ایده‌های مهم هاوکینگ در کیهان‌شناسی و اخترفیزیک
رضا منصوری، فیزیکدان و استاد دانشکدۀ فیزیک دانشگاه صنعتی شریف است. وی نخستین رئیس انجمن فیزیک ایران در دوران پس از انقلاب بوده و در حوزۀ نسبیت و کیهان‌شناسی تخصص دارد و از آغاز انتشار ماهنامۀ “نجوم” در سال ۱۳۷۰، مدیر مسئول این مجله بوده است.
به گزارش عصرایران، دکتر منصوری در این گفتگو جنبه‌هایی از یافته‌های علمی استیون هاوکینگ و دلایل اهمیت وی را در حوزه‌های اخترفیزیک و کیهان‌شناسی توضیح می‌دهد.
آقای دکتر مصنوری، ابتدا بفرمایید مهم‌ترین دستاورد علمی استیون هاوکینگ از نظر شما و نیز از نظر اکثر دانشمندان چه بوده است؟
مهم‌ترین کار هاوکینگ، که یکی از اولین کار‌های علمی او هم بود، به همراه پنروز انجام شد. هاوکینگ و پنروز حدود سال ۱۹۶۸ ثابت کردند یا نشان دادند هر جا ماده و گرانش هست، حتما منجر به پدیدۀ سیاه‌چاله یا تکینگی خواهد شد.
مرکز سیاه‌چاله مصداق تکینگی است؟
پدیدۀ تکینگی انواع و اقسام دارد که یکی از آن‌ها خود سیاه‌چاله است که مرکزش هم مصداق تکینگی است. علاوه بر این، سطحی دارد که امروزه به آن افق سیاه‌چاله گفته می‌شود. به هر حال هاوکینگ و پنروز تاثیر ماده و گرانش در شکل‌گیری سیاه‌چاله یا تکینگی را اثبات کردند و این واقعۀ بسیار مهمی بود و در جهت‌گیری اخترفیزیک مدرن بسیار موثر بود.
قبل از اینکه پیشتر برویم، کمی دربارۀ اخترفیزیک توضیح می‌فرمایید؟
نجوم اصطلاحی کلی است و هر آنچه را که به کیهان مربوط می‌شود در بر می‌گیرد. از زمین و خورشید گرفته تا کهکشان ما و کهکشان‌های بزرگ‌تر و کل کیهان. در درون علم نجوم، حوزه‌ای وجود دارد که به سؤالات اساسی مربوط به دینامیک یا تحولات کل کیهان مربوط است. این قسمت را کیهان‌شناسی می‌نامیم. اما در علم نجوم حوزۀ دیگری وجود دارد که مربوط به پدیده‌های داخل کیهان است و به سؤالاتی از این دست می‌پردازد: تحول ستاره‌ها چگونه است؟ کهکشان‌ها چگونه بوجود آمدند؟ بعضی از اشیائی که ما در آسمان می‌بینیم، چه فرقی با ستاره یا کهکشان دارند؟ به هر حال مطالعه و بررسی این ساختارها، به روش‌هایی که ما در فیزیک می‌شناسیم، اخترفیزیک نام دارد. یعنی فیزیک اختران یا فیزیک ستاره‌ها و کهکشان‌ها. دانشمند حوزۀ اخترفیزیک، کیهان‌شناس نیست و در بحث کلی نجوم، در حوزۀ اخترفیزیک تخصص دارد. اگر من بپرسم کیهان چگونه آفریده شد، این سؤالی در حوزۀ کیهان‌شناسی است. اما اگر بپرسم فلان ستاره کی منفجر می‌شود، این سؤالی در حوزۀ اخترشناسی است. وقتی هم که از ساختار‌های داخل کیهان بحث می‌کنیم، که ستاره و سیاره و کهکشان هستند، این بحث را معمولا بخشی از اخترفیزیک تلقی می‌کنیم. یعنی مثلا می‌پرسیم قوانین فیزیک چه تاثیری بر تحول یک کهکشان یا یک خوشۀ ستاره‌ای یا یک خوشۀ کهکشانی دارد؟
هاوکینگ دقیقا در کدام یک از این حوزه‌ها متبحر بود؟
اخترفیزیک و کیهان‌شناسی. هر دو. همان قضیه‌ای هم که در اواخر دهۀ ۱۹۶۰ اثبات کرد و در پاسخ به سؤال اول به آن اشاره کردم، در حوزۀ اخترفیزیک بود. در ادامه، کار‌های دیگری کرد که در حوزۀ کیهان‌شناسی بودند.
در حوزۀ کیهان‌شناسی چه کار مهمی انجام داد؟
بعد از اینکه مفهوم تورم بوجود آمد، یعنی انبساط یا تورم جهان در ابتدای عالم، تحول مهمی در کل کیهان‌شناسی رقم خورد و باعث شد ما درک بهتری از موضوع مِهبانگ در کیهان‌شناسی داشته باشیم و تکینگی آغاز کیهان را بهتر بفهمیم.
آن تکینگی آغازین همان انفجار بزرگ بوده؟
بله، انفجار بزرگ یا مهبانگ. البته اصطلاح علمی‌اش همین تکینگی است.
هاوکینگ به این نکته هم اشاره کرده که اگر جهان در حال انبساط باشد، ممکن است این روند متوقف شود و جهان رو به انقباض برود و سرانجام پروندۀ عالم در تکینگی موسوم به انقباض بزرگ بسته شود.
این نظر هشتاد سال است که مطرح شده و تقریبا تا بیست سال پیش کم وبیش دربارۀ آن بحث می‌شد، اما از آن به بعد دیگر عملا از کیهان‌شناسی طرد شده است. یعنی داده‌ها نشان می‌دهد این نظر نادرست است. روند انبساط عالم تا ابد ادامه پیدا خواهد کرد. برای اینکه مقدار ماده‌ای که وجودش در عالم تشخیص داده شده و همین‌طور انرژی تاریک، دو پدیده‌ای هستند که نشان می‌دهند انبساط عالم متوقف نخواهد شد. حتی در قیاس با سال ۲۰۰۰، اطلاعات امروز ما نشان می‌دهد که شدت انبساط عالم بیشتر شده است. بنابراین امروز مطمئن‌تریم که این انبساط متوقف نخواهد شد.
بیشتر شدن شدت انبساط یعنی جهان با سرعت بیشتری در حال انبساط است؟
یعنی ما فکر می‌کردیم هر جا ماده هست، در برابر انبساط عالم مقاومتی وجود دارد. یعنی تصور ما این بود که انبساط عالم به هر دلیلی که شروع شده باشد، مقدار مادۀ موجود در عالم می‌خواهد جلوی این انبساط را بگیرد و اصطلاحا شتاب انبساط دارد کند می‌شود. یعنی سرعت انبساط آهسته می‌شود و شتاب آن هم کندشونده است. اما داده‌های رصدی ۱۵ سال اخیر نشان می‌دهد که به علت وجود انرژی‌ای که آن را انرژی تاریک نامیده‌اند، این انبساط تندشونده است. بنابراین ایدۀ متوقف‌شدن احتمالی انبساط عالم، کنار رفته است.
هاوکینگ می‌گفت نمی‌توانیم بپرسیم که قبل از تکینگی آغازین عالم چه روی داده است؛ زیرا در آن شرایط نه زمانی وجود داشته نه فضا و ماده‌ای.
این‌ها استنباط‌های شخصی هاوکینگ بوده. یعنی گزاره‌هایی نیست که در اجتماع کیهان‌شناسان پذیرفته شده باشد. ضمنا مدل‌هایی برای تبیین شرایط قبل از مهبانگ وجود دارد؛ و نیز مدل‌هایی برای تبیین شرایط پس از انقباض بزرگ؛ در صورتی که چنین انقباضی وجود داشته باشد. این مدل‌ها می‌گویند که زمان وجود دارد یا قائل به چند-زمانی-بودن عالم هستند یا بی-زمان-بودن عالم.
دربارۀ اهمیت هاوکینگ در کیهان‌شناسی توضیح ندادید.
اینکه در تکینگی اول یا مهبانگ گرانش باید کوانتومی بوده باشد و احتمالا در آن جا زمان وجود نداشته و بعدش زمان بوجود آمده، یا قبل از مهبانگ چهار بُعد فضا چیزی جز فضا نبوده، ولی بعد از مهبانگ یک بُعد فضا زمان شده و سه بُعد دیگرش همچنان فضا باقی مانده است، همگی ایده‌های مهمی است که هاوکینگ مطرح کرده و در حوزۀ کیهان‌شناسی قرار دارند.
در بحث سیاه چاله‌ها، این سؤال هم برای بسیاری از مردم مطرح است که آیا سیاه‌چاله‌ها محصول حدس دانشمندان هستند یا وجودشان اثبات هم شده است؟
در اواخر دهۀ ۱۹۶۰، قضایای ریاضی اثبات‌شده نشان دادند که سیاه‌چاله‌ها باید وجود داشته باشند. الان تعداد زیادی سیاه‌چاله پیدا شده است. بنابراین وجود سیاه چاله‌ها دیگر محصول حدس و گمان نیست بلکه یک واقعیت رصدی است.
برخی معتقدند بی‌اعتقادی هاوکینگ به وجود خدا، در همان کتاب “تاریخچۀ مختصر زمان” هم، که چند دهه پیش نوشته شده، معلوم بود.
من نه می‌توانم بگویم هاوکینگ به خدا اعتقاد داشت، نه می‌توانم بگویم اعتقاد نداشت. هیچ یک از این مدعیات از نظر من صحیح نیست.
چرا؟
شما شاهدی دارید که هاوکینگ گفته باشد من خدا را قبول دارم یا ندارم؟
اواخر عمرش تصریح کرد که به خدا باور ندارد.
نه، آن یک گزارۀ رسانه‌ای بود. مثل وقتی که یک سیاستمدار حرفی می‌زند که به آن اعتقادی ندارد. هاوکینگ معتقد بود در کیهان‌شناسی برای تبیین پدیده‌ها نیازی به مطرح‌کردن مفهوم خدا نیست. این حرف درست است چراکه اعتقاد به وجود خدا، ربطی به علم کیهان‌شناسی ندارد.
ماکس پلانک خداباور بود. شما وقتی آثار هاوکینگ را می‌خوانید، به نظرتان هاوکینگ خداباور بود یا نه؟
ماکس پلانک در این زمینه صراحت دارد، ولی هاوکینگ در این زمینه، چه نفیا چه اثباتا، صراحتی ندارد.
نفیا صراحت داشت در اواخر عمر. اما فارغ از اینکه در مصاحبه با رسانه‌ها چه گفته، آثار علمی‌اش بر خداباوری دلالت داشت یا خداناباوری؟
آثارش متضمن بحث جدی دربارۀ خدا نیست. گاهی هم که چیزی دربارۀ خدا گفته، مثل نویسنده‌ای است که داستانی علمی-تخیلی نوشته و قصدش فروش کتابش است. کسانی هستند که آثاری جدی در زمینۀ اثبات یا رد خدا نوشته‌اند، اما هاوکینگ اثری جدی در این زمینه ندارد.
ظاهرا یکی دیگر از وجوه اهمیت هاوکینگ، جمع‌کردن نظریۀ نسبیت و نظریۀ کوانتوم برای توضیح رفتار سیاه‌چاله‌ها بود.
بله، آنچه تابش هاوکینگ نام گرفته، نوعی برداشت کوانتومی از افق سیاه‌چاله است. اما این به معنای گرانش در ابعاد کوچک کیهانی در زمان مهبانگ نیست؛ بلکه با یک تفسیر تقریری از مفهوم کوانتوم، تابش هاوکینگ اثبات می‌شود و می‌توان آن را بهتر درک کرد. چنانکه خود من در بحث از تبخیر سیاه‌چاله از آن استفاده کردم. همین مبحث تبخیر سیاه‌چاله‌ها هم یکی از کار‌های مهم هاوکینگ بوده است.
دربارۀ تابش هاوکینگ بیشتر توضیح می‌دهید؟
وقتی در ۱۹۶۸ قوانین سیاه‌چاله اثبات شد، بدین معنا که هر جا گرانش هست نوعی تکینگی ایجاد می‌شود و منجر به سیاه‌چاله می‌شود، این مفهوم و محاسباتش کاملا کلاسیک بود. یعنی مبتنی بر نسبیت عام بود. بعد‌ها وقتی که افق سیاه‌چاله بهتر درک شد، هاوکینگ گفت اگر افق را واجد ویژگی سطح کلاسیک نسبیت بدانیم و آن را یک پدیده کوانتومی در نظر بگیریم، افق سیاه‌چاله باید تابش داشته باشد به سمت ناظری که در دوردست قرار گرفته است. این نظر ظاهرا با قضیه‌های مرتبط با افق سیاه‌چاله مغایرت داشت. یعنی قضایای کلاسیک می‌گفتند از سیاه‌چاله هیچ چیز نباید بیرون بیاید؛ اما تابش هاوکینگ از افق بیرون می‌آید. این پدیده‌ای می‌شود که تفسیرش کوانتومی است.
یعنی تابش هاوکینگ آن تلقی کلاسیک را که سیاه‌چاله یک افق رویداد دارد که نور از آن‌جا فراتر و به بیرون نمی‌رود، نقض می‌کند؟
نقض نمی‌کند؛ این دو با هم سازگارند، ولی در دو بافتار متفاوت. نقض واقعی افق متعلق به دینامیک‌شدن سیاه‌چاله‌هاست؛ و این دیگر ربطی به هاوکینگ ندارد و متعلق به بیست سال اخیر است.
تا حالا شده اطلاعاتی در فضا نصیب انسان شود که مطمئن باشیم از یک سیاه‌چاله خارج شده‌اند؟
نه، اطلاعات یا داده‌های رصدی ما از محیط اطراف سیاه‌چاله‌هاست. یعنی دورتر از افق سیاه‌چاله‌ها نه در درون آن‌ها. علتش هم این است که ما هرجا سیاه‌چاله داریم، در اطرافش حتما ماده وجود دارد و گرانش سیاه‌چاله روی آن ماده تاثیر می‌گذارد و ما آثارش را می‌بینیم. سیاه‌چاله منزوی است و به آن معنا که در قضیه‌های پنروز و هاوکینگ مطرح شده و ما تابش هاوکینگ را از این قضایا استخراج می‌کنیم، در کیهان وجود خارجی ندارد و همین باعث شده که در بیست سال اخیر، مفهوم “افق دینامیک” مطرح شده.
“نظریۀ همه چیز” یک آرزو است یا بشر می‌تواند روزی به این سطح از تبیین برسد؟
این یک نوع امیدواری است. ولی بستگی دارد از چه کسی سؤال کنید. مثلا هایزنبرگ دنبال چنین چیزی بود. حتی یک بار یک فرمول جهانی نوشت و گفت همه چیز از دل این فرمول درمی‌آید. ولی معلوم شد که آن فرمول اشتباه است. بنابراین اگر به ۷۰ سال قبل برگردیم، در آن زمان فیزیکدان‌ها چنین آرزویی داشتند و بسیار هم به امکان رسیدن به آن معتقد بودند. عدۀ زیادی از فیزیکدان‌ها فکر می‌کردند چنین چیزی شدنی است. امروزه کسی به این موضوع اعتقاد ندارد. البته چنین چیزی مطرح شده، ولی کسی به دنبال آن نیست و کم‌وبیش دانشمندان به این نظر متمایلند که چیزی به نام “تئوری همه چیز” اصلا وجود ندارد و ما آماده هستیم برای نوعی تحول جدید در علوم فیزیکی؛ و مفاهیم جدیدی در حال ظهورند که بسیار پیچیده‌تر از چیز‌ها و مفاهیمی هستند که ما در دهه‌های گذشته به آن‌ها فکر می‌کردیم. بنابراین ما به آرامی در حال دور شدن از آرزوی رسیدن به “نظریۀ همه چیز” هستیم.
بعد از مرگ هاوکینگ، یک روحانی به نام جواد جلالی در توئیترش نوشت: «بحث کوانتوم و مطالب هاوکینگ هیچ ساختار منسجم و پیوسته‌ای ندارد و سرتاسر بی‌پایه و بی‌معنی است و حاضرم ثابت کنم.» نظر شما دربارۀ این جمله چیست؟
کسی که از علم اطلاعی ندارد، اصلا حق دارد چنین حرفی بزند؟ چنین فردی لابد خبر ندارد کوانتوم یعنی چه. این حرف کسی است که نه کوانتوم را می‌شناسد نه فیزیک کوانتوم و نه حتی فیزیک را. کسی که حتی اندکی با فیزیک آشنا باشد، اصلا چنین گزارۀ بی‌معنایی را مطرح نمی‌کند. نوع جمله به خوبی نشان می‌دهد که نویسنده‌اش کاملا از فیزیک بی‌اطلاع است.
به نظر شما چرا هاوکینگ جایزۀ نوبل را نبرد؟
جایزۀ نوبل شرایط خاصی دارد. وقتی نتایج تحقیق علمی هاوکینگ و پنروز منتشر شد، بحث اعطای جایزۀ نوبل به این دو نفر مطرح بود. در اوایل دهۀ ۱۹۷۰ میلادی، گروهی از جمله خود ما در دانشگاه وین، هاوکینگ و پنروز را بابت آن مطالعه‌شان به عنوان کسانی که باید برندگان جایزۀ نوبل باشند، پیشنهاد کردند؛ ولی پیشنهاد‌هایی از این دست با موافقت بنیاد نوبل مواجه نشد.
اینکه هاوکینگ ۴۰ سال با آن شرایط جسمی کار تحقیقاتی کرد، بسیار مهم بود، اما به هر تحقیق مهمی جایزۀ نوبل نمی‌دهند. این طور هم نبود که بگوییم آن سال سه تا کار بسیار مهم انجام شده بود و همین باعث شد هاوکینگ جایزۀ نوبل را نبرد و فرد دیگری به آن دست یابد. یا مثلا امواج گرانشی یکی از پدیده‌های مهمی بود که سال‌ها مطرح بود، ولی وقتی کشف شد، یعنی سه دانشمند توانستند چنین امواجی را آشکار کنند، جایزۀ نوبل هم بابت این کشف و آشکارسازی به آن‌ها تعلق گرفت.
این کشف مهم قطعا به لحاظ نظری اهمیتش کمتر از سیاه‌چاله هاست، اما تلفیق یک پیش‌بینی که در مدل نظریۀ نسبیت اینشتین هست و این قابلیت انسانی که عده‌ای توانستند تجهیزاتی بسازند که این پدیدۀ بسیار کوچک ظریف را اندازه‌گیری کند، کار بسیار دشواری بود و همه را مجاب کرد که این سه دانشمند باید جایزۀ نوبل بگیرند بابت این کارشان صرف اشتهار یا محبوبیت دلیل دریافت جایزۀ نوبل نیست.
