فضا و زمان واقعاً چیستند

كورت كاتلر
ماهیت فضا و زمان مجموعه شش سخنرانی است كه راجر پنزور و استیفن هاوكینگ در سال 1994 در دانشگاه كمبریج ارائه كردند. بی‌گمان یافتن دو نفر دیگر كه برای صحبت كردن در خصوص فضا و زمان از این دو شایسته‌تر باشند كار دشواری است. بعد از اینیشتین، این دو نفر بیش از هر فیزیك‌دان دیگری در زمینه نسبیت‌عام كار كرده‌اند روش‌های هندسیی كه پنروز در سال‌های 1960 در نسبیت عام وارد كرد تأثیر بزرگی در این زمینه داشته است؛ قضیه‌های تكینگی او، كه به كمك همین روش‌ها اثبات شده‌اند، بزرگترین پیشرفت در نسبیت از زمان كشف آن تا به حال بوده است. استیفن هاؤكینگ از جمله نخستین كسانی است كه روش‌های پنروز را به كار گرفت و آن‌ها را تعمیم داد، و در واقع ثابت كرده كه عالم در حال انبساط ما از یك تكینگی آغاز شده است. او با بهره‌گیری از این روش‌ها قضیه مساحت سیاه‌چاله را هم اثبات كرد؛ بنا براین قضیه، در نسبیت عام كلاسیك مساحت كل سطح سیاه‌چاله همواره در حال افزایش است. هاؤكینگ در سال 1975 نشان داد كه، به علت آثار كوانتومی، سیاه‌چاله‌ها تابشی گرمایی گسیل می‌كنند كه دمای آن با جرمشان نسبت معكوس دارد. این نتیجه اخیر قویاً حاكی از ارتباط عمیقی است كه میان ترمودینامیك گرانش، و مكانیك كوانتومی برقرار است؛ نظریه‌پردازان دو دهه تلاش كرده‌اند به كنه این ارتباط پی ببرند.
البته تا به حال نه نظریه كوانتومی‌ای برای گرانش پرداخته شده، و نه وحدت موفقیت آمیزی میان نسبیت عام و نظریه كوانتومی برقرار شده است. از سالیان پیش، هم هاؤكینگ و هم پنروز، با هدف فراهم آوردن این وحدت برنامه‌های تحقیقاتی بسیار فعالی را هدایت كرده‌اند. آن‌ها درباره نشانه‌های موجود و اهدافی كه باید تعقیب كنند دیدگاه‌های محكمی دارند، و توضیح این دیدگاه‌ها موضوع اصلی این كتاب است.
سازماندهی كتاب معقول است. دوگفتار اول بسیار ماهرانه فراهم آمده، و مشتمل است بر خلاصه‌ای از كارهای عمده‌ای كه مؤلفان در زمینه نسبیت عام كلاسیك انجام داده‌اند و به موضوع كوانتش نسبیت عام هم مربوط به نظر می‌رسد: قضیه‌های تكینگی، قضیه مساحت سیاه‌چاله‌ها و فریضه‌های سانسور كیهانی از آن جمله‌اند. دو گفتار بعدی مربوط به برخی جنبه‌های فعلاً آشنای نظریه كوانتومی – تابش گرمایی سیاه‌چاله و جنبه‌های مسئله اندازه‌گیری – و سرنخ‌های ناشی از آن‌هاست. در دو گفتار آخر كلیات دو برنامه كوانتش نسبیت عام تشریح می‌شود كه هاؤكینگ و پنزور به اتفاق دانشجویان دكتری و پژوهشگران پسادكتری‌شان به انجام آن‌ها مشغول بوده‌اند؛ این دو برنامه عبارت‌اند از برنامه گرانش كوانتومی اقلیدسی هاؤكینگ (با تأكید بر كیهان‌شناسی كوانتومی) و برنامه تویستور پنزور. در انتهای هر دو گفتار، خلاصه نشست‌های پرسش و پاسخ با مخاطبان و مناظره‌ای پرشور بر سر ارزش نگرش‌ها و برنامه‌های خاص هر كدامشان آمده است. در این مناظره، خواننده از پرسش‌های صریح و همگان – فهمی كه این دو دانشمند سرشناس از هم می‌كنند، و به نظر من بسیاری از همكاران رده‌های پایین‌ترشان سال‌ها می‌خواسته‌اند بپرسند، لذت خواهد برد.
من این كتاب را به چه كسانی توصیه كنم؟ می‌خواهم هشدار هاؤكینگ را در پاراگراف اول فصل یك جدی تلقی كنم، كه می‌گوید: فرض ما بر این است كه خواننده این كتاب معلومات پایه‌ای از نسبیت عام و نظریه كوانتومی دارد. یعنی علی‌رغم لحن غیر رسمی كتاب و فقدان نسبی معادلات در آن، خواننده قطعاً باید با اساس این مباحث آشنایی داشته باشد. من مسلماً این كتاب را به، مثلاً، دانشجوی ورودی فوق لیسانس كه قبلاً یك درس نسبیت عام گذرانده باشد توصیه می‌كنم. برای دانشجو (و در واقع برای هر كسی)، ملاحظه توضیح نسبتاً ساده مطالب پیچیده بسیار خوشایند است. این همان چیزی است كه این كتاب برای تحقق آن تلاش می‌كند. تا جوهر نتایج عمیق و برنامه‌های تحقیقاتی پیچیده را در قالب كلمات و چند تصویر ساده بیان كند؛ و به نظر من، در بیشتر موارد در این كار توفیق نسبی داشته است.در زمینه توضیح موضوع‌های دشوار و پیچیده به زبان ساده كتاب ماهیت فضا و زمان به اندازه مثلاً كتاب عامه فهم فاینمن، یعنی الكترودینامیك كوانتومی (QED)، كه بسیار ماهرانه نوشته شده، موفق نبوده، اما از عهده انتقال بخش بزرگ مفاهیمی كه تشریح می‌كند برآمده است. (كار فاینمن در نوشتن QED، نسبت به كار هاؤكینگ و پنروز، هم دشوارتر و هم آسان‌تر بوده است: دشوارتر به این خاطر كه فرض كرده خواننده تقریباً هیچ زمینه قبلی الكترودینامیك كوانتومی ندارد و آسان‌تر از آن جهت كه نظریه‌ای كه او توضیح داده كامل و مقبول بوده است).
همچنین، برای همه كسانی كه به دانستن نحوه كار در فیزیك نظری علاقه دارند، این كتاب اندیشه‌ها و راهبردهای دو فیزیك‌دان برجسته را در زمانی ثبت می‌كند كه پاسخ نهایی به راستی در دیدرس آن‌ها نیست. و در وقتی كه باید بكوشند معدود سر نخ‌های موجود را بیابند و امیدوار باشند كه ریاضیات راه را نشان خواهد داد. و این كتاب مثالی است یادآور اینكه در قالب بلند پروازانه‌ترین و فنی‌ترین برنامه‌های تحقیقاتی، غالباً تصویرها یا نگرش‌های نسبتاً ساده‌ای یافت می‌شود. جالب خواهد بود كه شاید، 10، شاید هم 50 سال بعد، ببینیم كه نظر چه كسی به واقعیت نزدیك‌تر بوده است.