. لكن هل مِن الممكن أن يكون كليهما؟ عرف أينشتين بالطبع أنه لا يمكن تفسير الظواهر المعروفة للحيود والتداخُل إلَّا على أساس الصورة الموجية. ولم يكن في استطاعته أن يُناقش التعارُض التام بين الصورة الموجية وفكرة كمَّات الضوء. ولا هو حاول حتى أن يُزيل التناقُض الذاتي لهذا التفسير. لقد أخذ التناقض ببساطةٍ على أنه شيء يُمكن فهمُه فيما بعد.

في غضون ذلك كانت أبحاث بيكريل وكوري ورذرفورد قد أدَّت إلى بعض التوضيح بالنسبة لتركيب الذرة. فقد أثمرت ملاحظات رذرفورد على تفاعل أشعَّة ألفا التي تنفُذ خلال المادة، أثمرت عام ۱۹۱۱م النموذج الذري الشهير، وفيه تُصوَّر الذرة على أنها نواة موجبة الشحنة تحوي كلَّ كتلة الذرة تقريبًا، تدور حولها إلكترونات مثلما تدور الكواكب حول الشمس. وفسَّرت الرابطة بين ذرات العناصر المختلفة كتفاعُل بين الإلكترونات الخارجية للذرات المتجاورة، فليس لها علاقة مباشرة بنواة الذرة. تُحدد النواة السلوك الكيماوي للذرة من خلال شحنتها، التي تُحدد بدَورها عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة. لم يكن هذا النموذج الذري في بداية الأمر قادرًا على تفسير أهم الملامح المُميزة للذرة: نقصد ثباتها الهائل. ليس ثمَّة نظام كوكبي يُمكنه، تبعًا لميكانيكا نيوتن، أن يعود إلى صورته الأصلية بعد تصادُمه بنظامٍ شبيه، لكن ذرة عنصر كالكربون ستظلُّ ذرة كربون بعد أي تصادُم أو تفاعُل يحدُث في الترابط الكيماوي.

قدَّم بوهر عام ۱۹۱۳م تفسير هذا الثبات الفريد، وذلك بتطبيق فرض الكم لبلانك. فإذا كانت الذرة تستطيع أن تُغير طاقتها فقط عن طريق كمَّات طاقة مُميزة، فإن هذا يعني بالضرورة أن الذرة لا يمكن أن توجَد إلا في حالاتٍ موقوفة مميزة، أدناها هي الحالة الطبيعية للذرة. وعلى هذا فإن الذرة بعد أي تفاعلٍ ستعود في نهاية المطاف إلى حالتها الطبيعية.

بتطبيق نظرية الكم على النموذج الذري استطاع بوهر، ليس فقط أن يُفسر ثبات الذرة وإنما أيضًا أن يُقدم في بعض الحالات البسيطة تفسيرًا نظريًّا للطَّيف الخطِّي الذي تُطلقه الذرات بعد إثارتها بالتفريغ الكهربي أو الحرارة. ترتكز نظريتُه على تشكيلةٍ من الميكانيكا الكلاسيكية لحركة الإلكترونات تحت شروطٍ كمَّاتية فُرضت على الحركات الكلاسيكية لتحديد الحالات الموقوفة المُميزة للنظام. ولقد قدم سومر فيلد فيما بعدُ صياغةً رياضية متينة لهذه الشروط. كان بوهر يُدرك حقيقة أن الشروط الكمَّاتية تُفسد، بشكلٍ ما، استقامة ميكانيكا نيوتن. يمكن للمرء باستخدام نظرية بوهر أن يحسب تردُّدات الضوء المنبعِث من ذرةٍ بسيطة كذرَّة الأيدروجين.

ولقد اتَّضح وجود اتفاقٍ تامٍّ مع الملاحظات. غير أن هذه التردُّدات كانت تختلف عن التردُّدات المدارية وعن توافقيَّات الإلكترونات الدائرة حول النواة، وقد بيَّنت هذه الحقيقة على الفور أن النظرية لا تزال الدائرة حول النواة، وقد بيَّنت هذه الحقيقة على الفور أن النظرية لا تزال تعجُّ بالمُتناقضات، لكنها تحمل جزءًا كبيرًا من الحقيقة. فهي تفسر بالفعل — وصفيًّا — السلوك الكمَّاتي للذرات وطيفها الخطي، ولقد تأكدت صحة وجود الحالات الموقوفة عن طريق تجارب فرانك، وهيرتس، وشتيرن وجيرلاخ.

فتحت نظرية بوهر فرعًا جديدًا من البحوث. أُتيح الآن كل ذلك القدْر الهائل من المادة التجريبية التي جمعت بالمِطياف خلال بضعة عقود، أُتيح ليُستخدَم كبيانات عن قوانين الكم الغريبة التي تحكم حركات الإلكترونات في الذرة، كما أمكن أيضًا استعمال الكثير من تجارب الكيمياء لنفس الغرض. ولقد تعلم الفيزيائيون من ذلك التاريخ أن يسألوا الأسئلة الصحيحة. وكثيرًا ما نقطع، بوضع السؤال الصحيح، أكثر من نصف الطريق نحو حلِّ المشكلة.

وماذا كانت هذه الأسئلة؟ كانت كلها تقريبًا تتعلق بالتناقضات الغريبة الواضحة بين نتائج التجارب المختلفة. فالإشعاع الذي يُسبب نموذج التداخُل، والذي لا بد من ثم أن يتألف من موجات، كيف يمكن أن يُتيح أيضًا الظاهرة الضوكهربية وهي التي تحتاج بالضرورة أن يكون مؤلفًا من جُسيمات متحركة؟ وتردُّد الحركة المدارية للإلكترون في الذرة، كيف يُمكن ألَّا يتبدى في تردُّد الإشعاع المنبعث؟ هل يعني هذا أن ليس ثمة حركة مدارية؟ لكن إذا ما كانت فكرة الحركة المدارية خاطئة، فماذا يحدث للإلكترونات داخل الذرة؟ يُمكننا أن نرى الإلكترونات وهي تتحرك خلال الغرفة السحابية، وهي تُطرد أحيانًا من الذرة، فلماذا إذن لا تتحرك خلال الذرة أيضًا؟ من الصحيح أنها قد تكون في وضع سكون، في الحالة الطبيعية للذرة — حالة أدنى طاقة. لكن ثمة حالات كثيرة لطاقةٍ أعلى يكون فيها للقشرة الإلكترونية عزم زاوٍ. ومثل هذه الإلكترونات لا يمكن أن تكون في وضع سكون. يُمكننا أن نُضيف العديد من الأمثلة المُشابهة، وسنجد، المرة بعد المرة، أن محاولة وصف الأحداث الذرية باستخدام المصطلحات التقليدية للفيزياء ستؤدي إلى تناقُضات.

وبالتدريج، خلال أوائل العشرينيات، تعوَّد الفيزيائيون على هذه الصعوبات، واكتسبوا معرفةً مُعينة غامضة عن المواقع التي تحدُث بها المشاكل، وتعلَّموا أن يتجنَّبوا التناقُضات. عرفوا أي وصفٍ للوقائع الذرية سيكون هو الصحيح بالنسبة لكلِّ تجربةٍ. لم يكن هذا كافيًا لتشكيل صورة عامة مُتماسكة عما يحدُث في العملية الكمَّاتية، لكنه غيَّر فكر الفيزيائيين بطريقةٍ ما أدخلَتْهم إلى روح نظرية الكم. وعلى هذا، فقد كان العلماء يعرفون بالتقريب ما ستكون عليه نتيجة أي تجربة حتى قبل ظهور صياغة مُتماسكة لنظرية الكم.

كثيرًا ما نناقش ما يُسمَّى بالتجارب المثالية. تُصمَّم مثل هذه التجارب لتُجيب على سؤال حاسم، بغضِّ النظر عن إمكانية تنفيذها، من المُهم بالطبع أن يكون إجراء التجربة مُمكنًا من ناحية المبدأ، لكن التقنية قد تكون في غاية التعقيد. وقد تكون هذه التجارب المثالية نافعةً جدًّا في توضيح مشاكل بذاتها. فإذا لم يتَّفق الفيزيائيون حول نتيجة مثل هذه التجربة المثالية، فكثيرًا ما نتمكَّن من العثور على تجربةٍ مُشابهة أبسط يُمكن إجراؤها، بحيث تُسهم الإجابة التجريبية جوهريًّا في تفسير نظرية الكم.

وكانت أغرب خبرات تلك السنين هي عدم اختفاء مفارقات نظرية الكم خلال عملية التوضيح هذه؛ على العكس مِن ذلك، لقد غدت أكثر بروزًا وأكثر إثارةً. كانت هناك على سبيل المثال تجربة كومبتون الخاصة باستطارة أشعة إكس. تقول التجارب المُبكرة عن تداخُل الضوء المُستطار إنه ليس ثمَّة شك في أن الاستطارة تحدُث أساسًا في الشكل التالي: تتسبَّب موجة الضوء الساقط في أن يهتزَّ بالشعاع إلكترون بنفس تردُّد الموجة، ثم يبعث الإلكترون المُتذبذِب موجةً كروية لها نفس التردُّد، وبذلك ينتج الضوء المُستطار. على أن كومبتون قد وجد عام ۱۹۲۳م أن تردُّد أشعة إكس المُستطارة يختلف عن تردُّد أشعة إكس الساقطة. من المُمكن أن يُفهم هذا التغيُّر في التردُّد منهجيًّا إذا افترضنا أن الاستطارة تنتُج عن ارتطام كمِّ ضوءٍ بالإلكترون؛ إذ تتغيَّر طاقة كم الضوء أثناء الارتطام. ولمَّا كان حاصل ضرب التردُّد × ثابت بلانك يُعطي طاقة كمِّ الضوء، فلا بد إذن أن يتغيَّر التردُّد أيضًا، لكن ماذا يحدُث في هذا التفسير لموجة الضوء؟ يبدو من التجربتَين (واحدة عن تداخُل الضوء المُستطار والأخرى عن التغيُّر في تردُّد الضوء المستطار) أن كلًّا منهما تُناقِض الأخرى، وليس ثمة احتمال لحلٍّ وسط.

في ذاك الوقت كان الكثيرون من الفيزيائيين قد اقتنعوا بأن هذه التناقُضات البادية إنما تنتمي إلى البنية الأصيلة للفيزياء الذرية. وعلى هذا حاول ده برولي في فرنسا عام ١٩٢٤م أن يمدَّ ما بين وصف الموجة ووصف الجُسيم من ثنائية، إلى الجُسيمات الأولية للمادة، لا سيما إلى الإلكترونات. أوضح أن موجةً ماديةً ما قد «تُناظر» إلكترونًا متحركًا، تمامًا مثلما تُناظر موجة الضوء كمَّ ضوءٍ مُتحركًا. لم يكن مفهومًا آنئذٍ ماذا تعني كلمة «تناظُر» في هذا الخصوص. لكن ده برولي اقترح ضرورة أن يُفسر الشرط الكمَّاتي في نظرية بوهر على أنه تعبير عن موجات المادة. إن موجةً تدور حول نواة لا يمكن أن تكون موجةً موقوفة إلا لأسبابٍ هندسية. إن محيط المدار لا بد أن يكون عددًا صحيحًا تامًّا من أضعاف طول الموجة. بهذه الطريقة ربطت فكرة ده برولي الشرط الكمَّاتي (والذي كان دائمًا عاملًا دخيلًا في ميكانيكا الإلكترونات) بالثنائية بين الموجة والجُسيم.

أما الاختلاف بين التردُّد المداري المحسوب للإلكترونات، وتردُّد الإشعاع المُنبعِث، فقد كانت نظرية بوهر تُفسره كقصورٍ في مفهوم المدار الإلكتروني. كان هذا المفهوم مُبهمًا إلى حدٍّ ما منذ البداية، على أن الإلكترونات في المدارات العُليا تتحرَّك على مسافاتٍ بعيدة جدًّا من النواة تمامًا، مثلما تفعل عندما نراها وهي تتحرَّك خلال الغرفة السحابية. هنا يُمكننا أن نتحدَّث عن المدارات الإلكترونية؛ ومِن ثَم فلقد كان مِن المُرضي حقًّا بالنسبة لهذه التردُّدات العُليا أن تقترب تردُّدات الإشعاع المُنبعث من التردُّدات المدارية وتوافقيَّاتها العُليا. كما أن بوهر قد اقترح بالفعل في أبحاثه المُبكرة المنشورة، أن شدَّة خطوط الطَّيف المُنبعث تقترب من شدة التوافُقات المناظِرة. ولقد أثبت مبدأ التناظُر هذا قيمتَه العُظمى في الحسابات التقريبية لشدة الخطوط الطَّيفية. ومن ثم سنصِل إلى انطباعٍ بأن نظرية بوهر تُعطي تصويرًا وصفيًّا لاكميًّا لِما يحدث داخل الذرة، بأن ثمَّة ملمحًا جديدًا لسلوك المادة قد عُبِّر عنه كميًّا تحت الشروط الكمَّاتية، التي ترتبط بدورها بالثنائية بين الموجات والجُسيمات.

وأخيرًا ظهرت الصيغة المضبوطة لنظرية الكمِّ مِن خلال تطويرَين مختلفَين. أما الأول فقد نشأ عن مبدأ بوهر للتناظُر. علينا أن نتخلَّى عن المدار الإلكتروني، لكن علينا أن نستبقِيَه في حدود أعداد الكمِّ الكبيرة، نقصد للمدارات الكبيرة. في هذه الحالة الأخيرة يُعطي الإشعاع المنبعث عن طريق تردُّداته وشدَّته صورةً للمدار الإلكتروني، إنه يُمثل ما يُسميه الرياضيون مفكوك فورييه للمدار. اقترحت الفكرة نفسها أن نكتبَ القوانين الميكانيكية، ليس كمعادلاتٍ لمواقع وسرعات الإلكترونات، وإنما كمعادلات لتردُّدات وسعات مفكوك فورييه الخاص بها، فإذا ابتدأنا بمِثل هذه المعادلات وحوَّرناها قليلًا جدًّا فلنا أن نأمُل في الوصول إلى علاقاتٍ لهذه المقادير تُناظر تردُّدات وشدة الشعاع المُنبعث، حتى بالنسبة للمدارات الصغيرة وللحالة الأرضية (العادية) للذرة من المُمكن تنفيذ هذه الخطة فعلًا. ولقد قادت في صيف عام ١٩٢٥م إلى صورية رياضية أُطلق عليها اسم ميكانيكا المصفوفات، أو — بشكل أكثر عمومية — ميكانيكا الكم. استُبدِلت بمُعادلات الحركة في ميكانيكا نيوتن مُعادلاتٌ شبيهة بين مصفوفات. ولقد كان من الغريب أن نجِد أنه من المُمكن أن نستنبط من النظام الجديد الكثير من نتائج ميكانيكا نيوتن أيضًا — مثل حفظ الطاقة … إلخ. ثم بيَّنت أبحاث بورن وجوردان وديراك ألَّا تبادُل بين المصفوفات التي تُمثل موقع وكمية حركة الإلكترون. ولقد أوضحت هذه الحقيقة بجلاء الفارقَ الجوهريَّ بين ميكانيكا الكم والميكانيكا الكلاسيكية.

أما التطوير الثاني فقد تبع فكرة ده برولي عن موجات المادة. حاول شرودنجر أن يضع معادلة موجية لموجات ده برولي الموقوفة حول النواة. ونجح في أوائل عام ١٩٢٦م في استنباط قِيَم الطاقة بالنسبة للحالات الموقوفة لذرة الأيدروجين، في صورة جذور كامنة لمعادلة الموجة، وتمكن من تقديم وصفةٍ أكثر عموميةً لتحويل مجموعة مُعطاة من المعادلات الكلاسيكية للحركة إلى معادلة موجية مناظرة في فضاءٍ مُتعدد الأبعاد. ثم تمكن فيما بعدُ من إثبات أن صوريَّته لميكانيكا الموجة تُعادل رياضيًّا الصورية القديمة لميكانيكا الكم.

أخيرًا توصَّلنا إذن إلى صوريةٍ رياضية متماسكة يمكن تحديدُها بأسلوبَين متكافئَين: بأن نبدأ إما بالعلاقات بين المصفوفات أو بالمعادلات الموجية. تُعطي هذه الصورية القِيَم الصحيحة للطاقة بالنسبة لذرة الأيدروجين. ولم يمضِ إلَّا أقل من عامٍ حتى اتَّضح أنها ناجحة أيضًا مع ذرة الهليوم، وكذا مع المشاكل الأكثر تعقيدًا للذرات الأثقل، لكن بأيِّ معنًى تصِف الصورية الجديدة الذرة؟ إن مفارقات الثنائية بين الصورة الموجية والصورة الجُسيمية لم تُحَل. لقد كانت مُختبئة بطريقةٍ ما في النظام الرياضي.

قام بوهر وكرامرز وسلاتر عام ١٩٢٤م بأُولى الخطوات وأكثرها تشويقًا — نحو تفهُّم حقيقي لنظرية الكم. حاول هؤلاء حلَّ التناقُض البادي بين صورة الموجة وصورة الجُسيم باستخدام مفهوم موجة الاحتمال. فُسِّرت الموجات الكهرومغناطيسية على أنها ليست موجاتٍ «حقيقية» وإنما هي موجات احتمال، موجات تُحدِّد شدتُها في كل نقطة، احتمالَ أن تمتص ذرة (أو تبعث بالحث) في هذه النقطة كمَّ ضوء. وقد أدَّت هذه الفكرة إلى الاستنباط بأن ليس من اللازم أن يكون قانونا حِفظ الطاقة وكمية الحركة صحيحَين بالنسبة للحدَث الفردي، وأنهما قانونان إحصائيَّان فقط، وأنهما صحيحان فقط في المتوسط الإحصائي، على أن هذا الاستنباط لم يكن صحيحًا، وظلَّت العلاقات بين الصورة الموجية للإشعاع والصورة الجُسيمية أكثر تعقيدًا.

لكنَّ البحث الذي نشرَه بوهر وكرامرز وسلاتر قد أوضح ملمحًا جوهريًّا للتفسير الصحيح لنظرية الكم. كان مفهوم موجة الاحتمال هذا شيئًا جديدًا تمامًا في الفيزياء النظرية منذ زمن نيوتن. فالاحتمال في الرياضة أو في الميكانيكا الإحصائية هو تعبيرٌ عن درجة معرفتنا بالوضع الواقعي، فعندما نُلقي بنرد الطاولة، فإننا لا نعرف التفاصيل الدقيقة لحركة أيدِينا التي تُحدد سقوطه. وعلى هذا نقول إن احتمال ظهور أيٍّ من أرقامه الستة هو السدس. أما موجة الاحتمال عند بوهر وكرامرز وسلاتر فتعني أكثر من ذلك. إنها تعني نزعةً إلى شيءٍ ما. كانت صيغةً كميةً للمفهوم القديم عما يُمكن أن يحدُث وإن لم يوجَد بالفعل (أو يُطلَق عليه مفهوم «البوتنشيا») الذي نجده في الفلسفة الأرسطية. لقد قدمت شيئًا جديدًا يقِف فيما بين فكرة الحدث والحدث الواقعي. هو نوع مِن الواقع الفيزيقي يقع وسطًا ما بين الإمكان والواقع.

وعندما تَحدَّد الإطار الرياضي لنظرية الكم فيما بعد، تبنَّى بورن فكرة موجة الاحتمال هذه، وقدَّم تعريفًا واضحًا للكمية الرياضية في الصورية، التي كان لها أن تُترجَم كموجة احتمال، لم تكن موجةً ذات أبعادٍ ثلاثة مثل الموجات المرِنة أو الموجات الراديوية، وإنما هي موجة في تَشكُّل الفضاء العديد الأبعاد، ومِن ثم فهي كمية رياضية مجردة.

لم يكن واضحًا في كل حالة، وحتى ذلك الوقت (صيف ١٩٢٦م)، كيف يمكن للصورية الرياضية أن تُستخدَم في وصف حالةٍ تجريبية مُعينة. إننا نعرف كيف نصِف الحالات الموقوفة لذرة، لكنَّا لا نعرف كيف نصِف حدثًا أبسط بكثير — مثلًا: إلكترونًا يتحرك خلال غرفة سحابية.

وعندما بيَّن شرودنجر في ذلك الصيف أن صوريَّته لميكانيكا الموجة تُعادل ميكانيكا الكم رياضيًّا، حاول لفترة أن يهجُر تمامًا فكرة الكمَّات و«القفزات الكمَّاتية»، وأن يستبدل بالإلكترونات في الذرة موجات المادة الثلاثية الأبعاد. أمَّا ما ألهمَه القيام بهذه المحاولة فكانت نتائجه، إذ بدا منها أن مستويات الطاقة لذرة الأيدروجين في نظريته هي ببساطةٍ التردُّدات الكامنة لموجات المادة الموقوفة. وعلى هذا فقد تصوَّر أنه مِن الخطأ أن نُسمِّيها بالطاقات؛ فهي ليست سوى تردُّدات. لكنَّ المناقشات التي تمَّت في خريف عام ١٩٢٦م بكوبنهاجن بين بوهر وشرودنجر، ومجموعة فيزيائيِّي كوبنهاجن قد أظهرت أنَّ مثل هذا التفسير لا يكفي حتى لتفسير صيغة بلانك للإشعاع الحراري.

وخلال الأشهر التي أعقبت هذه المناقشات أدَّت دراسة مُكثفة لكل القضايا المُتعلقة بتفسير نظرية الكم، في كوبنهاجن، أدَّت في النهاية إلى توضيحٍ للموقف كاملٍ ومرضٍ كما يعتقد الكثير من الفيزيائيين، لكنه لم يكن حلًّا يمكن تقبُّله بسهولة. أتذكَّر مُناقشاتي مع بوهر لساعاتٍ طويلة استمرَّت حتى وقتٍ متأخِّر من الليل، وانتهت إلى ما يقرُب من اليأس، وعندما انطلقتُ وحدي بعد نهاية النقاش أتمشى في حديقةٍ مجاورة، أخذتُ أُعيد على نفسي المرةَ بعد المرة السؤال: أمِن المُمكن أن تكون الطبيعة بمِثل هذا السخف الذي تتبدى به في هذه التجارب الذرية؟

ولقد حدث الاقتراب من الحلِّ النهائي عن طريقَين مختلفَين كان واحد منهما التفافًا حول السؤال. فبدلًا من أن نسأل «كيف يمكن للشخص أن يُعبر في النظام الرياضي المعروف عن وضعٍ تجريبي مُعين؟» وُضِع السؤال «أمِنَ المُحتمل أن يكون صحيحًا أنَّ ما يظهر في الطبيعة من الأوضاع التجريبية، هو فقط ما يُمكن التعبير عنه بالصورية الرياضية؟» ولقد أدَّى الاقتراح بأن هذا بالفعل صحيح، أدَّى إلى تقييدٍ في استعمال تلك المفاهيم التي كانت أساس الفيزياء الكلاسيكية منذ نيوتن. يُمكننا أن نتحدَّث عن موقع إلكترونٍ وعن سرعته كما في الميكانيكا النيوتِنية، كما نستطيع أن نلحظها ونقيسها، لكنَّنا لا نستطيع أن نُحدد كليهما في نفس الوقت بدقَّةٍ على نحوٍ حاسم، لكن اتَّضح أن حاصل ضرب اللادقَّة للمِقدارَين ليس سوى ثابت بلانك مقسومًا على كتلة الجسيم. من المُمكن صياغة علاقات مُشابهة بالنسبة لأوضاعٍ تجريبية أخرى. وتُسمَّى هذه عادةً علاقات لامُحقَّقية أو مبدأ اللاحتمية. لقد تعلَّمنا أن المفاهيم القديمة تُلائم الطبيعة لكن بشكلٍ غير دقيق.

أما الطريق الآخر فكان مفهوم التَّتام لبوهر. وَصَفَ شرودنجر الذرة نظامًا لا يتكوَّن من نواةٍ وإلكترونات، وإنما من نواة وموجات مادة. وصورة موجات المادة هذه تحمِل بالتأكيد عنصرًا من الحقيقة. اعتبر بوهر الصورتَين — الجُسيمية والموجية — وصفَين متتامَّين لنفس الواقع. لا يحمل أيٌّ مِن هذَين الوصفَين إلا جزءًا من الحقيقة. لا بدَّ أن يكون ثمة حدود لاستخدام مفهوم الجُسيم، كَما لاستخدام مفهوم الموجة، وإلَّا لَما استطاع المرء تجنُّب التناقُضات. فإذا وضعنا هذه الحدود في الاعتبار (وهي حدود يمكن التعبير عنها بالعلاقات اللامُحققية) اختفت التناقُضات.

بهذه الطريقة أصبح لدَينا، منذ ربيع عام ۱۹۲۷م، تفسير مُتماسك لنظرية الكم يُطلَق عليه عادة اسم «تفسير كوبنهاجن». عُرِّض هذا التفسير للاختبار الحاسم في خريف عام ١٩٢٧م بمؤتمر سولفاي في بروكسل، أُعيدت مناقشة التجارب التي كانت تؤدِّي دائمًا إلى أسوأ التناقُضات. أُعيدت بكل تفاصيلها مرارًا وتكرارًا، لا سيما بواسطة أينشتين. وابتُكرت تجارب مِثالية جديدة لاكتشاف أي تناقُض ذاتي مُحتمَل للنظرية، لكن اتَّضح أنَّ النظرية مُتماسِكة وأنها تُوافِق التجارب في حدود ما نرى.

ستكون تفاصيل تفسير كوبنهاجن هي موضوع الفصل التالي، لكن علينا أن نؤكِّد هنا أن الأمر قد تطلَّب أكثر من ربع قرنٍ منذ ظهرت الفكرة الأولى لوجود كم الطاقة، حتى توصَّلنا إلى التفهُّم الحقيقي لقوانين الكم النظرية. وهذا يُشير إلى التغيُّر الكبير الذي كان لا بدَّ أن يحدُث في المفاهيم الأساسية المُتعلقة بالواقع قبل أن يتمكَّن المرء من تفهُّم الوضع الجديد.

الفصل الثالث

تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم

يبدأ تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم من مفارقة. إن أي تجربةٍ في الفيزياء — سواء كانت تتعلَّق بظواهر الحياة اليومية أو بحدثٍ ذري — ليس لها إلا أن تُوصَف بلغة الفيزياء الكلاسيكية. ومفاهيم الفيزياء الكلاسيكية تُشكل لغةً يمكن بها أن نصِف نُظم تجاربنا وأن نصوغ نتائجها. ونحن لا نستطيع ولا يجِب أن نستبدِل بهذه المفاهيم غيرها. لكن تطبيق هذه المفاهيم تُحدِّده العلاقات اللامُحققية ولا بد لنا أن نتذكَّر هذا المجال المحدود لقابلية المفاهيم الكلاسيكية للتطبيق أثناء استخدامها، لكنا لا نستطيع، ولا يجب أن نُحاول، تحسينها.

من المُفيد لحُسن تفهُّم هذه المفارقة أن نُقارن بين إجراءات التفسير النظري لتجربةٍ في الفيزياء الكلاسيكية وفي نظرية الكم. وعلى سبيل المِثال فقد نبدأ في ميكانيكا نيوتن بأن نقيس موقع وسرعة الكوكب الذي نودُّ دراسته، ثم نُترجم نتائج الملاحظات إلى صورة رياضية، بأن نستنبط مِن الملاحظات أرقامًا لإحداثيات الكوكب وكمية حركته. ثم نستخدِم معادلات الحركة كي نستنبط من قِيَم الإحداثيات وكمية الحركة في وقتٍ مُعين ما ستكون عليه هذه القِيَم أو غيرها من خصائص النظام في وقتٍ لاحق. بهذه الطريقة يمكن للفلكي أن يتنبأ بخصائص النظام في وقتٍ لاحق. إنه يستطيع مثلًا أن يتنبأ بالضبط بوقتِ خسوف القمر.

أما الإجراء في نظرية الكم فيختلف قليلًا. فلقد نهتمُّ مثلًا بحركة إلكترون خلال غُرفة سحابية، وقد نستطيع أن نُحدد، بملاحظاتٍ من نوعٍ ما، موقعه الابتدائي وسرعته. لكنَّ هذا التحديد لن يكون دقيقًا؛ إذ سيحتوي، على الأقل، على اللادِقَّة الناتجة عن العلاقات اللامُحققية، وربما احتوى أيضًا على أخطاءٍ أكبر ناجمة عن صعوبة التجربة. وعدم الدقَّة الناجم عن العلاقات اللامُحققية هو الذي يسمح بأن نُترجم نتيجة الملاحظة إلى المُخطط الرياضي لنظام الكم. ستُسجِّل دالة احتمالٍ تُمثل الوضع التجريبي وقتَ القياس، وتتضمَّن حتى الأخطاء المحتملة في القياس.

تُمثل دالة الاحتمال مزيجًا من شيئَين: بعضًا من الحقيقة وبعضًا من معرفتنا بالحقيقة. إنها تُمثل حقيقةً بقدْر ما تنسِب من يقينٍ كامل للوضع الابتدائي وقت البدء: الإلكترون يتحرك بالسرعة الملحوظة عند الموقع الملحوظ. و«الملحوظ» تعني الملحوظ داخل درجة دقَّة التجربة. وهي تُمثل معرفتنا بالنسبة لمُراقِب آخر قد يستطيع أن يعرف موقع الإلكترون بدرجة دقَّة أكبر. والخطأ التجريبي لا يُمثل — أو على الأقل لا يُمثل لحدٍّ ما — خصيصةً من خصائص الإلكترون، وإنما نقصًا في معرفتنا عن الإلكترون. وهذا النقص في المعرفة يُعبَّر عنه أيضًا في دالَّة الاحتمال.

يلزَم في الفيزيقا الكلاسيكية أن يأخُذ المرء في اعتباره أيضًا خطأ الملاحظة، عند القيام بتجربةٍ دقيقة. وعلى ذلك فسيحصل الفرد على توزيع احتمالٍ للقيم الابتدائية للإحداثيات والسرعات ومِن ثم يصِل إلى شيءٍ شبيهٍ جدًّا بدالَّة الاحتمال بميكانيكا الكم. إن ما ينقص الفيزياء الكلاسيكية ليس سوى العلاقات اللامُحققية الضرورية الراجعة إلى العلاقات اللامُحققية.

فإذا ما تمَّ تحديد دالة الاحتمال في نظرية الكمِّ من الملاحظة عند البداية، أمكننا، باستخدام قوانين نظرية الكم، أن نحسب دالة الاحتمال في أي وقتٍ لاحق، ومِن ثم نستطيع أن نُحدد احتمال أن يتَّخِذ مقياسٌ مُعين قيمةً بذاتها. يُمكننا مثلًا أن نتنبأ باحتمال العثور على الإلكترون في وقتٍ لاحق في نقطةٍ بعينها بالغُرفة السحابية. على أنه يلزم أن نؤكِّد أن دالة الاحتمال لا تُمثل في ذاتها سياقًا من الوقائع يجري في سياق الزمن. إنها تُمثل نزعة للوقائع ولمعرفتنا بالوقائع. يُمكننا أن نربط دالَّة الاحتمال بالواقع إذا ما تحقَّق شرط أساسي واحد: إذا قُمنا بأخذ قياسٍ جديد لتحديد خصيصةٍ مُعينة للنظام. عندئذٍ فقط ستسمح لنا دالة الاحتمال أن نحسب النتيجة المحتملة للقياس الجديد، ومرة أخرى سنُعبر عن القياس الجديد بلُغة الفيزياء الكلاسيكية.

وعلى هذا فإن التفسير النظري لأية تجربةٍ يتطلَّب ثلاث خطواتٍ واضحة المعالم: (۱) ترجمة الوضع التجريبي الابتدائي إلى دالَّة احتمال. (۲) متابعة هذه الدالة في سياق الزمن. (۳) تقرير قياس جديد للنظام يتمُّ أخذه، ويمكن عندئذٍ أن نحسب نتيجتَه من دالة الاحتمال. فأما بالنسبة للخطوة الأولى فسنجد أن تحقيق العلاقات اللامُحققية شرط لازم، وأما بالنسبة للخطوة الثانية فلا يمكن أن تُوصَف بلُغة المفاهيم الكلاسيكية، ليس ثمَّة وصف لما يحدُث للنظام بين الملاحظة الابتدائية والقياس التالي. وفي الخطوة الثالثة وحدَها نتحول ثانية من «الممكن» إلى «الواقعي».

دعنا نوضح هذه الخطوات الثلاث في تجربةٍ بسيطة مثالية. قيل إن الذرة تتألف من نواةٍ وإلكترونات تدور حول النواة. ولقد ذُكر أن مفهوم المدار الإلكتروني مفهوم مشكوك فيه. يمكننا أن نجادل بالقول إنه من الممكن من ناحية المبدأ على الأقل أن نُراقب الإلكترون في مداره. يمكن للمرء ببساطةٍ أن يرقب الذرة من خلال ميكروسكوب ذي قدرةٍ عالية جدًّا على التوضيح، فيرى الإلكترون يتحرك في مسلكه، لكنَّا بالتأكيد لا نستطيع أن نصِل إلى مثل هذه القُدرة العالية على التوضيح باستخدام ميكروسكوب يعمل بالضوء العادي؛ إذ لا يجوز أبدًا أن تقلَّ لادِقَّة قياس الموقع عن طول موجة الضوء. إنما يصلح ميكروسكوب يستخدِم أشعة جاما طول موجتِها يقلُّ عن حجم الذرة. لم يُصنع بعد مثل هذا الميكروسكوب، لكن هذا لا يمنعنا من مناقشة التجربة المثالية.

هل الخطوة الأولى مُمكنة (خطوة ترجمة نتيجة الملاحظة إلى دالة احتمال)؟ إنها مُمكنة فقط إذا ما وفَّينا العلاقة اللامُحققية بعد الملاحظة، سنعرف موقع الإلكترون بدقَّةٍ يُحددها طول موجة أشعة جاما. ربما كان الإلكترون عمليًّا في حالة سكون قبل الملاحظة. لكنَّ كمَّ ضوءٍ واحدًا على الأقل من أشعة جاما لا بد أن يمرَّ من الميكروسكوب عند الملاحظة ولا بد أن يُحرِّفه الإلكترون أولا، ومن ثم فلا بد أنَّ كم الضوء سيدْفَع الإلكترون، فتتغيَّر كمية حركته وسُرعته. من المُمكن أن نُبين أن لامحققية هذا التغيُّر لها من الحجم ما يضمن صحَّة العلاقات اللامحققية. ليس إذن ثمة صعوبة تكتنِف الخطوة الأولى.

نستطيع في نفس الوقت وبسهولةٍ أن نرى أن ليس ثمة وسيلة لملاحظة مدار الإلكترون حول النواة، تبين الخطوة الثانية دفقة موجية تتحرَّك لا حول النواة بل بعيدًا عن الذرة، لأن أول كمِّ ضوءٍ لا بد وأن قد طرد الإلكترون خارج الذرة. فإذا ما كان طول موجة أشعة جاما أصغر بكثيرٍ من حجم الذرة كانت كمية حركة كمِّ الضوء لأشعة جاما أكبر بكثيرٍ من كمية حركة الإلكترون الأصلية. وعلى هذا فإن أول كمِّ ضوءٍ سيكفي لطرد الإلكترون من الذرة. ونحن لا نستطيع أبدًا أن نلحظ أكثر من نقطةٍ على مدار الإلكترون، وعلى هذا فليس ثمة مدار بالمعنى المفهوم. أما الملاحظة التالية — الخطوة الثالثة — فستُبين الإلكترون في طريقه خارج الذرة. وبشكلٍ عام فليس هناك طريقة لوصف ما يحدُث بين الملاحظات المُتعاقبة. طبيعيٌّ أنه مِن المُغري أن نقول إن الإلكترون لا بدَّ وأن قد كان في مكانٍ ما بين ملاحظتَين، وأن الإلكترون لذلك لا بدَّ أن قد اتخذ طريقًا ما أو مدارًا حتى لو كان من المُستحيل معرفة هذا الطريق. سيكون هذا جدلًا معقولًا في الفيزياء الكلاسيكية، أما في نظرية الكم فسيكون سوء استخدامٍ للغة لا يمكن تبريره — كما سنرى. أما أن نأخذ هذا التحذير على أنه تقرير عن الطريقة التي ينبغي أن نتحدَّث بها عن الأحداث الذرية، أم أن نأخُذه على أنه تقرير عن الأحداث ذاتها (أي أن نأخُذه على أنه إلماع إلى إبستمولوجيا أو إلى أنطولوجيا) فهذا أمر لن نقطع الآن فيه برأيٍ. على أية حال، علينا أن نكون في غاية الحذَر عند صياغة كلمات أي تقريرٍ يتعلق بسلوك الجُسيمات الذرية.

والواقع أننا لا نحتاج أن نتحدَّث عن الجُسيمات على الإطلاق. من الملائم في الكثير من التجارب أن نتحدَّث عن موجات المادة، أن نتحدَّث مثلًا عن الموجات المادية الموقوفة حول النواة الذرية. ومثل هذا الوصف يتناقَض مباشرةً مع الوصف الآخر إذا لم ننتبِه إلى القيود التي تفرضها العلاقات اللامُحققية. ومن خلال هذه القيود يمكننا تجنُّب هذه التناقُضات. واستخدام «الموجات المادية» مُلائم مثلًا عند التعامُل مع الإشعاع الذي تُطلقه الذرة. فتردُّدات وشدَّة هذا الإشعاع توفر بياناتٍ عن توزيع الشحنة المُتذبذبة في الذرة، وفيها تُصبح الصورة الموجية أقرب إلى الحقيقة من الصورة الجُسيمية. وعلى هذا فقد أيَّد بوهر استخدام الصورتَين معًا، وهذا ما أسماه «التتام» بينهما. طبيعي أن تكون الصورتان متتامَّتَين، لأن نفس الشيء لا يمكن أن يكون جُسيمًا (أي مادة مُحددة في حجمٍ ضئيل جدًّا) وأن يكون في نفس الوقت موجة (أي مجالًا ينتشر على حيزٍ كبير)، لكن كلًّا منهما يُتمم الآخر. فإذا ما لعِبنا بكِلتا الصورتَين، بأن نتحرك من صورةٍ إلى أخرى وبالعكس، فسنصِل أخيرًا إلى الانطباع الصحيح للواقع الغريب وراء تجاربنا الذرية. استخدم بوهر مفهوم «التتام» في مواقع عديدة في تفسير نظرية الكم. إن معرفة موقع الجُسيم مُتمم لمعرفة سرعته أو كمية حركته، فإذا عرفنا أيهما بدرجة دقةٍ عالية فلا يُمكن أن نعرف الآخر بدقَّة عالية. على أننا لا بدَّ أن نعرف كليهما لتحديد سلوك النظام. إن الوصف الزمكاني للأحداث مُتمم لوصفها الحتماني. إن دالة الاحتمال تتبع معادلة للحركة تمامًا مثلما الإحداثيات في ميكانيكا الكم. فَتَغَيُّرها في سياق الزمن تُحدده تمامًا معادلة ميكانيكا الكم، لكنها لا تسمح بوصفٍ في الفضاء والزمن. غير أن الملاحظة تفرض وصفًا في الفضاء والزمن إن تكن تكسر الاستمرار المُقرر لدالة الاحتمال بتغييرها معرفتنا بالنظام.

والثنائية بين وصفَين مختلفين لنفس الواقع لم تعُد تُشكل عمومًا أية صعوبة، لأننا نعرِف من الصياغة الرياضية للنظرية أن التناقُضات لا يمكن أن تظهر. ولقد وردت الثنائية أيضًا بين الصورتَين المُتتامَّتَين — الموجات والجُسيمات — وبوضوح، في مرونة النظام الرياضي. فالصورية تكتب عادة بحيث تُشبه ميكانيكا نيوتن، وبها معادلات الحركة لإحداثيات وكمية حركة الجُسيمات، لكنَّا نستطيع، بتحويل بسيط، أن نكتُبها بحيث تُشبه معادلةً موجيةً لموجةٍ مادية عادية ذات أبعاد ثلاثة. وعلى هذا فإن إمكانية اللعب بالصور المُتتامَّة المختلفة لها ما يناظرها في التحولات المختلفة للنظام الرياضي؛ إنها لا تقود إلى أية صعوبات في تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم.

أما الصعوبة الحقيقية في تفهُّم هذا التفسير فتظهر عندما نسأل السؤال الشهير: ولكن ما الذي يحدُث فعلًا في أية واقعة ذرية؟ سبق القول بأننا نستطيع أن نصوغ آلية الملاحظة ونتائجها بلغة المفاهيم الكلاسيكية، لكن ما نستنبِطه من الملاحظة هو دالَّة احتمال، تعبير رياضي يجمع ما بين تقارير عن احتمالاتٍ أو نزعات، وتقارير عن معرفتنا بالحقائق. وعلى هذا فقد لا نستطيع تمامًا أن نجعل نتيجة الملاحظة موضوعية، إنَّنا لا نستطيع أن نصف ما «يحدث» بين هذه الملحوظة والملحوظة التالية لها. يبدو هذا كما لو كنَّا قد أدخلنا إلى النظرية عنصرًا من الذاتية، كما لو كنَّا نودُّ أن نقول إن ما يحدُث يتوقف على الطريقة التي نُلاحظه بها، أو على حقيقة أننا نُلاحظه. وقبل أن نُناقش مشكلة الذاتية يلزم أن نشرح بوضوحٍ لماذا يُقابل المرء صعوباتٍ عضالًا إذا حاول أن يصِف ما يحدُث بين ملاحظتَين مُتعاقبتَين.

مِن الملائم لهذا الغرَض أن نُناقش التجربة المثالية التالية: افترض أن مصدرًا صغيرًا لضوءٍ موحد اللون يشعُّ نحو حاجز أسود به ثقبان صغيران. قد لا يكون قطر الثقبَين أكبر بكثيرٍ من طول موجة الضوء، لكن المسافة بينهما ستكون أكبر بكثير. وعلى مبعدة من الحاجز هناك لوح فوتوغرافي يُسجِّل الضوء الساقط. إذا وصفنا هذه التجربة بلغة الصورة الموجية فسنقول إن الموجة الأصلية ستخترق الثقبَين، وسيكون ثمة موجات ثانوية كروية تبدأ من الثقبَين وتتداخل بعضها مع بعض، وسينتج عن التداخُل شكلٌ ذو كثافاتٍ مُتباينة على اللوح الفوتوغرافي.

وتسويد اللوح الفوتوغرافي عملية كمَّاتية، هي تفاعل كيماوي يُنتجه كمُّ ضوء واحد، ومن ثَم فلا بد أن نتمكن أيضًا من وصف التجربة بلُغة كمَّات الضوء. فإذا سمح لنا أن نحكي ما يحدُث لكمِّ ضوءٍ واحد فيما بين انبعاثه من مصدر الضوء وامتصاصه في اللوح الفوتوغرافي، فستمضي القصة كما يلي: يمرُّ كمُّ الضوء من خلال الثقب الأول أو مِن خلال الثقب الثاني. فإذا ما مرَّ خلال الثقب الأول ثم استطار فإن احتمال امتصاصه عند نقطةٍ مُعينة من اللوح الفوتوغرافي لا يمكن أن يتوقف على ما إذا كان الثقب الثاني مُغلقًا أو مفتوحًا، إذ لن يتغير التوزيع الاحتمالي على اللوح إذا لم يكن مفتوحًا غير الثقب الأول وحده. فإذا كرَّرنا التجربة مراتٍ عديدة ثم جمعنا كل الحالات التي مرَّ فيها كمُّ الضوء خلال الثقب الأول، فإن تسويد اللوح الذي يرجع لهذه الحالات جميعًا سيُناظر توزيع الاحتمال هذا. وإذا لم نأخُذ في الاعتبار غير كمَّات الضوء التي مرَّت خلال الثقب الثاني فإن التسويد سيُناظر توزيع احتمالٍ ينشأ عن الفرض بأن الثقب الثاني وحدَه هو المفتوح. وعلى هذا فإن الاسوداد الكُلي لا بد أن يكون مجرد حاصل جمع التسويد الناتج في الحالتَين سويًّا، نعني أنه لا يجب أن يكون ثمة نموذج تداخُل. لكنَّا نعرف أن هذا ليس صحيحًا، وأن التجربة ستُظهر نموذج التداخُل. وعلى هذا فإن القول إن أيَّ كمِّ ضوء لا بد أن يمرَّ إما خلال الثقب الأول أو خلال الثقب الثاني، هو مشكل ويؤدي إلى تناقُضات. يوضح هذا المثال بجلاءٍ أن مفهوم دالة الاحتمال لا يسمح بأن نصِف ما يحدُث بين ملاحظتَين، وأي محاولة للعثور على مثل هذا الوصف لا بد أن تؤدي إلى تناقُضات، وهذا إنما يعني أن استعمال كلمة «يحدث» مقصور فقط على الملاحظة.

إن هذه نتيجة غريبة حقًّا، إذ يبدو أنها تُشير إلى أن الملاحظة تلعب دورًا حاسمًا في الحدث، وأن الواقع يتبايَن ويعتمد على ما إذا كنَّا نُلاحظه أو لا نُلاحظه. فإذا أردْنا أن نوضح هذه النقطة بشكلٍ أوسع فعلَينا أن نُحلل عملية الملاحظة بشكلٍ أكثر دقة.

من المُهم، بادئ ذي بدءٍ أن نتذكَّر أنَّنا لا نهتم في العلوم الطبيعية بالكون ككُل — ونحن منه — وإنما نوجِّه اهتمامنا إلى جزءٍ مُعين من الكون ونجعله محلَّ دراستنا. والعادة أن يكون هذا الجزء، في الفيزياء الذرية، شيئًا غاية في الصِّغَر، جُسيمًا ذريًّا أو مجموعة من مثل هذه الجسيمات قد تكون أكبر بكثير — والحجم هنا لا يُهم — لكن المُهم أن جزءًا كبيرًا من الكون — ومنه نحن — لا ينتمي إلى هذا الشيء.

والآن، يبدأ التفهُّم النظري للتجربة بالخطوتَين اللتَين سبقت مناقشتهما. في الخطوة الأولى علينا أن نصف ترتيبات التجربة (يضاف إليها في آخر الأمر ملاحظة أولى) أن نصفها بلغة الفيزياء الكلاسيكية، وأن نُترجم هذا الوصف إلى دالة احتمال تتبع هذه الدالة قوانين نظرية الكم، ومن المُمكن أن نحسب تغيُّرها مع الزمن — وهذا تغير مُستمر — وذلك من الأوضاع عند البداية. وهذه هي الخطوة الثانية. تضمُّ دالة الاحتمال عناصر موضوعية وأخرى ذاتية، هي تحوي تقارير عن احتمالاتٍ أو نزعات (أو ما يُسمى في الفلسفة الأرسطية بوتنشيا)، وهذه تكون تقارير موضوعية تمامًا لا تعتمد إطلاقًا على مُراقب، كما تحوي تقارير عن معرفتنا بالنظام، وهذه بالطبع ستكون ذاتية بقدْر ما قد تختلف فيه باختلاف المُراقب. في الحالات المثالية سنجد أن العامل الذاتي بدالَّة الاحتمال قد يكون تافهًا من الناحية العملية مُقارنة بالعامل الموضوعي. هذا ما يُسميه الفيزيائي «حالة خالصة».

فإذا وصلنا إلى الملاحظة التالية، والتي يمكن التنبؤ بنتيجتها من النظرية، فمِن المُهم أن نُدرك أن هذا الشيء موضوع بحثنا لا بد أن يكون متصلًا اتصالًا مباشرًا بالجزء الآخر من العالم، نُعنى بالترتيبات التجريبية (وقضيب القياس … إلخ) قبل لحظة الملاحظة، أو على الأقل عندَها، وهذا يعني أن معادلة الحركة بالنسبة لدالة الاحتمال تحمِل الآن أثر التعامُل مع أداة القياس. وهذا الأثر يُدخل عاملًا جديدًا من اللامحققية، لأن أداة القياس توصف بالضرورة بلُغة الفيزياء الكلاسيكية، ومثل هذا الوصف يحمِل كل اللامُحققيات المتعلقة بالتركيب الميكروسكوبي لهذه الأداة، والتي نعرفها من الديناميكا الحرارية. ولمَّا كانت أداة القياس ترتبط ببقية العالم، فإنها تضم في الواقع لامُحققيات التركيب الميكروسكوبي للعالم كله. يمكن أن نقول إن هذه اللامُحققيات موضوعية بِقدْر ما هي نتيجة للوصف بلُغة الفيزياء الكلاسيكية، وبِقدْر عدم اعتمادها على المراقب. ولقد نقول إنها ذاتية بقدْر تعلُّقها بمعرفتنا القاصرة عن العالم.

وبعد أن يتم هذا التفاعل سنجد أن دالة الاحتمال تحمل عنصر الموضوعية (في النزعة) وعنصر الذاتية (في قصور المعرفة)، حتى لو كانت «حالة خالصة» قبلًا. ولهذا السبب بالتحديد لا يمكن عمومًا أن نتنبأ بنتيجة الملاحظة بيقين. إن ما يمكن التنبؤ به هو احتمال حصول نتيجةٍ مُعينة للملاحظة، ومن المُمكن التحقُّق من هذا الاحتمال بتكرار التجربة مراتٍ عديدة. ودالة الاحتمال لا تصِف واقعةً بذاتها — على عكس النهج الشائع في ميكانيكا نيوتن — وإنما مجموعة كاملة من الوقائع المُحتملة، على الأقل أثناء عملية الملاحظة.

والملاحظة نفسها تُغير دالة الاحتمال بشكلٍ متقطع غير مُتصل، هي تختار من بين كل الوقائع المُحتملة الواقعةَ الفعلية التي حدثت. ولمَّا كانت معرفتنا بالنظام قد تغيَّرت من خلال الملاحظة بشكلٍ مُتقطع، فإن تمثيلها الرياضي سيتَّخِذ أيضًا شكلَ تغيُّرٍ مُتقطِّع، أو ما يُسمَّى «قفزة الكم». وعندما يُستخدَم القولُ القديم المأثور «الطبيعة لا تتحرك في قفزات» أساسًا لنقد نظرية الكم، ففي مَقدورنا أن نُردد بأن معرفتنا يمكن بالتأكيد أن تتغيَّر فجأة، وأن هذه الحقيقة تُبرر استخدام المصطلح: «قفزة الكم».

وعلى هذا فإن الانتقال من «الممكن» إلى «الواقعي» يحدُث خلال فعل الملاحظة. فإذا أردْنا أن نصِف ما يحدث في واقعةٍ ذرية فعلَينا أن نُدرك أن كلمة «يحدث» لا تنطبق إلا على الملاحظة وليس على الوضع بين ملاحظتَين. إنها تنطبق على الفعل الفيزيقي لا النفساني للملاحظة. ويمكننا أن نقول إن الانتقال من «الممكن» إلى «الواقعي» يتم بمجرد وقوع التفاعُل بين الشيء وأداة القياس، أي بين الشيء وبقية العالم. إنه لا يرتبط بتسجيل ذهن الملاحظ للنتيجة. على أنَّ التغيُّر المُتقطع في دالَّة الاحتمال يتمُّ مع عملية التسجيل، ذلك لأن المُتغير المتقطع لمعرفتنا في لحظة التسجيل هو ما ينعكس في التغيُّر المتقطع لدالة الاحتمال.

وفي النهاية، ما المدى الذي وصلناه الآن إذن في وصف العالم وصفًا موضوعيًّا — لا سيما العالم الذري —؟ يبدأ العِلم في الفيزياء الكلاسيكية من الاعتقاد — أم تراه الوهم؟ — بأنَّنا نستطيع أن نصف العالم (أو أجزاء منه على الأقل) دون أي إحالة إلى أنفسنا. إن هذا مُمكن جدًّا إلى حدٍّ بعيد. إننا نعرِف بوجود مدينة لندن سواء رأيناها أم لم نرَها. ولقد نقول إن الفيزيقا الكلاسيكية هي مجرد تصوُّر لكمال، بالقدْر الذي نستطيع به أن نتحدَّث عن أجزاء من العالم دون أي إحالةٍ إلى أنفسنا. ولقد قاد نجاحها إلى المثل الأعلى العام لوصفٍ موضوعي للعالم. لقد أضحت الموضوعية هي المِعيار الأول لقيمة أي نتيجةٍ علمية. هل لا يزال تفسير كوبنهاجن لنظرية الكمِّ يُطيع هذا المَثل الأعلى؟ ربما نستطيع أن نقول إن نظرية الكم تُناظر هذا المَثل إلى الحدِّ الممكن. المؤكد أن نظرية الكمِّ لا تحوي ملامح ذاتية حقيقية، إنها لا تدخل ذهن الفيزيائي كجزءٍ من الواقعة الذرية. لكنها تبدأ من تقسيم العالم إلى «الموضوع» وبقية العالم، ومن حقيقة أننا في الوصف نستخدِم المفاهيم الكلاسيكية — على الأقل بالنسبة لبقية العالم. وهذا التقسيم — من الناحية التحكمية والتاريخية — هو نتيجة مباشرة لمنهجنا العلمي، واستخدام المفاهيم الكلاسيكية هو في نهاية المطاف نتيجة لطريقتنا العامة في التفكير. لكن هذا بالفعل إحالة إلى أنفسنا. وإلى هذا الحدِّ تكون موضوعية وصْفِنا غير كاملة.

ذكرنا في البداية أن تفسير كوبنهاجن لنظرية الكمِّ يبدأ بمقارنة. إنه يبدأ من حقيقة أنَّنا نصف تجاربنا بلُغة الفيزياء الكلاسيكية، بينما نعرف في نفس الوقت أن هذه المفاهيم لا تُلائم الطبيعة بدقة، والتوتر بين نقطتي البداية هاتَين هو أصل الطبيعة الإحصائية لنظرية الكم. وعلى هذا فلقد اقتُرِح أحيانًا أنَّ علينا أن نهجر المفاهيم الكلاسيكية تمامًا، وأنَّ تغيُّرًا جذريًّا في المفاهيم المستخدَمة لوصف التجارب قد يرجع بنا إلى وصفٍ للطبيعة غير إحصائي، وموضوعي تمامًا.

على أن هذا الاقتراح يُبنى على سوء تفهُّم. إن مفاهيم الفيزيقا الكلاسيكية هي مجرد تهذيب لمفاهيم الحياة اليومية، وهي جزءٌ أساسي من اللغة التي تُشكِّل الأساس لكلِّ العلوم الطبيعية. إن موقفنا الواقعي في العلوم هو أننا نَستخدِم بالفعل المفاهيم الكلاسيكية لوصف التجارب. ولقد كانت مشكلة نظرية الكمِّ هي أن تجدَ التفسير النظري للتجارب على هذا الأساس. لا فائدة تُرجَى من مناقشة ماذا يمكن عمله لو كنَّا كائناتٍ أُخرى غيرنا نحن؟ وهنا يجِب أن نُدرك — كما قال فون فايتسيكر — أن «الطبيعة أقدم مِن الإنسان، لكن الإنسان أقدم من العلوم الطبيعية». والفقرة الأولى من الجُملة تُبرِّر الفيزياء الكلاسيكية، ومثَلُها الأعلى هو الموضوعية الكاملة. أما الفقرة الثانية فتُخبِرنا عن السبب في أنَّنا لا نستطيع أن نهرب من مفارقة نظرية الكم، نعني حاجتنا إلى استخدام المفاهيم الكلاسيكية.

علينا أن نُضيف بعض التعليقات على الإجراء الواقعي في التفهُّم الكمَّاتي النظري للوقائع الذرية. قُلنا إنَّنا نبدأ عادةً بتقسيم العالم إلى شيءٍ سنقوم بدراسته، وبقية العالم، وأن هذا التقسيم هو تقسيم تحكُّمي لحدٍّ ما. والحق أن النَّتيجة النهائية لن تتغيَّر إذا نحن مثلًا أضفنا إلى الشيء الذي ندرسُه جزءًا من آلة القياس أو آلة القياس بأكملِها، ثم طبَّقنا قوانين الكمِّ على هذا الشيء بعد أن أصبحَ هكذا أكثر تعقيدًا. يُمكننا أن نُبين أن مثل هذا التحوير في المعالجة النظرية لن يُغير من التنبؤات الخاصة بالتجربة. وهذا ينتج رياضيًّا من حقيقة أن قوانين نظرية الكمِّ تكاد تتطابق مع القوانين الكلاسيكية بالنسبة للظواهر التي يُمكن اعتبار ثابت بلانك فيها مقدارًا غاية في الضآلة. لكن من الخطأ أن نتصوَّر أن تطبيق قوانين الكم النظرية على آلة القياس قد يُساعد في تجنُّب المفارقة الجوهرية لنظرية الكم.

أما آلة القياس فهي لا تستحق اسمها إلا إذا كانت على اتصالٍ وثيق ببقية العالم، إلا إذا كان ثمَّة تفاعل بين الآلة والمُراقب. وعلى هذا فإن اللامُحققية بالنسبة للسلوك الميكروسكوبي للعالم سيدخل هنا إلى نظام الكم — النظري مثلما يدخُل أيضًا في التفسير الأول. فإذا أمكن عزْل جهاز القياس عن بقية العالم فلن يكون جهاز قياسٍ لا ولن يمكن على الإطلاق أن نصِفه بلُغة الفيزياء الكلاسيكية.

وفيما يتعلق بهذا الوضع أكَّد بوهر أن الأكثر واقعيةً هو أن نُقر بأن التقسيم إلى: الشيء وبقية العالم، ليس تقسيمًا تحكميًّا. إن الوضع الواقعي للعمل البحثي بالفيزياء الذرية عادةً ما يكون هكذا: نحن نودُّ أن نفهم ظاهرةً مُعينة، نودُّ أن نُدرك كيف ستنجم هذه الظاهرة عن القوانين العامة للطبيعة. وعلى هذا فإن الجزء من المادة أو الإشعاع الذي يشترك في الظاهرة هو الشيء الطبيعي في المعالجة النظرية، ولا بد أن ينفصل في هذا الخصوص عن الآلات المُستخدَمة في دراسة الظاهرة. وهذا بالتالي يؤكِّد عاملًا ذاتيًّا في وصف الأحداث الذرية، لأن المراقب هو مَنْ صَمَّمَ آلة القياس، وعلينا أن نتذكَّر أن ما نُلاحظه ليس هو الطبيعة في ذاتها، وإنما الطبيعة بعد أن تعرَّضَت لمنهجنا في الاستفهام. وعملُنا العلمي في الفيزياء هو وضع أسئلةٍ عن الطبيعة بلُغةٍ نمتلِكها، ثم محاولة إيجاد الإجابة بالتجربة بالطرُق المُتاحة لنا. بذا تُذكِّرنا نظرية الكم — كما يقول بوهر — بالحكمة القديمة: إن علينا عندما نبحث في هارمونية الحياة ألا ننسى أننا نحن المُمثِّلون في دراما الوجود، وأننا نحن المتفرجون. من المفهوم طبعًا — في علاقتنا العلمية بالطبيعة — أن يُصبح لنشاطنا أهمية بالِغة عندما نتعامَل مع أجزاء من الطبيعة لا يمكن اختراقها إلا باستخدام أعقد الأدوات.

الفصل الرابع

نظرية الكم وجذور العلوم الذرية

ترجع فكرة الذرة إلى زمنٍ أبعد بكثير من بداية العلم الحديث بالقرن السابع عشر؛ سنجد جذورها في الفلسفة الإغريقية القديمة، إذ كانت في تلك الحقبة هي المفهوم المحوري للمادية التي قال بها ليوقبَّص وديموقريطس. من ناحيةٍ أخرى سنجِد أن التفسير الحديث للوقائع الذريَّة لا يكاد يُشبه الفلسفة المادية الحقيقية، بل الحق أننا نستطيع القول إن الفيزياء الذرية قد حرَّفت العلم بعيدًا عن الاتجاه المادي الذي ساده خلال القرن التاسع عشر. من المُثير إذن أن نُقارن تطوُّر الفلسفة الإغريقية نحو مفهوم الذرة، بالوضع الحالي لهذا المفهوم في الفيزياء الحديثة.

أما فكرة أصغر وحدةِ بناءٍ لا تنقسِم من المادة فقد ظهرت مرتبطةً بتطوير مفاهيم المادة والوجود والصيرورة، التي ميَّزت الحقبة الأولى للفلسفة الإغريقية. بدأت هذه الحقبة في القرن السادس قبل الميلاد بطاليس، مُؤسِّس المدرسة الملطية، الذي نَسَب إليه أرسطاطاليس القول «إن الماء هو العلَّة المادية لكلِّ شيء». وهذه الجُملة، برغم ما يبدو بها من غرابة، تُعبِّر عن ثلاث أفكار أساسية في الفلسفة كما يقول نيتشه. أما الأولى فهي مسألة العلَّة المادية لكلِّ الأشياء. وأما الثانية فهي الحاجة إلى أن تُحَلَّ هذه المسألة وفقًا للمنطق دون اللجوء إلى التصوف والأساطير. والثالثة هي المُسلَّمة بأنَّا لا بدَّ أن نتمكَّن في النهاية مِن ردِّ كلِّ شيءٍ إلى مبدأٍ واحد. كانت جُملة طاليس هي أول تعبيرٍ عن فكرة جوهرٍ أوَّلي تكونُ كل الأشياء منه أشكالًا عابرة. بالتأكيد لم تكن كلمة «جوهر» هنا تُفسَّر آنئذٍ بالمعنى المادي الخالص الذي ننسبه إليها الآن. كانت الحياة مرتبطةً بهذا «الجوهر» أو متأصِّلة فيه. كما نسب أرسطاطاليس أيضًا لطاليس القول: «كل الأشياء مليئة بالآلهة». مرة أخرى سنجِد مسألة العلَّة المادية لكلِّ الأشياء، وليس مِن الصعب أن نتصوَّر أن طاليس قد اتَّخذ وجهة النظر هذه، أساسًا، لاعتباراتٍ تختصُّ بالأرصاد الجوية. فالماء من بين كل الأشياء التي نعرفها هو الأكثر في تبايُن صورِه. فهو قد يتَّخذ في الشتاء صورة الثلج أو الجليد، وقد يتبخَّر ويُصبح بخارًا، ويُمكنه أن يُشكِّل السُّحب، ويبدو أنه يتحوَّل الى ترابٍ حيثما يُشكِّل النهر دِلتاه، وهو قد يتفجَّر من الأرض. إنَّ الماء شرط للحياة، فإذا كان ثمة جوهر أولي، فمِن الطبيعي أن يتَّجِه التفكير أولًا إلى الماء.

ثم تطوَّرت فكرة الجوهر الأوَّلي على يدَي أنكسيمندر، وكان تلميذ طاليس ويعيش في نفس المدينة. أنكر أنكسيمندر أن يكون الجوهر الأولي هو الماء أو أيًّا مِن الجواهر المعروفة. كانت تعاليمه تقول إن الجوهر الأولي لا محدود خالد سرمدي، وأنه يشمل العالم. يتحوَّل هذا الجوهر الأولي إلى الجواهر الأخرى التي نعرفها. يُورد ثيوفراستوس قول أنكسيمندر «إن الأشياء تضمحلُّ مرةً أخرى إلى الشكل الذي منه نشأت — هذا قَدَرُها — ذلك أنها تُعوِّض وتُرضي بعضها بعضًا تكفيرًا عمَّا ارتكبته مِن ظلمٍ وفقًا لتسلسُل الزمن.» في هذه الفلسفة سنجد أن نقيضَ الموجود والصيرورة يلعب الدور الرئيسي. يتحلل الجوهر الأولى اللامحدود السرمدي، هذا الموجود اللامُتنوِّع، يتحلَّل إلى الأشكال العديدة التي تقود إلى صراعاتٍ لا تنتهي. إن عملية الصيرورة تُعتبَر نوعًا مِن الانحطاط في قيمة الموجود اللامُتناهي — تحلُّلًا إلى الصراع الذي يُكَفَّر عنه بالعودة إلى ما لا شكلَ له ولا طبع، والصراع المَعنيُّ هنا هو التنازُع بين الساخن والبارد، بين النار والماء، بين المُبتلِّ والجاف … إلخ. أما الانتصار المؤقت لأحدهما على الآخر فهو الظلم الذي بِسبَبِه يَجري الإصلاح في النهاية في تسلسلِ الزمن. ثمَّة «حركة أزلية» عند أنكسيمندر؛ خلق وفناء، عوالم من اللامتناهي إلى اللامتناهي.

قد يكون من المُثير أن نلحظ هنا أن المشكلة — مشكلة ما إذا كان الجوهر الأولي هو أحد الجواهر المعروفة أم أنه لا بد أن يكون شيئًا مختلفًا تمامًا — أن المشكلة تظهر في صورةٍ مختلفة بعض الشيء في أحدث أفرُع الفيزياء الذرية. يُحاول الفيزيائيون اليوم أن يجدوا قانونًا أساسيًّا لحركة المادة يمكن منه رياضيًّا أن تُشتق كل الجُسيمات الأوليَّة وخصائصها. ولقد تُشير هذه المعادلة الأساسية للحركة إما إلى موجاتٍ من نمط معروف، موجات بروتون وميزون، أو إلى موجاتٍ ذات طبيعة مختلفة تمامًا لا علاقةَ لها بأيٍّ من الموجات المعروفة أو الجُسيمات الأولية. هي تعني في الحالة الأولى أنه من الممكن أن نردَّ كل الجسيمات الأولية الأخرى، بطريقةٍ ما، إلى ضروبٍ معدودة من الجُسيمات الأولية «الأساسية». والواقع أن الفيزياء النظرية قد اتَّبعَت هذا الخط البحثي خلال العقدَين الأخيرَين. أما في الحالة الثانية فتُرَدُّ فيها كل الجسيمات الأولية إلى مادةٍ ماكونية قد نُطلق عليها اسم الطاقة أو المادة، لكن ليس ثمة مِن الجُسيمات المختلفة ما يَفضُل غيرَه لأنه أكثر «أساسيةً». هذه الصورة الأخيرة تُناظر بالطبع مذهب أنكسيمندر. وأنا مُقتنع بأن هذه هي الصورة الصحيحة في الفيزياء الحديثة، لكن دعْنا نرجع ثانيةً إلى الفلسفة الإغريقية.

أما ثالث الفلاسفة المَلطيِّين فكان أنكسيمينز، زميل أنكسيمندر. وقد كان يرى أن الهواء هو الجوهر الأوَّلي، «فكما تجمع الروح — وهي هواء — أجزاءنا، كذا تُطوِّق النسَمات والهواء العالم بأكمله». أدخل أنكسيمينز إلى الفلسفة الملطية فكرة أن عملية التكثيف والخلخلة تُسبِّب تحوُّل الجوهر الأوَّلي إلى موادَّ أخرى. وكان تكثيف بخار الماء إلى سُحب هو المِثال الواضح، وطبيعيٌّ أن أحدًا لم يكن يعرف الفرق بين بُخار الماء والهواء في ذلك الوقت.

يشغل مفهوم الصيرورة المكان الأول في فلسفة هرقليطس، المنتمي إلى مدينة إفسوس. كان يرى أن ما يتحرَّك «النار» هو العنصر الأساسي. ولقد حُلَّت مشكلة التوفيق بين فكرة مبدأ أساسيٍّ واحدٍ وبين التشكيلة اللانهائية مِن الظواهر بإدراك أنَّ صراع الأضداد إنما هو نوع من الانسجام. فالعالم عند هرقليطس واحدٌ ومُتعدِّد في آن. إن «التوتر المُتعارض» للأضداد هو ما يخلق وحدة الواحد. يقول: «علينا أن نعرف أن الحرب أمر شائع للجميع، وأنَّ الصراع عدل وأن كلَّ شيءٍ إنما يظهر في الوجود ويُقضى مِن خلال الصراع».

فإذا نظرْنا إلى تطور الفلسفة الإغريقية حتى ذلك الوقت، فسنُدرك أنها كانت مُنشغلة، منذ بدايتها وحتى هذه المرحلة، بالتوتُّر ما بين الواحد والمُتعدد. حواسُّنا تقول إن العالم يتكوَّن مِن تنوع لانهائي من الأشياء والحوادث، من الألوان والأصوات. لكن علينا كي نتفهَّمها أن نُدخل نوعًا من النظام، والنظام يعني إدراك ما هو متساوٍ، إنه يعني نوعًا من الوحدة. مِن هذا ينبثق الاعتقاد بوجود جوهر أولي، ومِن هنا في نفس الوقت تنبع صعوبة أن نشتقَّ منه هذا النوع اللانهائي للأشياء. إن فكرة وجود علَّة مادية للأشياء جميعًا هي نقطة بدءٍ طبيعية، لأن العالم يتألف من مادة. لكنَّا إذا حملنا فكرة الوحدة الأساسية إلى مداها المُتطرِّف، فسنصِل إلى ذلك الوجود اللانهائي الأزلي اللامُتنوع، الذي لا يُمكنه في ذاته — سواء أكان ماديًّا أم لا — أن يُفسر التنوُّع اللانهائي للأشياء. وهذا يقود إلى نقيض الموجود والصيرورة، ومِن ثم إلى حلِّ هرقليطس القائل إن التغيُّر في ذاته هو الجوهر الأولي، أو كما قال عنه الشعراء «التغير الخالد، الذي يُجدد العالم». لكن التغيُّر في ذاته ليس علَّة مادية، وعلى هذا فإن النار تُمثله في فلسفة هرقليطس على أنه العنصر القاعدي، فالنار مادة وهي قوة مُحركة في آن.

ولقد نقول في هذا الموضوع إنَّ الفيزياء الحديثة بشكلٍ ما قريبة للغاية مِن مذاهب هرقليطس. فإذا استبدلنا بكلمة «النار» كلمة «الطاقة» فلربما كرَّرنا بالضبط تعبيراته كلمةً كلمةً من وجهة نظرِنا الحديثة. فالطاقة في الواقع هي الجوهر الذي منه تُصنَع كل الجُسيمات الأولية؛ كل الذرات، ومِن ثم كلُّ الأشياء، والطاقة هي ما يتحرك. والطاقة جوهر لأنَّ مقدارها لا يتغيَّر، ومِن الممكن بالفعل أن تُصنَع الجُسيمات الأولية مِن هذا الجوهر كما نرى في الكثير من التجارب عن تخليق الجُسيمات الأوَّلية. مِن الممكن تحويل الطاقة إلى حركةٍ، إلى ضوءٍ، إلى توتُّر. يُمكننا أن نُسمِّي الطاقة باسم العلَّة الأولى لكلِّ تغيُّر في العالم. لكنَّا سنعود فيما بعدُ إلى مقارنة الفلسفة الإغريقية بأفكار العلم الحديث.

عادت الفلسفة الإغريقية فترةً إلى مفهوم «الواحد» في تعاليم بارمنيدس، الذي عاش في إيليا بجنوب إيطاليا. وربما كانت أهم إسهاماته في التفكير الإغريقي هو أنه قدَّم حُججًا منطقية خالصة إلى الميتافيزيقا (ما بعد الطبيعة)، (إن المرء لا يُمكنه أن يعرف «غير الموجود»، هذا مستحيل، لا ولا يمكنه أن يُعبر عنه؛ ذلك أن ما يُمكن التفكير فيه هو ما يُمكن أن يُوجَد). وعلى هذا فلا يُوجَد غير «الواحد». وليس ثمة صيرورة أو زوال. أنكر بارمنيدس وجود المكان الفارغ لأسبابٍ منطقية، ولمَّا كان كلُّ تغيرٍ يتطلَّب مكانًا فارغًا، كما افترض، فقد رفض التغيُّر واعتبره وهمًا.

لكن الفلسفة لا تستطيع أن تستقرَّ طويلًا على هذه المفارقة. ولأول مرةٍ تحوَّل أنباد قليس — الذي عاش بالساحل الجنوبي لصقلية — من الواحدية إلى نوعٍ من التعدُّدية. فلِكي يتجنَّب صعوبة أن يُفسِّر جوهر أولي واحد تعدُّد الأشياء والوقائع، افترض أربعة عناصر أوَّلية: التراب والماء والهواء والنار. تمتزج هذه العناصر سويًّا وتنفصل بفِعل المحبَّة والنزاع. وعلى هذا فالمحبَّة والنزاع، اللذان يمكن مُعالجتهما من وجهاتٍ مختلفة وكأنهما مادِّيَّان تمامًا مثل العناصر الأربعة الأخرى، مَسئولان عن التغيُّر الخالد. وصف أنباد قليس تشكُّل العالم في الصورة التالية: في البدء كان ثمَّة عالم للواحد لامُتناهٍ — مثلما تقول فلسفة بارمنيدس. لكن، في الجوهر الأولي مُزجت «الجذور» الأربعة بالمحبَّة، فإذا ما بدأت المحبَّة تخبو ويدخُل النزاع، أخذت العناصر تنفصِل جزئيًّا وتتَّصل جزئيًّا، إلى أن تنفصِل العناصر تمامًا وتُصبح المحبَّة خارج العالم. وأخيرًا تُجمِّع المحبة العناصر مرةً أخرى ويبدأ النزاع يخبو، حتى نعود ثانيةً إلى العالم الأصلي.

يُمثل مذهب أنباد قليس هذا تحوُّلًا واضحًا في الفلسفة الإغريقية نحو نظرةٍ أكثر مادية. فالعناصر الأربعة ليست مبادئ أولية بقدْر ما هي عناصر مادية. هنا ولأول مرةٍ يُفسَّر تنوُّع لا يُحَدُّ من الأشياء والوقائع، يُفسَّر بمزجِ وفصلِ بضعة جواهر مختلفة جذريًّا. إن التعدُّدية لا يستسيغُها مَن تعوَّد التفكير في المبادئ الأوَّلية. لكنها شكل معقول لحلٍّ وسط يتجنَّب مشاكل الواحدية، ويسمح ببناء نوعٍ من النظام.

أما الخطوة التالية نحو مفهوم الذرَّة فقد اتَّخذها أناكساجوراس، وكان معاصرًا لأنباد قليس، وقد عاش في أثينا نحو ثلاثين عامًا، وربما كان ذلك في النصف الأول من القرن الخامس قبل الميلاد. أكد أناكساجوراس على فكرة المزج، على الفرض بأن كل التغيُّر ينتُج عن المزج والفصل. افترض مُتنوِّعًا لانهائيًّا من «بذور» غاية في الصِّغر، منها تتكوَّن كل الأشياء. لم تكن البذور تُشير إلى عناصر أنباد قليس الأربعة، فهناك عدد لا يُحصى من البذور المختلفة. لكن البذور تُمزَج سويًّا وتنفصل ثانية، وبهذا يحدُث التغيُّر. سمح مبدأ أناكساجوراس للمرة الأولى بتفهُّمٍ هندسي للمُصطلح، «مزيج»: فلمَّا كان يتحدَّث عن بذورٍ غاية في الضآلة، فمِن المُمكن أن نتصوَّر مزيجها مثل مزيجٍ بين نوعَين من الرمل يختلفان في اللون. ولقد تختلف البذور في العدد أو في مواقعها النسبية. افترض أناكساجوراس أنَّ كلَّ البذور موجودة في كل شيء، ونِسَبُها فقط هي التي تختلف بين الأشياء المختلفة، يقول: «كل الأشياء توجَد في كل شيء، لا وليس في إمكانها أن تفترِق، لكنَّ كلَّ شيءٍ به قدْر من كل شيء». لا يتحرَّك عالم أناكساجوراس مثل عالم أنباد قليس عن طريق المحبَّة والنزاع، وإنما عن طريق اﻟ «نوس» أو «العقل».

لم تكن بين هذه الفلسفة وبين مفهوم الذرة سوى خطوةٍ واحدة، ولقد خطاها ليوقبَّص وديموقريطس الأبديري. تحوَّل نقيض الموجود واللاموجود بفلسفة بارمنيدس إلى نقيض «المُمتلئ» و«الفارغ». فالموجود ليس واحدًا فقط، إذ مِن المُمكن أن يُكرَّر عددًا لانهائيًّا من المرَّات. إنه الذرة، أصغر وحدةٍ لا تنقسِم من المادة. الذرة أزليَّة لا تُحطَّم إن يكن حجمُها محدودًا. ولقد جعلت الحركة مُمكنة من خلال الفضاء الفارغ بين الذرات. وعلى هذا فقد ظهرت لأول مرةٍ في التاريخ فكرة وجود أصغر الجُسيمات الأوَّلية — وحدات البناء الأصلية للمادة.

وتبعًا لمفهوم الذرة هذا الجديد، لا تتكوَّن المادة فقط من «الممتلئ» وإنما أيضًا من «الفارغ»، مِن الفضاء الخالي الذي تتحرك فيه الذرات. أما الاعتراض المنطقي لبارمنيدس على «الفارغ» (فاللَّاموجود لا يمكن أن يُوجَد) فقد أهمل استجابة الخبرة. يمكن القول من وجهة نظرنا المعاصرة إنَّ الفضاء الخالي بين الذرات في فلسفة ديموقريطس لم يكن «لا شيء»، كان هو الحامل للهندسة والحركة، هو الذي يجعل ترتيبات الذرات وحركتها أمرًا مُمكنًا. لكن إمكانية الفضاء الخالي كانت دائمًا مشكلةً خلافية في الفلسفة. كانت إجابة نظرية النسبية العامة هي أن الهندسة تنجم عن المادة، أو أن المادة تنتُج عن الهندسة. وهذه الإجابة تُناظر كثيرًا تلك الفكرة التي يَعتنقها الكثيرون من الفلاسفة بأنَّ الفراغ يُحدده امتداد المادة، لكن ديموقريطس قد انحرف عن هذه الفكرة ليجعل التغيُّر والحركة مُمكنَين.

كانت كل ذرات ديموقريطس مِن نفس الجوهر، هي كلها تشترك في خصيصة الوجود، إنما في أحجامٍ وأشكال مختلفة؛ وعلى هذا فقد صُوِّرت على أنها قابلة للتقسيم بالمعنى الرياضي لا المادي. يمكن للذرات أن تتحرك، ويُمكنها أن تشغَل مواقع مختلفة في الفراغ، لكن ليس لها خصائص مادية أخرى. ليس لها لون ولا رائحة ولا طعم. أما ما نشعر به من خصائص المادة بحواسِّنا فقد افترض أنها ناتجة عن حركات ومواقع الذرات في الفراغ، وكما يمكن أن نكتُب التراجيديا والكوميديا بنفس الحروف الأبجدية، كذا فإن التنوُّع الهائل من الوقائع بهذا العالم يمكن أن يُحقَّق بنفس الذرَّات من خلال تشكيلاتها وحركاتها المختلفة. لقد أثبتت الهندسة والحركة، الناجِمتان عن الفراغ، أن لهما، بشكلٍ ما، أهميةً أكبر من مجرد الموجود الخالص. يُذكَر عن ديموقريطس قوله: «للشيء لون نراه ليس إلَّا، له طعم حلوٌ أو مرٌّ ليس إلَّا. لكن ليس مِن وجودٍ حقيقي لغير الذرات والفراغ».

والذرَّات في فلسفة ليوقبَّص لا تتحرك بالصدفة وحدَها. يبدو أن ليوقبَّص كان يعتقد في الحتمية الكاملة، إذ يُعرَف أنه قال: «إن العدم يحدُث للاشيء، لكن كل شيءٍ يحدث عن سببٍ وللضرورة». لم يُعطِ الذريون أي علَّةٍ لبداية حركة الذرات، الشيء الذي يُوضِّح أنهم فكروا في وصفٍ علِّي للحركة الذرية، ذلك أن العليَّة تُفسر الوقائع التالية عن طريق الوقائع السابقة، لكنها أبدًا لا يمكن أن تُفسِّر البدء.

استعار الفلاسفة الإغريق فيما بعدُ أفكار النظرية الذرية وحوَّروها جزئيًّا. مِن المُهم هنا ومِن أجل المقارنة بالفيزياء الذرية، أن نذكُر تفسير المادة عند أفلاطون في حوار «تيماوس». لم يكن أفلاطون يؤمِن بالمذهب الذرِّي، على العكس، لقد ذكر ديوجينس ليرشيوس أن أفلاطون كان يكرَه ديموقريطس حتى ليتمنَّى أن تُحرَق كل كتبِه. لكن أفلاطون جَمَّعَ أفكارًا قريبة من المذهب الذري مع مذاهب مدرسة فيثاغورس وتعاليم أنباد قليس.

كانت المدرسة الفيثاغورسية فرعًا من الأورفية التي ترجع إلى تقديس الإله ديونيسوس. هنا نشأ الربط بين الدين والرياضيات، الربط الذي كان له منذ ذلك التاريخ أقوى تأثيرٍ على الفكر الإنساني. يبدو أن الفيثاغورسيين كانوا أوَّل مَن أدرك القوة الخلَّاقة المتأصِّلة في الصياغة الرياضية. فاكتشافهم أنَّ صوتا الوترَين ينسجمان إذا كانت النسبة بين طولَيْهما نِسبة بسيطة، هذا الاكتشاف يُبين مدى ما تَعنيه الرياضيات في تفهُّم الظواهر الطبيعية. لم يكن الأمر بالنسبة للفيثاغورسيين مجرد قضية تفهُّم، كانت النسبة الرياضية البسيطة بين أطوال الأوتار هي التي تخلق الانسجام في الصوت. كان أيضًا ثمَّة تصوُّف في عقائد المدرسة الفيثاغورسية يصعُب علينا تفهُّمه. لكنهم عندما جعلوا الرياضيات جزءًا مِن دينهم، فإنهم مسُّوا نقطة محورية في تطوُّر الفكر البشري. ولقد أقتبِسُ جُملةً عن برتراند راسل كتبَها عن فيثاغورس: «إنني لا أعرف رجلًا آخر كان له مِثل هذا الأثر في مجال الفكر».

عرَف أفلاطون باكتشاف الفيثاغورسيين للمُجسَّمات المُنتظمة، وبإمكانية ربطها بعناصر أنباد قليس. شبَّه أصغر الأجزاء من عنصر التراب بالمُكعب، ومِن عنصر الهواء بالمُجسَّم الثُّماني، ومِن عنصر النار بالمُجسَّم الرباعي، ومن عنصر الماء بالمُجسم ذي العشرين وجهًا. لم يكن ثمة عنصر يُناظر المُجسَّم ذا الاثني عشر سطحًا. هنا لا يقول أفلاطون سوى: «ما زال هناك مُركَّب خامس استعملَه الإله في تخطيط الكون».

فإذا كان مِن المُمكن أصلًا تشبيهُ الذرات بالمُجسمات المُنتظمة التي تُمثل العناصر الأربعة، فلقد أوضح أفلاطون أن وجه الشبَهِ هو عدم القابلية للانقسام. ركَّب أفلاطون المُجسمات المنتظمة من مُثلثَين قاعدِيَّين هما المُثلث المتساوي الأضلاع والمُثلث المتساوي الساقَين فمِنهما تُركَّب أسطُح المُجسَّمات. وعلى هذا فمِن المُمكن أنْ تُحوَّل العناصر بعضها إلى بعضٍ (على الأقل جزئيَّا). مِن المُمكن أن تُفكَّك المُجسمات المنتظمة إلى مُثلثات، وأن تُشكَّل منها مُجسمات منتظمة جديدة. وعلى سبيل المثال، مِن الممكن أن يُفكَّك مُجسم رباعي ومُجسَّمان ثُمانيَّان إلى عشرين مثلثًا مُتساوي الأضلاع، يمكن منها تشكيل مُجسم ذي عشرين وجهًا. وهذا يَعني أن ذرةً واحدة من النار وذرَّتين من الهواء يمكن أن تُجمَع وتُعطِي ذرةَ ماءٍ واحدة. لكن المُثلثات الأوَّلية لا يمكن أن تُعتبَر مادة، فليس لها امتداد في الفضاء، ولا تُخلَق وحدة من المادة إلا إذا جُمعت المثلثات لتُشكل مُجسمًا منتظمًا. إن أصغر أجزاء المادة ليست هي الموجودات الأوَّلية كما تقول فلسفة ديموقريطس، إنما هي صور رياضية. هنا يتَّضح بجلاءٍ أنَّ الصورة أكثر أهميةً مِن الجوهر الذي هي صورة له.

بعد هذا الاستعراض السريع للفلسفة الإغريقية حتى تشكيل مفهوم الذرة، دعْنا نرجع الآن إلى الفيزياء الحديثة لنبحث عن أوجُه الشبَه بينها وبين أفكارنا الحديثة عن الذرة ونظرية الكم. سنجد من الناحية التاريخية أن كلمة «ذرة» كانت تُشير إلى الشيء الخطأ في الفيزياء والكيمياء الحديثة، في فترة إحياء العلوم بالقرن السابع عشر؛ ذاك لأن أصغر الجُسيمات بالعنصر الكيماوي لا يزال يُمثل نظامًا مُعقدًا مكوَّنًا من وحداتٍ أصغر. تُسمَّى هذه الوحدات الأصغر في أيامنا هذه باسم الجُسيمات الأولية، والواضح أن ما يُمكن مقارنته في الفيزياء الحديثة بذرَّات ديموقريطس هي الجُسيمات الأولية مثل البروتون والنيوترون والإلكترون والميزون.

كان ديموقريطس على بيِّنةٍ بحقيقة أنه إذا ما كان من الممكن للذرات، بحركتها وترتيبها، أن تُفسِّر خصائص المادة — اللون، الرائحة، الطعم — فليس لها أن تمتلك هي ذاتها هذه الخصائص. وعلى هذا فقد جرَّد الذرة من تلك الخصائص، ذرَّتُه إذن جزءٌ من المادة مجرد. لكنه ترك للذرة خصيصة «الموجود»، خصيصة الامتداد في الفراغ، خصيصة الشكل والحركة؛ إذ كان يصعب التحدُّث عن الذرة إذا ما جُرِّدت من مثل هذه الخصائص، لكن هذا يَعني من الناحية الأخرى أن مفهوم الذرة لا يمكن أن يُفسِّر الهندسة أو الامتداد في الفضاء أو الموجود، لأنه لا يستطيع أن يختزلها إلى شيءٍ أكثر جوهريةً. والنظرة الحديثة بالنسبة لهذه القضية تبدو أكثر صلابةً وراديكالية. دعنا نُناقش السؤال: ما هو الجُسيم الأولي؟ إننا نقول «نيوترون» مثلًا لكنَّا لا نستطيع أن نُعطي صورةً واضحةَ التحديد ولا ما نَعنيه بهذه الكلمة. يُمكننا أن نستخدِم صورًا متعددة، كأن نصِفه مرة كجُسيم ومرةً كموجةٍ ومرة كدفقة أمواج. لكنا نعرف أن ليس مِن هذه الأوصاف ما هو دقيق. المؤكد أنَّ ليس للنيوترون لونٌ ولا رائحة ولا طعم. وفي هذا الخصوص فإنه يُشبه ذرة الفلسفة الإغريقية. لكنَّا نجرد الجُسيم الأوَّلي حتى من الخصائص الأخرى، على الأقل إلى حدٍّ ما، فمَفهومَي الهندسة والحركة، كالشكل والحركة في الفضاء، لا يمكن أن يُطبَّقا عليه باستقامة. فإذا أردْنا أن نُعطي وصفًا دقيقًا للجُسيم الأوَّلي — وهنا يكون التأكيد على كلمة «دقيق» — فإنَّ كلَّ ما نستطيع أن نكتُبه في وصفه هو دالَّة احتمال، لكنَّا سنرى هنا أنَّا لا نمنحُ ما نصِفُه ولا حتى خصيصة «الموجود» (إذا اعتبرنا هذه «خصيصة»). إنها احتمال أن يوجَد أو نزعة لأن يوجَد. وعلى هذا فإن الجُسيم الأوَّلي للفيزيقا الحديثة لا يزال أكثر تجريدًا من ذرة الإغريق، وهو، بهذه الخصيصة بالذات، أكثر استقامةً كمفتاحٍ لتفسير سلوك المادة.

تتألَّف الذرَّات جميعًا في فلسفة ديموقريطس من نفس الجوهر، إذا كان لنا هنا أن نستخدِم كلمة «الجوهر» أصلًا. والجُسيم الأوَّلي في الفيزياء الحديثة يحِمل كتلةً بنفس المعنى المحدود الذي يحمل به الصفات الأخرى. ولمَّا كانت الكتلة والطاقة، تبعًا لنظرية النسبية، هما في الأساس نفس المفهوم، فلَنا أن نقول إنَّ كل الجُسيمات الأولية تتألف مِن الطاقة. يمكن أن نفهم هذا على أنَّنا نُعرِّف الطاقة بأنها الجوهر الأوَّلي للعالم، فلَها في الحق الخصيصة المُميزة للمصطلح «جوهر» مِن حيث إنها تُحفَظ. لذلك فقد ذكرْنا قبلًا أن أفكار الفيزيقا الحديثة في هذا الخصوص قريبة جدًّا من أفكار هرقليطس، إذا أخذنا عنصر النار على أنه يَعني الطاقة. الطاقة في الحقِّ هي ما يتحرك، ولقد نُسمِّيها العلَّة الأولى لكلِّ تغيُّر، والطاقة يمكن أن تتحوَّل إلى مادةٍ أو حرارة أو ضوء، والنزاع بين الأضداد في فلسفة هرقليطس يُمكن أن نجِدَه في النزاع بين صورتَين مختلفتَين مِن صور المادة.

والذرات في فلسفة ديموقريطس هي وحدات للمادة أزليَّة لا تُحطَّم، ومن المُستحيل أن تتحوَّل إحداها إلى الأخرى. تتَّخذ الفيزياء الحديثة بالنسبة لهذه القضية موقفًا واضحًا ضد مادية ديموقريطس، وفي صفِّ أفلاطون والفيثاغورسيين. فالأجسام الأولية بالتأكيد ليست وحداتٍ للمادة أزليَّة لا تُحطَّم، ومِن الممكن فعلًا تحويلها من صورةٍ إلى الأخرى. والواقع أنه إذا تحرَّك جُسيمان من هذه خلال الفضاء بطاقةٍ حركية عالية جدًّا، ثم اصطدَما، فقد يُخلَق مِن الطاقة المتاحة الكثير من الجُسيمات الأولية الجديدة بينما يَختفي الجسيمان الأصليَّان في عملية الارتطام. ولقد لُوحظت مثل هذه الوقائع كثيرًا، وهي تُقدِّم أكبر دليل على أنَّ الجسيمات مصنوعة من نفس الجوهر: الطاقة. لكنَّا قد نأخذ تشابُه الأفكار الحديثة مع أفكار أفلاطون والفيثاغورسيين إلى مدًى أبعد بعض الشيء. فالجُسيمات الأولية في «تيماوس» أفلاطون هي في النهاية ليست جوهرًا، إنما هي صورةٌ رياضية «كل الأشياء أرقام». هذه جُملة تُنسَب إلى فيثاغورس. ولقد كانت الصِّيَغ الرياضية الوحيدة المتاحة في زمنه هي صِيَغ هندسة المُجسَّمات المنتظمة والمثلثات التي تُشكل أسطحها. ليس ثمَّة مِن شكٍّ في أن الجُسيمات الأولية في نظرية الكم الحديثة ستُصبح هي الأخرى في النهاية صِيغًا رياضية إن تكن طبيعتها أكثر تعقيدًا. فكَّر الفلاسفة في صورٍ ساكنة، ووجدوها في المُجسمات المنتظمة. أما العلم الحديث فقد انطلق منذ بداياته في القرن السادس عشر والقرن السابع عشر، انطلق من المُشكلة الديناميكية. لم يكن العنصر الثابت في الفيزياء، منذ عصر نيوتن صورةَ تشكُّلٍ أو صيغةً رياضية، وإنما كان قانونًا ديناميكيًّا. معادلة الحركة صحيحة في كل وقت، فهي بهذا المعنى أزليَّة، أما الصور الهندسية، كمِثل المدارات، فهي مُتغيرة. وعلى هذا فإن الصِّيَغ الرياضية التي تُمثل الجُسيمات الأولية ستكون هي حلول قانونٍ ما أزلي لحركة المادة. والواقع أن هذه المشكلة لم تجِدِ الحلَّ بعد. فالقانون الأساسي لحركة المادة لم يُكتشَف حتى الآن، وعلى هذا فليس مِن الممكن حتى الآن أن نستنبِط رياضيًّا خصائص الجُسيمات الأولية مِن مثل هذا القانون. لكن يبدو أن الفيزياء النظرية في وضعها الحالي ليست بعيدةً عن هذا الهدف، ويُمكننا على الأقل أن نقول أي نوع من القوانين سنتوقَّع. وربما كانت المعادلة النهائية لحركة المادة مُعادلةً موجيةً مُكَمَّاة غير خطِّية لمجال عواملٍ موجي يُمثل المادة، وليس أي نوعٍ من الموجات أو الجُسيمات. وقد تكافئ معادلة الموجة هذه مَجاميع متعددةً من مُعادلات تكاملية لها «جذور كامنة» و«حلول كامنة» كما يقول الفيزيائيون. وستُمثل الحلول الكامنة في نهاية الأمر الجُسيمات الأولية، هي الصور الرياضية التي ستَحلُّ محلَّ المُجسمات المنتظمة عند الفيثاغورسيين. ولقد نذكُر الآن أن «الحلول الكامنة» ستنتُج عن المعادلة الأساسية للمادة بنفس العملية الرياضيَّة التي تنتُج بها الاهتزازات الهارمونية للوتَر الفيثاغورسي عن المعادلة التفاضُلية للوتر. لكن هذه المشاكل — كما قُلنا — لم تُحَل بعد.

فإذا اتَّخذنا الخط الفيثاغورسي للتفكير فلقد نأمُل أن يثبت في النهاية أن قانون الحركة الأساسي هو قانون رياضي بسيط، حتى لو كان تقييمُه بالنسبة للحالات الكامنة في غاية التعقيد. يصعب أن نُقدِّم حجةً طيبة لأملِنا هذا في البساطة، سوى حقيقة أنَّنا استطعْنا دائمًا أن نكتُب المعادلات الأساسية للفيزياء في صِيَغ رياضية بسيطة. وهذه الحقيقة تتوافق مع دين الفيثاغورسيين، ويُشاركهم الكثير من الفيزيائيين في هذا الشأن. لكن ليس ثمة حجَّة مُقنعة حتى الآن تقول إن الأمر لا بد أن يكون هكذا.

ربما أضفْنا هنا حجَّةً تتعلق بمسألةٍ كثيرًا ما يُثيرها غير المُتخصصين، عن مفهوم الجُسيم الأوَّلي في الفيزياء الحديثة. لماذا يدَّعي الفيزيائيون أن جُسيماتهم الأوليَّة لا يمكن أن تنقسِم إلى أجزاء أصغر؟ إن إجابة هذا السؤال توضِّح بجلاءٍ قدْر الزيادة في التجريد بالعلم الحديث، مقارنة بالفلسفة الإغريقية. تَجري الحجَّة كما يلي: كيف يمكن أن ينقسِم الجسيم الأوَّلي؟ مؤكدًا سيحدث هذا باستخدام قوى شديدة وآلات حادَّة جدًّا. والآلات المُتاحة لن تكون غير جُسيمات أولية أخرى. وعلى هذا فإن التصادُمات بين جُسيمَين أولِيَّين لهما طاقة عالية جدًّا ستكون هي الوسيلة الوحيدة لتقسيم الجُسيمات. والواقع أنه مِن الممكن أن تُقسَّم بمثل هذه الوسائل، ويكون ذلك أحيانًا إلى عددٍ كبير جدًّا من الشظايا. لكن الشظايا هذه هي، مرة أخرى، جُسيمات أولية، وليست أجزاءً صغيرة منها، وتنتُج كُتَل هذه الشظايا عن الطاقة الحركية الضخمة للجُسيمات المتصادمة. بمعنًى آخر: إن تحول الطاقة إلى مادة يجعل من المُمكن أن تكون شظايا الجُسيمات الأولية، مرة أخرى، هي نفس الجُسيمات الأوَّلية.

بعد ما قدمناه من مقارنة بين الأفكار الحديثة في الفيزياء الذرية والفلسفة الإغريقية، علينا أن نُضيف تحذيرًا بألَّا نُسيء تفهُّم هذه المقارنة. قد يبدو من النظرة الأولى أن فلاسفة الإغريق قد توصلوا عن طريق نوعٍ مِن الحدس العبقري إلى نفس الاستنباطات — أو ما هو قريب جدًّا من الاستنباطات — التي لم نبلُغها في العصور الحديثة إلَّا بعد قرونٍ من العمل الشاقِّ في التجارب والرياضيات. إن تفسير المقارنة بهذا الشكل سيكون سوء تفهُّمٍ خطيرًا. ثمة فارق واسع بين العلم الحديث والفلسفة الإغريقية، يكمُن في الموقف التجريبي للعلم الحديث. لقد ارتكز العلم منذ عصر جاليليو ونيوتن على الدراسة التفصيلية للطبيعة، وعلى مُسلَّمة أنَّا لا يصحُّ أن نتناول إلا التقارير التي حقَّقتها التجربة أو التي يمكن على الأقل أن نتحقَّق منها بالتجربة. أما فكرة أن نختار بالتجربة وقائع بذاتها من الطبيعة من أجل دراسة التفاصيل والتوصُّل إلى القانون الثابت في التغيُّر المُستمر، فهو أمر لم يخطر ببال الفلاسفة الإغريق. وعلى هذا فإن العلم الحديث، ومنذُ بدايته، قد وقف — على عكس الفلسفة القديمة — على أرضٍ أكثر تواضعًا إن تكن أكثر صلابة. ومن ثم فإن ما تعنيه تقارير الفيزياء الحديثة لهو شيء أكثر جديةً مقارنة بما تَعنيه الفلسفة الإغريقية، فإذا قال أفلاطون مثلًا إن أصغر جُسيمات النار هي المُجسمات الرباعية، فليس من السهل أن نفهم ما يَعنيه حقًّا. هل المُجسَّم الرباعي يرتبط بعنصر النار من الناحية الرمزية فقط؟ أم أن أصغر جُسيمات النار يعمل ميكانيكيًّا كمِثل مُجسمات رباعية صلبة أو مُجسمات رباعية مرِنة؟ وبأية قوة يمكن أن نفصلها إلى مُثلثات متساوية الأضلاع … إلخ؟ فالعلم الحديث ينتهي دائمًا بالسؤال: كيف يستطيع المرء تجريبيًّا أن يُقرر ما إذا كانت ذرَّات النار مُجسمات رباعية وليست مُكعبات مثلًا؟ وعلى هذا فإذا ما قرَّر العلم الحديث أن البروتون هو حلٌّ مُعين لمعادلة أساسية للمادة، فإنه يعني أنه يستطيع من هذا الحلِّ أن يستنبط رياضيًّا كل الخصائص المُمكنة للبروتون، وأنه يستطيع أن يتفحَّص صحَّة الحل بالتجربة في كل التفاصيل. وهذه الإمكانية لتفحُّص صحة التقرير تجريبيًّا، وبدرجة عالية من الدقة، ولأي عددٍ من التفاصيل، تُعطي وزنًا هائلًا للتقرير لا يمكن أن نعزوه لتقارير الفلسفة الإغريقية المبكرة.

على أية حال، إن بعض تقارير الفلسفة القديمة تقترب بعض الشيء من تقارير العلم الحديث، وهذا يوضح ببساطةٍ المدى الذي يمكن أن نصل إليه بتجميع خبرتنا العادية بالطبيعة، والتي نُدركها دون إجراء تجارب، مع المجهود المُتواصِل كي نُدخِل نوعًا من النظام المنطقي إلى الخبرة لنتفهَّمها من مبادئ عامة.

الفصل الخامس

تطور الأفكار الفلسفية منذ ديكارت مقارنة بالوضع الجديد في نظرية الكم

في الألفي سنةٍ التي أعقبت أوج العلم والثقافة الإغريقية بالقرن الخامس والرابع قبل الميلاد كان الذهن البشري مشغولًا إلى حدٍّ كبير بمشاكل ذات طبيعةٍ تختلف عمَّا كان بالمرحلة السابقة. ففي القرون الأولى للحضارة الإغريقية كان الواقع المباشر، الذي نحيا به ونُحسُّه بحواسِّنا هو أقوى الدوافع، كان الواقع يمتلئ بالحياة، ولم يكن ثمَّة مِن سببٍ وجيه لتأكيد التفرقة بين المادة والعقل، أو بين الجسم والروح. لكنَّا سنرى في فلسفة أفلاطون أنَّ ثمَّة دافعًا آخر قد بدأ يبرز. ففي «الكهف» شبَّه أفلاطون الرجال بسُجناء في كهفٍ قُيدوا بحيث لا ينظرون إلا في اتجاه واحد. خلفهم كانت نار، وعلى الحائط أمامهم كانوا يرَون ظلالهم وظلال الأشياء من خلفهم. ولمَّا كانوا لا يرَون سوى الظلال، فقد اعتبروا الظلال واقعًا ولم يُدركوا الأشياء نفسها. في النهاية هرب واحد منهم وخرج من الكهف إلى ضوء الشمس. لأول مرةٍ رأى الأشياء الحقيقية وأدرك أن الظلال قد خدعته، عرف الحقيقة لأول مرة ولم يعُد يذكُر حياته السابقة في الظلام إلا في أسًى. السجين الذي هرب من الكهف إلى نور الحقيقة هو الفيلسوف الحقيقي. إنه يمتلك المعرفة الحقيقية. وهذا الارتباط المباشر بالحقيقة، أو بالإله (إذا استخدمنا المعنى المسيحي) هو الواقع الجديد الذي ابتدأت قوَّتُه تفوق واقع العالم الذي نُحسُّه بحواسِّنا. يحدث الارتباط المباشر بالإله داخل الروح البشرية، لا في العالم. ولقد كانت هذه هي المشكلة التي شغلت الفكر الإنساني أكثر من أي شيءٍ آخر خلال الألفي سنة بعد أفلاطون. في هذه الفترة اتَّجهت أعيُن الفلاسفة نحو روح الإنسان وعلاقته بالإله، نحو مشاكل الأخلاقيات، نحو تفهُّم الوحي، لا نحو العالم الخارجي. وكان علينا أن ننتظِر حتى عصر النهضة الإيطالي حتى يبدأ ثانية تغيُّر تدريجي للذهن البشري، ينتهي إلى إحياء الاهتمام بالطبيعة.

أما التطور الكبير في العلوم الطبيعية بالقرن السادس عشر والسابع عشر، فقد سبقه وصحبه تطوُّر في الرؤى الفلسفية، تطوُّر يرتبط برباطٍ وثيقٍ بالمفاهيم الأساسية في العلم. وعلى هذا فقد يكون مِن المفيد أن نُعلق على هذي الرؤى مِن الموقع الذي بلغه العلم الحديث أخيرًا في زماننا.

كان أول كبار الفلاسفة في هذه الحقبة الجديدة للعلم هو رينيه ديكارت الذي عاش في النصف الأول مِن القرن السابع عشر، وكتابه «المقال في المنهج» يحمل أهم آرائه بالنسبة لتطوُّر التفكير العلمي، حاول على أساس الشكِّ والاستدلال المنطقي أن يجد أساسًا جديدًا تمامًا، أو كما أعتقد أساسًا صلبًا، لنسقٍ فلسفي. لم يقبل الوحي في ذاته أساسًا، لا ولم يرغب في أن يقبل — دون تفحُّص — ما تستشعِره الحواس. ابتدأ إذن بمنهج الشك. ألقى بشكوكه على ما تُخبرنا به حواسُّنا عن نتائج استدلالاتنا، ليصِل في النهاية إلى جُملته الشهيرة «أنا أفكر إذن فأنا موجود». أنا لا أستطيع أن أشكَّ في وجودي لأن وجودي ناتِج عن حقيقة أنَّني أُفكر، وبعد توطيد وجود الأنا بهذه الطريقة مضى ليُثبت وجود الإله مُتَّبعًا خطوط الفلسفة المدرسية. أما وجود العالم فسيتأتى عن حقيقة أن الإله قد منحني ميلًا قويًّا كي أعتقد بوجود العالم — ومِن المُستحيل بالطبع أن يكون الإله قد خدعني.

يختلف أساس فلسفة ديكارت هذا اختلافًا جذريًّا عن قرينه لدى الفلاسفة الإغريق، فنقطة البدء هنا ليست هي المبدأ أو الجوهر الأوَّلي، وإنما هي مشروع معرفة أوَّلية. ولقد أدرك ديكارت أن ما نعرفه عن ذِهننا أكثر يقينًا ممَّا نعرفه عن العالم الخارجي. غير أن الثالوث «الإله – العالم – الأنا»، وهو نقطة البداية عنده، قد بسَّط بطريقةٍ خطرةٍ الأساس لمزيدٍ من الاستدلال. فالقسمة بين المادة والذهن، أو بين الروح والجسد (تلك التي بدأت في فلسفة أفلاطون) قد غدت الآن تامَّة. لقد افترق الإله عن الأنا وعن العالم. لقد رُفع الإله في الحقيقة إلى مرتبةٍ أعلى بكثيرٍ فوق العالم وفوق الناس، حتى إنه لا يظهر بفلسفة ديكارت في النهاية إلَّا كنقطة إحالة شائعة، تُوطِّد العلاقة بين الأنا والعالم.

وبينما حاولَت فلسفة قُدامى الإغريق أن تجِد النظام في التنوُّع اللانهائي للأشياء والوقائع، بالبحث عن مبدأٍ موحَّد أوَّلي، فقد حاول ديكارت أن يوطِّد النظام من خلال شكلٍ من القسمة الأولية، لكن الأجزاء الثلاثة التي تنشأ عن القسمة تفقد بعضًا من جوهرها إذا ما أُخِذ أيٌّ منها منفصلًا عن الجزأين الآخَرين. فإذا كان لنا أن نستعمِل المفاهيم الأوَّلية لديكارت فسيلزَم أن يكون الإله في العالم، وفي الأنا، وسيلزَم أيضًا ألَّا تنفصل الأنا عن العالم. طبيعي أن ديكارت قد عرف ضرورة هذا الارتباط التي لا تقبل الجدل، لكن الفلسفة والعلوم الطبيعية في الفترة اللاحقة قد تطوَّرت على أساس التناقُض بين «الشيء المُفكر» و«الشيء المُمتد». ركَّزت العلوم الطبيعية اهتمامها على «الشيء المُمتد». ومن الصعب أن نُقلل من أثر القسمة الديكارتية على الفكر الإنساني في القرون التالية، لكن هذه القسمة بالذات هي ما سأقوم بنقدها فيما بعد، وذلك من تطوُّر الفيزياء في وقتِنا هذا.

سيكون من الخطأ بالطبع أن نقول إن ديكارت، من خلال منهجه في الفلسفة، قد فتح اتجاهًا جديدًا في الفكر الإنساني. إن ما فعله حقًّا هو أن صاغ لأول مرةٍ نزعة في التفكير الإنساني يُمكن بالفعل أن نشهدها في حركة النهضة بإيطاليا وحركة الإصلاح الديني. لقد كان ثمة عودة إلى الاهتمام بالرياضيات، الأمر الذي يَشي بالأثر المُتزايد للعوامل الأفلاطونية بالفلسفة، والإلحاح على الدين الشخصي. دعم الاهتمام المُتنامي بالرياضيات نظامًا فلسفيًّا بدأ بالاستدلال المنطقي وحاول بهذا المنهج أن يصِل إلى بعض الحقيقة؛ بعض به من اليقين مثل ما بنتيجة القياس الرياضي. أما الإلحاح على الدين الشخصي فقد فصل بين الأنا وعلاقتها بالإله، وبين العالم. وأما الاهتمام لتجميع المعرفة التجريبية مع الرياضيات — كما نلحظ في أعمال جاليليو — فربما كان يرجع جزئيًّا إلى احتمال أن نصِل بهذه الطريقة إلى بعض المعرفة التي يمكن حفظها مُستقلة تمامًا عن الجدل اللاهوتي الذي أثارته حركة الإصلاح الديني. من الممكن أن تصاغ هذه المعرفة التجريبية دون أن نتحدَّث عن الإله أو عن أنفسنا. وهي تدعم فصل المفاهيم الثلاثة القاعدية «الإله – العالم – الأنا»، أو الفصل ما بين «الشيء المُفكر» و«الشيء المُمتد». في تلك الحقبة كان ثمة في بعض الحالات اتفاقٌ صريح بين روَّاد العلم التجريبي على ألَّا يُذكَر في مناقشاتهم اسم الإله أو العلَّة الأولى.

من ناحية أخرى، كان من اليسير أن نتنبَّأ من البداية بالصعوبات التي ستكتنِف عملية القسمة، ففي التفرقة ما بين «الشيء المُفكر» و«الشيء المُمتد» مثلًا، سنجد ديكارت وقد دُفع إلى أن يضع الحيوانات على جانب «الشيء المُمتد» كليةً. وبناء على ذلك فإن الحيوانات والنباتات لا تختلِف جذريًّا عن الماكينات، فسلوكها محكوم تمامًا بعِلَل مادية. ويبدو أنه من الصعب علينا دائمًا أن نُنكِر وجود نوعٍ من الروح في الحيوانات، كما يبدو أنَّ المفهوم القديم للروح — في فلسفة توماس الأكويني مثلًا — هو أمر أكثر طبيعيةً وأقل قسرًا من مفهوم «الشيء المُفكر» الديكارتي، حتى لو اقتنعنا بأن قوانين الفيزياء والكيمياء تسري بدقَّة على الكائنات الحيَّة. من بين النتائج التي ظهرت متأخرةً لهذه الفكرة الديكارتية أنَّنا إذا اعتبرنا ببساطة أن الحيوانات ماكينات فسيصعُب ألَّا نقول نفس الشيء عن البشر. من ناحيةٍ أخرى، لمَّا كان «الشيء المفكر» و«الشيء الممتد» قد اعتُبرا شيئين مختلفين تمامًا في الجوهر، فإننا لن نتوقَّع أن يؤثر أيهما في الآخر، وعلى هذا فلكي نحفظ توازيًا كاملًا بين خبرة الذهن وخبرة الجسد، فلا بد أن يكون النشاط الذهني أيضًا محكومًا تمامًا بقوانين تُناظر قوانين الفيزياء والكيمياء. هنا تبزُغ مسألة إمكانية «الإرادة الحرة». الواضح أن كل هذا الوصف وصفٌ اصطناعي بشكلٍ ما، ويُبين القصور الخطير في عملية القسمة الديكارتية.

من الناحية الأخرى سنجد أن القسمة في العلوم الطبيعية كانت ولبضعةِ قرونٍ ناجحة تمامًا. ابتدأت ميكانيكا نيوتن، وكل الفروع الأخرى من الفيزياء الكلاسيكية التي بُنيت على نمطِها. ابتدأت من افتراضٍ يقول إنَّنا نستطيع أن نصِف العالم دون أن نتحدَّث عن الإله أو عن أنفسنا، ولقد بدا سريعًا أن هذه الإمكانية تكاد تكون شرطًا ضروريًّا للعلوم الطبيعية بوجهٍ عام.

لكن الوضع هنا قد تغيَّر بعض الشيء بسبب نظرية الكم، وعلى هذا فقد يكون لنا الآن أن نُقارن نسَق ديكارت الفلسفي بالوضع الحالي في الفيزياء الحديثة. سبق أن أوضحنا أننا نستطيع أن نمضي في تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم دون أن نذكُر أنفسنا كأفراد، لكنَّا لا نستطيع أن نتجاهل حقيقة أنَّ الإنسان هو مَنْ شكَّل العلوم الطبيعية، إن العلوم الطبيعية ليست مجرد وصفٍ وتفسير للطبيعة، إنها جزء من التفاعُل بين الطبيعة وبين أنفسنا، إنها تصف الطبيعة بعد أن نُعرِّضها لمنهجنا في الاستفهام. وهذه إمكانية لم يكن ديكارت ليُفكر فيها لكنها تجعل الفصل القاطع بين العالم والأنا مُستحيلًا.

فإذا تتبَّعنا الصعوبة البالِغة التي واجهت حتى كبار العلماء من أمثال أينشتين في تفهُّم وقبول تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم، فسنجد أن جذورها ترجع إلى عملية القسمة الديكارتية. لقد نُفِّذت هذه القسمة بعُمق داخل الذهن البشري عبر القرون الثلاثة التي انقضت بعد ديكارت، وسيتطلَّب الأمر زمانًا طويلًا حتى يُمكن أن نستبدل بها موقفًا مختلفًا حقًّا نحو مشكلة الواقع.

أما الوضع الذي قادت إليه القسمة الديكارتية بالنسبة ﻟ «الشيء المُمتد»، فقد كان هو ما قد نُسمِّيه الواقعية الميتافيزيقية. فالعالم — نعني الأشياء المُمتدة — «موجود». ويجب أن نفرق بين هذه وبين الواقعية العملية. من المُمكن أن نصِف الأشكال المختلفة من الواقعية كما يلي: إنَّنا نُمَوضِع أي تقرير إذا ادَّعَينا أن محتواه لا يتوقف على الظروف اللازمة لإثباته. تفترض الواقعية العملية أن هناك تقارير يمكن مَوضعتُها، بل إن الجزء الأكبر من خِبرتنا في الحياة اليومية يتألف في الواقع مِن مثل هذه التقارير. والواقعية الدوجماتية تدَّعي ألا وجود لتقارير تتعلَّق بالعالم المادي لا يُمكن موضعتها. كانت الواقعية العملية دائمًا، وستظلُّ دائمًا، جزءًا جوهريًّا من العلوم الطبيعية. لكن الواقعية الدوجماتية — كما نراها الآن — ليست شرطًا ضروريًّا للعلوم الطبيعية. غير أنها قد لعبت دورًا هامًّا في تطوُّر العلوم، بل الواقع أن الوضع في الفيزياء الكلاسيكية هو وضع واقعية دوجماتية. وعن طريق نظرية الكم وحدَها عرفنا أن العلم المضبوط مُمكن دون أساسٍ مِن الواقعية الدوجماتية. ولقد ارتكز نقد أينشتين لنظرية الكم على الواقعية الدوجماتية. وهذا موقف طبيعي للغاية. فكلُّ عالِم يقوم بالتجارب يشعر بأنه يبحث عن شيءٍ له حقيقة موضوعية، وهو لا يرغب أن تعتمِد تقاريره على الظروف اللازمة لإثباتها. أما حقيقة أننا نستطيع أن نفسر الطبيعة — وبالذات في الفيزياء — بقوانين رياضية بسيطة، فهي تُخبرنا أنَّنا نقابل هنا ملمحًا حقيقيًّا من ملامح الواقع، لا شيئًا بأنفسنا قد ابتكرناه — بكلِّ ما لهذه الكلمة من معان. هذا هو الوضع الذي كان في ذهن أينشتين عندما اتخذ الواقعية الدوجماتية أساسًا للعلوم الطبيعية. لكن نظرية الكم ذاتها هي مثال لإمكانية تفسير الطبيعة عن طريق قوانين رياضية بسيطة دون هذا الأساس. قد لا تبدو هذه القوانين بسيطة إذا قُورنت بميكانيكا نيوتن، فإذا ما نظرنا إلى التعقيد البالغ للظواهر التي علينا أن نُفسرها (مثلًا: الطيف الخطِّي للذرات المُعقدة) فسنجد أن المُخطط الرياضي لنظرية الكم بسيط نسبيًّا. الواقع أن العِلم الطبيعي مُمكن دون أساس مِن الواقعية الدوجماتية.

تمضي الواقعية الميتافيزيقية خطوةً أبعد من الذاتية الدوجماتية، عندما تقول إن «الأشياء توجَد حقًّا». وهذا في الواقع هو ما حاول ديكارت أن يُثبته بحجَّته أن الإله لا يمكن أن يكون قد خدعَنا. إن القول إن الأشياء توجَد حقًّا يختلف عما تقول به الواقعية الدوجماتية، لوجود كلمة «توجد» هنا، وهي المُضمَّنة أيضًا في القول «أنا أفكر إذن فأنا موجود»، لكن يصعُب أن نفهم المقصود في هذا الموضوع والذي لا تتضمَّنه بالفعل قضية الواقعية الدوجماتية. وهذا يقودنا إلى نقدٍ عامٍّ للتعبير «أنا أُفكر إذن فأنا موجود» الذي اعتبره ديكارت الأساس الصلب الذي يمكن أن يَبني عليه نظامه. والواقع بالفعل أن بهذا التعبير يقينًا مثل يقين نتيجة القياس الرياضي إذا عرَّفنا الكلمات «أنا أفكر» و«موجود» بالطريقة المعتادة — أو بصورةٍ أكثر حذرًا، وأكثر انتقادًا في الوقت نفسه — إذا عرَّفناها بحيث يكون التعبير استطرادًا لها. لكن هذا لا يُعرِّفنا بالمدى الذي يُمكننا أن نستعمِل فيه مفهومي «التفكير» و«الموجود» في استكشاف طريقنا. إن السؤال عن المدى الذي يمكن فيه تطبيق مفاهيمنا هو دائمًا سؤال تجريبي على العموم.

ولقد شعر الفلاسفة بمشكلة الواقعية الميتافيزيقية بعد ديكارت بوقتٍ قصير، وأصبحت هي نقطة البدء بالنسبة للفلسفة التجريبية، للمذهب الحسِّي والمذهب الوضعي.

ثمَّة فلاسفة ثلاثة يُمكن اعتبارهم مُمثلين للفلسفة التجريبية المبكرة هم: لوك وباركلي وهيوم. كان هيوم يعتقد — على عكس ديكارت — أن أصل المعرفة كلها، في نهاية المطاف، هو الخبرة. قد تكون هذه الخبرة إحساسًا أو إدراكًا حسيًّا بعمل عقولنا. يقول لوك إن المعرفة هي الإحساس باتفاق فكرتَين أو عدم اتفاقهما. تكفَّل باركلي بالخطوة التالية. فإذا كانت كلُّ معرفتنا مُشتقة فعلًا من الإدراك الحسِّي، فليس ثمة معنًى لقولنا «إن الأشياء توجَد حقًّا». ذلك أننا إذا افترضنا الإدراك الحسي فلن يُهم فعلًا إن كانت الأشياء موجودة أو غير موجودة. وعلى هذا فقولنا إنَّ الشيء محسوس يُطابق قولنا إنه موجود. ولقد مدَّ هيوم هذا الخط من الجدَل إلى مذهبٍ للتشكُّكية مُتطرف أنكر الاستقراء والسببية، ومِن ثَم توصَّل إلى نتيجة تُحطِّم، إذا أخذْناها على نحوٍ جاد، أساس كلِّ العلوم التجريبية.

ونقد الواقعية الميتافيزيقية الذي عبَّرت عنه الفلسفة التجريبية، هو نقْد له، بالتأكيد، ما يُبرِّره، إذا أُخِذ كتحذيرٍ ضد الاستخدام الساذج لمصطلح «وجود». ومِن الممكن أن نوجِّهَ النقد بنفس الطريقة للتعبيرات الوضعية لهذه الفلسفة، فحواسُّنا ليست مجردَ حُزَم من الألوان أو الأصوات. إن ما نُحسُّه، نُحسُّه كشيءٍ ما — والتركيز هنا على كلمةِ «شيء» — وعلى هذا فلَنا أن نَشكَّ فيما إذا كان ثمَّة ما سنكسبُه إذا نحن وضعْنا إحساساتنا، بديلًا عن الأشياء، كعناصر الواقع الأوَّلية.

أما المشكلة الأساسية فقد أقرَّت بها الوضعية الحديثة في وضوح. يُعبر هذا الخط من التفكير عن انتقادٍ للاستخدام الساذج لمصطلحاتٍ معينة مثل «الشيء» و«الإدراك الحسِّي» و«الوجود» وذلك بالمُسلَّمة العامة بأنَّ مسألةً ما، إذا كان لجُملةٍ ما أيُّ معنًى على الإطلاق، هي أمر لا بد أن يخضع لفحصٍ دقيقٍ نقدي. فالمُسلَّمة — والموقف من خلفها — مُشتقَّان مِن المنطق الرياضي. ويُصوَّر منهج العلوم الطبيعية كوصلةٍ من الرموز مُلحَقة بالظواهر. من الممكن أن تجمع الرموز — كما في الرياضيات — حسب قوانين مُعينة، وبهذه الطريقة يُمكن أن تُمثَّل التقارير عن الظواهر بمجاميع من الرموز. فإذا ما كان ثمة مجموعة من الرموز لا تُطيع القوانين، فهي ليست خاطئة، إنما هي فقط لا تنقل أي معنًى.

والمشكلة الواضحة في هذه الحجَّة هي افتقارنا إلى أي معيارٍ نحكم به على ما إذا كانت الجُملة بلا معنًى. فنحن لن نصِل إلى حكمٍ حاسم إلَّا إذا كانت الجُملة تنتمي إلى نظامٍ مُغلق من المفاهيم والبديهيات، وهذا أمر يُعتبَر، في تطور العلوم الطبيعية، الاستثناء لا القاعدة. يقول التاريخ إن التخمين بأن جُملةً مُعينة لا معنى لها قد قاد في بعض الحالات إلى تقدُّم كبير، إذ فتح الباب لتوطيد علاقاتٍ جديدة كانت مُستحيلة لو كان للجُملة معنًى. ولقد ناقشْنا في نظرية الكمِّ مثالًا هو الجُملة: «في أي مدارٍ يتحرك الإلكترون حول النواة». لكن المُخطط الوضعي المُستمد مِن المنطق الرياضي هو على العموم نطاقٌ ضيق للغاية في وصف الطبيعة يَستخدِم بالضرورة كلماتٍ ومفاهيم يصعُب تعريفها إلا في صورةٍ مبهمة.

ولقد قادت القضية الفلسفية القائلة إنَّ كل المعرفة تتركَّز في نهاية المطاف في الخبرة، قادت إلى مُسلَّمة تتعلَّق بالتفسير المنطقي لأي تقرير عن الطبيعة. ربما كان هناك ما يُبرر مثل هذه المُسلَّمة في مرحلة الفيزياء الكلاسيكية، لكنَّا قد عرفنا منذ ظهرت نظرية الكم أنها لا يُمكن أن تُحقَّق. إن «موقع» و«سرعة» الإلكترون كلمتان يبدو أنهما مُحدَّدتان مِن ناحية المعني والارتباطات المُحتملة؛ والحق أنهما كانتا مفهومَين واضحَي التحديد داخل الإطار الرياضي لميكانيكا نيوتن، لكن الواقع أنهما ليستا كذلك، تُخبرنا بذلك العلاقات اللامُحققية. فلقد نقول إن «الموقع» في ميكانيكا نيوتن كان مُحددًا تمامًا، لكن العلاقة بالطبيعة لم تكن كذلك. وهذا يُبين أنَّنا أبدًا لن نستطيع أن نعرف مُقدَّمًا أية قيود قد تكتنِف قابلية تطبيق مفاهيم مُعينة عندما نمدُّ موقفنا إلى مناطق من الطبيعة بعيدة لا يُمكننا اختراقها إلا باستخدام أعقد الأدوات. علينا إذن في عملية الاختراق أن نستخدِم مفاهيمنا أحيانًا بطريقةٍ لا تُبرَّر ولا تحمِل أي معنًى. والإصرار على مُسلمة التفسير المنطقي الكامل سيجعل العِلم مستحيلًا، وسيُذكِّرنا علم الفيزياء الحديث هنا بالحكمة القديمة القائلة: على كل من يريد ألَّا يتفوَّه بخطأ أن يصمت.

ثمة تركيبة تجمع ما بين خطَّي الفكر هذَين اللذَين بدآ من ديكارت من ناحية ولوك وباركلي من أخرى، تركيبة شرع فيها كانط في فلسفته (وكان هو مؤسِّس المثالية الألمانية). أما الجزء من عمله الذي يُهم في المقارنة بنتائج الفيزياء الحديثة فنسجِده في كتابه «نقد العقل الخالص». تبنَّى معالجة قضيةِ ما إذا كانت المعرفة تؤسَّس على الخبرة وحدَها أم أنها قد تأتي عن مصادر أُخرى، وتوصل إلى نتيجةٍ مؤدَّاها أن معرفتنا هي جزئيًّا معرفة قبلية لا يُستدَلُّ عليها بالاستقراء من الخبرة. وعلى هذا فقد ميَّز ما بين المعرفة «التجريبية» والمعرفة «القبلية». في نفس الوقت ميَّز أيضًا ما بين القضايا التحليلية والقضايا التركيبية، فالقضايا التحليلية تنتُج ببساطة عن المنطق، وإنكارها يؤدي إلى التناقُض الذاتي. أما القضايا التي ليست «تحليلية» فهي قضايا «تركيبية».

ما هو معيار المعرفة «القبلية» عند كانط؟ يوافق كانط على أن المعرفة كلها تبدأ من الخبرة، لكنه أضاف أنها لا تُشتَق دائمًا من الخبرة، لكنها لا تُخبرنا أنها لا يُمكن أن تكون مختلفة. وعلى هذا فإذا ما فكَّرنا في قضيةٍ مع ضرورتها، فلا بد أن تكون قبلية، والخبرة أبدًا لا تمنح، أحكامَها عموميةً كاملة. وعلى سبيل المثال فالجُملة «الشمس تُشرق كل صباح» تعني أنَّنا لا نعرف أي استثناءٍ لهذه القاعدة حدثَ في الماضي، وأننا نتوقَّع أن تسري الجُملة أيضًا في المستقبل. لكنَّا نستطيع أن نتخيَّل استثناءاتٍ للقاعدة. فإذا ما وضعْنا حكمًا ذا عموميةٍ كاملة، أي إذا كان مِن المُستحيل أن نتصوَّر أيَّ استثناء، فلا بد أن يكون هذا الحُكم «قبليًّا» الحُكم التحليلي دائمًا حكم «قبلي». فحتى إذا ما تعلَّم الطفل الحساب عن طريق لعب «البلي» فإن الأمر لا يتطلَّب منه أن يعود إلى خِبرته كي يعرف أن ۲ + ٢ = ٤. لكن المعرفة التجريبية معرفة تركيبية.

لكن، هل مِن الممكن أن تكون الأحكام التركيبية قبلية؟ حاولَ كانط أن يُثبت هذا بأنْ أعطى أمثلةً تبدو فيها المعايير السابقة وقد تحقَّقت. يقول إنَّ الزمان والمكان صورتان قبليَّتان للحدس الخالص. ثم قدَّم عن المكان الحُجَج الميتافيزيقية التالية:

(١)

المكان ليس مفهومًا تجريبيًّا جُرِّد من تجارب أخرى، لأن المكان افتراض مُسبق عندما نُحيل الإحساسات إلى شيءٍ خارجي، والخبرة الخارجية مُمكنه فقط من خلال معنى المكان.

(٢)

المكان معنًى بسيط قبلي ضروري يُشكل الأساس لكلِّ الإحساسات الخارجية، ذلك أننا لا نستطيع أن نتخيَّل عدم وجود المكان، وإن كنَّا نستطيع أن نتخيَّل المكان فارغًا لا شيء فيه.

(٣)

المكان ليس مفهومًا انتقاليًّا أو شاملًا لعلاقات الأشياء عمومًا، لأن هناك مكانًا واحدًا فقط، وما نُسميه «أماكن» ليس سوى أجزاء منه لا شواهد.

(٤)

يُعرَض المكان كمقدارٍ مُفترَض لا مُتناهٍ يحمل بداخله أجزاء المكان كلها، وهذه العلاقة تختلف عن علاقة المفهوم بشواهده، وعلى هذا فالمكان ليس مفهومًا وإنما هو صورة من صُوَر الحدس.

لن نُناقش هذه الحُجَج هنا، إنما نذكُرها كأمثلة للنموذج العام للأدلة التي كان كانط يراها بالنسبة للأحكام القبلية التركيبية.

أما بالنسبة للفيزياء فقد أخذ كانط قانون العِلِّية ومفهوم الجوهر — مثلما أخذ الزمان والمكان — على أنهما قبليَّان. ولقد حاول في مرحلةٍ متأخرة من عمله أن يضم أيضًا قانون حفظ المادة و«الفعل ورد الفعل» بل وحتى قانون الجاذبية. وليس مِن فيزيائي سيرغب في اتِّباع كانط هنا إذا ما كان للمُصطلح «قبلي» أن يُستخدَم بالمعنى المطلق الذي منحَه إيَّاه كانط. وفي الرياضيات اعتبر كانط الهندسة الإقليدية قبلية.

وقبل أن نُقارن مذاهب كانط هذه بنتائج الفيزياء الحديثة علينا أن نذكُر جزءًا آخر من عمله سنرجع إليه فيما بعد. فالسؤال الكريه عما إذا كانت «الأشياء توجَد حقًّا» والذي أدَّى إلى الفلسفة التجريبية، هذا السؤال قد ظهر أيضًا في نسق كانط. لكنَّ كانط لم يتَّبع خطَّ باركلي وهيوم، وهو أمر لو حدث لكان مُستقيمًا. لقد احتفظ بفكرة «الشيء في ذاته» منفصلةً عن المُدرَك الحسِّي، وحفظ بهذه الطريقة نوعًا من الارتباط مع الواقعية.

نصِل الآن إلى مقارنة مذاهب كانط بالفيزياء الحديثة. من اللحظة الأولى سيبدو مفهومه المِحوري عن الأحكام التركيبية القبلية وقد مَحقَتْه تمامًا اكتشافاتُ هذا القرن. غيَّرت نظرية النسبية رؤيتنا للمكان والزمان، بل لقد كشفت في الحقيقة ملامح جديدة للزمان والمكان، ليس بينها ما نراه في صُوَر كانط القبلية للحدس الخالص. لم يعُد قانون العِلِّية يُطبَّق في نظرية الكم، ولم يعُد قانون حفظ المادة صحيحًا بالنسبة للجُسيمات الأولية. الواضح أن كانط لم يكن له أن يتنبَّأ بالاكتشافات الحديثة. لكن لمَّا كنتُ مُقتنعًا بأن مفهوماته ستكون «الأساس لأيِّ ميتافيزيقا مُستقبلية يُمكن أن تُسمى علمًا» فمِن المشوِّق أن نرى أين كانت حُجَجُه خاطئة.

دعْنا نأخُذ قانون العِلِّية كمثال. يقول كانط إنه حيثما نلاحظ واقعة فإننا نفترِض أن ثمَّة واقعة سبقتها لا بد للأُخرى أن تنتُج عنها حسبَ قاعدةٍ ما. وهذا كما يُقرر كانط أساس كلِّ العمل العِلمي. أما إمكانية أن نجِد دائمًا هذه الواقعة السابقة من عدمِه فهو أمر لا يُهم بالنسبة لهذه المناقشة، والواقع أننا نستطيع أن نجِدها في الكثير من الحالات، لكن حتى لو لم نستطع، فليس ثمَّة ما يمنعنا من أن نسأل عما قد تكونُه، وأن نبحث عنها. وعلى هذا فقد طُوِّع قانون العلِّية إلى منهج البحث العلمي. إنه الشرط الذي يجعل العِلم مُمكنًا. ولمَّا كنَّا نُطبق هذا المنهج بالفعل، فإن قانون العِلِّيَّة «قبلي» ولا يُشتَق من الخبرة.

فهل هذا صحيح في الفيزياء الذرِّية؟ فلنأخُذ ذرة راديوم يُمكنها أن تُطلِق جُسيم ألفا. لا يمكن أن نتنبَّأ بالوقت الذي سيُطلَق فيه جُسيم ألفا. كل ما يُمكننا أن نقولَه هو أن هذا الجُسيم سيُطلَق في المتوسط في نحو ألفَي عام. وعلى هذا فعندما نُلاحظ الانطلاق فلن نبحث عمليًّا عن واقعةٍ سابقة يتبعها انبعاثُ الجُسيم حسب قاعدةٍ ما. من المُمكن منطقيًّا أن نبحث عن مِثل هذه الواقعة، ولا يلزم أن تُثبطنا حقيقة أنَّ أحدًا لم يلحظ حتى الآن مِثل هذه الواقعة، لكن لماذا تغيَّر المنهج العلمي بالفعل في هذه القضية الجوهرية بالذات منذ كانط؟

ثمَّة إجابتان مُحتملَتان لهذا السؤال؛ الأُولى منهما هي: لقد أقنعَتْنا الخبرة أن قوانين نظرية الكم صحيحة، فإذا كانت كذلك، فإنا نعرِف أنَّنا لن نجِد واقعةً سابقة تُعلل انبعاث الجُسيم في وقتٍ مُعين. أما الإجابة الثانية فهي أنَّنا نعرف الواقعة السابقة، لكن ليس بشكلٍ دقيق تمامًا. إنَّنا نعرف القُوى في النواة الذرية المسئولة عن إطلاق جُسيمات ألفا. لكن هذه المعرفة تحمِل اللامحققية الناجمة عن التفاعُل بين النواة وبين بقية العالم. فإذا أردْنا أن نعرف السبب في إطلاق جُسيم ألفا في ذلك الوقت المُعين، فمِن الضروري أن نعرف التركيب الميكروسكوبي للعالم بأكملِه بما فيه أنفُسنا، وهذا أمر مُستحيل، ولهذا فلم تعُد حُجَج كانط للصِّفة القبلية لقانون العلِّية، قابلة للتطبيق هنا.

مِن المُمكن أن نُقدِّم مناقشةً مشابهة عن الصفة القبلية للزمان والمكان كصورتَين من صور الحدْس، وسنصِل إلى النتيجة نفسها. إن المفاهيم القبلية التي اعتبرها كانط حقيقةً لا تقبل الجدل لم تعُد مُضَمَّنَةً في النسق العلمي للفيزيقا الحديثة.

لكنها لا تزال تُشكل قسمًا جوهريًّا من هذا النسق، إنما بمعنًى يختلف بعض الشيء. عند مناقشة تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم أكَّدنا أنَّا نستعمل المفاهيم الكلاسيكية في وصف أجهزتها التجريبية، وبشكلٍ عام، في وصف ذلك الجزء من العالَم الذي لا ينتمي إلى موضوع التجربة. والواقع أن استخدام هذه المفاهيم — ومنها المكان والزمان والعلِّيَّة — هو الشرط لملاحظة الوقائع الذرِّية، وهو — بهذا المعنى — قبلي. أما ما لم يستطِع كانط أن يتنبَّأ به فهو أن هذه المفاهيم القبلية قد تكون هي الشروط اللازمة للعِلم، وأنَّ مجال تطبيقاتها قد يكون محدودًا في نفس الوقت. فعندما نقوم بتجربةٍ فإن علينا أن نفترض تسلسلًا عِلِّيًّا من الوقائع يقود، من الواقعة الذرية عبر الجهاز، حتى عين المراقب. فإذا لم نفترض هذا التسلسُل العِلِّي فلن نعرف شيئًا عن الواقعة الذرية. لكن يلزم أيضًا أن نتذكَّر أن للفيزياء الكلاسيكية وللعِلِّية مدًى محدودًا من التطبيق. لقد كانت المفارقة الجوهرية في نظرية الكم هي ما لم يستطع كانط أن يتنبأ به. لقد غيَّرت الفيزياء الحديثة تعبير كانط عن احتمال الأحكام التركيبية القبلية، من احتمالٍ ميتافيزيقي إلى احتمالٍ عملي، سيكون للأحكام التركيبية القبلية بذلك خصيصةُ حقيقةٍ نسبية.

فإذا أعدنا تفسير «قبلية» كانط بهذه الطريقة فليس ثمة مِن سبب يدعونا لاعتبار أن الخصائص هي المُعطيات لا الأشياء، إننا نستطيع — تمامًا كما في الفيزياء الكلاسيكية — أن نتحدث عن الوقائع التي لا نلحظها بنفس الطريقة التي نتحدَّث بها عمَّا نعرفه من وقائع. وعلى هذا، فإن الواقعية العملية هي جزء طبيعي من إعادة التفسير. أما بالنسبة لمفهوم «الشيء في ذاته» الكانطي، فلقد أشار كانط إلى أنَّنا لا نستطيع أن نستنبط شيئًا من الإدراك الحسِّي ﺑ «الشيء في ذاته». وسنجِد لهذه الجُملة (كما لاحظ فايتسيكر) مثيلها الصوري في حقيقة أنه برغم استخدامِنا المفاهيم الكلاسيكية في كلِّ التجارب فإن السلوك غير الكلاسيكي للمواضيع الذرية أمرٌ ممكن. إن مفهوم الشيء في ذاته عند الفيزيائي الذرِّي — إذا ما استخدَمه أصلًا — هو بِنية رياضية في نهاية المطاف. لكن هذه البِنية تُستَنْبَط — على عكس كانط — على نحو غير مباشر من الخبرة.

وفي إعادة التفسير هذه، ترتبط «القبلية» الكانطية، على نحوٍ مباشر، بالخبرة — إلى المدى الذي تشكَّلت فيه خلال التطوُّر الذهني البشري في الماضي البعيد جدًّا. اتَّبَع البيولوجي لورنتس هذه الحجَّة ذات مرة عندما قارن المفاهيم القبلية بصُوَر السلوك الحيواني التي يُطلَق عليها اسم «الأنماط الوراثية أو الفطرية». والواقع أنه من المقبول حقًّا أن يختلف المكان والزمان بالنسبة لبعض الحيوانات البدائية عمَّا أسماه كانط «حدسنا الخالص» للمكان والزمان. فهذا الأخير ينتمي لجِنس البشر، لا إلى العالَم مُستقلًّا عن الإنسان. لكنَّا نَدخل أكثر مما ينبغي إلى مناقشاتٍ افتراضية إذا نحن اتَّبَعنا هذه الملاحظة البيولوجية عن «القبلية». لقد ذكرناها هنا كمثالٍ ليس إلَّا، لِما يمكن أن تُفسَّر به «الحقيقة النسبية» في سياق «القبلية» الكانطية.

لقد استعملنا الفيزيقا الحديثة هنا كمثالٍ أو إن أردتَ كنموذجٍ للتحقُّق مِن نتائج بعض النظم الفلسفية القديمة الهامة، والتي قصد بها بالطبع أن تسري على مجالٍ أوسع. وربما أمكنَنا أن نعرض فيما يلي أهم ما تعلَّمناه من فلسفة ديكارت وكانط بصفةٍ خاصة:

ليس ثمة معنًى قاطع واضح لأيٍّ من المفاهيم والكلمات التي تشكَّلت في الماضي من خلال التفاعُل بين العالَم وأنفسنا، نعني أنَّنا لا نعرف بالضبط إلى أي مدًى قد تُساعدنا في معرفة طريقنا في العالم. كثيرًا ما نُدرك أننا نستطيع أن نستخدِمها في مجالٍ واسع من مجالات الخبرة الداخلية والخارجية، لكنَّا عمليًّا لا نعرف أبدًا حدود تطبيقاتها بالضبط. وهذا صحيح حتى بالنسبة لأبسط وأهم المفاهيم مثل «الوجود» و«المكان والزمان». وعلى هذا فلن يُمكننا أبدًا، عن طريق العقل الخالص، أن نصِل إلى بعض الحقيقة المُطلقة.

ولقد تكون المفاهيم مُحددة تمامًا بالنسبة لعلاقتنا، وهذا صحيح فعلًا عندما تُصبح المفاهيم جزءًا من نظام البديهيات والتعريفات يُمكن التعبير عنه بمُخططٍ رياضي. ومثل هذه المجموعة من المفاهيم المرتبطة قد تكون قابلةً للتطبيق على مجالٍ واسع من الخبرة، وقد تُساعدنا في أن نعرف طريقَنا داخل هذا المجال. لكنَّ حدود التطبيق ستظلُّ عمومًا غير معروفة، أو على الأقل غير كاملة.

وحتى لو أدركْنا أن معنى المفهوم لا يُمكن أبدًا أن يُحدَّد بدقة كاملة، فإن بعض المفاهيم تُشكِّل جزءًا مُتمِّمًا للمناهج العلمية، لأنها تُمثل في الوقت الحالي المُحصِّلة النهائية لتطوُّر الفكر الإنساني في الماضي، أو حتى في الماضي البعيد. وهي قد تُورَّث، وهي، على أية حالٍ، أدواتٌ لا غِنى عنها لإجراء البحث العلمي في زماننا. وبهذا المعنى فهي «قبلية» مِن الناحية العملية. لكنَّا قد نجد في المُستقبل حدودًا أبعد لقابلِيَّتها للتطبيق.

الفصل السادس

علاقة نظرية الكمِّ بغيرها من فروع العلوم الطبيعية

سبق أن ذكرْنا أن مفاهيم العلوم الطبيعية يمكن أن تُعرَّف بدقَّة بالنسبة للعلاقات فيما بينها. اتضحت هذه الإمكانية لأول مرة في كتاب المبادئ لنيوتن، وبِسبَبِها بالتحديد كان لعمل نيوتن هذا، تلك الآثار الهائلة على كل تطوُّر العلوم الطبيعية في القرون التالية، ابتدأ نيوتن كتابه بمجموعةٍ من التعريفات والبديهيات متشابكة بطريقةٍ تُشكِّل معها ما يُمكن أن نُسميه «النظام المغلق». من الممكن أن يُمثَّل كل مفهوم برمز رياضي، لتُمثَّل العلاقات بين المفاهيم المختلفة بمعادلاتٍ رياضية تُستخدَم فيها هذه الرموز. وتتكفَّل الصورة الرياضية للنظام بعدَم حدوث تناقُضات به. بهذه الوسيلة تُمثَّل الحركات المختلفة للأجسام تحت تأثير القُوَى الفعَّالة، بالحلول المُمكنة لهذه المعادلات. يؤخَذ نظام التعريفات والبديهيات الذي يُمكن أن يُكتَب في صورة مجموعةٍ مِن المعادلات الرياضية، يؤخَذ على أنه وصف لِبِنية أزلية للطبيعة، لا يتوقَّف على مكانٍ مُعيَّن أو زمنٍ بذاته.

والارتباط بين المفاهيم المختلفة بالنظام شديدٌ للغاية، حتى ليستحيل عمومًا أن نُغيِّر أيًّا منها دون أن نُفسِد النظام بأكمله.

لهذا السبب اعتُبِر نظام نيوتن، ولفترة طويلة، نظامًا نهائيًّا. وأصبحت مُهمَّة العلماء في الفترة التالية هي مجرد توسيع نطاق ميكانيكا نيوتن إلى مجالاتٍ مِن الخبرة أوسع. والواقع أن عِلم الفيزياء قد تطوَّر بهذه الطريقة لفترةٍ تبلغ نحو قرنَين.

يستطيع المرء أن يتحول من نظرية الكتلة إلى ميكانيكا الأجسام الجامدة، إلى الحركة الدوَّارة، ويُمكنه أن يُعالج الحركات المتَّصلة لسائلٍ أو الحركات المُتذبذبة لجسمٍ مرِن. كل هذه الأجزاء من الميكانيكا أو الديناميكا قد تطوَّرت بالتدريج في علاقةٍ وثيقة مع تطوُّر الرياضيات، لا سيما حساب التفاضُل، ثم إن النتائج قد اختُبِرت بالتجارب. أصبحت الصوتيَّات وديناميكا السوائل جزءًا من الميكانيكا. ثمَّة عِلم آخر هو عِلم الفلك، كان لتطبيق ميكانيكا نيوتن به شأن واضح. لقد أدَّت التحسينات التي أُدخلت على المناهج الرياضية بالتدريج، إلى تقديراتٍ أدقَّ وأدقَّ لِحركات الكواكب وتأثيراتها المتبادَلة. وعندما اكتُشفت ظاهِرتا الكهرباء والمغناطيسية قُورنت القوى الكهربية والمغناطيسية بقوى الجاذبية، ثم دُرست آثارهما على حركة الأجسام على هَدْي ميكانيكا نيوتن. وأخيرًا، وفي القرن التاسع عشر، أمكن إخضاع، حتى نظرية الحرارة، إلى الميكانيكا، عندما افتُرِض أن الحرارة في الواقع تتكوَّن من حركات إحصائية معقدة لأصغر أجزاء المادة. وبتجميع مفاهيم النظرية الرياضية للاحتمالات مع مفاهيم ميكانيكا نيوتن تمكَّن كلوسيوس وجيبس وبولتسمان من أن يُوضِّحوا أن القوانين الأساسية لنظرية الحرارة يُمكن أن تُفَسَّر كقوانين إحصائية تَنتُج عن ميكانيكا نيوتن عند تطبيقها على نُظُم ميكانيكية غاية في التعقيد.

أنجز البرنامج الذي أقامته ميكانيكا نيوتن، وحتى هذه المرحلة نجاحاتٍ صلبة، وقاد إلى تفهُّم مدًى واسع من الخبرات. ظهرت أولى الصعوبات في مناقشات المجال الكهرومغناطيسي بأبحاث فاراداي وماكسويل. فقوى الجاذبية في ميكانيكا نيوتن تُعتبر من المُعطيات، وليست موضوعًا يخضع لدراساتٍ نظرية تُجرى. لكن مجال القوة نفسه أصبح في أبحاث فاراداي وماكسويل موضوع الاستقصاء. أراد الفيزيائيَّان أن يعرِفا كيف يتبايَن مجال القوة هذا كدالَّة للمكان والزمن. وبذا حاوَلا أن يضعا معادلاتٍ لحركة المجالات، ليست أساسًا للأجسام التي تعمل عليها المجالات. ولقد عاد بهما هذا التغيير إلى وجهة نظر اعتنقَها العديد مِن العلماء قبل نيوتن، تقول إن الفعل — على ما بدا لهم — يُمكن أن ينتقِل من جسمٍ إلى آخر، فقط إذا تلامس الجسمان — بالاصطدام مثلًا أو بالاحتكاك. قدَّم نيوتن فرضًا جديدًا جدًّا وغريبًا عندما افترض قوةً تعمل عبر مسافةٍ طويلة. عُدنا الآن في نظرية مجالات القوى إلى الفكرة القديمة — القائلة: إن الفعل ينتقِل من نقطةٍ إلى أخرى مجاورة — وذلك فقط بوصف سلوك المجال في صورة مُعادلات تفاضُلية. ولقد ثبت أن هذا بالفعل مُمكن؛ ومِن ثم فقد بدا الوصف الذي قدَّمته معادلات ماكسويل للمجالات الكهرومغناطيسية، بدا حلًّا مُرضيًا لمشكلة القوة. لقد غيَّرنا بالفعل برنامج ميكانيكا نيوتن، فالبديهيات والتعريفات التي قدَّمها نيوتن كانت تُطبَّق على الأجسام وعلى حركتها. أما عند ماكسويل فقد بدت مجالات القوى وقد اكتسبت نفس درجة الواقعية التي تتمتَّع بها الأجسام في نظرية نيوتن. طبيعيٌّ ألا نتوقَّع أن تُقبل هذه الصورة بسهولة، ولكي نتجنَّب مثل هذا التغيُّر في مفهوم الواقع، بدا من الملائم أن نُقارن المجالات الكهرومغناطيسية بمجالات تَشوُّهِ المرونة أو الإجهاد — موجات ضوء نظرية ماكسويل بمَوجات الصوت في الأجسام المرنة. وعلى هذا فقد اعتقد العديد من الفيزيائيِّين أن معادلات ماكسويل تُشير إلى تشوُّه وسطٍ مرِن أُطلق عليه اسم الأثير، ولقد مُنِح الوسط هذا الاسم ليَعني وسطًا خفيفًا دقيقًا يخترق المادة دون أن يُرى أو يُحَس. على أن هذا التفسير لم يكن مُرضيًا تمامًا، لأنه لا يُفسر الغياب الكامل لأي موجات ضوءٍ طولية.

وأخيرًا بيَّنت نظرية النسبية، التي سنُناقشها في الفصل التالي، وبطريقةٍ حاسمة، أنَّنا لا بدَّ أن نتخلَّى عن مفهوم الأثير كجوهر، وهو المفهوم الذي تُشير إليه معادلات ماكسويل. لا يُمكننا أن نُناقش الحُجَج هنا، لكن النتيجة كانت ضرورة اعتبار المجالات واقعًا مستقلًّا.

ثمَّة نتيجة أخرى أكثر إثارةً للفزع جاءت عن نظرية النسبية الخاصة، هي اكتشاف خصائص جديدة للمكان والزمان أو — في الواقع — اكتشاف علاقة بين المكان والزمان لم تكُن معروفةً قبلًا ولا توجَد في ميكانيكا نيوتن.

وتحت تأثير هذا الوضع الجديد تمامًا، وصل الكثير من الفيزيائيين إلى الاستنباط التالي، إن يكن متسرِّعًا بعض الشيء: لقد ثبت أخيرًا بطلان ميكانيكا نيوتن. إن الواقع الأوَّلي هو المجال لا الجسم، إن الوصف الصحيح للمكان والزمان يأتي عن صِيَغ لورنتس وأينشتين، لا عن بديهيات نيوتن. تُقدم ميكانيكا نيوتن تقديراتٍ تقريبية جيدة في حالاتٍ كثيرة، ولقد أصبح من الضروري الآن أن تُحسَّن لتُعطي وصفًا أكثر دقةً للطبيعة.

إن مثل هذا التعبير من وجهة النظر التي توصَّلنا إليها أخيرًا في نظرية الكم، هو وصف فقير للغاية للوضع الفعلي. فهو أولًا يتجاهل حقيقة أن معظم التجارب التي تُقاس بها المجالات، هي تجارب ترتكِز على ميكانيكا نيوتن، ثم إن ميكانيكا نيوتن لا يمكن أن تُحسَّن، إن ما نستطيعُه هو أن نستبدِل بها شيئًا مُختلفًا تمامًا!

علَّمَنا تطور نظرية الكم أن الأفضل أن يصِف المرء الوضع كما يلي: حيثما يُمكن استخدام مفاهيم ميكانيكا نيوتن في وصف الوقائع بالطبيعة، تكون القوانين التي صاغها نيوتن صحيحةً تمامًا، ولا يمكن تحسينُها. لكن الظواهر الكهرومغناطيسية لا يمكن أن توصَف كما يجِب باستخدام مفاهيم ميكانيكا نيوتن، وعلى هذا فإن التجارب في المجالات الكهرومغناطيسية والموجات الضوئية، ومعها تحليلها النظري الذي قدَّمَه ماكسويل ولورنتس وأينشتين، هذه التجارب قد قادت إلى نظامٍ جديدٍ مُغلق من التعريفات والبديهيات ومن المفاهيم، يمكن التعبير عنه برموزٍ رياضية، نظام مُترابط تمامًا مثل نظام ميكانيكا نيوتن، لكنَّه يختلف عنه اختلافًا جوهريًّا.

وعلى هذا، فلا بد أن تتغير حتى الآمال التي صاحبت أعمال العلماء منذ نيوتن. الواضح أن التقدُّم في العِلم لا يمكن دائمًا أن يُحقَّق باستخدام المعروف من قوانين الطبيعة في تفسير الظواهر الجديدة. فالظواهر الجديدة في بعض الحالات التي فُحصت لا يُمكن تفهُّمها إلَّا بمفاهيم جديدة صِيغت لتُلائمها، مثلما صِيغت مفاهيم نيوتن لتُلائم الوقائع الميكانيكية. يمكن بعدئذٍ أن تُربَط هذه المفاهيم الجديدة في نظام مُغلق وأن يُعبَّر عنها برموزٍ رياضية. لكن، إذا ما تقدَّمَت الفيزياء — أو العلوم الطبيعية على وجه العموم — بهذه الطريقة، فسيبزغ السؤال: ما هي العلاقة بين الزُّمَر المختلفة من المفاهيم؟ إذا ظهرت مثلًا نفس المفاهيم أو الكلمات في زُمرتَين مختلفتَين وعُرِّفت بشكلٍ مختلف في السياق وفي التعبير الرياضي، فبأيِّ معنًى تُمثل المفاهيم الواقع؟

ظهرت هذه المشكلة فور اكتشاف نظرية النسبية الخاصة. فمفهوما المكان والزمان ينتمِيان إلى كلٍّ من ميكانيكا نيوتن ونظرية النسبية. لكن المكان والزمان في ميكانيكا نيوتن مفهومان مُستقلَّان عن بعضهما، أما في نظرية النسبية فهما مُرتبطان بتحويل لورنتس. في هذه الحالة الخاصة يمكن للمرء أن يُوضِّح أن تقارير نظرية النسبية تقترِب من تقارير ميكانيكا نيوتن عندما تكون كلُّ السرعات بالنظام أقلَّ كثيرًا من سرعة الضوء. مِن هذا يمكن أن نستنتِج أن مفاهيم ميكانيكا نيوتن لا يمكن أن تُطبق على أي واقعةٍ تتضمن سرعات تقترب من سرعة الضوء. بذلك وجدْنا أخيرًا حدودًا مميزة لميكانيكا نيوتن لم نكُن لنراها لا مِن زمرة المفاهيم المُترابطة ولا مِن الملاحظات البسيطة للنظم الميكانيكية.

وعلى هذا فإن العلاقة ما بين زمرتَين مختلفتَين من زُمَر المفاهيم تتطلَّب دائمًا استقصاءً دقيقًا جدًّا. وقبل أن ندلف إلى مناقشةٍ عامة حول بِنية أيٍّ من مثل هذه الزُّمَر المُغلقة المُتماسكة من المفاهيم، وحول علاقاتها المُمكنة، سنُقدِّم وصفًا مُختصرًا لِما عُرِف الآن في الفيزياء من هذه الزُّمَر. يُمكننا أن نُميز أربعة نظم بلغت بالفعل صورَها النهائية.

ولقد ناقشنا بالفعل المجموعة الأولى، زمرة ميكانيكا نيوتن. لقد صِيغت لتُلائم وصفَ كلِّ النظم الميكانيكية، وحركة السوائل والتذبذُب المرِن للأجسام. وهي تشمل علوم الصوتيَّات والاستاتيكا والديناميكا الهوائية.

أما النظام المُغلق الثاني مِن المفاهيم فقد تشكَّل خلال القرن التاسع عشر في ارتباطٍ مع نظرية الحرارة. وبالرغم من أنه قد أمكن في النهاية ربط نظرية الحرارة بالميكانيكا من خلال تطوير الميكانيكا الاستاتيكية، فلن يكون من الواقعي أن نعتبرها جزءًا من الميكانيكا. والواقع أن نظرية الحرارة الظاهراتية تستخدِم عددًا من مفاهيم لا نظيرَ لها في فروعٍ أخرى من الفيزياء؛ مفاهيم مثل: الحرارة، والحرارة النوعية، والإنتروبيا، والطاقة الحرة … إلخ. فإذا كنا نستطيع من هذا الوصف الظاهراتي أن ننتقل إلى التفسير الإحصائي، بأن نعتبر الحرارة طاقةً تتنوع إحصائيًّا بين العدد الكبير جدًّا من درجات الحرية الراجع إلى التركيب الذري للمادة، عندئذٍ لن يكون ارتباط الحرارة بالميكانيكا بأكثرَ مِن ارتباطه بالديناميكا الكهربية أو غيرها مِن أقسام الفيزياء. والمفهوم المحوري لهذا التفسير هو مفهوم الاحتمال، الوثيق الصِّلة بمفهوم الإنتروبيا في النظرية الظاهراتية. أضف إلى ذلك المفهوم أن النظرية الإحصائية للحرارة تتطلَّب مفهوم الطاقة، لكنَّ أيَّ زُمرةٍ متماسكة من البديهيات والمفاهيم في الفيزياء ستحوي بالضرورة مفاهيم الطاقة، وكمية الحركة، وكمية الحركة الزاوِيَّة، والقانون الذي تُحفظ به هذه المقادير تحت شروط مُعينة. وهذا صحيح بالضرورة إذا ما كانت الزُّمرة المُتماسكة قد قُصِد بها وصفُ ملامحَ للطبيعةِ مُعينة صحيحة في كلِّ وقتٍ وفي كل مكان، نَقصد ملامح لا تعتمِد على المكان أو الزمان، أو — كما يقول الرياضيون — ثابتة تحت التحوُّلات التحكمية في المكان والزمان والدورانات في المكان، وتحويل جاليليو (أو لورنتس). وعلى هذا فمِن المُمكن أن تُوحَّد نظرية الحرارة مع أيٍّ من نُظُم المفاهيم الأخرى.

نشأ النظام المُغلَق الثالث من المفاهيم والبديهيات من ظاهرتَي الكهرباء والمغناطيسية، وبلغ صورتَه النهائية في العقد الأول للقرن العشرين مِن خلال أعمال لورنتس وأينشتين ومينكوفسكي. وهو يضمُّ الديناميكا الكهربية، والنسبية الخاصة، والبصريات، والمغناطيسية، وقد نُضيف نظرية ده برولي عن موجات المادة لكل الضروب المختلفة من الجُسيمات الأوَّلية. لكنه لا يضمُّ النظرية المَوجية لشرودنجر.

وأخيرًا فإن النظام الرابع هو أساسًا نظرية الكمِّ كما شرحتُ في أول فصلَين من هذا الكتاب. والمفهوم المحوري هو دالَّة الاحتمال، أو المَصفوفة الإحصائية كما يُسمِّيها الرياضيون، وهو يضم ميكانيكا الكم، والميكانيكا الموجية، ونظرية الطيف الذري، والكيمياء ونظريةً لخصائص أُخرى للمادة مثل المُوصليَّة الكهربية والفريمغناطيسية.

يُمكن أن نُبين العلاقات بين هذه الزُّمَر الأربع في الشكل التالي: الزمرة الأولى مُضمَّنة في الثالثة كحالةٍ حَدِّية عندما تُعتبَر سرعة الضوء كبيرة إلى أبعد حدٍّ، وهي مُضَمَّنَة أيضًا في الرابعة كحالة حَدِّية عندما نَعتبر ثابت بلانك صغيرًا إلى أبعد حدٍّ والزمرة الأولى وبعض الثالثة ينتميان إلى الرابعة كوضع قَبْلي لوصف التجارب. ويُمكن أن تُربط الثانية بأيٍّ من الثلاث الأخريات، وإن كانت علاقتها بالرابعة ذات أهميةٍ خاصة. والوجود المُستقل للثالثة والرابعة يقترح وجود مجموعةٍ خامسة تُعتبر الأولى والثالثة والرابعة حالاتٍ حَدِّيةً لها. ربما تَوصَّلنا يومًا إلى هذه المجموعة الخامسة مُرتبطة بنظرية الجُسيمات الأولية.

أسقطنا من هذه القائمة مجموعة المفاهيم المُرتبطة بنظرية النسبية العامة، فقد لا تكون قد بلغَت بعدُ صورتها النهائية. لكن علينا أن نؤكِّد أنها تختلف بلا ريبٍ عن الزُّمَر الأربع الأخرى.

بعد هذا العرض السريع، ربما عُدنا إلى السؤال الأكثر عموميةً عما يجِب أن نعتبره ملمحًا لمِثل هذا النظام المُغلق من البديهيات والتعريفات. ربَّما كان أهم الملامح هو إمكانية العثور على تعبير رياضي مُتماسك له. وهذا التعبير لا بدَّ أن يَضمَن ألَّا يحتوي النظام على أية تناقُضات. ثم إنه لا بد أن يكون مُلائمًا لوصف مجالٍ واسعٍ من الخبرة. والتنوُّع الهائل مِن الظواهر لا بدَّ أن يُناظر العدد الكبير من حلول المُعادلات في التعبير الرياضي. ولا يمكن، على العموم، أن نستنبِط مِن المفاهيم مدى محدودية المجال، فالمفاهيم لا تُعرَّف بشكلٍ دقيق بالنسبة لعلاقتها بالطبيعة، برغم التحديد الصارم لارتباطاتها المُمكنة. وعلى هذا فإنَّا سنعرِف الحدود من الخبرة، من حقيقة أن المفاهيم لا تسمح بوصفٍ كامل للظواهر الملحوظة.

بعد هذا التحليل المُوجَز لبِنية الفيزياء اليوم، يُمكننا الآن أن نُناقش العلاقة بين الفيزياء وبين غيرِها مِن فروع العلوم الطبيعية. لعلَّ الكيمياء هي أقرب جيران الفيزياء. والواقع أن هذَين العِلمَين قد وصلا من خلال نظرية الكمِّ إلى اتحادٍ كامل، لكنَّهما كانا مُنفصلَين كثيرًا منذ مائة عام. كان منهجاهما في البحث مختلفَين تمامًا، ولم يكن لمفاهيم الكيمياء، في ذلك الوقت، ما يُناظرها في الفيزياء. فالتكافؤ والفاعلية والقابلية للذَّوبان والتطايُرية هي مفاهيم ذات خصائص تغلِب عليها الوصفية، وكان مِن الصعب إدراج الكيمياء بين العلوم المضبوطة. وعندما طُوِّرت نظرية الحرارة على أواسط القرن الماضي بدأ العلماء في تطبيقها على العمليات الكيماوية. ومنذ ذلك الحين أصبح البحث العلمي في هذا المجال وقد حكَمَه الأمل في اختزال قوانين الكيمياء إلى ميكانيكا الذرَّات. على أنه مِن الواجب أن نؤكِّد أن هذا لم يكُن مُمكنًا داخل هيكل الميكانيكا النيوتِنية. فلِكَي نصِل إلى وصفٍ كمِّي لقوانين الكيمياء، علينا أن نصوغ نظامًا من المفاهيم أرحبَ للفيزياء الذرِّية. ولقد أنجزَت نظرية الكم هذا في نهاية المطاف، وهي النظرية التي تتجذَّر في الكيمياء مِثلما تتجذَّر في الفيزياء الذرية. هنا غدا من اليسير أن نرى أنه لم يكن من المُستطاع اختزال قوانين الكيمياء إلى الميكانيكا النيوتِنية للجُسيمات الذرية، لأن سلوك العناصر الكيماوية كان يُفصِح عن درجةٍ من الثبات لا تتوفَّر في النُّظم الميكانيكية على الإطلاق. ولم تُفهَم هذه النقطة تمامًا إلى أن ظهرت نظرية بوهر للذرَّة عام ۱۹۱۳م. ولقد يمكن القول إن مفاهيم الكيمياء في نهاية الأمر هي مفاهيم مُتمِّمة — جزئيًّا — للمفاهيم الميكانيكية. فإذا عرفنا أنَّ ما يُحدِّد الخصائص الكيماوية للذرة هو أدنى الحالات المَوقوفة لها، فلن نستطيع في نفس الوقت أن نتحدَّث عن حركة الإلكترونات في الذرة.

والعلاقة الحالية بين البيولوجيا من ناحيةٍ وبين الفيزياء والكيمياء من ناحيةٍ أخرى، قد تكون شبيهةً جدًّا بالعلاقة بين الكيمياء والفيزياء منذ مائة عام. تختلف مناهج البيولوجيا عن مناهج الفيزياء والكيمياء. والمفاهيم البيولوجية النموذجية لها طبيعة تغلب عليها الوصفية مُقارنةً بمفاهيم العلوم المضبوطة؛ فليس ثمة نظير في الفيزياء والكيمياء لمفاهيم مثل الحياة، العضو، الخلية، وظيفة العضو، الإدراك الحسِّي. من ناحية أخرى سنجِد أن معظم التقدُّم الذي تمَّ في البيولوجيا خلال المائة عام الماضية قد جاء عن تطبيق الفيزياء والكيمياء على الكائنات الحيَّة. ثم إن هدف البيولوجيا في زماننا هذا هو تفسير الظواهر البيولوجية على أساس القوانين الفيزيائية والكيميائية المعروفة. مرة أخرى يبزُغ التساؤل عما إذا كان لهذا الأمل ما يُبرِّره.

ومثلما كان الوضع في الكيمياء، تُعلِّمُنا الخبرة البيولوجية البسيطة أنَّ الكائنات الحية تكشف عن درجةٍ من الثَّبات لا يمكن بالتأكيد أن تَمتلكها البِنى العامة المُعقدة المؤلَّفة من أنماطٍ عديدة من الجزيئات، حسب القوانين الفيزيائية والكيميائية وحدها. وعلى هذا فثمَّة ما يلزَم إضافتُه إلى قوانين الفيزياء والكيمياء قبل أن نصِل إلى تفهُّمٍ كامل للظواهر البيولوجية.

ثمة فكرتان مختلفتان تمامًا في هذا الخصوص نُوقشتا كثيرًا في المجال البيولوجي. الأولى هي نظرية التطوُّر لداروين وعلاقتها بالوراثة الحديثة. تقول هذه النظرية إنَّ المفهوم الوحيد الذي يلزم إضافته إلى مفاهيم الفيزياء والكيمياء، حتى يُمكن تفهُّم الحياة، هو مفهوم التاريخ. إن الفترة الزمنية الهائلة التي تبلغ نحو أربعة آلاف مليون سنة، والتي مرَّت منذ نشأة الأرض، هذه الفترة قد منحت الطبيعة إمكانيةَ تجريب تنوُّعاتٍ تكاد لا تُحَدُّ من تراكيب مجاميع الجُزيئات. مِن بين هذه التراكيب كان ثمَّة عدد تمكَّن من نسخ نفسه باستخدام مجاميع أصغر مِن المادة المُحيطة. تمكَّنت مثل هذه التراكيب إذن مِن التكاثُر بأعدادٍ كبيرة. ثُم إن التغيُّرات العَرَضية في التركيب قد وفَّرت بدورها قدرًا إضافيًّا مِن التراكيب. وكان أن تنافست التركيبات المُختلفة على المادة المُتوفرة في البيئة المحيطة بهذه الطريقة، من خلال «البقاء للأصلح»، حدث تطوُّر الكائنات الحيَّة في نهاية المطاف. لا شكَّ أن هذه النظرية تحمِل قدرًا كبيرًا من الحقيقة، ويدَّعي الكثير مِن البيولوجيين أن إضافة مفهومَي التاريخ والتطوُّر ستكون كافية تمامًا لتفسير كلِّ الظواهر البيولوجية. ثمة حُجة كثيرًا ما تُطرَح في تعضيد هذه النظرية، هي صحَّة قوانين الفيزياء والكيمياء دائمًا حيثما اختُبِرت في الكائنات الحية. يبدو بالتأكيد أن ليس ثمة مكان لاستدعاء قوةٍ حيوية تختلف عن قوى الفيزياء.

من ناحية أخرى، فإن هذه الحجة بالذات هي التي فقدت الكثير من أهميتها بسبب نظرية الكم. فلمَّا كانت مفاهيم الفيزياء والكيمياء تُشكل زُمرة مغلقة متماسكة — نعني زُمرة نظرية الكمِّ — فمن الضروري، حيثما يُمكن استخدامها في وصف الظواهر، أن تسري أيضًا القوانين المُرتبطة بها؛ وعلى هذا، فحيثما تُعامَل الكائنات الحية كنظم فزياكيماوية فمن الضروري أن تتصرف هكذا. أما السؤال الوحيد الذي نستطيع منه أن نعرِف شيئًا عن كفاية هذه الفكرة الأولى، فهو ما إذا كانت المفاهيم الفزياكيماوية تسمح بوصفٍ كامل لهذه الكائنات. والبيولوجيون الذين أجابوا بالنفي على هذا السؤال يعتنقون عمومًا الفكرة الثانية، التي علينا الآن أن نعرضها.

ربما أمكَنَنا أن نعرض الفكرة الثانية في الصورة التالية: يصعب جدًّا أن نرى كيف يُمكن لمفاهيم كالإدراك الحسِّي، ووظيفة العضو، والعاطفة، كيف لها أن تكون جزءًا من زُمرة متماسكة من مفاهيم نظرية الكمِّ مُضافًا إليها مفهوم التاريخ. غير أن هذه المفاهيم من ناحية أخرى ضرورية للوصف الكامل للحياة، حتى لو استثنَينا الآن جنس البشر، لأنه يثير مشاكل جديدة أبعدَ من البيولوجيا. وعلى هذا فقد يكون من الضروري، لتفهُّم الحياة، أن نمضي لأبعد من نظرية الكم ونُقيم زمرة جديدة مُتماسكة من المفاهيم، تكون الفيزياء لها بمثابة الحالات الحدِّية. ولقد يكون التاريخ جزءًا جوهريًّا منها، وستنتمي إليها أيضًا مفاهيم كالإدراك الحسِّي والتكيُّف والعاطفة. فإذا كان هذا الرأي صحيحًا فإن تجميع نظرية داروين والفيزياء والكيمياء لن يكفي لتفسير الحياة العضوية، لكنَّا سنستطيع أن نعتبر الكائنات الحية — ولحدٍّ كبير — نُظمًا فزياكيماوية — أو آلات كما يقول ديكارت ولابلاس — وأنها ستستجيب أيضًا هكذا إذا عُومِلَت هكذا. يُمكننا في نفس الوقت أن نفترض، مثلما فعل بوهر، أن معرفتنا بأن الخلية حية، قد تكون مُتمِّمة للمعرفة الكاملة بتركيبها الجُزيئي. ولمَّا كنَّا لن نصل إلى المعرفة الكاملة لهذا التركيب إلا بتحطيم حياة الخلية، فمن المُمكن منطقيًّا أن تحُول الحياة دون التحديد الكامل للتركيب الفزياكيماوي التحتي، وحتى إذا اعتنقنا الفكرة الثانية هذه، فإنَّا قد لا نُزكِّي للبحث البيولوجي منهجًا آخر غير ما اتُّبِع خلال العقود الماضية: محاولة تفسير أكبر قدْرٍ ممكن على أساس القوانين الفزياكيماوية المعروفة، ووصف سلوك الكائنات بدقَّة دون أي تحيُّزاتٍ نظرية.

والأُولى من هاتَين الفكرتَين هي الأكثر شيوعًا بين البيولوجيين المُعاصرين، وإن كانت الخبرة المُتاحة في الوقت الحاضر لا تكفي بالقطع للمُفاضلة بين الاثنتَين. أما تفضيل الكثير من البيولوجيين للفكرة الأولى، فقد يرجِع إلى القسمة الديكارتية التي تغلغلت في أعماق الذهن البشري خلال القرون الماضية. فلمَّا كان «الشيء المُفكر» يقتصر على البشر على «الأنا»، فليس للحيوانات إذن روح، هي تنتمي بالكامل إلى الشيء المُمتد. وعلى هذا فمِن الممكن أن تُفهَم الحيوانات — هكذا يمضي الجدل — تمامًا مثلما المادة عمومًا، ويلزَم أن تكفي لتفسير سلوكها قواعد الفيزياء والكيمياء، ومعها مفهوم التاريخ. فإذا ما استحضرنا «الشيء المُفكر»، عندئذٍ فقط يظهر وضعٌ جديد يتطلَّب مفاهيم جديدة تمامًا. لكن القسمة الديكارتية هي إفراط خطر في التبسيط، حتى ليُصبح مِن المُحتمل جدًّا أن تكون الفكرة الثانية هي الصحيحة.

وبعيدًا عن هذا السؤال — الذي لا يُمكننا بعدُ أن نحسِمَه — سنجِد أننا لا نزال بعيدين جدًّا عن مِثل هذه الزُّمرة المتماسِكة المُغلقة من المفاهيم لوصف الظواهر البيولوجية. إنَّ درجة التعقيد في البيولوجيا مُثبِّطة لدرجةٍ لا نتمكَّن معها، في الوقت الحاضر، أن نتخيَّل أية مجموعة مِن المفاهيم يُمكن أن تُحدَّد فيها الارتباطات بدقَّة تسمح بالتعبير الرياضي عنها.

فإذا مضَينا عبر نطاق البيولوجيا وأضفْنا السيكولوجيا في نقاشِنا، فليس ثمَّة أدنى شك في أنَّ مفاهيم الفيزياء والكيمياء والتطوُّر جميعًا لن تكفي لوصف الحقائق. هنا سنجِد أن ظهور نظرية الكمِّ قد غيَّر موقفَنا عمَّا كان عليه بالقرن التاسع عشر. في تلك الحقبة كان ثمَّة من العلماء مَنْ يميل إلى الاعتقاد بإمكان تفسير الظواهر السيكولوجية على أساسٍ من فيزياء وكيمياء المخ. وليس ثمة مُبرر لمثل هذا الافتراض من وجهة النظر الكمَّاتية-النظرية، ليس لنا أن نتوقَّع أن تكفي هذه لتفسيرها، بالرغم من أنَّ الوقائع الفيزيائية بالمخ تنتسِب إلى الظواهر النفسية. إنَّنا لا نشكُّ أبدًا في أنَّ المخ يعمل كآليةٍ سيكوكيماوية إذا اعتُبر هكذا، لكنَّ تفسير الظواهر النفسية يتطلَّب أن نبدأ من حقيقة أنَّ الذهن البشري يدخل كموضوعٍ وكذاتٍ في العملية العِلمية للسيكولوجيا.

فإذا عُدنا لننظُر في الزُّمَر المختلفة من المفاهيم التي تشكَّلت في الماضي أو التي تتشكَّل في المستقبل، في محاولةٍ أن نجِد بالعلم سبيلًا خلال العالم، فسنجِد أنها تبدو وكأنْ قد أملاها الدور المُتعاظم الذي يلعبه العامِل الذاتي في الزُّمرة. من المُمكن أن تؤخَذ الفيزياء الكلاسيكية على أنها الصورة المِثالية التي نتحدَّث بها عن العالم وكأنَّه مُنفصل تمامًا عنا. والزُّمَر الثلاث الأولى تُناظر هذا التصوُّر المثالي، والزُّمرة الأولى وحدَها تمتثِل تمامًا، للقبلية في فلسفة كانط، أما الزُّمرة الرابعة — زُمرة نظرية الكمِّ — فيُجلَب فيها الإنسان كموضوعٍ للعلم، من خلال الأسئلة التي توجَّه للطبيعة في الصِّيَغ القبلية للعِلم البشري. إن نظرية الكمِّ لا تسمح بالوصف الموضوعي الكامِل للطبيعة. ولقد يكون مِن المُهم، للتوصُّل إلى تفهم كامل في البيولوجيا، أن يكون واضع الأسئلة هو نوع الإنسان الذي ينتمي هو نفسُه إلى جِنس الكائنات الحية — نعني أنَّنا نعرف بالفعل ماذا تكون الحياة، حتى قبل أن نتمكن من تعريفها علميًّا. لكن ربما كان من غير الجائز ألَّا ندلف إلى هذه التأمُّلات عن التركيب المُحتمَل لزُمَر مفاهيم لم تتشكَّل بعد.

فإذا ما قارنَّا هذا النظام بالتصنيفات الأقدم التي ظهرت في المراحِل الأسبق للعلوم الطبيعية، فسنرى أنَّنا الآن قد قسَّمنا العالم، ليس إلى مجاميع مُختلفة من المواضيع، وإنما إلى مجاميع مُختلفة من العلاقات. كنَّا مثلًا في العصور القديمة للعلم نُميز كمجاميع مختلفة: المعادن، والنباتات، والحيوانات، والبشر. كانت هذه المجاميع تُعتبَر ذات طبيعةٍ مختلفة، مصنوعة من مواد مختلفة، وسلوكها تُحدِّده قوًى مختلفة. لكنَّا نعرف الآن أنها جميعًا — المعادن كما الحيوان كما النبات — تتكوَّن من نفس المادة، نفس المركبات الكيماوية المختلفة، كما أن القوى التي تعمل بين الأجزاء المختلفة للمادة هي في نهاية المطاف واحدة بها جميعًا. أما ما يُمكن تمييزه فهو نوع العلاقة ذات الأهمية في ظاهرةٍ مُعينة. فعلى سبيل المثال، عندما نتكلم عن فعل القوى الكيماوية، فإنَّنا نعني نوعًا مِن العلاقة أكثر تعقيدًا من ميكانيكا نيوتن، أو تختلف عنها على أية حال. يبدو العالم بذلك نسيجًا مُعقَّدًا مِن الوقائع، تتناوب فيه العلاقات من كل نوع، أو تتراكب أو تتجمَّع، وبذلك تُحدَّد بِنية الكل.

وحيثما نُعبر عن مجموعةٍ من العلاقات بزُمرة مُغلقة مُتماسكة من المفاهيم والبديهيَّات والتعريفات والقوانين — والتي نُعبر عنها هي الأخرى ببرنامج رياضي — فإنَّا بذلك نكون قد عزلنا، بغرَض التوضيح، هذه المجموعة مِن العلاقات ووضعناها في صورةٍ مثالية، لكنَّا حتى لو توصَّلنا بهذه الطريقة إلى التوضيح الكامِل، فلن نعرِف مدى دقَّة زمرة المفاهيم هذه في وصف الواقع.

ولقد نقول إنَّ وضع العلاقات في صورةٍ مثالية هو جزء من اللغة البشرية التي تشكَّلت عن التفاعُل بين العالم وأنفسنا، استجابةً بشريةً لتحدِّي الطبيعة. وفي هذا الصدد يمكن أن نُقارنها بالأساليب المختلفة في الفن؛ قل مثلًا فن العمارة أو الموسيقى. مِن الممكن أن نُعرِّف أسلوب الفن أيضًا بزُمرة مِن القواعد الاصطلاحية تُطبَّق على مادة هذا الفن بخاصة، وقد لا يلزم أن تُمثَّل هذه القواعد — بشكل صارم — بمجموعةٍ من المفاهيم الرياضية والمعادلات، لكنَّ عناصرها الأولية ستكون شديدة الصِّلة بالعناصر الأولية للرياضيات. تلعب المساواة والتفاوت، التكرار والتناسُق، وبِنًى للمجاميع مُعينة؛ تلعب الدور الرئيسي في كلٍّ من الفن والرياضيات. والعادة أن يُستخدَم عمل بضعة أجيالٍ في تطوير ذلك النظام الاصطلاحي الذي يُطلَق عليه فيما بعدُ اسم الأسلوب الفني، تطويره من بداياته البسيطة وحتى الثروة مِن النماذج المُتقَنة التي تُميِّز كماله. يتركَّز اهتمام الفنان على عملية البلورة هذه، حيث تتشكَّل مادة الفن — بفعله — وتتَّخِذ الصِّيَغ المختلفة التي حفَّزتها المفاهيم الاصطلاحية الأولى لهذا الأسلوب. وما إن تكتمِل حتى يخبو الاهتمام — لأن كلمة «الاهتمام» تعني: أن تكون مع شيء، أن تُشارك في عملية حياة، ولقد بلغت هذه العملية نهايتها. إلى أي مدًى تُمثل القواعد الاصطلاحية للأسلوب الفني واقع الحياة الذي يهدف إليه الفن؟ ها نحن مرةً أُخرى لن نستطيع بتلك القواعد أن نُجيب عن السؤال. إن الفن دائمًا هو صياغة المِثال، والمِثال يختلف عن الواقع — أو عن واقع الظلال على الأقل، كما قد يقول أفلاطون — لكن صياغة المثال ضرورية للفهم.

قد تبدو المقارنة بين الزُّمَر المختلفة من المفاهيم في العلوم الطبيعية وبين الأساليب المُختلفة للفن، بعيدةً جدًّا عن الحقيقة، عند مَن يَعتبر الأساليب المختلفة للفن نتائجَ تحكُّمية للذهن البشري. ولقد يُجادل هؤلاء بالقول إنَّ هذه الزُّمَر المختلفة من المفاهيم في العلوم الطبيعية تُمثل واقعًا موضوعيًّا، علَّمتنا إيَّاها الطبيعة، وهي إذن ليست تحكُّميةً على الإطلاق، هي نتيجة حتمية للتزايُد التدريجي لمعرفتنا التجريبية بالطبيعة. وسنجد أنَّ معظم العلماء يُوافقون على هذا الرأي. لكن، هل الأساليب المختلفة للفنِّ حقًّا نِتاج تحكُّمي للذهن البشري؟ مرةً أخرى لا يجِب أن تُضلِّلنا القسمة الديكارتية. ينشأ الأسلوب عن التفاعُل بين العالم وأنفسنا، أو بشكلٍ أكثر تحديدًا بين روح العصر والفنان، وربما كانت روح العصر حقيقةً في مِثل موضوعيةِ أيٍّ من الحقائق بالعلوم الطبيعية. تُظهِر هذه الروح ملامحَ للعالم مُعينة، مُستقلَّة حتَّى عن الزمن، وتكون بهذا المعنى أزلية. يحاول الفنان بعمله أن يجعل هذه الملامح مفهومة، وفي محاولته هذه يتَّجه إلى صِيَغ الأسلوب الذي يعمل به.

وعلى هذا فإن العمليتَين؛ عملية العلم وعملية الفن، لا تختلفان كثيرًا. كلتاهما تُشكِّل على مدَى القرون لغةً بشرية يُمكننا بها أن نتحدَّث عن الأجزاء الأقصى من الواقع. والزُّمَر مِن المفاهيم، ومثلها الأساليب المختلفة للفن، ليست إلَّا كلمات — أو مجاميع من كلمات — في تلك اللغة.

الفصل السابع

نظرية النسبية

لقد لعبت نظرية النسبية دائمًا دورًا غاية في الأهمية في الفيزياء الحديثة. فبهذه النظرية أدرك العلماء لأول مرةٍ الحاجة إلى التغيير في المبادئ الأساسية للفيزياء. وعلى هذا فإن مناقشة المشاكل التي أثارتها النظرية، وقامت بحلِّ جزءٍ منها، هذه المناقشة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمُعالجتنا للتضمينات الفلسفية للفيزياء الحديثة، وعلى عكس نظرية الكم، يُمكننا هنا أن نقول — بمعنًى ما — إن تطور نظرية النسبية لم يستغرِق إلَّا وقتًا قصيرًا جدًّا من الاعتراف النهائي بالصِّعاب، وحتى حلها. ظهر أولُ دليلٍ على استحالة كشف حركة انتقال الأرض بالطُّرق البصرية عندما كرَّر مورلي وميلر عام ١٩٠٤م تجربة مايكلسون. ثم كان أن ظهر بحث أينشتين الحاسِم بعد أقل من سنتَين. من ناحيةٍ أخرى فإن تجربة مورلي وميلر وبحث أينشتين لم يكونا إلَّا الخطوات الأخيرة في تطويرٍ كان قد ابتُدِئ قبل ذلك بوقتٍ طويل، تطوير يمكن أن نضعه تحت عنوان «الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة».

الواضح أن الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة كانت مجالًا هامًّا في الفيزياء والهندسة منذُ ابتُكِر المحرك الكهربي. على أن مشكلةً خطيرة برزت في الموضوع عندما اكتشف ماكسويل الطبيعة الكهرومغناطيسية لموجات الضوء. تختلف هذه الموجات في خصيصةٍ هامَّة عن غيرها من الموجات — عن موجات الصوت مثلًا: فهي تنتشِر فيما يبدو أنه حيِّز فارغ عندما يُدَّق ناقوس في وعاءٍ مُفرَّغِ الهواء فإنَّ الصوت لا ينتقِل إلى الخارج، لكن الضوء ينفُذ بسهولةٍ خلال الحيِّز المُفرَّغ. وعلى هذا فقد افتُرض أنه من المُمكن اعتبار موجات الضوء موجاتٍ مرنةً من جوهرٍ خفيفٍ جدًّا يُسمَّى الأثير، لا يمكن رؤيتُه أو الإحساس به برغم أنه يملأ المكان الفارغ كما يملأ الحيِّز الذي توجَد به المواد الأخرى كالهواء والزجاج. لم يطرأ على أذهان الفيزيائيين آنئذٍ أن الموجات الكهرومغناطيسية في ذاتها قد تكون واقعًا مستقلًّا عن أي جسم. ولمَّا كان هذا الجوهر المُفترَض على ما يبدو يتخلَّل كل مادة أخرى، فقد بزغ السؤال: ماذا يحدُث إذا ما بدأت المادة تتحرك؟ هل يشترك الأخير في هذه الحركة؟ وإذا كان الأمر كذلك، فكيف تنتشِر موجة الضوء في الأثير المُتحرك؟

والتجارب المتعلقة بهذا السؤال تجارب صعبة للسبب التالي: سرعات الأجسام المُتحركة عادة ما تكون صغيرة جدًّا مقارنة بسرعة الضوء. وعلى هذا فإنَّ حركة هذه الأجسام لن تُعطي سوى آثار ضئيلة جدًّا تتناسب مع نسبة سرعة الجسم إلى سرعة الضوء، أو إلى هذه النسبة مرفوعة إلى أسٍّ أعلى. ولقد سمحت أبحاث ويلسون ورولاند ورونتيجن وأيخينفالد وفيزو؛ سمحت بقياس هذه الآثار بدقَّةٍ تُناظر الأسَّ الأول لهذه النسبة. وتمكَّنت نظرية الإلكترونات التي طوَّرها لورنتس عام ۱۸۹٥م من وصف هذه الآثار بشكلٍ مُرضٍ للغاية. لكن تجربة مايكلسون ومورلي وميلر خلقت وضعًا جديدًا.

سنُناقش هذه التجربة ببعض التفصيل، فلِكَي نحصل على آثارٍ أكبر ومِن ثم على نتائج أكثر دقَّة، يبدو من الأفضل أن تُجرى التجارب باستخدام أجسامٍ ذات سرعةٍ كبيرة جدًّا. تتحرك الأرض حول الشمس بسرعة نحو ۲۰ ميلًا في الثانية. فإذا كان الأثير ساكنًا بالنسبة للشمس ولا يتحرك مع الأرض، فإن هذه السرعة الكبيرة للأثير بالنسبة للأرض ستظهر كتغيُّرٍ في سرعة الضوء، فهذه السرعة عندما يكون انتشار الضوء موازيًا لاتجاه حركة الأثير لا بد أن تختلف عنها إذا كان الانتشار مُتعامدًا عليه، وحتى لو كان الأثير يتحرَّك جزئيًّا مع الأرض فلا بد أن يُظهر أثرًا ما قد نُسميه رياح الأثير، وهذا الأثر قد يتوقَّف إذن على ارتفاع الموقع الذي تُجرَى به التجربة عن سطح البحر. ولقد اتضح من حساب الأثر المُتوقَّع أنه صغير للغاية لأنه يتناسَب مع مُربع نسبة سرعة الأرض إلى سرعة الضوء، وأن علينا إذن أن نُجري تجارب دقيقة للغاية على تداخُل شعاعَين من الضوء يتحركان في موازاة حركة الأرض أو عموديًّا عليها. قام مايكلسون بأول تجربة من هذا القبيل عام ۱۸۸۱م، لكنها لم تكن دقيقةً بما فيه الكفاية. ثم كُرِّرت هذه التجربة فلم تظهر أدنى إشارة إلى الأثر المتوقَّع. لكن تجارب مورلي وميلر التي أجرَياها عام ١٩٠٤م وفَّرت الدليل القاطِع على أنْ ليس ثمَّة وجود لأثرٍ بهذا الحجم.

قابلت هذه النتيجة على غرابتِها موضوعًا آخر كان محلَّ نقاشٍ بين الفيزيائيين قبل ذلك بزمنٍ. تُحقِّق ميكانيكا نيوتن «مبدأ للنسبية» يمكن وصفُه بما يلي: إذا أوفت الحركة الميكانيكية في نظامٍ مرجعي مُعين قوانين ميكانيكا نيوتن، فسيكون هذا صحيحًا أيضًا بالنسبة لأي إطارٍ مرجعي آخر، ما دام في حركةٍ غير دوَّارة مُنتظمة بالنسبة للنظام الأول. أو بمعنًى آخر: إن حركة الانتقال المُنتظمة للنظام لا تُسبِّب آثارًا ميكانيكية على الإطلاق، ومِن ثَم فلا يمكن أن نُلاحظها عن طريق مثل هذه الآثار.

بدا للفيزيقيين أنَّ مبدأ النسبية هذا لا يُمكن أن يكون صحيحًا في البصريات أو الديناميكا الكهربائية. فإذا كان النظام الأول ساكنًا بالنسبة للأثير، فإنَّ النُّظم الأخرى لن تكون، وعلى هذا فلا بدَّ أن تُدْرَك حركتها بالنسبة للأثير عن طريق آثارٍ من النمط الذي قرَّره مايكلسون. ثم كان أن أحيت النتيجة السلبية لتجربة مورلي وميلر عام ۱۹۰٤م، أحيت فكرة أنَّ مبدأ النسبية هذا قد يكون صحيحًا في الديناميكا الكهربائية كما ميكانيكا نيوتن.

مِن ناحية أخرى، ثمَّة تجربة قديمة قام بها فيزو عام ١٨٥١م كانت تبدو بالتأكيد مناقضةً لمبدأ النسبية. قاس فيزو سرعة الضوء في سائلٍ متحرك، فإذا كان مبدأ النسبية صحيحًا فإن السرعة الكلية للضوء في السائل المُتحرِّك لا بد أن تكون حاصِل جمْع سرعة السائل مضافًا إليها سرعة الضوء في السائل الساكن. لكن هذا لم يكن صحيحًا، فقد بيَّنت التجربة أن السرعة الكلية كانت أقلَّ بعض الشيء.

ومع ذلك فإن النتائج السلبية للكثير غير هذه من التجارب الحديثة لإدراك الحركة «بالنسبة للأثير»، هذه النتائج قد ألهمت المُنظِّرين من الفيزيائيين والرياضيين في ذلك الوقت أن يبحثوا عن تفسيراتٍ رياضية تُوفِّق ما بين معادلة الموجة لانتشار الضوء ومبدأ النسبية. اقترح لورنتس عام ١٩٠٤م تحويلًا رياضيًّا يُحقق هذه المُتطلبات. قدم فرضًا بأن الأجسام المتحركة تنكمش في اتجاه الحركة بمُعاملٍ يتوقَّف على سرعة الجسم، وأن هناك في النظم المرجعية المختلفة أزمنة ظاهرية مختلفة تَحلُّ بطرقٍ شتَّى مَحَلَّ الزمن «الحقيقي». بهذه الطريقة توصَّل إلى شيءٍ يُشبه مبدأ النسبية: إن السرعة «الظاهرية» للضوء واحدة في كلِّ النظُم المرجعية. ولقد ناقش بوانكاريه وفيتزجيرالد وغيرهما من الفيزيائيين آراءً مشابهة.

وكانت الخطوة الحاسمة بحثًا لأينشتين نُشِر عام ۱۹۰٥م، برهن فيه أن الزمن «الظاهري» لتحويل لورنتس هو الزمن الحقيقي، وألغى ما كان لورنتس يُسمِّيه الزمن «الحقيقي». كان هذا تغيُّرًا في أُسس الفيزياء ذاتها، تغيُّرًا جذريًّا غير مُتوقع تطلَّب كل شجاعة شابٍّ عبقري ثوري. واتخاذ هذه الخطوة لا يتطلَّب — للتمثيل الرياضي للطبيعة — أكثر من التطبيق المُتماسِك لتحويل لورنتس. لكن تفسيراتها الجديدة قد غيَّرت بنية المكان والزمان، وظهر الكثيرُ من مشاكل الفيزيقا في ضوءٍ جديد. وعلى سبيل المِثال فمِن المُمكن إلغاء جوهر الأثير تمامًا. فلمَّا كانت كل نظم الإحالة الموجودة في حركة انتقال مُنتظمة بعضها بالنسبةِ لبعض، لمَّا كانت متساويةً بالنسبة لوصفها للطبيعة، فليس ثمَّة معنًى للقول بوجود مادة «الأثير» ساكنة في واحدٍ فقط من هذه النظم. لا حاجة في الواقع لمِثل هذا الجوهر، والأسهل أن نقول إن موجات الضوء تنتشِر في الحيِّز الفارغ، وإن المجالات الكهرومغناطيسية واقع مُستقل يمكن أن يُوجَد في الحيِّز الفارغ.

لكنَّ التغيُّر الحاسم كان في بِنية المكان والزمان. يصعُب جدًّا أن نصِف هذا التغيُّر بكلمات اللغة المألوفة، دون استخدام الرياضيات، لأن الكلمتَين الشائعتَين «المكان» و«الزمان» تُشيران إلى بِنيةٍ للمكان والزمان، هي في واقع الأمر صياغة مِثالية للبِنية الحقيقية وتبسيط مُفرط لها. ومع ذلك فعلينا أن نُحاول وصف البِنية الجديدة، وربما فعلنا ذلك بالطريقة الآتية:

عندما نستخدِم المصطلح: «الماضي» فإنا نضمُّ تحته تلك الوقائع التي يُمكن أن نعرفها على الأقل من ناحية المبدأ، والتي يُمكن أن نكون قد سمِعنا عنها، على الأقل من ناحية المبدأ. وبنفس الشكل فإنَّا نضمُّ في المصطلح «المستقبل» كل الوقائع التي يُمكن أن نؤثر فيها على الأقل من ناحية المبدأ، والتي يُمكن أن نُحاول تغييرها أو منعَها على الأقل من ناحية المبدأ. وليس من السهل بالنسبة لغير الفيزيائي أن يعرف السبب في أنْ يكونَ هذا التعريف لِمُصطلحَي «الماضي» و«المستقبل»، هو الأكثر ملاءمة، لكن يُمكننا أن نلحظ أنه يُناظر، بدقَّةٍ بالغة، استخدامنا الشائع للمُصطلحَين. فإذا استخدمنا المُصطلحَين بهذه الطريقة فسنجد أن ثمة نتائج لتجارب عديدة تُبيِّن أن محتوى «المستقبل» و«الماضي» لا يعتمِد على حالة المُراقب من حيث حركته أو أية خصائص أخرى له. يُمكننا أن نقول إن التعريف ثابتٌ لا يتغيَّر مع حركة المراقب، وهذا صحيح في كلٍّ مِن ميكانيكا نيوتن ونظرية أينشتين للنسبية.

لكنَّ الفارق هو الآتي: نحن نفترض في النظرية الكلاسيكية أن ثمَّة فترة غاية في القِصَر نُسميها اللحظة الحاضرة، تفصل ما بين المستقبل والماضي. ولقد عرفنا أن الوضع يختلف في نظرية النسبية. فالمُستقبل والماضي تفصلهما فترة مُتناهية يتوقَّف طولُها على بُعد المُراقب. إن كل فِعل ينتشر بسرعة تقلُّ عن سرعة الضوء أو تساويها. وعلى هذا فإن المراقب لا يُمكنه في لحظةٍ بذاتها أن يعرف أو يؤثر على حدثٍ في موقعٍ بعيدٍ يقع بين زمنَين مميزَين؛ أحدُهما هو لحظة صدور إشارة ضوئية من مكان وقوع الحادثة لكي تصِل إلى المراقب في لحظة الملاحظة، أمَّا الآخر فهو اللحظة التي عندها تصِل إلى موقع الحدث إشارة ضوئية يُطلقها المراقب لحظة الملاحظة. إن كل الفترة الزمنية المُتناهية بين هاتَين اللحظتَين هي ما نُسميه الزمن الحاضر بالنسبة للمراقب لحظة الملاحظة. وكل واقعة تحدُث بين هذين الزمنَين المميزَين قد نقول إنها متزامنة مع فعل الملاحظة.

واستعمالنا التعبير «قد نقول» إنما يُشير إلى غموض كلمة «متزامنة» وهو غموض يرجع إلى حقيقة أنَّ هذه الكلمة قد نشأت عن خِبرتنا في الحياة اليومية؛ حيث تُعتبَر سرعة الضوء دائمًا سرعةً لانهائية. والواقع أننا نستطيع أن نُعرِّف الكلمة بشكلٍ مُختلف بعض الشيء، استعملَه أينشتين في أبحاثه. هذا هو التعريف الثاني: عندما تحدُث واقعتان مُتزامنتان في نفس الموقع في الفضاء فإنَّا نقول إنهما «متزامكتان». وهذا تعبير لا غموضَ فيه على الإطلاق. دعْنا الآن نتخيَّل ثلاث نقطٍ في الفضاء توجَد جميعًا على خطٍّ مُستقيم بحيث تقَع النقطة الوسطى منها بالضبط في مُنتصف المسافة بين النقطتَين الطرفيتَين، فإذا ما حدثت واقِعتان بالنقطتَين الطرفيتَين بحيث يتزامك عند النقطة الوسطى وصول الإشارتَين الضوئيتَين المنبعثتَين منهما، قُلنا إن الواقعتَين متزامِنتان. وهذا التعريف أضيَقُ من التعريف الأول. ومن أهم نتائجه أنه إذا ما كانت واقِعتان متزامنتَين بالنسبة لمُراقبٍ ما، فقد لا تكونان كذلك عند آخَر، إذا ما كان هذا مُتحركًا بالنسبة للأول. مِن المُمكن أن نُقيم العلاقة بين التعريفَين بالقول إنه متى كانت واقِعتان متزامنتَين بالمعنى الأول، فإنا نستطيع دائمًا أن نجد إطارًا مرجعيًّا تكونان فيه كذلك بالمعنى الثاني أيضًا.

يبدو أن التعريف الأول لمصطلح «التزامن» هو الأقرب إلى الاستخدام في حياتنا اليومية، لأن قضية ما إذا كانت واقعتان متزامنتَين لا تعتمِد في حياتنا اليومية على الإطار المرجعي. لكن المُصطلح في كِلا التعريفَين النسبويَّين قد اكتسب دقةً تفتقر إليها لغة حياتنا اليومية. كان على الفيزيائيين في نظرية الكمِّ أن يعلموا مبكرًا أن مُصطلحات الفيزياء الكلاسيكية إنما تصِف الطبيعة بشكلٍ غير دقيق، وأن تطبيقها محكوم بقوانين الكم، وأنَّ علينا أن نكون إذن حذِرِين في استعمالها. ولقد حاول الفيزيائيون في نظرية النسبية أن يُغيروا معنى كلمات الفيزياء الكلاسيكية ليجعلوا المُصطلحات أكثر دقةً بحيث تُلائم الوضع الجديد في الطبيعة.

أما بِنية المكان والزمان التي كشفتها نظرية النسبية فقد كانت لها نتائج عديدة في أجزاءٍ مختلفة من الفيزياء. فالديناميكا الكهربية للأجسام المُتحركة يُمكن أن تُشتق على الفور من مبدأ النسبية. وهذا المبدأ ذاته يُمكن أن يُصاغ في صورة قانونٍ للطبيعة عام جدًّا يُناسب ليس فقط الديناميكا الكهربائية والميكانيكا، وإنما أيضًا أي مجموعةٍ من القوانين: تتَّخذ القوانين نفس الصورة في كلِّ النُّظم المرجعية، التي تختلف بعضها عن بعض، فقط بسبب حركة انتقالٍ منتظمة كلها ثابتة أمام تحويل لورنتس.

ربما كانت أهم نتائج مبدأ النسبية هي القصور الذاتي للطاقة، أو تكافؤ الكتلة والطاقة. لمَّا كانت سرعة الضوء هي السرعة القصوى التي لا يمكن أبدًا لأي جسمٍ مادي أن يصِلها، فمن السهل أن نرى أن تعجيل جسمٍ يتحرك بالفعل بسرعةٍ كبيرة سيكون أصعبَ من تعجيلِ جسمٍ ساكن. لقد ازداد القصور الذاتي بزيادة طاقة الحركة. لكنَّ أي نوعٍ من الطاقة على وجه العموم، سيُسهم — تبعًا لنظرية النسبية — في القصور الذاتي، نعني في الكتلة. وكتلة أي مقدارٍ من الطاقة ليست سوى هذه الطاقة مقسومةً على مُربع سرعة الضوء. وعلى هذا فإن كل طاقةٍ تحمل معها كتلة، لكن حتى الطاقة الهائلة لا تحمِل إلَّا قدرًا ضئيلًا جدًّا من الكتلة. وهذا هو السبب في أنَّ أحدًا لم يكتشف العلاقة بين الطاقة والكتلة. يفقد قانونا حفظ الكتلة وحفظ الشحنة كلاهما صلاحيتهما وينضمَّان في قانونٍ واحد يمكن أن نُسميه قانون حفظ الطاقة أو الكتلة. عندما صِيغت نظرية النسبية منذ خمسين عامًا كان فرض تكافؤ الكتلة يبدو ثورةً كاملة في الفيزياء، ولم يكن ثمَّة إلَّا قدْر ضئيل من الشواهد التجريبية لتعضيده، أما في أيامِنا هذه فسنرى في الكثير من التجارب كيف يُمكن تخليق الجُسيمات الأولية من الطاقة الحركية، وكيف تفنى هذه الجُسيمات لتُشكِّل إشعاعًا؛ وعلى هذا فإن التحوُّل من الطاقة إلى الكتلة أو العكس لا يقترح شيئًا غير عادي. إن كمية الطاقة الضخمة التي تُحرَّر في أي انفجارٍ ذرِّي ليست سوى إثباتٍ علني مُذهل على صحة معادلة أينشتين. لكنَّا قد نُضيف هنا ملحوظة نقدية تاريخية.

كثيرًا ما نسمع أن الطاقات الهائلة للانفجارات الذرية إنما ترجع إلى تحوُّل الكتلة إلى طاقة تحولًا مباشرًا، وأن التنبؤ بهذه الطاقات لم يكن مُمكنًا إلَّا من خلال نظرية النسبية. لكن هذا في واقع الأمر سوء تفهُّم. إن القدْر الهائل من الطاقة المُتاحة في نواة الذرة كان معروفًا منذ تجارب بيكريل وكوري ورذرفورد على الاضمحلال الإشعاعي. فكل جسمٍ يضمحل (كالراديوم مثلًا) يُنتج مِن الطاقة ما يصِل إلى نحو مليون ضعف الطاقة التي تتحرَّر في عملية كيمياوية على نفس المقدار من المادة. ومصدر الطاقة في عملية انشطار اليورانيوم هو بالضبط مصدرها في اضمحلال ألفا بعنصر الراديوم — نقصد التنافُر الكهروستاتيكي للجزأين اللذَين تنشطر إليهما الذرة. تأتي طاقة الانفجار الذري مباشرة عن هذا المصدر، لا عن تحوُّل الكتلة إلى طاقة. إن عدد الجُسيمات الأوَّلية ذات كتلة السكون المُتناهية لا ينقص خلال الانفجار، لكن مِن الصحيح أن الكتلة تُفصح عن طاقات ربط هذه الجُسيمات في نواة الذرة، ومن ثَم فإن تحرُّر الطاقة يرتبط أيضًا، في هذا الشكل غير المُباشر، بالتغيُّرات في كُتَل النوايا. لقد أثار تكافؤ الكتلة والطاقة — بجانب أهميتِه في الفيزياء — مشاكل تختصُّ بقضايا فلسفية قديمة جدًّا. ثمَّة قضية نجِدها في نُظم فلسفية عديدة قديمة، تقول بأن الجوهر أو المادة لا يُمكن أن تُحطَّم. لكنَّا سنجد في الفيزياء الحديثة الكثير من التجارب، وقد أوضحت أنه من الممكن أن تفنى جُسيمات أولية كالبوزيترونات والإلكترونات، وأن تتحول إلى إشعاع. فهل هذا يَعني أن التجارب الحديثة قد أثبتت بطلان النظم الفلسفية القديمة، وأن الحُجج التي قدَّمتها هذه النظم كانت مُضللة؟

سيكون هذا بالتأكيد قرارًا متهورًا ليس له ما يُبرره؛ إذ لا يمكن ببساطةٍ أن نُطابق مصطلحَي «الجوهر» و«المادة» في الفلسفة القديمة أو القروسطية بمصطلح «الكتلة» في الفيزيقا الحديثة. فإذا أردْنا أن نُعبر عن خبرتنا الحديثة بلُغة الفلسفات القديمة، فلَنا أن نَعتبر الكتلة والطاقة صورتَين مختلفتَين من صور نفس «الجوهر»، وبذا نحفظ فكرة الجوهر الذي لا يتحطَّم.

يصعب، في الحق، أن نقول إننا نكسب كثيرًا إذا عبَّرنا عن معرفتنا الحديثة بلُغة قديمة، لقد تشكَّلت النظم الفلسفية في الماضي عن كم المعرفة الذي أُتيح آنذاك وعن أساليب الفكر التي أدَّت إليها مثل هذه المعرفة. والمؤكد أنَّنا لا نتوقَّع أن يتنبَّأ الفلاسفة، منذ بضعة قرونٍ مضت، بتطوُّر الفيزياء الحديثة أو نظرية النسبية؛ وعلى هذا فإنَّا لا نتصوَّر أنه من المُمكن أن يتكيَّف أيٌّ من المفاهيم التي طرقها الفلاسفة في عملية التوضيح العقلي منذ زمنٍ بعيد، بحيث يُلائم الظواهر التي لا يمكن ملاحظتها إلَّا بالأدوات التقنية المُعقدة التي ظهرت في زماننا هذا.

لكن، قبل أن نمضي إلى مناقشة التضمينات الفلسفية لنظرية النسبية، علينا أنْ نصِف أوَّلًا ما جدَّ عليها من تطورات.

لقد أجهزت نظرية النسبية، كما ذكرنا، على جوهر «الأثير» الافتراضي الذي لعِب دورًا هامًّا في المُناقشات الأولى عن نظريات ماكسويل بالقرن التاسع عشر. يُعبَّر عن هذا أحيانًا بالقول إنَّنا قد تخلَّينا عن فكرة الفضاء الخالص. لكن مثل هذه الجملة لا بد ألَّا تُقبَل إلَّا بحذَر بالغ. صحيح أن المرء لا يستطيع أن يشير إلى إطار مرجعي خاص يكون فيه جوهر الأثير في حالةِ استقرارٍ ويستحقُّ اسم «الفضاء الخالص»، لكن من الخطأ أن نقول إن الفضاء قد فقد الآن كلَّ خصائصه الفيزيقية، فما زالت مُعادلات الحركة للأجسام المادية أو المجالات تتَّخِذ صورة في نظامٍ «عادي» مَرجعي، تختلف عن أخرى في نظام آخر يدور أو يتحرك حركةً غير مُنتظمة بالنسبة للنظام «العادي». ووجود قوى الطرد المركزية في النظم الدوَّارة يُثبت — فيما يُهمُّ نظرية النسبية لعام ۱۹۰٥م ولعام ۱۹۰٦م — وجود خصائص فيزيقية للفضاء تسمح بالتمييز بين نظامٍ دوَّار وآخر غير دوَّار.

قد لا يبدو هذا مُرضيًا من إحدى وجهات النظر الفلسفية، الوجهة التي يُفضَّل فيها أن نمنح الخصائص الفيزيقية فقط للكيانات الفيزيائية، مثل الأجسام المادية أو المجالات، وليس للفضاء الفارغ. لكنَّا سنجد، بالنسبة لنظرية العمليات الكهرومغناطيسية أو الحركات الميكانيكية، أن وجود الخصائص الفيزيقية هذه للفضاء الفارغ، ليس إلَّا وصفًا لحقائق لا نزاع فيها.

ولقد قاد تحليل دقيق لهذا الوضع، تمَّ بعد نحو عشرين عامًا — عام ١٩١٦م — قاد أينشتين إلى توسيعٍ هامٍّ جدًّا لنظرية النسبية يُطلق عليه عادة اسم نظرية النسبية العامة. وقبل أن نمضي إلى وصف الأفكار الرئيسية لهذه النظرية الجديدة، قد يكون مِن المُفيد أن نذكُر بضع كلماتٍ عن درجة اليقين في صحَّة جزأي نظرية النسبية هذين. ترتكز نظرية عام ١٩٠٥م و١٩٠٦م على عددٍ كبير جدًّا من الحقائق الموطدة على تجارب مايكلسون ومورلي والكثير غيرها مما يُشبهها، على تكافؤ الكتلة والطاقة في العمليات الإشعاعية التي لا تُعَد ولا تُحصى، على اعتماد عمر الأجسام المُشعَّة على سرعتها … إلخ. وعلى هذا فإن هذه النظرية تنتمي إلى الأساس المتين للفيزيقا الحديثة، ولا يمكن في وضعنا الحالي أن نشكَّ فيها.

والشواهد التجريبية بالنسبة لنظرية النسبية أقل إقناعًا بكثير، لأنَّ مادة البحث نادرة للغاية. فنحن لن نجد إلَّا عددًا محدودًا من الملاحظات الفلكية التي تسمح بالتحقُّق من صحة الفروض. وعلى هذا فإن هذه النظرية أكثر «فرضية» من الأولى.

أما حجر الزاوية في نظرية النسبية العامة فهو العلاقة ما بين القصور الذاتي والجاذبية.

أوضحت القياسات الدقيقة جدًّا أن كتلة الجسم، كمصدرٍ للجاذبية، تتناسَب بالضبط مع الكتلة كمقياسٍ للقصور الذاتي للجسم. وأبدًا لم يُظهِر حتى أدق القياسات أيَّ انحرافٍ مِن هذا القانون. فإذا كان القانون صحيحًا على وجه العموم، فمِن المُمكن أن تُوضَع قوى الجاذبية على نفس مستوى قوى الطرد المركزي أو غيرها من القوى الأخرى التي تَنتُج كردِّ فعلٍ للقصور الذاتي. ولمَّا كان مِن اللازم أن تُعتبَر قوى الطرد المركزي ناشئةً عن الخصائص الفيزيائية للفضاء الفارغ، كما ذكرنا، فقد تحوَّل أينشتين إلى الفرض بأن قوى الجاذبية أيضًا تنشأ عن خصائص الفضاء الفارغ. وكانت هذه خطوةً هامة تطلَّبَت على الفور خطوة تاليةً لها نفس الأهمية. نحن نعرف أن قوى الجاذبية تنتُج عن الكتلة، فإذا ما كانت الجاذبية مُرتبطةً بخصائص الفضاء، فإن خصائص الفضاء هذه لا بد أن تنتُج عن الكتل أو تتأثر بها. وقوى الطرد المركزي في أي نظامٍ دوَّار لا بدَّ أن تنشأ عن دوران كُتَل (بالنسبة للنظام) قد تكون بعيدة جدًّا.

ولتنفيذ البرنامج الذي حدَّدتْه هذه الجُمَل القليلة، كان على أينشتين أن يربط الأفكار الفيزيقية التحتية بالمُخطط الرياضي للهندسة العامة التي طوَّرها رايمان. فلمَّا كانت خصائص الفضاء تتغيَّر، على ما يبدو، مع مجالات الجاذبية، فمِن الضروري أن تُقارَن هندستها بالهندسة على الأسطح المُنحنية؛ حيث يُستبدَل بخطِّ الهندسة الإقليدية المستقيمِ خطُّ جيوديسي (وهو خطُّ أقصرِ المسافات) وحيث يتغيَّر الانحناء بصورةٍ مستمرة. تمكَّن أينشتين في النهاية من تقديم صياغةٍ رياضية للارتباط ما بين توزيع الكُتَل والمعالم المحددة بالهندسة. ولقد مثَّلت هذه النظرية الحقائق الشائعة عن الجاذبية، فهي تقريب مُمتاز جدًّا، يُطابق النظرية التقليدية للجاذبية، بل ويتنبَّأ بعددٍ من الظواهر المُشوِّقة التي كانت بالضبط على حدود المقياسية. كان هناك مثلًا فِعل الجاذبية على الضوء؛ عندما ينبعِث ضوء أُحادي اللون من نجمٍ ثقيل، فإن كمَّات الضوء تفقد طاقةً وهي تتحرك بعيدًا خلال جاذبية النجم، ويتبع ذلك «إزاحة نحو الأحمر» لخطِّ الطيف المنبعث. وليس ثمَّة حتى الآن من شواهد تجريبية لهذه الإزاحة نحو الأحمر، كما بيَّنت بوضوح مناقشات تجارب فرويندليخ. لكن سيكون من السابق لأوانه أيضًا أن نقولَ إنَّ التجارب تُناقض توقُّعات نظرية أينشتين، فشعاع الضوء الذي يمرُّ قُرب الشمس يجب أن ينحرف بسبب مجال جاذبيتها. ولقد رصد فرويندليخ تجريبيًّا هذا الانحراف، وكان في النطاق الصحيح. أما موضوع موافقة الانحراف من الناحية الكمية للقيمة التي تنبَّأت بها نظرية أينشتين، فهو أمر لم يتَّضح بعد. ويبدو أن أفضل الشواهد على صحة نظرية النسبية العامة هو تقدُّم الحركة المدارية لكوكب عطارد؛ إذ الواضح أنه يتَّفق جيدًا مع القيمة التي تتنبأ بها النظرية.

وبالرغم من أن الأساس التجريبي للنسبية العامة لا يزال ضيِّقًا نوعًا ما، فإن النظرية تحوي أفكارًا ذات أهميةٍ قصوى. فمنذ عصر الرياضيين الإغريق وحتى القرن التاسع عشر، كانت الهندسة الإقليدية تُعتبر أمرًا مُثبتًا، كانت بديهيَّات إقليدس تُعتبَر الأساس بالنسبة لأي هندسةٍ رياضية، الأساس الذي لا يُمكن الشكُّ فيه. ثم، وفي القرن التاسع عشر، إذا بالرياضيين بولياي ولُباشفيسكي، وجاوس ورايمان يكتشفون أن ثمَّة هندساتٍ أُخرى يمكن ابتكارها وتطويرها لتكون لها نفس الدقَّة التي تُميِّز هندسة إقليدس. وعلى هذا تحوَّلت قضية «أي الهندسات هو الصحيح؟» لتُصبح قضية تجريبية. ولم يأخُذ الفيزيائيون القضية حقًّا كموضوع للدراسة إلَّا مِن خلال أعمال أينشتين. أما الهندسة موضوع النقاش في نظرية النسبية العامة فلم تكُن تختصُّ بالفضاء الثلاثي الأبعاد، وحدَه، وإنما أيضًا بالمُعقَّد الرباعي الأبعاد الذي يتألَّف من الفضاء والزمن. وطَّدت النظرية علاقةً بين الهندسة في هذا المُعقَّد وبين توزيع الكُتَل في العالم. وعلى هذا، فقد أثارت هذه النظرية — في صورة جديدة تمامًا — أثارت القضايا القديمة لسلوك الفضاء والزمان في الأبعاد الكبرى. كان في مقدورها أن تقترح إجاباتٍ مُحتملة يمكن التحقُّق منها بالملاحظة.

وبناءً على ذلك أُعيدَت للدراسة مواضيعُ فلسفية قديمة جدًّا كانت تشغل ذهن الإنسان مُنذ أقدمِ أطوارِ الفلسفة والعِلم: هل الفضاء مُتناهٍ أو لامُتناهٍ؟ ماذا كان هناك قبل بدء الزمن؟ ما الذي سيحدُث عند نهاية الزمن؟ أم تُرى ليس ثمَّة بداية له ولا نهاية؟ وجدت هذه الأسئلة إجاباتٍ مُختلفة في الفلسفات والأديان المختلفة. ففي فلسفة أرسطو مثلًا سنجد أن الفضاء الكُلي للكون مُتناهٍ (إن يكن قابلًا للقسمة اللانهائية). كان الفضاء ناشئًا عن امتداد الأجسام، كان مرتبطًا بهذه الأجسام، فحيث لا تُوجَد أجسام لا يوجَد فضاء. الكون يتألَّف من الأرض والشمس والنجوم؛ عدد مُتناهٍ مِن الأجرام. وخلف نِطاق النجوم ليس ثمة فضاء، وعلى هذا فإن حَيِّز الكون مُتناهٍ.

أما في فلسفة كانط فقد كان هذا السؤال ينتمي إلى ما أسماه «النقائض» — الأسئلة التي لا يُمكن الإجابة عليها، إذ فيها تقود حجَّتان مُختلفتان إلى نتائج متضادة. فالفضاء لا يمكن أن يكون متناهيًا لأنَّنا لا نستطيع أن نتخيَّل وجود نهاية للفضاء، فحيثما وصلْنا يُمكننا دائمًا أن نتصوَّر أنَّ في مقدورنا أن نمضي أبعد. وفي نفس الوقت فإن الفضاء لا يُمكن أن يكون لانهائيًّا، لأن الفضاء شيء يُمكننا تخيُّله (وإلَّا لما صِيغت كلمة «فضاء») وليس في مقدورنا أن نتخيَّل فضاءً لانهائيًّا. والواقع أن كانط لم يذكُر هذه الحجَّة حرفيًّا هكذا (بالنسبة للقضية الأخيرة). وجُملة الفضاء اللامُتناهي تعني بالنسبة لنا شيئًا سلبيًّا، فنحن لا نستطيع أن نصِل إلى نهاية للفضاء، أما بالنسبة لكانط فكانت تَعني أن لانهائية الفضاء هي بالفعل من المُعطيات، أنها «توجد» بمعنًى يصعب علينا أن نُعبر عنه. وكانت النتيجة التي توصَّل إليها كانط: إن الإجابة العقلية للسؤال عن تناهي الفضاء أو لاتناهيه هي أمرٌ مُستحيل، لأن الكون بأكمله لا يمكن أن يكون موضوع تجربتِنا.

وسنُقابل موقفًا مشابهًا بالنسبة لمشكلة لاتناهي الزمن؛ ففي «اعترافات» القديس أوغسطين، مثلًا اتخذ هذا السؤال الصورة التالية: «ماذا كان الإله يفعل قبل أن يخلق العالم؟» لم يقتنع أوغسطين بالنكتة: «كان مشغولًا بتجهيز جهنَّم كي تستقبل كُلَّ مَن يسأل مثل هذه الأسئلة السخيفة.» قال إن هذه إجابة رخيصة جدًّا، ثم حاول أن يُعطي تحليلًا عقليًّا للمشكلة. فالزمن يَمضي بالنسبة لنا وحدَنا، إنَّنا نتوقَّعه كمُستقبل، وهو يَمضي كلحظةٍ حاضرة، ونتذكَّره كماضٍ. لكن الإله ليس في الزمن، إنَّ ألف عامٍ بالنسبة له يوم، واليوم عنده ألف عام. لقد خلق الزمن مع العالم، إنه ينتمي إلى العالم، ومِن ثَم فالزَّمن لم يوجَد قبل أن يُوجَد العالم. أما بالنسبة للإله فإن كل مَجرى الكون قد أُقيم في الحال. لم يكن ثمَّة زمان قبل أن يخلُق الإلهُ العالم. والواضح أن كلمة «يخلق» في مثل هذه الجُمَل تُثير على الفور كل الصعوبات الجوهرية. فهذه الكلمة كما تُفهَم عادة تعني أن شيئًا قد بزغ في الوجود لم يكُن موجودًا قبلًا، وهي في هذا المعنى تفترِض مُسبقًا مفهوم الزمن. وعلى هذا فمِن المُستحيل أن نُعرِّف، بمصطلحات معقولة، ما قد تعنيه جُملة «لقد خلق الزمن». وهذه الحقيقة تُذكرنا مرة أخرى بالدرس الذي طالما نُوقش والذي علَّمتنا إيَّاه الفيزياء الحديثة: إنَّ كلَّ لفظٍ أو مفهوم، مهما بدا واضحًا، ليس له إلَّا مجال محدود من الاستعمالات.

يمكن في نظرية النسبية العامة أن تُوضَع هذه الأسئلة عن لانهائية الفضاء والزمان، وأن تُجاب جزئيًّا على أساسٍ تجريبي. فإذا ما كانت النظرية قد وفَّرت العلاقة الصحيحة بين الهندسة الرباعية الأبعاد في الفضاء والزمان، وبين توزيع الكُتَل في الكون، عندئذٍ فإن الملاحظات الفلكية عن توزيع المجرَّات في الفضاء ستُقدم المعلومات عن هندسة الكون ككُل. يستطيع المرء أن يبني «نماذج» للكون، صورًا كونية، ثم يُمكنه أن يُقارن نتائجها بالحقائق التجريبية.

لا يستطيع المرء بالنظَر إلى المعرفة الفلكية الحالية أن يُميز بوضوحٍ بين نماذج مُمكنة عديدة. فقد يكون الفضاء المُمتلئ بالكون متناهيًا، وهذا لا يعني أن ثمَّة نهاية للكون في مكانٍ ما، إنما سيعني أنَّنا إذا ما تقدَّمنا في الكون أكثر وأكثر في اتجاهٍ واحد، فسنصِل في النهاية إلى النقطة التي ابتدأنا منها. وهذا الوضع يُشبه ما يحدُث في الهندسة الثنائية الأبعاد على سطح الأرض؛ فإذا ابتدأنا من نقطةٍ مُتَّجِهِين إلى الشرق، فسنصِل في النهاية إلى نفس النقطة من الغرب.

أما بالنسبة للزمن، فثمَّة ما يُشبه بداية له. فالكثير من الملاحظات يُشير إلى منشأٍ للكون منذ نحو أربعة بلايين عام، أو يبدو على الأقل أنها تُشير إلى أنَّ كل مادة الكون في ذلك الوقت كانت مركزةً في فضاءٍ أصغر بكثيرٍ، وأنها انتشرت منه بسرعاتٍ مختلفة منذ ذلك التاريخ. وسنصل إلى نفس هذا الزمن (أربعة بلايين عام) في الكثير من الملاحظات المختلفة (مثلًا عمر النيازك، أو المعادن على الأرض … إلخ). وعلى هذا فسيغدو من الصعب أن نجِد تفسيرًا يختلف جذريًّا عن فكرة المنشأ هذه، فإذا كانت صحيحة فإنها ستعني أن مفهوم الزمن فيما وراء هذا الزمن ستكتنِفه تغيُّرات جوهرية. وسنجِد في الموقف الحالي للملاحظات الفلكية أن الأسئلة عن هندسة الزمكان الواسع لم تجِد بعدُ إجاباتٍ لها أدنى حدٍّ من اليقين. وسيكون من المشوق جدًّا أن تجد هذه الأسئلة إجاباتها في نهاية المَطاف على أساس تجريبي صلب. إن الأساس التجريبي الذي ترتكِز عليه، حتى نظرية النسبية العامة، لا يزال إلى الآن ضئيلًا جدًّا. ولا بد أن تؤخَذ على أنها أقلُّ يقينًا مما يُسمى نظرية النسبية الخاصة التي يُعبر عنها تحويل لورنتس.

وحتى لو لم نذكُر البحوث الإضافية في هذه النظرية الأخيرة، فليس من شكٍّ في أن نظرية النسبية قد غيَّرت كثيرًا من نظرتنا إلى بِنية الفضاء والزمان. ربما لم تكُن طبيعة هذه التغيُّرات هي أكثر مناحيها إثارة، وإنما حقيقة أنها كانت مُمكنة. إن بِنية الفضاء والزمان التي عرفَها نيوتن كأساسٍ لوصفه الرياضي للطبيعة، كانت بِنية بسيطة متماسِكة وتُناظر كثيرًا استخدام مفهومَي الفضاء والزمان في الحياة اليومية. كان التناظُر في الحق وثيقًا حتى ليُمكننا أن نعتبِر أن تعريفات نيوتن هي الصياغة الرياضية الدقيقة لهذَين المفهومَين الشائعين. إننا نستطيع أن نُرتِّب الوقائع في الزمن دون النظر إلى موقِعها في الفضاء. كان هذا هو الأمر الطبيعي تمامًا قبل نظرية النسبية. لكنَّا نعرف الآن أن هذا الانطباع إنما تخلُقه في حياتنا اليومية حقيقةُ أن سرعة الضوء تفوق بكثيرٍ جدًّا أيَّ سرعةٍ نقابلها في الخبرة العملية. لكنَّ أحدًا لم يُدرك بالطبع هذا القيد آنئذٍ. وحتى بعد أن عرفنا هذا القيد الآن، فما زال مِن الصعب أن نتخيَّل أن يعتمد. ترتيب الوقائع على موقعها.

وجهت فلسفة كانط الانتباه فيما بعدُ إلى حقيقة أن مفهومَي الفضاء والزمان ينتمِيان إلى علاقتنا بالطبيعة، لا إلى الطبيعة نفسها؛ أننا لا نستطيع وصف الطبيعة دون استخدام هذَين المفهومَين. ومِن ثَم فإن هذَين المفهومَين هما — بمعنًى ما — من المفاهيم القبلية. إنهما شرط وليسا نتيجةً لخبرتنا. ولقد كان مِن المُعتقد عمومًا أنَّنا لا نستطيع أن نَمَسَّهما بخبرةٍ جديدة. وعلى هذا بدَت ضرورة التغيير مفاجأة عُظمى. كانت هذه هي المرة الأولى التي اكتشف العلماء فيها الحاجة إلى الحذَر البالغ عند تطبيق مفاهيم الحياة اليومية على الخبرة المصقولة للعِلم التجريبي الحديث. إن الصياغة الدقيقة والمتماسِكة لهذه المفاهيم في اللغة الرياضية لميكانيكا نيوتن أو تحليلها الدقيق في فلسفة كانط، لم تُقدِّم أدنى حماية ضد التحليل النقدي، التحليل المُمكن من خلال قياساتٍ غاية في الدقة. أثبت هذا التحذير فيما بعدُ أهميتَه القصوى في تطوُّر الفيزياء الحديثة. والمؤكد أن تفهُّم نظرية الكمِّ كان سيغدو أصعبَ لولا أن نجحت نظرية النسبية في تحذير العلماء من الاستخدام غير المُدقق لمفاهيم تؤخَذ من الحياة اليومية أو مِن الفيزياء الكلاسيكية.

الفصل الثامن

نقد تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم والاقتراحات المُضادة له

قاد تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم الفيزيائيين بعيدًا عن الأفكار المادية البسيطة التي سادت العلوم الطبيعية بالقرن التاسع عشر. ولمَّا كانت هذه الأفكار لم ترتبِط فقط بالعلوم الطبيعية لتلك الحقبة، وإنما قد وَجدت تحليلًا منهجيًّا في بعض النظم الفلسفية، كما تغلغلت عميقًا حتى في ذهن رجل الشارع العادي، فمن اليسير أن نتفهَّم جيدًا لماذا جرَت المحاولات لانتقاد تفسير كوبنهاجن ولإحلال تفسيرٍ محلَّه يتَّفق أكثر مع مفاهيم الفيزياء الكلاسيكية أو الفلسفة المادية.

يمكن أن تُقسَّم هذه المحاولات إلى مجاميع ثلاث. لم ترغب المجموعة الأولى في تغيير تفسير كوبنهاجن بالنسبة لتنبُّؤات النتائج التجريبية، وإنما حاولت أن تُغيِّر لُغة هذا التفسير حتى تُصبح أكثر شبهًا بالفيزياء الكلاسيكية، بمعنًى آخَر، لقد حاولَت أن تُغير الفلسفة دون أن تُغير الفيزياء. ثمَّة عدد مِن أبحاث هذه المجموعة قد قصرت اتفاقها مع التنبؤات التجريبية لتفسير كوبنهاجن، على التجارب التي أُجرِيت حتى ذلك الوقت، أو على تلك التي تنتمي إلى الفيزياء الإلكترونية العادية.

أدركت المجموعة الثانية أن تفسير كوبنهاجن هو التفسير الوحيد المُلائم، إذا ما كانت النتائج التجريبية في كل مكان تتَّفق مع تنبؤات هذا التفسير؛ وعلى هذا فقد حاولت هذه المجموعة في أبحاثها أن تُغير نظرية الكم بعضَ الشيء في بعض النقاط الحرجة.

أما المجموعة الثالثة والأخيرة فقد عبَّرت عن استيائها العام من نتائج تفسير كوبنهاجن، ولا سيما من نتائج فلسفته، دون أن تُقدم اقتراحاتٍ مضادة محددة. تنتمي أبحاث أينشتين وفون لاوه وشرودنجر إلى هذه المجموعة الثالثة التي كانت تاريخيًّا هي أولى المجاميع الثلاث.

على أن كلَّ معارضي تفسير كوبنهاجن كانوا يتَّفقون في نقطةٍ واحدة. فهم يُفضلون العودة إلى مفهوم الواقع بالفيزيقا الكلاسيكية، أو إلى أنطولوجيا المادية، إذا استعملنا مصطلحات أكثر عمومية. هم يفضلون العودة إلى فكرة عالمٍ حقيقي موضوعي توجَد أصغر أجزائه موضوعيًّا، بنفس المعنى الذي تكون به الأحجار والأشجار كذلك، لا تعتمد على مراقبتنا أو عدَم مراقبتنا لها.

على أن هذا مستحيل، أو على الأقل ليس مُمكنًا تمامًا، بسبب طبيعة الظواهر الذرِّية، كما سبق وَبَيَّنَّا في بعض الفصول السابقة. إن مُهمتنا ليست صياغة ما نتمنَّى أن تكون عليه الظواهر الذرية. مُهمتنا تنحصر في تفهُّمها لا أكثر.

فإذا قُمنا بتحليل أبحاث المجموعة الأولى، فمن الضروري أن نُدرك، من البداية، أن تفسيراتهم لا يُمكن أن ندحضها بالتجربة، فهي دائمًا تُكرر تفسير كوبنهاجن بلُغةٍ مختلفة، بل ولقد يمكن حتى أن نقول — من وجهة النظر الوضعية الدقيقة — إنَّنا هنا لا نهتمُّ باقتراحاتٍ مضادة لتفسير كوبنهاجن، وإنما بمجرَّد تكرارٍ له في لُغةٍ أخرى. وعلى هذا فليس أمامنا هنا إلَّا أن نُناقش مدى ملاءمة هذه اللغة. هناك مجموعة من الاقتراحات المضادة تعمل على فكرة «المقاييس الخفية». فلمَّا كانت القوانين الكمَّاتية-النظرية تُحدِّد على وجه العموم نتائج التجربة إنما فقط بشكلٍ إحصائي، فقد ننزع، من وجهة النظر الكلاسيكية، إلى أن نتصوَّر وجود مقاييس خفيَّة تُفلت من الملاحظة في أية تجربة عادية، ولكنها تُحدد نتيجة التجربة بالطريقة العلمية العادية. وعلى هذا تحاول بعض الأبحاث أن تبني مثل هذه المقاييس داخل هيكل ميكانيكا الكم.

وعلى هذا الخط طرح بوهم — مثلًا — اقتراحًا مضادًّا لتفسير كوبنهاجن، وقد تبنَّاه مؤخرًا — ولحدٍّ ما — ده برولي أيضًا. ولقد تمَّ بالتفصيل شرح تفسير بوهم، وعلى هذا فقد يخدم هنا كأساسٍ للمناقشة. اعتبر بوهم الجُسيمات بِنًى واقعية موضوعية، مثل الكُتَل النُّقطية في ميكانيكا نيوتن. والموجات في فضاء التشكيل هي في تفسيره أيضًا واقعية موضوعية، مثل المجالات الكهربية. وفراغ التشكيل هذا فراغ مُتعدد الأبعاد يُشير إلى الإحداثيات المختلفة لكل الجُسيمات التي تنتمي للنظام. هنا نواجِه الصعوبة الأولى: ماذا نعني بقولنا إن الموجات في فراغ التشكيل واقعية؟ هذا الفراغ فراغ تجريدي جدًّا. وكلمة «واقعي» (باللغة الإنجليزية) أصلها كلمة لاتينية تعني «الشيء»، إنما الأشياء في الفضاء الثلاثي الأبعاد العادي، وليس في الفضاء التشكيلي التجريدي. ولقد نقول إنَّ الموجات في فضاء التشكيل «موضوعية» إذا كنَّا نُريد القول إنها لا تعتمد على المُراقب، لكن يصعُب أن نُسميها واقعية إلَّا إذا كنَّا مُستعدِّين لتغيير معنى الكلمة. يَمضي بوهم ليُعرِّف الخطوط العمودية على أسطح الطور المَوجي الثابت بأنها المدارات المُمكنة للجُسيمات. أما أيٌّ مِن هذه الخطوط سيكون هو المدار «الواقعي»، فأمْر يعتمِد، عندَه، على تاريخ النظام وعلى جهاز القياس، ولا يُمكن أن نُحدده دون أن نعرف عن النظام وجهاز القياس أكثر ممَّا يُمكننا بالعقل معرفته. يحتوي هذا التاريخ في الواقع على المقاييس الخفية «المدار الواقعي» قبل أن تبدأ التجربة.

من بين نتائج هذا التفسير — كما يؤكِّد باولي — أنَّ الإلكترونات في الحالات الأرضية للكثير من الذرَّات لا بدَّ أن تكون ساكنة، أي لا تقوم بأي حركةٍ مدارية حول نواة الذرة. يبدو هذا مُناقضًا للتجارب، لأن قياسات سرعة الإلكترونات في الحالة الأرضية (عن طريق ظاهرة كومبتون مثلًا) تُبيِّن دائمًا توزيع سرعاتٍ للحالة الأرضية يتَّفق مع قواعد ميكانيكا الكم. لكنَّ بوهم يستطيع هنا أن يُجادل بالقول إن القوانين العادية لم تعُد صالحةً لتقدير القياس. هو يوافق على أن التقدير العادي للقياس سيقود حقًّا إلى توزيع سرعات، لكنَّا إذا وضعنا نظرية الكم في الاعتبار بالنسبة لآلة القياس، فمِن الممكن أن نقبل القول إنَّ الإلكترونات «واقعيًّا» تكون ساكنة دائمًا. في قياسات موقع الجُسيم، يأخذ بوهم التفسير العادي للتجارب على أنه صحيح، لكنه يرفُضه في قياسات السرعة. بهذا الثمن يجِد بوهم نفسَه قادرًا على أن يجزم «بأنَّنا لا نحتاج أن نهجر الوصف الدقيق العقلي الموضوعي للنُّظم المُفردة في عالم نظرية الكم». على أنَّ هذا الوصف الموضوعي يُفصح عن نفسه كشكلٍ من بِنية أيديولوجية فائقة تكاد لا تتعلَّق بالواقع الفيزيقي المباشر، لأن المقاييس الخفية في تفسير بوهم هي من نوعٍ لا يمكن وجوده في وصف العمليات الواقعية، إذا بقِيَت نظرية الكم دون تغيير.

ولكي يتجنَّب بوهم هذه الصعوبة فقد أعرب، في الحقيقة، عن أملِه في أن تلعب المقاييس الخفية في تجارب المُستقبل دورًا ماديًّا في مجال الجُسيمات الأولية؛ ومِن ثَم يظهر خطأ نظرية الكم. عبَّر بوهر عن هذه الآراء الغريبة بقوله إنها تُشبه في تركيبها هذه الجملة: إنَّنا نأمُل أن يتَّضح يومًا ما أن ۲ × ۲ = ٥، فمِثل هذه النتيجة ستُفيدنا كثيرًا في أمور المال. والواضح أن تحقيق آمال بوهم لن يهدم فقط نظرية الكم، وإنما أيضًا تفسير بوهم. طبيعيٌّ أنْ يَلزمَنا في نفس الوقت أن نؤكد أن التشبيه الذي ذكرناه — برغم كمالِه — لا يُمثل حجةً دامغة منطقية ضد تغيير مُستقبلي مُحتمل لنظرية الكم بالطريقة التي اقترحها بوهم، فليس من المُستحيل أن نتصوَّر مثلًا أن توسيع المنطق الرياضي قد يُعطي معنًى مُعينًا لجُملة تقول إن ۲ × ٢ = ٥ في حالاتٍ استثنائية، بل ومِن المُحتمل أن تكون لهذه الرياضة المُوسَّعة استخداماتها في مجال الاقتصاد. غير أنَّنا مقتنعون — حتى دون أساسٍ منطقي مُقنع — أنَّ مثل هذه التغيُّرات في الرياضة لن تُفيدنا في الاقتصاد. وعلى هذا فمِن الصعب أن نفهم كيف يمكن أن تُستخدَم في وصف الظواهر الفيزيقية، هذه الاقتراحات الرياضية التي تقول أعمال بوهم إنها تُحقق آماله.

فإذا أهملنا هذا التعديل المُحتمَل لنظرية الكم، فإن لغة بوهم كما أوضحنا، لا تقول عن الفيزيقا شيئًا يختلف عمَّا يقوله تفسير كوبنهاجن. يبقى إذن السؤال عن صلاحية هذه اللغة، بجانب الاعتراض الذي ذكرناه، بأنَّنا عندما نتحدث عن مدارات الجُسيم فإنما نُعالج «بنية أيديولوجية فائقة» غير ضرورية، يجب أن نذكُر بخاصَّةٍ أن لُغة بوهم تُحطم السيمترية بين الموقع والسرعة، المفهومة ضمنًا في نظرية الكم. يقبل بوهم قياسات الموقع بالتفسير العادي، لكنَّه لا يقبله بالنسبة لقياسات السرعة وكمية الحركة. ولمَّا كانت الخصائص السيمترية تُشكل دائمًا أهم خصائص أية نظرية، فمِن الصعب أن نرى ما نكسبه من إغفالها في اللغة المناظرة. وعلى هذا الأساس لا يُمكننا أن نعتبر اقتراح بوهم المُضاد لتفسير كوبنهاجن بمثابة تحسين.

من المُمكن إثارة اعتراض مُماثل — في صورةٍ مختلفة بعض الشيء — ضد التفسير الإحصائي الذي قدَّمه بوب و(على خَطٍّ يختلف قليلًا) فينيس. عالج بوب خلق وفناء الجُسيم على أنهما العملية الجوهرية لنظرية الكم. فالجُسيم واقعي بالمعنى الكلاسيكي للكلمة، بالمعنى الأنطولوجي المادي، أما قوانين نظرية الكم فقد اعتُبرت حالةً خاصةً من إحصاءات التلازُم لوقائع الخلق والفناء هذه. وهذا التفسير — الذي يحوي الكثير المُثير من الملاحظات على القوانين الرياضية لنظرية الكم — يُمكن تحقيقه بطريقةٍ تقود بالضبط (بالنسبة للنتائج الفيزيقية) إلى نفس نتائج تفسير كوبنهاجن. هو إذن — بالمعنى الوضعي — تفسيرٌ مساوٍ في الشكل لتفسير بوهم، لكنه يُحطم — في لُغته — السيمترية بين الجُسيمات والموجات؛ تلك السيمترية التي تُعتبَر ملمحًا مميزًا للبرنامج الرياضي لنظرية الكم. أوضح جوردان وكلاين وفيجنر منذ عام ۱۹۲۸م أنه من الممكن تفسير البرنامج الرياضي ليس فقط كتكمِية لحركة الجُسيم، وإنما أيضًا كتكمِية لموجات المادة الثلاثية الأبعاد. وعلى هذا فليس من سببٍ يدعونا أن نَعتبر موجات المادة هذه أقلَّ واقعيةً من الجُسيمات. من الممكن أن نكفل السيمترية بين الموجات والجُسيمات في تفسير بوب، إذا نحن فقط طوَّرنا إحصاءات الارتباط المُناظِرة لموجات المادة في المكان والزمان أيضًا، وإذا تركنا قضية اعتبار ما إذا كانت الجُسيمات أو الموجات واقعًا «حقيقيًّا»، قضية مفتوحة.

سيقودنا الافتراض بأن الجُسيمات واقعية بالمعنى الأنطولوجي المادي، سيقودنا دائمًا إلى أن نَعتبر الانحرافات من مبدأ اللامُحقَّقية انحرافاتٍ مُمكنة «جوهريًّا». يقول فينيس على سبيل المثال: «إن وجود مبدأ اللامُحققية (والذي ربطه هو بعلاقات إحصائية خاصة) لا يجعل القياس المُتزامِن للمكان والسرعة بدقَّة تحكُّمية، أمرا مستحيلًا». على أن فينيس لم يذكُر كيف يمكن القيام بمثل هذه القياسات عمليًّا؛ وعلى هذا تبقى آراؤه مجرَّد رياضيات بحتة.

أما فايتسيل — الذي تُشبه اقتراحاته المضادة لتفسير كوبنهاجن اقتراحات بوهم وفينيس — فقد ربط «المقاييس الخفية» بجُسيمٍ من نوع جديد ابتكرَه خصوصًا وأطلق عليه اسم «زيرون». وهذا جُسيم لا يمكن ملاحظته، غير أن هذا المفهوم يقَع في خطر أن يُشتِّت التفاعُل بين الجُسيمات الحقيقية والزيرونات الطاقةَ بين العديد من درجات حُرية مجال الزيرون، حتى لتَغدُو كل الديناميكا الحرارية تشوُّشًا كاملًا. ولم يُفسر فايتسيل كيف يأمل أن يتجنب هذا الخطر.

ربما أمكننا الوصول إلى أفضل تعريفٍ لوجهة النظر بكل المنشورات التي ذُكِرت حتى الآن إذا نحن استدعَينا مناقشةً مشابهة تتعلَّق بنظرية النسبية الخاصة، فكلُّ مَن لم يقتنع برفض أينشتين للأثير وللفضاء المُطلق والزمن المُطلق، يُمكنه أن يُجادل كما يلي: إن نظرية النسبية الخاصة لم تُثبت على الإطلاق عدم وجود الفضاء المُطلق والزمن المُطلق. إن كل ما أوضحته هو أن الفضاء الحق والزمن الحق لا يحدُثان مباشرةً في أية تجربة عادية. لكنَّا إذا أخذنا بالشكل الصحيح هذا الوجه من أوجه قوانين الطبيعة، فأدخلنا الأزمنة «الظاهرية» الصحيحة إلى النظم المتحركة النظيرة، فلن نجِد حجةً ضد افتراض الفضاء المُطلق، بل ولقد يكون من الملائم أن نفترض أن مركز جاذبية مَجرَّتنا يُوجَد في حالة سكونٍ في فضاء مُطلق (أو هكذا تقريبًا). ولقد يُضيف ناقدُ نظريةِ النسبية الخاصة أنَّنا قد نأمُل أن تسمح القياسات في المستقبل بتعريفٍ غير غامضٍ للفضاء المُطلق (نعني «للمقاييس الخفية» بنظرية النسبية) لتُنْقَض بذلك نظرية النسبية الخاصة.

من الممكن أن نرى فورًا أن هذه الحُجة لا يمكن أن تُدحَض بالتجربة، لأنها لا تُقدم تقارير تختلف عن تقارير نظرية النسبية الخاصة، لكن هذا التفسير باللُّغة التي استخدمها سيحطم خاصيَّة السيمترية الحاسمة للنظرية — نقصد لا تغيير لورنتس — ومِن ثَم فمن الضروري أن نعتبرها غير ملائمة.

والتشبُّه بنظرية الكم واضح؛ فقوانين نظرية الكم تقول بأن «المقاييس الخفية» المُلفَّقة خصوصًا لا يُمكن أن تُلحَظ. تُحطَّم إذن الخصائص السيمترية الحاسمة إذا ما أدخلْنا المقاييس الخفية، ككيانٍ خياليٍّ، إلى تفسير النظرية.

لكنَّ أعمال بلوشنزيف وألكزندروف تختلف تمامًا في عرضها للمشكلة عمَّا ناقشناه قبلًا؛ فهذان العالِمان قد حدَّدا أهدافهما، بوضوحٍ ومنذ البداية، ضد تفسير كوبنهاجن، في الناحية الفلسفية من المشكلة. أما فيزياء التفسير فقد قَبِلاها دون تحفُّظ.

غير أن الصورة الظاهرية للهجوم كانت أكثر عنفًا. كتب بلوشنزيف في مقدمته يقول: «من بين الاتجاهات المِثالية المختلفة في الفيزياء سنجِد مدرسة كوبنهاجن هي الأكثر رجعية. ولقد خصَّصتُ هذه المقالة لأكشف القناع عن التأمُّلات المثالية واللاأدرية لهذه المدرسة في المشاكل الأساسية لفيزياء الكم.» إن فظاظة الهجوم تُبين أنَّنا لا نتعامَل هنا مع العِلم وحدَه، وإنما أيضًا مع إيمان عقائدي. أما الهدف فقد عبَّر عنه في النهاية باقتباسٍ مِن عمل للينين: «مهما كانت عظمة تحويل الأثير، الذي لا يُوزَن، إلى مادةٍ توزَن (من وجهة نظر العقل البشري العام)، مهما كانت غرابة افتقار الإلكترونات إلى كتلةٍ غير الكتلة الكهرومغناطيسية مهما كان الشذوذ في اقتصار الحركة الميكانيكية على حقل الظواهر الطبيعية وحدَها، وخضوعها للقوانين الأعمق للظواهر الكهرومغناطيسية؛ فإن هذا كله ليس سوى إثباتٍ للجدلية المادية». وهذه الجُملة تجعل من مناقشة بلوشنزيف لموضوع علاقة نظرية الكمِّ بفلسفة الجدلية المادية، أقل إثارةً لأنها تحطُّ من مَرتبتها إلى مرتبة محاكمةٍ عُرِفَ الحكم فيها قبل بدء المحاكمة. على أنه مِن المهم أن نُوضِّح الحُجج التي قدَّمها بلوشنزيف وألكزندروف.

هنا، حيث المهمة هي إنقاذ الأنطولوجيا المادية، سنجِد الهجوم وقد وُجِّه أساسًا إلى وجود المُراقب في تفهُّم نظرية الكم. كتب ألكزندروف يقول: وعلى هذا فلا بدَّ لنا أن نفهم أن نتيجة القياس في نظرية الكم ليست إلَّا الأثر الموضوعي للتفاعُل بين الإلكترون والموضوع. لا بدَّ أن نتجنَّب ذكر المراقب، وعلينا أن نُعالج الظروف الموضوعية والآثار الموضوعية. إن المقدار الفيزيائي خصيصة موضوعية للظاهرة، وليس نتيجةً للملاحظة. ودالة الموجة في فضاء التشكيل، عند ألكزندروف، تُميز الحالة الموضوعية للإلكترون.

أغفل ألكزندروف في عرضه حقيقة أنَّ الصورية في نظرية الكمِّ لا تسمح بنفس درجة التَّموضُع الموجودة بالفيزياء الكلاسيكية. وعلى سبيل المثال، فإذا نحن نظرْنا إلى التفاعُل بين نظامٍ ما وبين آلة القياس ثُم عالجناه ككُلٍّ تبعًا لميكانيكا الكم، وإذا نظَرْنا إليهما سويًّا وكأنهما مُنفصلان عن بقية العالم، عندئذٍ لن تؤدي صورية نظرية الكم بالضرورة إلى نتيجةٍ صريحة لا لبس فيها. هي لا تؤدي مثلًا إلى اسوداد اللوحة الفوتوغرافية في نقطةٍ بعينها. فإذا أردْنا أن نُنقذ «الأثر الموضوعي» لألكزندروف بالقول إن اللوحة تسودُّ «في الواقع» عند نقطةٍ معينة بعد التفاعل، فسيكون الردُّ أننا لم نعُد نُطبِّق هنا المُعالجة الكمَّاتية الميكانيكية للنظام المُغلق المكوَّن من الإلكترون وآلة القياس واللوحة. إنَّ الخصيصة «الواقعية» للحدث التي يمكن وصفُها بلغةِ مفاهيم الحياة اليومية هي التي لا تتضمَّنها الصورية الرياضية لنظرية الكم، وهي التي تظهر في تفسير كوبنهاجن عن طريق إدخال المُراقِب. الواضح بالطبع أنه لا يصحُّ أن نُسيء تفهُّم إدخال المُراقب ليَعني أنَّنا سنُدخل ملامح ذاتية إلى وصف الطبيعة، إنما ستكون مهمة المُراقِب هي تسجيل القرارات، نقصد العمليات في الفضاء والزمن، ولا يُهم ما إذا كان المُراقب جهازًا أو إنسانًا. لكن عملية التسجيل (ونعني تحوُّل «المُمكن» إلى «الواقعي») هي عملية ضرورية تمامًا هنا ولا يمكن حذفُها من تفسير نظرية الكم. وهنا سنجد أن نظرية الكم ترتبط جوهريًّا بالثرموديناميكا، مِن ناحية أن فعل المُراقبة هو بطبيعتِه عمليةٌ لا تُعكَس. فمِن خلال مثل هذه العمليات اللاعَكُوسة وحدَها يُمكن أن تربط صورية نظرية الكم برباطٍ وثيق مع الأحداث الواقعية في المكان والزمان. وفوق هذا فإن اللاعَكُوسية — إذا ما طُرِحت في التمثيل الرياضي للظواهر — هي نتيجةٌ لمعرفة المُراقب غير الكاملة بالنظام، وهي بهذا غير «موضوعية» تمامًا.

أما صياغة بلوشنزيف للمادة فتختلف قليلًا عنها عند ألكزندروف: «في ميكانيكا الكم نحن لا نصِف حال الجُسيم ذاته، وإنما حقيقة أنَّ الجُسيم ينتمي إلى هذا التجمُّع الإحصائي أو ذاك. وهذا الانتماء موضوعي تمامًا ولا يعتمِد على أية تقارير للمراقب.» على أن هذه الصياغة تأخُذنا بعيدًا — وربما بعيدًا جدًّا — عن الأنطولوجيا المادية. ولكي نُوضِّح هذا ربما كان مِن المفيد أن نتذكَّر كيف يُستخدَم هذا الانتماء إلى تجمُّع إحصائي، في تفسير الثرموديناميكا الكلاسيكية. إذا ما حدَّد مُراقب درجة حرارة نظامٍ ما، وأراد أن يستنبط من نتائجه شيئًا عن الحركات الجُزيئية بالنظام، فقد يقول إنَّ النظام هو مجرد عينةٍ واحدة من طاقمٍ مُقنَّن؛ ومن ثم فربما اعتبر أنَّ له عدة طاقات مختلفة. لكن النظام «في الواقع» — هكذا قد نقول في الفيزيقا الكلاسيكية — له طاقة واحدة مُحددة في الوقت المُعين، لن تتحقَّق فيه أيٌّ من الطاقات الأخرى. يُخدع المراقب إذا هو اعتبر أن ثمَّة طاقة أخرى مُحتملة في تلك اللحظة. إن الطاقم المُقنَّن يحوي تقارير، ليس فقط عن النظام نفسه، وإنما أيضًا عن معرفة المُراقب غير الكاملة بالنظام. فإذا حاول بلوشنزيف، في نظرية الكمِّ، أن يقول عن انتماءٍ ما لتجمُّعٍ إنَّه «موضوعي تمامًا»، فإنه يستخدِم كلمة «موضوعي» بمعنًى يختلف عما تَعنيه في الفيزيقا الكلاسيكية؛ إذ إن معنى هذا الانتماء في الفيزيقا الكلاسيكية — كما سبق وذكرنا — إنما هو تقارير، ليس فقط عن النظام، وإنما أيضًا عن درجة معرفة المُراقب بهذا النظام. ثمة استثناء يَلزم أن نؤكِّده بالنسبة لهذا التقرير عن نظرية الكم. فإذا تَميز التجمُّع في نظرية الكمِّ بدالَّةٍ مَوجبة واحدة في فضاء تشكيل (وليس — كالعادة — بمصفوفة إحصائية) فسنُقابل وضعًا خاصًّا (يُسمَّى «الحالة الخالصة») قد يُقال للوصف فيه إنه موضوعي بمعنًى ما، وفيه لا يظهر على الفور عنصر المعرفة غير الكاملة. لكن لمَّا كان كلُّ قياسٍ سيُعيد (بسبب ملامحه غير العَكُوسة) إدخال عنصر المَعرفة غير الكاملة، فلن يختلف الوضع اختلافًا جوهريًّا.

وفوق كل هذا فإن هذه الصياغات الجديدة توضِّح صعوبة أن نُحاول أن ندفع بأفكار جديدة في نظام قديم من المفاهيم ينتمي إلى فلسفة قديمة أو — إذا استخدَمْنا استعارة قديمة — أن نُعبئ نبيذًا جديدًا في زجاجاتٍ قديمة، فمثل هذه المحاولات عادة ما تكون مُحزنة. إنها تُضللنا فنشغل أنفسنا بالشروخ المحتومة بالزجاجات القديمة وننسى أن نُمتع أنفسنا بالنبيذ الجديد. إنَّنا لا نتوقَّع مِن المُفكرين الذين قدموا المادية الجدلية منذ قرنٍ مِن الزمان أن يتنبَّئوا بتطوير نظرية الكم. إن مفاهيمهم عن المادة والواقع، لم يكن لها أن تتلاءم مع نتائج التقنيات التجريبية الدقيقة بأيَّامِنا هذه.

ربما كان لنا هنا أن نُضيف بعض الملاحظات العامَّة عن موقف العلماء بالنسبة لعقيدةٍ ما، عقيدة قد تكون دينية أو سياسية. إن الفارق الجوهري بين العقيدة الدينية والعقيدة السياسية — وهو أن الأخيرة تتعلق بالواقع المادي المباشر للعالم من حولنا في حين أن موضوع الأولى هو واقعٌ آخر، أبعد مِن العالم المادي — هذا الفارق ليس مُهمًّا بالنسبة لهذه القضية بالذات. أما ما يستحق المناقشة فهو مشكلة العقيدة ذاتها. إن المرء — بناءً على ما قيل — ليطلُب من العالم ألَّا يركن على الإطلاق إلى مذاهب خاصة، ألا يُقيد منهجه في التفكير بفلسفةٍ مُعينة. عليه أن يكون مستعدًّا دائمًا لأن يُغير أُسس معرفته تبعًا للخبرة الجديدة. لكنَّ مِثل هذا الطلب سيكون تبسيطًا مخلًّا لوضعِنا في الحياة، لسببَين؛ أولهما أن بِنية تفكيرنا تُحددها في شبابنا الأفكار التي نُصادفها، آنئذٍ، أو الاتصال بشخصياتٍ قوية نتعلم منها. ستُشكل هذه البنية جزءًا متكاملًا من كل أعمالنا التالية، وقد تجعل من الصعب علينا أن نُكيف أنفسنا، فيما بعد، مع أية أفكارٍ جديدة تمامًا. أما السبب الثاني فهو أنَّنا ننتمي إلى جالية أو مُجتمع، هذا المجتمع تجمعه أفكار شائعة، أو مقياس شائع للقِيَم الأخلاقية، أو لُغة شائعة يتحدَّث بها الفرد عن المشاكل العامة للحياة. وهذه القِيَم الشائعة قد تدعمُها سلطة كنيسة، أو حزب أو الدولة. وحتى لو لم يكن الأمر كذلك فقد يكون من الصعب أن يهجر الفرد الأفكار الشائعة دون صراعٍ مع المجتمع. لكن نتائج التفكير العِلمي قد تتعارَض مع الأفكار الشائعة. والمؤكد أنه مِن الحماقة أن نطلُب ألَّا يكون العالِم عضوًا مخلصًا بمجتمعِه، أن يُحرَم من سعادة الانتماء إلى مجتمع، وسيكون من الحماقة أيضًا أن نطلُب أن تتغيَّر على الفور أفكار المجتمع الشائعة (وعادة ما تكون تبسيطًا، مِن وجهة النظر العلمية) مع كلِّ تقدُّم في المعرفة العلمية، وأن تكون في مِثل التنوُّع الذي يلزم أن تكون عليه النظريات العلمية. وعلى هذا فإنَّا نعود ها هنا — حتى في زماننا هذا — إلى مشكلة «الحقيقة المزدوجة» التي ملأت تاريخ الديانة المسيحية خلال العصور الوسطى المتأخرة. هناك المذهب القائل «إن الدين الوضعي أيًّا كان شكلُه هو ضرورة لا غِنى عنها لجماهير الناس، وعلى رجل العلم أن يبحث عن الحقيقة الواقعية خلف الدين، وألا يبحث عنها إلا هناك». يقولون «إن العلم موضوع الخاصة، إنه للقلَّة فقط». فإذا أَخَذَت المذاهب السياسية والأنشطة الاجتماعية دور الدين الوضعي في بعض الدول، فستبقى المشكلة على حالها. إن أول ما يتطلَّبه العالم هو الأمانة الفكرية، بينما يتطلَّب المجتمع من العالم — بالنظر الى تنوُّع العلم — أن ينتظر على الأقل بضعة عقودٍ قبل أن يُفصح للجمهور عن آرائه المخالفة. ليس ثمَّة من حلٍّ بسيط لهذه المشكلة، إذا لم يكن التساهُل وحدَه كافيًا، وربما يأتينا العزاء من حقيقة أنها بالتأكيد مشكلة قديمة تنتمي إلى حياة البشر.

نرجع الآن إلى الاقتراحات المضادة لتفسير كوبنهاجن لنظرية الكم لنُناقش المجموعة الثانية من الاقتراحات، تلك التي تُحاول تغيير نظرية الكمِّ لتصِل إلى تفسيرٍ فلسفيٍّ مختلف. قام جانوسي بأدق المحاولات في هذا الاتجاه؛ أدرك أن الفعالية القوية لميكانيكا الكم تُجبرنا على التخلِّي عن مفهوم الواقع بالفيزيقا الكلاسيكية، وعلى هذا فقد الْتمس تغيير ميكانيكا الكمِّ بطريقةٍ تقترب فيها بِنيتها من بنية الفيزيقا الكلاسيكية، مع بقاء الكثير من النتائج صحيحة. كانت نقطة الهجوم هي ما يُسمَّى «اختزال دفقات الموجات» نعني حقيقة أن الدالَّة الموجية — أو بشكلٍّ أعم، دالَّة الاحتمال — تتغيَّر بشكلٍ متقطع عندما يُدرك المراقب نتيجة القياس. لاحظ جانوسي أن هذا الاختزال لا يمكن استنباطه من المعادلات التفاضُلية للصورية الرياضية، واعتقد أنه يستطيع من هذا أن يَستنتج وجود تناقُض ذاتي في التفسير المُعتاد. من المعروف جيدًا أن «اختزال دفقات الموجات» يظهر دائمًا في تفسير كوبنهاجن عند تمام التحوُّل مِن المُمكن إلى الواقعي. فجأةً تتحوَّل دالة الاحتمال التي تُغطي مجالًا واسعًا من الإمكانيات تتحوَّل إلى مجالٍ أضيقَ بكثيرٍ بسبب حقيقة أنَّ التجربة قد قادت إلى نتيجةٍ مُحددة، حقيقة أن واقعة مُعينة قد حدثت بالفعل. تتطلَّب هذه الصورية أن يُحطَّم ما يُسمى تداخُل الاحتمالات (أهم ما يُميز نظرية الكم من ظواهر) عن طريق تفاعُلات النظام غير المعروفة جزئيًّا واللاعكوسة، مع جهاز القياس وبقية العالم. حاول جانوسي الآن أن يُغير ميكانيكا الكم بإدخال ما يُسمَّى حدود التضاؤل إلى المعادلات بطريقةٍ تختفي معها تلقائيًّا حدود التداخُل بعد زمن متناهٍ. وحتى لو كان هذا يناظر الواقع — وليس من سببٍ يدعو لهذا في التجارب التي أُجريت — فسيبقى لمِثل هذا التفسير عددٌ مِن النتائج المُزعجة، كما أشار جانوس نفسه (على سبيل المثال: الموجات التي تنتشر بسرعةٍ تفوق سرعة الضوء، تبادُل التعاقُب الزمني للسبب والنتيجة … إلخ). وعلى هذا يصعب أن نقبل التضحية ببساطةِ نظرية الكمِّ مِن أجل مثل هذه النظرة، إلَّا إذا أجبرَتنا التجارب على ذلك.

من بين مَنْ بقيَ من مُعارضي ما يُسمَّى أحيانًا التفسير الأرثوذكسي لنظرية الكم، اتَّخذ شرودنجر موقعًا فريدًا لأنه ينسب «الواقع الموضوعي» ليس إلى الجُسيمات وإنما إلى الموجات، ولأنه ليس مُستعدًّا لتفسير المَوجات على أنها «موجات احتمال فقط». في عمل له تحت عنوان «أثَمَّةَ قفزات كمٍّ؟» حاول أن يُنكر وجود قفزات كمَّاتية على الإطلاق (ربما ارتَبْنا في صلاحية مصطلح «قفزة كم» في هذا الموقع واستبدلنا به مصطلحًا أقلَّ إثارةً هو اللااستمرارية). يوجَد بعمل شرودنجر، بادئ ذي بدء، بعضٌ مِن عدم التفهُّم للتفسير المُعتاد. إنه يُغفل حقيقة أن الموجات في فضاء التشكيل (أو مصفوفات التحويل) هي، وهي فقط، موجات احتمال بالتفسير المُعتاد، أما موجات الإشعاع أو موجات المادة الثلاثية الأبعاد، فهي ليست كذلك. لهذه الأخيرة بالضبط نفس «الواقع» مثل الجُسيمات، ليس لها ارتباط مباشر بموجات الاحتمال ولكن لها كثافة مُستمرة مِن الطاقة وكمية الحركة، كمِثل مجال كهرومغناطيسي في نظرية ماكسويل؛ وعلى هذا فقد أكد شرودنجر أنه من المُمكن تصوُّر أن العمليات في هذه النقطة أكثر استمراريةً مما هي في المُعتاد. لكن هذا التفسير لا يُمكن أن يُزيل عامل اللااستمرارية الذي نجِده في كل مكانٍ بالفيزياء الذرية، وتشهد كلُّ شاشة وميض أو عداد جايجر بوجود هذا العنصر على الفور. وهو موجود بالتفسير المُعتاد لنظرية الكم في التحوُّل مِن المُمكن إلى الواقعي. لم يُقدم شرودنجر ذاته أي اقتراحٍ مضادٍّ عن الكيفية التي ينوي بها تقديم عنصر اللااستمرارية، الملحوظ في كلِّ مكان، بأسلوبٍ يختلف عن أسلوب التفسير المعتاد.

وأخيرًا فإنَّ النقد الذي ظهر في العديد من أبحاث أينشتين ولاوه وغيرهما يُركز على قضية ما إذا كان تفسير كوبنهاجن يسمح بوصفٍ مُتفرد موضوعي للحقائق الفيزيائية. يمكن أن نعرض حُججهم الجوهرية فيما يلي: إن البرنامج الرياضي لنظرية الكم يبدو وصفًا كاملًا كافيًا لإحصائيات الظواهر الذرية، لكن حتى لو كانت تقاريرُه عن احتمالات الوقائع الذرية صحيحةً تمامًا، فإنَّ هذا التفسير لا يصِف ما يحدث واقعيًّا وصفًا مستقلًّا عن المُلاحظات أو بين المُلاحظات. لكن شيئًا ما لا بد أن يحدُث، هذا أمر لا يُمكن الشكُّ فيه. وهذا الشيء لا يلزم أن يُوصَف بصيغة الإلكترونات أو الموجات أو كمَّات الضوء، ومهمة الفيزياء لا تتمُّ دون أن نصِفَه بشكلٍ أو بآخر. لا يمكن أن نقرَّ بأنه يُشير إلى فعل الملاحظة وحدَه. لا بدَّ للفيزيائي أن يُسلِّم أنه في عِلمه إنما يدرس عالَمًا لم يصنعه هو، عالَمًا سيُوجَد دون تغيُّر يُذكر في غير وجوده. وعلى هذا فإن تفسير كوبنهاجن لا يُقدم أي تفهُّم حقيقي للظواهر الذرية.

يسهل مرةً أخرى أن نرى أن ما يتطلَّبه هذا النقد هو الأنطولوجيا المادية القديمة. ولكن ماذا ستكون الإجابة من وجهة نظر تفسير كوبنهاجن؟

يمكن القول إن الفيزياء جزء من العلم، ومِن ثَم فإنها تهدف إلى وصف وتفهُّم الطبيعة. وأي صورةٍ للتفهُّم — علمية كانت أو غير علمية — إنما تعتمِد على لُغتنا، على تبادُل الأفكار. إن كل وصفٍ للظواهر، للتجارب ونتائجها، يرتكِز على اللُّغة كسبيلٍ أوحد للاتصال. وكلمات هذه اللغة تُمثِّل مفاهيم الحياة اليومية، وهي مفاهيم هُذِّبت في اللغة العلمية للفيزياء إلى صورة مفاهيم الفيزياء الكلاسيكية. هذه المفاهيم هي الأدوات الوحيدة لاتِّصالٍ لا يشوبُه غموض حول الوقائع، حول إقامة التجارب، وحول نتائجها. وعلى هذا فإذا ما سُئل الفيزيائي أن يُقدم وصفًا لما يحدُث واقعيًّا في تجاربه، فإن كلمات «وصفًا» و«يحدث» و«واقعيًّا» لا تُشير إلَّا إلى مفاهيم الحياة اليومية أو الفيزياء الكلاسيكية. فإذا ما تخلَّى الفيزيائي عن هذا الأساس، فقدَ وسيلة الاتصال غير الغامِض، فلا يستطيع المُضيَّ في عمله. وعلى هذا فإن أيَّ تقريرٍ عمَّا قد «حدث واقعيًّا» هو تقرير صِيغَ في لُغة المفاهيم الكلاسيكية، وهو بطبيعتِه ناقِصٌ بالنسبة لتفاصيل الوقائع الذرية — بسبب الثرموديناميكية والعلاقات اللامُحقَّقية. إن سؤالنا أن نصِف ما يحدُث (في عملية الكمِّ النظرية) بين مُلاحظتَين متعاقبتَين هو — بصفته — تناقُض، لأن كلمة الوصف إنما تعني استخدام المفاهيم الكلاسيكية، بينما لا يُمكن تطبيق هذه المفاهيم على الفضاء بين الملاحظات؛ هي لا تُطبَّق إلَّا عند مواقع الملاحظة.

يجب هنا أن نلاحظ أن تفسير كوبنهاجن لنظرية الكمِّ ليس على الإطلاق وضعيًّا. فبينما تُركز الوضعية على أن عناصر الواقع هي الإدراكات الحسِّية للمُراقِب، فإن تفسير كوبنهاجن يعتبر الأشياء والعمليات التي يمكن وصفُها بلغة المفاهيم الكلاسيكية — نعني الواقعية — أساسًا لأيِّ تفسيرٍ فيزيائي.

في نفس الوقت سنُلاحظ أننا لا نستطيع تجنُّب الطبيعة الإحصائية لقوانين الفيزياء الميكروسكوبية، لأن أية معرفة عن «الواقعي» هي بذات طبيعتها معرفة ناقِصة، بسبب قوانين الكم — النظرية.

ارتكزت أنطولوجيا المادية على الوهْم بأنه من المُمكن في الميدان الذرِّي استقراء نوع الوجود «الحقيقة الواقعة» للعالم من حولنا. غير أن هذا الاستقراء مُستحيل.

ولقد نُضيف بِضع ملاحظات تتعلق بالتركيب الصوري لكل الاقتراحات المُضادة التي أُثيرت حتى الآن ضد تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم. لقد وجدَت كل هذه الاقتراحات أنها مُضطرَّة إلى التضحية بالخصائص السيمترية الجوهرية لنظرية الكم (مثلًا: السيمترية بين الموجات والجُسيمات أو بين الموقع والسرعة). لنا إذن أن نفترِض أننا لا نستطيع أن نتفادى تفسير كوبنهاجن إذا كان لخصائص السيمترية هذه — مِثلها مِثل «لا تَغيُّر» لورنتس في نظرية النسبية — أن تُعتبَر ملمحًا حقيقيًّا للطبيعة. وكل التجارب التي أُجرِيَت حتى الآن تُعضِّد هذه الفكرة.

الفصل التاسع

نظرية الكم وبِنية المادة

خضع مفهوم المادة في تاريخ التفكير البشري لعددٍ كبير من التغيُّرات. ثمة تفسيراتٌ له مختلفة في النُّظم المختلفة. ولا تزال كل هذه المعاني المختلفة موجودة بدرجةٍ صغُرت أو كبُرت فيما نمنحه الآن من معنًى لكلمة «المادة».

في بحثِهم عن مبدأٍ موحَّد في التحوُّل الجامع للأشياء جميعًا، شكَّل الفلاسفة الإغريق القدامى — من طاليس وحتى الذرِّيِّين — شكَّلوا مفهوم المادة الكونية، جوهر كلِّي يَخْبر كلَّ هذه التحوُّلات، منه تنشأ كل الأشياء الُمفردة وإليه تحُول ثانية. ولقد توحَّدت هذه المادة — جزئيًّا — بموادَّ مُعيَّنة كالماء والهواء والنار، جزئيًّا فقط، فليس لها صفة جوهر أُخرى سوى أنْ تكونَ المادة التي تُصنَع منها كل الأشياء.

وفيما بعد، وفي فلسفة أرسطو، فُكِّر في المادة من ناحية العلاقة بين الصورة والمادة. فكلُّ ما نُحِسُّه في العالم من ظواهر حولَنا هو مادة قد اتخذت صورة، والمادة ذاتها ليست واقعًا، إنما هي إمكان بوتنشيا. إنها توجَد فقط عن طريق الصورة. «فالجوهر» في العملية الطبيعية — وهكذا أسماه أرسطو — يتحوَّل مِن مجرد إمكانٍ إلى صورة، فإلى واقع. والمادة عند أرسطو ليست بالتأكيد مادة بذاتها، كالماء أو الهواء، لا ولا هي مجرد فضاء فارغ، إنما هي نوعٌ من القوام المادي الغامض غير المُحدد، ينتظم إمكانية التحوُّل إلى واقِع عن طريق الصورة، والأمثلة النموذجية لهذه العلاقة بين المادة والصورة في فلسفة أرسطو، هي العمليات البيولوجية التي تتشكَّل فيها المادة لتُصبح كائناتٍ حية، ثم نشاط الإنسان في البناء والتشكيل … إن التمثال كامن في الرخام قُبيل أن ينحته المثَّال.

وبعد ذلك بكثير، وبدءًا بفلسفة ديكارت، أخذت المادة في مقابلة الذهن كان هناك الوجهان المُتتامَّان للعالم: «المادة» و«الذهن»، أو كما سماهما ديكارت «الشيء المُمتد» و«الشيء المُفكر». ولمَّا كانت القواعد المنهجية الجديدة للعلوم الطبيعية — لا سيما الميكانيكا — قد استبعدت ردَّ أيٍّ من الظواهر المادية إلى القوى الروحية، فمن الممكن اعتبار المادة ذاتها واقعًا مستقلًّا عن الذهن وعن أية قوى خارقة. كانت «المادة» في هذه المرحلة مادة «قد صُورت»، وفُسِّرت عملية التصوير كسلسلةٍ عِليَّة من التفاعُلات الميكانيكية، وفقَدَت كل علاقاتها بالرُّوح الخامِلة في الفلسفة الأرسطية، ومِن ثَم أصبحت الثنائية بين المادة والصورة، ولا علاقة لها بالموضوع، وما زال مفهوم المادة هذا هو الذي يُشكل الأساس في استخدامنا الحالي لكلمة «مادة».

وأخيرًا، لعبت ثنائية أُخرى دورًا ما في العلوم الطبيعية للقرن التاسع عشر، الثنائية بين المادة والقوة: المادة هي ما تعمل عليه القوى، أو المادة يُمكن أن تُنتِج القوى. فالمادة مثلًا تُنتج قوة الجاذبية، وهذه القوة تعمل على المادة، المادة والقوة وجهان للعالَم المادي مُتميِّزان عن بعضهما. أما بالنسبة لاحتمال أن تكون القوى قوى تصويرية، فإنَّ هذا التمييز يقترِب من التمييز الأرسطي بين المادة والصورة. من ناحية أخرى سنجد في آخر التطورات في الفيزياء الحديثة أن هذا التمييز قد انتهى، لأن كل مجال للقوى يحمل طاقة، وهو إلى هذا المدى يؤلِّف مادة، فلِكُلِّ مجالٍ من مجالات القوى نوعٌ مُعيَّن من الجُسيمات الأولية، لها أساسًا نفس خصائص كل الوحدات الذرية الأخرى للمادة.

عندما تقوم العلوم الطبيعية بدراسة مشكلة المادة، فإنها تقوم بذلك فقط مِن خلال دراسة صُوَر المادة. والتحوُّليَّة والتنوُّع اللانهائي لصُوَر المادة لا بدَّ أن يكونا الموضوع المباشر للاستقصاء، ولا بدَّ أن تُوجَّه الجهود نحو إيجاد بعض القوانين الطبيعية، بعض المبادئ الموحَّدة التي يمكن أن تخدمَ كدليلٍ خلال هذا المجال الفسيح. وعلى هذا فإن العلوم الطبيعية — والفيزيقا بالذات — قد ركَّزت اهتمامَها ولفترةٍ طويلة على تحليل بنيةِ المادة، وتحليل القوى المسئولة عن هذه البنية.

أصبحت التجربة هي المنهج الأساسي للعلوم الطبيعية منذ عهد جاليليو. يُمكِّننا هذا المنهج من العبور من الخبرة العامة إلى الخبرة النوعية، من أن نفرد الوقائع المُميزة في الطبيعة التي يمكن منها دراسة «قوانين» هذه الطبيعة بشكلٍ أكثر مباشرة من الخبرة العامة. فإذا أردْنا أن ندرس بِنية المادة فعلَينا أن نقوم بالتجارب على المادة. علينا أن نُعرِّض المادة لأقسى الظروف حتى يُمكن أن ندرس تحوُّلاتها، على أمَل أن نصِل إلى الملامح الجوهرية للمادة، الملامح التي تدوم تحت كلِّ التغيُّرات الظاهرة.

كان هذا هو موضوع الكيمياء في العهود المبكرة للعلوم الطبيعية الحديثة. ولقد أدَّى هذا المَسعى — مُبكرًا نِسبيًّا — إلى مفهوم العنصر الكيماوي. سُمِّي الجوهر الذي لا يُمكن أن يُفكك أو يتحطَّم إلى مدًى أبعدَ بأيِّ وسيلةٍ متاحة أمام الكيماوي — الغليان، الحرق، الإذابة، المزج بجواهر أخرى — سُمِّي عنصرًا. كان تقديم هذا المفهوم خطوةً أولى، بل وأهم خطوة، نحو تفهُّم بِنية المادة. لقد اختُزل التنوع الهائل من الجواهر — على الأقل — إلى عددٍ أقل نسبيًّا من جواهر أكثر أوَّلية، أو «عناصر»، وبذا أمكن إقامة نوعٍ من النظام بين الظواهر المُتبايِنة للكيمياء. واستخدمت كلمة «ذرة» بناء على ذلك لتعني أصغر وحدةٍ من المادة تنتمي إلى العنصر الكيماوي. أما أصغر جُسيم من المُركَّب الكيماوي يمكن اقتناصه، فمِن الممكن تصوُّره كمجموعةٍ من ذراتٍ مختلفة. فأصغر جُسيم لعنصر الحديد، مثلًا، هو ذرة الحديد، وأصغر جُسيم للماء هو جزيء الماء، الذي يتركَّب من ذرة أكسجين واحدة وذرتَين أيدروجين.

أما الخطوة الثانية، والتي تكاد توازي الأولى أهميةً، فكانت اكتشاف حفظ الكتلة في العمليات الكيماوية. فعلى سبيل المثال، عندما يُحرَق عنصر الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون فإن كتلة ثاني أكسيد الكربون تساوي حاصل جمع كتلتي الكربون والأكسجين قبل عملية الاحتراق. كان هذا هو الاكتشاف الذي أضفى المعنى الكمِّي على مفهوم المادة: مِن المُمكن أن تُقاس المادة عن طريق كُتلتها، بعيدًا عن خصائصها الكيماوية.

وفي خلال الفترة التالية — ومُعظمها بالقرن التاسع عشر — اكتُشِف عددٌ من العناصر الكيماوية الجديدة. ولقد وصل هذا العدد الآن إلى مائة عنصر. بيَّنَ هذا التطوُّر بجلاءٍ أن مفهوم العنصر الكيماوي لم يصِل بعدُ إلى النقطة التي عندَها يُمكننا تفهُّم وحدة المادة. لم يكن يُرضينا أن نعتقِد بوجود عددٍ كبير جدًّا من أنواع المادة، تختلف وصفيًّا دونما علاقةٍ بينها.

ظهرت في بداية القرن التاسع عشر بعض الشواهد على وجود علاقة تربط ما بين العناصر المختلفة، وذلك في حقيقة أن الأوزان الذرية للعناصر المُختلفة كثيرًا ما تبدو مضاعفاتٍ كاملة لوحدةٍ صُغرى تقترب من الوزن الذري للأيدروجين، وكان ثمة إشارة أخرى في تشابُه السلوك الكيماوي لبعض العناصر، تقود إلى نفس الاتجاه. لكن الأمر يتطلَّب اكتشاف قوًى أكبر بكثيرٍ من تلك الخاصة بالعمليات الكيماوية قبل أن يُمكننا حقًّا أن نوطد علاقة بين العناصر المختلفة؛ ومن ثَم إلى توحيد للمادة أكثر قربًا.

ولقد عُثر على هذه القوى بالفعل في العملية الإشعاعية التي اكتشفها بيكريل سنة ١٨٩٦م. قام رذرفورد وكوري وآخرون باستقصاءات مُتعاقبة أوضحت تحوُّل العناصر في العملية الإشعاعية، تُبعَث جُسيمات ألفا في هذه العمليات كشظايا مِن الذرَّات لها طاقة تبلُغ نحو مليون ضِعف طاقة جُسيم ذرِّي مُفرد في عملية كيماوية. وعلى هذا فمِن المُمكن أن تُستخدَم هذه الجُسيمات كأدواتٍ جديدة لتفحُّص البنية الداخلية للذرة. وكانت النتيجة هي النمَط النووي للذرة الذي قدَّمه رذرفورد عام ١٩١١م، بناء على تجاربه على استطارة أشعَّة ألفا. كان أهم ملامح هذا النمط الشهير هو فصل الذرة إلى جزأين مُتميِّزَين تمامًا: نواة الذرة، والقشرة المُحيطة من الإلكترونات. لا تحتل النواة بوسط الذرة إلَّا جزءًا غايةً في الصِّغَر مِن الحيِّز الذي تَشغله الذرة (فقُطرها يبلغ نحو واحدٍ من مائة ألف مِن قُطر الذرة)، لكنها تحمِل كلَّ كتلة الذرة تقريبًا، وتُحدِّد شحنتها الموجبة — وهي مُضاعف كامل لِما يُسمَّى الشحنة الأولى — عدد الإلكترونات المُحيط (فالذرة ككلٍّ لا بدَّ أن تكون متعادلة كهربيا)، كما تُحدِّد شكل مداراتِها.

أما التمييز بين نواة الذرة وقِشرتها الإلكترونية فقد أعطى على الفور تفسيرًا صحيحًا لحقيقةِ أنَّ العناصر الكيماوية في الكيمياء هي الوحدات الأخيرة للمادة، وأن تحوُّل مادةٍ إلى أخرى يتطلَّب قوًى أكبر بكثير جدًّا. ترجع الروابط الكيماوية بين الذرات المتجاورة إلى تفاعُل القشرات الإلكترونية، وطاقة هذه التفاعُلات صغيرة نسبيًّا. فالإلكترون الذي يُعَجَّل في أنبوبة تفريغٍ بجهدٍ لا يزيد عن بضع فولتات، له مِن الطاقة ما يكفي لإثارة القشرة الإلكترونية لتبثَّ الإشعاع، أو لتحطيم الرابطة الكيماوية في جزيء. لكنَّ السلوك الكيماوي للذرة، وإن تألَّف من سلوك القشرات الإلكترونية، فإنما تُحدده شحنة النواة. إن علينا أن نُغير النواة إذا أردْنا أن نُغير الخصائص الكيماوية، وهذا يتطلَّب طاقاتٍ أكبر بنحو مليون ضعف.

على أن النموذج النووي لا يُمكن أن يفسر ثبات الذرة — إذا ما أُخذ على أنه نظام يخضع لميكانيكا نيوتن. وكما ذكَرْنا في فصلٍ سابق، فإن تطبيق نظرية الكمِّ على هذا النموذج من خلال عمل بوهر، هو وحده ما يُمكن أن يُفسِّر حقيقة أن ذرة الكربون مثلًا، بعد أن تتفاعل مع ذراتٍ أخرى، أو بعد أن تُطلِق الإشعاع، فإنها في النهاية تظلُّ دائمًا ذرة كربونٍ لها نفس الأغلفة الإلكترونية التي كانت لها. يُمكن أن نُفسر هذا الثبات ببساطةٍ عن طريق تلك الملامح من نظرية الكمِّ التي تحُول دون أن نصِف بِنية الذرة وصفًا بسيطًا موضوعيًّا في المكان والزمان.

بذا أصبح لدَينا في النهاية أساسٌ أوليٌّ لتفهُّم المادة. فمِن المُمكن أن نُفسر الخصائص الكيماوية للذرة، وغيرها من الخصائص بتطبيق البرنامج الرياضي لنظرية الكمِّ على القشرة الإلكترونية. ومن هذا الأساس قد نُحاول أن نمدَّ تحليل بنية المادة في اتجاهَين متضادَّين؛ فقد ندرس تفاعل الذرات وعلاقتها بالوحدات الأكبر كالجزيئات والبلورات والأشياء الحيوية. وقد نُحاول، عن طريق البحوث في نواة الذرة ومكوناتها، أن ننفُذ إلى الوحدة النهائية للمادة. ولقد مضت البحوث في كِلا الاتجاهين في العقود الأخيرة، وسنحاول في الصفحات التالية أن نُلقي الضوء على دور نظرية الكمِّ في هذَين المجالَين.

والقوى بين الذرات هي أساسًا قوًى كهربية، انجذاب الشحنات المُتضادة وتنافُر الشحنات المُتماثلة. تجذب النوايا الإلكترونات، وتتنافَر عن بعضها. لكنَّ هذه القوى لا تعمَل وفقًا لقوانين ميكانيكا نيوتن، وإنما وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم.

وهذا يقود إلى نمطَين مختلفَين لربط الذرات. في النمط الأول يمرُّ إلكترون مِن ذرةٍ إلى الذرة الأخرى، مثلًا، ليسدَّ النقص في غلافٍ إلكتروني مُقفل تقريبًا. في هذه الحالة تُصبح الذرتان في النهاية مشحونتَين وتُشكِّلان ما يُسميه الفيزيائي الأيونات. ولمَّا كانت شحنتاهما مُتضادَّتَين فإنهما تجذبان بعضهما بعضًا.

أما في النمط الثاني، فهناك إلكترون ينتمي لكِلتا الذرتَين بطريقةٍ تُميز نظرية الكم. فإذا استخدمنا صورة مدار الإلكترون، فقد نقول إن الإلكترون يدور حول النواتَين ليقضيَ وقتًا متساويًا في كلٍّ من الذرتَين. وهذا النمط الثاني من الارتباط ينسجِم مع ما يُسميه الكيماويون رابطة التكافؤ.

وهذان النمطان من القوى، وقد يحدثان بأيِّ مزيج، يتسبَّبان في تشكيل تجمُّعات مختلفة من الذرات، ويبدو أنهما مسئولان في نهاية المطاف عن كل البِنى المُعقدة من المادة، التي هي مجال دراسات الفيزياء والكيمياء. يحدُث تشكيل المركبات الكيماوية من خلال تشكيل مجاميع مُقفلة صغيرة من الذرات المختلفة، كل مجموعة تُمثل جُزيئًا مِن جُزيئات المركَّب. أما تكوين البلورات فيرجع إلى ترتيب الذرات في شبيكات منتظمة. وتتشكل المعادن عندما تُعبَّأ الذرات في إحكام بحيث يُمكن لإلكتروناتها الخارجية أن تترك قِشرتها وأن تجُول خلال البلورة بأكملها. وترجع المغناطيسية إلى حركة لفِّ الإلكترونات، وهلمَّ جرًّا.

يُمكننا في هذه الحالات أن نستبقي الثنائية بين المادة والقوة، إذ نستطيع أن نعتبر النوايا والإلكترونات شظايا من المادة حفِظَتها القوى الكهرومغناطيسية سويًّا.

بهذه الطريقة وصلت الفيزياء والكيمياء إلى وحدة تكاد تكون كاملة بالنسبة لعلاقتهما ببِنية المادة. لكن البيولوجيا تتعامل مع بِنًى من نوع أكثر تعقيدًا، ونمَط يختلف بعض الشيء. فبالرغم من كمال الكائن الحي، فمِن المؤكد أنَّنا لا نستطيع أن نضع خطًّا فاصلًا واضحًا يفصل المادة الحيَّة عن غير الحية. ولقد وفَّر لنا التقدُّم في البيولوجيا عددًا كبيرًا من الأمثلة التي يمكن منها أن نرى وظائف بيولوجية مُعينة تتمُّ عن طريق جُزيئات خاصة كبيرة جدًّا، أو مجاميع أو سلاسل من هذه الجزيئات، وأن ثمَّة اتجاهًا متزايدًا في البيولوجيا الحديثة لتفسير العمليات البيولوجية كنتائج لقوانين الفيزياء والكيمياء. لكنَّ طبيعة الثبات الذي تُظهره الكائنات الحية تختلف بعض الشيء عن طريق ثبات الذرَّات أو البلورات. إنه ثبات العملية أو الوظيفة لإثبات الصورة، وليس ثمَّة من شك في أن قوانين نظرية الكم تلعب دورًا هامًّا للغاية في الظواهر البيولوجية. وعلى سبيل المثال، فإن تلك القوى الخاصة الكمَّاتية-النظرية التي لا يُمكن أن توصَف إلا بصورةٍ غير دقيقة، عن طريق مفهوم التكافؤ الكيماوي، هذه القوى جوهرية تمامًا لتفهُّم الجُزيئات العضوية الضخمة وأنماطها الهندسية المُختلفة. والتجارِب التي أُجريت على الطفرات البيولوجية الناتجة عن الإشعاع تُبين ملاءمة القوانين الإحصائية الكمَّاتية-النظرية، كما تُبيِّن وجود آلياتٍ مُضَخَّمة. والتشابُه القريب بين عمَل جهازنا العصبي وأداء الحاسبات الإلكترونية الحديثة يؤكِّد مرةً أخرى أهمية العمليات الأولية المُفردة في الكائنات الحية. لكنَّ هذا كلَّه لا يُثبت أن الفيزياء والكيمياء، ومعهما مفهوم التطوُّر، ستُقدِّم يومًا ما وصفًا كاملًا للكائنات الحية. لا بدَّ أن تُجرى بحوث العمليات البيولوجية بحذَرٍ شديد، مقارنةً بمَثيلاتها في الفيزياء والكيمياء. ولقد يكونُ من الصحيح — كما يقول بوهر — أنَّنا لا نستطيع أن نُقدِّم وصفًا للكائنات الحيَّة يَعتبره الفيزيائي تامًّا، لأن ذلك يتطلَّب تجارب تدخُل بشدة في الوظائف البيولوجية. وصفَ بوهر هذا الوضع بقوله: إنَّنا في البيولوجيا إنما نهتمُّ بتجليَّات الإمكانات في تلك الطبيعة التي تنتمي إليها، لا بنتائج التجارِب التي يُمكن أن نُجرِيَها نحن. ووضع التتامِّ هذا الذي تُلمِع إليه هذه الصياغة يتجلَّى في اتجاهٍ بمناهج البحث البيولوجي الجديد يستغلُّ كلَّ مناهج ونتائج الفيزياء والكيمياء، كما يرتكِز، مِن ناحيةٍ أخرى، على مفاهيم تُشير إلى ملامح الطبيعة العضوية التي لا تتضمَّنها الفيزياء والكيمياء — كمفهوم الحياة نفسها.

تَعقَّبنا حتى الآن تحليل بنية المادة في اتجاهٍ واحد، من الذرة إلى التراكيب الأعقد المُؤلَّفة من عديدٍ من الذرات، من الفيزياء الذرية إلى فيزياء الأجسام الجامِدة. علينا الآن أن نلتفِت إلى الاتجاه المُضاد فنتبع خطَّ البحث من الأجزاء الخارجية للذرة إلى أجزائها الداخلية، مِن النواة إلى الجُسيمات الأولية. وهذا هو الخط الذي يُحتمَل أن يقود إلى وحدة المادة. هنا لن نخشى أن تُحطِّم التجارب خصائصَ البِنى. وعندما نُحدد المهمة في اختبار الوحدة النهائية للمادة، فقد تُعرَض المادة إلى أقوى القُوى المُمكنة، إلى أقسى الظروف تطرفًا، حتى نرى إن كان من المُمكن أن تتحوَّل أي مادةٍ إلى مادةٍ أخرى في نهاية المطاف.

وأولى الخطوات في هذا الاتجاه هو التحليل التجريبي لنواة الذرة. في المرحلة الأولى لهذه الدراسات — والتي شغلت تقريبًا العقود الثلاثة الأولى من هذا القرن — كانت الأدوات الوحيدة المتاحة للتجارب على النواة هي جُسيمات ألفا التي تبثُّها الأجسام المُشعَّة. ولقد نجح رذرفورد عام ۱۹۱۹م، بمساعدة هذه الجُسيمات، في تحويل نوايا العناصر الخفيفة، فتمكَّن مثلًا من تحويل نواة نتروجين إلى نواة أكسجين، بإضافة جُسَيم ألفا إلى نواة النتروجين وطرد بروتونٍ واحدٍ في نفس الوقت. كان هذا أول مثالٍ لعملياتٍ على مستوى النواة تُذكِّرنا بالعمليات الكيماوية، إنما أدَّت إلى التحوُّل الاصطناعي للعناصر. وكان التقدُّم المُهم التالي، كما نعرف، هو التعجيل الاصطناعي للبروتونات بجهازٍ عالي الجُهد إلى طاقاتٍ تكفي لإتمام التحول النووي. وهذا يتطلَّب فُلْطية تبلُغ نحو مليون فولت. ولقد نجح كوكروفت ووالطون في أولى تجاربهما الحاسِمة في تحويل نوايا عنصر الليثيوم إلى نوايا هليوم. فتح هذا الكشف خطًّا جديدًا تمامًا من البحوث، يمكن أن نُسمِّيَه الفيزياء النووية بالمعنى الصحيح، ولقد قاد بسرعة إلى تفهُّمٍ كيفيٍّ لبِنية النواة الذرية.

كان تركيب النواة في الحقِّ بسيطًا للغاية. تتركَّب نواة الذرة من نوعَين فقط مِن الجُسيمات الأوَّلية، أحدهما هو البروتون الذي هو في نفس الوقت نواة الأيدروجين، أم الآخر فيُسمَّى النيوترون، وهذا جُسيم مُتعادل كهربيًّا وله تقريبًا نفس كتلة البروتون. يمكن تمييز كل نواةٍ بعدد البروتونات والنيوترونات التي تكوِّنها. فنواة الكربون العادية على سبيل المِثال تتألَّف من ستة بروتونات وستة نيوترونات، وهناك نوايا كربون أخرى توجَد بتكرارٍ أقلَّ (هي نظائر الأولى) تتألَّف من ستة بروتونات وسبعة نيوترونات … إلخ. وعلى هذا فلقد وصلْنا إلى وصفٍ للمادة ليس به سوى ثلاثِ وحداتٍ جوهرية (بدلًا من العديد من العناصر الكيماوية المُختلفة) هي: البروتون والنيوترون والإلكترون. والمادة جميعًا تتألَّف من ذرات، ومِن ثَم فهي تتكوَّن مِن لَبِنات البناء الجوهرية هذه. لم يكن هذا بعدُ هو وحدة المادة، لكنه بالتأكيد كان خطوةً هامة نحو التوحيد والتبسيط — ولعلَّ هذه الميزة الأخيرة هي الأكثر أهمية. كان الطريق لا يزال بالطبع طويلًا مِن معرفة حجَرَي البناء للنواة إلى التفهُّم الكامل لبِنيتها. لكنَّ المشكلة هنا كانت مختلفة بعض الشيء عن المُشكلة المناظرة في القشرة الخارجية للذرَّة التي حلَّت في أواسط العشرينيات، ففي القشرة الإلكترونية كنَّا نعرف القوى بين الجُسيمات بدرجةٍ عالية مِن الدقة، وكان علينا أن نجد قوانين الديناميكا، وقد وجدناها في ميكانيكا الكم. أمَّا في النواة، فقد كنَّا نستطيع أن نفترِض أن القوانين الديناميكية هي قوانين ميكانيكا الكم، لكن القوى بين الجُسيمات لم تكن معروفةً مُقدَّمًا، وكان من الضروري أن تُستنبَط من الخصائص التجريبية للنوايا. لم تُحَل هذه المشكلة حتى الآن. يبدو أنْ ليس للقوى تلك الصورة البسيطة للقوى الكهروستاتيكية بالقشرة الإلكترونية، ومِن ثَم فإنَّ الصعوبة الرياضية لحساب الخصائص مِن القوى المُعقَّدة، بجانب عدَم دقَّة التجارب، قد جعلَا من التقدُّم أمرًا عسيرًا. لكنَّ المؤكد أنَّنا قد توصَّلنا إلى تفهُّمٍ كيفي لبِنية النواة.

ثم بقِيَت المشكلة الأخيرة: وحدة المادة. فهل لَبِنات البناء الجوهرية هذه — البروتون، النيوترون، الإلكترون — وحداتٌ نهائية للمادة لا تُحطَّم، أي ذرَّات بالمَعنى عند ديموقريطس، لا علاقةَ بينها سوى علاقة القوى التي تعمَل بينها؟ أم هي مجرد صورٍ مختلفة لنفس النوع من المادة؟ هل يُمكن لها أيضًا أن تتحوَّل بعضها إلى بعضٍ، أو ربما أيضًا إلى صُورٍ أخرى مِن المادة؟ إنَّ المعالجة التجريبية لهذه المشكلة تتطلَّب قوًى وطاقاتٍ تُرَكِّز على الجُسيمات الذرية، تزيد كثيرًا عن تلك التي تلزَم لتفحُّص النواة الذرية. ولمَّا كانت الطاقات المُخزَّنة في النوايا الذرية ليست بالضخامة الكافية لتُوفِّر لنا أداةً لِمِثل هذه التجارب، فقد كان على الفيزيائي إمَّا أن يعتمد على قوًى ذات أبعادٍ كونية أو على عبقرية المُهندسين وحِنكتهم.

والواقع أن ثمَّة تقدُّمًا قد حدَث في كِلا الخطَّين. ففي الحالة الأولى، استخدم الفيزيائيُّون ما يُسمى الأشعة الكونية. فالمجالات الكهرومغناطيسية على أسطح النجوم المُمتدة فوق مساحاتٍ هائلة، تستطيع تحت ظروفٍ مُعينة أن تُعجِّل إلكترونات ونوايا ذرية مشحونة. ويبدو أن للنوايا — بِسبب قصورها الذاتي الأعلى — فرصةً أكبر للبقاء بالمجال المُعجَّل لمسافة أطول. فإذا ما تركت في النهاية سطح النجم إلى الفضاء الفارغ فستكون قد تحرَّكت بالفعل خلال جهدٍ يبلغ بضعة آلاف الملايين من الفولتات. ولقد يحدث ثمَّة تعجيل إضافي في المجالات المغناطيسية بين الأنجم. على أية حالٍ يبدو أنَّ النوايا تبقى داخل فضاء المجرَّة لفترةٍ طويلة بسبب مجالاتٍ مغناطيسية مُتباينة، لتملأ في نهاية الأمر هذا الفراغ بما نُسمِّيه الأشعة الكونية. يصِل هذا الإشعاع إلى الأرض من خارجها، وهو يتألَّف عمليًّا من نوايا مِن كل الأنواع — الأيدروجين والهليوم والكثير مِن العناصر الأثقل — نوايا لها طاقات تبلُغ تقريبًا من مائة أو ألف مليون إلكترون فولت، وحتى مليون ضعف هذه القيمة في بعض الحالات النادرة. وعندما تنفُذ جُسيمات هذه الأشعة إلى الغلاف الجوي للكُرة الأرضية، فإنها تصطدم بذرات النتروجين أو الأكسجين بهذا الغلاف أو قد ترتطم بالذرَّات في أي جهازٍ تجريبي مُعرَّض للإشعاع.

أما الخط الثاني من البحوث فهو إنشاء ماكينات التعجيل الضخمة، وكان نموذجها الأوَّلي هو السيكلوترون الذي أقامه لورانس في كاليفورنيا في أوائل الثلاثينيات. والفكرة الأساسية في هذه الماكينات هي أن تُبقى الجُسيمات المشحونة — وعن طريق مجالٍ مغناطيسي ضخم — تدور عددًا كبيرًا جدًّا مِن المرَّات لكي تدفعها مجالات كهربية، في طريقها، المرةَ بعد المرة. وتُستخدَم في بريطانيا العظمى الآن ماكينات تصِل الطاقة فيها إلى بضع مئات الملايين من الإلكترون فولت، كما تُقام الآن في جنيف ماكينة ضخمة جدًّا مِن هذا الطراز من خلال تعاون اثنتي عشرة دولة أوروبية، ونأمُل أن تصِل الطاقة فيها إلى ۲٥۰۰۰ مليون إلكترون فولت. ولقد بيَّنَت التجارب، التي استَخدَمت الأشعة الكونية أو المُعجِّلات الضخمة، ملامح جديدة مُثيرة للمادة — الإلكترون، البروتون، النيترون — إذ اكتُشِفت جُسيمات أولية جديدة يُمكن تخليقها في هذه العمليات ذات الطاقاتِ الأعلى، لتختفيَ ثانيةً بعد فترةٍ قصيرة. لهذه الجُسيمات الجديدة خصائص تُشبه خصائص الجُسيمات القديمة، سِوى أنها غير ثابتة؛ إذ يبلُغ عمر أكثرِها ثباتًا نحو جزءٍ مِن مليون جزءٍ مِن الثانية، بل ويبلُغ عمر البعض منها واحدًا على ألف من هذا. ولقد عُرِف حتى الآن نحو ٢٥ جُسيمًا مُختلفًا، وكان آخِرُها هو البروتون السالب.

تبدو هذه النتائج للوهلة الأولى وكأنها تقود بعيدًا عن فكرة وحدة المادة؛ إذ يبدو عدد الوحدات الأساسية وقد ازداد ثانيةً إلى رقمٍ يُقارب عدد العناصر الكيماوية المختلفة. لكنَّ هذا التفسير ليس صحيحًا، فلقد بيَّنتِ التجارب في نفس الوقت أن الجُسيمات يمكن أن تُخلَق من جُسيمات أخرى، أو ببساطة، مِن الطاقة الحركية لمِثل هذه الجُسيمات، كما أنها يُمكن أن تضمحلَّ ثانية إلى جُسيمات أخرى. والواقع أن التجارب قد أوضحت التحوُّليَّة الكاملة للمادة. فكل الجُسيمات الأولية يمكن، تحت ما يكفي من طاقةٍ عالية، أن تتحوَّل إلى جُسيمات أخرى، كما يمكن تخليقها بسهولةٍ مِن الطاقة الحركية، ويُمكن أيضًا أن تندثِر إلى طاقة، إلى إشعاعٍ مثلًا. وعلى هذا فقد وجَدْنا هذا الدليل النهائي على وحدة المادة. كلُّ الجُسيمات الأولية مصنوعة من نفس الجوهر، الذي قد نُسمِّيه الطاقة أو المادة الكونية. إنها مجرد صور مختلفة يُمكن للمادة أن تظهَر بها.

فإذا قارنَّا هذا الموضوع بالمفاهيم الأرسطية للمادة والصورة، ففي مقدورنا أن نقول إن مادة أرسطو، وهي مجرد بوتنشيا، هي الموازي لمفهوم الطاقة عندنا، تلك التي تُصبح حقيقة واقعة عن طريق الصورة، عندما يُخلَق الجسيم الأوَّلي.

طبيعي أن الفيزياء الحديثة لا تقنع بمجرد الوصف الكيفي للبنية الأساسية للمادة، إن عليها أن تحاول، بالتفحص التجريبي، أن تصل إلى صياغة رياضية للقوانين الطبيعية التي تُحدد «صور» المادة، والجُسيمات الأولية وقواها. لم يعد في مقدورنا أن نضع خطًّا فاصلًا بين المادة والقوة في هذا الفرع من الفيزيقا، لأن كل جُسيم أولي لا يُنتج فقط بعض القوى، ولا تؤثر فيه فقط بعض القوى، إنما هو يُمثل في نفس الوقت مجالًا معينًا مِن القوى والثنائية الكمَّاتية-النظرية للموجات والجُسيمات تجعل الكيان نفسه يبدو مادة ويبدو قوة.

وكل المحاولات التي تمَّت حتى الآن للعثور على وصفٍ رياضي للقوانين الخاصة بالجُسيمات الأولية، كلها قد بدأت من نظرية الكم لمجالات الموجة. ولقد بدأت في أوائل الثلاثينيَّات البحوث النظرية في مثل هذه النظريات. لكن أول الاستقصاءات على هذا الخط قد كشفت عن صعوبات قُصوى، ترجع إلى مزيجٍ مِن نظرية الكم ونظرية النسبية الخاصة. قد يبدو من الوهلة الأولى أن النظريتين — الكم والنسبية الخاصة — تشيران إلى نواحٍ مختلفة للطبيعة بحيث لا تُوجَد ثمة علاقة بينهما، أنه من السهل أن نفي باحتياجات النظريتين في نفس الصورية. على أن التفحُّص الدقيق سيُبيِّن أن النظريتين تتداخلان فعلًا عند نقطة مُعينة، وأن المشاكل كلها تنبع من هذه النقطة.

كشفت نظرية النسبية الخاصة عن بِنية للمكان والزمان تختلف بعض الشيء عن البِنية التي كانت تُفترَض عادة منذ ميكانيكا نيوتن. وكان أهم ملامح هذه البنية المُكتشَفة حديثًا هو وجود سرعة قصوى لا يمكن لأي جسمٍ مُتحرك أو أية إشارة مُتحركة أن تتجاوزها — سرعة الضوء. ونتيجة لهذا فإن واقعتَين تحدُثان في نقطتَين متباعدتَين لا يمكن أن يكون بينهما ارتباطٌ علِّيٌّ مباشر إذا كان زمنا وقوعِهما بحيث إن إشارة ضوئية تُطلَق فور وقوع إحداهما عند نقطة، لا تصل إلى النقطة الأخرى إلا بعد أن تكون الواقعة الأخرى قد حدثت هناك، والعكس بالعكس. في هذه الحالة يمكن أن نقول إن الواقعتين متزامنتان. ولمَّا كان من غير المُمكن أن يصِل أي فعل بأي شكلٍ من واقعة عند إحدى نقطتَي الزمن إلى الواقعة الأخرى عند النقطة الأخرى، فإن الواقعتين لا ترتبطان بأي فعلٍ علِّي.

لهذا السبب، فإن أي فعلٍ عن بعد، كمثل قوى الجاذبية بميكانيكا نيوتن، لن يكون متوافقًا مع نظرية النسبية الخاصة. كان على النظرية أن تستبدل بمثل هذا الفعل أفعالًا من نقطة إلى نقطة — من نقطة مُعينة، فقط إلى نقاط في الجوار المتناهي الصغير. والتعبيرات الرياضية الطبيعية جدًّا لِمثل هذا الفعل هي المعادلات التفاضلية للموجات أو المجالات اللامُتغيرة بالنسبة لتحويل لورنتس. فمثل هذه المعادلات التفاضُلية تستبعد أي فعل مباشر بين الوقائع «المتزامنة».

وعلى هذا فإن بنية المكان والزمان بنظرية النسبية الخاصة تقتضي، ضمنًا، حدًّا صارمًا للغاية بين منطقة التزامن، حيث لا ينتقل أي فعل، وبين غيرها مِن المناطق حيث يمكن أن ينتقل فعل مباشر من واقعةٍ إلى أخرى.

من ناحية أخرى، سنجد أن العلاقات اللامُحققية بنظرية الكم تضع حدًّا واضحًا على الدقة التي يمكن أن نقيس بها قياساتٍ مُتزامنة للمواقع وكميَّات الحركة، أو الزمن والطاقة. ولمَّا كان الحد الصارم حقًّا إنما يعني دقة لانهائية بالنسبة للموقع في المكان والزمان، فلا بد أن تبقى كميَّات الحركة والطاقات غير مُحددة على الإطلاق أو لا بدَّ في الواقع لكميات الحركة والطاقات العالية التحكُّمية أن تحدث باحتمالاتٍ واسعة. وعلى هذا فإن أية نظرية تُحاول أن تفي بمتطلَّبات كلٍّ من نظرية النسبية الخاصة ونظرية الكم، لا بد أن تقود إلى متناقضات رياضية ذاتية، إلى انحرافات في منطقة الطاقات وكميَّات الحركة العالية جدًّا. قد لا يبدو تسلسُل هذه الاستنباطات ملزمًا تمامًا، لأن أية صورية من النمط الذي يُهمنا الآن هي صورية غاية في التعقيد، وربما قُدِّمت بعض الإمكانات الرياضية لتجنُّب التعارُض بين نظرية الكم والنسبية، لكن البرامج الرياضية التي جُرِّبت حتى الآن قد قادت بالفعل إلى انحرافات، نعني إلى تناقُضات رياضية، أو لم تُوفِ بكل مُتطلبات النظريتَين. ولقد كان من السهل أن نرى أن الصعوبات تأتي بالفعل عن تلك النقطة التي ناقشناها.

كانت مُثيرة حقًّا تلك الطريقة التي قصُرت بها البرامج التقاربية عن الوفاء بمتطلَّبات النسبية أو نظرية الكم. وعلى سبيل المثال، ثمة برنامج قاد — عندما فُسِّر بلُغة الوقائع الفعلية في المكان والزمان — إلى نوع من انقلاب الزمن. إنه يتنبَّأ بعمليات فيها تُخلَق، فجأةً، جُسيمات في موقعٍ مُعيَّن من المكان، تُوفَّر لها الطاقة، فيما بعد، عن طريق عملية اصطدام أُخرى بين جُسيمات أولية في موقعٍ آخر. يعرِف الفيزيائيون مِن تجاربهم بأن العمليات من هذا القبيل لا تحدُث في الطبيعة، أو على الأقل لا تحدُث إذا ما فصلَت بين العمليتين مسافاتٌ طويلة في الفضاء والزمن. ثمَّة برنامج رياضي آخر حاول تجنُّب الاختلاف من خلال عملية رياضية يُقال لها «إعادة التطبيع»، إذ يبدو من المُمكن أن ندفع باللانهائيات إلى مكانٍ في الصورية لا تتمكن فيه من التدخُّل في توطيد العلاقات المُحدَّدة تمامًا بين الكميات التي يمكن أن تُلاحَظ مباشرة. والواقع أن هذا البرنامج قد قاد إلى تقدُّم محسوس في الديناميكا الكهربية الكمَّاتية، لأنه يُبرر بعض تفاصيل مُثيرة في طيف الهيدروجين لم تكن مفهومة قبلًا. على أن التحليل المُتفحص لهذا البرنامج الرياضي قد جعل مِن المُرجح أن تصبح تلك الكميات، التي لا بد أن تفسر في نظرية الكم العادية على أنها احتمالات، أن تُصبح تحت ظروفٍ مُعينة سلبية في صورية إعادة التطبيع … وهذا سيحول دون الاستخدام المُستقيم للصورية في وصف المادة.

لم نتمكن بعدُ من الحل النهائي لهذه الصعوبات، سيبزغ الحل يومًا ما بعد تجميع مادة تجريبية أدق وأدق عن الجُسيمات الأولية المختلفة عن خلقها ودثورها، عن القوى العاملة بينها. في بحثنا عن الحلول الممكنة للصعوبات، ربما كان علينا أن نتذكَّر أننا لا نستطيع تجريبيًّا أن نستبعد عمليات انقلاب الزمن التي أشرْنا إليها قبلًا، إذا ما كانت تتمُّ فقط داخل مناطق صغيرة جدًّا من الفضاء والزمان خارج مجال أدواتنا التجريبية الحالية. طبيعي أننا سنرغب عن قبول عمليات انقلاب الزمن إذا ما كان ثمة إمكانية فيما بعد أن نتعقَّبها تجريبيًّا بنفس المعنى الذي نتعقَّب به الوقائع الذرية العادية. لكن ربما ساعدَنا هنا تحليل نظرية الكم وتحليل النسبية في أن نرى المشكلة تحت ضوءٍ جديد.

ترتبط نظرية النسبية بثابتٍ كوني في الطبيعة؛ سرعة الضوء. يُحدِّد هذا الثابت العلاقة بين الفضاء والزمان، ومِن ثم فهو مُضَمَّن في أي قانون طبيعي يُحقق متطلبات لاتغيُّر لورنس. ولُغتنا العادية ومفاهيم الفيزياء الكلاسيكية لا تنطبق إلَّا على الظواهر التي تُعتبر سرعة الضوء بالنسبة لها لانهائية، من الناحية العملية.

وعندما نقترِب في تجاربنا من سرعة الضوء، فإن علينا أن نستعدَّ لنتائج لا يمكن تفسيرها بهذه المفاهيم.

ترتبط نظرية الكم بثابتٍ كوني آخر في الطبيعة: كم فعل بلانك. إن الوصف الموضوعي للوقائع في الفضاء والزمان غير مُمكن إلا إذا كنَّا نتعامل مع مواضيع أو عمليات في مجالٍ واسع نسبيًّا يُعتبر ثابت بلانك فيه صغيرًا إلى أبعد الحدود. فإذا ما اقتربت تجاربنا من المنطقة التي يُصبح فيها كم الفعل جوهريا، ولَجْنا إلى تلك الصعوبات مع المفاهيم المعتادة، والتي سبق أن ناقشناها في الفصول الأولى من هذا الكتاب.

لا بدَّ من وجود ثابتٍ كوني آخر في الطبيعة، هذا أمر واضح لأسبابٍ أبعادية بحتة. تُحدد الثوابت الكونية مقياس الطبيعة، الكميات المُميَّزة التي لا يمكن اختزالها إلى كمياتٍ أخرى. يَلزمنا ثلاث وحداتٍ جوهرية على الأقل لنُشكل فئةً كاملة من الوحدات. من السهل تَفهُّم هذا من مُواضعات كمِثل استخدام الفيزيائيين لنظام س – ج – ث (سنتيمتر – جرام – ثانية). فوحدة للطول ووحدة للزمن ووحدة للكتلة تكفي لتشكيل فئة كاملة، لكن لا بد أن تكون لدَينا ثلاث وحدات على الأقل. قد نستبدل بها أيضًا وحدات للطول والسرعة والكتلة، أو وحدات للطول والسرعة والطاقة … إلخ. لكن يلزم وجود ثلاث وحدات أساسية على الأقل. والآن، فإن سرعة الضوء وثابت بلانك للفعل لا يُوفِّران إلَّا وحدتَين من هذه. لا بد من وجود وحدة ثالثة. وبدون نظرية تتضمَّن هذه الوحدة الثالثة لا يمكن بأية حالٍ أن نُحدد الكُتَل وغيرها من خصائص الجُسيمات الأولية. فإذا حكمنا من معرفتنا الحالية عن هذه الجُسيمات، فإن أفضل وسيلة لتقديم هذا الثابت الكوني الثالث ستكون هي افتراض طول كوني قيمتُه نحو ١٠−١٣سم أي أقل قليلًا من أنصاف أقطار النوايا الذرية للضوء. فإذا ما شكَّلنا من مثل هذه الوحدات الثلاث تعبيرًا يوازي الكتلة في أبعاده، فستكون لقيمته نفس مرتبة كُتَل الجسيمات الأولية.

فإذا افترضنا أن قوانين الطبيعة تشمل فعلًا ثابتًا كونيًّا ثالثًا له بُعد الطول ورُتبته ١٠−١٣ فلَنا أن نتوقَّع أن تطبق مفاهيمنا المعتادة فقط على المناطق من الفضاء والزمان الكبيرة بالنسبة لهذا الثابت الكوني. وعلينا أن ننتظر ظواهر لها صفات كيفية جديدة عندما نقترب في تجاربنا من مناطق في الفضاء والزمان أصغر من أنصاف الأقطار النووية. أما ظاهرة انقلاب الزمن التي أشرْنا إليها والتي نتجت فقط عن اعتبارات نظرية، كإمكانٍ رياضي فقد تنتمي إلى هذه المناطق البالغة الصغر. فإذا كان الأمر هكذا فقد لا يمكن ملاحظتها بطريقة تسمح بوصفٍ لها بلُغة المفاهيم الكلاسيكية. ولقد يتضح أن هذه العمليات تخضع للترتيب الزمني المعتاد في المدى الذي يمكن فيه ملاحظتها ووصفها باللغة الكلاسيكية.

لكن كل هذه المشاكل هي موضوع بحوث المُستقبل في الفيزياء الذرية. وقد نأمُل أن يقود المجهود المشترك للتجارب في مجال الطاقة العالية مع التحليل الرياضي، أن يقود يومًا إلى تفهُّمٍ كامل لوحدة المادة، ونعنى بالتفهُّم الكامل أن تظهر صور المادة بالمعنى الأرسطي كنتائج، كحلول لبرنامج رياضي مُغلق يُمثل القوانين الطبيعية للمادة.

الفصل العاشر

اللغة والواقع في الفيزيقا الحديثة

على طول تاريخ العلم كانت الاكتشافات والأفكار الجديدة تُسبب جدلًا علميًّا، كانت تؤدي إلى كتاباتٍ هجومية عنيفة تنتقد الأفكار الجديدة، ولقد كان هذا النقد دائمًا مفيدًا في تطويرها. لكن الجدل لم يبلُغ في عُنفه أبدًا ما بلغه عند اكتشاف نظرية النسبية، أو — لدرجةٍ أخف بعض الشيء — عند اكتشاف نظرية الكم. فلقد ارتبطت المشاكل العلمية في كِلتا الحالتَين بالقضايا السياسية، والْتجأ بعض العلماء إلى المناهج السياسية يروِّجون لآرائهم. لا يُمكننا تفهُّم رد الفعل العنيف بالنسبة للتطوُّرات الأخيرة بالفيزياء الحديثة إلا إذا أدركْنا أن أُسس الفيزياء هنا قد بدأت تتحرَّك، وأن هذه الحركة قد تسبَّبت في الشعور بأن أُسس العلم ستنهار. وهذا قد يعني في نفس الوقت أننا لم نجد بعدُ اللغة الصحيحة التي نتحدَّث بها عن الوضع الجديد، وأن التقارير الخاطئة التي نُشرت هنا وهناك في فورة الحماس للاكتشافات الجديدة، قد تسبَّبت في كل أشكال سوء التفهُّم. وهذه في الحق مشكلة جوهرية. فالتقنيات المُحسَّنة في زماننا تضع في متناول العلم الجديد نواحيَ من الطبيعة لا يمكن أن توصَف بلغة المفاهيم الشائعة. لكن، بأية لغةٍ يُمكننا إذن أن نصِفها؟ إن أول لغةٍ تقترح نفسها من عملية التوضيح العلمي عادة ما تكون في الفيزياء النظرية، لغةً رياضية، البرنامج الرياضي الذي يسمح بالتنبُّؤ بنتائج التجارب. فلقد يَقنع الفيزيائي إذا ما توفَّر لدَيه برنامج رياضي وعرف كيف يستخدِمه في تفسير التجارب. لكن، عليه أيضًا أن يتحدَّث عن نتائجه إلى غير الفيزيائيين الذين لا يرضَون إلَّا إذا وضع التفسير في لُغة سهلة يفهمها الجميع، والوصف في اللغة السهلة، حتى بالنسبة للفيزيائيين، سيكون هو المعيار لدرجة التفهُّم التي أمكن التوصُّل إليها. إلى أي مدى يكون مِثل هذا التفسير مُمكنًا على الإطلاق؟ أيمكن أن نتحدَّث عن الذرة نفسها؟ إنها مشكلة لُغة مثلما هي مشكلة فيزياء، وعلى هذا فثمَّة ملاحظات نجِدها ضرورية تتعلَّق باللغة عمومًا، واللغة العلمية على وجه الخصوص.

شكَّل الإنسان اللغة في عصور ما قبل التاريخ ليستخدمها وسيلةً للاتصال وأساسًا للتفكير. ونحن لا نعرف إلَّا القليل عن خطوات تشكيلها، لكن اللغة الآن تحوي عددًا كبيرًا من مفاهيم تُعتبَر أداةً ملائمة لاتصالٍ غير غامض بين الناس بخصوص وقائع الحياة اليومية. ولقد اكتُسبت هذه المفاهيم بالتدرُّج دون تحليل نقدي، وذلك بممارسة اللغة، فبعد أن تُستخدَم الكلمة استخدامًا كافيًا فإنَّا عادة ما نعتقِد أننا نعرف معناها. من الحقائق المعروفة أن معنى الكلمات ليس محددًا كما يبدو للوهلة الأولى، وأن مجال تطبيقها مجال محدود؛ فلقد نتحدَّث مثلًا عن قطعة من الحديد أو قطعة من الخشب، لكنَّا لا نتحدَّث عن قطعة من الماء. إن كلمة «قطعة» لا تصلح للمواد السائلة. وهذا مثال آخر. يُحب بوهر في مناقشاته عن حدود المفاهيم أن يروي القصة التالية: ذهب صبي إلى دكان بقَّال وفي يدِه قرش وسأله: «هل يمكن أن تُعطيني بهذا القرش مزيجًا من الحلوى؟» التقط البقَّال قطعتَين من الحلوى وأعطاهما للصبي قائلًا «هاك قطعتين من الحلوى، ويمكنك أن تمزجهما بمعرفتك». وإليك مثال آخر أكثر جدِّية للعلاقة المُلغِزة بين الكلمات والمفاهيم. فنحن نستخدِم كلمتي «أحمر» و«أخضر»، نستخدمهما حتى لو كنَّا مُصابين بعمى الألوان، بالرغم من أن حدود استخدام هاتين الكلمتين لا بد أن تختلف عند هؤلاء عنها عند غيرهم من الناس.

أُدرِكت هذه اللامُحققية الأصيلة في معنى الكلمات مبكرًا، وجُلبت معها الحاجة إلى التعريفات، أو — كما تقول كلمة «تعريف» — الحاجة إلى حدود يُعرَّف بها الموضع الذي تُستخدَم فيه الكلمة، والذي لا تُستخدَم فيه. لكن التعريفات لا تُعطَى إلا بمساعدة مفاهيم أخرى، وعلى هذا فعلينا في النهاية أن نعتمد على بعض المفاهيم التي تؤخَذ كما هي دون تحليلٍ ودون تعريف.

كانت مشكلة المفاهيم في اللغة، بالفلسفة الإغريقية، مبحثًا رئيسيًّا منذ سقراط، الذي كانت حياته — كما يقول العرض الفني لمحاورات أفلاطون — مناقشةً مستمرة في محتوى المفاهيم باللغة، وفي القصور في أساليب التعبير. فلِكي يصل أرسطو إلى أساس متين للتفكير العلمي بدأ في منطقِه بتحليل صور اللغة، البِنية الصورية لنتائجه واستنباطاته مُستقلة عن محتواها. بهذه الطريقة وصل إلى درجةٍ من التجريد والدقة غير مسبوقة في الفلسفة الإغريقية، بذلك أسهم إسهامًا كبيرًا في التوضيح، في توطيد نظام بِمناهجنا في التفكير. لقد خلق فعلًا الأساس للُّغة العلمية.

لكن هذا التحليل المنطقي للغة يتضمَّن خطر الإفراط في التبسيط إلى حدِّ التشويه. فنحن في المنطق نهتمُّ ببِنًى خاصة جدًّا، بعلاقات غير غامضة بين المُقدمات والاستنباطات، بنماذج بسيطة من الاستدلال، بينما نُهمل كل البِنى الأخرى للغة. وهذه البِنى الأخرى قد تنجم عن علاقات بين معانٍ مُعينة للكلمات. فقد يكون هناك معنًى ثانوي للكلمة يَعبُر الذهن بشكلٍ غامض عندما تُسمَع الكلمة ولكنه يُسهِم إسهامًا جوهريًّا في محتوى الجُملة. أما حقيقة أنَّ كلَّ كلمةٍ قد تُثير الكثير من النشاط نصف الواعي في أذهاننا، فقد تُستخدَم لتُمثل جزءًا من الواقع في اللغة بشكل أوضح مما يحدُث عند استخدام الأنماط المنطقية. وعلى هذا فقد اعترض الشعراء كثيرًا على هذا التوكيد، في اللغة وفي التفكير، على النمَط المنطقي، التوكيد الذي قد يجعل اللغة أقلَّ ملاءمةً للغرَض الذي ابتُكرت من أجلِه — إذا صحَّ تفهُّمي لآرائهم. ولقد نتذكَّر مثلًا في «فاوست» جوته ما قاله ميفستوفيليس للطالب الشاب:

لا تبذل زمانك سُدًى، إنه يمضي سريعًا.

سيُعلمك المنهج أن تكسِب الوقت.

لذا أنصحك، يا صديقي العزيز،

أن تبدأ بدراسة المنطق!

عندئذٍ سيُدرَّب ذهنك

على أن يُصبح ضيقًا،

وأن يظلَّ حذرًا،

مُحدَّد الآفاق لا ينطلِق

إلى شعابٍ جديدة.

وستُعلمك الأيام

أن ما كنتَ تفعله تلقائيًّا،

كالأكل والشرب،

هو سلسلة من العمليات المُتعاقبة: واحد اثنان ثلاثة!

والحق أن نسيج التفكير

قد صُنع كمِثل قماش الناسج؛

مِدوَس يُحرك ألف خيط،

ويندفع المكُّوك بسرعةٍ غاديًا رائحًا،

وتنساب الخيوط كثيرةً دون أن تُرى.

وبخبطةٍ واحدة تتجمَّع ألف عقدة،

ثم يأتي الفيلسوف،

ويُثبت لك أن الأمر لا بدَّ أن يكون هكذا.

هذا أولًا، ثم ذاك ثانيًا؛

ومن ثَم فلا بدَّ أن تكون هكذا ثالثًا ورابعًا.

فإذا لم يكن ثمَّة «أولًا» ولا «ثانيًا»

فليس ثمَّة «ثالثًا» ولا «رابعًا»!

هذا ما يُقدره الطلبة في كل مكان.

لكنا لم نرَ نسَّاجًا ظهر بينهم.

إن من يصف ويدرس ما هو حي

يبحث أولًا عن الروح ليستبعِدها؛

فلا يبقى بين يدَيه غير شظايا

تفتقر — يا لوعتي — إلى رباط الروح.

إن في هذا وصفًا جميلًا لبِنية اللغة ولضيق أُفق الأنماط المنطقية البسيطة.

على أن العِلم — من ناحية أخرى — يرتكز على اللغة كوسيلةٍ للاتصال لا غيرها. ولمَّا كان الغموض يُشكل مشكلةً ذات أهميةٍ كبيرة في اللغة، فلا بد للأنماط المنطقية أن تلعب دورَها. وربما أمكننا أن نعرض الصعوبة المُميزة لهذه النقطة كما يلي: إننا نُحاول في العلوم الطبيعية أن نشتقَّ الخاص من العام، أن نفهم الظاهرة كنتيجةٍ لقوانين عامة بسيطة. فإذا ما صِيغت القوانين العامة في صيغةٍ لُغوية فإنها لن تحوي إلَّا عددًا محدودًا من المفاهيم البسيطة — وإلا لما كان القانون بسيطًا ولا كان عامًّا. من هذه المفاهيم تُشتَق تشكيلة لانهائية من الظواهر المُمكنة، ليس فقط من الناحية الكيفية وإنما أيضًا بدقَّة كاملة بالنسبة لكل التفاصيل. الواضح أن مفاهيم اللغة المألوفة — وهي ما هي من ناحية عدم الدقة والتعريف المُبهم — لن تسمح أبدًا بمثل هذه الاشتقاقات، فإذا ما نجمت عن المُقدمات المُعطاة سلسلة من الاستنباطات، فإن عدد الحلقات المُمكنة بالسلسلة يعتمد على دقَّة هذه المُقدمات؛ وعلى هذا فإن مفاهيم القوانين العامة لا بدَّ أن تُحدد في العلوم الطبيعية بدقَّة بالِغة، ولا يُمكن أن يتمَّ هذا إلا عن طريق التجريد الرياضي.

ولقد نقابل نفس الوضع تقريبًا في علوم أخرى، وذلك بالنسبة للحاجة إلى التعريف الدقيق — كالقانون مثلًا. لكن عدد الحلقات في سلسلة الاستنباطات هنا لا يلزم أن يكون كبيرًا؛ فالدقة الكاملة ليست مطلوبة، إنما يكفي التعريف الدقيق نوعًا ما، مصاغًا في لُغة مألوفة.

نحاول في الفيزياء النظرية أن نفهم زُمَر الظواهر بأن نُدخل الرموز الرياضية التي يُمكن ربطُها بالحقائق؛ نعني بنتائج القياس. إننا نستخدِم أسماء لهذه الرموز تمنح علاقاتها بالقياس صورًا ذهنية. بذا فإن الرموز ترتبط باللغة. وهذه الرموز، فوق ذلك، تترابط بنظامٍ متين من التعريفات والبديهيات، وفي النهاية تُعبر عن القوانين الطبيعية كمعادلاتٍ بين الرموز. الحلول اللانهائية لهذه المعادلات لا تُناظر إذن التنويع اللانهائي للظواهر المَعنية المُمكنة في هذا الجزء من الطبيعة. بهذه الطريقة يُمثل المُخطط الرياضي زُمرة الظواهر إلى المدى الذي تمضي إليه العلاقة بين الرموز والقياسات. إن هذا الارتباط هو الذي يسمح بالتعبير عن القوانين الطبيعية باللغة الشائعة، لأننا نستطيع دائمًا أن نصف تجاربنا — المؤلَّفة من الأفعال والملاحظات — في لُغة مألوفة.

ومع ذلك فإننا نوسِّع اللغة أيضًا إذ نُوسع المعرفة العلمية، فنبتكر مصطلحات جديدة ونوسِّع من مجال استخدام المصطلحات القديمة، أو نُطبقها بصورةٍ تختلف عن اللغة المألوفة، ولعلَّ في مصطلحات «الطاقة»، «الكهرباء»، «الإنتروبيا»، الأمثلة الواضحة. بهذه الطريقة نطوِّر لغة علمية يُمكن أن نقول إنها امتداد طبيعي للُّغة العادية وقد كُيِّفت للمجالات المُضافة من المعرفة العلمية.

دخل الفيزياء خلال القرن الماضي عدد من المفاهيم الجديدة، ولقد تطلَّب الأمر من العلماء في بعض الحالات وقتًا طويلًا قبل أن يتعوَّدوا على استخدامها. وعلى سبيل المثال فإن مصطلح «المجال الكهرومغناطيسي» — الذي كان موجودًا بالفعل لحدٍّ ما في عمل فاراداي والذي شكَّل فيما بعدُ أساس نظرية ماكسويل — هذا المصطلح لم يقبله الفيزيائيون بسهولة — فقد وجَّهوا انتباههم في المقام الأول إلى الحركة الميكانيكية للمادة — ولقد تضمَّن إدخال هذا المفهوم في الحقيقة تغيُّرًا في الأفكار العلمية أيضًا، ومثل هذه التغيُّرات لا تتم بسهولة.

ومع ذلك فإن كل المفاهيم التي قُدمت حتى نهاية القرن الماضي قد شكَّلت زُمرة متماسكة تمامًا تُطبق على مجالٍ واسع من الخبرة، وشكَّلت — مع ما سبقها من مفاهيم — لغةً يمكن للعلماء — بل وحتى للتقنيِّين والمهندسين — أن يُطبقوها بنجاح في أعمالهم. لهذه الأفكار الجوهرية التي تُشكل أساس هذه اللغة، ينتمي الافتراض بأن ترتيب الوقائع في الزمن مُستقل تمامًا عن وضعها في الفضاء، وبأن الوقائع «تحدُث» في الفضاء والزمن ولا علاقة لها بوجود مُراقب أو عدم وجوده. لم يُنكَر أنَّ لكل ملاحظة أثرًا على الظاهرة تحت الفحص، لكن ثمة افتراضًا عامًّا بأننا نستطيع أن نُقلل من هذا الأثر كثيرًا لو أجرينا تجاربنا باحتراس. والحق أن هذا، على ما يبدو، كان شرطًا ضروريًّا للموضوعية المِثالية التي اعتُبرت أساس كل العلوم الطبيعية.

وفي هذا الجو الهادئ للفيزيقا، انفجرت نظرية الكم ونظرية النسبية الخاصة كحركةٍ مفاجئة في أسس العلوم الطبيعية — إن تكن بطيئة في البداية تتزايد بالتدريج. بدأت أولى المُجادلات العنيفة، حول مشاكل الفضاء والزمان التي أثارتها نظرية النسبية. كيف يمكن أن نتحدَّث عن الوضع الجديد؟ هل علينا أن نعتبِر تقلُّص لورنتس للأجسام المُتحركة تقلُّصًا حقيقيًّا، أم تُراه مجرد تقلُّص ظاهري؟ هل علينا أن نقول إن بنية الفضاء والزمان تختلف عما كان مفترضًا، أم أنَّ الواجب أن نقول فقط إنَّ النتائج التجريبية يُمكن أن تُربَط رياضيًّا بطريقةٍ تتوافق مع هذه البنية الجديدة، بينما يبقى الفضاء والزمان كما كانا دائمًا — الصيغة الشاملة الضرورية التي فيها تظهر لنا الأشياء؟ كانت المشكلة الحقيقية وراء هذه الخلافات العديدة هي حقيقة أنه لم يكن ثمَّة لغة يمكن بها أن نتحدَّث بطريقةٍ مستقيمة عن الوضع الجديد. فاللُّغة المألوفة ترتكز على مفهومَي الفضاء والزمن القديمين، وهذه هي اللغة التي تُقدم الوسيلة الوحيدة غير الغامضة للاتصال، عن تصميم المقاييس ونتائجها. ورغم ذلك فقد بيَّنت التجارب أن المفهومين القديمين لا يمكن أن يُطبَّقا في كل مكان.

كانت نقطة البدء الواضحة لتفسير نظرية النسبية هي، إذن، حقيقة أن النظرية الجديدة تُطابق — عمليًّا — النظرية القديمة عندما تكون السرعات مُنخفضة (مُنخفضة بالنسبة لسرعة الضوء). وعلى هذا، ففي هذا الجزء مِن النظرية، كان من الواضح كيف يمكن ربط الرموز الرياضية بالمقاييس وبمصطلحات اللغة المألوفة. والواقع أن تحويل لورنتس قد تم اكتشافه مِن خلال هذا الارتباط. لم يكن ثمة غموض حول معنى الكلمات والرموز في هذه المنطقة. والحق أن هذا الارتباط كان بالفعل كافيًا لتطبيق النظرية على كلِّ مجال البحوث التجريبية المُرتبطة بمشكلة النسبية. وعلى هذا فإن القضايا الخلافية حول تقلص لورنتس «الواقعي» أو «الظاهر»، أو حول تعريف كلمة «متزامن» … إلخ، لم تكن تخصُّ الحقائق وإنما اللغة.

أما بالنسبة للغة فلقد أدركنا بالتدريج أنه ربما كان علينا ألَّا نُصر كثيرًا على مبادئ بذاتها. يصعب دائمًا أن نجد معايير عامة مُقنعة يلزم أن نستخدِم لها مصطلحات لغوية، وأن نعرف كيفية استخدامها. علينا ببساطة أن ننتظر حتى تتطور اللغة التي تُكيف نفسها بعد فترة للوضع الجديد. والواقع أن هذا التكيُّف في نظرية النسبية الخاصة قد حدث في مُعظمه بالفعل خلال الخمسين سنة الماضية. لقد اختفى، ببساطة، الفرق بين التقلُّص «الواقعي» و«الظاهري» — مثلًا. أما كلمة «متزامن» فتُستعمل متوافِقة مع التعريف الذي منحه إيَّاها أينشتين، بينما نجد، بالنسبة للتعريف الأوسع الذي ناقشناه في فصل سابق، أن المصطلح «على مسافةٍ شبه فضائية» مصطلح شائع الاستعمال … إلخ.

وفي نظرية النسبية العامة أنكر بعض الفلاسفة وبشدَّة فكرة الهندسة غير الإقليدية في الفضاء الواقعي، وبيَّنوا أن منهجنا في تصميم التجارب هو بالفعل افتراض مُسبق في الهندسة الإقليدية.

والواقع أنه إذا ما حاول حِرَفي أن يُعِد سطحًا مستويًا مضبوطًا، فإنه يستطيع أن يفعل ذلك بالطريقة الآتية: يُعِد أولًا ثلاثة أسطح لها تقريبًا نفس الحجم، وتكون تقريبًا مُستوية، ثم يُحاول أن يجعل كل اثنين من هذه الأسطح الثلاثة يتلامسان، بأن يضعهما قبالة بعضهما في مواقع نسبية مختلفة. يُعبِّر مقدار التلامُس الكُلي بين الأسطح عن درجة الدقة التي يُمكن بها أن نقول إن الأسطح «مستوية». ولن يقنع الحرفي بالأسطح الثلاثة إلا إذا كان التلامُس بين كل اثنين منها كاملًا في كل مكان. فإذا ما حدث هذا أمكن لنا أن نُثبت رياضيًّا أن الهندسة الإقليدية تسري على الأسطح الثلاثة. بهذه الطريقة — هكذا حاجُّوا — فإن مقاييسنا قد «جعلت» الهندسة الإقليدية صحيحة.

يمكن بالطبع — من وجهة نظر النسبية العامة — أن نُجيب بأن هذه الحجَّة تُثبت صحة الهندسة الإقليدية على الأبعاد الصغيرة وحدَها، أبعاد أدواتنا التجريبية. ودرجة الدقة التي تحملها في هذا النطاق عالية للغاية، حتى ليُمكن دائمًا أن تُطبَّق العملية التي ذكرناها لإنتاج الأسطح المُستوية. لن نستطيع أن نُدرك ما يوجَد من انحرافاتٍ بالغة الدقة عن الهندسة الإقليدية، لأن الأسطح مصنوعة من مادة ليست صلبةً تمامًا، وإنما تسمح بالتشوُّهات الطفيفة جدًّا، ولأن مفهوم «التلامُس» لا يمكن أن يُعرَّف بدقة كاملة. أما بالنسبة للأسطح على المُستوى الكوني فإن العملية التي وصفناها لن تسري. لكن هذا ليس من مشاكل الفيزياء التجريبية.

مرة أخرى سنجد أن نقطة البدء الواضحة للتفسير الفيزيقي للبرنامج الرياضي بالنسبية العامة هي حقيقة أن الهندسة تقترب جدًّا من الإقليدية بالنسبة للأبعاد الصغيرة — ففي هذه المنطقة تقترِب النظرية من النظرية الكلاسيكية. وعلى هذا فإن التلازُم هنا بين الرموز الرياضية والقياسات وبين المفاهيم في اللغة المألوفة سيكون غير مُبهم. ومع ذلك فإنَّا نستطيع أن نتحدث عن هندسة غير إقليدية بالنسبة للأبعاد الضخمة، ويبدو أن الرياضيين — لا سيما جاوس في جوتنجن — قد فكَّروا بالفعل في إمكانية وجود هندسة لا إقليدية في الفضاء الواقعي، وذلك حتى قبل ظهور النسبية العامة بوقتٍ طويل. يُقال إن جاوس عندما قام بقياسات جيوديسية دقيقة على مُثلث شكَّلته جبال ثلاثة — جبل بروكين في جبال هارتس، وجبل إينسلبرج في مقاطعة ثورنجيا، وجبل هوهنهاجن قُرب جوتنجن — يُقال إنه راجع قياساته بدقة بالِغة ليتأكَّد مِن أن مجموع زوايا المُثلث الثلاث يساوي ۱۸۰ درجة، وأنه قد أخذ في حسبانه اختلافًا قد يُثبت إمكانية وجود انحرافاتٍ عن الهندسة الإقليدية. والواقع أنه لم يجد أية انحرافات في حدود دقة قياساته.

تتبع اللغة التي نصف بها القوانين العامة في نظرية النسبية العامة، تتبع الآن اللغة العِلمية للرياضيين، وبالنسبة لوصف التجارب ذاتها يُمكننا استخدام المفاهيم المألوفة، لأن الهندسة الإقليدية تسري بدقَّة كافية في الأبعاد الصغيرة. تظهر في نظرية الكم أعقد مشاكل استخدام اللغة. لم يكن لدَينا في البدء أي دليلٍ بسيط نربط به الرموز الرياضية بمفاهيم اللغة الاعتيادية، كان كل ما نعرفه في البداية هو حقيقة أنَّ مفاهيمنا الشائعة لا يُمكن أن تُطبَّق على بِنية الذرة. مرةً أخرى بدت نقطة البداية الواضحة للتفسير الفيزيقي للصورية هي اقتراب البرنامج الرياضي لميكانيكا الكم من برنامج الميكانيكا الكلاسيكية، وذلك في الأبعاد الأكبر كثيرًا من حجم الذرات، وحتى هذا لا نستطيع أن نقولَه دون بعض التحفُّظات، فسنجد، حتى تحت الأبعاد الكبيرة، العديد من الحلول للمعادلات الكمَّاتية النظرية، والتي لا نظير لها في الفيزياء الكلاسيكية. تظهر في هذه الحلول ظاهرة «تداخُل الاحتمالات» كما ذكرنا في الفصول السابقة، وهذه ظاهرة لا توجَد في الفيزياء الكلاسيكية. وعلى هذا، فلن يكون تافهًا على الإطلاق — حتى داخل حدود الأبعاد الضخمة — ذلك الارتباط بين الرموز الرياضية والقياسات والمفاهيم المألوفة. ولكي نصِل إلى مثل هذا الارتباط غير المُلتبس علينا أن نُدخل في اعتبارنا ملمحًا آخر من ملامح المشكلة. علينا أن نلاحظ أن النمَط الذي تُعالجه مناهج ميكانيكا الكم هو في الحقيقة جزء من نظام أكبر (حدوده العالم بأسره) أنها تتفاعل مع هذا النظام الأكبر، ولا بد أن نُضيف أن الخصائص الميكروسكوبية للنظام الأكبر مجهولة — إلى حدٍّ كبير على الأقل. لا شك أن هذا وصف صحيح للوضع الواقعي. ولاستحالة أن يكون هذا النظام موضوع قياس وتفحُّصات نظرية، فإنه لن ينتمي إلى عالم الظواهر ما لم يكن يتفاعل مع مثل هذا النظام الأرحب، الذي يُمثل المُراقِب جزءًا منه. والتفاعُل مع النظام الأكبر هذا بخصائصه الميكروسكوبية غير المُحدَّدة يُقدم إذن إلى وصف النظام (الكمَّاتي-النظري، والكلاسيكي) عاملًا إحصائيًّا جديدًا. وفي الحالة الحدِّية للأبعاد الكبيرة يحطِّم هذا العامل الإحصائي آثار و«تداخل الاحتمالات» حتى ليقترب البرنامج «الكماتي-الميكانيكي» الآن من البرنامج الكلاسيكي في الوضع الحدِّي. وعلى هذا يُصبح الارتباط عند هذه النقطة بين رموز نظرية الكمِّ ومفاهيم اللغة الاعتيادية غير مُبهم، ويُصبح هذا الارتباط كافيًا لتفسير التجارب. أما المشاكل الباقية فتُهم اللغة لا الوقائع، لأنها تنتمي إلى مفهوم «الواقعة» الذي يمكن وصفه باللغة الاعتيادية.

لكن مشاكل اللغة هنا خطيرة حقًّا. إنَّنا نودُّ أن نتحدَّث بشكلٍ ما عن بِنية الذرات وليس فقط عن «الوقائع» — وهذه الأخيرة قد تكون مثلًا البُقَع السوداء على لوحة فوتوغرافية أو قطيرات الماء في غرفة سحابية. لكنَّا لا نستطيع أن نتحدَّث عن الذرات بلُغتنا المألوفة.

يمكن أن نستمرَّ في التحليل الآن بطريقتَين مختلفتَين، فقد نسأل: أية لُغة للذرات قد تطوَّرت بين الفيزيائيين خلال الثلاثين سنة التي مرت منذ صياغة ميكانيكا الكم؟ أو قد نصِف محاولات تحديد لغة علمية دقيقة تتوافق مع البرنامج الرياضي.

لإجابة السؤال الأول قد نقول إن مفهوم التتامِّ الذي قدَّمه بوهر إلى تفسير نظرية الكمِّ قد شجَّع الفيزيائيين على استخدام لُغة غامضة، أن يستخدموا المفاهيم الكلاسيكية بطريقةٍ مُبهمة بعض الشيء تتَّفق مع مبدأ اللامُحققية، أن يُطبقوا بالتعاقُب مفاهيم كلاسيكية مُختلفة تقود إلى تناقُض إن استُخدمت متزامنة. بهذه الطريقة يُمكننا أن نتحدَّث عن المدارات الإلكترونية، عن موجات المادة وكثافة الشحنة، عن الطاقة وكمية الحركة … إلخ، مُدرِكين دائمًا حقيقة أن لهذه المفاهيم مجالًا محدودًا جدًّا من التطبيق. فإذا ما قاد هذا الاستخدام الغامض غير النظامي اللُّغةَ إلى صعوبات، فعلى الفيزيائي أن ينسحب إلى البرنامج الرياضي وعلاقته غير الغامِضة مع الوقائع التجريبية.

واستخدامنا للُّغة هكذا يُرضي من أوجهٍ شتَّى، فهو يُذكرنا باستخدامٍ للُّغة مُشابه في الحياة اليومية أو في الشِّعر. إننا نُدرك أن وضع التتامِّ لا يقتصِر على العالم الذري وحدَه، إننا نُقابله عندما نتفكَّر في قرار وفي الدوافع وراء قرارنا، أو عندما نُخَيَّر بين أن نستمتع بالموسيقى أو أن نُحلل بِنيتها. من ناحية أخرى سنجد أن المفاهيم الكلاسيكية، عندما تُقدَّم بهذا الشكل تستبقي دائمًا غموضًا مؤكدًا، هي لا تكتسب، في علاقتها بالواقع، غير نفس الأهمية الإحصائية لمفاهيم الثرموديناميكا في تفسيرها الإحصائي. وعلى هذا فقد يُفيد أن نُقدم مناقشةً قصيرة لهذه المفاهيم الإحصائية الثرموديناميكية.

يبدو أن مفهوم «درجة الحرارة» في الثرموديناميكا الكلاسيكية إنما يصِف وجهًا موضوعيًّا من أوجه الواقع، خصيصةً موضوعية للمادة. يسهل علينا في حياتنا اليومية، بمساعدة الترمومتر، أن نعرف ما نعنيه بدرجةِ حرارةِ قطعةٍ من المادة. لكنَّا إذا حاولنا أن نعرف ما تَعنيه حرارة ذرة، حتى في الفيزياء الكلاسيكية، فسنقع في ورطةٍ عويصة. الواقع أنَّنا لا نستطيع أن نربط فكرة «درجة حرارة الذرة» هذه بأية خصيصةٍ واضحة المعالم للذرة، وعلينا أن نربطها — جزئيًّا على الأقل — بمعرفتنا القاصرة عنها. يُمكننا أن نربط قيمة الحرارة ببعض التوقُّعات الإحصائية المُعينة عن خصائص الذرة، لكن سيصعُب، على ما يبدو، أن نعرف ما إذا كان لنا أن نُسمِّي التوقُّع موضوعيًّا. إن تعريف مفهوم «درجة حرارة الذرة» لا يُشبه إلَّا مفهوم «المزج» في قصة الصبي الذي اشترى مزيجًا من الحلوى.

بنفس الشكل سنجد في نظرية الكمِّ أنَّ كل المفاهيم الكلاسيكية، عندما تُطبق على الذرة، لها من التحديد مثل ما ﻟ «درجة حرارة الذرة». هي ترتبط بالتوقُّعات الإحصائية، ولا يُصبح التوقع معادلًا لليقين إلَّا فيما ندر، مرة أخرى — وكما في الثرموديناميكا الكلاسيكية — يصعُب أن نُسمِّي التوقُّع موضوعيًّا. ربما أسميناه ميلًا موضوعيًّا أو إمكانًا موضوعيًّا، أو «بوتنشيا» بالمعنى الأرسطي. والحق أنني أعتقد أن اللغة التي يستعملها الفيزيائيون بالفعل عندما يتحدثون عن الوقائع الذرية، تُحدِث في أذهانهم أفكارًا مشابهة لمفهوم «البوتنشيا»، وعلى هذا تعوَّد الفيزيائيون بالتدريج على ألَّا يعتبروا المدارات الإلكترونية … إلخ واقعًا، وإنما نوعًا من «البوتنشيا». لقد كيفت اللغةُ نفسها بالفعل — إلى حدٍّ ما على الأقل — لهذا الوضع الحقيقي. لكنها ليست لُغة دقيقة يمكن أن نستخدِمها في النماذج المنطقية السوية. هي لغة تُنتج صورًا في الذهن، تصطحب معها معنًى يقول إن الصور ليس لها إلَّا ارتباط غامض بالواقع، إنها تُمثل مجرد اتجاهٍ نحو الواقع.

قاد غموض هذه اللغة المُستخدَمة بين الفيزيائيين إلى محاولاتٍ لتعريف لغةٍ أخرى دقيقة تتبع أنماطًا منطقية مُحددة، تكون على انسجامٍ كامل مع البرنامج الرياضي لنظرية الكم. ويمكن تلخيص المحاولات التي قام بها بيركهوف ونويمان، ثم فايتسيكر مؤخرًا — في القول إنه من الممكن أن يُفسَّر البرنامج الرياضي لنظرية الكم على أنه امتداد أو تحوير للمنطق الكلاسيكي. هناك في المنطق الكلاسيكي مبدأ جوهري بالتحديد يتطلَّب التحوير: إذ يفترض المنطق الكلاسيكي أنه إذا كان للتعبير أي معنًى على الإطلاق، فلا بد أن يكون هو أو نقيضُه صحيحًا. فمن بين التعبيرَين «توجَد هنا منضدة» و«لا توجد هنا منضدة» لا بدَّ أن يكون الأول أو الثاني صحيحًا، وليس ثمَّة إمكانية ثالثة. يجوز ألَّا نعرف إن كان التعبير أو نقيضُه هو الصحيح، لكن تعبيرًا منهما سيكون في الواقع صحيحًا.

علينا، في نظرية الكم، أن نُحوِّر قانون «ليس ثمة إمكانية ثالثة». طبيعي أنَّنا نستطيع أن نُجادل فورًا ضد أي تحوير لهذا المبدأ الجوهري بالقول إن هذا المبدأ مُفترض في اللغة الشائعة، وأن علينا، على الأقل، أن نتحدَّث عن تحويرنا النهائي للمنطق في اللغة المألوفة، وعلى هذا يُصبح من التناقُض الذاتي أن نصِف في لغةٍ مألوفة برنامجًا منطقيًّا لا تُلائمه اللغة المألوفة. على أن فايتسيكر قد أبرز هنا أنَّ لنا أن نُميز مستويات مختلفة للغة.

ثمة مستوًى يتعلق بالموضوعات — بالذرات مثلًا أو الإلكترونات — وثانٍ يتعلق بالتقارير عن الموضوعات، وثالث قد يتعلق بالتقارير عن التقارير عن الموضوعات … إلخ. من المُمكن إذن أن توجَد نماذج منطقية مختلفة عند المستويات المختلفة. صحيح أننا لا بد أن نرجع في النهاية إلى اللُّغة المألوفة، ومِن ثم إلى النماذج المنطقية الكلاسيكية، لكن فايتسيكر يقترح أن المنطق الكلاسيكي قد يكون بنفس الشكل قبليًّا للمنطق الكمَّاتي، مثلما الفيزياء الكلاسيكية لنظرية الكم. المنطق الكلاسيكي يُضمَّن، إذن، كحالة حدية في المنطق الكماتي، لكن الأخير يُشكل النموذج المنطقي الأكثر عمومية.

التحوير المطلوب للنموذج المنطقي الكلاسيكي يتعلق إذن بالمُستوى الأول الخاص بالمواضيع. دعنا نتأمل ذرةً تتحرك داخل صندوقٍ مُغلق به حائط يقسمه الى قسمَين متساويين. بالحائط ثُقب صغير جدًّا يمكن للذرة أن تعبُر من خلاله. ستوجد الذرة، تبعًا للمنطق الكلاسيكي، في النصف الأيسر أو في النصف الأيمن من الصندوق، وليس ثمَّة إمكانية ثالثة. على أننا في نظرية الكم لا بدَّ أن نُسلم — إذا كان لنا أن نستعمل أصلًا كلمتَي «ذرة» و«صندوق» — بأن هناك إمكاناتٍ أخرى كل منها مزيج غريب من الاثنين الأوَّلين. إن هذا أمر ضروري لتفسير تجاربنا. دعنا مثلًا نراقِب الضوء الذي يستطير بسبب الذرة. يُمكننا إجراء تجارب ثلاث: في الأولى تكون الذرة محبوسة (عن طريق إغلاق الثقب مثلًا) في النصف الأيسر من الصندوق، وسنقيس بها كثافة توزيع الضوء المُستطار. في التجربة الثانية تكون الذرة محبوسة في النصف الأيمن، فنقيس ثانيةً الضوء المُستطار. وفي الأخيرة سنترك للذرة حرية التحرك في الصندوق بأكمله لنقيس مرة ثالثة كثافة توزيع الضوء المستطار. فإذا بقِيَت الذرة دائمًا في النصف الأيسر أو الأيمن من الصندوق، فإن التوزيع الأخير للكثافة لا بدَّ أن يكون مزيجًا (تُحدده نسبة الوقت الذي تقضيه الذرة في كل من النصفين) من توزيعَي الكثافة الأوَّلَين، لكن هذا — تجريبيًّا — ليس صحيحًا على وجه العموم. إن توزيع الكثافة في الواقع يُحوِّره «تداخل الاحتمالات». ولقد ناقشنا هذا بالفعل.

للتغلُّب على هذا الوضع أدخل فايتسيكر مفهوم «درجة الحقيقة». فبالنسبة لأي تعبير بسيط في أي خيارٍ، مثل «توجد الذرة في النصف الأيسر (أو الأيمن) من الصندوق» — هناك عدد مُركب يُعرف بأنه «مقياس لدرجة الحقيقة». فإذا كان العدد هو واحدًا فمَعنى ذلك أن التعبير، حقيقي، وإذا كان صفرًا كان التعبير خاطئًا. لكنَّ ثمَّة قيمًا أخرى مُمكنة. والمربع المطلق للعدد المركب يُمثل احتمال أن يكون التعبير صحيحًا، وحاصل جمع احتمالَي طرفَي الخيار («الأيسر» أو «الأيمن» في حالتنا هذه) لا بدَّ أن يساوي الوحدة. لكن كلَّ زوج من الأعداد المُركبة — الخاصة بطرفَي الخيار — يُمثل، تبعًا لتعريف فايتسيكر، «تعبيرًا» لا بد أن يكون حقيقيًّا إذا كان للأعداد بالضبط هذه القيم. فالعددان — على سبيل المثال — يكفيان لتحديد كثافة توزيع الضوء المُستطار في تجربتنا. فإذا سمحنا باستخدام مصطلح «تعبير» بهذه الطريقة، فمِن الممكن أن نقدم مصطلح «تتام» بالتعريف التالي: كل تعبير لا يتطابق مع أيٍّ من تعبيرَي الخيار (وفي حالتنا هما التعبير «توجد الذرة بالنصف الأيسر» و«توجد الذرة بالنصف الأيمن من الصندوق») يُسمَّى مُتممًا لهذين التعبيرين، وتكون قضية وجود الذرة في اليسار أو في اليمين بالنسبة لكل تعبيرٍ مُتمم أمرًا غير محسوم، لكن المصطلح «غير محسوم» لا يُعادل أبدًا المصطلح «غير معلوم». فالمصطلح «غير معلوم» إنما يعني أن الذرة توجد «واقعيًّا» في النصف الأيسر أو الأيمن، لكنَّا لا نعرف أين توجَد. أما مصطلح «غير محسوم» فيُشير إلى وضعٍ مختلف، لا يُفصح عنه إلا تعبير تتام.

وهذا النموذج المنطقي العام، والذي لا يمكن أن نصف تفاصيله هنا يتوافق بدقَّة مع الصورية الرياضية لنظرية الكم، إنه يشكل الأساس للغة دقيقة يمكن استخدامها في وصف بنية الذرة، لكن تطبيق مثل هذه اللغة يُثير عددًا من المشاكل العويصة، سنناقش منها اثنتين: العلاقة بين «المستويات» المختلفة للغة، والنتائج بالنسبة للأنطولوجيا التحتية.

والعلاقة بين المستويات المختلفة للغة في المنطق الكلاسيكي في علاقة تناظُر متكافئة. فالتعبيران «توجَد الذرة في النصف الأيسر» و«من الصحيح أن الذرة توجَد في النصف الأيسر» ينتميان منطقيًّا إلى مستويين مختلفَين. والتعبيران في المنطق الكلاسيكي متكافئان تمامًا، نعني أنهما سويًّا إما أن يكونا صحيحَين أو زائفين، فلا يمكن أن يكون أحدهما صحيحًا والآخر زائفًا. أما في النموذج المنطقي للتتامِّ فسنجد العلاقة أكثر تعقيدًا؛ فصحَّة أو عدم صحة التعبير الأول يتضمن، لا يزال، صحة أو عدم صحة الثاني. لكن عدم صحة التعبير الثاني لا يُفيد ضمنًا عدم صحة الأول. فإذا كان التعبير الثاني غير صحيح، فقد لا يكون وجود الذرة في النصف الأيسر قد حُسِم بعد، إذ لا يلزم بالضرورة أن تكون الذرة في النصف الأيمن. لا يزال ثمَّة تكافؤ كامل بين مستويي اللغة بالنسبة لصحَّة التعبير، لكن ليس بالنسبة لعدم صحته من هذه العلاقة يُمكن أن نفهم استمرار بقاء القوانين الكلاسيكية في نظرية الكم: فحيثما يمكن استنباط نتيجة لا لبس فيها في تجربة عن طريق تطبيق القوانين الكلاسيكية، لزم أيضًا أن تظهر النتيجة في نظرية الكم، وستصحُّ تجريبيًّا.

كان الهدف الأخير لمحاولة فايتسيكر هي تطبيق النماذج المنطقية المحورة أيضًا في المستويات الأعلى للغة. لكنا لا نستطيع مناقشة هذه القضايا هنا.

أما المشكلة الأخرى فتختص بالأنطولوجيا التي تُشكل أساس النماذج المنطقية المحوَّرة. فإذا كان ثمة زوج من الأعداد المركبة يُمثل «تعبيرًا» بالمعنى الذي شرحناه حالًا، فلا بد من وجود «حال» أو «وضع» في الطبيعة يكون فيه التعبير صحيحًا. وسنستعمل نحن كلمة «حال». أطلق فايتسيكر على «الأحوال» المناظرة للتعبيرات المُتتامة اسم «أحوال المعيَّة». وهذا المصطلح يصف الوضع وصفًا صحيحًا، فالواقع أنه يصعب أن نُسميها أحوالًا مختلفة، لأن كل حال يتضمن أيضًا ولحدٍّ ما أحوال المعية الأخرى. يُشكل مفهوم الحال هذا تعريفًا أوليًّا يختص بأنطولوجيا نظرية الكم. سنرى على الفور أن استخدامنا هذا لكلمة «حال» — لا سيما في مصطلح «حال المعية» — يختلف كثيرًا عن الأنطولوجيا المادية العادية، حتى لقد نشك في صلاحية المصطلح للاستخدام. من ناحية أخرى سنجد أننا إذا أخذنا كلمة «حال» على أنها تصف إمكانيةً ما لا واقعًا — بل لقد نستبدل حتى كلمة «إمكانية» بكلمة «حال» — عندئذٍ يصبح مفهوم «إمكانيات المعية» مقبولًا حقًّا، لأن الإمكانية قد تتضمَّن أو تتراكب مع إمكانات أخرى.

من المُمكن أن نتجنَّب كل هذه التعريفات الصعبة والتميُّزات إذا اقتصرت اللغة على وصف الوقائع، نعني نتائج التجارب، لكنا إذا رغبنا في التحدُّث عن الجُسيمات الذرية نفسها، فعلينا إما أن نستخدِم البرنامج الرياضي كإضافةٍ وحيدة إلى اللغة الاعتيادية، أو أن نقرنها بلغةٍ تستخدم منطقًا محوَّرًا أو منطقًا غير معروف تعريفًا جيدًا. في التجارب عن الأحداث الذرية نحن نتعامل مع الأشياء والوقائع، مع ظواهر لها من الواقعية مثل ما لظواهر الحياة اليومية. لكن الذرات أو الجسيمات الأولية ذاتها ليس لها نفس الواقعية. إنها تُشكل عالمًا من الإمكانات والاحتمالات لا عالمًا من الأشياء والوقائع.

الفصل الحادي عشر

دور الفيزيقا الحديثة في تطوُّر التفكير البشري

ناقشنا في الفصول السابقة التضمينات الفلسفية للفيزياء الحديثة، كي نُبين أن هذا الفرع الحديث جدًّا من العلم يلمس، في نقاطٍ كثيرة، اتجاهات قديمة جدًّا في الفِكر، إنه يمسُّ بعضًا من أقدم المشاكل إنما من اتجاه جديد. ربما كان من الصحيح على وجه العموم أن أكثر التطوُّرات خصبًا في تاريخ التفكير البشري يحدث في تلك النقاط التي يلتقي عندها خطان مختلفان من الفكر. قد تنشأ جذور مثل هذه الخطوط في جوانب مختلفة تمامًا من الثقافة البشرية، في أزمان مختلفة أو بيئات ثقافية مختلفة أو تقاليد دينية مختلفة، ومن ثم فإذا ما التقت فعلًا، نعني إذا ما كانت على الأقل قريبة من بعضها للحدِّ الذي يسمح بنشوء تفاعُل حقيقي بينها، عندئذٍ فقد نأمل في أن تظهر تطورات جديدة مثيرة. والفيزياء الذرية — كجزءٍ من العلم الحديث في زماننا هذا — تتغلغل بالفعل داخل تقاليد ثقافية مختلفة كثيرًا. فهي لا تُدرس فقط في أوروبا ودول الغرب — حيث تنتمي إلى النشاط التقليدي في العلوم الطبيعية — وإنما أيضًا في الشرق الأقصى، بدول مثل اليابان والصين والهند، ولها ما لها من خلفيات ثقافية متباينة تمامًا، وفي الروسيا، حيث ظهر في زماننا هذا أسلوب جديد للتفكير، أسلوب جديد ينتمي إلى التطوُّرات العلمية الأوروبية في القرن التاسع عشر كما ينتمي إلى تقاليد روسية أُخرى مختلفة تمامًا. ولا يمكن بالطبع أن يكون الهدف من المناقشة التالية هو التنبُّؤ بالنتائج المحتملة للِّقاء بين أفكار الفيزياء الحديثة والتقاليد الأقدم، لكن قد يُمكننا تحديد النقاط التي قد يبدأ عندها التفاعُل بين الأفكار المختلفة.

نحن مؤكدًا لا نستطيع أن نفصل عملية اتساع الفيزيقا الحديثة هذه عن الاتساع العام للعلوم الطبيعية، وللصناعة والهندسة وللطب … إلخ. ونعني عمومًا للحضارة الحديثة بكل أرجاء العالم. إن الفيزيقا الحديثة هي مجرد حلقة واحدة في سلسلة طويلة من الوقائع بدأت منذ أعمال بيكون وجاليليو وكبلر، ومن التطبيقات العملية للعلوم الطبيعية في القرنين السابع عشر والثامن عشر. كان الارتباط بين العلوم الطبيعية والعلوم التقنية منذ البداية هو ارتباط العون المتبادل: فالتقدُّم في العلوم التقنية، وتحسين الأدوات، وابتكار الأجهزة التقنية الجديدة، كل هذا قد وفَّر الأساس لمعرفةٍ تجريبية بالطبيعة أكثر وأكثر دقَّة، كما أن التقدُّم في تفهُّم الطبيعة ثم الصياغة الرياضية للقوانين الطبيعية قد فتحا الطريق إلى تطبيقاتٍ جديدة لهذه المعرفة في العلوم التقنية. فابتكار التلسكوب مثلًا قد مكَّن الفلكيين من قياس حركة النجوم بشكلٍ أكثر دقَّةً عن ذي قبل، ومن هنا حدث تقدُّم ملحوظ في علم الفلك وفي الميكانيكا. من ناحية أخرى كان للمعرفة الدقيقة بالقوانين الميكانيكية قِيمتها الضخمة في تحسين الأدوات الميكانيكية وفي بناء المحركات … إلخ. بدأ الانتشار الكبير لهذا المزيج من العلوم الطبيعية والتقنية عندما نجح البعض في تطويع بعض قوى الطبيعة لخدمة الإنسان. فالطاقة المُخزنة في الفحم على سبيل المثال قد تؤدي بعض العمل الذي كان الإنسان يقوم به قبلًا … ومن الممكن أن نعتبر الصناعات التي نشأت عن هذه الإمكانات الجديدة امتدادًا طبيعيًّا للحِرَف القديمة، فعمل الآلة يُشبه، في نقاطٍ كثيرة، العمل اليدوي البشري. كما يمكن اعتبار العمل في مصانع الكيماويات امتدادًا لمصانع الصباغة والصيدلة في الأزمنة القديمة. ثم تطوَّرت فيما بعدُ فروع جديدة تمامًا من الصناعة لا نظير لها في الحرف القديمة، كالهندسة الكهربائية مثلًا. لقد مكَّن تغلغل العلم إلى المناطق الأبعد من الطبيعة، مكَّن المُهندسين أن يستخدموا قوى للطبيعة كانت قبلًا غير معروفة أو تكاد، وكان للمعرفة الدقيقة بهذه القوى في صورة صياغة رياضية للقوانين التي تحكمها، كان أن شكَّلت الأساس المتين لتشييد كل أنواع الآلات.

قاد النجاح الهائل لمزيج العلوم الطبيعية والتقنية إلى تفوُّق واضح لتلك الأمم والدول والمجتمعات التي ازدهر فيها هذا النوع من النشاط البشري، وكنتيجةٍ طبيعية لهذا، فقد أخذت به حتى بعض الأمم التي — بحكم تقاليدها — لم تكن تنزع إلى العلوم الطبيعية والتقنية، وأكملت وسائل الاتصال والنقل الحديثة، في نهاية الأمر، عملية انتشار الحضارة التقنية. ولا شكَّ أن هذه العملية قد غيَّرت أوضاع الحياة على الأرض تغييرًا جذريًّا؛ وسواء قبِلنا أو لم نقبل أسميناها تقدُّمًا أم أسميناها خطرًا، فإن علينا أن نُدرك أنها قد مضت داخل القوى البشرية لأبعد من مجال تحكُّمنا. ولربما اعتبرناها عمليةً بيولوجية على أوسع نطاقٍ تسطو فيها البِنى الفعَّالة للكائن البشري على نصيبٍ أكبر من المادة وتُحوله إلى صورةٍ ملائمة لزيادة عشيرة بني البشر.

تنتمي الفيزياء الحديثة إلى أحدث فروع هذا التطوُّر. أما جوهر هذا التطوُّر فقد عرَضه كأوضح ما يكون ابتكار الأسلحة الذرية — أكثر النتائج بروزًا، للأسف. من ناحية أخرى، فقد أظهرت بجلاء أننا لا يمكن أن ننظر بالنظرة المتفائلة وحدَها إلى التغيُّرات التي يستحضرها مزيج العلوم الطبيعية والتقنية. لقد بررت هذه التغيرات — جزئيًّا على الأقل — وجهات نظر من حذَّرونا دائمًا من أخطارِ مثل هذه التحولات الجذرية في الأوضاع الطبيعية للحياة. من ناحية أخرى سنجدها وقد أجبرت الدول أو الأفراد الذين حاولوا البقاء بعيدًا عن هذه الأخطار، أجبرتهم على أن يُوجِّهوا انتباههم إلى هذا التطور الحديث؛ فالواضح أن القوة السياسية، مُمثلة في القوة العسكرية، إنما ترتكز على امتلاك الأسلحة الذرية. والمؤكد أنْ ليس من مهام هذا الكتاب أن يُناقش بالتفصيل التضمينات السياسية للفيزيقا النووية. لكنا نستطيع على الأقل أن نخطَّ بضع كلماتٍ عن هذه المشاكل، لأنها أول ما يجول بالذهن إذا ما ذكرت الفيزياء الذرية.

الواقع أن ابتكار الأسلحة الجديدة، لا سيما الأسلحة الثرمونووية، قد غيَّرت التركيب السياسي للعالم تغييرًا جذريًّا لم يُصِب التغيُّر الحاسم فقط مفهوم الأمم أو الدول المستقلة. لأن كل أمة لا تمتلك مثل هذه الأسلحة لا بد أن تعتمد بشكلٍ أو بآخر على العدد القليل جدًّا من الدول التي تُنتجها بكمياتٍ وفيرة، وإنما سنجِد أيضًا أن المجازفة بحربٍ واسعة النطاق باستخدام هذه الأسلحة قد أصبحت نوعًا سخيفًا من الانتحار، وعلى هذا فإنَّا كثيرًا ما نسمع وجهة النظر المتفائلة التي تقول إن خطر الحرب قد زال، وإنها لن تقع مرة أخرى. لكن هذا للأسف تبسيط مُخل للغاية؛ فالعكس صحيح. إن استحالة الحرب بالأسلحة النووية قد تعمل كحافزٍ على الحروب الصغيرة. فإذا ما اقتنعت أمة أو جماعة سياسية بحقِّها التاريخي أو الأخلاقي في أن تفرض بالقوة تغييرًا ما في الوضع الراهن فستشعر أن استخدام الأسلحة التقليدية لغرَضها لن يجلب وراءه أية مخاطر كبيرة، ستفترض أن العدو بالتأكيد لن يلجأ إلى الأسلحة النووية، ذلك أن هذا العدو المُخطئ تاريخيًّا وأخلاقيًّا لن يجرؤ على حربٍ واسعة النطاق. وهذا الوضع سيغري بدوره الدول الأخرى أن تقول إنه إذا ما شنَّ عليها المعتدون حربًا صغيرة فسيكون الرد بالأسلحة النووية. الواضح إذن أن الخطر باقٍ. من الجائز جدًّا — بعد نحو عشرين أو ثلاثين عامًا من الآن — أن يحدث في العالم تغيُّرات ضخمة تخفض كثيرًا أو تمنع تمامًا خطر الحروب الكبيرة، خطر استخدام كل الموارد التقنية لإبادة الخصم، لكن الطريق إلى هذا الوضع الجديد يمتلئ بالمخاطر الهائلة. لا بد أن نُدرك — كما أدركنا في كل الأزمنة السابقة — أن ما يبدو شرعيًّا لجانب — تاريخيًّا وأخلاقيًّا — قد يبدو باطلًا للجانب الآخر. ولن يكون بقاء الوضع على ما هو عليه هو الحل الصحيح دائمًا، على العكس من ذلك، فقد يكون من المُهم أن نجد وسيلةً سلمية للتعديل إلى أوضاع جديدة. وقد يصعب في الكثير من الحالات أن نصِل إلى أي قرارٍ عادل. وعلى هذا فربما لا يكون من التشاؤم أن نقول إننا لا نستطيع أن نتجنَّب الحرب الكبيرة إلا إذا كانت كل الجماعات السياسية المختلفة مستعدةً للتخلِّي عن بعض ما تراه حقًّا واضحًا لها — وذلك بالنظر إلى حقيقة أن موضوع الحق والباطل أمر تتباين فيه رؤية الطرفين. هذه مؤكدًا ليست وجهة نظر جديدة، إنها في الحقيقة تطبيق لذلك الموقف الذي علَّمتنا إياه الأديان العظيمة، من قرونٍ بعيدة.

أثار ابتكار الأسلحة النووية أيضًا مشاكل جديدة تمامًا للعلم والعلماء. غدا الأثر السياسي للعلم أكبر بكثير مما كان له قبل الحرب العالمية الثانية. ولقد وضعت هذه الحقيقة على كاهل العالِم مسئوليةً مزدوجة، لا سيما العالم الفيزيائي. فهو إما أن يتَّخذ دورًا نشطًا في إدارة بلده بشأن أهمية العلم للمجتمع، وهنا سيواجه في نهاية المطاف مسئولية اتخاد قرارات ذات وزنٍ رهيب تمضي لأبعد من دائرة بحثِه الضيِّقة وعمله الجامعي الذي تعوَّد عليه، أو أن ينسحب طوعًا من الاشتراك في اتخاذ القرارات، وهنا سيظل مسئولًا عن أية قرارات خاطئة اتُّخذت كان في مقدوره، لو أراد، أن يمنعها إذا لم تكن الحياة الناعمة للعلماء قد راقته. الواضح أن مهمة العلماء أن يُخبروا حكوماتهم بالتفصيل عن الخراب الذي لم يسبق له مثيل الذي سيحلُّ إذا نشبت حرب بالأسلحة النووية، ثم إن العلماء كثيرًا ما يُطلب منهم الاشتراك في وضع القرارات الجليلة من أجل السلام العالمي، لكني لا بد أن أعترف، بالنسبة لهذا الأمر الأخير، أنني أبدًا لم أجد معنًى لأية تصريحاتٍ من هذا القبيل. قد تبدو هذه القرارات إثباتًا طيبًا لحُسن النية، لكن كل من يتحدث عن السلام دون أن يُحدد بدقة شروطه، لا بدَّ أن نرتاب فورًا في أنه إنما يعني ذلك النوع من السلام الذي يُفيده هو وجماعته — وهذا بالطبع سلام لا جدوى منه على الإطلاق. إن أيَّ إعلان مُخلص للسلام لا بدَّ أن يتضمن قائمةً بما نحن مستعدُّون أن نُضحي به من أجل الحفاظ على السلام. وليس لدى العلماء — كقاعدة — السلطة للإدلاء بتصريحاتٍ من هذا النوع.

يستطيع العالم في نفس الوقت أن يقوم بما يُمكنه لتشجيع التعاون الدولي في هذا المجال. إن الأهمية القصوى لارتباط العديد من الحكومات بالبحث في الفيزياء النووية في أيامنا هذه، وحقيقة أنَّ مستوى العمل العلمي ما يزال يتباين كثيرًا بين الدول المختلفة، إنما تُزكيان التعاون الدولي في هذا المجال. ولقد يتجمع شباب العلماء من الدول المختلفة في معاهد بحثية يجري بها نشاط كبير في مجال الفيزياء الحديثة. عندئذٍ سيشجع العمل المشترك في المشاكل العلمية الصعبة، التفاهم المُتبادَل بينهم. ثمة حالة حدثت في منظمة جنيف أمكن فيها بالمجهود المشترك التوصُّل إلى اتفاقٍ بين عددٍ من الدول لتشييد معمل عام، ولبناء التجهيزات التجريبية الغالية الثمن للبحث في الفيزياء النووية. سيُساعد مثل هذا النوع من التعاون بالتأكيد في بناء موقفٍ عامٍّ نحو مشاكل العلم — بل وشائع حتى لأبعد من المشاكل العلمية البحتة — بين أفراد الجيل الجديد من العلماء. طبيعي أننا لا نعرف مسبقًا ماذا سينمو عن البذور التي بذرت بهذه الطريقة عندما يعود العلماء إلى بيئاتهم الأصلية ويشاركون في تقاليدهم الثقافية. لكنَّا لا نشك في أنَّ تبادل الأفكار بين شباب العلماء من الأقطار المختلفة ومن الأجيال المختلفة في كل قطر سيساهم في الوصول، دون الكثير من التوتر، إلى وضعٍ متزن ما بين القوى التقليدية القديمة وبين الحاجات الملحَّة للحياة المعاصرة. ثمة ملمح من ملامح العلم يجعل منه الأكثر ملاءمةً لتوطيد أول رابطة قوية بين التقاليد الثقافية المختلفة. ذلك هو حقيقة أن الأحكام النهائية حول قيمة أي عملٍ علمي، حول ما هو صحيح وما هو خاطئ فيه، لا تعتمد على سلطة إنسان، فلقد يتطلب الأمر أحيانًا سنينَ طويلة قبل أن نصِل إلى حلٍّ لمشكلة، قبل أن نستطيع أن نُميز الصحيح من الخاطئ، ولكنا نستطيع في النهاية أن نفصل في القضية، ويكون القرار من صنع الطبيعة لا من صنع أية جماعة من العلماء. لذا تنتشر الأفكار العلمية بين المهتمين بالعلم بطريقة تختلف تمامًا عن طريقة انتشار الأفكار السياسية.

وبينما يمكن للأفكار السياسية أن تحظى بتأثيرٍ مُقنع على الجماهير الغفيرة من الناس لمجرد أنها تتوافق — أو يبدو أنها تتوافق — مع الاهتمامات السائدة لديهم، فإن الأفكار العلمية تنتشر فقط بسبب كونها صحيحةً. ثمة معايير موضوعية وغائية تؤكد صحة التعبير العلمي.

وكل ما قيل هنا عن التعاون الدولي وتبادل الأفكار لا شك ينطبق أيضًا على أي فرعٍ من أفرع العلم الحديث. إنه ليس مقصورًا بالتأكيد على الفيزياء الذرية. فالفيزيقا الحديثة — في هذا الخصوص — ليست سوى واحدٍ من أفرع كثيرة من العلم. وحتى لو كانت تطبيقاتها التقنية تُضفي وزنًا خاصًّا لهذا الفرع — الأسلحة والاستخدام السلمي للطاقة الذرية — فليس ثمة من سببٍ لكي نعتبر أن للتعاون الدولي في هذا المجال أهمية تفوق أهميته في أي مجالٍ آخر. لكن علينا الآن أن نُناقش ملامح الفيزياء الحديثة التي تختلف جوهريًّا عن التطور السابق في العلوم الطبيعية، وعلينا إذن أن نعود مرة أخرى إلى التاريخ الأوروبي لهذا التطوُّر الذي نشأ عن مزيج العلوم الطبيعية والتقنية.

ناقش رجال التاريخ كثيرًا قضية ما إذا كانت ثورة العلوم الطبيعية بعد القرن السادس عشر هي مجرد نتيجة طبيعية لما سبقها من اتجاهات في التفكير البشري. يُمكننا أن نقول إن ثمة اتجاهات مُعينة في الفلسفة المسيحية قد أدَّت إلى مفهوم مجرد للغاية عن الإله، أنها قد وضعت الإله بعيدًا فوق العالم حتى ليبدأ الفرد في تأمُّل العالم الخارجي، دون أن يرى الإله أيضًا — في الوقت نفسه — في العالم، ولقد نعتبر أن القسمة الديكارتية هي الخطوة الأخيرة في هذا التطور، وقد نقول أيضًا إن كل الخلافات اللاهوتية بالقرن السادس عشر قد سبَّبت استياءً عامًّا بالنسبة لمشاكل لم تُحسَم بالعقل، وتعرَّضت للصراعات السياسية في ذلك الزمن وإن هذا الاستياء قد وجَّه الاهتمام إلى المشاكل البعيدة تمامًا عن الجدل اللاهوتي، وربما كان لنا أيضًا أن نُشير إلى ذلك النشاط الهائل، تلك الروح الجديدة التي دبَّت في التجمُّعات الأوروبية خلال عصر النهضة، على أية حال، فلقد ظهرت في تلك الحقبة سلطة جديدة مُستقلة تمامًا عن الدين المسيحي والفلسفة المسيحية والكنيسة، تلك هي سلطة الخبرة، سلطة الواقع التجريبي. يُمكننا أن نرجع بهذه السلطة إلى أقدم الاتجاهات الفلسفية، سنجدها مثلًا في فلسفة أوكام، وضنس سكوطس، لكنها لم تصبح قوة حيوية للنشاط الإنساني إلَّا من القرن السادس عشر. لم يفكر جاليليو فقط في الحركات الميكانيكية، في البندول والحجر الساقط، إنما حاول بالتجربة أن يعرف كميًّا، كيف تحدُث هذه التحركات. والمؤكد أن هذا النشاط الجديد لم يكن في بداياته انحرافًا عن الدين المسيحي التقليدي، على العكس، لقد نتحدث عن نوعَين من الوحي الإلهي؛ أحدهما في الإنجيل مكتوب، والآخر في كتاب الطبيعة موجود. كتب الإنسان الكتاب المقدس، ومِن ثم فقد كان عرضةً للخطأ، أما الطبيعة فهي التعبير المباشر لأغراض الإله.

ارتبط التأكيد على الخبرة بتغيُّرٍ بطيءٍ تدريجي في وجه الواقع، فما نُسميه الآن المعنى الرمزي للشيء، كان يُعتبر في العصور الوسطى — بشكلٍ ما — واقعًا أوليًّا للشيء. لقد تغير وجه الواقع في اتجاه ما يمكن أن نُدركه بحواسِّنا. فما يمكن أن نراه ونلمسه قد أصبح الواقع الأولي. ومِن الممكن أن نربط مفهوم الواقع هذا بنشاطٍ جديد: في مقدورنا أن نُجرب ونرى واقع الأشياء. من السهل أن نرى أن هذا الموقف يعني تحوُّل الذهن البشري إلى مجالٍ عريض من الإمكانات الجديدة، ومن السهل أن نفهم لماذا وجدت الكنيسة في هذه الحركة الجديدة الأخطار لا الآمال. وتُمثل المحاكمة الشهيرة لجاليليو، بسبب آرائه في النظام الكوبرنيكي، بداية صراعٍ استمر أكثر من قرن. في هذا الخلاف يمكن لمُمثلي العلوم الطبيعية أن يُحاجُّوا بأن التجربة تُقدِّم حقيقة لا تقبل الجدل، أنه ليس ثمة لسلطة بشرية أن تُقرر ما يحدث بالفعل في الطبيعة، أن القرار هو قرار الطبيعة، أو — في هذا المعنى — هو قرار الإله، أما مُمثلو الدين التقليدي فقد حاجوا بأن الاهتمام البالغ بالعلم المادي، بما نُدركه بحواسنا، سيؤدي إلى أن نفقد الصلة بالقِيَم الجوهرية للحياة الإنسانية، بذلك الجزء من الواقع الأسمى مِن العالم المادي. هاتان الحُجَّتان لا تتلاقيان. لم تُحسَم المشكلة إذن باتفاقٍ أو حكم.

في غضون ذلك كانت العلوم الطبيعية تتقدم لتصل إلى صورةٍ للعالم المادي أوضح وأوسع. كان لهذه الصورة في الفيزيقا أن توصف باستخدام تلك المفاهيم التي نُسميها في أيامِنا هذه مفاهيم الفيزيقا الكلاسيكية. يتألَّف العالم من أشياء في المكان والزمان، والأشياء تتألَّف من مادة، والمادة تُنتِج القوى وتتأثر بها. تنشأ الوقائع عن التفاعُل بين المادة والقوى، فكل واقعة هي نتيجة وعلَّة لوقائع أخرى. في نفس الوقت تغيَّرَ موقف الإنسان من الطبيعة من موقف تأمُّلي إلى موقف برجماتي. فنحن لا نهتم بالطبيعة كطبيعة، إنما نسأل عما يمكن أن نفعل بها. وعلى هذا فقد تحوَّلت العلوم الطبيعية إلى علوم تقنية، وارتبط كل تقدُّم في المعرفة بالفائدة العملية التي تعود علينا منه. ولم يكن هذا صحيحًا فقط في الفيزياء، فلقد كان الموقف مشابهًا في الكيمياء والبيولوجيا. وأسهم نجاح المناهج الجديدة في الطب وفي الزراعة في نشر الاتجاهات الجديدة.

بهذه الطريقة طوَّر القرن التاسع عشر في النهاية إطارًا للعلوم الطبيعية غاية في الصلابة، إطارًا شكَّل العلم مثلما شكَّل وجهة النظر العامة لكُتَلٍ غفيرة من البشر. دعمت هذا الإطارَ المفاهيمُ الجوهرية للفيزياء الكلاسيكية، الفضاء والزمان والمادة والعلِّية. كان مفهوم الواقع يسري على الأشياء أو الوقائع التي يمكن أن نُدركها بحواسِّنا أو التي يمكن ملاحظتها عن طريق الأدوات الدقيقة التي وفَّرها العلم التقني. كانت المادة هي الواقع الأولي، وصُوِّر التقدم العلمي على أنه حملة غزو لعالَم المادة. كانت المنفعة هي شعار تلك المرحلة.

لكن هذا الإطار كان من الضِّيق والصرامة حتى ليصعُب أن نجد فيه مكانًا للكثير من مفاهيم لُغتنا، المفاهيم التي انتسبت دائمًا إلى جوهر اللغة ذاته، مثل مفهوم الذهن ومفهوم روح الإنسان ومفهوم الحياة. لم يعُد في الإمكان إدخال الذهن إلى الصورة العامة إلَّا كمرآة لعالم المادة. وعند دراسة خصائص هذه المرآة في علم السيكولوجيا، فثمَّة ما يُغري العلماء دائمًا — إذا كان لي أن أمضي في التشبيه — أن يهتمُّوا بخصائصها الميكانيكية لا البصرية، بل ولقد حاولوا حتى هنا أن يُطبقوا مفاهيم الفيزياء الكلاسيكية، مفهوم العلِّية في المقام الأول. بنفس الشكل كانت الحياة تُفسَّر كعملية فيزيقية كيماوية تتحكَّم فيها القوانين الطبيعية وتحكُمها العلِّية تمامًا. ولقد وفَّر مفهوم التطوُّر لداروين شواهد كثيرة لهذا التفسير، وبصورةٍ خاصة، كان من الصعب أن نجد في هذا الإطار مكانًا لتلك الأجزاء من الواقع التي كانت موضوع الدين التقليدي ثم تحوَّلت الآن لتُصبح خيالات. وعلى ذلك فقد ثار عداء صريح ضد العِلم في تلك الدول الأوروبية التي تعوَّدت تتبُّع الأفكار حتى نتائجها، وحتى في غير هذه مِن الدول كان ثمَّة اتجاه مُتزايد نحو اللامبالاة بمِثل هذه القضايا. لم يُستَثْنَ مِن هذا الاتجاه إلا القِيَم الأخلاقية بالدين المسيحي، على الأقل في ذلك الوقت. كانت الثقة في المنهج العلمي وفي التفكير العقلي قد حلَّت محلَّ سواها ممَّا يحمي الذهن البشري.

فإذا عدنا الآن إلى مساهمات الفيزياء الحديثة، فلقد نقول إن أهم ما أحدثته نتائجها من تغيُّرات هو القضاء على الإطار الصارم من مفاهيم القرن التاسع عشر. والحقيقة أن ثمة الكثير من المحاولات قد بُذِلت للتخلُّص من هذا الإطار، الذي بدا أضيقَ من أن يسمح بتفهُّم الأجزاء الجوهرية من الواقع، لكنَّ أحدًا لم يتمكن من معرفة أوجه الخطأ في المفاهيم الجوهرية — كمفهوم المادة، والفضاء، والزمن، والعلِّية — التي نجحت تمامًا على طول تاريخ العلم. لم يكن غير البحث التجريبي نفسه — ذلك الذي يُجرَى بكلِّ الأدوات المُنقحة التي أمكن للعِلم التقني تقديمها — وغير تفسيره الرياضي، ما يستطيع أن يوفر الأساس لتحليلٍ نقدي لهذه المفاهيم — ولقد نقول: أن يُفرض التحليل النقدي بالقوة — لينتهي في آخر المطاف بانهيار ذلك الإطار الصارم.

ولقد وقع هذا الانهيار على مرحلتَين مميزتَين؛ كانت الأولى — ومن خلال نظرية النسبية — هي اكتشاف أن المفاهيم الأساسية، مثل الفضاء والزمن، يُمكن أن تُغيَّر، بل ويجب في الحقيقة أن تُغيَّر بسبب الخبرة الجديدة. لم يكن هذا التغيُّر يتعلق بمفهومَي الفضاء والزمن في اللغة المألوفة، الغامضين بعض الشيء، لكنه كان يختصُّ بصياغتهما الدقيقة في اللغة العلمية لميكانيكا نيوتن التي اعتُبرت — خطأً — نهائية. أما المرحلة الثانية فقد كانت مناقشة مفهوم المادة الذي فرضته النتائج التجريبية الخاصة بِبنية الذرة. ربما كانت فكرة واقعية المادة هي أقوى أجزاء ذلك الإطار الصارم لمفاهيم القرن التاسع عشر. كان من الضروري أن تُحوَّر هذه الفكرة على الأقل بالنسبة للخبرة الجديدة. ومرة أخرى بقِيَت المفاهيم دون أن تُمَس في اللغة المألوفة. لم يكن ثمَّة صعوبة في التحدُّث عن المادة أو عن الوقائع أو عن الواقع، عند وصف التجارب الذرية ونتائجها. لكنَّ الاستقراء العلمي لهذه المفاهيم في أصغر أجزاء المادة لا يُمكن أن يتم بالطريقة البسيطة التي تقترحها الفيزياء الكلاسيكية، إن يكن قد حَدَّد — خطأً — النظرة العامة إلى مشكلة المادة.

بادئ ذي بدءٍ علينا أن نعتبر هذه النتائج الجديدة تحذيرًا بألَّا نفرض تطبيقات المفاهيم العلمية قسرًا في ميادين لا تنتمي إليها. فتطبيق مفاهيم الفيزيقا الكلاسيكية، في الكيمياء مثلًا كان خطأً. وعلى هذا فإنَّا لا نميل اليوم إلى التأكيد بإمكان تطبيق مفاهيم الفيزياء، بل وحتى مفاهيم نظرية الكم، في كل مجال بالبيولوجيا أو غيرها من العلوم. على العكس من ذلك، سنحاول أن نُبقي الباب مفتوحًا لدخول مفاهيم جديدة، حتى في تلك الأفرع من العلم التي أفادت المفاهيم القديمة فيها كثيرًا، في تفهُّم الظواهر. وفي تلك المواضع، على وجه الخصوص، التي يبدو أن تطبيق المفاهيم الأقدم فيها يتم قسرًا، أو التي تبدو غير كافية تمامًا للمشكلة، حتى في هذه، علينا أن نحاول تجنُّب أي استنباطات مُتسرعة.

من أهم ملامح تطوُّر وتحليل الفيزياء الحديثة، هناك تلك الخبرة بأن مفاهيم اللغة المألوفة — وبها ما بها من غموض التعريف — تبدو أكثر ثباتًا عند اتساع المعرفة، مقارنة بالمصطلحات الدقيقة للغة العلمية المُشتقة عن مجاميع محدودة من الظواهر. وهذا في الواقع ليس بمُستغرَب لأن مفاهيم اللغة الاعتيادية إنما تتشكَّل عن الاتصال المباشر بالواقع، إنها تُمثل الواقع. من الصحيح أنها ليست مُحددة تمامًا، ومِن ثَم فقد تتغير مع الزمن، تمامًا مثل الواقع نفسه، لكنها لا تفقد أبدًا الصِّلة المباشرة بالواقع. أما المفاهيم العلمية فهي على العكس، قد جُعِلت مثالية. إنها تُشتَق من خبرة نُحصلها بأدوات تجريبية مُحسَّنة، وهي دقيقة التحديد ببديهيَّاتها وتعريفاتها. ومن خلال هذه التعريفات الدقيقة يمكن أن نربط المفاهيم بالمشروع الرياضي، وأن نشتقَّ رياضيًّا ذلك التنوُّع اللانهائي من الظواهر الممكنة في هذا المجال. لكنا، بالتعريف الدقيق وبِجعلِها مثالية، نفقد الارتباط المباشر بالواقع. ستظلُّ المفاهيم تُناظِر الواقع كثيرًا في ذلك الجزء من الطبيعة الذي وُضِع تحت البحث، لكنَّا قد نفقد التناظُر في أجزاء أخرى تشمل مجاميع أخرى من الظواهر.

فإذا ما تذكَّرنا الثبات الأصيل لمفاهيم اللغة العادية في عملية التطوير العلمي، فسنجد، بعد خبرة الفيزياء الحديثة، أن موقفنا نحو مفاهيم كالذِّهن أو روح الإنسان أو حياته، أو الإله، سيختلف عن موقف القرن التاسع عشر، لأن هذه المفاهيم تنتمي إلى اللغة العادية، ولها بالتالي ارتباط مباشر بالواقع. من الصحيح أننا سنُدرك أيضًا أن هذه المفاهيم ليست مُحددة تمامًا بالمعنى العلمي، وأن تطبيقها قد يقود إلى تناقُضات مختلفة، لكن علينا في الوقت الحالي أن نأخُذها كما هي دون تحليل، عارِفين أنها تلمس الواقع. ولقد يكون من المُفيد في هذا الخصوص أن نتذكَّر أننا حتى في أكثر فروع العلم دقة — في الرياضة — لا نستطيع أن نتجنَّب استخدام مفاهيم تتضمَّن تناقُضات؛ فمن المعروف مثلًا أن مفهوم اللانهاية يؤدي إلى تناقُضات أمكن تحليلها. لكن مِن المُستحيل أن نبني الأجزاء الأساسية للرياضة دون هذا المفهوم.

كان الاتجاه العام للتفكير البشري بالقرن التاسع عشر ينحو إلى الثقة المتزايدة في المنهج العلمي وفي المصطلحات العقلية الدقيقة، كما قاد إلى ارتيابية عامَّة فيما يتعلق بمفاهيم اللغة العادية التي لا تُلائم الإطار المُغلق للتفكير العلمي — مفاهيم الدِّين على سبيل المثال. لقد تسبَّبت الفيزياء الحديثة بطُرقٍ شتَّى في زيادة هذه الارتيابية، لكنها في نفس الوقت حوَّلتها ضد المُغالاة في تقدير المفاهيم العلمية الدقيقة، ضد وجهة نظر مُغالية في التفاؤل بالنسبة للتقدُّم على وجه العموم، ثُم في النهاية ضد الارتيابية نفسها. والارتيابية ضد المفاهيم العلمية الدقيقة لا تعني ضرورة وجود حدٍّ مُعين لتطبيق التفكير العقلي. على العكس، فربما جاز لنا القول إن القدرة البشرية على الفَهم قد تكون، بمعنًى ما، لا محدودة. لكن المفاهيم العلمية الموجودة لا تُغطي دائمًا إلَّا مجالًا محدودًا للغاية من الواقع. أما الجزء الباقي الذي لم يُفهم بعدُ فهو لامُتناهٍ، فحيثما تقدَّمنا من المعروف إلى المجهول، فقد نأمُل أن نفهم، لكن قد يكون علينا أيضًا أن نتعلم في نفس الوقت معنًى جديدًا لكلمة «الفهم». إننا نعرف أن أيَّ فهمٍ لا بد أن يرتكز في النهاية على اللغة العادية؛ ففيها فقط يُمكننا التأكُّد من أننا نلمس الواقع، ومِن ثَم فلا بد أن نرتاب في الارتيابية، فيما يتعلَّق بهذه اللغة الطبيعية ومفاهيمها الجوهرية. وعلى هذا فقد نستخدِم هذه المفاهيم كما كانت تُستعمَل طول وقت. بهذه الطريقة ربما كانت الفيزياء الحديثة قد فتحت الباب لنظرةٍ أوسع على العلاقة بين الذهن البشري والواقع.

يتوغَّل هذا العلم الحديث إذن في أيامنا هذه إلى مناطق أخرى من العالم، حيث التقاليد الثقافية تختلف تمامًا عن الحضارة الأوروبية. وهناك لا بدَّ أن يظهر أثر هذا النشاط الجديد في العلوم الطبيعية والتقنية بشكلٍ أقوى بكثيرٍ من أوروبا، لأن تغيُّر ظروف الحياة الذي استغرق في أوروبا قرنَين أو ثلاثة سيتم هناك خلال بضعة عقود. ولنا أن نتوقَّع أن يبدو هذا النشاط الجديد في مواقع كثيرة كتدهورٍ في الثقافة القديمة، كموقف بربري قاسٍ يُقلق التوازن الحساس الذي عليه ترتكز السعادة البشرية. لا يمكن تجنُّب مثل هذه النتائج ولا بد أن تُؤخَذ كسِمَةٍ من سمات زماننا هذا. لكن، حتى هنا، سنجد أن انفتاح الفيزيقا الحديثة قد يساعد إلى حدٍّ ما في التوفيق بين التقاليد القديمة والاتجاهات الحديثة في الفكر. وعلى سبيل المثال فإن ما قامت به اليابان من إسهامٍ علمي كبير في مجال الفيزياء النظرية منذ الحرب الأخيرة قد يُعتبَر دليلًا على وجود علاقة ما بين الأفكار الفلسفية في تقاليد الشرق الأقصى وبين الجوهر الفلسفي لنظرية الكم. وقد يكون من الأبسط أن نُكيف أنفسنا مع مفهوم الواقع الكمَّاتي النظري إذا لم نتَّخذ طريقة التفكير المادية الساذجة التي كانت تعمُّ أوروبا في العقود الأولى من هذا القرن.

طبيعيٌّ أنه لا يصحُّ أن نُسيء فهم مثل هذه الملاحظات فنعتبرها تهوينًا من شأن الدمار الذي قد يحدث، أو الذي قد حدث، للتقاليد الثقافية القديمة تحت تأثير التقدُّم التقني. لكن لمَّا كان هذا التطوُّر قد تجاوز سيطرة القوى البشرية من زمان بعيد، فعلينا أن نقبله كملمحٍ من أهم ملامح عصرنا، وعلينا أن نحاول أن نربطه، للمدى المُمكن، بالقِيَم البشرية التي كانت دائمًا هدف التقاليد القديمة، الثقافية والدينية. وربما كان لنا أن نستشهد بالقصة التالية: كان هناك حاخام (رابي) يهودي مشهود له بالحكمة، إليه يلجأ الناس طلبًا للنصيحة. زارَه يومًا رجل أصابه اليأس بسبب كل ما جرى حوله من تغيُّرات، وأخذ يحكي في أسًى عما وقع له من أضرار من جرَّاء ما يُسمى بالتقدُّم التقني. صاح مستنكرًا: ما فائدة كل هذه التقنيات المُزعجة بالنسبة للقِيَم الحقة للحياة؟ أجابه الرابي «قد يكون الأمر كذلك، لكنك لو اتخذت الموقف الصحيح فسيُمكنك أن تتعلم من كل شيء.» ردَّ الزائر «كلَّا! ماذا يُمكن أن أتعلم من أشياء تافهة كقطارات السكة الحديد أو التليفون أو التلغراف؟» أجاب الرابي «إنك مُخطئ، فمن القطارات يمكنك أن تتعلم أنك قد تفقد كل شيء بسبب لحظة تأخير. ومن التلغراف يُمكنك أن تعرف أن لكلِّ كلمة ثمنًا ويمكنك من التليفون أن تتعلَّم أن ما تقوله هنا قد يُسمع هناك.» فَهِم الزائر ما يَعنيه الرابي ومضى.

وأخيرًا، فلقد تغلغل العلم الحديث في تلك المناطق الواسعة من عالَمنا المعاصر الذي نشأت فيه المذاهب الحديثة من عقود قليلة، كأساسٍ لمُجتمعات جديدة قوية. في هذا العالم يواجِه العلم الحديث مُحتَوى المذاهب — التي تعود إلى الآراء الفلسفية الأوروبية للقرن التاسع عشر (هيجل وماركس) — كما يواجِه أيضًا ظاهرة العقيدة المُتزمِّتة. ولمَّا كان من الضروري أن تلعب الفيزياء دورًا كبيرًا في هذه الدول بسبب تطبيقاتها العملية، فمِن الصعب على من تفهَّم الفيزياء الحديثة ومعناها الفلسفي أن يتجنَّب الشعور بضيق هذه المذاهب. وعلى هذا فقد يحدُث هنا التفاعُل بين العلم والاتجاه العام للفِكر. طبيعي أنه لا يجوز أن نُبالغ في تقدير أثر العلم، لكن انفتاح العلم الحديث قد يُسهِّل حتى على الجماهير الغفيرة أن ترى أن المذاهب قد لا يكون لها ما افتُرِض من أهمية بالنسبة للمجتمع. بهذه الطريقة فإن أثر العِلم الحديث قد يُزكي موقفًا متسامحًا، ومِن ثم فقد تثبت قيمته.

من ناحية أخرى سنجد أن لظاهرة العقيدة المُتزمتة وزنًا أكبر بكثير من بعض الأفكار الفلسفية للقرن التاسع عشر، لا يُمكننا أن نتجاهل حقيقة أنه من النادر أن تكون لدى الغالبية العظمى من الناس أية أحكام واضحة خاصة بصحة أفكار مُعينة عامة أو مذاهب. وعلى هذا فإن كلمة «العقيدة» قد لا تعني، بالنسبة لهذه الأغلبية، إدراك حقيقة شيءٍ ما، وإنما تُفهم على أنها «اعتبار هذا أساسًا للحياة». يُمكننا بسهولة أن نفهم أن هذا الضرب الثاني من العقيدة هو الأكثر رسوخًا وثباتًا، وأنه يصمد حتى أمام المُتناقضات في الخبرة المباشرة، ومِن ثم فلا تهزُّه المعرفة العلمية المضافة. يوضح تاريخ العقدين الماضيين أمثلةً كثيرة على أن البعض قد يعتنقون الضرب الأخير من العقيدة، لدرجة تبدو مُنافية تمامًا للعقل، فلا ينتهي إلَّا بالوفاة. ويُعرفنا العلم والتاريخ أن هذا الضرب من العقيدة قد يُصبح خطرًا جسيمًا على من يعتنقه، لكن قد لا يكون لمِثل هذه المعرفة أية جدوى، إذ ليس ما يدلُّنا على وسيلة لتجنُّبها. وعلى هذا فسنجِد أن مثل هذه العقيدة دائمًا ما تنتمي إلى القوى المُحركة في تاريخ البشر. فإذا نظرنا إلى التقاليد العلمية للقرن التاسع عشر، فقد نأمُل أن تُبنى كل المعتقدات على التحليل العقلي لكل حجَّة، على تروٍّ دقيق، وأن الواجب ألَّا يوجَد أصلًا هذا الضرب الثاني من العقيدة — الذي تؤخَذ فيه حقيقة ما، واقعية أو ظاهرية، أساسًا للحياة. إن التروي الحذر المبني على الحُجج العقلية الخالصة قد يُجنِّبنا الكثير من الأخطاء والأخطار، لأنه يسمح بإعادة التكيُّف مع الأوضاع الجديدة — وقد يكون هذا شرطًا ضروريًّا للحياة. فإذا رجعنا إلى خبرتنا مع الفيزياء الحديثة، فمن السهل أن نرى ضرورة أن يُوجَد دائمًا تتامٌّ جوهري بين التروي وبين القرار. سيصعب دائمًا في القرارات العملية بحياتنا أن نُعالج كل الحجج في صفِّ قرارٍ أو ضده، وعلى ذلك فإنا عادة ما نتصرَّف على أساس بيِّنةٍ غير كافية. نتخذ القرار في النهاية بإهمال كلِّ الحجج — ما فهمناه منها وما قد يظهر بالتروي — وبالتوقُّف عن أي تأمُّل أبعد. وقد يكون القرار نتيجة التروي، لكنه سيكون في نفس الوقت متمِّمًا للتروي، هو يستبعِد التروي. إن عنصر اللامعقولية المحتوم هذا موجود حتى في أهم قرارات حياتنا. والقرار في حدِّ ذاته ضروري، فلا بد من وجود ما نركن إليه، مبدأ ما يوجه أفعالنا. وبدون موقف واضح تفقد أفعالنا كل قِيمتها. وعلى هذا فلا يمكن أن نتفادى القول بأن ثمَّة حقيقة — واقعية أو ظاهرية — تُشكل أساس الحياة. ولا بد أن نُسلم بهذه الحقيقة فيما يتعلق بمن يدينون بمبدأ يختلف عن مبدئنا.

فإذا تساءلنا عما نستنبطه من كل ما قيل عن العلم الحديث، فربما كان لنا أن نُقرر أن الفيزياء الحديثة ليست سوى فرع واحد — إن يكن مميزًا للغاية — من عملية تاريخية عامة تتَّجه إلى توحيد وتوسيع عالمنا المعاصر. وستقود هذه العملية في ذاتها إلى تناقُض تلك التوترات الثقافية والسياسية التي تصنع أكبر أخطار زماننا. لكنها تصطحب معها عمليةً أخرى تعمل في اتجاه مضاد. لقد أدركت معظم الجماهير عملية التوحيد هذه، وهذا سيؤدي إلى إثارة كل قوى المجتمعات الثقافية الموجودة لتحاول أن تضمن أكبر دورٍ ممكن لقِيَمها التقليدية في الوضع النهائي للتوحيد. بهذا ستتزايد التوترات، إذ إن العمليتين المتنافستين مُرتبطتان ارتباطًا وثيقًا بعضهما ببعض حتى إن أي تكثيفٍ في عملية التوحيد — عن طريق التقدم التقني الحديث مثلًا — سيُكثف أيضًا الصراع على التأثير في الوضع النهائي، وبذا يُضيف إلى قلقلة الوضع الانتقالي. ربما كان دور الفيزياء صغيرًا في عملية التوحيد الخطرة هذه لكنها تُفيد في نقطتَين حاسمتَين تمامًا في توجيه التحرُّك نحو نوعٍ من التطوُّر أكثر هدوءًا، فهي تُبين أولًا أن استخدام السلاح في العملية سيكون بمثابة كارثة. وهي ثانيًا، ومن خلال انفتاحها على كل أنواع المفاهيم، تُثير الأمل في تعايُش الكثير من التقاليد الثقافية المختلفة، عند الوضع النهائي للتوحيد، وفي تجميع المُحاولات البشرية المختلفة في شكلٍ جديد من التوازن بين الفكر والعمل بين النشاط والتأمُّل.

معجم بالمصطلحات الإنجليزية

إنجليزي-عربي

A

مطلق | absolute
مجرد | abstract
تجريد | abstraction
تعجيل | acceleration
صوتيات | acoustics
حقيقة واقعة | actuality
لا أدرية | agnosticism
إبهام – غموض | ambiguity
سَعة | amplitude
العزم الزاوي | angular momentum
دثور | annihilation
نقيضة | antinomy
نقيض القضية | anti-thesis
بعدي | a posteriori
ظاهري | apparent
قبلي | a priori
تحكُّمي | arbitrary
حجة | argument
تقرير | assertion
افتراض | assumption
ذريون | atomists
في حالة سكون | at rest
موقف | attitude
صفة الجوهر | attribute
سلطة | authority
بديهية | axiom
نسق استنباطي | axiomatic system

B

الصيرورة | becoming
الموجود | being
اعتقاد | belief
طاقة الترابط | binding energy
سطوع | brilliance

C

مقنن | canonical
ديكارتي | cartesian
علِّية | causality
سببية | causation
علَّة | cause
يقين | certainty
عماء | chaos
شحنة | charge
غرفة سحابية | cloud chamber
حالة المعية | coexistent state
تزامك | coincidence
تصادم | collision
تتام | complementarity
عدد مركب | complex number
مفهوم | concept
إدراك ذهني | conception
تصوُّرية | conceptionalism
عينيات | concreta
عينية | concreteness
شرط | condition
فضاء التشكيل | configuration space
مفترضات | constructs
محتوى | content
سياق | context
تقلص | contraction
تناقضات | contradictions
تحكم | control
مواضعات | conventions
تناظر | correspondence
معيار | criterion
ثقافة | culture

D

تضاؤل | damping
اضمحلال | decay
استنباط | deduction
استنباطي | deductive
انحراف | deflection
تروٍّ | deliberation
عزم | determination
حتماني | deterministic
المادية الجدلية | dialectic materialism
حيود | diffraction
أبعادي | dimensional
اضمحلال | disintegration
قسمة | division
مذهب | doctrine
عقيدة | dogma
ثنائية | dualism

E

جذر كامن | eigen value
اهتزاز المرونة | elastic vibration
موجة مرنة | elastic wave
قشرة إلكترونية | electronic shell
التجربة | empeiria
تجريبي | empirical
طاقة | energy
فهم | entendement
كيان | entity
إنتروبيا | entropy
معرفة | episteme
إبستمولوجية | epistemology
مساواة | equality
تكافؤ | equivalence
جوهري | essential
أزلي | eternal
حادثة – واقعة | event
بيِّنة | evidence
وجود | existence
من العدم | ex nihilo
مفكوك | expansion
خبرة | experience
امتداد – توسيع | extension
استقرار | extrapolation

F

واقعة | fact
واقعي | factual
جبرية | fatalism
غائي | final
متناهٍ | finite
انشطار | fission
قوة | force
صوري | formal
صورية | formalism
تردُّد | frequency
دالَّة | function

G

جيوديسي | geodetical
الحالة الأرضية (العادية) | ground state

H

توافقيات | harmonics
فرض | hypothesis

I

فكرة | idea
مثالية | idealism
مستنبطات – مستدلات | illata
وهم | illusion
صورة ذهنية | image
مضمر | implied
تناقض ذاتي | inconsistency
ساقط | incident (light)
لا حتمية | indeterminacy
استقراء | induction
لا تَساوي | inequality
لا مُتناهي | infinite
متأصِّل | inherent
في ذاته | in itself
فطري | innate
نظامي | institutional
شدة | intensity
متساند | interdependent
تداخل | interference
تفسير | interpretation
أصيل | intrinsic
حدس | intuition
لا تغيُّر | invariance
لا عكوس | irreversible

J

حكم
judgement

K

معرفة
knowledge

L

شبيكة | lattice
لبتون | lepton
عمر | lifetime
حالة حدِّية | limiting case
طيف خطي | line spectrum
منطق | logic

M

كتلة | mass
مادية | materialism
ذهن | mind
كمية الحركة | momentum
واحدية | monism
موحد اللون | monochromatic
تحولية | mutability
متنافيان | mutually exclusive
تصوف | mysticism
أسطورة | myth

N

نقيض | negation
معنى | notion

O

موضوع | object
موضوعي | objective
تموضع | objectivation
مجسم ثماني | octahedron
أنطولوجيا (علم الوجود) | ontology
رأي | opinion
بصريات | optics
مدار | orbit
متذبذب | oscillator

P

دفقة (أمواج) | packet
نموذج – مثال | paradigm
مفارقة | paradox
معلم – مقياس | parameter
الاقتصاد في التفكير | parsimony
قسمة | partition
نموذج | pattern
مُدرك حسي | percept
إدراك حسِّي | perception
ظاهراتي | phenomenological
فيزيقا – فيزياء | physics
تعددية | pluralism
كتلة نقطية | point mass
وضعية | positivism
إمكان | possibility
مُسلَّمة | postulate
بوتنشيا – بالقوة | potentia
جهد | potential
طاقة الوضع | potential energy
برجماتي | pragmatic
مقدمات | premises
أولي | primary
مبدأ | principle
دالة الاحتمال | probability function
إجراء | procedure
دليل | proof
قضية | proposition

Q

كيفي | qualitative
كمي | quantitative
كم كماتي | quantum
عدد كماتي | quantum number
كوارك | quark
مسألة | question

R

اضمحلال إشعاعي | radioactive decay
عقلي | rational
واقعي | real
واقعية | realism
الواقع | reality
عقل | reason
استدلال | reasoning
يسلم ﺑ يُدرك | recognize
الإزاحة نحو الأحمر | red shift
إطار مرجعي | reference frame
تفكر | reflection
نقطة الانعكاس | reflection point
المجسمات المنتظمة | regular solids
نسبوي | relativistic
النسبية | relativity
تحرر الطاقة | release of energy
تنافر | repulsion
الشيء المفكر | res cogitans
الشيء المُمتد | res extensa
كتلة السكون | rest mass
وحي | revelation
انقلاب الزمن | reversal of time
عكوس | reversible
دوران | rotation
قاعدة | rule

S

استطارة | scattering
ارتيابية | scepticism
برنامج | scheme
وميض | scintillation
مصلحة ذاتية | self interest
إحساس | sensation
فئة | set
إزاحة | shift
تزامن | simultaneity
وضع | situation
مكان – حيز | space
موجة حيزية | space wave
نظر – تأمُّل | speculation
موجة كروية | spherical wave
خطوط طيفية | spectral lines
لف | spin
حالة | state
تقرير – تعبير | statement
ساكن | static
حالة موقوفة | stationary state
إجهاد | stress
بنية (بِنًى) | structure (s)
ذاتي | subjective
جوهر | substance
المحتوى المادي | substantive
رمز | symbol
تركيبي | synthetic
منهجي | systematic

T

نزعة | tendency
مصطلح | term
مجسم رباعي | tetrahedron
مبحث | theme
لاهوت | theology
قضية | thesis
فكر | thought
انقلاب الزمن | time reversal
ازدواج الدلالة | tolerance of ambiguity
شمول | totality
تقاليد | traditions
مسار القذيفة | trajectory
تحول | transformation
وقتي–عابر | transient
تحول | transmutation
ما يتجاوز الحقيقة | trans subjective
حق | true
حقيقة | truth

U

جوهري — أولي | ultimate
اللامحققية | uncertainty
وحدة | unity
لا تنبؤية | unpredictability
منفعة | utility

V

نسق قيمي | value system
تنوع | variety
سرعة | velocity
تحقق | verification
صيغة | version
اهتزاز | vibration
صورة – فكرة – رأي | view
رؤية | vision
خلاء | void
فلطية | voltage

W

موجة | wave
دالة موجية | wave function
دفقة أمواج | wave packet
عالم الشهادة | world of experience

عربي-إنجليزي

أ

إبستمولوجية | epistemology
أبعادي | dimensional
إجراء | procedure
إجهاد | stress
إدراك حسي | preception
إدراك ذهني | conception
أدرك | recognize
ارتيابية | scepticism
إحساس | sensation
الإزاحة نحو الأحمر | red shift
ازدواج الدلالة | tolerance of ambiguity
أزلي | eternal
استدلال | reasoning
استطارة | scattering
استقراء | extrapolation, induction
استنباط | deduction
أسطورة | myth
أصيل | intrinsic
اضمحلال | decay, disintegration
اضمحلال إشعاعي | radioactive decay
إطار مرجعي | reference frame
اعتقاد | belief
افتراض | assumption
الاقتصاد في التفكير | parsimony
امتداد | extension
إمكان | possibility
إنتروبيا | entropy
انشطار | deflection
انحراف | fission
أنطولوجيا | ontology
انعكاس | reflection
انقلاب الزمن | time reversal
اهتزاز المرونة | elastic vibration
أولي | primary, ultimate

ب

بديهية | axiom
برجماتي | pragmatic
برنامج | scheme
بصريات | optics
بعدي | a posteriori
بنية | structure
بوتنشيا | potentia
بَيِّنَة | evidence

ت

تتام | complementarity
التجربة | empeiria
تجريبي | empirical
تجريد | abstraction
تحرر الطاقة | release of energy
تحقق | verification
تحكم | control
تحكمي | arbitrary
تحول | transformation, transmutation
تحولية | mutability
تداخل | interference
تردد | frequency
تركيبي | synthetic
تروٍّ | deliberation
تزامك | coincidence
تزامن | simultaneity
تصادم | collision
تصاحب | coexistence
تصورية | conceptionalism
تصوف | mysticism
تضاؤل | damping
تعبير | statement
تعجيل | acceleration
تعددية | pluralism
تفسير | interpretation
تفكر | reflection
تقاليد | traditions
تقرير | assertion, statement
تقلص | contraction
تكافؤ | equivalence
تموضع | objectivation
تناظر | correspondence
تنافر | repulsion
تناقض | contradiction
تناقض ذاتي | inconsistency
تنوع | variety
توافقيات | harmonics
توسيع | extension

ث

ثقافة | culture
ثنائية | dualism

ج

جبرية | fatalism
جذر كامن | eigen value
جهد | potential
جوهر | substance
جوهري | essential, ultimate
جيوديسي | geodetical

ح

حادثة | event
حالة | state, case
الحالة الأرضية | ground state
حالة حدية | limiting case
حالة المعية | coexistent state
حالة موقوفة | stationery state
حتماني | deterministic
حجة | argument
حدس | intuition
حق | true
حقيقة | truth
حقيقة واقعة | actuality
حكم | judgement
حيود | diffraction

خ

خبرة | experience
خط طيفي | spectral line
خلاء | void

د

دالة | function
دالة الاحتمال | probability function
دالة موجية | wave function
دثور | annihilation
دفقة أمواج | wave packet
دوران | rotation
دليل | proof
ديكارتية | cartesian

ذ

ذاتي | subjective
ذريون | atomists
ذهن | mind

ر

رأي | opinion
رمز | symbol
رؤية | vision

س

ساقط (ضوء) | incident (light)
ساكن | static
سببية | causation
سرعة | velocity
سطوع | brilliance
سَعة | amplitude
سلطة | authority
سلم ﺑ | recognize
سياق | context

ش

شبيكة | lattice
شحنة | charge
شدة | intensity
شرط | condition
شمول | totality
الشيء المفكر | res cogitans
الشيء الممتد | res extensa

ص

صفة الجوهر | attribute
صوتيات | acoustics
صورة | view
صورة ذهنية | image
صوري | formal
صورية | formalism
الصيرورة | becoming
صيغة | version

ط

طاقة | energy
طاقة الترابط | binding energy
طاقة الوضع | potential energy
طيف | spectrum
طيف خطي | line spectrum

ظ

ظاهراتي | phenomenological
ظاهري | apparent

ع

عابر | transient
عالم الشهادة | world of experience
عدد كماتي | quantum number
عدد مركب | complex number
عزم | determination
عزم زاو | angular momentum
عقيدة | dogma
عقل | reason
عقلي | rational
عَكُوس | reversible
علة | cause
علية | causality
عماء | chaos
عمر | lifetime
عينيات | concreta
عينية | concreteness

غ

غائي | final
غرفة سحابية | cloud chamber
غموض | ambiguity

ف

فئة | set
فرض | hypothesis
فضاء التشكيل | configuration space
فطري | innate
فكر | thought
فكرة | idea, view
فلطية | voltage
فهم | entendement
في ذاته | in itself
فيزياء | physics
فيزيقا | physics

ق

قاعدة | rule
قبلي | a priori
قسمة | division, partition
قشرة إلكترونية | electronic shell
قضية | proposition, thesis
قوة | force

ك

كتلة | mass
كتلة السكون | rest mass
كتلة نقطية | point mass
كم كماتي | quantum
كمي | quantitative
كمية الحركة | momentum
كوارك | quark
كيان | entity
كيفي | qualitative

ل

لا حتمية | indeterminacy
لا عَكُوس | irreversible
لا محققية | uncertainty
لبتون | lepton
لف | spin

م

مادية | materialism
المادية الجدلية | dialectic materialism
ما يتجاوز الحقيقة | trans subjective
مبحث | theme
مبدأ | principle
متأصل | inherent
متذبذبات | oscillators
متساند | interdependent
متنافيان | mutually exclusive
متناهٍ | finite
مثال | paradigm
مثالية | idealism
مجرد | abstract
مجسم ثماني | octahedron
مجسم رباعي | tetrahedron
مجسم منتظم | regular solid
محتوًى | content
المحتوى المادي | substantive
مدار | orbit
مدرَك حسي | percept
مذهب | doctrine
معرفة | episteme, knowledge
مقياس | parameter
مسألة | question
مسار القذيفة | trajectory
مساواة | equality
مستدلات | illata
مسلمة | postulate
مستنبطات | illata
مصطلح | term
مصلحة ذاتية | self interest
مضمر | implied
مطلق | absolute
معلم | parameter
معنى | notion
معيار | criterion
معية | coexistence
مفارقة | paradox
مفترضات | constructs
مفكوك | expansion
مفهوم | concept
مقدمات | premises
مقنن | canonical
مكان | space
منطق | logic
من العدم | ex nihilo
منفعة | utility
منهجي | systematic
مواضعات | conventions
موجة | wave
موجة كروية | spherical wave
موجة مرنة | elastic wave
موجود | being
موحد اللون | monochromatic
موضوع | object
موضوعي | objective
موقف | attitude

ن

نزعة | tendency
نسبوي | relativistic
النسبية | relativity
نسق استنباطي | axiomatic system
نسق قيمي | value system
نظامي | institutional
نظر | speculation
نقيض | negation
نقيض القضية | anti-thesis
نقيضة | antinomy
نموذج | pattern, paradigm

و

واحدية | monism
واقع | reality
واقعة | event, fact
واقعي | factual, real
واقعية | realism
وجود | existence
وحدة | unity
وحي | revelation
وضع | situation
وضعية | positivism
وقتي | transient
وميض | scintillation
وهم | illusion

ل

لا أدرية | agnosticism
لا تساوي | inequality
لا تغير | invariance
لاتنبُّؤية | unpredictability
لا حتمية | indeterminacy
لا عَكُوس | irreversible
لا متناهي | infinite
لا محققية | uncertainty
لاهوت | theology

ي

يقين
certainty