آشوب کیهانی

اتفاقی اسرار آمیز میان کیهان و شعور

در سال 1968 میلادی، سی دبلیو میسنر، مفهوم آشوب کیهان‌شناسی را مطرح ساخت. طبق این مفهوم، کیهان در لحظه‌ی مهبانگ (یا انفجار اولیه)، و بلافاصله پس از آن، در یک حالت آشوب کلی به سر می‌بُرد. در آن لحظه، کیهان، شوربائی از انرژی، پر از تلاطم، بسیار غیرایزوتوپ و درنتیجه بسیار ناهمگن بود. فلسفه‌ای که این آشوب کیهان‌شناسی القا می‌کند این است که ساخت عمومی کیهان، مستقل از شرایط اولیه بوده است. به بیان دیگر، کیهان یا هرگونه حالتی از پیدایش، باید لامحاله به طرف یک حالت فضایی همگن و ایزوتوپ متحول می‌شد و با ایجاد سازواره‌های ناشناخته، بی‌نظمی‌های خود را صیقل می‌داد و به ویژگی‌های کنونی خود دست پیدا می‌کرد. از زمان طرح مسأله‌ی آشوب، دانشمندان، الگوهای کیهان‌شناسی بسیاری را مطالعه کرده‌اند تا ببینند کدام الگو مناسب این قید دوگانه‌ی «ناهمگن در آغاز» و «همگن در راه» است. ژاک دوماره، محقق انستیتوی اخترفیزیک لییژ بیان داشت: «نتیجه‌ی تمام تحقیقات اخیر در کیهان‌شناسی آن است که حالت آغازین کیهانی که ما در آن زندگی می‌کنیم باید به نحو چشم‌گیری منظم، و بنابراین بسیار ویژه و بسیار عجیب و غریب بوده باشد.» حال، ما چگونه می‌توانیم وجود واقعی چنین الگویی از کیهان را که تا این اندازه ویژه و عجیب و غریب است توجیه کنیم؟ اس دبلیو هاوکینگ، اختر فیزیکدان و فیزیکدان کمبریج که برای درک بهتر تمام لحظات آغازین کیهان، روی تدوین یک نظریه‌ی گرانش کوانتمی کار کرده است، با استفاده از اصل آنتروپیک به این سؤال این‌گونه پاسخ می‌دهد: «این حضور ما، موجودات زنده، در کیهان است که در آغاز، شرایط اولیه و امروز ایزوتروپی کنونی را تحمیل کرده است.» هاوکینگ برای اثبات چنین ادعایی به انحنای کیهان استناد می‌کند. می‌دانیم که در هندسه‌ی عمومی کیهان، سه نوع انحنای ممکن پیش‌بینی شده است. یعنی انحنای کیهان یا برابر است با 1+ که در این صورت فضا با انحنایی مثبت و انبساطی متناهی، بسته خواهد بود؛ یا برابر است با صفر که در این صورت انبساط آن نامتناهی است؛ و یا انحنای کیهان برابر است با 1- که بازهم انبساط آن نامتناهی خواهد بود. هاوکینگ معتقد است که انحنای کیهان اگر صفر نباشد لااقل خفیف است، زیرا اگر این انحنا منفی بود، کهکشان‌ها به دلایل پیچیده‌ای که ما در این‌جا ذکر نمی‌کنیم تشکیل نمی‌شدند و بدون کهکشان‌ها نیز حیات به وجود نمی‌آمد. ازطرف دیگر اگر کیهان بسته بود طول عمر آن کوتاه‌تر از آن بود که هرگونه ستاره‌ای فرصت داشته باشد کم‌ترین اتم کربن تولید کند، اتمی که برای ناظر بسیار گرانبهاست. استفاده از اصل آنتروپیک در مسائل کیهان‌شناسی صرفاً به این دلیل محبوبیت دارد که معتقد است «انسان تنها با حضور خود، محدودیت‌هایی را بر ساخت کیهان تحمیل می‌کند». ما می‌توانیم بگوییم «ما وجود داریم، پس کیهان باید فلان ویژگی را داشته باشد». اما عکس این گفته حقیقت ندارد و وجود چنین ویژگی‌هایی به خودی‌ خود، متضمن پیدایش حیات نیست. بدین‌ ترتیب، شرایط آغازین کیهان می‌توانست برای تشکیل کهکشان‌ها مناسب بوده باشد، ستارگان می‌توانستند با انفجار و تبدیل به اَبَرنواختر اتم کربن را در فضا پرتاب کنند، طول عمر کیهان می‌توانست همین طول عمر فعلی باشد تا ما بی آن‌که حیات در کیهان به‌وجود آید، دفعتاً به‌وجود آییم. ژاک دوماره می‌گوید که مسلماً مسیری طولانی میان کیهانی که به پذیرایی از حیات علاقه‌مند است و ظهور حقیقی خود این حیات به شکل سلول‌های زنده‌ی آغازین وجود دارد. حال باید دید که اصل آنتروپیک چگونه کمیت‌های ممکن بعضی اعداد ثابت فیزیکی را محدود یا مقید می‌کند.
می‌دانیم که چهار نوع نیروی بنیادی، یا واکنش متقابل، بر کیهان تسلط دارند که عبارتند از نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای ضعیف، و نیروی هسته‌ای قوی. نیروی هسته‌ای ضعیف، مسئول تلاشی بتایی هسته، و نیروی هسته‌ای قوی مسئول پیوند نوکلئون‌ها در هسته است. ویژگی کلیه‌ی این واکنش‌های متقابل بنیادی را ضرایب ثابتی تعیین می‌کنند. این ضرایب، غلظت این واکنش‌ها را مشخص می‌سازند. اصل آنتروپیک به ما می‌گوید کیهان ویژگی‌هایی که ما امروز می‌شناسیم را دارد زیرا اگر کیهان به گونه‌ی دیگری بود ما این‌جا نبودیم تا چیزی را مشاهده کنیم. بنابراین اگر ما در این ضرایب ثابت به عنوان ویژگی‌های عمومی جهان، کوچک‌ترین تغییر، حتی تغییری نامحسوس، ایجاد کنیم آیا حادثه‌ای رخ می‌دهد؟ بله. به عنوان مثال، اگر ضریب ثابت نیروی واکنش متقابل قوی اندک ناچیزی بیش از کمیت کنونی آن، مثلاً پنج تا ده درصد، افزایش می‌یافت در آن صورت امکان داشت هلیم به جای آن که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل گردد، که در کیهان ما این‌چنین است، از دو پروتون به‌وجود آید. البته این دو پروتون به خوبی می‌توانستند در مقابل یک‌دیگر پایداری کنند اما دیگر نیروی الکترومغناطیس آن‌ها نمی‌توانست دو پروتون بیگانه را دفع نماید. در چنین حالتی، روشن کردن هر یک کبریت می‌توانست به سهولت، یک واکنش هسته‌ای ایجاد کند، و زندگی کردن در این وضعیت که روشن کردن هر سیگار موجب یک انفجار می‌شد تا چه اندازه دشوار می‌گشت!
به این ترتیب اگر ما مجموع نتایج آنتروپیک را که از تغییر اعداد ثابت بنیادی فیزیک و ویژگی‌های کیهانی به دست می‌آیند بررسی کنیم مشاهده خواهیم کرد که این مجموع تغییر یافته برای ما مضر و حتی فاجعه آمیز خواهد بود. مثلاً با کاهش ضریب ثابت، تمایل شدیدی در تشکیل هسته‌های سنگین به وجود خواهد آمد و الکترون‌ها پیوند قوی با هسته برقرار کرده و امکان واکنش شیمیایی نقصان می‌یابد و مثلاً دیگر آب به‌وجود نخواهد آمد. یا اگر فرضاً انحنای کیهان را در جهت بسته شدن تغییر دهیم، کیهان آن‌چنان سریع به خود بازمی‌گردد که هیچ ستاره‌ای فرصت نخواهد داشت کم‌ترین مقدار کربن به‌وجود آورد. نتیجه‌ی این تغییرات همیشه یک‌سان بوده و کوچک‌ترین فرصت برای ظهور ناظر هوشمند برجای نخواهد گذاشت. به همین خاطر هرگاه ما بخواهیم کوچک‌ترین تغییری به‌وجود آوریم اصل آنتروپیک به ما هشدار می‌دهد که ما در یک کیهان خاص و ویژه قرار داریم. این دلایل آنتروپیک که حاوی ویژگی‌های ضروری جهانی است که در آن حیات وجود دارد، حتی اگر وضعیت آغازین کیهان را محدود کنند، تماماً از استدلال‌های قیاسی حکایت می‌کند. انسان در مقابل اصل آنتروپیک نمی‌تواند به یک طرح الهی فکر نکند. یعنی هم‌چون لایپنیتز، انسان فکر می‌کند که کیهان بنا به اراده‌ی یک خالق، خدا، خلق شده است. این خالق در آغاز از میان الگوهای ممکن بی‌شمار، موقعیت‌هایی را برگزید که جهانی مطابق با ظهور ناظرانِ هوشمند به‌وجود آید. برخی از کیهان‌شناسان، حتی طرح‌هایی علمی و مدرن از مجموع این الگوهای بی‌شمارِ کیهان‌های ممکن ارائه داده‌اند. در این جا به دو نمونه از این طرح‌ها اشاره می‌کنیم.

طرح جان ویلر

جان ویلر پس از بررسی الگوهای ممکن و متعدد درباره‌ی کیهان، سناریوئی ارائه داد به نام کیهان‌شناسی خود-داور. در این سناریو، کیهان یک سیکل بسته و متناهی دارد و در آن، ناظر، اساسی‌ترین عنصر محسوب می‌شود. ویلر برای طرح الگوی خود، تفسیری خاص از مکانیک کوانتمی را به‌کار گرفت. همان‌گونه که می‌دانیم در مکانیک کوانتومی، ناظر، نظامی را که در حال اندازه‌گیری است تغییر می‌دهد، یعنی با انجام عمل اندازه‌گیریِ خود، در تحول این نظام دخل و تصرف می‌کند. ویلر این عقیده را تعمیم داد و به ناظر نقشی اساسی واگذار کرد. این نقش آن است که ناظر در تعیین واقعیت و نیز در پیدایش کیهان دخیل است. از نظر ویلر میان گذشته و آینده پیوند عجیبی وجود دارد و پیدایش ناظر موجب شده است که نحوه‌ی پیدایش کیهان از قبل مشخص شود. این کیهان خود-انگیخته و خود-داور، به ناظر حیات می‌بخشد، و ناظر به نوبه‌ی خود به کیهان معنی می‌دهد. همان‌گونه که مشاهده می‌شود در این نمونه، از اصل آنتروپیک به بهترین وجه استفاده شده است.

طرح هوک اورت

نمونه‌ی دیگر، عقیده‌ی هوک اورت است. این فرضیه به N عدد دنیا معروف است. در این‌جا اورت نیز از یکی از ویژگی‌های مکانیک کوانتومی استفاده می‌کند. در این ویژگی تنها از احتمال روی‌دادها گفتگو می‌شود و نمی‌توان از قبل اظهار کرد که آیا فلان روی‌داد تحقق می‌یابد یا نه. به عنوان مثال، مسیر یک ذره را توسط عملگر موج می‌توان ترسیم کرد. احتمال یافتن ذره در نقطه‌ای مفروض، به عملگر موج آن بستگی دارد. اگر ما تنها به مشاهده‌ی این نقطه بپردازیم ذره ممکن است آن‌جا باشد یا نباشد. از نظر اورت، میان وضعیتی که ذره مشاهده می‌شود و وضعیتی که ذره مشاهده نمی‌شود تفاوت ماهوی وجود ندارد. بنابراین اگر بی‌نهایت دنیا را تصور کنیم می‌بینیم که در هر یک از آن‌ها ذره وضعیتی کاملاً خاص دارد. اما فقط با نحوه‌ی اندازه گیری می‌توان یک دنیا را از میان تمام دنیاهای ممکن انتخاب نمود. تمام این دنیاها هم‌زمان با یک‌دیگر وجود دارند ولی از وجود یک‌دیگر بی‌اطلاع هستند. به‌طور خلاصه، تعداد زیادی دنیای مشابه یک‌دیگر وجود دارد. حال اگر ما اصل آنتروپیک را به‌کار گیریم می‌بینیم که این دنیا باید نقشی برازنده داشته باشد، بدین معنی که دنیای مشاهده شده باید با وجود ما و با حضور ما به عنوان ناظر، سازگاری داشته باشد. قضاوت درباره‌ی N عدد دنیا را به عهده‌ی دیگران می‌گذاریم. تاکنون هیچ دلیل آزمایشگاهی، چنین فرضیه‌ای را تقویت نکرده است.
درباره‌ی اصل آنتروپیک، دقیقاً چگونه باید اندیشید؟
هوبرت ریوز می‌گوید: «من شخصاً معتقدم که میان شعور و جهان یک اتفاق اسرا آمیز وجود دارد. منظور من بیان یک عقیده‌ی علمی نیست و من کلمات اتفاق و اسرا آمیز را در مبهم‌ترین مفهوم آن به کار می‌برم. برای من به هیچ وجه جالب نیست که از اصل آنتروپیک به عنوان یک امر غایتی بهره برداری کنم. اگر کسی بگوید که کدو حلوایی به این دلیل بزرگ آفریده شده است تا یک خانواده را سیر کند در این صورت هرگونه امکان درک علت بزرگی آن‌را از بین برده است. حسن اصل آنتروپیک آن است که یک معرف است. این حقیقت که شعور در این جهان وجود داشته باشد و واقعیت و ماده به‌گونه‌ای هستند که بتوانند به این شعور هستی ببخشند محدودیت‌های بسیاری را که بعدها باید به‌وجود آیند تحمیل می‌کند. مسلماً در یک تحقیق علمی، کافی است که طرح‌هایی از قبل آماده سازیم و فرضیات را دقیقاً آزمایش کنیم. ویژگی معرف بودن، اصل عجیب آنتروپیک است که می‌تواند ما را یاری کند.» هوبرت ریوز برای نشان دادن این ویژگی به یک نمونه‌ی تاریخی درباره‌ی اعتقاد به سنتز هسته‌ای میان-ستاره‌ای کربن اشاره می کند. پس از جنگ جهانی دوم، مطالعه‌ی واکنش‌های هسته‌ای-حرارتیِ تلاشی هسته‌ی اتم در ستاره‌هایی که موجب سنتز هسته‌های سنگین می‌شدند آغاز شد. این هسته‌های سنگین از تلاشی هسته‌های سبک به‌وجود می‌آیند. مثلاً سه هسته‌ی هلیم برای ترکیب یک هسته‌ی کربن یا یک هسته‌ی بیش‌تر برای به‌دست آوردن یک هسته‌ی اکسیژن لازم است. در آن زمان انسان هنوز تمام مکانیسم‌های موجود هسته‌ای را نشناخته بود.
فرد هویل در آن زمانی این نظریه را ارائه کرد که طبیعت با یک اندازه‌ی تقریباً مساوی از اکسیژن و کربن مواجه است. این امر نشان می‌دهد که میزان تشکیل این دو عنصر توسط ستارگان، همسان است. با این‌حال از جنبه‌ی نظری به نظر می‌رسد که این میزان فوق العاده متفاوت است و حتی مقدار اکسیژن به‌مراتب بیش‌تر از کربن است. بنابراین این اختلاف را چگونه باید توجیه کرد؟ هویل معتقد بود که در هسته‌ی کربن یک حالت تحریک با خواص کاملاً مشخص وجود دارد. هوبرت ریوز تأکید می‌کند که هیچ چیز نمی‌تواند این فرض هویل را پیشاپیش توجیه کند، و این فرض تنها به یک مشاهده‌ی ساده‌ی قیاسی مؤخر بر تجربه، مشاهده‌ای بر فراوانی نسبی این عناصر، متکی است. بعدها تجربیات، این پیش بینی را دقیقاً تأیید کرد. هوبرت ریوز با گروهی از دانشگاه مونترال محاسباتی را انجام دادند تا ببینند آیا سنتز آغازین هسته‌ای، که چند لحظه پس از مهبانگ شروع شد، به همان دقتی که اصل آنتروپیک از طریق تغییرات نسبت نیروی هسته‌ای به نیروی الکترومغناطیسی پیش بینی می‌کند هست یا نه. فعلاً این تغییرات آنچنان‌که انتظار می‌رفت دقیق نیستند، اما قدر مسلم این که اصل آنتروپیک ارزش خود را در سؤالات مطرح شده توسط ریوز به کرسی می‌نشاند.

پی نوشت ها :

- اس دبلیو هاوکینگ متخصص حفره‌های سیاه بوده است و روی نظریه‌ی گرانش کوانتومی کار کرده است. به نظر او کیهان، به واسطه‌ی دارا بودن ویژگی ایزوتروپی و همگنی، بسیار مخصوص و عجیب و غریب است. او معتقد است که حضور ما به عنوان ناظر، طبیعت کیهان ما را توضیح می‌دهد.
- هوبرت ریوز اختر فیزیکدان، معتقد است که اصل آنتروپیک، یک معرف است.
- فرد هویل اولین کسی بود که با استفاده از اصل آنتروپیک، وجود یک حالت تحریک هسته‌ی کربن را حدس زد. فرضیه‌ی او بعدها با دقت بسیار، مورد تأیید قرار گرفت.
- وجود ابرنواخترها مطلقاً برای حیات لازم است. آنها هستند که هنگام انفجار، کربن را که در دامان خود ترکیب کرده‌اند، رها می‌کنند. کربن در ساختار ارگانیسم، عنصری اساسی محسوب می‌شود.

منبع: راسخون