قوانین طبیعت و جبرگرایی علمی

مفهوم جدید قوانین طبیعت در قرن 17 پدیدار شد. کپلر نخستین دانشمندی بود که روابط را طبق علم جدید درک کرده بود. گرچه دیدگاه جان‌گرایانه خود را نسبت به اشیای فیزیکی حفط کرد. گالیله پرده از بسیاری از قوانین علمی برداشت و حامی این اصل بود که مشاهده اساس علم بوده و هدف از علم تحقیق در مورد روابط کمی موجود بین پدیده‌های فیزیکی است. اما دکارت (1596-1650) نخستین کسی بود که به صراحت و دقت زیاد مفهوم قوانین طبیعت را آن طور که ما می‌فهمیم صورت‌بندی کرد.

دکارت به اهمیت آنچه امروزه شرایط اولیه می‌نامیم پی برد: شرایطی است که وضعیت یک سیستم را در ابتدای هر دورۀ زمانی که بخواهیم در آن محاسباتی را انجام دهیم، مشخص می‌کند. قوانین طبیعت، با داشتن مجموعه‌ای از شرایط اولیه تعیین می‌کنند که سیستم در طول زمان چگونه تغییر می‌کند. اما از طرفی با نبود شرایط اولیه، این سیر تحول را نمی‌توان تعیین کرد. به عنوان مثال اگر در زمان صفر، کبوتری درست بالای سر ما شیئی را رها کند، مسیر شیئ در حال سقوط از طریق قوانین نیوتون تعیین می‌شود. اما بسته به این که در زمان صفر کبوتر روی سیم برق نشسته باشد یا با سرعت 30 کیلومتر در ساعت در حال حرکت باشد، نتیجه کاملا متفاوت خواهد بود. برای استفاده از قوانین فیزیک باید بدانیم یک سیستم در چه وضعیتی شروع به کار کرده است و یا حداقل باید وضعیت آن را در زمان مشخصی بدانیم و (همچنین می‌توان از قوانین استفاده کرد و رفتار سیستم را در زمان به عقب برگردانیم.)

امروز اغلب دانشمندان معتقدند که قانون طبیعت، قانونی است بر اساس یک نظم مشهود به علاوۀ پیشگویی‌هایی فراتر از مشاهدات فعلی. مثلا ما بر اساس مشاهدۀ طولانی خودمان از خورشید که از شرق بالا می‌آید نتیجه می‌گیریم که "خورشید همواره از شرق بالا می‌آید." این تعمیمی است که فراتر از مشاهدۀ محدود ما از طلوع خورشید بوده و پیش‌بینی‌های آزمون‌پذیری را در مورد آینده فراهم می‌کند. اما جملۀ "رایانه‌های این دفتر سیاه هستند" یک قانون طبیعی نیست. زیرا تنها دربارۀ رایانه‌های یک دفتر خاص است و قادر به انجام هیچ پیش‌گویی دیگر مثل "اگر رایانه جدیدی خریداری شود سیاه خواهد بود" نیست.

البته تمام تعمیم‌های موجود را نمی‌توان قانون طبیعت تلقی کرد. برای مثال این جمله را در نظر بگیرید که "تمام کره‌های از جنس طلا، قطری کمتر از یک مایل دارند" و آن را مقایسه کنید با "تمام کره‌های اورانیوم – 235 قطری کمتر از یک مایل دارند" مشاهدات ما از جهان نشان می‌دهد که هیچ کره طلایی با قطر بیش از یک مایل وجود ندارد و تا حدی می‌توان مطمئن بود که در آینده نیز وجود نخواهد داشت. با این حال دلیلی وجود ندارد که هرگز نمی‌تواند باشد. بنابراین نمی‌توان این جمله را به صورت یک قانون در نظر گرفت. از طرف دیگر، جملۀ "تمام کره‌های اورانیوم – 235 قطری کمتر از یک مایل دارند" را می‌توان قانون طبیعت دانست. زیرا بر طبق آنچه از فیزیک هسته‌ای می‌دانیم، هرگاه کره‌ای از اورانیوم – 235 به قطری بزرگ‌تر از 20 سانتی‌متر برسد، بر اثر یک انفجار هسته‌ای نابود خواهد شد. بنابراین می‌توان مطمئن بود که چنین کره‌ای وجود ندارد. اهمیت این تفاوت در این است که نشان می‌دهد تمام تعمیم‌هایی را که شاهد آن هستیم، نمی‌توان به عنوان قانون طبیعت در نظر گرفت و این که اغلب قوانین طبیعت، بخشی از یک سیستم بزرگ‌تر به هم پیوسته از قوانین هستند.

در علم جدید، قوانین طبیعت معمولا به زبان ریاضیات بیان می‌شوند. آنها می‌توانند دقیق یا تقریبی باشند، اما بدون استثنا، در همۀ موارد، درست عمل کنند. اگر جهان‌شمول نباشند، در این صورت حداقل تحت مجموعه‌ای از شرایط، درست عمل می‌کنند. به عنوان مثال امروزه می‌دانیم اگر اشیا نزدیک به سرعت نور حرکت کنند، قوانین نیوتون نیاز به اصلاح خواهد داشت. با این حال ما هنوز قوانین نیوتون را به عنوان قانون قبول داریم به این دلیل که حداقل با تخمین بسیار خوبی، تحت شرایط زندگی روزمره که سرعت‌ها بسیار کمتر از سرعت نور هستند، درست عمل می‌کنند.

اگر بر طبیعت قوانینی حاکم باشد، سه سوال مطرح می‌شود: منشا این قوانین چه هستند؟ آیا استثنایی هم برای قوانین وجود دارد، مثل معجزه؟ آیا تنها یک مجموعه از قوانین ممکن وجود دارد؟

لاپلاس اغلب به عنوان نخستین کسی شناخته می‌شود که آشکارا جبرگرایی علمی را مسلم می‌شمرد: وضعیت جهان را در یک زمان بدهید، مجموعۀ کامل قوانین گذشته و آینده را به طور کامل تعیین می‌کنند. این مساله احتمال وجود معجزه و یا نقش فعال خالق را منتفی می‌سازد. قانون علمی را نمی‌توان قانون علمی نامید، مگر زمانی که درست عمل کند و موجودات ماورای طبیعی تصمیم بگیرند در آن دخالت نکنند. گفته می‌شود ناپلئون پس از شنیدن نظر لاپلاس، از او پرسید جایگاه خداوند در این تصویر چیست؟ لاپلاس جواب داد: سرورم، چنین فرضی را لازم نداشتم.

بر اساس جبرگرایی علمی باید مجموعۀ کاملی از قوانین وجود داشته باشد که به کمک آنها بتوان با داشتن حالت جهان در زمانی مشخص، نحوۀ پیشروی جهان را از آن به بعد تعیین کرد. این قوانین باید در هر مکانی و زمانی صادق باشند، در غیر این صورت دیگر نمی‌توان آنها را قانون نامید. به این ترتیب هیچ استثنا و معجزه‌ای وجود نخواهد داشت و حتی خداوندان و شیاطین متعدد نیز قادر نیستند در حرکت جهان مداخله کنند. (هاوکینگ و ملودینو، ص. 20-153)

هاوکینگ یکی از سخنرانی‌هایش را با این عبارت به پایان برد: همانگونه که لاپلاس می‌اندیشید، آیندۀ گیتی تمام و کمال با قوانین علم و حالت کنونی‌اش تعیین نمی‌شود، آفریننده هنوز ترفندهایی در آستین دارد. (نقل در: فرگوسن، ص. 281)