یک سنگ‌ریزه به شما می‌دهند و ساختمانی که تنها از آن ساخته شده می‌خواهند، شاید حتی بدون حضور شما یا هر فرد و معمار دیگری. یا حتی شاید بدون همان سنگ‌ریزه! پروژه‌ی ناممکنی‌ست. مگر اینکه سنگ‌ریزه قابلیت تکثیر و البته تغییر در طی میلیون‌ها سال را داشته باشد. البته برخی نظریات علمی مدعی هستند که در این حالت هم نیازی به حضور شما نیست و در نهایت یک ساختمان باید خلق شود. احتمالا خلق کیهان داستانی مشابه (که البته تمثیلی عامه‌پسندست) دارد! یعنی جهانی از هیچ! در خوش‌بینانه‌ترین حالت، کیهان از انفجار جرمی فوق‌العاده متراکم آغاز شده و پس از گذشت میلیاردها سال، و طی شدن واکنش‌های گوناگون برای ذرات اولیه، با تنظیمی دقیق، به نقطه‌ی فعلی حیات خود و ما رسیده است. نقطه‌ی آغاز عالم هنوز هم در کنار نظریات گوناگون ارائه شده، یکی از ابهامات مهم دنیای علم است. هرچند اکنون اغلب مراحل خلق کیهان را می‌دانیم و به شواهد معتبری برای آنها دست یافته‌ایم. اما به وسعت خود هستی، مجهولات باقی‌ست.
هرچه که بوده و هست، اینک به خلق موجودی هوشمند منجر شده که به دنبال چراها و علت‌های منطقی وجود خود و کیهان‌ست و در این مسیر موفق شده پاسخ پرسش‌های بسیاری را بیابد. حسرت‌برانگیز است که چند قرن آینده متولد نشدیم و از دانش آن زمان لذت نمی‌بریم، شاید دانسته و ندانسته‌های کنونی ما بدیهیات و سرگرمی آیندگان باشند.
روایت‌های علمی، چه در قالب کتاب و چه مستند، همیشه برای عموم مردم جذابیت بسیاری دارند. به شرطی که راوی معتبری هم داشته باشند مانند استیون هاوکینگ. که هم از نظر علمی شناخته شده است و هم بیان علمی قابل فهمی دارد. نوشتن هاوکینگ از فیزیک، مانند آواز خواندن خولیو ایگلسیاس برای عشق است، همانقدر ساده اما عمیق و تاثیرگذار! در این نوشتار سه کتاب پرفروش ایشان، تاریخچهی زمان، جهان در پوست گردو و طرح بزرگ معرفی و مورد بررسی قرار می‌گیرند. از آنجا که مطالب هر سه کتاب با یکدیگر هم‌پوشانی دارند، مناسب‌تر دیدم شرح مختصر و سلسه‌واری از مطالب مهم و مشترک با ذکر کتاب موردنظر، جایگزین بررسی مجزای کتب شود.
من یک انسان عادی‌ام!
اغلب انسان‌ها از واقعیت خود خرسند نیستند و به هر نقابی برای خاص و متفاوت بودن چنگ می‌زنند. جز انسان‌های ویژه‌ی حقیقی! مانند فاینمن یا هاوکینگ. نابغه‌هایی که همیشه با صدای بلند معمولی بودن را فریاد می‌زدند. بت نمی‌سازیم، اما معمولی هم نبودند. ما آدم‌های معمولی اگر درگیر بیماری اعصاب حرکتی شویم، یا اگر در اوج جوانی تنها دوسال برای زندگی به ما ببخشند، میان گله‌ای از سگ‌های سیاه افسردگی اسیر می‌مانیم. اما خاص‌ترین‌ها پس از مدتی سوگواری، رویکردی متفاوت پیش می‌گیرند و دو سال را به پنج دهه‌ی سرشار از موفقیت می‌کشانند، درست مانند هاوکینگ!
استیون هاوکینگ، مشهورترین دانشمند معاصر، در سال ۱۹۴۲ میلادی در آکسفورد انگلستان به دنیا آمد. تا سن ۲۱سالگی زندگی معمولی‌ای در خانواده‌ای علمی و البته با عقاید خاص سیاسی داشت. در دوران نوجوانی مسیر مذهبی خود را با در صدر قرار دادن برتراند راسل در لیست قهرمانان مورد علاقه‌اش کمی مشخص کرده بود. در آغاز جوانی، پس از گذراندن دوره‌ی سه ساله در دانشگاه آکسفورد، دکترای خود را در کمبریج در رشته‌ی کیهان‌شناسی آغاز کرد. همان زمان بود که خبر ویران‌کننده‌ی ابتلا به یک بیماری لاعلاج و داشتن تنها دو سال فرصت برای زندگی را دریافت کرد. بیماری‌ای که تمام سلول‌های عصبی مربوط به عملکرد ارادی ماهیچه‌ها را نابود می‌کند، و تنها هوش و حافظه است که از آن در امان می‌ماند.
اما معمولا هر بداقبالیِ بزرگی با یک خوش‌شانسی بزرگ همراه است؛ همان زمان بود که هاوکینگ با جین وایلد آشنا شد. آشنایی با جین، نقطه‌ی عطف زندگی او محسوب می‌شد. عشق میان آن دو، توانست هاوکینگ را مصمم به زنده ماندن کند. و از باتلاق ناامیدی بیرون کشد. جین فردی عمیقا مذهبی بود و تحمل شرایط سخت هاوکینگ را مدیون ایمان به خدا می‌دانست. اما هاوکینگ عقاید دینی مختص به خود را داشت. البته هرگز خود را فردی آتئیست نمی‌دانست. بلکه به دنبال دلایل منطقی و علمی‌ای بود تا وجود خداوند را بر پایه آنها باور کند. در کتاب‌های تاریخچهی زمان (که در مجله کتابچی با عنوان «تاریخچهی زمان؛ رد پای خداوند در ۱۰۰ ثانیه» به تفصیل به آن پرداخته‌ایم) و طرح بزرگ این تلاش را به خوبی درک می‌کنید.
هاوکینگ در طی زندگی ۷۶ ساله‌ی خود پرفروش‌ترین کتب علمی را نگاشت، نظریات بسیار مهم در فیزیک کیهان‌شناسی علی‌الخصوص سیاهچاله‌ها ارائه کرد که هنوز هم بحث‌برانگیزند. یکی از همکاران تحقیقاتی وی، راجر پنروز جایزه‌ی نوبل ۲۰۲۰ فیزیک را دریافت کرد، جایزه‌ای که اگر هاوکینگ در قید حیات بود بخشی از آن را سهیم می‌شد. و کلکسیون افتخارات و جوایز خود را تکمیل می‌ساخت. هاوکینگ مشهورترین دانشمندیست که جایزه‌ی نوبل نصیبش نشد. جدای از نقش پررنگ ایشان در کیهان‌شناسی مدرن، شایسته است وی را نمادی برای اراده و شدن‌ها بدانیم.
وقتی کسی از نظر جسمی ناتوان است، دیگر قابل تحمل نیست که از نظر روحی هم ناتوان باشد.
علم؛ هم درد و هم درمان
نقطه‌ی آغاز اغلب کتاب‌های هاوکینگ، بررسی مسیر تاریخی علم است. در این مسیر، می‌بینیم که واضحات امروزه، چالش‌های بزرگی برای گذشتگان بوده‌اند. تصور کنید دهه‌ها فکر و آزمایش به این نتیجه ختم شود که «هوا» وجود دارد. موضوعاتی که امروزه برای ما از بدیهیات هستند، به پشتوانه‌ی سال‌ها جدل، مجازات و هراس حاصل شده‌اند. همچنین مکاتب فلسفی گوناگونی در این کتب بیان می‌شود، مکاتبی با عقایدی متفاوت و متناقض. مسیر تاریخی این مکاتب در برهه‌ای از زمان با حکمرانی علم پیش رفت، اما متاسفانه دوباره فلسفه به عقب بازگشت و تا قرن‌ها به آغوش افسانه‌هایی با خدایانی متعدد پناه برد. تا جایی که یکی از فلاسفه‌ی مشهور آن دوران معتقد بود:
بهتر است از افسانه‌های مربوط به خدایان پیروی کنیم تا اینکه برده سرنوشت فیلسوفان طبیعی (دانشمندان) باشیم.
سیر تاریخی عجیبی از علم را مشاهده می‌کنید، حتی مضحک! مردم عهد باستان بیش از آنکه طالب «چرایی علم» باشند، طالب «چگونگی فلسفه» بوده‌اند. از برخی فلاسفه‌ی مشهور ناامید خواهید شد. فلاسفه‌ای که با تفکرات عجیب خود، رویکرد علم را تا قرن‌ها تحت تاثیر قرار داده‌اند! یا عقاید مذهبی‌ای که سخت‌گیرانه باور وجود قانون برای طبیعت را در تناقض با قدرت مطلق خالق می‌دانستند و در فهرست کجروی‌ها و عقاید نادرست محکوم، جای می‌دادند. نمی‌دانم از اینکه نام هیچ فیلسوف و منجم ایرانی در این کتب و مسیر تاریخی بیان نشده است خوشحال باشم یا ناراحت.
سرانجام در این پیچ و تاب‌ها، علم غالب می‌شود. و از همین نقطه، شرح نظریات مهم فیزیک در کتب هاوکینگ آغاز می‌گردد. هاوکینگ با ظرافت تمام و زیرکی یک فرد علمی، این برتری را در فصول ابتدایی کتاب‌هایش آرام آرام به خواننده تزریق می‌کند. هرچند نمی‌توان منکر این برتری شد. علم است که می‌تواند برای هر ادعایی دلیلی دقیق و به دور از توهم ارائه کند. علم سرشار از منطق است، متعصب نیست. ادعاهایی پوچ ندارد، اگر ادعایی را از علم پذیرفتیم بر پایه‌ی شواهد تجربی است نه سلایق شخصی. یا حتی همانطور که کارل پوپر، فیلسوف و ریاضیدان معتقد است علم برخلاف فلسفه، در تلاش ابطال خود برخاسته نه اثبات. همین موضوع قدرت آن را نمایان می‌کند.
کلمات در فیزیک، قدرتمندتر می‌شوند
در هر سه کتاب هاوکینگ، نام دو نابغه‌ی تاثیرگذار فیزیک یعنی انیشتن و فاینمن، بسیار به چشم می‌خورد؛ انیشتن، بنیانگذار نظریه‌ی انقلابی نسبیت عام و البته نسبیت خاص، و فاینمن از چهره‌های موثر دیگر نظریه‌ی انقلابی دنیای فیزیک یعنی کوانتوم‌ست! علم نسبیت برای سرعت‌های بالا، در حد سرعت نور صدق می‌کند. نسبیت خاص انیشتن جایگاه ظهور زمان نسبی‌ست. چند سال پس از این مقاله، انیشتن نظریه‌ی نسبیت عام را با تمرکز بر نیروی گرانش ارائه داد. این دو نظریه در سه دهه‌ی ابتدایی قرن بیستم ارائه شدند، سی سالِ منحصر به فردی که فاتحه‌ی قرن‌های پیشین را خواند. در نسبیت عام، کمیت مستقل زمان وجود ندارد بلکه با در هم آمیختن زمان و سه بعد فضا، کمیت چهار بعدی فضا-زمان حاصل می‌شود که مانند صحنه‌ای ارتجاعی‌ست و قرار دادن هر جرمی روی آن، در این صحنه انحنا ایجاد می‌کند. هر چه جرمی سنگین‌تر باشد، این خمیدگی و انحنا بیشتر خواهد شد. و هر چه این انحنا بیشتر باشد، زمان آهسته‌تر سپری می‌شود.
علم کوانتوم در مقیاس‌های بسیار کوچک، دنیای اتمی و زیراتمی حاکم است. در واقع جسمی بزرگ متشکل از اجزائی کوچک، به گونه‌ای کاملا متفاوت با اجزا سازنده‌اش رفتار می‌کند. این موضوع یکی از شگفتی‌های علم جذاب کوانتوم است. برای جسم بزرگ، فیزیک کلاسیک کاربردی‌ست و برای اجزای ریزمقیاس آن علم کوانتوم. در چارچوب کوانتوم، هیچ قطعیتی وجود ندارد، حتی سرعت و مکان ذره را نمی‌توان هم‌زمان به طور دقیق و قطعی مشخص کرد. دقت بیشتر در کمیت سرعت به ناچار منجر به قطعیتی کمتر برای مقدار مکان خواهد شد. کوانتوم دنیای «احتمال» است، دنیایی که هیچ نتیجه‌ای را برای هیچ پدیده‌ای اجباری نمی‌داند، بلکه برای یک سیستم که در زمانی معین در حالتی مشخص قرار دارد، در عوضِ تنها یک آینده و گذشته‌ی قطعی، چندین آینده و گذشته‌ی احتمالی را تعیین می‌کند!
اما نکته‌ی مهم این است که مفهوم احتمال در فیزیک کوانتوم متفاوت از فیزیک کلاسیک است. در فیزیک کلاسیک با دانستن اطلاعات بیشتری از فرآیند، می‌توان اندازه‌ی کمیت را با دقت بیشتری محاسبه کرد. اما در کوانتوم، این مفهوم کاملا بیانگر ذات تصادفی طبیعت است و به تجربیات و اطلاعات ما از فرآیند مربوط نمی‌شود. چرا که کوانتوم، خود دربرگیرند‌ه‌ی اصولی از طبیعت است که با آنچه ما از واقعیت بیرونی درک کرده‌ایم در تضاد است. همین دنیای عجیب کوانتوم است که حتی فاینمن را با نبوغی بی حد و حصر برآن داشت تا اعتراف کند:
به جرات می‌توانم بگویم هیچ کس کوانتوم را نمی‌فهمد!
قطعی نبودن را با قطعیت بپذیرید
قطعی نبودن مکان ذره در فیزیک کوانتومی بدین معناست که ذره می‌تواند به‌طور هم‌زمان تمام مسیرهای ممکن را در هر لحظه طی کند و در هر مکانی باشد. گذر از هر کدام از این مسیرها، احتمال مخصوص به خود را دارد. به بیانی روشن‌تر، مسیرهایی که این ذره می‌تواند طی کند حتی اگر از کنار شما بگذرد یا کره زمین را دور بزند، ذره آنها را هم‌زمان خواهد پیمود. این موضوع با عنوان «انتگرال مسیر فاینمن» یکی از مطالب جذاب فیزیک تخصصی‌ست. کتاب «طرح بزرگ» مرجع مناسبی برای درک ابتدایی چنین مفاهیمی‌ست.
اما چگونه می‌توان مفهوم «احتمال» رسیدن ذره به مقصد را با توجه به تعدد مسیرهای ممکن، از این ایده درک کرد. در مدل فاینمن، به هر مسیر یک عدد به نام «فاز» نسبت داده می‌شود. فاز موقعیت موج- یعنی اینکه موج در قله است یا در فرو رفتگی یا هر نقطه‌ی دیگر- را بیان می‌کند. با جمع این اعداد، «دامنه‌ی احتمال» حاصل می‌شود. مربع این کمیت، احتمال رسیدن ذره به نقطه‌ی پایانی فرآیند خواهد بود.
ممکن است برای خواننده‌ای زیرک این سئوال پیش آید که با وجود تعداد زیاد مسیرهای احتمالی، مرتبه‌ی بزرگی عدد حاصل شده چه خواهد بود؟! بی نهایت؟! نکته اینجاست که فاز مربوط به هر مسیر را می‌توان به صورت برداری با طول مشخص ولی در جهت‌های مختلف نشان داد. همین جهات مختلف موجب خنثی شدن بسیاری از آنها در حاصل نهایی خواهد شد. در واقع این بردارها می‌توانند تقویت‌کننده یا تضعیف‌کننده‌ی یکدیگر باشند. که در نهایت مجموع آنها برداری معمولی‌ست. مسیرهایی که فاز آنها تقویت‌کننده‌ی یکدیگر هستند، نقش عمده‌ای در رفتار مشاهده شده‌ی ذره دارند.
اما وقتی ذره‌ای در طی یک فرایند فیزیکی از حالت اولیه به حالت نهایی می‌رسد، ویژگی‌های سیستم دچار تغییراتی می‌شوند که آن را تاریخچهی سیستم می‌نامند. در کوانتوم از آنجا که مسیرهای متعددی برای رسیدن به این مقصد وجود دارد، پس سیستم، گذشته و تاریخچه‌های متعددی نیز داراست نه فقط یک گذشته‌ی مشخص. اما در فیزیک کلاسیک مفهوم گذشته حاکی از سلسله رویدادهایی متوالی و معین است. نکته اینجاست که طبق اصلی شگفت انگیز، با مشاهده‌ی یک پدیده در دنیای کوانتومی، مسیر آن تحت تاثیر قرار می‌گیرد. در حقیقت، با مشاهده‌ای در زمان حال، گذشته‌ی آن تغییر می‌کند به همین دلیل است که هیچ گذشته‌ی منحصر به فردی برای آن فرایند وجود ندارد. جهان نیز مانند این سیستم تک-ذره ای دارای یک تاریخچه نیست، بلکه هر گذشته‌ی محتملی را داراست که با مشاهدات ما از حالات کنونی، گذشته‌ی آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد!
با علم کنونی و البته شواهد تجربی پذیرفته‌ایم که جهان باید آغازی داشته باشد. در این نقطه‌ی آغازین که انفجار بزرگ می‌نامیم، چگالی جهان بی‌نهایت بوده، یعنی جرمی بسیار زیاد در حجمی بی‌نهایت کوچک. این چگالی نامتناهی موجب انحنای بی‌نهایت فضا-زمان می‌شود. ریاضیات در تعامل با بی‌نهایت‌ها کم و بیش ناتوان است، اینجاست که نسبیت عام نیز برای توصیف نقطه‌ای که خود پیش‌بینی کرده، درمانده می‌شود. اما در ماراتن بین واقعیت و نبوغ، این بار نبوغ پیشی می‌گیرد و نظریه‌ی کوانتوم متولد می‌شود تا برای انفجار بزرگ یاری‌دهنده باشد. برای لحظه‌ی انفجار بزرگ نیز نظریه‌ی گرانش کوانتومی را به منظور وحدت دو نظریه‌ی کوانتوم و نسبیت عام ارائه کرده‌اند. هر چند هنوز نظریه‌ی کامل و بی‌نقصی بدین منظور در دست نیست اما می‌توان از نظریاتی که فاینمن برای تاریخچه‌ها در کوانتوم پیشنهاد داد بهره برد.
هیولاهای کیهانی
انیشتن پس از ارائه‌ی نظریه‌ی نسبیت عام، متوجه جواب عجیبی برای معادلات خود شد؛ موجودی با گرانشی بی‌نهایت که زمان را متوقف می‌ساخت. هرچند انیشتن حضور واقعی این موجود در کیهان را نپذیرفت اما پژوهش‌ها و مشاهدات سالیان بعد، حقیقی بودن این پدیده را تایید کردند و آن را سیاهچاله نامیدند. سیاهچاله‌ها موجوداتی با جرم فوق‌العاده زیاد هستند که در حجمی بی‌نهایت کوچک متراکم شده و می‌توانند از رمبش ستارگان فوق‌سنگین در خود، از سلسله فرآیندهایی منظم پس از انفجار بزرگ حاصل شوند. به عنوان مثال برای داشتن سیاهچاله‌ای با جرم زمین، باید آن را در مکعبی با ضلع تقریبی ۲سانتیمتر فشرده کنید، حجمی به اندازه‌ی یک بادام!
سیاهچاله‌ها با جرم بسیار زیاد خود خمیدگی بی‌نهایتی را در فضا-زمان به وجود می‌آورند. حال اگر جرمی سبک‌تر را در این ساختار قرار دهیم، شروع به چرخش پیرامون این انحنا می‌کند. هر چه جرم سبک‌تر به سیاهچاله نزدیک‌تر شود، سرعت چرخش بیشتری خواهد داشت. و البته سرعت زمان آهسته‌تری! سرعت جسم با نزدیک‌تر شدن به سیاهچاله، در نهایت به سرعت نور می‌رسد که بالاترین سرعت ممکن است. در این فاصله، راه گریزی نیست و سیاهچاله جسم را می‌بلعد، حتی اگر نور باشد. این فاصله و مرز معین را افق رویداد می‌نامند. مرزی که با عبور از آن حتی نور هم توان گریز ندارد. به همین دلیل است که این اجرام، سیاه توصیف می‌شوند. چرا که نوری برای رویت خود باقی نمی‌گذارند. هرچند هاوکینگ در نظریه‌ای اذعان داشت که اگر فرآیند تولید و نابودی زوج ذره-پادذره در نزدیکی سیاهچاله ای رخ دهد، گرانش بی نهایت آن با بلعیدن ذره (یا پادذره)، موجب تابش دیگر یار آن زوج خواهد شد. این تابش مانع می‌شود که سیاهچاله‌ها کاملا سیاه باشند. البته هنوز این پدیده مشاهده نشده است.
سیاهچاله‌ها نقش مهمی در تشکیل کهکشان‌ها ایفا می‌کنند، اغلب کهکشان‌ها یک سیاهچاله در مرکز خود دارند. کهکشان ما نیز مستثنی نیست و سیاهچاله‌ای با جرم ۴ میلیون برابر خورشید داراست. حتی سیاهچاله‌هایی با جرم‌های بسیار سنگین‌تری وجود دارند که روزانه یک ستاره مانند خورشید را به درون خود می‌کشند. یا سیاهچاله‌های کلان‌جرمی که کهکشان می‌بلعند. صفت نجومی برای اختلاس‌های میهنی را با این جرم‌های کلان به خوبی می‌توان درک کرد. خوشبختانه جرم سیاهچاله‌ی کهکشان ما در این حد نیست و ما هنوز در قید حیاتیم.
اما در مقابل سیاهچاله‌ها، موجودات دیگری وجود دارند که هنوز صرفا توهمات ریاضیاتی محسوب می‌شوند. این موجودات برخلاف سیاهچاله‌ها، مرزهای ورود ممنوعی دارند که مانع از ورود هر ماده یا انرژی می‌شود و هر چه درون خود دارد حتی نور را به بیرون پرتاب می‌کند. این هیولاهای دیوانه را سفیدچاله می‌نامند. که هنوز گواهی بر وجود آنها مشاهده نشده است. اما در اهمیت این موجودات همین بس که یکی از راههای سفر در زمان، اتصال این دو هیولای کیهانی و ایجاد یک تونل به نام کرم‌چاله است.
مبحث سیاهچاله ها در کتاب تاریخچه زمان به تفصیل و در کتاب جهان در پوست گردو(که در مطلبی جامع با عنوان «جهان در پوست گردو؛ پلکانی به بهشت نظریه‌ها» آن را مورد بررسی قرار دادیم» سلیس‌تر شرح داده شده است.
نوبلی به بهشت پست کنید
یکی از نکاتی که همیشه برای مطالعه‌ی کتب علمی باید مد نظر داشت، زمان انتشار آن است. چراکه با پیشرفت سریع علم و تحول در نظریات، نیاز به اصلاح متن دور از انتظار نیست. برای مثال، در کتاب تاریخچهی زمان هاوکینگ موضوع امواج گرانشی و عدم مشاهده‌ی آنها را مطرح می‌کند. اما خوشبختانه این امواج در سال ۲۰۱۶ آشکار و مشاهده شدند که هاوکینگ مجالی برای اصلاح کتاب نیافت. و اما امواج گرانشی چیست؟ اگر پیگیر اخبار علمی باشید احتمالا سر و صدایی که آشکار شدن این امواج به پا ساخت را به خاطر خواهید آورد.
یکی دیگر از پیش‌بینی‌های آلبرت انیشتن در سال ۱۹۱۶ این بود که برخورد اجرام سنگینی همچون سیاهچاله‌ها با یکدیگر، می‌تواند در بافت فضا-زمان امواج گرانشی را تولید کند. (حتما برخورد سنگ روی سطح آب و ایجاد امواج را دیده‌اید، این تصویر را به عنوان پیش‌زمینه‌ی کمکی در ذهن داشته باشید.) تا یک قرن بعد، شاهدی برای این موضوع وجود نداشت تا اینکه رصدخانه‌ی فوق‌دقیق لایگو، توانست سیگنالی از این امواج را به مدت یک پنجم ثانیه دریافت کند.
این سیگنال مربوط به برخورد دو سیاهچاله، در یک میلیارد و سیصد میلیون سال پیش بود. دو سیاهچاله‌ای که میلیون‌ها سال حول یکدیگر چرخیده‌اند و در فضا-زمان اطراف خود موج (همان پستی و بلندی‌های معمول) را ایجاد کرده‌اند. با نزدیک‌تر شدن سیاهچاله‌ها به یکدیگر، حرکت سریع‌تر شده، تا اینکه بالاخره با یکدیگر برخورد می‌کنند و سیاهچاله‌ای عظیم‌تر و موجی قدرتمندتر تولید می‌گردد. این امواج که با سرعت نور منتشر می‌شوند را امواج گرانشی می‌خوانند. اگر انیشتن در قید حیات بود می‌توانست نوبل(های) دیگری را به نام خود ثبت کند. امیدوارم در بهشت به نحوی این دریغ برای ایشان جبران شده باشد. تا به امروز نزدیک پنجاه موج گرانشی آشکار شده است. آشکارسازی این امواج در شناخت و چگونگی پیدایش کیهان نقشی مهم ایفا می‌کند.
شواهدی که به علم رنگ می‌پاشند
اگر که دو نوشتار معرفی کتب تاریخچهی زمان و طرح بزرگ (که با عنوان طرح بزرگ؛ مخلوقی بدون خالق؟! روی مجله قرار گرفته است) را مطالعه کرده باشید، کم و بیش با انبساط جهان آشنا شده‌اید. جهان پس از انفجار بزرگ، با سرعت و شتاب‌دار رو به گسترش است. این اتفاق برای کهکشان‌هایی که از ما دورتر هستند سریع‌تر رخ می‌دهد. اما بد نیست به یکی دیگر از شواهد تجربی موید این موضوع اشاره‌ای شود؛ پدیده‌ی انتقال به سرخ!
ستارگان مختلف، امواج نوری با طیف‌های متفاوت منتشر می‌کنند. به عنوان اطلاعات پایه‌ای از فیزیک، احتمالا می‌دانید که بسامد هر موج تعداد موج در ثانیه است. و در یک طیف نوری، کمترین بسامد در ناحیه‌ی سرخ و بیشترین بسامد در انتهای آبی آن قرار می‌گیرد.
حال فرض کنید ستاره‌ای در فاصله‌ی ثابتی از ما قرار دارد و نوری با بسامدی مشخص به سمت ما تابش می‌کند. روشن است که بسامد موجی که ما دریافت می‌کنیم(تعداد موج‌ها در ثانیه) با بسامد امواجی که ستاره ارسال می‌کند برابر است. حال فرض کنید ستاره به سمت ما شروع به حرکت می‌کند. مسلما به سبب این حرکت و کم شدن فاصله، تعداد امواجی که در یک ثانیه به ما می‌رسد افزایش می‌یابد. در واقع بسامد بیشتر شده و به سمت ناحیه‌ی آبی طیف نزدیک می‌شود. اما اگر ستاره در حال فاصله گرفتن از ما باشد، تعداد امواج دریافتی در ثانیه کمتر خواهد شد. این بسامد کمتر حاکی از حرکت به سمت ناحیه‌ی سرخ طیف خواهد بود. این موضوع یعنی رابطه‌ی بسامد با سرعت و حرکت، در فیزیک با نام اثر دوپلر شهرت دارد. که در زندگی روزمره نیز حتی هنگام دور و نزدیک شدن اتومبیل‌ها و تغییر صداهایشان برای شما، آشناست.
بررسی طیف‌های نوری ستارگان و مشاهده‌ی انتقال به سرخ آن‌هاست که انبساط عالم را به نظریه‌ای درست تبدیل می‌کند. گسترش جهان اکنون برای ما امری پذیرفته شده است.
شواهد کنونی حاکی از آن است که احتمالا جهان برای همیشه منبسط خواهد شد، اما چیزی که می‌توان با اطمینان پذیرفت آن است که حتی اگر قرار است جهان از هم بپاشد، دست کم برای ده میلیارد سال دیگر اتفاق نمی‌افتد. زیرا حداقل برای مدت مشابهی در حال گسترش بوده است. لازم نیست بی‌جهت دلواپس شویم؛ مدت‌ها قبل از آن نژاد بشر هم‌زمان با خاموشی گرفتن خورشید نابود خواهد شد مگر آنکه جایی بیرون از منظومه شمسی برای اسکان پیدا کرده باشد!
لازم به ذکر است در کتاب تاریخچه زمان، انفجار بزرگ بر اساس مطالعات زمان انتشار کتاب ۱۰ میلیارد سال پیش ذکر می‌شود، اما حال می‌دانیم این انفجار در ۱۴ میلیارد سال پیش روی داده است.
ظرافت‌های سرنوشت ساز، زیباهای هشیار
اما پس از کسب آگاهیِ مطلوبی نسبت به چگونگی خلق جهان و نگاهی به اجسام کلان، سراغ ریزترین موجودات عالم می‌رویم؛ ذرات بنیادی! هاوکینگ در فصلی مجزا در کتاب تاریخچه زمان به این موجودات دوست‌داشتنی- حداقل از نظر من جذاب‌ترین بحث فیزیک – پرداخته است. قرن‌ها تفکری وجود داشت که مواد را موجودی پیوسته می‌دانستند که می‌توان آن را تا بی‌نهایت خرد کرد و باز هم به قطعات کوچکتری دست یافت. هم‌زمان با این تفکر عده‌ای از یونانیان معتقد بودند که ماده موجودی دانه‌ای است و آن موجود تجدیدناپذیر را اتم می‌نامیدند.
بعد از سال‌ها پژوهش و اشراف به این موضوع که هر اتم از هسته نیز تشکیل شده، پیشنهاداتی همچون مدل بور، کیک کشمشی و … برای ساختار اتم پیشنهاد شد تا اینکه سرانجام با درایت کوانتوم هم اکنون می‌دانیم در اتم علاوه بر هسته، ابری الکترونی که حاکی از احتمال حضور الکترون است وجود دارد. اما جزء بنیادی کدام است؟
الکترون؟ پروتون؟ یا موجود دیگری؟ پاسخ این است که پس از سال‌ها تحقیق و البته پیشرفت ابزار علمی همچون ساخت شتاب‌دهنده‌ها، اکنون می‌دانیم که ریزترین موجودات عالم کوارک‌ها و بوزون‌ها هستند. در شتاب‌دهنده‌ها فرآیند اصلی برای کشف ذرات و ویژگی‌های آنها، برخورد است. در واقع با شتاب دادن به ذرات و برخورد آنها با یکدیگر، ماهیت ذرات نمایان می‌شود. رویدادی که در جوامع انسانی هم صحت دارد، نیازی به برخورد فیزیکی نیست، کافی‌ست افکار، تعصبات و عقایدتان با فرد دیگری تقابل و برخورد پیدا کند، زوایای شخصیتی پنهان عجیبی از خود و دیگری خواهید دید، درست مانند دنیای ذرات.
احتمالا واژه‌ی کوارک برای شما آشناست، جزئی‌ترین ذره‌ی عالم! برای مثال پروتون معروف، بنیادی نیست بلکه از سه کوارک تشکیل شده است. کوارک‌ها انواع مختلفی دارند، مانند افسون، حقیقت، شگفت، زیبایی و…! برای تمایز از یکدیگر نیز ویژگی‌های مختص به خود را دارند. مانند رنگ! البته رنگ، خصوصیت قابل مشاهده‌ی معمول نیست، صرفا یک نامگذاری برای یک مشخصه یا رفتاری فیزیکی‌ست. رنگ‌های کوارک‌ها در سه گروه سبز، آبی و قرمز دسته‌بندی می‌شوند. جالب است بدانید برای داشتن یک ذره‌ی آزاد، آن ذره باید رنگی خنثی داشته باشد، و ترکیب این سه رنگ در کنار هم، یا ترکیب هر رنگ با پاد (ضد) خود، خنثی خواهد شد و مجوز وجود ذره صادر می‌شود. قوانین لطیفی که صد البته ریاضیات پیچیده‌ای دارند و برای وجود هستی، مهم‌ترین‌ند.
اما گروه دیگری از ذرات نیز بنیادی هستند به نام بوزون‌ها! برای شناخت این ذرات ابتدا باید با یک مفهوم بنیادی فیزیک به نام اسپین آشنا شوید؛ خصوصیت ذاتی هر ذره! برخی برای درک این ویژگی به چرخش حول محور اشاره می‌کنند، اما در دنیای زیراتمی حرف از چنین محوری غیرمنطقی‌ست. بهتر است با چنین توصیفی، هرچند نه کاملا دقیق، با این مشخصه‌ی ذاتی آشنا شوید: اسپین هر ذره وابسته به تعداد چرخشی‌ست که ذره باید طی کند تا دقیقا به حالت اول خود بازگردد. برای مثال اگر اسپین ذره‌ای را مانند یک پیکان به سمت بالا در نظر بگیرید، این شکل بعد از چرخشی ۳۶۰ درجه‌ای به وضعیت اول خود بازمی‌گردد، یعنی یک دور کامل؛ پس اسپین این ذره یک است. یا اگر پیکانی با دو جهت به سمت بالا و پایین داشته باشید این شکل با چرخشی ۱۸۰ درجه‌ای در وضعیت اولیه خود قرار می‌گیرد، یعنی یک نیم‌دور، و اسپین این ذره یک-دوم خواهد بود.
اسپین می‌تواند مقادیری صحیح یا نیم‌صحیح به خود اختصاص دهد. کوارک‌ها موجوداتی با اسپین نیمه‌صحیح یک-دوم هستند. اما اگر ذره‌ای اسپین صحیح داشته باشد آن را بوزون می‌نامند. احتمالا نام بوزون هیگز برای شما آشناست، بوزونی معروف به «ذره خدا» که مسئول جرم تمامی ذرات و اجرام عالم است و امیدوارم در نوشتارهای آینده مجالی برای پرداختن به آن باشد.
دیکتاتوری و دموکراسی در جامعه‌ی ذرات!
همانطور که برای توصیف یک نقطه در فضا، مختصات x ، y و z را تعیین می‌کنند، برای هر ذره در مقیاس زیراتمی نیز، مشخصاتی مختص به آنها وجود دارد، مانند اسپین، تکانه زاویه‌ای و … . اما یک اصل مهم در فیزیک وجود دارد به نام اصل طرد پائولی! این اصل بیان می‌کند که در یک حالت کوانتومی، هیچ دو ذره‌ی همانندی نمی‌توانند کنار هم قرار گیرند. حتما و حتما باید در یکی از این مشخصات با یکدیگر متفاوت باشند. در صورت عدم وجود این اصل، هیچ ذره‌ی مجزایی مانند کوارک‌ها به وجود نمی‌آمد، تمامی اتم‌ها فرو می‌پاشیدند و جهانی بدین شکل حاصل نمی‌شد.
نکته اینجاست که بوزون‌ها از این اصل پیروی نمی‌کنند، تعداد زیادی از آنها می‌تواند کنار یکدیگر قرار گیرند. در واقع بوزون‌ها موجودات اجتماعی‌اند که مطیع هیچ قانون منع تجمعی نیستند، بر خلاف کوارک‌های اجتماع گریز که باید تابع دیکتاتوری اصل طرد پائولی باشند؛ تنها دیکتاتوری سازنده و البته ماندگار!
در مکانیک کوانتومی هر کدام از نیروهای بنیادی، یک بوزون مختص به خود دارد که آن نیرو را با خود حمل می‌کند. ضعیف‌ترین نیروی بنیادی، نیروی گرانش است. اما گرانش به رغم ضعیف بودن، تعیین کننده‌ترین نقش را در تغییر و تحول جهان ایفا می‌کند. چرا که همیشه جاذبه است و می‌توان اثرات آن را همواره با یکدیگر جمع کرد. برخلاف سایر نیروها که هم جاذبه‌اند و هم دافعه!
نیروی گرانش را ذره‌ای به نام گراویتون با اسپین ۲ با خود جابجا می‌کند. گراویتون ذره‌ای بدون جرم است، همین موضوع باعث می‌شود که بتواند تا فواصل دور نیرو را با خود حمل کند. دیگر نیروهای بنیادی نیز، ذرات حامل مخصوص به خود را دارند. برای نمونه فوتون ذره‌ای است که نیروی الکترومغناطیس را حمل می‌کند، یا گلئون حامل نیروی هسته‌ای قوی‌ست.
خالق نبوغ هاوکینگ کیست؟ شانس؟!
پربیراه نیست اگر بگوییم کتاب تاریخچه زمان و طرح بزرگ هاوکینگ درباره‌ی خداوند است. علی‌الخصوص در کتاب طرح بزرگ، از نقطه‌ی آغاز تا پایان، هاوکینگ با بیان زنجیره‌وار رشد علم، قصد دارد به نتیجه‌ی نهایی برسد: برای همه‌ی نظم و خلقتی که می‌بینیم نیازی به خالق نیست. فیزیکدانانی دیگر از جمله فیشر در بررسی کتاب تاریخچهی زمان معتقدند از آغاز تا پایان کتاب، هاوکینگ تنها درباره‌ی خداوند سخن گفته است.
فیشر جنبه‌های فلسفی کتاب را علت فروش بالای آن می‌داند. هرچند به عقیده‌ی من بی انصافی‌ست از بیان آن همه موضوعات تخصصی با زبانی عام و در نظمی ستودنی چشم بپوشیم. و تنها جنبه‌ی فلسفی کتاب را مدنظر قرار دهیم.
هاوکینگ در هر دو کتاب مذکور با شرح مختصری از چهار نیروی بنیادی، به تلاش‌های فیزیکدانان برای متحد کردن آنها در نیرویی واحد می‌پردازد. با نیروی گرانش و الکترومغناطیسی آشنا هستید. نیروی هسته‌ای ضعیف عامل پرتوزایی و موثر در شکل‌گیری عناصر ستارگان و جهان اولیه است. نیروی هسته‌ای قوی نیز، عامل پایداری هسته و البته نیرویی‌ست که مابین کوارک‌های موجود در نوترون‌ها و پروتون‌های هسته نیز وجود دارد و مانع از متلاشی شدن آنها می‌شود.
نظریه هایی همچون GUT و مدل استاندارد تلاش نیمه‌فرجامی در وحدت این نیروها داشتند. اما هیچ‌کدام نتوانستند نیروی گرانش را با دیگر نیروها متحد سازند. نظریه‌ی ریسمان توانست با معرفی فضا-زمانی ده بُعدی این نقیصه را رفع کند. در این نظریه، بنیادی‌ترین موجودات عالم کوارک‌ها نیستند بلکه ریسمان‌هایی یک بُعدی و مرتعش‌ند که با هر نوع ارتعاشی ذره‌ای جدید را حاصل می‌کنند. بُعدهای اضافیِ نظریه ریسمان، در فضاهای بسیار کوچکی که قابل مشاهده نیست حلقه می‌شوند. اما مشکل اینجاست که نظریه ریسمان خود نظریه‌ی واحدی نیست. چرا که برای حلقه شدن ابعاد اضافی، روش‌های متعددی وجود دارد که منجر به تعدد نظریات می‌شود.
نظریه ریسمان، یک ارباب حلقه‌های واقعی‌ست. سرانجام نظریه‌ی بنیادی M با ۱۱ بُعد فضا-زمان ارائه شد. در این نظریه انواع موجودات با ابعاد مختلف صفر تا ۹ بُعدی حضور دارند. این نظریه تعداد جهان‌های بسیاری(ده به توان پانصد دنیای متفاوت) را با قوانین مختلف پیش‌بینی می‌کند. که هر جهان، وابسته به اینکه ابعاد اضافی به چه نحوی در فضای درونی حلقه شده‌اند، به وجود آمده است.
هاوکینگ در این دو کتاب، خلق کیهان ما را با چنین تنظمیات دقیقی تنها حاصل فرآیندهایی تصادفی و خوش اقبالی بسیار می‌داند. چرا که با توجه به تعداد زیاد جهان‌های ممکن، بالاخره یکی از آنها می‌توانست خوش‌شانس‌ترین باشد و فرآیندهایی منظم در آن صورت گیرد. وی مدعی‌ست کیهان حتی می‌تواند از هیچ به وجود آمده باشد و مرحله به مرحله پیش رود تا به خلق ما موجودات هوشمند برسد. و نیازی به خالقی بزرگ برای برنامه‌ریزی لحظه به لحظه‌ی آن نداشته باشد. برای اثبات این ادعا از مفهوم انرژی و نظریه ی «بازی زندگی» بهره می‌برد. هر دو استدلال را می‌توانید در فصول نهایی کتاب طرح بزرگ مطالعه کنید.
هاوکینگ منکر وجود خداوند نمی‌شود، اما خلق چنین جهانی را بدون یک خالق، ناممکن نمی‌داند. در هر سه کتاب عقاید شخصی ایشان را خواهید دید، چه درست چه نادرست. همه‌ی ما اگر کتابی بنویسیم، خالی از نظرات فردی‌مان نخواهد بود.
بدون اشاره به مفهوم خداوند بحث درباره ی آغاز جهان دشوار است. کارهای من در خصوص سرچشمه‌ی جهان در مرز میان علم و دین قرار دارد، اما من می‌کوشم در طرف علمی آن مرز بایستم. کاملا ممکن است خداوند به گونه‌ای عمل نماید که نتوان آن را توسط قوانین علمی توصیف نمود، اما در این صورت تنها باید بر پایه ایمان شخصی عمل کرد.
اگر علاقمند به هر کدام از موضوعات مطرح شده هستید، کتاب‌های هاوکینگ شما را برای یادگیری بیشتر راغب‌تر میسازد. در ارتباط با زندگی هاوکینگ پیشنهاد میکنم فیلم‌های «نظریه همه چیز» و«تاریخچه زمان» را مشاهده کنید. برای آشنایی مختصری با دانشمندانی که در این نوشتار نام برده شد نیز کتاب «فیزیکدانان بزرگ» نوشته‌ی «ویلیام کروپر» مرجع مختصر و مناسبی‌ست. خوشبختانه مستندهای بسیاری نیز همچون طرح بزرگ، کیهان(cosmos)، جهان زیبا (The Elegant Universe) و … در ارتباط با مفاهیم مذکور، زندگی و پژوهش‌های هاوکینگ هم اکنون در دنیای اینترنت موجود است که می‌توانید از آنها به راحتی استفاده کنید.
بسیار عالی. معرفی جامع و کامل موضوع با قلمی شیوا و روان.
واقعااا عاالی, چقد جذاب بود, باورم نمیشه فیزیکو اینقد ساده و جذاب بخونم.
باسپاس فراوان از هزینه کرد کلی درتنظیم و نگارش و اشتراک این محتوای سودمند، که باقلم وبیان سلیس وروان ، فنی وعلمی، بسیار هوشمندتر از بعض مقالات تبیین گردیده است،حتی برای افرادی صرفا علاقه مند به مباحث فیزیک هستند واز اطلاعات آنچنانی برخوردار نیستند هم حس کنج کاوی ودرک بهتر ایجاد می‌کند، پیشنهاد میکنم به رغم خواست واراده، بیشتر از جملات اصلی مندرج کتاب‌ها وآثار دیگر دانشمندان مطرح جهانی استفاد کنید، طبیعی تر مرزها ی قابل فهم بعاد، ومفاهیم و مسلمات وبدهیات در هم تنیده فیزیک زرات کوانتومی وکلان آن ارائه شود، هم نویسنده راهوشمند تر، داناتر وقوی تروهم خواننده رابه درک روان‌تر مفاهیم علمی آن رهنمون میسازد، سپاس.