بیگ بنگ: اگر در تاریخ علم ریز شویم و دوران های شلوغ و ساکت فیزیک و پیشروی های بشر در درک طبیعت را بررسی کنیم، بی شک پی می بریم که اکتشفات بزرگ و سرنوشت ساز اغلب در ارتباط با هم رخ دادند. شاید اگر پیشگامان نیوتن در نظم حرکت اجسام آسمانی ریز نمی شدند، نیوتن به سادگی به فکر انسجام و وحدت بخشیدن قوانین حرکت با یک سری مفاهیم نسبتا ساده نمی افتاد؛ و یا اگر ماکسول و همکارانش قوانین الکترومغناطیس کلاسیک را آنطور فرمول بندی نمی کردند، آیا ایده نسبیت خاص به راحتی به ذهن اینشتین می آمد؟

«وقتی که شاهان کاخ می سازند، کار ناوه کش ها زیاد می شود.»  فریدریش شیلر

بد نیست مثالی بزنیم تا سرنخ ارتباط جمله ی بالا با دنیای فیزیک دستمان بیاید. نسبیت را در نظر بگیرید. آلبرت اینشتین نسبیت خاص را در سال ۱۹۰۵ و نسبیت عام را در ۱۹۱۶ ارائه داد. اما آیا این شاهکار فکری تنها در قرن بیستم میلادی جا ماند و “زمان” دیگر کاری به کار آن نداشت؟ البته که پاسخ منفی است. نسبیت همواره مورد توجه واقع شد و حتی اکنون نیز سمینار های زیادی در ارتباط با نسبیت سالیانه برگزار می شوند. آیا این همه توجه و محاسباتی که دانشمندان بعدی در زمینه نسبیت انجام دادند بدلیل پتانسیل بالای “نسبیت” بود و آن ها می پنداشتند که نسبیت کلید حل بسیاری از معماهاست؟

نسبیت تا سالیان زیادی بعد از انتشار، همچنان حرف های زیادی برای گفتن داشت. به یاد داشته باشیم ایده سیاهچاله ها – که کمتر از چند دهه به یکی از موضوعات شگفت انگیز فیزیک تبدیل شد – نیز از نسبیت نشأت می گیرد. نسبیت به دانشمندان علاقه مند به این ایده جرئت داد. تا چندین دهه، اکتشافات کیهان شناسی زیر سایه ی نسبیت متولد شدند. از ایده ی گیتی گسترش یافته و بیگ بنگ گرفته تا سیاهچاله ها. جالب تر آنکه خود نسبیت نیز برای شکوفایی نیاز به مفاهیم و آویز هایی قبلی داست؛ همانطور که در ابتدا گفتیم مفاهیم فیزیک نیوتنی و نظریه الکترومغناطیس ماکسول نقش بسزایی در ظهور نسبیت داشتند. زیاد مایه ی شگفتی نیست که بگوییم نظریات و اکتشافات بزرگ در ارتباط با هم زنجیروار به وقوع می پیوندند.

اما تحولات دنیای علم پی در پی رخ نمی دهند. اگر به تحولات علم توجه کنیم، می بینیم که رشته دوره های تقریبا راکد و ساکتی در بین اکتشافات تکان دهنده وجود داشته است. شاید بتوان با اعتماد به نفس زیادی گفت همین دوره ها هستند که زمینه ساز تحولات بعدی در دنیای علم اند. نقل قول شیلر را به یاد آورید؛ از دو منظر می توان به این نقل قول نگریست: شاهان کاخ های مجلل و زیبایی می سازند که نسبت به کارهای فرعی ناوه کش ها بیشتر مورد توجه قرار می گیرد؛ یا به شکلی دیگر نیز می توانیم این ضرب المثل را بررسی کنیم که کار ناوه کش ها نه تنها فرعی نیست، بلکه آن قدر مهم است که منجر به ساخت کاخ های زیبا و با شکوه می شود. غیر قابل انکار است که امثال اینشتین، نیوتن، ماکس پلانک و … “پادشاهان” بسیار بزرگی بودند؛ اما باید از تمثیل شیلر به یاد داشته باشیم که “کاخ” های باشکوه آن ها تا حدی بدلیل “ناوه کش”هایی نیز بوده است.

اما اهمیت ناوه کشی در علم تا چه حد است؟ در علم (عمدتا فیزیک) گروهی هستند که به کار نوه کشی در علم بسنده می کنند و با غرق شدن در جزییات نظریات پیشین و ور رفتن با وسایل آزمایشگاهی زمینه ساز تحولات بعدی می شوند. این نقش ممکن است کوچک به نظر آید، اما بی اهمیت نیست. مثالی می زنیم. زمانی که نسبیت عام ارائه داده شد؛ روابط آن فورا قابل استفاده نبود. روابط نسبیت در قالب معادلات پیچیده ی دیفرانسیلی مطرح شد که حل آن ظرافت و مهارت زیادی می طلبید. کارل شوارتسشیلد، فیزیکدان آلمانی که در ارتش آلمان در جبهه روسیه خدمت می کرد، چندی بعد از انتشار نسبیت عام جواب دقیق معادلات اینشتین را برای ستاره غول پیکری یافت. حتی امروزه نیز راه حل شوارتسشیلد برای معادلات اینشتین ساده ترین و ظریف ترین جواب یافت شده محسوب می شود. اینشتین متحیر بود که چگونه شوارتسشیلد توانسته بود زیر حملات پی در پی توپخانه، پاسخی برای این معادلات پیچیده بیابد. ابتدا، اینشتین فورا از پاسخ وی برای محاسبه ی گرانش اطراف خورشید استفاده کرد که همین امر در آینده مهر پررنگی گواه بر مطابقت نسبیت با داده های تجربی بود. بدین دلیل انیشتین تا ابد مدیون شوارتسشیلد بود. کار شوارتسشیلد ممکن است کوچک به نظر آید، اما بسیار پر اهمیت بود.

«شاید به این دلیل افرادی مانند آلبرت انیشتین را بزرگ می دانیم، چون زمینه ای ایجاد کردند که افرادی بتوانند در جزییات کار هایشان غرق شوند.»

کتاب جزء و کلِ ورنر هایزنبرگ، فصل دوم

نکته دیگری که در تحولات علمی نهفته است، “چگونگی شکل گیری تحولات” است. کوانتوم مثال خوبی است. می دانیم که ایده کوانتوم از حل مساله توزیع انرژی جسم سیاه به میان آمد (برای آشنایی قسمت دوم مقاله تاریخچه کوانتوم را مطالعه کنید). ماکس پلانک سعی کرد که مساله را با همان قوانین مسلم فیزیک کلاسیک حل کند و سال ها طول کشید تا دریافت این کار نشدنی است و مساله بزرگ تر از آن است که در چارچوب فیزیک کلاسیک بگنجد. با این حال همچنان تلاش کرد که رخنه ای در بدنه فیزیک کلاسیک ایجاد کند و مساله را حل کند، اما این کار شدنی نبود.

در نهایت، نتایج پلانک به بازسازی ریشه های فیزیک کلاسیک منجر شد و ساختمانی با پی ای کاملا متفاوت ساخته شد. اما این کار به فیزیک کلاسیک لطمه ای وارد نکرد، در واقع این کار باعث تعمیم مفاهیم کلاسیک شد و مانند دوربینی به ما کمک کرد تا بتوانیم افق های وسیع تری را مشاهده کنیم. به عبارت دیگر، در علم، انقلاب هایی پرثمر واقع می شوند که آغازکنندگان آن سعی داشته باشند هر چه کمتر تغییر ایجاد کنند و کار خود را در قلمروی مفاهیم قبلی به حل یک مساله خاص و مشخص محدود کنند. اینشتین نیز سعی در همین کار داشت که در نهایت پذیرفت مفهوم زمان مطلق فیزیک کلاسیک باید رها شود. به قول هایزنبرگ: «در علم تنها دیوانه های کله پوک – از آن نوع آدم هایی که مدعی ساختن ماشین با حرکت دائمی اند – سعی می کنند همه چیز را زیر و رو کنند و ناگفته پیداست که از این گونه اقدامات نتیجه ای به دست نمی آید.»

ظاهرا هم اکنون فیزیک در همان “زمینه ای” به سر می برد که هایزنبرگ توضیح داده است (نقل قول بالا از کتاب جز و کل). یک قرن از ظهور نسبیت عام و حدود نود سال از مکانیک کوانتومی و اولین تفسیرهای آن می گذرد و فیزیکدانان همچنان غرق در تعبیر و تفسیر این دو نظریه بزرگ اند. گه گاهی هم با رویدادهای اعجاب انگیزی روبرو می شویم که اوضاع را پیچیده تر می کنند؛ مانند رصد ذره بوزون هیگز در چند سال پیش، داده های کیهان شناسی که در آغاز قرن بیست و یک بدست آمد و یا اتفاقات اخیری که در دستگاه شتاب دهنده ذرات (LHC) سویس افتاد. قرن بیستم نقطه عطفی در تاریخ فیزیک به شمار می رود. در طی تنها نیم قرن، تصور بشر از جهان و طبیعت پیرامون خود به قدری تغییر کرد که هیچکس در خواب هم نمی دید. شاید بی راه نباشد که وضعیت کنونی را با شرایط و وضعیتی که قبل از ایجاد تحولی در دنیای فیزیک حاکم بودند، مقایسه کنیم. در قرن کنونی، آزمایش های زیادی وجود دارند که هنوز تعبیر نشده اند؛ سرشت ماده تاریک، که شاید بتوان گفت هیجان انگیز ترین معمای حل نشده کیهان شناسی است، مشخص نیست؛ ناهمخوانی های نسبیت عام و کوانتوم هنوز در پشت پرده ای از ابهام قرار دارد؛ قدرت قضاوت در مورد بعضی از نظریه های پر رمز و راز مانند نظریه ریسمان را نداریم و حتی در فیزیک ذرات هنوز معما های زیاد چالش بر انگیزی در پیش رو داریم. امیدوارم مرتکب اشتباه بزرگی نشده باشیم که بگوییم فیزیک امروزی آتشی زیر خاکستر است و شاید انقلاب و یا تحولی جدید در راه باشد.