اگر ده به توان پانصد گزینه برای انتخاب جهان خود در اختیار شما قرار دهند، آیا انتخاب شما، همین حیات کنونی در قالب «انسان ساکن بر سیارهی زمین» خواهد بود؟ البته با این پیشفرض که انسان دارای اختیار است. آیا ما مخلوقی تصادفی و منتج از قوانینی منظم هستیم یا بخشی کوچک از برنامهی طراحی بزرگ؟! یا شاید تنها اسباب سرگرمی بیگانگان!
این پرسشهای به ظاهر علمی، پاسخهایی غیرعلمی را نیز در طول دورانهای مختلف شامل میشوند. پاسخهایی نشأت گرفته از مذهب و فلسفه که گاه در تعامل با یکدیگرند و گاهی در تعارض. و متناسب با آستانهی پذیرش پرسشگر، میتوانند قانعکننده یا چالشبرانگیز باشند. پژوهشهای علم فیزیک بالاخص کیهانشناسی در دهههای اخیر، برای یافتن پاسخی عقلانی بر پایهی مشاهدات و نه قدرت، برای این پرسشها متمرکز شدهاند.
طرح بزرگ، گزارش مبسوطی از تولد علم فیزیک از دل فلسفه، و یافتن شاهراه تفکر از بین مسیرهای متعدد خرافات و افسانههاست. این کتاب توسط یکی از مهمترین چهرههای نویسندگی کتب علمی جهان، استیون هاوکینگ، نگاشته شده و با ترجمهی روان و بسیار خوبی از سارا ایزدیار توسط نشر مازیار به چاپ رسیده است. کتابی جذاب و گاهی پیچیده که هاوکینگ با مثالهایی روزمره و ساده، گره از این پیچیدگیها میگشاید. شرحی شیوا از نظریات مدرن و باورهای باستانی؛ گویی همنشین ژآک برل شدهاید و از هر واژه به سان ترانهای لذت میبرید.
استیون هاوکینگ، کیهانشناس و رویاپرداز، یکی از خاصترین دانشمندان عصر حاضر، نه تنها به خاطر شرایط جسمانی ویژه بلکه به خاطر ابراز صریح باورهای دینی خود و بررسی علمی آنها نیز هست. تا جایی که حتی مذهب، عامل مشاجرهبرانگیزی در زندگی شخصی ایشان با همسری عمیقا مذهبی بود.
ما مخلوقات خاصی در یک سیارهی کوچک از ستارهی متوسط و در محیط بیرونی یکی از هزاران میلیون کهکشان عالمیم. برای من مشکل است باور کنم خداوند به ما چندان اهمیت میدهد یا اساسا به موجودیت ما توجه زیادی دارد.
هاوکینگ در سال ۱۹۴۲در آکسفورد انگلستان متولد شد، فردی که ۲۱سالگی و آغاز بیماری لاعلاج خود را زمانی میداند که انتظاراتش به صفر کاهش یافت و همه چیز از آن زمان به بعد پاداش اضافه برای او محسوب میشده است. کتاب طرح بزرگ آخرین نوشتار هاوکینگ است که در آن با شروع از نقطهی صفر خلق علم، رشد و نمو آن را پی میگیرد تا آنکه به فیزیک مدرن برسد. و با بررسی نظریات انقلابی آن، پاسخی منطقی برای پرسشهای بنیادین بشر را به اذهان نهیب زند.
فلسفه؛ بازندهی بزرگ!
“فلسفه مرده است” تیرخلاصیست که همان ابتدا شلیک میشود. جملهی مبارزهطلبانهای برای آغاز یک جدل که تنها از نابغهی جسوری مانند هاوکینگ با چنین قاطعیت و صراحتی در موضوعی دیگری جز فیزیک، انتظار میرود. شاید دور از انصاف است که این جدل تنها از زاویهدید یک مبارز بررسی میشود و هیچ فیلسوفی مجالی برای دفاع نیافته است. شاید هم باید به این توجیه قناعت کنیم که تاریخ را فاتحان مینویسند و فاتح این کارزار تا به امروز علم بوده است! شروع کتاب با این جمله، تحول فلسفه را از آغاز به چالش میکشد.
استیون هاوکینگ در بررسی این مسیر بیان میکند که چگونه نبود علم و آگاهی باعث به وجود آمدن خدایان متعدد باستان شده است. خدایانی که با هر رنجشی از جرم انسانی، فجایع طبیعی را همچون مجازاتی نازل میکردند.
در ادامه با اشاره به افسانههای بسیاری از فرهنگهای اعصار مختلف، به بررسی ظهور و رشد علم در زمان میپردازد. سیطرهی فلسفه و فرقههای گوناگون را بر تفکر و علم بازگو میکند. دورانی را تصور کنید که حتی گروهی از فلاسفه، قوانین فیزیکی را با عبارات قضایی توصیف میکردند. اجبار و قانونی که دستگاه اجرایی و قضا، سیارهای را وادار به حرکت در مداری بیضوی کند. یا عصری را در نظر بگیرید که سیارات را دارای قوهی ادراک بدانند، موجوداتی که با ذهن و هوش خود قوانین حرکت را دریافتهاند و از آنها تبعیت میکنند.
ایدهی مشترک این بود که جهان، خانهی اسباب بازی خداست و مطالعهی مذهب نسبت به مطالعهی پدیدههای طبیعی موضوع به مراتب ارزشمندتریست.
در ادامه هاوکینگ با مرور ظهور علم از دل تاریخ، برتری آن را در مقابل فلسفه در توان پاسخگویی به غالب پرسشها، به رخ میکشد. با پذیرفتن حاکمیت قوانین علمی طبیعت، سئوالاتی نیز پیرامون منشا و وجود استثنا در آنها مطرح شد. علم، فلسفه و مذهب هرکدام به صورت جداگانه پاسخهایی به فراخور عصر خود برای این پرسشها عرضه داشتند. پاسخ اکثر آنها برای منشا قوانین، وجود «خداوند» بود. و برای تردید در وجود استثناهایی در قوانین، مفهوم «معجزه» از جانب خداوند را مطرح کردند. اما لاپلاس، با عرضهی ایدهی «جبرگرایی علمی»، پاسخی از جانب گروه علم، برای پرسش دوم ارائه کرد:
با داشتن وضعیت جهان در یک زمان معین، مجموعهی کامل قوانین، گذشته و آینده را به طور دقیق تعیین میکنند. این موضوع احتمال وجود معجزه یا نقش فعال خالق را منتفی میساخت.
جبرگرایی لاپلاس، بنیان علم مدرن است. هرچند بسیاری همچون دکارت معتقد بودند که جبرگرایی علمی تنها بر فرآیندهای فیزیکی حاکم است نه بر رفتار انسانها! انسانها موجوداتی دارای اختیارند که قابل پیشبینی نیستند و از قوانین ثابتی پیروی نمیکنند. هاوکینگ در انتها عقیدهی خود را در این خصوص بیان میدارد:
ما چیزی جز یک ماشین زیستی نیستیم و مفهوم اختیار یک خیال باطل است
او معتقد است رفتار انسان نیز از طریق قوانینی ثابت و طبیعی تعیین میشود. اما تعداد متغیرهای زیاد و پیچیدگی فرآیند محاسبات برای تعیین خروجی، عملا پیشگویی رفتار انسان را غیرممکن میسازد. چرا که بدن انسان حاوی هزاران تریلیون تریلیون مولکول است و هر کدام جداگانه از قوانین طبیعی پیروی میکنند، برای یک تصمیمگیری سادهی انسان، باید به تعداد مولکولها، معادله حل کرد. پس استفاده از قوانین فیزیکی برای پیشبینی رفتار انسان عملی نیست، اما میتوان از یک «نظریه موثر» برای گذر از این دردسر استفاده کرد و پذیرفت «انسان دارای اختیار است!»
به هرآنچه که میبینید و باور دارید، شک کنید!
هاوکینگ در این فصل با مثالی شبیهسازی شده ما را نسبت به وضعیت خود در جهان دچار شبهه میکند. آیا ما نیز همچون ماهیهایی در تُنگی مدور محبوسیم و نظارهگر جهانی از درون این تنگیم؟ تصویر ما از دنیا و واقعیت بیرونی، تصویری حقیقیست؟
هاوکینگ احتمال جذاب دیگری را به غیر از زندگی در تنگی مدور، بیان میکند؛ حیات در واقعیتی مجازی و شبیهسازی شده! شاید ما تنها شخصیتهای یک نمایش کامپیوتری باشیم. یک نمایش سرگرمکننده برای بیگانگان کنترلکنندهی ما! سپس به نکتهای زیرکانه و البته ترسناک اشاره میکند: از آنجا که رویدادهای جهان ما همچنان از منطق خاصی پیروی میکنند، شاید کنترلکنندگان، به حدی هوشمند هستند که قوانین پایدار و باثباتی را بر این جهان اعمال کردهاند. و به هیچ وجه نمیتوان فهمید واقعیت دیگری در ورای این واقعیت شبیهسازی شده وجود دارد یا خیر.
واقعیت امر این است که در هر موقعیتی که باشیم چه درون تنگ، چه در دنیایی مجازی، میتوان متناسب با آن موقعیت، قوانین علمی را با پیچیدگیهای مختص به همان چارچوب نیز صورتبندی کرد. و هریک را به عنوان مدلی مناسب برای جهان به کار برد. و همیشه جایی برای تردید نسبت به آنچه که میبینیم وجود دارد.
دانستن اینکه فصل مربوطه، نسبت به مابقی کتاب جذابیت کمتری دارد و حوصلهی بیشتری میطلبد، خالی از لطف نیست.
احتمال؛ کلیدواژهی کوانتوم!
مکانیک کوانتومی یکی از مهمترین شاخههای فیزیک مدرن است. که هاوکینگ به بررسی اصول بنیادی آن میپردازد. فیزیک کلاسیک، علم حاکم بر زندگی روزمره و مقیاسهای بزرگ است، جایی که اشیای مادی وجود مستقلی دارند و در مکانهای مشخص و قطعی قرار میگیرند. اما فیزیک کوانتوم، چارچوبی برای توصیف جهان در مقیاسهای اتمی و زیراتمی است. که در آن، مکان و مسیر ذره، دقیقا مشخص و قطعی نیستند. هاوکینگ چند وجه مهم مکانیک کوانتومی را در این نوشتار مطرح میکند.
ویژگی مهم کوانتوم، اصل عدم قطعیت است که توسط هایزنبرگ ارائه شد. این اصل بیان میدارد که اطلاعات دقیق و قطعی یک ذره را نمیتوان به طور همزمان اندازهگیری کرد. هر قدر که کمیتی را با «قطعیت» بیشتری اندازهگیری کنیم، کمیت دیگر «عدم قطعیت» بیشتری خواهد داشت.
عدم قطعیت موجب میشود که طبیعت، خروجی هیچ فرآیندی را حتی در سادهترین موقعیتها از قبل تحمیل نکند، بلکه حالتهای مختلفی را که هر کدام احتمال مشخصی برای تحقق دارند امکانپذیر میسازد.
این اصل نقطهی آغاز ورود مفهوم مهمی در کوانتوم شد: احتمال! در حقیقت فیزیک کوانتوم، بیانگر وجود ذره با «احتمال» معینی در هر کجای این جهان است. فاینمن نقش عظیمی در رشد کوانتوم داشت. وی در نظریهای اظهار داشت که برخلاف فیزیک کلاسیک، که هر ذره مسیر مشخصی را از آغاز تا پایان پدیده طی میکند، در فیزیک کوانتوم، ذره در حین حرکت از ابتدا تا انتهای مسیر، مکان قطعی ندارد. بدین معنا که این ذره تمام مسیرهای ممکن را به صورت «همزمان» دنبال میکند، که هر کدام احتمال مخصوص به خود را دارند!
نکتهی مهم این است که در فاصلهی بین حالت اولیه و اندازهگیریهای حالت بعدی سیستم، ویژگیهای سیستم به نوعی تغییر میکنند که فیزیکدانان آن را «تاریخچهی سیستم»مینامند. به عنوان مثال، در حرکت یک ذره از نقطهای به نقطهی دیگر، مسیر ذره، تاریخچهی آن است. و از آنجا که مسیرهای بسیاری برای این حرکت وجود دارد این سیستم تاریخچههای متعددی خواهد داشت. فاینمن نشان داد که برای یک سیستم، احتمال مشاهدهی هر نتیجهای، از تمام تاریخچههای احتمالی که منجر به آن نتیجه میشوند، حاصل میشود!
در انتهای فصل، هاوکینگ به یکی دیگر از اصول شگفتانگیز کوانتوم میپردازد؛ مشاهدهی یک سیستم میتواند مسیر آن را تغییر دهد! به صرف ناظر یک پدیده بودن، به ناچار باید با شیء مشاهدهشونده برهمکنش داشت. برای مثال برای رویت یک جسم، روی آن نور میتابانیم. این موضوع شاید در زندگی روزمره و فیزیک کلاسیک، تاثیرگذار نباشد. اما در دنیای کوانتومی، تاباندن نور، به مثابهی شلیک فوتون به سمت جسم است که تاثیری قابل ملاحظه خواهد داشت.
فیزیک کوانتوم به ما میگوید مهم نیست مشاهدات ما از اکنون تا چه حد کامل هستند، گذشته(مشاهده نشده)، درست مانند آینده، نامعین بوده و تنها به صورت طیفی از احتمالات وجود دارد. به این ترتیب بر طبق فیزیک کوانتومی، جهان هیچ گذشته یا تاریخ منحصر به فردی ندارد.
در واقع به صرف مشاهداتی که در زمان حال بر روی یک سیستم انجام میدهیم گذشتهی آن تحت تاثیر قرار خواهد گرفت و در نتیجه گذشته صورت مشخصی نخواهد داشت!
سمفونی کیهان برای اتحاد نیروها!
هاوکینگ در ادامه یکی از مهمترین اهداف علم فیزیک امروز، یعنی متحد کردن نیروهای بنیادین طبیعت در قالب نظریهای واحد را شرح میدهد. نیروهای بنیادین طبیعت عبارتند از نیروی هستهای قوی، نیروی هستهای ضعیف، نیروی الکترومغناطیسی و نیروی گرانش. در این فصل ویژگیها و تاریخچهی تمام نیروها از آغاز، توصیف و در گام بعد، نظریاتی که سعی بر کوانتومی و متحد کردن آنها دارند تشریح شده است.
در اولین قدم برای کوانتومی کردن نیروها، نسخه ی کوانتومی نیروی الکترومغناطیسی ساخته شد، و آن را الکترودینامیک کوانتومی نامیدند. نیروی هستهای قوی نیز تحت نظریهای به نام کرومودینامیک کوانتومی، کوانتیده شد. این نظریه بیانگر وجود کوارکها به عنوان بنیادیترین موجود تشکیلدهندهی ذرات است. کوارکها انواع مختلفی دارند، به نامهای افسون، زیبایی، حقیقت، شگفت و ….
کوانتومی شدن نیروهای هستهای قوی و الکترومغناطیسی، انگیزهای شد تا تمام نیروها را کوانتیده کنند. و به نظریهای واحد دست یابند. در این راستا پژوهشهای بسیاری صورت گرفت. و به نظریاتی همچون GUT و مدل استاندارد انجامید. که هر کدام نقصهایی را شامل میشدند. مهمترین نقص، کوانتیده نشدن گرانش در هیچ کدام از این نظریهها بود.
تلاشهای عظیمی برای رفع این مشکل در دنیای فیزیک صورت گرفت و نظریات متعددی ارائه شد. یکی از نظریات موثر در این زمینه «نظریه ریسمان» است. بر اساس این مدل، کوارکها بنیادیترین جزء عالم نیستند بلکه از موجوداتی یک-بُعدی مشابه ریسمانهایی نازک تشکیل شدهاند که هر کدام با الگوهای مختلفی ارتعاش میکنند و ذرات را مانند نتهای موسیقی میسازند.
اما این نظریات تنها در صورت ده بعدی بودن فضا-زمان پایدار و برقرارند. این ابعاد اضافی را نظریه ریسمان، درون فضایی بسیار کوچک، حلقه شده میداند، که ما قادر به مشاهده آنها نیستیم. هرچند مشکل اینجاست که برای حلقه کردن این ابعاد اضافی، میلیونها روش و حداقل ۵ نظریهی مختلف دیگر وجود دارد. پس چگونه به وجود نظریهای واحد برای تمام جهان، در حضور چندین نظریه مختلف و میلیونها روش امیدوار باشیم.
نظریهپردازان ریسمانی هم اکنون متقاعد شدهاند که ۵ نظریه ریسمانی مختلف به همراه گرانش که هر کدام در شرایط متفاوتی معتبرند، تنها تخمینهای گوناگونی از یک نظریه بنیادیتر هستند.
این نظریه بنیادی «نظریهM» نام دارد. «نظریهM» شامل یازده بعد فضا-زمان است و برخلاف نظریه ریسمان، علاوه بر ریسمانهای مرتعش، شامل ذرات و هر موجودی به نام p-brane (p عددی از۰ تا ۹ بُعد) میشود.
طبق قوانین نظریهM ، بسته به نحوه حلقه شدن فضای درونی(ابعاد اضافی)، امکان وجود جهانهای متفاوت با قوانین ظاهری مختلف وجود دارد. نظریهM، فضاهای درونی بیشماری را امکانپذیر میسازد.
ده به توان پانصد جهان متفاوت، که ما تنها یکی از آنها را میشناسیم. شاید با دیدن این عدد باید این امید که بتوانیم قوانین ظاهری جهان را با یک نظریهی واحد توصیف کرد، فراموش کنیم.
ما محصول تاریخ هستیم یا تاریخ محصول ما؟!
هاوکینگ در ادامه، بر نقطهی آغاز عالم متمرکز میشود. اولین گواه بر وجود یک نقطهی آغاز، نظریهی انبساط جهان است. با پذیرش این امر، جهان باید در گذشته حجمی کوچکتر از اندازهی کنونی را دارا باشد. با بازگشت به گذشتهی دور، به جهانی متمرکز در حجمی بسیار کوچک و دمایی بسیار بالا میرسیم، تا اینکه با عقبگردی بیشتر، به زمانی خاص یعنی نقطهی آغاز جهان که «انفجار بزرگ» رخ داده است، بازگردیم!
برای روشن شدن بهتر انبساط کیهان، به فاز اولیهی آن اشاره میشود. این فاز اولیه را فیزیکدانان «تورم» مینامند. در واقع واژهی تورم، معرف کلمهی انفجار در عبارت انفجار بزرگ است. متاسفانه، ما ایرانیها به یمن اقتصاد افسارگسیختهمان، به خوبی میتوانیم «انفجاری بودن» این واژه را درک کنیم. تورم کیهانی زمانیست که انبساط جهان با ضریبی بسیار بالا، در مدت زمانی بسیار کوتاه، رخ دهد. ایدهی تورم با اطلاعات کسب شده و آگاهی کنونی، ایدهای معتبر است.
اما این ایده نیز مانند اغلب نظریهها، مشکلاتی نیز با خود به همراه دارد. با پذیرفتن تورم کیهانی، نیاز است که حالتی ابتدایی و بسیار ویژه برای عالم وجود داشته باشد. و از آنجا که میدانیم حالت ابتدایی عالم، به سبب کوچک مقیاس بودن، پدیدهای کوانتومیست پس نظریهی کلاسیکی نسبیت عام قادر به توضیحی مناسب برای آن لحظه نخواهد بود. و به نظریهای کاملتر برای استخراج ایدهی تورم نیاز داریم.
اما اگر آغاز جهان کوانتومیست پس باید بتوان بر اساس نظریهی تاریخچههای فاینمن آن را توصیف کرد. در دیدگاه فاینمن جهان میتواند هر مسیر محتملی را پیموده و در نتیجه جهانهای دیگری نیز حاصل شوند. جهانهای کوچکی از هیچ! مانند شکلگیری حبابهای بخار در آبی که در حال جوشیدن است. همانطور که حبابهای ریز سریعتر ناپدید میشوند، جهانهایی در ابعاد میکروسکوپی نیز از هم فرو میپاشند و تنها تعداد اندکی از آنها میتواند به اندازهی بحرانی رسیده و متورم شود و ساختارهای کیهانی را شکل دهد.
در این دیدگاه احتمال برخی تاریخچهها بیشتر از بقیه خواهد شد؛ تاریخچههایی که وجود مستقلی از خود ندارند. و به مشاهدهی ناظر و به اینکه مشاهدهگر چه چیزی را اندازه میگیرد، وابستهاند:
ما با مشاهدات خود تاریخ را میسازیم، نه اینکه ما حاصل تاریخ هستیم.
انسان؛ اشرف مخلوقات یا محصولی خوش اقبال؟
سخن اصلی در فصلهای پایانی بیان میشود. هاوکینگ با مطرح کردن چند ویژگی مساعد منظومه شمسی، مانند خروج از مرکز زمین، جرم خورشید و …، وجود حیات را در این جهان با چنین قوانینی، اتفاقی خارقالعاده و غیرمحتمل نمیداند، بلکه هر کدام از آنها را صرفا «خوشاقبالی» میخواند. استدلال او این چنین است که منظومهی ما تنها منظومهی موجود در جهان نیست که با سلسله اتفاقاتی غیرمحتمل به وجود آمده باشد و برنامهی مناسب حیات بشر را برای آن طراحی کرده باشند. در نتیجه این شرایط «تنظیم دقیق» را نمیتوان آنچنان استثنایی دانست. چرا که با وجود تعداد زیاد جهان، باید توقع امکان حیات در یکی یا برخی از آنها را داشت.
اگر ما وجود داریم، پس قوانین نمیتوانند هر مجموعهی دلخواهی باشند، بلکه باید به گونهای انتخاب شوند که محیط مناسب برای به وجود آمدن ما را مهیا کرده باشند.
هاوکینگ با بررسی مفصل تشکیل ساختار عالم، از کهکشانها گرفته تا بنیادیترین واکنشهای هستهای، اشاره میکند که باید رویدادها و فرآیندهای دقیقی در جهان اولیه و هر مرحله از آن رخ دهد تا امکان خلق انسانها فراهم شود. و اندکی تخطی از این قوانین، شرایط را برای وجود ما از بین میبرد. هاوکینگ تمام مسئولیت این تنظیم دقیق را بر دوش بخت خوش آن موجود مینهد.
در واقع میتوان نتیجه گرفت که این جهان و تنظیم دقیق بسیاری از قوانین موجود در آن، طرحی از پیش تعیین شده است. این موضوع میتواند گواهی بر وجود خداوند باشد. این طرح بزرگ، طراحی بزرگ هم دارد. البته هاوکینگ باور دارد که علم مدرن چنین پاسخی به این مسئله نمیدهد. و معجزهی «تنظیم دقیق» را در زمرهی فاکتورهای محیطیای که بالاخره در جهانی مابین جهانهای متعدد و بدون خالق، پدیدار میشد، توجیه میکند.
در فصل پایانی، نویسنده با معرفی دقیق نظریهی«بازی زندگی» که مجموعهایست از قوانین حاکم بر جهانی دو-بعدی و متشکل از تعدادی مربع که در تمام جهات تا بینهایت ادامه مییابند، به این نتیجه اشاره میکند که میتوان از جهانی با قوانین و اجزایی ساده، اشیائی پیچیده و حتی هوشمند ساخت که قادر به تولید مثل باشند. اما چرا هوشمند؟ این موجود پیچیده، حتی در ابعاد یک انسان، حدودا از هزاران تریلیون تریلیون ذره تشکیل شده و درست همانند انسان، میتوان با استفاده از یک نظریه موثر نتیجه گرفت که موجودی دارای اختیار است و هوشمند.
بنابراین لازم نیست برای روشن کردن فتیله جهان و راه اندازی آن از خالق کمک بگیریم
هاوکینگ در پایان هم چنان امیدوار است که نظریهی واحدی برای توصیف این جهان گسترده یا همان «طرح بزرگ»، چه با خالق چه بدون خالق، یافت شود و «نظریهی M» را تنها نامزد کنونی برای این طرح بزرگ میداند.
در پایان ضمن یادآوری این موضوع که هاوکینگ منکر وجود خالق نمیشود بلکه تنها خلق جهان بدون خالق را ممکن میداند، باید متذکر شد این کتاب حاوی عقاید و باورهای شخصی ایشان است. و اگر از هرگونه تعصبی رنج یا لذت میبرید قطعا شما را آزردهخاطر خواهد ساخت.
ممنون بابت این مقاله عالی. کتاب دیگه ای در این باب, وجود یا عدم وجود خدا از دید علمی سراغ دارید؟
بسیار زیبا شرح دادین