جنجال دو نابغه: از درک شهودی کیهان تا بزرگترین آزمایشات تاریخ
ديجياتو/ Fred Hoyle و George Gamow سنت شکناني پيشگام بودند که در مورد جهان در حال گسترش به نتايج متفاوتي دست يافتند. در چنين عصر اعجابانگيزي از علم که فيزيک بنيادي در آزمايشگاههايي مثل CERN و LIGO تحت بررسي قرار ميگيرد، تعداد افراد بدبين که با باورهاي منفي خود تلاش دارند تا دامن علم را لکهدار کنند، رو به افزايش است.
در گذشته، کساني که چنين کاري انجام ميدادند به عنوان اسطوره شناخته ميشدند. حدسهاي عجيب آنها در زمانهاي پيشين تاريخ را به گونهاي متفاوت رقم ميزند. اما امروزه به علت گستردگي علوم و وجود پيچيدگيهاي بسيار، نياز به بررسي جوانب بسياري در ارائه يک نظريه جديد است.
در حدود بيست سال از مرگ Fred Hoyle اخترفيزيکدان جنجالي بريتانيايي ميگذرد. او که در ۲۰ آگوست ۲۰۰۱ از دنيا رفت، به دليل پايبندي سرسختانه به باورهاي حاشيهاي و همچنين فعاليتهاي قابل توجه در علم، شهرت داشت. تمام باورهاي خوب و بد او از يک منبع سرچشمه ميگرفت و آن چيزي نبود جز تمايل به پيشبيني دلايل رخدادهايي که هنوز براي ما شناخته شده نيستند. او چنين تفاسيري را مطابق با حس شهودي خود و قوانين طبيعت توضيح ميداد.
شريک اصلي مناظرههاي Hoyle، دست کم از ديدگاه رسانهها، فيزيکدان روسي-اوکرايني-آمريکايي George Gamow بود. Gamow سه دهه پيش از Hoyle درگذشت. اما زمان حضور آنها در کانون توجه عموم، تقريبا از اوايل ۱۹۵۰ تا اواسط ۱۹۶۰ به اندازه کافي طولاني بود تا نبرد ايدههاي آنها به شهرت برسد. اختلاف عقايد آنها مرتبط با منشاء جهان و ماده درون آن بود. درحاليکه هر دو موافق بودند که فضا در حال انبساط است، Hoyle استدلال ميکرد اين نظريه بسيار قديمي است و ماده جديدي فضاي خالي باقيمانده از انبساط را پر خواهد کرد و ستارگان و کهکشانهاي جديد خواهد ساخت. بدين ترتيب، او و همکارانش اين باور را جهان حالت پايدار ناميدند. در اين صورت کيهان پس از گذر مدت زمان طولاني، يکسان به نظر خواهد رسيد.
از سويي ديگر، Gamow معتقد بود که همه مواد ميلياردها سال پيش، زماني که جهان قابل مشاهده بسيار کوچکتر بود، در يک حالت داغ و متراکم ايجاد شدهاند. او معتقد بود که در دقايق اوليه شکلگيري عالم، همه عناصر شيميايي ايجاد شدهاند. او به همراه همکارانش Ralph Alpher و Robert Herman سعي کردند نشان دهند چگونه چنين تجمعي از ذرات و عناصر در عالم اوليه امکانپذير است. Hoyle با رد ايده حضور ذرات و عناصر در لحظات اوليه خلقت عالم، اين مدلها را مورد تمسخر قرار داد. (از جمله مدل پيشين رياضيدان بلژيکي و کشيش Georges Lemaître). او در يک برنامه راديويي در مارس ۱۹۴۹، چنين پيدايش ناگهاني را انفجار بزرگ ناميد – نامي که در تاريخ ماندگار شد.
مانند Hoyle، Gamow نيز در اغلب پيشبينيهاي خود متکي به احساساتش بود. او صبر چنداني براي پروژههايي که نياز بود سالها مورد مطالعه قرار بگيرند نداشت. بنابراين، در حاليکه ديدگاههاي کيهانشناسي آنها بسيار متفاوت بود، اما شيوه انجام تحقيقات آنها مشترکات بسياري داشت.
به عنوان مثال در سال ۱۹۲۸، Gamow در هنگام بازديد از دانشگاه گوتينگن آلمان دريافت که فيزيکدانان در توضيح روند واپاشي آلفا، هنگامي که يک هسته سنگين مانند اورانيوم بهطور ناگهاني به يک ذره آلفا (خوشهاي از دو پروتون و يک الکترون) برخورد ميکند، دچار سردرگمي هستند. واضح است که ذره آلفا از نوعي سد پرانرژي عبور ميکند که در حالت کلي عبور از آن غيرممکن است. اما اين اتفاق چطور ميافتد؟ از نظر علمي، اين معما وضعيتي در مکانيک کوانتومي را يادآور ميشود که در آن احتمال تونلزني الکترونها در يک ناحيه کلاسيک بسيار ناچيز است.
Gamow با استفاده از قوانين مکانيک کوانتومي محاسباتي انجام داد و همان شب مسئله واپاشي آلفا را حل کرد. او روز بعد نتايج محاسبات خود را با فيزيکدان مجارستاني Eugene Wigner در ميان گذاشت. Gamow بعدا متوجه شد که فيزيکدانان دانشگاه پرينستون، Ronald Gurney و Edward Condon پيش از اين و به صورت مستقل به راه حل مشابهي دست يافتهاند. پس از اين مسئله، فيزيک هستهاي پيشرفت شگرفي را تجربه کرد. فرمول Gamow همچنين پيشبينيهايي در برخورد بين نوکلئونهاي اتمي (پروتون و نوترون) انجام داد. اين دسته از برخوردها نقش اساسي در درک چگونگي تبديل هيدروژن به هليوم در هستههاي ستارههاي فعال و همچنين ايجاد نور در آنها دارد.
با اينحال، تجمع عناصر شيميايي داراي نکتهاي ريزبينانه است که به Hoyle کمک شاياني کرد. نکته اين است که طبيعت هيچگاه روش سادهاي براي ايجاد ايزوتوپ کربن ۱۲ و عناصر بالاي آن ارائه نميدهد. هستهسازي انفجار بزرگ – طرحي که توسط Gamow، Alpher و Herman در توضيح چگونگي ساخته شدن عناصر ارائه شده است – نميتواند به بالاترين دماي ممکن براي مدت زمان لازم دست يابد و بدين ترتيب نميتواند برناپايداري بريليوم-۸ غلبه کند. بريليوم-۸ يکي از مراحل در مسير رسيدن به کربن-۱۲ است که بايد گذرانده شود. بريليوم -۸ به سرعت واپاشي ميکند و شانس ترکيب آن با هليوم -۴ به منظور ساخت کربن -۱۲ بسيار ناچيز است، مگر اينکه شرايط مطلوبتري نسبت به انفجار بزرگ داشته باشيم. (اين روش از لحاظ رياضياتي سادهترين راه براي توليد ايزوتوپ است).
از آنجا که او به نظريه انفجار بزرگ عقيده نداشت، ساخته شدن عناصر شيميايي (به غير از هليوم) در عالم اوليه را نيز باور نميکرد. او در سال ۱۹۴۶ موفق شد نظريه جايگزيني براي اين فرآيند ارائه دهد. همانطور که ستارگان ميسوزند – هيدروژن را از طريق فرآيندهاي همجوشي به هليوم تبديل ميکنند – هسته آنها داغ و منقبض ميشود. اين درجه حرارت بالا محيط مناسبي را براي تشکيل عناصر ايجاد ميکند. علاوه بر اين، اگر انقباض ناگهاني در پايان عمر يک ستاره به اندازه کافي پر انرژي باشد، با انفجار ابَرنواختري همراه است که عناصر تشکيل شده را به فضا پرتاب ميکند. به صورت خلاصه، طرح Hoyle بهطرز هوشمندانهاي توزيع عناصري که امروزه در عالم مشاهده ميکنيم را، توضيح داد.
يکي ديگر از بينشهاي خارقالعاده Hoyle توضيح داد که چگونه ميتوان بر مسئله بريليوم-۸ غلبه کرد. او حدس زد که کربن-۱۲ داراي سطحي از انرژي کوانتومي است که با بريليوم-۸ و هليوم-۴ مطابقت دارد و باعث ايجاد تغييرات در دماهاي بسيار بالايي ميشود که در انقباض هسته رخ ميدهد. هنگامي که تيمي از آزمايشگران آزمايشگاه Caltech’s Kellogg Radiation تائيد کردند که چنين حالت برانگيختهاي از کربن-۱۲ در طبيعت وجود دارد، تصوير ذهني Hoyle بهطرز شگفتانگيزي تائيد شد.
نقطه ضعف رويکرد شهودي که توسط Hoyle و Gamow اتخاذ ميشود، اين است که حدس و گمان صرف ممکن است گاهي از حدود منطقي خارج شود. Hoyle مناظره علمي را ميپسنديد و مادامي که نظريه او به صورت کامل رد نشده بود، با مخالفت ديگران مشکلي نداشت. از اين رو، او مدتها پس از ظهور شواهد اساسي در ميانه دهه ۱۹۶۰، همچنان به نظريه خود باور داشت. در آن سالها مشخص شد که تابشي ضعيف در جهان نفوذ ميکند که ريشه در انفجار بزرگ داغ در عالم اوليه دارد.
علاوه بر اين، او در سالهاي پاياني عمر خود کتابها و مقالات متعددي را منتشر کرد که نظرات را به سمت مسائلي خارج از تخصص خود پيش برد. به عنوان مثال، او پيشنهاد کرد که بسياري از بيماريها منشا فرازميني دارند و فسيل مشهور و تثبيت شده در موزه لندن جعلي است –بدون ارائه مدرک معتبر براي هرکدام از اين نظريهها. او غالبا عقايد همکاران خود مانند Edward Teller را در زمان حضورشان در دانشگاه جورج واشنگتن در اواخر دهه ۳۰ را زير سوال ميبرد و مفاهيمي را به صورتي بياساس سرهم ميکرد که اکثر آنها با هيچ نتيجهاي همراه نبودند.
بهطور خلاصه، رويکرد شهودي که Hoyle و Gamow را به ارائه نظريههاي مختلف سوق داد، جايگاه قابل قبولي در علم بدست نياورد. Hoyle نسبت به Gamow شهرت بيشتري در پرداختن به ايدههاي شهودي داشت. Gamow به سادگي به سراغ موضوعات و طرحهاي ديگر ميرفت. امروزه، با وجود شرکتهاي علمي بزرگ و با امکانات پيشرفته، تعداد افراد وابسته به شهود طبيعي کاهش يافته است. اما امروزه بد نيست که جسارت دانمشندان قديمي همانند Gamow و Hoyle را در ايدهپردازيهاي خود به کار بگيريم.