قرائن و اشارات (۴۹): در باره اصل آنتروپيک
در باره اصل آنتروپيک
وَخَلَقَ كُلَّ شَيْءٍ فَقَدَّرَهُ تَقْدِيرًا. (الفرقان: ۲)
يکي از مسائل بنيادين فلسفه که قدمتي بسيار ديرينه دارد، عبارت از آن است که آيا جهان با اين منظور و مقصود به وجود آمده است که موجود زنده بتواند دير يا زود در آن تکوين يابد و بتواند خود و جهان را مورد مشاهده و شناخت قرار دهد، يا اين که موجود زنده برحسب تصادف در جهان ظاهر شده است؟ برخي از متفکرين معتقدند که جهان داراي صفات معيني است که اين فکر را در انسان القاء ميکند که پيدايش موجود زنده و تکامل آن جنبهاي محوري در تکوين جهان داشته و «علت فعليت غائي» آن است. اين مسأله در فيزيک و فلسفه «اصل آنتروپيک» نام گرفته است که چون کلمه يوناني «آنتروپوس» به معناي «انسان» است، ميتوان اصل آنتروپيک را با عبارت «اصل جهان انسان محور» نيز بيان کرد.
اين اصل براي نخستين بار در سال ۱۹۷۳ در جريان برگزاري پانصدمين سال تولد کوپرنيک توسط دانشمندي موسوم به براندون کارتر در لهستان عنوان گرديد. علت گرايش و توجه دانشمندان به اين اصل نکته ظريف و حساسي است که به بيان آن خواهيم پرداخت، اما پيشاپيش به يک توضيح نياز داريم. ميدانيم که حيات شناخته شده در جهان با محوريت اتم کربن شکل گرفته است و دلائل نيرومندي وجود دارد حاکي از اين که حيات در هر نقطه ديگر جهان نيز صرفا ميتواند يا ميتوانست بر محوريت اتم کربن شکل بگيرد. اما تئوريهاي تکوين فيزيکي جهان از مرحله بيگ بنگ به بعد و محاسبات علمي مربوطه همگي حکايت از آن دارند که شکل گيري اتم کربن در جهان امر بسيار حساسي بوده است که در صورتي که شرائط اندکي متفاوت بود، ممکن بود که ظهور اتم کربن در جهان به طور کلي منتفي شود. ما در باره اين موضوع با تفصيل بيشتري سخن خواهيم گفت، اما اين تنها نکته حساس و کليدي در مورد تکوين حيات نبوده است.
تمام کساني که با دانش عمومي فيزيک آشنائي دارند، آگاهند که در اين علم سخن از بعضي «ثوابت» يا «کميتهاي ثابت جهاني» در ميان است. ضريب جاذبه عمومي نيوتون، نسبت جرم الکترون و پروتون، سرعت نور، و غيره از نمونههاي اين ثوابت محسوب ميشوند. شکي نيست که اگر مقدار اين ثوابت با آنچه که در علم فيزيک شناخته شده است، اندکي متفاوت بود، حرکت ماده و منظره عمومي جهان نيز اندکي متفاوت مينمود. مثلا اگر تصور کنيم که جاذبه زمين اندکي بيشتر يا کمتر از مقدار موجود باشد، وزن بدن انسانها به همان نسبت بيشتر يا کمتر خواهد بود و ممکن است همين امر در شکل حرکت انسانها تأثير محسوسي داشته باشد و آنها بتوانند خود را به نحوي از انحاء با موقعيت جديد هماهنگ کنند، چنانکه جمعيتهاي انساني ساکن اقليمهاي مختلف نسبت به محيط خود سازگاري دارند و تغيير محيط زندگي آنها ممکن است عوارض سوئي برايشان داشته باشد.
اما قضيه در مورد تکوين جهان بسيار متفاوتتر است. حقيقت امر آن است که طبق محاسبات علمي موثق، اگر مقدار ثوابت فيزيکي با مقدار شناخته شده اندکي متفاوت ميبودند، تاريخ تکوين جهان به طور بنيادين با آنچه که تا کنون شناختهايم، کاملا متفاوت ميبود و ممکن بود شرائط مناسبت براي ظهور موجود زنده به طور مطلق منتفي شده باشد. چنانکه گفتيم، ظهور موجود زنده مستلزم شکلگيري اتم کربن به مقدار فراوان در کائنات بوده است. دانشمندان با محاسبات علمي پيچيده و موثق کاملا متقاعد شدهاند که اگر ثوابت با مقدار شناخته شده اندکي متفاوت ميبودند، نه تنها شکلگيري اتم کربن، بلکه فرصت شکلگيري انواع عناصر طبيعي ديگر نيز کاملا منتفي ميشد و ظهور موجود زنده در کائنات مطلقا غير ممکن ميگرديد.
امروزه همه دانشمندان بر تئوري «بيگ بنگ» اعتماد دارند. بعد از شروع اين حادثه در حدود ۱۴ ميليارد سال پيش، جهان با سرعت معيني شروع به انبساط کرد. نيروي جاذبه ماده در تنظيم اين انبساط موثر بود و اثر بازدارنده داشت. اگر جاذبه کمتر يا بيشتر از مقدار شناخته شده آن بود، سرعت انبساط جهان يا بسيار بيشتر يا بسيار کمتر از مقداري بود که واقعا روي داده است. در حالت اول يعني انبساط افراطي جهان، از آنجا که غلظت عمومي ماده در جهان بسيار کاهش پيدا ميکرد، به دلائلي که خواهيم گفت، حوادثي در نحوه تکوين ستارگان روي ميداد که در نتيجه آن، شکل گيري اتمهاي سنگينتر از هيدروژن و هليوم در جهان عملا غير ممکن ميشد و شکلگيري آن تنوع عناصر مادي که براي تکوين حيات ضروري است، به طور کامل منتفي ميشد. اين حالت ضمنا متضمن آن بود که عمر جهان بسيار طولانيتر باشد. درحالت دوم يعني انبساط محدود جهان، با اين پديده مواجه ميشديم که تراکم ماده براي تکوين ستارگان افزايش پيدا ميکرد و در نتيجه نهايتا جهاني داشتيم با ابعادي کوچکتر و داراي ستارگاني بزرگتر با درخشندگي بيشتر و عمر کوتاهتر که نهايتا با ريزش مجدد در همديگر موجب ميشدند که جهان مجددا در يک نقطه متمرکز شود. در چنين جهاني هيچ نوع منظومه شمسي مساعد براي تکوين حيات امکان شکلگيري نداشت و تکوين حيات حد اکثر ميتوانست تا تکوين اسيدهاي آمينه پيش برود.
چنانکه ديديم سنّ جهان نيز تابعي از ضريب جاذبه عمومي است، و اين امر در مسير تکوين آن اثري تعيين کننده داشته است. مثلا اتمهاي سنگينتر نظير کربن نياز به زمان طولانيتري براي ظهور دارند. خواهيم ديد که شکلگيري عناصر سنگين و انتشار آن در جهان مستلزم وجود ستارگاني است که به «سوپرنوا» معروفاند. سوپرنواها حوادث نادري محسوب ميشوند. محاسبات نشان ميدهند که سن شناخته شده جهان يعني ۱۴ ميليارد سال، براي وقوع سوپرنوا به تعداد کافي ضرورت داشته است، تا عناصر سنگين بتوانند به مقدار کافي توليد و در کائنات منتشر شوند. بنابر اين تکوين عناصر سنگينتر در جهان حقيقتا با اين امر وابستگي حساسي داشته است که سن جهان به قدر کافي طولاني باشد.
تا اينجا بيان کرديم که شکل گيري شرائط مساعد براي تکوين حيات با ثوابت فيزيکي در ارتباط تنگاتنگ بوده است. اما يکي دو مسأله حساس را هنوز بيان نکردهايم. اولا همه اين ثوابت که به نحوي صفات جهان را تعريف ميکنند، در زمانهاي مختلف و طي پروسههاي جداگانهاي کشف و شناسائي شدند و در نهايت، هنگامي که همه آنها را در يک نظر مورد مطالعه قرار دادند، متوجه شدند که مجموعه اين ثوابت دقيقا داراي چنان مقاديري هستند که شکلگيري شرائط مناسب براي تکوين حيات را ممکن ميکردهاند. ممکن است کسي بگويد که اگر فاصله زمين از خورشيد کمي بيشتر يا کمتر بود، شکل گيري حيات بر روي آن غير ممکن ميشد، که حکمي صحيح است. اما اين نوع محدوديتها در تکوين حيات به طور اعم مانعي ايجاد نميکنند، زيرا اگر شرائط در کره زمين براي تکوين حيات مساعد نبوده باشد، چنين شرائطي ممکن بود در يکي از سيارات بيشمار کهکشان راه شيري يافت بشود. اما آنچه در اصل آنتروپيک روي آن تأکيد ميشود، پارامترهائي است که صفات عمومي جهان را به نحوي تعيين ميکنند که بر تکوين حيات در کل کائنات و در تمامي زمانها اثري تعيين کننده و قطعي ميگذاشت.
اما نکته اصلي در مورد اصل آنتروپيک صِرف اين وابستگيها نيست، بلکه شدت و حساسيت اين وابستگيهاست. دانشمندان ضمن محاسبات پيچيده مبتني بر تئوريهاي کيهانشناسي ثابت کردهاند که تکوين جهان به نحوي که ظهور موجود زنده در آن ممکن باشد، نه تنها با مقادير شناخته شده ثوابت ارتباط داشته است، بلکه اين ارتباط بسيار حساس و شکننده بوده است، به نحوي که يک تغيير بسيار جزئي در يکي از اين ثوابت، ميتوانست تفاوت فاحشي در نحوه تکوين جهان به وجود آورد و ظهور حيات را به صورت مطلق منتفي نمايد. براي کمک به فهم مسأله، يک ساختمان مرتفع را در نظر بگيريد و يک تير چوبي را نيز مجسم کنيد که آن را با دقت روي زمين همواري به صورت عمودي قرار داده و تعادل آن را تأمين نمودهايم. هم ساختمان مرتفع و هم تير چوبي اينک هر دو در حالت تعادل قرار دارند. اما نسيمي حساس ميتواند تعادل تير چوبي را بر هم زند، در حالي که ساختمان مرتفع در مقابل توفان هم تعادل خود را حفظ ميکند. وابستگي نحوه تکوين جهان به مقدار ثوابت شباهت زيادي به مثال تير چوبي دارد، يعني اگر مقدار يکي از ثوابت صرفا به ميزان ناچيزي از مقدار شناخته شده متفاوت ميبود، تغييرات فاحشي در نحوه تکوين جهان روي ميداد و ظهور حيات مطلقا غير ممکن ميشد. از بين تمامي مقادير قابل تصور که ثوابت فيزيکي ميتوانستند داشته باشند، به نظر ميرسد که همه آنها با دقتي حساب شده و وسواس زياد در حدي تثبيت شدهاند که براي ظهور حيات ضرورت داشته است. اين حساسيت فوقالعاده و هارموني عجيب بين ثوابت را که منجر به تفاوتهاي بنيادين در تکوين بعدي جهان تا ظهور موجود زنده ميشود، نميتوان امري تصادفي به حساب آورد. همين امر موجب شده است که بسياري از دانشمندان بر چنين عقيدهاي روي بياورند که جهان بدوا با مقصود معيني براي تکوين حيات «تنظيم دقيق» يا fine-tune (کوک) شده است. استفن هاوکينک فيزيکدان برجسته انگليسي در اين باره ميگويد: «قوانين علم بدان صورت که امروزه با آنها آشنائي داريم، ما را با تعدادي ثوابت فيزيکي آشنا ميکنند، مانند مقدار بار الکتريکي الکترون و نسبت جرم الکترون به پروتون و غيره. مطلب مهم اين است که به نظر ميرسد مقدار اين ثوابت چنان با دقت تنظيم شدهاند که ظهور حيات را امکان پذير نمايند».
هر يک از عناصر طبيعي در شرائط معيني در طبيعت ساخته ميشود. مثلا بخش اعظم هليوم که جرم بخش بزرگي از جهان هستي راتشکيل ميدهد، در ۱ الي ۳ دقيقه اول بعد از شروع بيگ بنگ طي يک فرآيند هستهاي و در درجه حرارتي معادل حدود ۱ ميليارد درجه کلوين سنتز شده است. بخش اعظم اتمهاي هيدروژن موجود در جهان که فراوانترين عنصر شناخته شده است (حدود ۷۵ درصد جرم جهاني) نيز در دقائق اوليه بعد از شروع بيگ بنگ از طريق نوکلئوسنتز ساخته شده است. در طول حادثه بيگ بنگ هيچگونه اتم کربن ساخته نشده است، زيرا انبساط سريع در لحظات اوليه بعد از بيگ بنگ موجب شده بود که درجه حرارت از حدي که براي «جوش هستهاي» ضرورت دارد، کمتر بشود. لذا کاهش سريع درجه حرارت اجازه چنين سنتزي را نميداده است. چنانکه پيش از اين متذکر شديم، توليد اتم کربن در جهان متضمن پروسه پيچيدهاي بوده است. اينک نحوه توليد اين عنصر را با موشکافي بيشتري مرور ميکنيم. اتم کربن در درون ستارههاي موسوم به «غول پيکر» در درجه حرارت بسيار بالا (حدود ۱۰۰ ميليون درجه کلوين) از جوش هستهاي سه ذره آلفا (هسته اتم هليوم) حاصل ميشود. اين فعل و انفعال که «پروسه سه جانبه آلفا» نام گرفته است، داراي دو مرحله است. در مرحله اول دو ذره آلفا به هم جوش ميخورد و يک ايزوتوپ بريليوم-۸ حاصل ميشود. اين ايزوتوپ سپس با اتم هليوم ديگري جوش ميخورد و از اين طريق يک اتم کربن حاصل ميشود. نارسائي جدي اين نظريه در آن است که بر اساس آن صرفا مقدار بسيار ناچيزي اتم کربن ميتوانست توليد شده باشد و اين نظريه عملا نميتواند پاسخگوي وجود مقدار انبوه کربن در طبيعت باشد. در دهه ۱۹۵۰ يک دانشمند انگليسي موسوم به Fred Hoyle براي رفع اين نارسائي فرض کرد که بايد يک مکانيزم تشديد در توليد اتمهاي کربن موثر بوده باشد. وي در تلاش براي حل اين معضل، نوعي تشديد کوانتيک را صرفا به صورت تئوريک و به منظور تدوين يک سناريوي ضروري براي توليد کربن در ستارگان به مقداري که عملا در طبيعت مشاهده ميشود، را پيش بيني کرد. وي متوجه شده بود که براي اين که اتم کربن از طريق فعل و انفعال هستهاي با ترکيب سه ذره آلفا در درجه حرارت حدود ۱۰۰ ميليون درجه کلوين ساخته شود، علاوه بر وجود هليوم کافي، بايد يکي از حالات تحريک شده هسته کربن نيز قابل تصور باشد که سطح انرژي آن دقيقا در حد ۶۵/۷ مگاالکترونولت است. انحراف از اين مقدار به يکي از دو فاجعه در تخريب سناريوي بعدي تکوين جهان ميانجامد که شرح آن را خواهيم ديد. هويل ميدانست که پروسه آلفا در درون خود چيزي شبيه به يک «تنظيم دقيق» يا fine tune دارد. نه تنها توليد کربن، بلکه توليد حدود ۲۰ عنصر ديگر فعال در تکوين حيات با اين فعل و انفعال پيوند سرنوشتسازي دارند. چنانکه گفتيم، در مرحله اول فعل و انفعال آلفا، دو هسته هليوم جوش ميخورند و يک ايزوتوپ بريليوم-۸ ساخته ميشود که بسيار ناپايدار است. اين ايزوتوپ سپس با هسته هليوم سوم ترکيب ميشود و يک اتم کربن به اين ترتيب ساخته ميشود. مسأله اينجاست که ايزوتوپ بريليوم-۸ بسيار ناپايدار است و نميتواند بيش از
۲۶x۱۰-۱۷
ثانيه به موجوديت خود ادامه دهد و به سرعت مجددا به دو اتم هليوم تجزيه ميشود. از اينرو فعل و انفعال نميتواند با سرعت کافي جريان پيدا کند و در نتيجه توليد اتم کربن از اين راه به مقدار مطلوب قابل تصور نيست. فرد هويل با در نظر گرفتن اين کاستي، مکانيزمي را در ذهن خود پرورانده بود که ميتوانست توليد اتم کربن در فعل و انفعال آلفا را به طور چشمگيري افزايش دهد. وي فرض کرد که اگر يک حالت تحريک کوانتيک براي اتم کربن وجود داشته باشد که سطح انرژي آن دقيقا با مجموع سطح انرژي ايزوتوپ بريليوم-۸ و هليوم برابري کند، توليد کربن در اين فعل و انفعال ميتواند به نحو چشمگيري (در حدود ۱۰ ميليون برابر) افزونتر باشد. در واقع وجود چنين رزونانسي به ايزوتوپ بريليوم-۸ اجازه ميدهد که در عمر بسيار کوتاه خود فرصت جوش خوردن با يک ذره آلفا را داشته باشد. حال ببينيم با افزودن اين نکته به نظريه قبلي، پروسه توليد کربن از چه سناريوئي تبعيت ميکند. اين پروسه با دو احتمال سرنوشتساز مواجه بود. اگر ايزوتوپ بريليوم-۸ پايدار بود، به محض تحقق اولين جوش هستهاي، بلافاصله تمامي هليوم موجود از طريق جوش هستهاي به کربن تبديل ميشد. اين امر موجب آزاد شدن مقادير فوقالعاده انرژي ميشد که به انفجار ستاره ميانجاميد و مانع از ساخته شدن عناصر ديگر ميگرديد. از سوي ديگر بايد دانست که توليد کربن پايان اين فعل و انفعال نيست. اتم کربني که ساخته شدهاست، ممکن است مجددا با يک اتم هليوم برخورد کرده و به توليد يک اتم اکسيژن موجب شود که آن نيز در تکوين حيات نقشي اساسي دارد. اما اگر توليد اکسيژن با آهنگ بيشتري اتفاق بيفتد، و در نسبت کربن و اکسيژن که نسبت حساسي است، اختلال به وجود بيايد، کل فعل و انفعال آلفا مختل ميشود. لذا فعل و انفعال سه جانبه آلفا که پاسخگوي نحوي توليد عنصر کربن و ساير عناصر حياتي در کل کائنات محسوب ميشود، ميبايست از يک «تنظيم دقيق» برخوردار بوده باشد، تا در تکوين حيات مانعي بروز نکند. فراموش نکنيم که در صورت اختلال در فعل و انفعال سه جانبه آلفا، نهايتا با جهاني سر و کار خواهيم داشت که صرفا از هيدروژن و هليوم تشکيل ميشود.
وجود تشديد يا رزونانس مورد فرض فرد هويل بر اساس ۶۵/۷ مگاالکترونولت، و آن هم با دقتي نسبتا بالا، ميتوانست تأمين کننده همان «تنظيم دقيق» به شمار آيد که براي توليد کربن در مرکز ستارههاي غول پيکر ضرورت داشت. اين تشديد پديدهاي بود که علم بدان نياز داشت، اما کسي از واقعيت آن مطمئن نبود. اما اين پديده بعدها توسط ويلي فائولر در انستيتيوي تکنولوژي کاليفرنيا به روش تجربي مورد اثبات قرار گرفت که منجر به اعطاي جايزه نوبل فيزيک به وي شد و تئوري توليد کربن و ساير عناصر سنگين در مرکز ستارگان غول پيکر مقبوليت قطعي يافت. چنانکه گفتيم، اين فرايند در شرائطي روي ميدهد که درجه حرارت در حدود ۱۰۰ ميليون درجه کلوين بوده و غلظت کافي از اتمهاي هليوم نيز موجود باشد. چنين شرائطي در مرکز بعضي ستارگان با جرم ۶/۰ تا ۱۰ برابر جرم خورشيد به وجود ميآيد که مانند کورهاي براي اشتعال هستهاي عمل ميکنند و از هستههاي هليوم اتمهاي کربن توليد ميکنند.
۴۳ سال بعد از کشفيات هويل و فائولر يعني در سال ۲۰۰۰، سه دانشمند فيزيک موسوم به Oberhummer و Csoto و Schlattl در مورد اين سوال که پروسه آلفا از چه مقدار حساسيت برخوردار است و تا چه ميزان ميتوان به fine tune بودن آن عقيده داشت، دست به تحقيق زدند. مهمترين نيروي طبيعي که در اين فرايند دخيل است، يک نيروي هستهاي است که در اصطلاح محافل فيزيک بدان «نيروي شديد هستهاي » يا strong nuclear force گفته ميشود که يکي از چهار نيروي طبيعت شمرده ميشود. سوال اين بود که چه ميزان تغيير در مقدار اين نيرو ميتوانست بر سرنوشت اتم کربن و ساير اتمهاي حياتي تأثير بگذارد. اين دانشمندان با بررسيهاي خود ثابت کردند که اگر مقدار اين نيرو صرفا به ميزان ۴/۰ درصد (۴ در هزار) با مقدار شناخته شده آن متفاوت بود، شکلگيري حيات مبتني بر کربن در جهان به طور مطلق منتفي ميگرديد. اين حساسيت به قدر کافي بالاست تا بتوانيم از وجود يک مکانيزم آنتروپيک سخن بگوئيم.
فرد هويل ستارهشناس شناس انگليسي (۲۰۰۱-۱۹۱۵) که در سال ۱۹۴۶ پروسه توليد کربن در ستارگان از طريق پروسه سه جانبه آلفا بر اساس فرضيه تشديد را پيش بيني کرد که بعدها از طريق تجربي مورد تأييد قرار گرفت. وي در واقع پديدهاي را کشف کرده بود که گوئي با دقت بينظيري به نفع اتم کربن و تکوين موجود زنده طراحي شده بود. وي که تا آن هنگام خود را يک «آتئيست» معرفي ميکرد، از کشف چنين تقارني حيرت زده شد و نتوانست خود را قانع کند که چنين مطابقت کاملي ميتواند صرفا به دست نيروهاي کور طبيعي برقرار شده باشد و لذا به خدا ايمان آورد. يادآوري ميکنيم که اصل آنتروپيک در آن دوره هنوز مطرح نشده بود. وي ضمنا مخالف نظريه بيگ بنگ بود، اما جالب توجه است که اصطلاح «بيگ بنگ» را خود وي ابداع نموده است. وي اين اصطلاح را در ۲۸ مارس سال ۱۹۴۹ در حين مصاحبه با راديوي بيبيسي به زبان آورد که متعاقب آن در محافل علمي تثبيت شد. گفته ميشود که ممکن است وي اين اصطلاح را با انگيزه تحقيرآميز به زبان آورده بود.
اما آنچه در مورد توليد اتم کربن در جهان و حساسيت آن در برابر مقدار ثوابت گفته شد، در مورد بسياري از پديدههاي دخيل در تکوين حيات نيز مصداق دارد. تأثير اين ثوابت در فرمولهاي فيزيکي طوري است که تغيير جزئي در مقدار آنها ممکن است به يکي از چند تغيير وسيع در صفات جهان منجر شود، و تکوين حيات را غير ممکن سازد. بعضي از اين پيامدهاي «نامطلوب» چنيناند:
۱ – ناپايداري ساختمان همه اتمها غير از اتم هيدروژن، که اين امر منجر به اشباع جهان از اتم هيدروژن و فقدان کليه عناصر ديگر ميشود.
۲ – فقدان شرائط مساعد براي توليد اتم کربن که در شکلگيري حيات نقش محوري دارد.
۳ – فقدان ميل ترکيبي عناصر طبيعي
۴ – کاهش قابل ملاحظه سن جهان که فرصت تکوين حيات را بسيار محدود ميکند.
۵ – عدم تشکيل ستارگان، سيارات، منظومههاي شمسي و کهکشانها
۶ – وجود تشعشع زياد و جلوگيري از تکوين موجودات زنده
در ادامه بحث خود پيرامون تکوين عناصر طبيعي بايد نکته ديگري را نيز متذکر بشويم. براي اين که کربن به صورت محمل حيات در سيارات ديگر مورد استفاده قرا بگيرد، ضرورتا بايد توسط ستارگاني که در مرحله «سوپرنوا» قرار ميگيرند، به اقصي نقاط کائنات پراکنده شود. سوپرنواها ستارگاني هستند که تحت تأثير انرژي دروني خود وارد فاز انفجاري ميشوند و در مدت کوتاهي در حد چندين هفته چنان تشعشاتي از خود بروز ميدهند که گاهي مجموعه انرژي متشعشع از آنها بالغ بر يا بيشتر از تشعشعات يک کهکشان ميشود. مثلا ممکن است تشعشعات يک سوپرنوا در طول انفجار چند هفتهاي خود، از مجموع تشعشعات خورشيد در طول تمام عمر خود بيشتر باشد. بيشتر مواد موجود در ستاره سوپرنوا در اثر اين انفجار مهيب با سرعتي در حد ۳۰۰۰۰ کيلومتر در ثانيه (يعني حدود يک دهم سرعت نور) به اطراف پراکنده ميشود. سوپرنوا حادثهاي بسيار نادر است. در کهکشاني به بزرگي راه شيري حاوي حدود ۱۰۰ ميليارد ستاره، تقريبا هر ۵۰ سال يک سوپرنوا روي ميدهد و يکي از راههاي موثر ارسال عناصر سنگين به اقصي نقاط عالم شمرده ميشود. سوپرنوا بعد از طي دوره انفجاري نسبتا کوتاه ولي پيچيده خود معمولا يک »حفره سياه» و يا در حالاتي ديگر يک ستاره نوتروني از خود باقي ميگذارد. بنابر اين سوپرنواها مسئول اصلي توليد و انتشار عناصر سنگين در سرتاسر کائنات محسوب ميشوند. اما چنانکه گفتيم، سوپرنوا حادثه بسيار نادري است. براي ظهور نخستين ستارگان بعد از حادثه بيگ بنگ، زماني در حدود ۲ ميليارد سال ضروري بود. سپس زماني در حدود ۱۰ ميليارد سال ديگر نيز ضروري بود تا نخستين سوپرنوا روي دهد. از اين رو عمر جهان بايد به قدر کافي طولاني باشد (حد اقل ۱۲ ميليارد سال)، تا پروسه توليد و انتشار عناصر سنگين تحقق يابد. تازه بعد از آن نيز به زماني در حدود چند ميليارد سال ديگر نيز نياز داشتيم تا ستارگاني شبيه به خورشيد تکوين يابند. براي اين که عمر جهان به قدر کافي طولاني باشد، اما ضمنا از حدي طولانيتر هم نباشد، بسياري از ثوابت بايستي در حد تعريف شدهاي «تنظيم دقيق» شده باشند. بعضي از دانشمندان حساسيت اين «تنظيم شدگي» را در حد بسيار حيرت انگيزي محاسبه کردهاند. مثلا گفته ميشود که سرعت انبساط اوليه جهان بعد از شروع بيگ بنگ ميبايست با دقت
۱ جزء در ۱۰۵۵ جزء
تنظيم شده باشد تا جهان بعد از شروع بيگ بنگ مجددا در خود ريزش نکند و ضمنا انبساط افراطي نيز پيدا نکند. هر يک از اين دو حالت به لغو کامل احتمال بروز «شرائط مساعد حيات» ميانجاميد. استيون واينبرگ (۱۹۳۹) فيزيکدان آمريکائي و برنده جايزه نوبل فيزيک طي مقالهاي در مجله سايينتيفيک امريکن ضمن اشاره به بعضي از تنظيمات آنتروپيک در ثوابت طبيعت، به نکتهاي در خصوص «انرژي خلأ» اشاره ميکند که حيرت انگيز است (بحث پيرامون انرژي خلأ را به فرصتي ديگر موکول ميکنيم). به نظر وي مقدار اين انرژي از دقتي در حد ۱۲۰ رقم بعد از مميز برخوردار است و اگر آخرين رقم اعشاري اين کميت به اندازه يک واحد متفاوت باشد، چنان تأثيري بر حادثه بيگ بنگ و رفتار متعاقب جهان خواهد داشت که تکوين حيات براي هميشه منتفي خواهد شد. به نظر وي در چنين صورتي يکي از دو حادثه نامطلوب واقع ميشد. يا جهان يک سيکل کامل انبساط و انقباض را طي ميکرد و پيش از آن که حيات فرصت ظهور پيدا کند، کاملا در خود فروميريخت، و يا دچار چنان انبساط سريعي ميشد که کهکشانها و ستارگان فرصت تکوين پيدا نميکردند. اين بدان معني است که در اين مورد با دقتي در حد
يک جزء در ۱۰۱۲۰جزء
مواجهيم. بعضي از دانشمندان اين نوع محاسبات و حساسيتهائي در اين مقياس را غير معقول توصيف ميکنند، اما هنوز هم به fine tune بودن جهان اعتقاد دارند، زيرا مطالعه مجموعه عواملي که تثبيت و تنظيم دقيق مقدار آنها براي ظهور شرائط مناسب حيات ضرورت دارند، نشان ميدهد که اگر ظهور اين شرائط مناسب را صرفا ناشي از تصادف و شانس بدانيم، احتمال چنين شانسي معادل يک تريليونيم يک تريليونيم يک درصد است. از آنجا که وجود حدود يک تريليون کهکشان در جهان تخمين زده شده است و هر کهکشان حدودا حاوي ۱۰۰ ميليارد ستاره است، پس حتي يک سياره در تمام کائنات نميتواند از شانس نسبي براي تبديل شدن به گاهواره حيات برخوردار باشد.
اما مطالعات آنتروپيک کاملا آشکار ميکند که از شروع بيگ بنگ به بعد، تمامي رويدادها با تنظيم مساعدي به پيش ميروند و يکي بعد از ديگري امکان ظهور شرائط مناسب حيات را تقويت ميکنند تا در زماني در حد ۱۲ ميليارد سال ظهور نخستين موجود زنده تک سلولي عملي شود، حادثهاي که با اندکي انحراف در ثوابت جهان ميتوانست به طور ابدي منتفي بشود.
اصل آنتروپيک با نظريه بيگ بنگ ارتباط ارگانيک دارد، زيرا بسياري از حوادثي که در ضمن حادثه بيگ بنگ روي داده است، حتي هنگامي که سن جهان هنوز به ۱ ثانيه هم نرسيده بود، از تنظيم بسيار دقيق آنتروپيک تبعيت ميکرده است. همانطور که نظريه آنتروپيک تخيل نيست و بر تئوريهاي موثق فيزيکي استوار است، نظريه بيگ بنگ نيز به هيچ وجه بر تخيل استوار نيست، بلکه بر اساس نظريات موثق فيزيکي و شواهد مطمئن بنا شده است. اکثريت مردم در خصوص بيگ بنگ دچار انواع توهمات غير واقعي هستند که بايد از آنها اهتراز نمود. مثلا در منابع متعدد از اين حادثه تحت عنوان «انفجار» يا «انفجار بزرگ» ياد ميشود. اين تصور کاملا نادرست است، بيگ بنگ انفجار نبود، بلکه انبساطي بود که بعد از حدود ۱۴ ميليارد سال هنوز هم ادامه دارد. کج انديشي ديگر در مورد بيگ بنگ عبارت از آن است که تصور کنيم کل جهان به صورت يک توپ فشرده در نقطهاي از فضا قرار داشته است. در واقع قبل از شروع بيگ بنگ، خود فضا و زمان وجود نداشته است، بلکه زمان و فضا نيز محصول حادثه بيگ بنگ محسوب ميشوند و تاريخ زمان و فضا با تاريخ ماده پيوند خورده است. از اينرو مفهوم جرم و انرژي نيز در هالهاي از ابهام فرو ميرود و حتي سخن گفتن از «آغاز» هم به امري پيچيده مبدل ميشود. هيچ کس نميداند که قبل از بيگ بنگ چه وضعي حاکم بوده است و اصلا اصطلاح «قبل از بيگ بنگ» اصطلاحي بسيار مبهم شمرده ميشود. اما مشاهداتي که بر تئوري بيگ بنگ صحه ميگذارند متعددند، از جمله:
۱ – به نظر ميرسد که همه کهکشانها با سرعتي متناسب با فاصله آنها در حالت گريز از همديگرند. واقعيت اين پديده که به «قانون هابل» معروف است، از مطالعه طيف کهکشانها مورد تأييد قرار ميگيرد که تمايل نسبي به طرف «قرمز» از خود نشان ميدهند.
۲ – بنا بر تئوري بيگ بنگ، جهان در ابتدا از درجه حرارت بسيار بالائي در حد يک ميليارد درجه کلوين برخوردار بوده است که حتي موجب ميشده است تا حرکت حرارتي ذرات قابل مقايسه با سرعت نور و در نتيجه تابع قوانين نسبيت باشد. اين درجه حرارت با ادامه انبساط جهان شروع به کاهش کرد و در مرحله معيني، در حدود چند صدهزار سال بعد از شروع بيگ بنگ فعل و انفعالات معيني روي داد که موجب بروز طيف معيني از تشعشعات مايکروويو گرديد. فيزيکدانها از مفهومي موسوم به «درجه حرارت تشعشع» استفاده ميکنند. طبق محاسبات، تشعشع مايکروويو اوليه، به فرض صحت نظريه بيگ بنگ، اينک بايد در جهان به صورت يکنواخت پراکنده بوده و ضمن «خنک شدن» به حدود ۷/۲ درجه کلوين رسيده باشد. درجه حرارت تشعشع يک مفهوم قراردادي است که با فرض اين که تشعشع مذکور از يک جسم سياه با دماي خاصي ساطع شده باشد، بدان اطلاق ميشود. لذا بايد بتوان بقاياي اين تشعشعات را به نحوي از انحاء در جهان مشاهده کرد. در سال ۱۹۶۵ کيهانشناسان مشهور آرنولد پنزياس و رابرت ويلسون اين تشعشع زمينهاي را با شاخص ۷۲۵/۲ درجه کلوين کشف و ضبط کرده و به خاطر اين کشف تقريبا تصادفي، جايزه نوبل فيزيک را به خود اختصاص دادند. اين کشف يکي از شواهد بسيار نيرومند در جهت تأييد نظريه بيگ بنگ بود و صحت آن را قطعي کرد.
۳ – فراواني نسبي عناصر سبک مانند هليوم و هيدروژن در جهان که در فاز اوليه بيگ بنگ توليد شدهاند، با تئوري بيگ بنگ سازگاري بسيار بالائي دارد.
حادثه بيگ بنگ حادثهاي «منفرد» شمرده ميشود، بدين معني که سخن از زمان و فضا و ماده و انرژي و قوانين فيزيکي مقدم بر اين حادثه خالي از موضوعيت است. حوادثي که در طول اين سناريو به وقوع پيوسته است، مانند توليد بخش اعظم اتمهاي هليوم موجود در کائنات، را نميتوان در هيچ کارخانهاي تقليد کرد. با اين حال سير حوادث بعد از شروع بيگ بنگ يکي بعد از ديگري، يعني از همان لحظهاي که سن جهان هنوز از
۱۰-۴۳ ثانيه
تجاوز نکرده بود، تا کنون که جهان سني در حدود ۱۴ ميليارد سال دارد، در مسيري مشخصا «آنتروپيک» سير کرده است. هنگامي که تک تک اين حوادث را مطالعه ميکنيم، بر ماهيت آنتروپيک آنها واقف ميشويم، اما آنچه بسيار مهمتر است، آن است که مجموعه حوادث آنتروپيک که به صورت متوالي روي ميدادهاند، ماهيت هارمونيک بسيار بالائي به سير تکوين جهان ميدادهاند که سرشتي آشکارا «آنتروپيک» دارد و گوئي نوعي سناريو در جريان بوده است تا جهان در نهايت و بعد از گذشت زماني در حدود ۱۲ ميليارد سال نخستين موجود زنده تک سلولي را فراهم آورد و متعاقب آن با گذشت زماني در حد يکي دو ميليارد سال ظهور موجودات هوشمند نيز امکان پذير بشود.
مجموعه ثوابت و تأثير تغييرات جزئي آنها در رفتار جهان به صورت خيلي منسجم در مقالهای(۵) از دکتر هيو راس (Hugh Ross) فيزيکداني که گرايشهاي مذهبي نيرومندي دارد، تشريح شده است که ديدگاه نسبتا جامعي براي فهم مسأله ميگشايد.
متأسفانه در خصوص اصل آنتروپيک امکان آزمايش و نتيجهگيري در حد صفر است و دانشمندان صرفا با تکيه بر مدلهاي کيهانشناسي و نظريات معتبر علمي مانند مکانيک کوانتوم ميتوانند رفتار جهان را، در صورت متفاوت بودن بعضي از ثوابت جهاني، به نحو مجازي شبيهسازي نمايند. با آن که انسان توانسته است کميتهاي عجيبي مانند سرعت نور را مورد سنجش قرار دهد و تئوري پيچيدهاي مانند نسبيت عام را مورد آزمايش و تصديق قرار دهد، ذرات اوليه بسيار غير عادي را توليد و مطالعه نمايد، و در خصوص بيگ بنگ شواهد عملي فراهم نمايد، اما در خصوص اصل آنتروپيک راهي جز محاسبه و شبيهسازي رياضي در اختيار ندارد. اگر ميتوانستيم در اين مورد دست به آزمايشي بزنيم، ميبايست جهان را با روش ناشناختهاي به حدود ۱۴ ميليارد سال پيش برميگردانديم و آنگاه مقدار ثوابت را با روشي ناشناختهتر تغيير ميداديم و جهان را براي انجام يک بيگ بنگ در وضعيت آماده قرار ميداديم. مهمترين تنظيمي که بايد در اين مرحله انجام ميداديم، عبارت از سرعت انبساط اوليه بود، زيرا اين عامل در تاريخ متعاقب جهان نقشي تعيين کننده داشته است. هنوز نميدانيم که در حين انجام اين آزمايش تخيلي عجيب، خود ما از چه نقطهاي ميتوانستيم نظارهگر حوادث باشيم. آنگاه بايد در هنگام شروع بيگ بنگ با دقت بر حوادث نظاره ميکرديم و سنجشهاي متعددي را اجرا ميکرديم تا رفتار جهان را، مخصوصا از هنگامي که سن آن هنوز از
۱۰-۴۳ ثانيه
فراتر نرفته بود و متعاقب آن در زماني در حدود يک ميکروثانيه تا حدود سه دقيقه بعد از شروع بيگ بنگ ثبت نمائيم، زيرا در اين فاصله زماني کوتاه بسياري حوادث تعيين کننده روي داده است که بر تاريخ تکوين بعدي جهان اثر قطعي گذاشته است. سپس ميبايست سنجشهاي خود را در طول حدود ۱۲ ميليارد سال ادامه ميداديم، و مخصوصا تعداد زيادي سوپرنوا را رصد ميکرديم تا اطمينان حاصل کنيم که آيا کربن و ساير عناصر سنگينتر از هيدروژن و هليوم تواسنتهاند به قدر کافي توليد و در جهان منتشر شوند يا نه و در ادامه آن اطمينان حاصل کنيم که آيا نخستين موجود زنده تک سلولي ظهور کرده است يا خير؟ سپس به ادامه آزمايشها و مشاهدات علمي خود براي چند ميليارد سال ديگر نيز نياز داشتيم تا مطمئن شويم که آيا موجود زنده هوشمند و مرکبي نظير انسان ميتواند ظهور بکند يا خير. ما در طول اين آزمايش خيالي چنين فرض کرديم که خود از نقطهاي فرضي شاهد حوادث هستيم. اما نبايد فراموش کنيم که خود ما نيز در طول اين سناريو ساخته ميشويم و صرفا از آن مرحله به بعد است که ميتوانيم تاحدودي بر حوادث نظاره بکنيم.اصل آنتروپيک ضمنا مورد توجه فيزيکداناني نيز قرار گرفته است که گرايشهاي مسيحي دارند و در اين بين تعداد قابل توجه دانشمندان يهودي را نيز نبايد ناديده گرفت (تعداد دانشمندان يهودي در علم فيزيک بسيار زياد است). من نميخواهم بلافاصله تئوري توطئه را پيش بکشم و حضور اين يا آن خط مذهبي در بحث آنتروپيک نيز، هر يک با انگيزه خاص خود، در ماهيت مسأله تأثيري ندارد، زيرا اين نظريه بر پايههاي علمي محکمي استوار است. ديدگاه توحيدي قرآن حکيم با انجيل و تورات موجود کاملا متفاوت و بسيار متعالي است، با اين حال ما هرگز نبايد به دنبال اين نظريه باشيم که قرآن حکيم را سرچشمه علومي نظير علم پزشکي، مکانيک کوانتوم يا هر علم ديگري بشناسيم. قرآن کتاب هدايت و رستگاري است و جهان بيني مومنين را به سوي حقيقت مطلق معطوف ميکند. اما اشارات حيرت انگيزي در آن وجود دارد که آشکارا بر اصل آنتروپيک صحه ميگذارند:
الَّذِي لَهُ مُلْكُ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضِ وَلَمْ يَتَّخِذْ وَلَدًا وَلَمْ يَكُن لَّهُ شَرِيكٌ فِي الْمُلْكِ وَخَلَقَ كُلَّ شَيْءٍ فَقَدَّرَهُ تَقْدِيرًا. که او را است سلطنت آسمانها و زمين و پسري ندارد و کسي شريک سلطنت او نيست و همه چيز را آفريد و ميزان و تناسب را در خلقت خود برقرار کرد. (الفرقان: ۲)
... وَكُلُّ شَيْءٍ عِندَهُ بِمِقْدَارٍ. و نزد او هر چيزي را اندازه و مقداري است. (الرعد: ۸)
إِنَّا كُلَّ شَيْءٍ خَلَقْنَاهُ بِقَدَرٍ. ما همه چيز را به مقدار و تناسب آفريديم. (القمر: ۴۹)
... قَدْ جَعَلَ اللَّهُ لِكُلِّ شَيْءٍ قَدْرًا. خداوند براي هر چيزي مقدار قرار داده است. (الطلاق: ۳)
الَّذِي خَلَقَ سَبْعَ سَمَاوَاتٍ طِبَاقًا مَّا تَرَى فِي خَلْقِ الرَّحْمَنِ مِن تَفَاوُتٍ فَارْجِعِ الْبَصَرَ هَلْ تَرَى مِن فُطُورٍ. که هفت آسمان را بر روي يکديگر آفريد، هيچ تضادي در خلقت او نميبيني، پس ديده را بگردان، آيا هيچگونه کاستي ميبيني؟ (الملک: ۳)
يَا أَيُّهَا الْإِنسَانُ مَا غَرَّكَ بِرَبِّكَ الْكَرِيمِ. الَّذِي خَلَقَكَ فَسَوَّاكَ فَعَدَلَكَ. اي انسان، چه چيزي تو را نسبت به خدايت مغرور کرد، خدائي که تو را آفريد و به تو تناسب داد و در تو اعتدال قرار داد. (الانفطار: ۷-۶)
سَبِّحِ اسْمَ رَبِّكَ الْأَعْلَى. الَّذِي خَلَقَ فَسَوَّى. وَالَّذِي قَدَّرَ فَهَدَى. حمد و ثنا بر نام خداي بزرگ تو باد، که آفريد و تناسب داد و مقدار داد و هدايت نمود. (الاعلي: ۱-۳)
خلاصه و نتيجه:
اصل آنتروپيک به هيچ وجه محصول تخيل نيست. مطالعه و محاسبه فرايندهاي متعدد فيزيکي به روش تخصصي همواره بر اعتبار و سنديت اين اصل مهم صحه گذاشته است. اگر دقت کنيم، اين اصل نوعي هماهنگي بين سختهنجاري و نرم هنجاري جهان يا «هارموني بين کل و جزء» را به نمايش ميگذارد که در مقاله پيشين آن را به قدر کافي، و عمدتا در رابطه با اتم کربن، مورد مداقه قرار داديم. به عبارت ديگر از اتم کربن گرفته تا کائنات، با تصويري از هارموني بين کل و جزء يا تناسب بين سختهنجاري و نرمهنجاري مواجهيم که ظهور و تکوين حيات ارتباطي سيستماتيک با آن دارد. آن چه به عنوان اصل آنتروپيک مطرح است، در واقع گوياي آن است که اگر ثوابت جهاني انحراف ناچيزي با مقادير شناخته شده ميداشتند، جهان به يکي از دو سمت انحرافي پرتاب ميشد: در يک حالت (مثلا در صورت انبساط بيش از حد) هژموني افراطي جزء بر کل حاکم ميگشت و در حالت ديگر (مثلا در صورت انبساط کمتر از ميزان شناخته شده) با وضعيتي مواجه بوديم که به منزله هژموني بيش از حد کل بر جزء بود. صرفا توازن بين سختهنجاري و نرمهنجاري در طرز تکوين جهان بعد از شروع بيگ بنگ بود که ظهور شرائط مساعد حيات را تضمين نموده است. اين توازن توازني از نوع شکننده بوده است و به نظر ميرسد که به شکل هدايت شده به اجرا درآمده است.
منابع مورد استفاده:
۱ – اصل کيهانشناسي انسانمحور، جان بارو، فرانک تيپلر، نشر دانشگاه آکسفورد، ۱۹۹۶
۲ – گرايش آنتروپيک، رابرت نوزيک، استاد دانشگاه هاروارد، انتشارات روتلج، ۲۰۰۲
۳ – دائره المعارف ويکيپديا، اصل آنتروپيک
۴ – ذهن جديد امپراطور، راجر پنروز، انتشارات دانشگاه آکسفورد ۱۹۹۹
۵ - نشانههائي از جهان برنامهريزي شده، دکتر هيو راس
۶ - عنصر ششم، لِن سالِن، دپارتمان تکنولوژي و فيزيک، دانشگاه برگن
۷ – ويژگي پيشبينيهاي آنتروپيک، نقدي پيرامون فرضيه فرد هويل در خصوص رزونانس کربن، هِلگه کراگ، دانشکده علوم دانشگاه آرهوس، دانمارک
جهان بينی در پرتو علم نوين، بين النهرين گهواره تمدن، قرآن: رستاخيز فرهنگي مشرق زمين، ، هويت و رابطه آن با زندگي فرهنگي و اجتماعي، زبان: انعکاس طرز زندگي و گذشته ملتها، مسیرهای تکوین، طیف گم شده (حقیقت انسان و حقیقت خدا)