گروه نرم افزاری آسمان






بررسی پیدایش جهان از نظر استيون هاوکينگ


زيست نامه

استيون هاوکينگ در سال 1942 در انگلستان زاده شد. به دليل علاقه بسيار به رياضي و فيزيک، در رشته فيزيک نظري در دانشگاه کمبريج مشغول به تحصيل شد. در حين تحصيل اندک اندک آثار يک بيماري مرموز در او ظاهر گشت و خيلي زود مشخص شد که اين بيماري، موتور نورون يا E.L.S است كه سلول‏هاي حركتي دستگاه عصبي مرکزي و محيطي را از کار مي‏اندازد. در سال 1962، پزشکان که شاهد پيشرفت سريع بيماري او بودند، به او گفتند دو سال بيشتر زنده نخواهد ماند زيرا تجربه پزشکي نشان داده که رهايي از اين بيماري ترسناک غيرممکن است. اما او خود چنين اعتقادي نداشت. عمل و اقدام او نشان مي‏داد که گر چه آرام آرام حرکات دست و پايش را از دست داد و مجبور شد بر روي چرخ متحرک بنشيند، اما نور اميدي در دل به او مي‏گفت که او زنده خواهند ماند و معجزه‏اي رخ خواهد داد و چنين شد.

او در دانشگاه با همسرش "جين وايلد" آشنا شد. ظهور و حضور او در زندگي هاوکينگ نقطه عطفي بود. او مي‏گويد : غير يک از مورد ابتلاء به بيماري E.L.S ، تقريبا در ديگر موارد زندگي بخت با من يار بوده است. او همواره در اين مورد بر نقش همسرش در فائق آمدن بر مشکلات بيماري خود تاکيد مي‏ورزد: به ياري همسرم جين و فرزندانم زندگي من بطور نسبي به روال عاري مي‏گذرد و موفقيت قرين من بوده است.

هاوکينگ در سال 1965، با جين ازدواج مي‏کند. همسرش يک مسيحي معتقد و دکتراي ادبيات پرتغالي است. در همان سال، بيماري او تشديد مي‏شود و ابتلا به ذات الريه، پزشکان را مجبور به انجام عمل جراجي بر روي ناي او مي‏سازد. او که اعصاب حرکتي خود را قبلا بکلي از دست داده بود، توانايي سخن گفتن را نيز از دست مي‏دهد و از تمامي بدنش، تنها يکي دو انگشت دست خود را مي‏تواند تکان دهد. يکي از اساتيد دانشگاه، با استفاده از يک برنامه رايانه‏اي ارتباطي، دستگاهي به نام "مرکز زنده" براي او مي‏سازد تا بر چرخ متحرک خود سوار کند و به کمک يکي دو انگشت خود، افکارش را به رايانه منتقل کند تا به صوت تبديل شود و بدين ترتيب هاوکينگ بتواند با دنياي اطراف ارتباط برقرار کند.

هاوکينگ که سرزندگي و شوخ طبعي را در ذات خود پرورش داده است همواره تحصيل در رشته فيزيک نظري را خوش اقبالي ديگر خود به شمار مي‏آورد: خوش اقبالي ديگر من گزينش فيزيک نظري است چرا که در اين رشته همه چيز در ذهن انسان مي‏گذرد، در نتيجه معلوليت من نتوانسته مانعي جدي براي من ايجاد کند.

هاوکينگ احتمالا معروف‏ترين دانشمند زنده جهان است. او نامدارترين فيزيکدان تاريخ است که جايزه نوبل را از آن خود نکرده است، شايد بدين دليل که کارهاي او تاکنون ثابت نشده باقي مانده است. هاوکينگ در سال 1970 به همراه دوست و همکارش راجر پنروز، اولين اثر مشترک علمي خود را عرضه کرد و در آن نشان دادند که هر پاسخ معادله نسبت عام انشتين متضمن وجود يک مرز تکينگي براي زمان و فضا در گذشته است. بدين ترتيب او در اثبات نظريه مهبانگ (انفجار بزرگ) با استفاده از تئوري نسبت عام کوشيد. در سال 1973 در کار مشترکي با جرج آليس به تشريح ساختمان کلان فضا ـ زمان پرداخت که يک اثر بسيار فني و دشوار است. در دهه 1970 به طور متمرکز بر روي سياهچاله‏ها کار کرد و به فرموله کردن بخار شدن کوانتمي سياهچاله‏ها موفق شد که اکنون به "تابش هاوکينگ" معروف است. او در اين دوره کتاب‏ها و مقالات متعدد ديگري نيز منتشر کرد و در آن با بيان رياضي و فني، تئوري‏هاي فيزيک نظري جديد را کاويد. رياضيات در نظر او بسيار زيبا و دوست‏داشتني است. کارهاي برجسته او در زمينه بکارگيري رياضيات در فيزيک نظري، او را تا مقام استاد لوکازين(Lucasian) رياضيات دانشگاه کمبريج ارتقاء داد. پيش از آن، اين کرسي مهم تنها به نيوتن و پل ديراک تعلق داشت.

در سال 1998، کتاب "تاريخچه زمان" را منتشر کرد و در آن کوشيد بدون بکار بردن فرمول‏هاي خشک رياضي، سرگذشت و سرنوشت جهان را توضيح دهد، تنها فرمول بکار رفته در اين کتاب، فرمول معروف هم ارزي جرم و انرژي انشتين (E = mc2) است. او هدف از نوشتن اين کتاب را نشان دادن راه طي شده در جهت فهم جهان ذکر مي‏کند و مي‏گويد: بر آن شدم که کتابي درباره زمان و مکان بنويسم که مورد استفاده همگان باشد. مفاهيم اساسي مربوط به سرچشمه و سرنوشت هستي را مي‏توان بدون استفاده از رياضيات چنان تشريح کرد که براي افراد عادي نيز مفهوم واقع گردد. او در اين کتاب درصد پاسخ‏گويي به پرسش‏هايي از اين دست بر آمده است: جهان از کجا آمده؟ چگونه وچرا بنياد گرفته؟ آيا پاياني بر آن متصور است و اگر آري، چگونه؟

او در اين کتاب سعي دارد به زبان ساده مدل دقيق افت و خيز خلاء و جهش همه هستي را در آغاز زمان، يعني مدل "جهان چونان يک تابع موجي" را تشريح کند. کتاب او به سرعت فروش ميليوني پيدا مي‏کند و در اندک زماني درصدر پرفروش‏ترين کتاب عمومي علمي جهان مي‏نشيند. اين کتاب پرخواننده‏ترين کتابي است که تاکنون درباره کيهان‏شناسي نوشته شده است. گرچه عده‏اي، بيماري و وضعيت استثنائي هاوکينگ را در اقبال عمومي به اين کتاب بي‏تاثير ندانسته‏اند، اما عمومي کردن دانش و پرداختن به مسائل معنا و هدف که دغدغه همه مردمان است قطعا نقش عمده‏تري داشته است. او بدين دغدغه پرداخته است که از کجا آمده‏ايم و به کجا مي‏رويم.

چند سال بعد، در سال 2001 او کتاب "جهان در پوست گردو" را نوشت و در آن به تبيين بيشتر نظريه‏ها در مورد سياهچاله‏ها و چگونگي دست‏يابي به نظريه واحد در تبيين و تفسير جهان پرداخت. او شوخ طبعانه در مصاحبه با لاري لينگ گفت: بر سياهچاله‏ها نور تابانده‏ام! با وجود سعي او در ساده‏نويسي کتاب قبلي، برخي بر او خرده گرفته بودند که کتاب، واجد مطالب دشوار و سنگين فهم است. او مدعي است در کتاب دوم مطالب را ساده‏تر نوشته و با ارائه تصاوير بسيار در صفحات کتاب، خشکي و سنگيني و يکنواختي کتاب قبلي را از آن ستانده است. خودش مي‏گويد: اميدوارم در طي اين سال‏ها آموخته باشم که چنان بنويسم که به سادگي فهميده شود. وقتي از او پرسيدند که پس از اين کار چه خواهي کرد، پاسخ داد: شايد روزي زندگينامه خود را بنويسم اما عجله‏اي براي اين کار ندارم،کارهاي علمي زيادي دارم که نخست بايد آنها را انجام دهم.

نظريات هاوکينگ در طول زمان با تغييراتي همراه بوده است. او که زماني بشدت رهايي و خروج هر گونه نور و انرژي از سياهچاله‏ها را رد مي‏کرد بعدها تغيير عقيده داد. زماني بسيار، همچون انشتين، معتقد و درصد دست يابي به "نظريه واحد" در يکپارچگي نيروهاي بنيادين جهان و تفسير و تبيين سرنوشت هستي بود و زمان رسيدن به آن را بسيار نزديک اعلام مي‏کرد، اما اخيرا از آن دست شسته و به گونه‏اي زمينه کاوش در جهان هستي را براي آيندگان نيز قائل شده است. ذهن او همواره در جستجوست. خود او مي‏گويد: من کودکي هستم که هرگز بزرگ نشدم، چون همواره مي‏پرسم چگونه و چرا؟ من مي‏خواهم پاسخ‏ها را بدانم. من از زندگي لذت مي‏برم. تا آنجا که بتوانم راهم را دنبال خواهم کرد. آيا کار ديگري مي‏شود کرد؟




آغاز زمان، آغاز جهان

عموم فيزيکدانان امروزه پذيرفته‏اند که جهان را آغازي بوده است. سخن گفتن اما از آغاز جهان و آغاز زمان بسيار دشوار و نامانوس است زيرا به گفته هاوکينگ: نقطه واقعي آفرينش از دامنه قوانين فيزيک که تا کنون بشر به آن دست يافته بيرون است. آلن گوث گيتي شناس، لحظه آفرينش را توضيح ناپذير مي‏داند. لدرمان مي‏گويد: تنها خدا مي‏داند که در آن اولين لحظات چه گذشت؟ برخي پا را فراتر مي‏گذارند و مي‏خواهند بدانند اگر آغازي براي جهان متصور است، خداوند پيش از آفرينش جهان چه مي‏کرد؟ آگوستين قديس در پاسخ آنان به طنز مي‏گفت: دوزخ را براي فضولان و مطرح کنندگان چنين سئوالاتي آماده مي‏کرد!

آگوستين در گذشته بر اين باور بود که زمان يک خاصيت هستي است که خدا آفريده و پيش از خلق عالم وجود نداشته است، يعني مفهوم زمان، پيش از پيدايش جهان بي‏معني است. البته اين سخن در فلسفه صدرايي و نظريه حرکت جوهري او قطعي و مسلم است. نسبت عام انشتين نيز بر اين راه رفته است. استيون هاوکينگ و راجر پنروز نشان داده‏اند که نسبيت عام متضمن آغازي ناگزير براي جهان و پاياني احتمالي براي آن است. در نسبت عام، زمان و مکان ناوابسته به جهان يا به يکديگر وجود ندارد. آنها با اندازه‏گيري درون جهان مثل شمار لرزش‏هاي بلور کوارتز درون يک ساعت يا درازاي يک خط کش تعريف مي‏شوند. وقتي زمان درون جهان تعريف مي‏شود بايد آغاز يا پايان داشته باشد. پس اين پرسش که پيش از آغاز يا پس از پايان جهان چه رخ مي‏دهد معنايي ندارد زيرا اين زمان‏ها تعريف نشده‏اند.

فيلسوفاني مانند کانت به دنبال يافتن دليل انتظار نامحدود پيش از آفرينش بودند. کانت اين امر را "ناهمسازي خرد ناب" مي‏ناميد زيرا به نظر او يک تناقض منطقي بود و راه‏حلي نداشت. او در سال 1781 در کتاب ماندگار "سنجش خرد ناب" بدين پرسش مي‏پردازد که آيا جهان هستي نقطه آغازي در زمان داشته و آيا در مکان محدود بوده است؟ به زعم او برهان‏هاي مربوط به وجود آغاز براي جهان و برابرنهاد آن يعني ازلي بودن عالم به طور يکسان متقاعد کننده‏اند. بنابراين او نتيجه گرفت که امتداد زمان تا بي پايان در گذشته بايد ادامه يابد.



نظريه انفجار بزرگ

هاوکينگ با اذعان به اين که فهم آغاز جهان بر پايه دانش، فراتر از توان ماست براين باور است که حداقل بايد در اين راه تلاش کرد. سرچشمه جهان ظاهرا فراتر از قلمرو دانش قرار مي‏گيرد. رياضي دانان به نقطه‏اي در جهان که در آن هر نظريه‏اي درمي‏ماند و در هم مي‏شکند تکينگي مي‏گويند. در دهه 1970 سعي هاوکينگ و راجر پنروز بر آن بود که با ابداع تکنيک‏هاي رياضي جديد ثابت کنند که بايد در آغاز جهان تکينگي اتفاق افتاده باشد. آنان ثابت کردند که اگر نسبيت عام درست باشد و جهان داراي آن امتداد ماده که ما مشاهده مي‏کنيم باشد، بايد تکينگي انفجار بزرگ در گذشته اتفاق افتاده باشد. با وجود مخالفت‏ها، امروزه اين نظريه قبول عام يافته و تقريبا همه پذيرفته‏اند که جهان با يک تکينگي انفجار بزرگ آغاز شده است. البته نظريه کلاسيک نسبيت عام از بيان چگونگي ماجرا ناتوان است زيرا پيش بيني مي‏کند که همه نظريه‏هاي فيزيکي از جمله خود اين نظريه، در آغاز جهان و در هر تکينگي، توانايي خود را از دست مي‏دهند.

هاوکينگ در اينجا براي درک چگونگي آغاز جهان معتقد است به هر دو نظريه پاره‏اي، يعني نسبيت عام و مکانيک کوانتم، بايد توسل جست و از طريق تئوري گرانش کوانتمي آن را توضيح داد.

با ترکيب نسبيت عام و مکانيک کوانتم، فضا و زمان با هم تشکيل فضاي چهاربعدي متناهي مي‏دهد که فاقد تکينگي يا کرانه است. اين نظريه، يکنواختي در مقياس بزرگ و انحرافات از حالت همگن در مقياس کوچکتر را که به تشکيل کهکشانها و ستارگان و انسان انجاميده توضيح مي‏دهد.

براساس نظريه نسبت عام، چگالي جهان در گذشته بايد بي‏نهايت بوده باشد. جرج گاموف در سال 1946 مدل انفجار بزرگ را براي آغاز جهان ارائه داد و گفت: همه جهان فيزيکي پرماده و انرژي و چهار بعد آن، از يک حالت بي‏نهايت چگال، داغ و فشرده دچار انفجار گرديد. گرچه افرادي مانند ادينگتون با اين نظريه مخالفت کردند اما مشاهده ميکرو موج‏هاي زمينه کهکشاني در سال 1965 بر اين نظريه صحه گذارد و معلوم شد که عمر جهان در حدود 15 ميليارد سال است.

تاريکي آسمان شب نيز نشان از آن دارد که جهان نمي‏تواند از ازل در همين حالتي که امروز مي‏بينيم بوده باشد. اگر ستارگان براي زماني نامحدود در حال تابش مي‏بودند جهان داغ مي‏شد و دماي آن به دماي ستارگان مي‏رسيد. حتي شب‏ها نيز همه آسمان همچون خورشيد مي‏درخشيد زيرا هر خط ديدياب ستاره‏اي به ابري از غبار مي‏رسيد.

در هم پيچيده شدن نظريه‏هاي علمي در تکينگي آغاز زمان و انفجار بزرگ بدين معناست که رويدادهايي که پيش از آن لحظه رخ داده‏اند تاثيري در آنچه هم اکنون روي مي‏دهد ندارند و وجود آنها را مي‏توان ناديده گرفت زيرا هيچ پيامدي در مشاهدات ما ندارند، پس نمي‏تواند بخشي از مدل علمي جهان را تشکيل دهند. از اين رو بايد آنها را از مدل خارج کرد و پذيرفت که جهان و زمان با انفجار بزرگ آغاز شده است.

در انفجار بزرگ، چگالي جهان بي‏نهايت و اندازه آن صفر و بنابراين دماي آن بي‏نهايت زياد بوده است. گسترش آن باعث کاهش دماي تابش شده است. در زمان پلانک، يعني 43-10 ثانيه اول بعد از انفجار بزرگ، ماده و پاد ماده در تعادل هستند. در 10- 10 ثانيه کوارک‏ها شکل مي‏گيرند که بنيان پروتون‏ها و نوترون‏ها را تشکيل مي‏دهند. يک صدم ثانيه پس از انفجار، دماي جهان به 100 ميليارد درجه مي‏رسد در حالي که فوتون‏ها، الکترون‏ها، نوترينونها و پاد ذره‏هايشان شکل گرفته‏اند. در مدتي بسيار کمتر از يک ثانيه، به گفته گوث، شعاع جهان 30 1 برابر شد و جهان گسترش تورمي يافت.

يک ثانيه پس از انفجار دما به حدود 10 ميليارد درجه يعني هزار برابر حرارت مرکز خورشيد، سقوط مي‏کند. ۱۰۰ ثانيه پس از انفجار دما به يک ميليون درجه مي‏رسد که دماي درون داغ‏ترين ستاره است. در اين دما، پروتون‏ها و نوترون‏هاي شکل گرفته ديگر انرژي‏ کافي براي گريز از کشش نيروي هسته‏اي قوي را ندارند و شروع به پيوستن به يکديگر و توليد هسته‏هاي اتم دوتريم (هيدروژن سنگين) مي‏کنند که يک پروتون و يک نوترون دارد. هسته‏هاي دوتريم با پروتون‏ها و نوترون هاي بيشتري مي آميزند و هسته هاي هليوم را پديد مي آورند که دو پروتون و دو نوترون ‏ دارد و برخي عناصر سنگين‏تر مثل ليتيم و برليوم را توليد مي‏کند. تابش فوتون‏هاي نخستين مراحل داغ جهان هنوز در اطراف ما هست اما دماي اين تابش ميکروموج زمينه کيهاني تا 7/2 درجه بالاي صفر کاهش يافته است.

سه دقيقه بعد جهان سرد شد. چند ساعت پس از انفجار، توليد هليوم و ديگر عناصر متوقف شد و پس از آن براي حدود يک ميليون سال، جهان بدون رويداد قابل ذکري صرفا گسترش يافت. وقتي دما به چند هزار درجه کاهش يافت و اکثر هسته‏ها ديگر انرژي لازم براي غلبه بر جاذبه الکترومغناطيسي ميان خود را نداشتند شروع به درآميختن و تشکيل اتم ها کردند و عناصر سنگين‏تري مانند کربن و اکسيژن تشکيل شد.

با گذشت زمان گاز هيدروژن و هليوم کهکشان‏ها به ابرهاي کوچکتري تقسيم شدند که زير فشار گرانشي خودشان فرو پاشيدند. بر اثر اين انقباض و برخورد اتمهاي درونشان با يکديگر، حرارت گاز افزايش يافت و چنان داغ شد که واکنش‏هاي گداخت هسته‏اي پديد آمد. هيدروژن به هليوم بيشتري تبديل شد و گرماي ايجاد شده بر فشار افزود و از انقباض ابرها جلوگيري کرد.

اين ابرها (مانند خورشيد ما) تا مدت‏هاي پايداري مي‏توانند هيدروژن را به هليوم تبديل کنند و انرژي را به صورت نور و گرما به گيتي بتابانند.


گسترش عالم

تا قبل از قرن بيستم، اين مسئله که جهان در حال گسترش است يا انقباض، براي هيچ کس مطرح نشده بود. عموما مي‏پنداشتند جهان همواره در حالتي ثابت موجود بوده است. الکساندر فريدمان فيزيکدان و رياضي دان 30 سال قبل از آن که ادوين هابل نظريه گسترش جهان را مطرح سازد، کشف او را پيش‏بيني کرد و گفت: به هر سوي جهان که نظر کنيم با ديگر بخش‏هاي آن تفاوت ندارد. پس نبايد انتظار داشته باشيم که جهان ساکن و ايستا باشد. در سال 1965 دو دانشمند با آشکارساز قوي خود دريافتند که نويزي که خارج از کهکشان به ما مي‏رسد در همه حال ثابت است پس جهان نيز در همه جهات ـ هر چند در مقياس کلان ـ بايد يکسان باشد. در سال 1929 ادوين هابل متوجه شد که به هر سوي جهان که نظر کنيم کهکشان‏هاي دور به سرعت از ما فاصله مي‏گيرند. به عبارت ديگر، جهان در حال گسترش به نظر مي‏رسد. يعني در گذشته اجزاي آن به هم نزديک‏تر بودند. اين تصوير نوين از جهان بود که هابل ارائه کرد و نشان داد که کهشکان ما تنها کهکشان جهان نيست. کهکشان‏هاي بسيارديگري نيز هست که بين آنها نواحي خالي وسيعي قرار دارد. هابل فواصل 9 کهکشان را محاسبه نمود. هابل براساس مطالعه طيف منتشره از کهکشان‏ها دريافت که بيشتر آنها انتقال به طيف سرخ دارند و اين ميزان نيز کميتي تصادفي نيست و مستقيما با فاصله کهکشان‏ از ما متناسب است، يعني هر چه کهکشان از ما دورتر باشد با سرعت بيشتري از ما فاصله مي‏گيرد. کوازارها (اخترنماها) به عنوان دورترين اجسام عالم به ما با سرعتي 95-90 درصد سرعت نور از ما دور مي‏شوند!

سرعت انبساط جهان بيش از نيروي گرانش است که بتواند آن را متوقف يا منقبض کند. اين مسئله درست مانند پرتاب موشک از زمين است که تنها اگر از سرعتي بحراني بيشتر باشد گرانش آن را متوقف نخواهد کرد و دچار سقوط نخواهد شد. جهان به هنگام گسترش، از ميدان گرانشي، انرژي وام مي‏گيرد تا ماده بيشتري بيافريند. انرژي مثبت ماده درست برابر انرژي منفي گرانش است، پس انرژي کل برابر صفر است. هنگامي که اندازه جهان دو برابر مي‏شود ماده و انرژي‏ گرانشي هر دو دو برابر مي‏شوند و انرژي کل، صفر باقي مي‏ماند. اين وضع شبيه بادکنکي است که پيوسته در آن بدمند. اگر روي اين بادکنک خال‏هايي در نظر گرفته شود، هر چه بادکنک بيشتر گسترش يابد فاصله ميان هر دو خال افزايش مي‏يابد. هر چه خال‏ها از هم دورتر باشند با سرعت بيشتري از هم فاصله مي‏گيرند. در ضمن هيچ يک از خال‏ها را نمي‏توان مرکز گسترش و انبساط دانست. اين تائيديه فرض فريدمان است که از شباهت همه جاي عالم در حالت کلان سخن گفته بود.

اگر کهکشان‏ها اينک از يکديگر دور مي‏شوند بدان معناست که بايد در گذشته به يکديگر نزديک‏تر بوده باشند. اين مبناي فکر اوليه درباره انفجار بزرگ بود.


مدل‏هاي گسترش جهان

1. مدل فريدمان: جهان با سرعت نسبتا کمي در حال گسترش است و جاذبه گرانشي بين کهکشان‏هاي مختلف باعث کندي گسترش شده و سرانجام آن را متوقف مي‏سازد. آنگاه کهکشان‏ها به سوي همه شروع به حرکت مي‏کنند و جهان انقباض مي‏يابد




2. جهان با چنان سرعتي گسترش مي‏يابد که جاذبه گرانشي هرگز قادر به بازداشتن آن از گسترش نيست، هر چند اندکي از سرعت آن مي‏کاهد.




3. سرعت گسترش جهان به اندازه‏اي است که گيتي از فروپاشي بپرهيزد. سرعت دورشدن کهکشان‏ها از هم کمتر و کمتر مي‏شود ولي هرگز به صفر نمي‏رسد.






حد و مرز عالم

مشخصه مدل اول آن است که جهان در پهنه فضا بيکران نيست اما فضا خود، حد و مرزي ندارد:

کران دار + بي‏حد و مرز

گرانش جنان نيرومند است که فضا را به دور خود خم کرده و چيزي مثل سطح زمين را پديد آورده است اما بجاي دو بعد مثل سطح زمين، سه بعدي است. در مدل دوم، فضا مانند سطح يک زين خميده است پس در اين حالت فضا نامتناهي است. در مدل سوم، فضا تخت و مسطح و در نتيجه نامتناهي است.

هاوکينگ براساس نظريه کوانتمي گرانش بر اين باور است که فضا ـ زمان فاقد کرانه است و بنابراين نيازي به مشخص نمودن رفتار مرزي براي جهان نيست. شرط مرزي جهان عبارت است از آنکه مرزي ندارد. فضا ـ زمان مي‏تواند از نظر وسعت متناهي باشد اما هيچ تکينگي که مرز و لبه‏اي بوجود آورد نداشته باشد مثل سطح زمين که از نظر وسعت متناهي است اما کرانه و بعدي ندارد. هاوکينگ به طنز مي‏گويد: گزارشي از افتادن مردمان از لبه کره زمين در دست نيست! اما او در اينجا به وادي استنتاجي غلط درمي‏افتد و مي‏پندارد: جهان يکسره در خود مي‏گنجد (self contained) و متاثر از جيزي خارج از خود نيست. نه آفريده شده و نه از بين مي‏رود، صرفا وجود دارد! جهان خودگنجاست، يکسره همه چيز خود را دربرمي‏گيرد و به چيزي بيروني که ساعت را کوک کند و آن را به حرکت درآورد نياز نخواهد داشت. در عوض همه چيز در جهان با قوانين دانش و با ريختن تاس درون جهان تعيين مي‏شود. او مي‏گويد اين سخن شايد گستاخانه به نظر برسد. منظور او از تاس ريختن، جاري بودن اصل عدم قطعيت در مکانيک کوانتمي است. او فکر مي‏کرد که با پذيرش شرط بيکرانگي جهان به همراه اصل عدم قطعيت مي‏توان همه سازه‏هاي پيچيده‏اي را که مشاهده مي‏کنيم توضيح داد. بر خلاف او، انشتين سخت بر اين اعتقاد بود که خدا تاس بازي نمي‏کند. البته خود هاوکينگ نيز بعدها اين سخن را تعديل کرد و گفت: اين انديشه که فضا ـ زمان سطح بسته بي‏کرانه‏اي را تشکيل مي‏دهد دلالت ضمن ژرفي پيرامون نقش خداوند در امور عالم دارد. هنوز اين خداست که ساعت جهان را کوک مي‏کند و چگونگي آغاز آن را برمي‏گزيند. او در پذيرش خداي عالم مادامي که جهان آغازي داشته باشد ترديدي نمي‏کند اما در مورد جايگاه آفريدگار در جهان خودگنجا و بي‏آغاز و بي‏پايان و صرفا موجود، هنوز نيز در ترديد است.



زمان حقيقي و موهو

در "زمان حقيقي" که ما به عنوان انسان در چارچوب آن زندگي مي‏کنيم و به آن محدود هستيم همواره يک تکينگي، که آغاز جهان محسوب مي‏شود، وجود دارد. در پيشنهاد بي کرانگي هاوکينگ، مفهوم بي‏آغازي و بي‏انجامي جهان چيزي است که تنها "زمان موهومي" و در قالب ترم‏هاي رياضي وجود دارد. او سود جستن از زمان موهومي را که يک مفهوم رياضي است صرفا تدبير يا حقه‏اي رياضي براي محاسبه پاسخ‏هايي درباره فضا ـ زمان حقيقي مي‏انگارد. در تصوير سازي که او ارائه داده مي‏توان يک فضا ـ زمان با زمان موهومي مثل سطح کره زمين در نظر گرفت که گوي مانند است و زمان موهومي درجه‏هاي عرض جغرافي‏اند. تاريخ جهان در زمان موهومي در قطب جنوب که يک نقطه معمولي فضا ـ زمان است آغاز مي‏شود. جهان در استوا به اندازه بيشتر گسترش يافته و سپس دوباره با افزايش زمان موهومي منقبض مي‏شود تا در قطب شمال به اندازه يک نقطه برسد. هر چند اندازه جهان در قطب‏ها صفر است اما اين نقاط تکينگي به شمار نمي‏رود و عادي هستند. پس مي‏توان قوانين يکساني را در آغاز جهان و ديگر زمان‏ها در نظر گرفت.

البته هاوکينگ با ارائه اين نظريات بر باد رفتن دستاوردهاي پيشين خود پيرامون تکينگي را يادآور مي‏شود و مي‏گويد: در زمان موهومي جهان مي‏تواند متناهي و فاقد کرانه يا تکينگي باشد اما وقتي به زمان حقيقي که در آن زندگي مي‏کنيم بر مي‏گرديم به نظر مي‏رسد تکينگي‏ها همچنان پابرجا هستند. اين تذبذب فکري او را بدانجا مي‏رساند که در اظهار نظري عجيب مي‏گويد: شايد زمان به اصطلاح موهومي همان زمان حقيقي باشد و آنچه زمان حقيقي مي‏ناميم صرفا پرداخته تخيلات ما باشد!



پيکان زمان: آيا سفر در زمان ممکن است؟





هاوکينگ معتقد است اگر بخواهيم گرانش را با مکانيم کوانتمي وحدت بخشيم بايد مفهوم زمان موهومي را معرفي کنيم که قابل تميز از جهات فضايي نيست. در زمان موهومي مي‏توان به جلو رفت و به زمان عقب برگشت. بين جهات جلو و عقب تفاوت مهمي نيست. اما در زمان حقيقي اين تفاوت بين گذشته و آينده را ما درک مي‏کنيم. بازگشت به زمان گذشته حقيقي ممکن نيست زيرا مطابق قانون دوم ترموديناميک، هرج و مرج يا آنتروپي هر سيستمي با گذشت زمان همواره افزايش مي‏يابد. هاوکينگ شوخ طبع اين حالت را نوعي قانون مورفي مي‏داند: سال به سال دريغ از پارسال!

افزايش آنتروپي نسبت به زمان نمونه‏اي است از آنچه "پيکان زمان" خوانده مي‏شود و به زمان جهت مي‏دهد. در پيکان ترموديناميکي زمان، آنتروپي در جهت ترموديناميکي زمان افزايش مي‏يابد. در پيکان روان‏شناختي زمان، احساس مي‏کنيم زمان مي‏گذرد و گذشته را به خاطر مي‏آوريم اما از آينده چيزي در ذهن نداريم. در پيکان کيهان شناختي زمان، جهان بجاي انقباض، گسترش مي‏يابد.

پيکان‏هاي زمان ترموديناميکي و کيهان شناختي در يک جهت هستند، يعني بي‏نظمي در همان جهتي افزايش مي‏يابد که جهان گسترش مي‏يابد. نگراني در مورد شروع انقباض جهان پس از گسترش و بازگشت پيکان ترموديناميکي زمان به عقب بي‏مورد است زيرا اين امر دست که ده ميليارد سال طول مي‏کشد.

پس اينجا مي‏توان پرسيد که زمان چيست؟ آيا جويباري است جاودانه غلتان که همه روياهاي ما را با خود مي‏برد؟ يا مثل راه‏آهن است؟ يا شايد پيچ‏ها و شاخه‏هايي داشته باشد که بتوان جلو رفت و در عين حال به ايستگاه قبلي برروي خط برگشت؟ فضا ـ زمان تخت نيوتني سفر در زمان را روا نمي‏دانستند. اما شايد با استفاده از انرژي منفي بتوان ماشين زماني ساخت که در پيچ و تاب فضا ـ زمان به همان محل و همان زمان آغاز حرکت باز گردد. ممکن است در ناحيه‏اي از فضا ـ زمان حلقه‏هاي زماني وجود داشته باشد. کورت گودل در سال 1949 فضا ـ زماني کشف کرد پر از ماده چرخان که از هر نقطه آن حلقه زماني مي‏گذشت.



مخروط نوري

با توجه به دوگانگي مکانيک کوانتم، نور را مي‏توان با ماهيتي دوگانه، هم موج در نظر گرفت و هم ذره. در ابتدا مردم فکر مي‏کردند ذرات نور با سرعت نامتناهي حرکت مي‏کنند و به اين جهت گرانش قادر به کندکردن سرعت آن نيست، اما انشتين بر اساس نسبيت عام نشان داد نور که با سرعتي متناهي حرکت مي‏کند، گرانش مي‏تواند تاثير قابل توجهي بر آن داشته باشد. پس بدين ترتيب زماني که ما از دريچه تلسکوپ‏هاي عظيم فضايي مانند هابل به کهکشان‏ها مي‏نگريم، در واقع به تاريخچه حوادث گذشته جهان مي‏نگريم. مخروط نوري مسيرهاي پرتوهاي نور کهکشان‏هاي دوردست است که از دل فضا ـ زمان مي‏گذرد و به ما مي‏رسد. مخروط نوري از ميان مقدار معيني ماده مي‏گذرد که براي خميدن فضا ـ زمان کافي است. مخروط نوري گذشته به اندازه بيشينه‏اي مي‏رسد و دوباره کوچکتر مي‏شود، يعني زمان گذشته از ديد ناظر به شکل گلابي است. به عبارت ديگر، انتشار نور بر اثر يک رويداد، مخروطي سه بعدي را در دستگاه فضا ـ زمان چهاربعدي بوجود مي‏آورد که مخروط نوري آينده رويداد نام دارد. مخروط نوري گذشته نيز همان گونه است. براي حجم اين مدل سه بعدي مي‏توان ابتدا سطح آبگير دو بعدي را در نظر گرفت که با افتادن سنگي در آن، امواج گسترش يابنده، مخروطي ايجاد مي‏کنند که راس آن همان نقطه و زماني است که سنگ به آب برخورد مي‏کند. اگر به اين سطح دو بعدي، بعد زمان اضافه شود، مفهوم مخروط نوري قابل درک است.



ثابت کيهاني و اشتباه انشتين

کشف هابل به عنوان يکي از انقلاب‏هاي فکري قرن بيستم، جهان را ديناميک و رو به گسترش نشان داد. اما باور به ايستائي جهان چنان نيرومند بود که حتي انشتين در سال 1915 نيز اصلاحاتي در تئوري نسبيت عام خود به عمل آورد تا آن را امکان‏پذير سازد. او در معادلات خود ثابتي به نام ثابت کيهاني را وارد کرد و نيرويي به نام پاراگرانش را معرفي نمود که برخلاف ديگر نيروها از منبع خاصي ناشي نمي‏شد بلکه در کالبد فضا ـ زمان نهفته بود. موتوري دروني بود که گسترش عالم را کنترل مي‏کرد. انشتين اين مفهوم رياضي را بکار برد تا به فضا ـ زمان گرايشي دروني به گسترش ببخشد. او به جاي دست برداشتن از باور جهاني جاويد، معادلاتش را دستکاري کرد. اين مفهوم ثابت کيهاني، فضا ـ زمان را در جهت متضاد پيچ و تاب مي‏داد تا اجسام از يکديگر دور شوند. تاثير رانشي ثابت کيهاني مي‏توانست با تاثير کششي ماده برابر شود و پاسخي ايستا براي جهان بدست دهد. هاوکينگ معتقد است اين يکي از بزرگترين فرصت‏هاي از دست رفته فيزيک نظري است. چنانچه انشتين به معادلات اصلي خود وفادار بود مي‏توانست پيش‏بيني کند که جهان در چه وضعيتي است. کشف هابل نياز به يک ثابت کيهاني براي داشتن پاسخي ايستا براي جهان را از ميان برداشت. بعدها انشتين ثابت کيهاني را بزرگترين اشتباه زندگي علمي خود خواند.

البته مشاهدات اخير نشان مي‏دهد که شايد به راستي ثابت کيهاني کوچکي وجود داشته باشد. انرژي خلاء که در کنار ماده در جهان وجود دارد درست مانند ثابت کيهاني است. چگالي انرژي همانند ماده، منشا گرانش است. اين چگالي انرژي ناکرانمند، ناچار به معناي آن است که در جهان، کشش گرانشي کافي براي درهم پيچيدن فضا ـ زمان و تبديل آن به يک نقطه يافت مي‏شود. نظريه کوانتمي نيز متضمن آن است که فضا ـ زمان از افت و خيزهاي کوانتمي آکنده است. در مدل گسترش تورمي گوث، سردشدن ناگهاني يا ابرسرمايش مطرح مي‏شود و گفته مي‏شود که دما به کمتر از حد بحراني در جهان رسيد بي‏آنکه تقارن بين نيروها از بين رفته باشد. اين انرژي اضافي، درست مانند گرماي نهان انجماد، داراي اثر پادگرانشي است. نقش آن درست مانند همان ثابت کيهاني است که انشتين کوشيد براي ساختن مدلي ايستا از جهان آن را وارد نسبت عام کند. ثابت کيهاني گسترش جهاني را شتاب مي‏بخشد و اجازه نمي‏دهد جاذبه گرانشي ماده سرعت انبساط را کند گرداند.



چگالي عالم

مشاهدات ميکرو موج زمينه تابش کيهاني نشان مي‏دهد که احتمالا چگالي جهان در هنگام انفجار بزرگ بايد حدود ۱۰۷۲ تن بر اينچ مربع باشد. اگر جرم همه ستارگان مرئي کهکشان‏ها را جمع کنيم، حتي براي پائين‏نرين نرخ گسترش جهان، حاصل جمع از 01/0 مقدار لازم براي توقف گسترش جهان کمتر است. آنچه مي‏دانيم آن است که جهان در هر ميليارد سال بين ۵ تا ۱۰ درصد گسترش مي‏يابد. پس جهان بايد داراي مقادير بسيار زيادي ماده تاريک باشد که مستقيما قابل ديدن نيست اما جاذبه گرانشي آنها بر مدار ستارگان کهکشان‏ها تاثير مي‏گذارد. بخش عمده‏اي از ماده تاريک بايد به شکلي متفاوت از ماده معمولي باشد. شايد ماده تاريک از جرم‏هاي ذرات بنيادي بسيار سبک مانند آکسيون‏ها يا نوترينونها تشکيل شده باشد يا برخي گونه‏هاي عجيب ذره مانند ذرات پرجرم با اندرکنش ضعيف (WIMP) که توسط نظريه‏هاي مدرن ذرات بنيادي پيش‏بيني شده اما در آزمايشگاه آشکار نشده است. ماده گم شده مي‏تواند گواه وجود نوعي جهان سايه‏وار يا پوسته‏اي نيز باشد.




ذرات بنيادين

در گذشته ارسطو معتقد بود تمامي اشياء جهاني از چهار عنصر بنيادين خاک، آب، آتش و هوا تشکيل شده است. گرانش يا گرايش خاک و آب به پايين آمدن است و هوا و آتش ميل به سبکي و گرايش به صعود دارند. ارسطو معتقد بود ماده پيوسته، اما تجزيه ناپذير است. تا حدود چهل سال پيش فکر مي‏کردند پروتون‏ها و نوترون‏ها ذرات بنيادين هستند اما موري گلمان در 1969 با بردن جايزه نوبل نشان داد که آنها هم از کوارک (Quark) تشكيل شده‏اند: هر يک از سه کوارک. پل ديراک نيز در 1932 نشان داده بود که اکسترون‏ها نيز بار مقابلي همچون پوزيترون دارند. هر ذره يک پاد ذره دارد که مي‏تواند با آن نابود شود. هاوکينگ در اين مورد به شوخي مي‏گويد: اگر روزي با پادخودتان ملاقات کرديد با او دست ندهيد!

در روزگار نخستين، جهان چنان داغ بود که ذرات انرژي کافي براي تبديل کوارک به الکترون و الکترون به کوارک را داشتند.





نيروهاي بنيادين

اما آنچه بيش از ذرات بنيادين اهميت دارد، نيروهاي بنيادين است. ذرات حامل نيرو را، بر حسب شدت نيروئي که حمل مي‏کنند و ذراتي که متقابلا بر آنها تاثير مي‏کنند، به چهار دسته تقسيم مي‏کنند: نيروي گرانش، نيروي الکترومغناطيسي، نيروي هسته‏اي ضعيف و نيروي هسته‏اي قوي.



1. نيروي گرانشي

گرانش، ساختمان کلان گيتي را شکل مي‏دهد، گرچه در بين نيروها ضعيف‏ترين آنهاست. گرانش نيروئي عام است که بر هر ذره متناسب با جرم يا انرژي‏ آن وارد مي‏شود. گرانش مي‏تواند تا فاصله‏هاي دور عمل کند و همواره نيروئي جذب کننده است. اما بايد توجه داشت که همين نيروهاي ضعيف گرانش ميان تک تک ذرات، در دو جسم بزرگ مثل خورشيد و زمين همگي با هم جمع مي‏شود و نيروي عظيمي بوجود مي‏آورد.

سه نيروي ديگر کوتاه برد هستند، گاه جاذبه و گاه دافعه دارند و در نتيجه گرايش آنها به خنثي‏سازي است.

در مکانيک کوانتم، ميدان گرانشي بين دو ذره مادي بوسيله ذره‏اي به نام "گراويتون" توضيح داده مي‏شود که خود جرم ندارد، از اين رو نيرويي که حمل مي‏کند دور برد است. گرانش ميان خورشيد و زمين را به مبادله گراويتون‏ها بين اجزا تشکيل دهنده اين دو کره نسبت مي‏دهند. گرچه ذرات رد و بدل شده مجازي‏اند اما تاثير آنها سنجش‏پذير است. گراويتون‏هاي حقيقي امواج گرانشي را ايجاد مي‏کنند و به دليل ضعيف بودن به دشواري آشکار مي‏شوند و تا کنون کسي آنها را مشاهده نکرده است.



۲. نيروي الکترومغناطيسي

اين نيرو تاثيري بر ذرات غيرباردار مثل گراويتون‏ها ندارد اما با ذرات باردار مثل الکترون و کوارک وارد فعل و انفعال مي‏شود. بسيار قوي‏تر از نيروي گرانش است. اين نيرو بين دو الکترون، در حدود 142 برابر گرانش است! نيروي الکترومغناطيسي بين الکترون‏ها و پروتون‏هاي هسته (مثبت و منفي) موجب گرانش الکترون‏ها به دور هسته مي‏شود همانطور که جاذبه گرانشي باعث حرکت زمين گرد خورشيد مي‏شود.

جاذبه الکترومغناطيسي ناشي از مبادله شمار زيادي ذرات مجازي بدون جرم به نام "فوتون" است. رفتن الکترون از يک مدار به مدار ديگر نزديک هسته‏، انرژي آزاد مي‏کند و يک فوتون حقيقي گسيل مي‏شود. برخورد يک فوتون به اتم نيز همين جابجايي را براي الکترون انجام مي‏دهد و باعث مصرف انرژي و جذب فوتون مي‏شود. اين نيرو پس از نيروي هسته‏اي قوي، دومين نيرو از نظر قدرت است.



3. نيروي هسته‏اي ضعيف

اين نيرو با برد بسيار کوتاه موجب پديده راديواکتيويته مي‏شود و بر همه ذرات مادي به استثناء فوتون و گراويتون ـ که حامل نيرو هستند ـ اثر مي‏کند. در 1967 پروفسور عبدالسلام و استيون واينبرگ از هاروارد نظريه‏هايي ارائه دادند که موجب يکپارچگي و وحدت اين قبيل فعل و انفعالات با نيروي الکترومغناطيسي شد؛ همانطور که 100 سال قبل، ماکسول به الکتريسته و مغناطيس وحدت بخشيد. آنها گفتند علاوه بر فوتون، سه ذره ديگر وجود دارد که "بوزون" (BOSON) ناميده مي‏شوند و حامل نيروي ضعيف هستند. اين ذرات در انرژي‏هاي پائين همگي يک نوع ذره را تشکيل مي‏دهد مثل فرفره در سرعت‏هاي پايين که حالات مختلفي دارد، اما در سرعت هاي بالا فقط مي‏چرخد. در انرژي‏هاي بسيار بالاتر از GeV 100 اين سه ذره به همراه فوتون همگي رفتار مشابهي دارند اما در انرژي‏هاي پايين اين تقارن ميان ذره‏ها مي‏شکند. آنها به دليل ارائه نظريه شکست خودانگيز تقارن، در سال 1979 جايزه نوبل فيزيک را نصيب خود کردند.



4. نيروي هسته‏اي قوي

اين نيرو در نوترون و پروتون، کوارک‏ها را کنار هم نگه مي‏دارد و درهسته اتم، پروتون‏ها و نوترون‏ها را دور هم جمع مي‏کند. اين قوي ترين نيروي عالم است که کوتاه ترين برد را نيز دارد. مي‏گويند ذره ديگري به نام "گلوئون" (gluon) اين نيرو را حمل مي‏کند. پروتون‏ يا نوترون مرکب از سه کوارک است. گاه زوج کوارک و پادکوارک ذره‏اي را به نام "مزون" (mezon) توليد مي‏کند که ناپايدار است. خاصيت تحديد ويژگي عجيب کوارک‏هاست که رنگي را عيان نمي‏سازند و اين خاصيت مانع مشاهده يک کوارک يا گلوئون به طور مجزا و منفرد مي‏شود و اين مسئله ممکن است مفهوم آن را تا حدي متافيزيکي جلوه دهد.

در انرژي‏هاي معمولي، نيروي هسته‏اي براستي قوي است و موجب فشرده شدن کوارک‏ها به هم مي‏شود اما در انرژي‏هاي بالا، اين نيرو بسيار تضعيف مي‏شود و کوارک‏ها و گلوئون‏ها مثل ذرات آزاد رفتار مي‏کنند.




قانون انساني

گفته شده است اگر سرعت گسترش جهان يک ثانيه پس از انفجار بزرگ، تنها يک صد هزار ميلياردم کمتر بود جهان پيش از آنکه به اندازه کنوني برسد از هم فرو مي‏پاشيد. در اينجا اين سئوال مطرح مي‏شود که چرا جهان به اين صورت است که مي‏بينيم. پاسخ ساده آن است که اگر به اين صورت نبود انساني وجود نداشت تا آنرا نظاره کند! اين همان اصل انساني است. اين انديشه که ما جهان را چنين که هست مي‏بينيم زيرا اگر متفاوت بود ديگر ما وجود نداشتيم تا آن را ببينيم. به نظر مي‏رسد مقدار کميت‏ها با ظرافت و دقت به گونه‏اي تعيين شده که تکامل حيات را ممکن مي‏سازد. مثلا اگر بار الکتريکي الکترون‏ها تنها اندکي کمتر يا بيشتر بود ستارگان يا قادر به سوزاندن هيدروژن و تبديل آن به هليوم نبودند و يا منفجر مي‏شدند. در مدل انفجار بزرگ، در ابتداي جهان گرما فرصت کافي براي عبور از يک منطقه به منطقه ديگر نداشته است. اين بدان معناست که گرماي سراسر جهان آغازين بايد دقيقا يکسان بوده باشد تا بتوان برابر بودن دماي ميکرو موج زمينه در کليه نقاط جهان را توجيه کرد. سرعت گسترش آغازين نيز بايد بسيار بدقت انتخاب شده باشد تا جهان بتواند همچنان با سرعتي نزديک سرعت بحراني ـ که براي پرهيز از فروپاشي دوباره ضروري است ـ منبسط شود. اگر اين مدل درست باشد، حالت نخستين جهان بايد براستي با دقت بسيار تعيين شده باشد. هاوکينگ در اينجا اعتراف مي‏کند که جز آن که اين امر ناشي از خواست کردگاري است که اراده‏اش به آفرينش موجوداتي همچون ما تعلق گرفته، يافتن توضيح ديگري بس دشوار است.




سرنوشت ستارگان

سرنوشت جهان را بايد در سرنوشت ستارگان فروزان جستجو کرد. در مورد چگونگي پديد آمدن آنها و فعل و انفعالات جوش هسته‏اي تبديل هيدروژن به دوتريم و سپس هليوم و توليد و نشر انرژي و گرما اشاره شد. انرژي مرکز ستاره از همين تبديل هسته‏هاي هيدروژن به هسته‏هاي هليوم پديد مي‏آيد اما سرانجام بيشتر هيدروژن ستاره مصرف مي‏شود و مرکز ستاره آنقدر داغ مي‏شود که همين گرما سبب مي‏گردد ستاره بيشتر منبسط و غول پيکر شود. در چنين حالتي سطح ستاره سرد و رنگ آن سرخ شده و "غول سرخ" ناميده مي‏شود. وقتي تقريبا همه هيدروژن مصرف شد انرژي هسته‏اي از بخش‏هاي مرکزي به لايه‏هاي بيروني ستاره مي‏رود و اين لايه‏ها منبسط مي‏شود و به صورت گاز در مي‏آيد و سرانجام ناپديد مي‏شود. در لايه‏هاي دروني‏تر، که همه جرم را دارد، انرژي به حدي نيست که ستاره را داغ نگه دارد. کشش گرانشي اين لايه‏ها را به درون ستاره مي‏کشد و ستاره مي‏رمبد و در خود فرو مي‏ريزد. در اين حالت سرعت آن قدر زياد است که همه لايه‏هاي الکتروني فرو مي‏ريزد. در اين صورت جرم ستاره در حجم کوچکي فشرده مي‏شود و ستاره به صورت "کوتوله سفيد" در مي‏آيد.

اگر جرم يک کوتوله سفيد به اندازه کافي بزرگ نباشد رمبش متوقف مي‏شود اما اگر بزرگ باشد، به هنگامي که در خود مي‏رمبد بر مقاومت الکترون‏ها غلبه خواهد کرد و رمبش ستاره ادامه خواهد يافت. چاندراسخار دانشمند هندي محاسبه کرده است که اگر جرم کوتوله 4/1 برابر جرم خورشيد باشد رمبش ادامه خواهد يافت.

همه ستاره‏ها از جمله خورشيد ما سرانجام به کوتوله سفيد تبديل مي‏شوند. حدود 5/2 درصد ستارگان عالم جرمي بيش از 4/1 برابر جرم خورشيد ما دارند. در کهکشان راه شيري سه ميليارد ستاره بزرگتر از خورشيد وجود دارد که جرم برخي از آنها 60 تا 70 برابر خورشيد است. هر چه جرم ستاره بيشتر باشد عمر آن کوتاه‏تر و پرآشوب‏تر است زيرا گرانش آن بيشتر آن را مي‏فشارد و براي اين که از رميدن برهد بايد داغ‏تر باشد. هر چه ستاره داغ‏تر باشد سريع‏تر هيدروژن خود را مصرف مي‏کند پس عمرش کوتاه‏تر است.

10 ميليارد سال طول مي‏کشد تا ستاره‏اي با جرم خورشيد، همه سوخت هيدروژني خود را مصرف کنند، اما اين زمان براي ستاره‏اي که سه برابر خورشيد جرم دارد 500 ميليون سال است. يکي از علل کمبود ستاره‏هايي با جرم زياد همين است. در هنگام رمبيدن و انفجار، چه بسا نور ستاره صدها ميليارد برابر مي‏شود به نحوي که با چشم نيز ديده مي‏شود. گاه به آن "نو اختر" گفته مي‏شود. "ابر نواختر" همين رمبش است که مربوط به خود ستاره است نه مربوط به سقوط ماده از ستاره‏اي ديگر در آنها. در انفجار ابر نو اختري، ستاره 90 درصد جرم خود را از دست مي‏دهد.

اگر جرم ستاره رمبيده شده از حد چاندراسخار بيشتر باشد يا رمبش بسيار سريع باشد همه الکترون‏ها به درون هسته رانده مي‏شوند. پروتون‏هاي هسته به نوترون تبديل شده و در ستاره مي‏رمبد و تنها نوترون باقي مي‏ماند. وقتي همه الکترون‏ها از ميان رفتند چيزي نخواهد ماند تا نوترون‏ها را از نزديک شدن به هم باز دارد و در نتيجه نوترون‏ها به هم مي‏رسند. در اين صورت جرم رمبيده شده به يک ستاره نوتروني تبديل مي‏شود. نوترون‏ها بسيار کوچکتر از اتمها هستند پس ستاره نوتروني بسيار کوچک است.

اگر خورشيد به ستاره‏اي نوتروني تبديل شود قطر 000ر400ر1 کيلومتري آن به کمتر از شش کيلومتر مي‏رسد در حالي که همان جرم را دارد. يک کيلوگرم از ماده يک ستاره نوتروني جرمي هزاران برابر جرم کل زمين را دارد. اگر وزن انساني بر روي کره زمين ۵۰ کيلوگرم باشد، بر روي خورشيد 1400 کيلوگرم و برروي کوتوله سفيد ستاره شعراي يماني 000ر10 تن خواهد بود که جرم حجمي معادل kg/cm3 128 است. وزن همان انسان بر يک ستاره نوتروني با جرم خورشيد که جرم حجمي آن 1550 تن بر هر سانتيمتر معکب است به حدود ۱۴ ميليارد تن مي‏رسد!

بنابراين ستارگاني که کوچکتر از آن هستند که به صورت ابر نو اختر منفجر شوند به کوتوله سفيد تبديل مي‏شوند. ستارگان بزرگ که از مرحله ابر نو اختري مي‏گذرند مي‏رمبند و به ستارگان نوتروني تبديل مي‏شوند. خورشيد ما کوچکتر از آن است که منفجر شود پس به کوتوله سفيد و نه ستاره نوتروني، تبديل مي‏شود. از سطح ستاره‏هاي نوتروني که دماي آنها به دليل انرژي رمبش به ۱۰ ميليون درجه مي‏رسد تابشي بالاتر از گرما منتشر مي‏شود: نور پر انرژي‏تر با طول موج کوتاهتر يعني اشعه x.. پرتو x از جو زمين نمي‏گذرد پس بايد با استفاده از موشک و در بالاي جو رد آن را پيدا کرد. از همه جاي آسمان پرتو x درمي‏رسد.

ستارگان نوتروني چرخان را که بسرعت و در حد ثانيه به دور خود مي‏گردند و پالس‏ها و تپش‏هاي ثانيه‏اي به زمين مي‏فرستند که با راديو تلسکوپ‏ها امواج آنها قابل دريافت است تپ اختر (Pulsating star) يا ستارگان تپنده و پالس دهنده مي گويند. ۱۰۰ هزار تپ اختر در کهکشان ما وجود دارد.





سياهچاله

موضوع سياهچاله‏ها اول بار درسال 1783 بحث شد. جان ميچل مدرس کمبريج با مطرح کردن سرعت بحراني گريز گفت: ستارگاني با جرم بيشتر از خورشيد سرعت گريزشان از سرعت نور بيشتر است. پس نمي‏توانيم آنها را ببينيم چون نور گسيل شده از آنها توسط گرانش باز پس کشيده مي‏شود. او آنها را ستارگان تاريک ناميد. اما اصطلاح سياهچاله در 1969 توسط جان ويلر دانشمند آمريکايي بر سر زبان‏ها انداخته شد.

ستاره سردي که 5/1 برابر جرم خورشيد باشد در برابرگرانش خود تاب نخواهد آورد. اين حد چاندراسخار است. آنها وقتي نتوانند از طريق سوخت هسته‏اي گرماي لازم را توليد کنند براي جبران نيروي گرانش خود که در جهت کوچکتر شدن آنها عمل مي‏کند کوچک و کوچک‏تر خواهد شد تا به سياهچاله تبديل شوند، يعني ناحيه‏اي بسيار خميده از فضا ـ زمان که نور را ياراي گريز از آن نيست. در درون سياهچاله زمان به پايان مي‏رسد.

سياهچاله‏ها يکي از موارد نادر تاريخ علم است که تئوري مربوط به آنها به تفصيل و در قالب مدل رياضي تدوين شده است پيش از آن که هيچ گواه و نشانه تجربي دال بر درستي آنها در دست باشد. اگر شعاع ستاره‏اي کاهش يافت و به مرز بحراني رسيد حفره سياه (black hole) يا سياهچاله تشکيل مي‏شود. اگر جرم حجم رمبيده شده از 2/3 برابر جرم خورشيد بيشتر باشد با رمبش، الکترون‏ها و نيز نوترون‏ها خرد مي‏شوند. با خرد شدن نوترونها ديگر چيزي جلوي رمبش را تا صفرشدن جسم نمي‏گيرد. بنابراين مطابق تعريف، سياهچاله جسم کوچکي است که به دليل گرانش شديد همه چيز در آن مي‏افتد و هيچ چيز، حتي نور، نمي‏تواند از آن خارج شود. کش آمدن يا اثر جزر و مدي به دليل گرانش شديد است. کشش گرانشي ماه سبب مي‏شود که زمين اندکي کش بيابد. آب در سمت رو به ماه اندکي بالا مي‏آيد. اگر جسم در سياهچاله بيفتد اثر جزر و مدي چنان باعث کش آمدن آن مي‏شود که به تکه‏هاي کوچک مبدل مي‏گردد.

براي غلبه بر گرانش، بايد سرعت گريز از يک حد بحراني بيشتر باشد، مثلا اگر سرعت گريز از زمين براي موشکي، بيش از ۱۱ کيلومتر بر ثانيه باشد موشک به بالاي جو مي‏رود و هرگز به زمين بر نمي‏گردد. سرعت گريز از مشتري 5/60 ، از خورشيد 617، از شعراي يماني 3400 و از يک ستاره نوتروني 192000 است پس نور که سرعتي معادل 300 هزار کيلومتر در ثانيه دارد از ستاره نوتروني مي‏گريزد اما در درون سياهچاله به دام مي‏افتد.

ماده به هنگام سقوط در سياهچاله پرتو x تابش مي‏كند. اگر پرتوهاي x تنها از يک نقطه برسد بدان معني است که در آنجا ستاره‏اي رمبيده وجود دارد خواه نوتروني و يا سياهچاله. اگر نوتروني باشد پالس‏هاي سريع‏تر پرتو x تابش مي‏شود و اگر سياهچاله باشد پرتوهاي x پيوسته تابش نمي‏شود زيرا از سياهچاله نمي‏آيد بلکه از موادي که در سياهچاله مي‏ريزند تابش مي‏شود و لذا متغيير است. تابش سياهچاله موجب انتقال انرژي آن و به معناي از دست دادن جرم و کوچکتر شدن آن است. يعني دماي سياهچاله و نرخ تابش آن افزايش خواهد يافت. سرانجام جرم سياهچاله به صفر خواهد رسيد و سياهچاله کاملا ناپديد خواهد شد.

اگر نوري از سياهچاله بيرون نمي‏آيد چگونه مي‏توان آن را آشکار ساخت؟ آيا به تعبير طنزآميز هاوکينگ بايد در يک زيرزمين مخصوص زغال سنگ به دنبال يک گربه سياه باشيم! پاسخ آن است که نيروي گرانشي که سياهچاله بر همسايگانش اعمال مي‏کند با کششي که پيش از فروپاشي اعمال مي‏کرده برابر است. اگر خورشيد بدون از دست دادن جرمش به سياهچاله تبديل مي‏شد سياره‏ها مثل گذشته بر گرد او مي‏چرخيدند. بنابراين يک راه جستجوي سياهچاله آن است که دنبال ماده‏اي در حال گردش پيرامون چيزي فشرده و ناديدني بگرديم. تعدادي از اين منظومه‏ها و سياهچاله‏هاي غول‏آسا در مرکز کهکشان‏ها پيدا شده‏اند که گاه 100 ميليون برابر جرم خورشيد را دارند.

هاوکينگ معتقد است حتي اجسام کوچک هم اگر به اندازه کافي فشرده شوند ممکن است به صورت سياهچاله در آيند. احتمالا در مهبانگ برخي از تکه‏ها در هم فشرده شدند وسرانجام سياهچاله‏هايي را تشکيل دادند. اين سياهچاله را سياهچاله‏هاي بدوي مي‏گويند. نزديکترين سياهچاله بدوي به زمين شايد يک ميليارد کيلومتر فاصله داشته باشند. (در حد پلوتو)




دماي سياهچاله‏ها

سياهچاله‏ها همچون جسمي داغ با دماي T تابش مي‏كنند. هاوکينگ کشف کرد که سياهچاله‏ داراي دماست. او فرمول دماي سياهچاله‏ها را ارائه داده است. اين دما با ثابت پلانک و سرعت نور متناسب است. هر چه سياهچاله کوچکتر باشد دمايش بيشتر است. دماي سياهچاله‏ها با جرم چند برابر خورشيد تنها حدود يک ميليونيم درجه بالاي صفر مطلق است.

هاوکينگ نشان داد که سياهچاله چنان رفتار مي‏کند که گويي کميتي به نام انرژي دارد. او فرمول انتروپي سياهچاله را که برابر با مساحت افق رويداد سياهچاله است کشف کرد. فرمول مساحت براي انتروپي يا تعداد حالت‏هاي دروني يک سياهچاله پيش‏بيني مي‏کند که اطلاعات درباره آنچه به درون سياهچاله فرو مي‏ريزد مي‏تواند مانند اطلاعات روي يک صفحه موسيقي نگهداري و ذخيره شود و با بخار شدن سياهچاله اين اطلاعات بازيابي مي‏شوند.

هاوکينگ کشف کرد که سياهچاله‏ها کاملا سياه نيستند. نظريه کوانتمي بر آن است که سياهچالهها مانند اجسام داغ، همه نوع ذرات و پرتو از خود گسيل مي‏کنند.





پارادوکس گم شدن اطلاعات در سياهچاله‏ها

آيا اطلاعات در سياهچاله‏ها گم مي‏شود و يا همه اطلاعات دوباره بيرون مي‏آيد؟ به تعبير هاوکينگ، اين يکي از برجسته‏ترين پرسش‏هاي فيزيک نظري امروز است. اشاره شد که سياهچاله‏ها گرداب‏هاي آسماني هستند که از ستارگان فرو پاشيده شکل مي‏گيرند. هاوکينگ که در دهه 1970 عمدتا به مطالعه سياهچاله‏ها مشغول بود بر اين باور بود که سياهچاله‏ها همه اطلاعات و ردپاهائي را که فرو مي برند نابود مي‏کنند و تنها يک شکل عمومي تابش را گسيل مي‏دارند. هر چه درون سياهچاله بيفتد براي هميشه ناپديد مي‏شود. او براساس نظريه نسبيت عام احتمال در هم پيچيده شدن و گره خوردن فضا ـ زمان و گم شدن اطلاعات را در لابه لاي آن مطرح مي‏سازد. اما امروزه بسياري بر اين باور هستند که اطلاعات گم نمي‏شود. جهان امن و آسوده و پيش‏بيني پذير است و چيز غيرمنتظره‏اي رخ نمي‏دهد.

هاوکينگ امروزه معتقد است افق رويداد که سطح سياهچاله را تشکيل مي‏دهد داراي افت و خيزهاي کوانتمي است. اينها همان عدم قطعيت‏ها در موقعيت هستند. افت و خيزها رفته رفته مي‏گذرند و همه اطلاعات درون سياهچاله به بيرون درز مي کند. بنابراين دانشمندان اميدوارند با رمزگشايي از آنچه سياهچاله‏ها گسيل مي‏دارند تاريخ چيزهايي را که در طول هزاران سال فرو داده‏اند شناسايي کنند. اطلاعات با استواري در جهان بر جاي مي‏مانند. اين نظريه جديد هاوکينگ است. افت و خيزهاي کوانتمي بدان معناست که فضا پر از جفت ‏هاي ذرات مجازي است که با يکديگر پديدار مي‏شوند و از هم جدا مي‏شوند. در حضور يک سياهچاله، ذره داراي انرژي منفي ممکن است درون سياهچاله بيفتد و ذره با انرژي مثبت به بينهايت بگريزد. ذرات با انرژي منفي موجب کاهش وزن و بخارشدن آرام و آهسته سياهچاله و کوچک شدن اندازه افق آن شوند.



افق رويداد

افق رويداد، مرز ناحيه‏اي از فضا ـ زمان است که گريز از آن امکان‏پذير نيست. مرکز و کرانه سياهچاله، درون فضا ـ زمان از مسير شعاع‏هاي نوري شکل گرفته براي هميشه روي لبه آن شناورند و به دشواري از فرو رفتن در سياهچاله گريخته‏اند. افق رويداد مثل لبه‏هاي يک سايه است. ظاهرا آنچه دانته پيرامون راه ورود به جهنم سروده بود در مورد افق رويداد نيز صادق است. هر کس به اينجا وارد شود تمامي اميدش را از دست مي‏دهد. هر چيز يا هر کس در محدوده افق رويداد بيفتد بزودي به ناحيه‏اي که چگالي آن نامتناهي است مي‏رسد و براي او اين پايان زمان است.



پايان جهان: تخريب بزرگ

هر جسمي که متحمل يک فروپاشي گرانشي شود سرانجام بايد تشکيل يک تکينگي بدهد. اين تکينگي نقطه‏اي در فضا ـ زمان است که در آن چگالي نامتناهي و انحناي فضا ـ زمان بينهايت مي‏شود. اين نقطه پايان جهان و زمان است. نظريه نسبيت عام به خودي خود پيش‏بيني مي‏ کرد که فضا ـ زمان از تکينگي انفجار بزرگ آغاز شده و به تکنيکي تخريب بزرگ (big crunch) مي ‏انجامد. اگر همه جهان فرو پاشد تخريب بزرگ است و اگر يک ناحيه از فضا ـ زمان، مثل يک ستاره دچار فروپاشي شود تکينگي درون يک حفره سياه خواهد بود. گرچه انشتين خود هيچ‏گاه به سياهچاله اعتقاد نداشت.

جهان پاياني همچون آغاز خود دارد. براساس نسبيت عام، در گذشته بايد چگالي جهان بينهايت بوده باشد و انفجار بزرگ آغاز موثر زمان. به طور مشابه، اگر عالم دچار فروپاشي شود در آينده چگالي جهان دوباره بينهايت مي‏شود که پايان زمان است. حتي اگر کل عالم فرو پاشد در مناطقي از آن تکينگي ‏هايي بوجود مي آيد که به تشکيل سياهچاله مي‏انجامد.

البته نگراني در مورد شروع انقباض جهان و بازگشت پيکان ترموديناميکي زمان به عقب بي‏مورد است زيرا اين امر دست کم ۱۰ ميليارد سال طول مي‏کشد. جهان مطمئنا تا حداقل ۱۰ ميليارد سال ديگر از هم نخواهد پاشيد زيرا حداقل به مدت مشابهي در حال گسترش بوده است. هاوکينگ با طنز مخصوص خود مي‏گويد: البته اگر کسي براي يافتن پاسخ عجله دارد مي‏تواند به درون يک سياهچاله بپرد! فروپاشي يک ستاره و شکل‏گيري سياهچاله تا حدي مثل مراحل بعدي فروپاشي همه جهان است. هاوکينگ باز هم دلخوشي مي‏دهد: لازم نيست بي‏جهت دلواپس باشيم. مدتها قبل از آن نژاد بشر همزمان با خاموشي خورشيد نابود خواهد شد. مگر آنکه جائي بيرون از منظومه شمسي براي اسکان پيدا کرده باشد!



نظريه علمي

نظريه علمي مدلي است از جهان يا بخش محدودي از آن به اضافه مجموعه‏اي از قواعد و فرمول‏ها که عناصر کمي نظريه را به مشاهدات ما مرتبط مي‏سازند. نظريه صرفا در ذهن ما وجود دارد. به گفته کارل پوپر: نظريه علمي يک مدل رياضي است که به منظور توصيف مشاهدات خويش مي‏سازيم. يک نظريه خوب گستره بزرگي از پديده‏ها را بر پايه چند اصل موضوعي ساده توصيف و پيش‏بيني‏هايي مي‏کند که مي‏تواند در بوته آزمايش گذاشته شود. اگر پيش‏بيني‏ها با مشاهدات جور در آيد نظريه سربلند بيرون مي‏آيد ولي هرگز درستي آن را نمي‏توان ثابت کرد. پس هر نظريه فيزيکي همواره موقتي و يک فرضيه است که هرگز قادر به اثبات آن نيستيم. اما اگر مشاهدات يا پيش‏بيني‏ها جور در نيايد بايد آن‏ها را رها يا اصلاح کرد.

پوپر مي‏گويد: وجه مشخصه يک تئوري خوب آن است که تعدادي پيش‏بيني بعمل آورد به نحوي که به طور اصولي بوسيله مشاهده و تجربه ابطال‏پذير باشد. بنابراين بر اساس رويکرد اثبات گرايانه نمي‏توان گفت مثلا زمان چيست بلکه بايد آن را به عنوان يک مدل رياضي توصيف کرد که بتواند پيش‏بيني‏هايي بکند. دو نظريه پاره‏اي بنيادي که امروزه دانشمندان براساس آن هستي را توضيح مي‏دهند نمونه چنين نظريه‏هاي هستند: نسبت عام و مکانيک کوانتم.




نظريه واحد

در قرن گذشته، دو نظريه علمي بنيادين براي فهم هستي ارائه شد: نظريه نسبت عام و مکانيک کوانتم. دانشمنداني مانند شرودينگر و هايزنبرگ و ديراک درصدد تبيين عالم بر پايه مکانيک کوانتم بر آمدند و انشتين نيز با استفاده از نسبيت خاص و سپس نسبيت عام اين کار را کرد. انشتين در اواخر عمر درصدد فهم نقشه کامل هستي و گذر از نسبيت عام و يکپارچه ساختن نظريه‏هاي علمي و دست‏يابي به نظريه واحد برآمد اما موفق به اين کار نشد.

براي رسيدن به اين منظور تئوريهاي ارائه شده است:

- ابر گرانش

- نظريه گرانش کوانتمي

- تئوري بزرگ يکپارچه (GUT)

- نظريه M

- نظريه ريسمان‏ها

- نظريه پوسته‏اي

به منظور تبيين جامع وحدت نيروهاي چهارگانه يعني گرانش، هسته‏اي قوي و ضعيف و الکترومغناطيس، دانشمندان تئوري GUT را ارائه دادند اما اين نظريه گرانش را در بر نمي‏گرفت و تنها در مورد چگونگي تعامل سه نيروي ديگر به بحث مي‏پرداخت. بعدها دانشمندان فکر مي‏کردند ابرگرانش بهترين روش وحدت‏بخشي گرانش با ديگر نيروهاست و بدين ترتيب مي‏توان پاسخ درستي به مسئله وحدت فيزيک داد. در سال 1984 نظريه ريسماني (string) ارائه شد که در آن ذرات، نقطه‏اي که بخشي از فضا را اشغال مي‏کنند نيستند بلکه چيزهايي هستند داراي طول و هيچ بعد ديگري ندارند، مانند رشته نخ بينهايت باريک که به صورت باز يعني داراي دو سر و يا بسته هستند.

اين نظام لوله‏کشي نيز در تفسير ارتباط نيروها در هستي به جاي روشني نرسيد. گرچه ادعا شده بود که ابرريسمان‏ها نظريه همه چيزند، عده‏اي درصدد بر آمدند نظريه‏هاي متعدد ريسماني را در يک چارچوب نظري يکپارچه سازند و نظريه بنيادي M را ارائه دارند که براساس آن همواره مي‏توان تابع موج جهان را در هر نقطه از فضا مشخص کرد. هاوکينگ معتقد بود براي درک سرچشمه و سرنوشت جهان به يک نظريه کوانتمي گرانش نياز است زيرا دو نظريه پاره‏اي مکانيک کوانتم و نسبيت عام با هم ناسازگارند. او بر اين باور است که گرچه گرانش در حد يک ذره مادي، نيروئي ضعيف است اما اين نيرو براي تعداد زياد ذره مادي بسيار موثر است به گونه‏اي که همين ميدان‏هاي گرانشي شديد باعث فروپاشي ستاره‏ها و تشکيل سياهچاله مي‏شود.

هاوکينگ که بر توانستن و کوشش در راه فهم جهان باور دارد در ابتدا تصور مي‏کرد که با چنين مدلي به تئوري همه چيز دست يافته و بر فکر ونقشه خدا آگاهي خواهد يافت. اما هر چه زمان مي‏گذرد به دشواري دست‏يابي به اين تئوري بيشتر واقف مي‏شود. او که مي‏گفت ما به هيچ وجه به کمتر از توضيح کامل جهاني که در آن بسر مي‏بريم رضايت نمي‏دهيم، امروزه مي‏گويد ما هنوز نظريه کامل و سازگاري که نسبيت عام و مکانيک کوانتم را وحدت بخشيد نداريم. هر مدلي که سراسر جهان را با تفصيل توصيف کند از نظر رياضي بس پيچيده است و محاسبه پيش‏بيني‏هاي دقيق را براي ما دشوار مي سازد. بنابراين بايد گفت مسير شناخت جهان براي انسان راهي بي‏انتها خواهد بود. مانند خود هاوکينگ شوخي کنيم و دغدغه کار فيزيکدانان آينده را از او رفع کنيم. با اين توصيف، فيزيکدانان هيچگاه بيکار نخواهند نشست!

در نظريه جهان پوسته‏اي(bran world) نيز گفته مي‏شود که در جهان پوسته‏اي، يعني بر رويه يا پوسته‏اي چهاربعدي در فضا ـ زمان با ابعاد بيشتر زندگي مي‏کنيم. مردماني که بر روي پوسته مي‏زيند مثل ما چنين مي‏پندارند که جهان در حال گسترش است. چنين مي‏ماند که کهکشان‏ها را روي سطح بادکنکي نقاشي و بادکنک را باد کنند. کهکشان‏ها از هم دور مي‏شوند اما هيچ کهکشاني در مرکز گسترش نيست. در اين حالت گرانشي که در نظريه بنيادين مي‏تواند قوي باشد در گسترش آن در ابعاد اضافي و در فاصله‏هاي زياد خود را ضعيف جلوه مي‏دهد.

هر چه کنکاش هاوکينگ براي دست‏يابي به نظريه واحد بيشتر شد، اميد او براي توضيح همه سازه‏هاي پيچيده جهان ما کمتر شد تا جايي که اعتراف کرد: حتي اگر نظريه‏هاي کامل و يکپارچه کشف کنيم به معناي آن نخواهد بود که مي‏توانيم رويدادها را بطور کلي پيش‏بيني کنيم، هم به دليل محدود ساختن قدرت پيش‏بيني توسط اصل عدم قطعيت و هم محدوديت ناشي از اين واقعيت که ما تنها با ساده‏سازي قادر به حل معادلات هستيم. بنابراين به فرض دست‏يابي به نظريه‏اي واحد نيز آنها مجموعه‏اي از قوانين و معادلات است، آن هم با محدوديت‏هائي که گفتيم. ما هنوز در پيش‏بيني رفتار انسان بوسيله معادلات رياضي توفيق ناچيزي داشته‏ايم! آن دم مسيحايي کجاست که به اين معادلات معنا مي‏بخشد و جهاني مي‏آفريند تا معادلات به توصيف آن بنشيند.

هاوکينگ بالاخره به اين نکته اذعان مي‏کند که بدون اشاره به مفهوم خداوند بحث درباره آغاز جهان دشوار است. او مي‏گويد: کارهاي من در خصوص سرچشمه جهان در مرز ميان علم و دين قرار دارد اما من مي‏کوشم در طرف علمي مرز بايستم. کاملا ممکن است خداوند به گونه‏اي عمل نمايد که نتوان آن را توسط قوانين علمي توصيف نمود اما در اين صورت تنها بايد بر پايه ايمان شخصي عمل کرد.

شايد هاوکينگ از ابتدا بر اين فکر بود که اگر تکينگي انفجار نخستين پذيرفته شود، چون محملي براي حاکميت قوانين علمي وجود ندارد پس دست خداوند باز است که براي آغاز نمودن جهان هر گونه که مي‏خواهد عمل کند. بدين جهت او در زماني به دنبال آن رفت که با ارائه نظريه جهان خودگنجا و حذف تکينگي، آغاز جهان را نيز تحت همان قوانيني در آورد که در ديگر زمان‏ها حاکم است و بدين ترتيب خدا ناچار به تبعيت از آنها باشد! اين دنباله تفکر جبر علمي لاپلاس است که کار را به جائي مي‏رساند که عده‏اي گمان کرده‏اند که اگر مجموعه کاملي از قوانين وجود داشته باشد آزادي خداوند را براي تغييير عقيده و دخالت در جهان نقض مي‏کند.

وقتي گودل در سال 1931 قضيه "ناتمامي" را مطرح ساخت در کنار اصل عدم قطعيت، محدوديت ديگري بر پيشاني دانش علمي بشر علامت خورد. اين قضيه درباره سرشت رياضيات و هر سيستم صوري اصول موضوعه است که در آن همواره مسائلي باقي مي‏مانند که بر پايه اصول موضوعه‏اي که سيستم راتعريف مي‏کنند نه مي‏توانند ثابت شوند و نه رد. به عبارت ديگر، مسائلي وجود دارد که با هيچ مجموعه‏اي از مقررات يا رويه‏ها قابل حل نيستند. اکنون هاوکينگ به اين نتيجه رسيده که کشف گودل حاکي از آن است که انديشه‏هاي خداوند تا ابد خارج از دسترس عقل بشري باقي خواهد ماند زيرا هم ما و هم نظريه‏هاي ما خود جزئي از جهان محسوب مي‏شويم. ما نمي‏توانيم جداي از جهان و خارج از آن نگاه کنيم. پس نظريه‏هاي علمي ما درباره جهان، که خود بخشي از جهان محسوب مي‏شوند، همه مانند قضيه گودل اساسا خودارجاع و در نتيجه ذاتا ناکامل هستند.

شرودينگر بر آن بود که به جاي توانايي پيش‏بيني موقعيت‏ها و سرعت‏ها که در اصل عدم قطعيت امکان آن وجود نداشت، بتوان تابع موج را پيش‏بيني کرد. به عبارت ديگر حالت ذره را با يک تابع موج نشان داد. اين تابع، عددي است متناظر با هر نقطه از فضا که احتمال يافت شدن ذره در آن موقعيت را بدست مي‏دهد. اما شرودينگر نيز به اين نتيجه رسيد که با اين که تصوير علمي جهان اطلاعات زيادي ارائه مي‏دهد و همه تجربه ما را به زيبائي در يک نظام همساز سامان مي‏دهد اما به طرز ترسناکي درباره آنچه پيرامون قلب و دل ما مي‏گذرد و براي ما واقعا مهم است خاموش است. يعني با وجود همه پيشرفت‏ها، به تعبير هاوکينگ، در پيش‏بيني رفتار انساني با استفاده از معادلات رياضي موفقيت زيادي بدست نياورده‏ايم. ريچارد فاينمن مي‏گويد: در حالي که در دانش فيزيک همه چيز عبادت است از شمار زيادي پروتون و نوترون و الکترون، ما در زندگي روزمره درباره انسان‏ها و تاريخ يا زيبائي و اميد سخن مي‏گوئيم. کدام يک به خدا نزديک‏تر است، زيبائي و اميد يا قوانين بنيادي. پاي فشردن به هر يک از اينها و اميدواري به اين که با جهت‏گيري يک جانبه به سوي يکي از اينان به درکي کامل دست خواهيم يافت اشتباهي بيش نيست.