معرفی کتاب « شش عدد »، نوشته مارتین ریس
پیش‌گفتار
نجوم کهن‌ترین علم عددی است و از زمان‌های قدیم برای جهت‌یابی و تقویم‌نگاری اهمیت حیاتی داشته است. در حال حاضر این علم شاهد موجی از کشفیات جدید است. تمرکز مضاعف بر روی مفهوم زمان (به ویژه، چون تازه وارد هزاره سوم میلادی شده‌ایم) بر علاقه و توجه ما نسبت به محیط کیهانی پیرامون‌مان می‌افزاید. نجوم هنوز هم علم اعداد است، و این کتاب داستان شش عدد است که برای عالم و جایگاه ما در آن، از اهمیت حیاتی برخوردارند.
نقشه‌نگاران روی مرزهای مبهم نقشه‌های قدیمی می‌نوشتند: «آن‌جا اژدها بُوَد». پس از آن که نخستین جهانگردان زمین را دور زدند و اقیانوس‌ها و قاره‌های اصلی را ترسیم کردند، کاوشگران بعدی توانستند جای خالی جزئیات را پر کنند. اما کلیات علم جغرافی به درجه‌ای از قطعیت رسیده بود که دیگر کسی انتظار کشف قاره‌ای جدید یا ارزیابی مجدد اندازه و شکل زمین را نداشت.
عجیب است که با پایان قرن بیستم، در ترسیم نقشه عالم، به وضعیتی مشابه رسیده‌ایم: کم‌کم خطوط نقشه کلی روشن می‌شود، و این حاصل تلاش دسته‌جمعی هزاران اخترشناس، فیزیکدان و مهندس، و نیز مرهون به‌کارگیری انواع فنون و مهارت‌های گوناگون است. تلسکوپ‌های جدید، اعماق ژرف فضا را می‌کاوند و از آن‌جا که زمان زیادی طول می‌کشد تا نور اجسام دوردست به ما برسد، مشاهده این اجسام درواقع شمه‌ای از گذشته دور را به ما می‌نمایاند؛ اکنون توانسته‌ایم «فسیل‌هایی» را که در ثانیه‌های ابتدایی تاریخ کائنات تشکیل شده‌اند ردیابی و آشکار کنیم. با استفاده از کاوشگرهای فضایی، پدیده‌هایی نظیر ستاره‌های نوترونی، سیاه‌چاله‌ها، و دیگر پدیده‌های حاد و شدید (۱) تا حدودی برای ما آشکار شده‌اند ــ پدیده‌هایی که بر دانش ما درباره قوانین طبیعی می‌افزایند. افق دید کیهانی ما به‌واسطه این پیشرفت‌ها وسعتی عظیم یافته است. به موازات این پیشرفت‌ها، کاوش در دنیای ریز درون اتم، بینش‌هایی جدید نسبت به نهاد خود فضا در مقیاس‌های بسیار ریز فراهم آورده است.
تصویر حاصل از این همه (که نه تنها یک نقشه مکانی، بلکه یک نقشه زمانی است) آن چیزی نیست که بیش‌تر ما انتظارش را داشتیم. این تصویر، از این که چگونه یک «حادثه پیدایش»، میلیاردها کهکشان، سیاه‌چاله، ستاره، و سیاره به‌وجود آورده و این‌که چگونه اتم‌ها روی زمین ما، و شاید در «دنیا» های دیگر جمع شده، تشکیل موجودات زنده‌ای چنان پیچیده و هوشمند داده‌اند که به منشأ پیدایش خود بیندیشند، منظری جدید ارائه می‌دهد. روابطی عمیق میان ستاره و اتم، و بین کیهان و دنیای ریز، وجود دارد. این کتاب می‌کوشد بدون وارد شدن در جزئیات فنی و معادلات، به توصیف نیروهایی که ما، و در واقع همه عالم طبیعی، را اداره می‌کنند، بپردازد. پیدایش ما و زنده‌ماندنمان، به یک تنظیم بسیار ظریف و مخصوص کیهانی بستگی دارد ــ کیهانی که شاید از عالمی که ما قادر به دیدنش هستیم، بسیار وسیع‌تر باشد.
قدردانی از یاری‌دهندگان و همکاران
پیش از همه وام‌دار همکارانی هستم که طی سال‌ها، در تحصیلات و تحقیقات خود، با آن‌ها همراه بوده‌ام. اما به همان اندازه رهین بحث‌های کیهان‌شناسی عمیقی هستم که با دوستان غیرحرفه‌ای خود داشته‌ام: بحث با این عده، به دلیل تأکیدشان بر مفهوم «تصویر کلی» و به دلیل یادآوری مکرر این نکته که مهم‌ترین پرسش‌ها هنوز بی‌پاسخ مانده‌اند، همواره دیدگاهی تازه به جمع ما ارائه کرده است. بنابراین سپاس‌های‌مخصوص من متوجه دیوید هارت (۲)، گرئیم میچیسون (۳)، هانس رَوزینگ (۴)، و نیک وِب (۵)، است. کتاب حاضر را برای خوانندگانی چون آن‌ها نوشته‌ام. کوشیده‌ام در عین اجتناب از ورود به جزئیات فنی، اکتشافات جدید را در جای خود بنمایانم، ادعاهای محکم و باپایه و اساس را از آنچه صرفاً حدس و گمان است متمایز سازم، و بالاخره، اسراری را که هم‌چنان ناشناخته باقی مانده‌اند مورد تأکید قرار دهم.
از جان برُک‌من (۶) که مرا دعوت کرد تا به جمع نویسندگان مجموعه «استادان علم» (که کتاب حاضر اثری است متعلق به این مجموعه) بپیوندم و طی روند کند شکل‌گیری ایده‌ها و مطالب کتاب از خود شکیبایی‌نشان داد، متشکرم. از حمایت‌های بی‌دریغ توبی ماندی (۷) و اِما بَکسْتِر (۸) (از مؤسسه وایدنفلد و نیکولسون (۹)) در تمام مراحل ویرایش و تولید، و نیز از ریچارد سورد (۱۰) و جوپ شِی (۱۱) برای تهیه شکل‌ها؛ از براین ایموس (۱۲) به خاطر فهرست پایانی؛ و بالاخره از جودیت ماس (۱۳) برای خدمات منشیانه سپاس‌گزارم.
عالم کیهانی و عالم خُرد
۱. عالم کیهانی و عالم خُرد
انسان… با همه موجودات شناخته‌شده و غیرشناخته‌شده رابطه‌ای جدایی‌ناپذیر دارد… از گمزادگان و آغازیان و شب‌تابی که سوسوکنان روی امواج دریا پایین و بالا می‌رود، تا سیارات چرخان و عالمِ در حال اتساع، همگی با ریسمان کشسان زمان، به‌هم پیوند خورده‌اند. مقتضی است از کنار آبی که در جزرومد بالا آمده به ستارگان نظاره شود، و بعد دوباره به آب.
جان اشتاین‌بک، کنده دریای کرتِز (۱۴)
شش عدد
قوانین ریاضی‌اند که بافت جهان ما را پی‌ریزی می‌کنند: نه فقط بافت اتم‌ها، بلکه بافت کهکشان‌ها، ستاره‌ها، و انسان‌ها را. و خواص اتم‌ها (یعنی اندازه، جرم، تعداد عناصر، و نیروهایی که آن‌ها را به‌هم پیوند میدهند) هستند که شیمی دنیای روزمره ما را تعیین می‌کنند. اصلاً وجود خود اتم، به نیروها و ذراتی که در اعماق آن‌اند وابسته است. آنچه منجمان مورد مطالعه قرار میدهند (یعنی سیارات، ستاره‌ها، کهکشان‌ها،…) به‌وسیله نیروی گرانشی جاذبه اداره می‌شوند، و همه چیز روی صحنه یک عالمِ در حال اتساع صورت می‌گیرد؛ عالمی که خواص آن در لحظه مهبانگ بر آن «نوشته شده» اند.
پیشرفت علم از طریق تشخیص الگوها و نظام‌های موجود در طبیعت، به‌گونه‌ای که پدیده‌های هرچه بیش‌تر را در مقوله‌های کلی و قوانین علمی شامل شوند، حاصل می‌شود. نظریه‌پردازان می‌کوشند تا جوهر قوانین طبیعی را در مجموعه‌ای وحدت‌یافته از معادلات، و تنها با چند عدد، خلاصه کنند. هنوز به پایان راه نرسیده‌ایم، اما پیشرفت‌های حاصله واقعاً جالب توجه‌اند.
موضوع این کتاب توصیف شش عددی است که اکنون به نظر می‌رسد از اهمیتی ویژه برخوردارند. از این شش عدد، دو عدد به نیروهای اساسی مربوط می‌شوند؛ دو عدد دیگر، اندازه و بافت کلی عالم کائنات و همچنین رشد یا عدم رشد آن را معین می‌کنند؛ و دوتای دیگر هم خواص خود فضا را:
*دلیل وسعت عظیم کیهان وجود یک عدد بسیار بزرگ،N، در طبیعت است که مساوی ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۰۰۰, ۱ است. این عدد نسبت قدرت دو نیروست: نیروی الکتریکی (که اتم‌ها را کنار هم نگه‌می‌دارد) به نیروی گرانش جاذبه آن‌ها. اگر N تنها چند صفر کمتر داشت، فقط یک عالم مینیاتوری کوچک و بسیار زودگذر امکان وجود می‌یافت: هیچ موجود زنده‌ای نمی‌توانست رشد کند تا به اندازه‌ای بزرگ‌تر از یک حشره برسد، و برای پیدایش موجودات بیولوژیک نیز زمان کافی وجود نداشت.
*عدد دیگر ε است. مقدار این عدد ۰۰۷ /۰ است و مبین استحکام پیوند هسته‌ها و چگونگی پیدایش عناصر است. مقدار این عدد است که آهنگ مصرف سوخت خورشید را کنترل و، از آن حساس‌تر، چگونگی تبدیل هیدروژن به عناصر بعدی جدول تناوبی را در ستاره‌ها تعیین می‌کند. فراوانی کربن و اکسیژن یا کمیابی طلا و اورانیم به‌دلیل حوادثی است که در ستاره‌ها رخ میدهند. اگر ε مساوی ۰۰۶/ ۰ یا ۰۰۸/ ۰ بود، ما وجود نداشتیم.
*عدد کیهانی Ω، به مقدار ماده موجود در عالم مربوط می‌شود؛ یعنی کهکشان‌ها، گازهای پراکنده، و «ماده تاریک». این عددِ Ω است که به ما می‌گوید اهمیت نسبی گرانش و انرژی اتساع در عالم چیست. اگر نسبت این دو کمیت از یک مقدار «بحرانی» بیش‌تر بود، مدت‌ها پیش، عالم در خود فروریخته بود؛ از سوی دیگر، اگر Ω از مقدار بحرانیش کوچک‌تر بود، کهکشان یا ستاره‌ای به وجود نمی‌آمد. به نظر می‌رسد سرعت انبساط اولیه با ظرافت بسیار تنظیم شده‌است.
*اندازه‌گیری عدد چهارم،λ، بزرگ‌ترین خبر علمی سال ۱۹۹۸ بود. یک نیروی غیرمنتظره جدید ـ نوعی «پادگرانش» کیهانی ـ اتساع عالم ما را کنترل می‌کند. البته این نیرو در مقیاس‌های کوچک‌تر از ۱ میلیارد سال نوری، دارای تأثیر محسوسی نیست، اما با گذشت زمان که عالم تاریک‌تر و خالی‌تر می‌شود، این نیرو حتماً بر گرانش و نیروهای دیگر، بیش از پیش غالب خواهد شد. برای ما (موجودات زنده) جای‌خوشبختی (و برای نظریه‌پردازان جای تعجب فراوان) است که λ این‌قدر کوچک است. اگر λ این‌قدر کوچک نبود، مانع شکل‌گرفتن کهکشان‌ها و ستاره‌ها می‌شد و سیر تکوین کیهان را در نطفه خفه می‌کرد.
*بذر ساختارهای کیهانی یعنی ستاره‌ها، کهکشان‌ها، و خوشه‌های کهکشانی همه در مهبانگ کاشته شده‌است. بافت عالم ما به یک عدد، Q، که معرّف نسبت دو انرژی بنیادی است و مقدارش تقریبا مساوی ۰۰۰۰۰۱ /۰ است، بستگی دارد. اگر Q از این هم کوچک‌تر بود، اکنون عالم، خنثی و فاقد ساختار بود؛ اگر Q خیلی بزرگ‌تر از این مقدار بود، عالم مکانی سهمناک و خشن می‌شد که ستاره‌ها و منظومه‌های شمسی در آن امکان پیدایش نمی‌یافتند و اجرام غالب در چنین عالمی، سیاه‌چاله‌ها بودند.
*ششمین عدد حیاتی، عددی است که قرن‌هاست شناخته شده‌است، اما اکنون از منظری جدید به آن می‌نگرند. این عدد، D، تعداد ابعاد مکانی عالم ماست که مساوی ۳ است. اگر D مساوی ۲ یا ۴ بود، حیات امکان وجود نمی‌یافت. زمان، بُعد چهارم است، اما این بُعد مخصوصا به‌واسطه جهت‌دار بودن ذاتی‌اش از سایر ابعاد متفاوت است: در این بعد فقط می‌توان به جلو؛ یعنی به سوی «آینده»، حرکت کرد. نزدیک سیاه‌چاله‌ها، فضا چنان پیچ‌وتاب برمی‌دارد که مسیر نور دایروی می‌شود و زمان از حرکت می‌ایستد. گذشته از آن، در زمان‌های نزدیک مهبانگ و در مقیاس‌های بسیار ریز، فضا می‌تواند عمیق‌ترین زیرساخت‌های خود را آشکار کند: ارتعاش‌ها و هارمونی‌هایی موسوم به «ابرریسمان» در یک صحنه ۱۰ بعدی.
شاید بین این اعداد ارتباطی وجود داشته باشد. اما در حال حاضر مقدار هیچ‌کدام از این اعداد را نمی‌توانیم با استفاده از دیگری پیش‌بینی کنیم؛ این را هم نمی‌دانیم که آیا روزی می‌رسد که «نظریه همه‌چیز» (یا همان نظریه وحدت چهار نیروی اصلی) فرمولی برای ارتباط این شش عدد با یکدیگر ارائه، یا آن‌ها را دقیقا و منحصرا مشخص کند، یا نه. دلیل این‌که این شش عدد را مورد تأکید قرار داده‌ایم آن است که هرکدام از این اعداد نقشی حیاتی و ممتاز در عالم ایفاء می‌کند و این اعداد در کنار هم چگونگی تحول عالم و چیستی استعدادهای بالقوه آن را معین می‌کنند. گذشته از آن، تنها در سال‌های اخیر بوده که اندازه‌گیری نسبتا دقیق سه تا از آن‌ها (سه عددی که به عالم در مقیاس کلان مربوط‌اند) تا حدودی میسر شده است.
این شش عدد «نسخه» جهان را می‌پیچند. به‌علاوه، نتیجه‌ای که حاصل می‌شود به شدت نسبت به مقادیر این اعداد حساس است: اگر «تنظیم» هرکدام به‌هم می‌خورد، اثری از ستاره، و به تبَع آن، اثری از حیات نبود. آیا این تنظیم، تنها یک واقعیت خشک و یک تصادف است، یا تقدیر یک خالق مهربان؟ از نظر نویسنده: هیچ‌کدام. از نظر نگارنده ممکن است بی‌نهایت عالمِ دیگر در «جاهایی» که این اعداد مقادیری متفاوت دارند وجود داشته باشد. اکثر این عوالمِ ممکن، یا مرده به دنیا می‌آیند یا عقیم‌اند. تنها در عالمی که دارای ترکیب «درست» است برای موجوداتی چون ما امکان پیدایش (و طبیعتا دیدن خودمان در اینجا) وجود دارد. از نظر نویسنده، درک این نکته منظری کاملاً متفاوت و جدید نسبت به عالم و منزلت ما در آن، و نیز نسبت به ماهیت قوانین طبیعی عرضه می‌کند. (۱۵)
به راستی جای تعجب است عالمی در حال اتساع با آغازی چنان ساده، که با چند عدد قابل‌توصیف باشد، بتواند (به شرط این که این اعداد به‌طور مناسب «تنظیم» شوند) به عالمی با چنین ساختارهای پیچیده تبدیل شود.
بگذارید ابتدا با مرور این ساختارها در همه مقیاس‌ها، از اتم گرفته تا کهکشان، صحنه را بچینیم.
جهان از دید یک عدسی عکاسی
بیایید با یک «عکس فوری» عادی، از یک زوج، که از فاصله چند متری گرفته شده‌است آغاز کنیم؛ سپس همین صحنه را از نقاط دور و باز دورتر بنگریم، به‌گونه‌ای که هر کدام از فاصله‌ای ۱۰ برابر دورتر از عکس قبلی باشد. عکس دوم سبزه‌هایی را که زوج مزبور روی آن‌ها نشسته‌اند نشان می‌دهد؛ سومین عکس نشان می‌دهد که آن‌ها در یک پارک عمومی هستند. در عکس چهارم چند ساختمان بسیار بلند آشکار می‌شود؛ عکس بعدی تمامی شهر، و عکس بعد از آن، بخشی از افق زمین را نشان می‌دهد؛ این عکس از ارتفاعی گرفته شده‌است که به‌وضوح، انحنای کره زمین را نشان می‌دهد. دو عکس که جلوتر رویم با تصویری نافذ روبه‌رو می‌شویم که از دهه ۶۰ به بعد برای همه آشناست: تصویر کل کره زمین؛ قاره‌ها، اقیانوس‌ها و ابرها، با زیست‌کره‌اش که از آن فاصله فقط به‌صورت یک لایه براق و لطیف، در برابر ماهِ خشک و خالی، جلوه‌گری می‌کند.
سه عکس دیگر که پیش رویم، سیاره‌های درونی (۱۶) منظومه شمسی و مدار گردش زمین به دور خورشید، کمی دورتر از مدارهای تیر و ناهید، قابل رؤیت می‌شوند. تصویر بعدی، همه منظومه شمسی را نشان می‌دهد. باز اگر چهار عکس پیش رویم (در تصویری که از فاصله‌ای برابر چند سال نوری گرفته شده‌است)، خورشید را در بین همسایگانش، مانند یکی از ستارگان آسمان شب می‌بینیم. سه عکس دیگر که پیش رویم می‌توانیم در گستره‌ای به وسعت ده‌ها هزار سال نوری، میلیاردها ستاره مشابه در صفحه پهن راه‌شیری ببینیم. و باز سه عکس دیگر که جلو رویم، راه‌شیری به‌صورت یک کهکشان مارپیچی به‌همراه کهکشان اندرومیدا (۱۷) (اِمرأه‌المسلسله) آشکار می‌شود. از اینجا به بعد، راه‌شیری و اندرومیدا به‌صورت دو کهکشان در بین صدها کهکشان دیده می‌شوند – همه این‌ها اعضاء حومه خوشه کهکشانی سنبله‌اند. (۱۸) یک جهش دیگر نشان می‌دهد که خوشه سنبله، خود تنها یک خوشه نسبتا کوچک است. حتی اگر این تلسکوپ عکاسی خیالی ما قدرت تلسکوپ فضایی هابل (۱۹) را داشته باشد، باز هم کل کهکشان ما در آخرین عکس به‌زحمت به‌صورت یک نقطه نورانی ضعیف در فاصله چندین میلیارد سال نوری، قابل‌تشخیص خواهد بود. رشته تصاویر در اینجا به پایان می‌رسد. افق ما از این جلوتر نمی‌رود؛ اما می‌بینیم که چطور با مقیاس «بشری» چند متر آغاز کردیم و با ۲۵ جهش، که در هر جهش با ضریب ۱۰ جلو رفتیم، به آخرین حدود عالم قابل مشاهده رسیدیم.
دسته دیگر عکس‌ها به‌سمت درون تمرکز می‌کنند. از فاصله کمتر از ۱ متر، بازوی مرد را می‌بینیم؛ از فاصله چند سانتی‌متری (یعنی کم‌ترین فاصله‌ای که با چشم غیرمسلح می‌توان دید) بخشی کوچک از پوست دست او را می‌بینیم. عکس‌های بعدی ما را به درون بافت‌های ریز اندام بشر، و سپس به درون خود سلول‌ها می‌برند (تعداد سلول‌های بدن ما تقریباً ۱۰۰ برابر تعداد ستاره‌های کهکشان ماست). سپس در جایی‌که تقریباً آخرین حد توانایی میکروسکوپ‌های قوی است، می‌توانیم قلمرو خود مولکول‌ها را بکاویم: رشته‌های به‌هم پیچیده طولانی پروتئین‌ها و مارپیچ دوتایی DNA.
عکس بعدی روی خود اتم‌ها متمرکز خواهد بود. در اینجا تداخل‌های مربوط به اثرات کوانتمی وارد می‌شوند: این‌جاست که دقت و تمیزپذیری عکس‌هایی که می‌توانیم بگیریم، محدود می‌شود. هیچ میکروسکوپ واقعی نمی‌تواند درون اتم، جایی که انبوهی از الکترون‌ها، هسته با بار مثبت را احاطه کرده‌اند، بکاود. اما حتی ساختارهای ۱۰۰ بار کوچک‌تر از هسته اتم‌ها را می‌توان از راه ایجاد برخورد با ذرات دیگر، که ماشین‌های شتاب‌دهنده سرعت آن‌ها را تا نزدیک سرعت نور رسانده‌اند، مورد مطالعه قرار داد. ریزترین جزئیاتی که اکنون بشر می‌تواند مستقیماً اندازه بگیرد همین‌ها هستند. البته گمان می‌رود ساختارهای بنیادین طبیعت احتمالاً «اَبَرریسمان» یا «کف کوانتمی»(۲۰) باشند: مقیاس مربوط به این ساختارها آنقدر کوچک است که باید ۱۷ عکس دیگر پیش رفت تا به آن‌ها رسید. (۲۱)
نسبت بزرگ‌ترین بُعد ــ یعنی دورترین فاصله‌ای که امروزه تلسکوپ‌های ما می‌توانند نشان دهند ــ به ابعاد یک ابرریسمان ــ یعنی کوچک‌ترین ساختاری که گمان می‌رود درون اتم وجود داشته باشد ــ مساوی یک عدد ۶۰ رقمی است: پس، در توصیف ما از جهان طبیعت برحسب «عدسی تنظیمی»، ۶۰ عکس وجود دارد، که اندازه‌گیری‌های بالا، ۴۳ مورد از آن‌ها را پوشش میدهند. از این ۶۰ مرحله، تجربه روزمره ما، از ریزترین چیزهایی که چشم ما می‌تواند ببیند، یعنی مقیاس میلی‌متری، تا فواصلی که در پروازهای بین قاره‌ای می‌پیماییم، حداکثر ۹ مرحله را دربرمی‌گیرد. این امر یک واقعیت مهم و برجسته را، که آنقدر بدیهی است که به آن توجه نمی‌کنیم، آشکار می‌سازد: عالم ما محدوده‌ای بسیار عظیم از مقیاس‌ها، و مجموعه‌ای بسیار متنوع از ساختارها را دربرمی‌گیرد که ابعاد محسوسات روزمره ما در برابر ابعاد آن بسیار کوچک‌اند.
کتاب شش عدد
نیروهای بنیادی که جهان را شکل میدهند
نویسنده : مارتین ریس
مترجم : سعید تهرانی‌نسب
ناشر: نشر نی
تعداد صفحات : ۲۴۱ صفحه
