مقاله‌ای از ایزاک آسیموف: آیا دانشمند نادانند؟ پاسخ به کسانی که تصور می‌کنند روش علمی، حدس‌ها و افکار خام و نسجیده‌ای بیش نیست و خودشان بهتر می‌دانند!
تذکر: دانش همیشه در حال تغییر است. بنابراین برخی ارقام این مقاله قدیمی ممکن است تا جال حاضر تغییر کرده باشد.
گاه نامه‌هایی از خوانندگان مجله به دستم می‌رسد که نشان می‌دهد نویسندگان آنها می‌خواهند پاسخ معما‌های عالم را بیابند و به این نتیجه رسیده‌اند که دانشمندان در این زمینه پاک در اشتباهند یا دانشمندان آن قدر نادانند که نمی‌توانند حقیقت را که برای نویسنده نامه چنین آشکار است ببینند، یا بنا به دلیلی در کار توطئه تحمیق عامه هستند.
از جمله یکی از خنده‌دارترین نامه‌هایی که اخیرا دریافت کردم، مضمونی شبیه به این داشت: چرا اخترشناسان می‌گویند چند صد میلیارد ستاره در کهکشان وجود دارد؟ بیشتر این ستاره‌ها در هاله‌ای از ابر‌های تیره و تار پوشیده شدهاند و نمی‌توان آنها را شمرد؟ این را چطور می‌توانید توضیح دهید؟
آنچه مرا ناگزیر به خنده وا می‌دارد، این است که فکر می‌کنم نگارنده این نامه چه تفکری از کار اخترشناسان دارد.
من خیال می‌کنم او دو تا اخترشناس به نام‌های جو و آل را می‌بیند و جو می‌گوید: “بیا ستارگان را بشماریم. ” آل” می‌گوید: “چرا نه؟ ” تو ستاره‌های آنجا را بشمار و من ستاره‌های اینجا را.” پس از چندی، جو می‌گوید: چند ستاره شمردی آل؟ ” IT می‌گوید “اندک بیش از سه میلیون. تو چی؟ تقریبا چهار میلیون. آ‌های اینجا یک مجموعه ستاره است که آنها را نشمرده‌ایم. بیا دست به کار شوم.
و عاقبت جو می‌گوید: می‌دانی که بسیاری ستارگان هستند که در پشت ابر‌های غبارآلود پنهان‌اند. در این مورد چه کنیم؟ ”
و آل می‌گوید: لعنت بر این‌ها خوب است فقط بگوییم دویست میلیارد ستاره هستند. چه کسی تفاوت تعداد درست و نادرست را می‌داند؟
البته شیوه کار اخترشناسان چنین نیست. اخترشناسان در یک دوره زمانی بلند مدت بررسی‌های دقیقی از حرکت‌های ستارگان پیرامون ما، از آهنگ حرکتشان در پهنه آسمان و میزان سرعتی که به ما نزدیک یا از ما دور می‌شوند انجام می‌دهند. به کمک یک استدلال بسیار دقیق می‌توان دریافت که چگونه همه این حرکت‌ها حرکت خورشید ما را همگام با گردش آن بر مدارش در پیرامون مرکز کهکشان نشان می‌دهند. می‌دانیم که مرکز کهکشان راه شیری ۳۰ هزار سال نوری از ما فاصله دارد. این رقم بر اثر اندازه‌گیری‌های فوق‌العاده دقیق محاسبه شده است و استنباط ما این است که زمین حدود ۲۰۰ میلیارد سال وقت لازم دارد تا یک بار به گرد مرکز کهکشان بگردد. از اینجا به طور تقریب می‌توانیم برآورد کنیم که کهکشان ما ۱۰۰ میلیارد بار حجیم‌تر از خورشید است
اگر خورشید ما در میان انواع مشابه خود یک ستاره شاخص و نمونه‌وار بود، به این نتیجه می‌رسیدیم که در کهکشان قریب به 100 میلیارد ستاره وجود داشت. اما می‌دانیم که خورشید ما به عنوان یک نمونه مشتی از خروار نیست با مطالعه همه ستارگان پیرامون کاملا مشخص میشود که اکثر ستارگان کوچکتر از خورشید هستند. در واقع یک ستاره متعارف ممکن است برابر نصف جرم خورشید باشد. این بدان معناست که کهکشان باید ۲۰۰ میلیارد ستاره داشته باشد
البته این صرفا یک رقم تقریبا درست است و همچنان که صحت این امر با برداشتن هر گام عملی به اثبات می‌رسد، در پی یافتن راه حل‌ها، مشکلات جدید و دقیقتر مطرح میشود با مطالعه نحوه گردش ستارگان حول مراکز کهکشانی، معلوم میشود که کهکشان‌ها به طور معمول باید به میزان در خور توجهی جسیم‌تر از آن باشند که ما به صرف اندیشیدن به ستارگان در می‌یابیم. این موضوع که ماهیت توده اسرار‌آمیز تشکیل‌دهنده کهکشان‌ها چیست، هنوز ناشناخته مانده است و اخترشناسان که در کار تحقیقات نظری و ارائه نظریات در این زمینه هستند، مشغولیتی بسیار مفرح و مطبوع دارند با این حساب در نظر‌آورید که دانسته‌های نگارنده نامه مذکور درباره اخترشناسی چقدر ناچیز است و با این حال بر آن بوده است که با اخترشناسان هماورد جویی کند.
یک مورد دیگر که در آن دانشمندان به مبارزه طلبیده شدهاند چنین است: اخترشناسان چنین چگونه می‌توانند بفهمند که دمای مرکز خورشید چقدر است. آیا آنان دماسنجی آن قدر بزرگ دارند که به مرکز آنجا برسد؟
خداوند یک جو علم و اطلاع به نویسنده این نامه عطا فرماید! تمامی آن چیزی که او در مورد اندازه‌گیری دما می‌داند استفاده از دماسنج است. تصور من این است که او خیال می‌کند. جو و آل روی دمای درونی خورشید کار می‌کنند جو می‌گوید: یک دماسنج لازم داریم آیا مرکز آن در فاصله یک میلیون مایلی است؟ ” آل می‌گوید: درست است و ما باید آن را به درون خورشید بفرستیم و درجه را بخوانیم.
پس از آنکه آنها کمی در این باره فکر کردند جو می‌گوید: من” خیال نمی‌کنم که این کار عملی باشد. آل می‌گوید: “من هم فکر می‌کنم که عملی نباشد. من چه بگویم. بیا فرض کنیم دمای درونی خورشید ۱۵میلیون درجه مطلق باشد. چه کسی است که تفاوت این رقم را با رقم واقعی را بداند؟
خوب، این شیوه‌ای نیست که اخترشناسان بر آن اساس کار کنند و چطور قابل درک است که کسی، هر چند هم ساده اندیش، در این اندیشه باشد که آنان چنین می‌کنند؟
در اواخر قرن نوزدهم فیزیکدانان تشعشع ساطع شده از مواد در دما‌های مختلف را به دقت بررسی کردند و قوانین این نوع تشعشع را از آن استخراج کردند این بدان معناست که با تجزیه تشعشع یک ماده تابان توسط طیف نما می‌توان دمای آن را بدون استفاده ممتد از دماسنج اندازه گرفت. همگام با سال‌هایی چند از قرن سپری شدن بیستم، ساختار اتم‌ها شناخته شد و نقش دما در شکافتن الکترون‌ها از اتم‌ها بررسی شد. این بدان معنا بود که امکان اندازه‌گیری دما‌های باز هم بالاتر از طریق طیف نمایی مقدور است. طیف خورشیدی به ما می‌گوید که سطح خورشید چقدر داغ – در حدود ۵۷۰۰ درجه – است. ستارگانی با دمای کمتر وجود دارند که درجه حرات سطح برخی از آنها به زحمت به ۲۰۰۰ می‌رسد و باز ستارگانی دیگر که سطح آنها تا ۲۵۰۰۰ درجه گرما دارد.
البته با تمامی این تفاصیل باز این مسئله می‌ماند که چگونه درجه حرارت مرکز یک ستاره مانند خورشیدمان را مشخص کنیم
در سال ۱۹۲۲ کاملا محقق شد که ستارگان ممکن است رمبیده شوند و معلوم شد که همتای صورت فلکی شعرای یمانی یک کوتوله سفید آن به اندازه جرم خورشید ماست است. جرم آن ولی به اندازه یک سیاره نسبتا کوچک رمبیده شده است.
در آن زمان سوال این بود که بدین ترتیب چرا خورشید ما به قدر یک سیاره کوچک رمبیده نشده و در نتیجه عمر زمین به سر نرسیده است؟ چه چیز سبب می‌شد سیاره‌ای که نور و حرارت فراوان از خود ساطع می‌کند، به صورت یک شی منبسط بماند؟
این مسئله توسط ستاره‌شناس بریتانیایی آرتر استنلی ادینگتن مورد بررسی قرار گرفت. استدلال او چنین بود: در طرف رمبش، کشش گرانش بود. میدان گرانش عظیم خورشید آن را به تمامی از همه جهات می‌کشید و اگر برای خنثی کردن آن وجود نمی‌داشت، خورشید رمبیده می‌شد. آشکار است که نیرویی برای مقابله با آن وجود داشت. خورشید حجم عظیمی از گاز است که از قوانین گاز‌ها که دانشمندان در طول یک دوره چهار قرنی آنها را کشف کردند – تبعیت می‌کرد.
گاز‌ها سه خاصیت دارند فشار، حجم و دما که در حالت تعادل است. حجم خورشید مشخص بود و فشار وارد بر آن که از کشش گرانی تبعیت می‌کرد، مشخص بود. با در دست داشتن این دو خاصیت، محاسبه سومین خاصیت مشکل نبود. معلوم شد برای اینکه خورشید منبسط بماند، دمای مرکز آن می‌بایست رقمی در حدود ۰۰۰، ۰۰۰، ۱۵ درجه باشد. برقراری و تامین 15 میلیون درجه دما در مرکز خورشید توسط واکنش‌های گداخت صورت می‌گیرد که در آنها ئیدروژن به مقیاس زیاد به هلیوم بدل میشود روزی فرا خواهد رسید که سوخت ئیدروژن به مقدار کافی مصرف شود تا یک سلسله تغییرات حادث گردد و در نتیجه خورشید ما به صورت یک غول قرمز و سپس یک کوتوله سفید رمبیده شود.
به هر حال، آن روز چند میلیارد سال دیگر فرا خواهد رسید. البته از زمان ادینگتن تاکنون درباره نوع واکنش‌های هسته‌ای که در دما‌های فوق‌العاده زیاد در مرکز ستاره انجام می‌گیرد و تداوم می‌یابد، بسیار آموخته‌ایم و این آموخته‌ها مسائلی نیز به بار آورده است. بدین ترتیب خورشید باید تعداد بسیار زیادی نوترینو تولید و برخی از آنها باید توسط آشکارساز‌های ویژه زمین دریافت شوند. یگانه مشکل این است که دانشمندان در طی سال‌های بررسی هیچگاه بیش از یک سوم از نوترینو‌هایی را که باید آشکار می‌کردند، آشکار نساخته‌اند
این احتمالا بدان معناست که آنان سرانجام ناگزیر خواهند شد در تفکر خود در خصوص شرایط حاکم بر مراکز ستاره‌ای تجدید نظر کنند. البته پاداش حقیقی مباحثه در مقابل دیدگاه‌های دانشمندان متضمن مخالفت با این فکر است که سرعت نور در خلا یک حد واقعی است
من شمار نامه‌هایی را که توسط افراد مشتاق و علاقه‌مند با مضمونی مانند آنچه در می‌آید، نگاشته شده از یاد برده‌ام: اگر یک: سفینه فضایی با سرعت ۱۸۰ هزار مایل در ثانیه در یک جهت حرکت کند و سفینه دیگری با سرعت ۱۸۰۰ هزارمایل در ثانیه در سمت مقابل آن رهسپار شود، آیا در این صورت آن دو با سرعت ۳۶۰ هزار مایل در ثانیه ـ که بسیار بیشتر از سرعت نور است – از یکدیگر دور نمی‌شوند؟
بنگرید به این همه درخشندگی و تابناکی فکر آینشتاین آشکارا هرگز به آن فکر نکرده بود. حتی هیچ یک از سایر معتقدان بزرگ فرضیه نسبیت که پیرو او بودند نیز به چنین چیزی نیندیشیدند. آنان همگی به نظریه نسبیت پرداختند بی آنکه هرگز تاملی در این دو سفینه که در جهت مخالف از یکدیگر دور می‌شوند بکنند!
من هرگز جرئت پاسخ دادن به چنین نامه‌هایی را ندارم. واقعیت این است که سرعت‌ها را مانند جمع بستن سیب‌ها، جمع نمی‌بندند. سرعت‌ها را بنا بر قاعده نسبیت جمع می‌بندند یعنی بر طبق معادله پیشنهادی آینشتاین مبنی بر اینکه دو سرعت ولو هر یک بسیار نزدیک به سرعت نور باشند، در صورت جمع شدن به سرعت نور نخواهند رسید من شخصا خیال می‌کنم می‌توانم به نویسندگان هوشمند این نامه‌ها بگویم که می‌توانم خشم و آزردگی ایشان را تصور کنم. مطمئنم که آنان به طریق اولی ترجیح می‌دهند بیندیشند آینشتاین نادانتر از آن بود که نکته مورد نظرشان را دریابد. یا اینکه او با خود گفت: “وه، چه خوب که سرعت نور در خلا را یک حد فرض کنم. کیست که تفاوت را دریابد؟”
