جنجال دو نابغه: از درک شهودی کیهان تا بزرگ‌ترین آزمایشات تاریخ

Fred Hoyle و George Gamow سنت شکنانی پیشگام بودند که در مورد جهان در حال گسترش به نتایج متفاوتی دست یافتند. در چنین عصر اعجاب‌انگیزی از علم که فیزیک بنیادی در آزمایشگاه‌هایی مثل CERN و LIGO تحت بررسی قرار می‌گیرد، تعداد افراد بدبین که با باور‌های منفی خود تلاش دارند تا دامن علم را لکه‌دار کنند، رو به افزایش است.

در گذشته، کسانی که چنین کاری انجام می‌دادند به عنوان اسطوره شناخته می‌شدند. حدس‌های عجیب آن‌ها در زمان‌های پیشین تاریخ را به گونه‌ای متفاوت رقم می‌زند. اما امروزه به علت گستردگی علوم و وجود پیچیدگی‌های بسیار، نیاز به بررسی جوانب بسیاری در ارائه یک نظریه جدید است.

در حدود بیست سال از مرگ Fred Hoyle اخترفیزیکدان جنجالی بریتانیایی می‌گذرد. او که در 20 آگوست 2001 از دنیا رفت، به دلیل پایبندی سرسختانه به باورهای حاشیه‌ای و همچنین فعالیت‌های قابل توجه در علم، شهرت داشت. تمام باورهای خوب و بد او از یک منبع سرچشمه می‌گرفت و آن چیزی نبود جز تمایل به پیش‌بینی دلایل رخدادهایی که هنوز برای ما شناخته شده نیستند. او چنین تفاسیری را مطابق با حس شهودی خود و قوانین طبیعت توضیح می‌داد.

شریک اصلی مناظره‌های Hoyle، دست کم از دیدگاه رسانه‌ها، فیزیکدان روسی-اوکراینی-آمریکایی George Gamow بود. Gamow سه دهه پیش از Hoyle درگذشت. اما زمان حضور آن‌ها در کانون توجه عموم، تقریبا از اوایل 1950 تا اواسط 1960 به اندازه کافی طولانی بود تا نبرد ایده‌های آن‌ها به شهرت برسد. اختلاف عقاید آن‌ها مرتبط با منشاء جهان و ماده درون آن بود. درحالیکه هر دو موافق بودند که فضا در حال انبساط است، Hoyle استدلال می‌کرد این نظریه بسیار قدیمی است و ماده جدیدی فضای خالی باقی‌مانده از انبساط را پر خواهد کرد و ستارگان و کهکشان‌های جدید خواهد ساخت. بدین ترتیب، او و همکارانش این باور را جهان حالت پایدار نامیدند. در این صورت کیهان پس از گذر مدت زمان طولانی، یکسان به نظر خواهد رسید.

از سویی دیگر، Gamow معتقد بود که همه مواد میلیاردها سال پیش، زمانی که جهان قابل مشاهده بسیار کوچکتر بود، در یک حالت داغ و متراکم ایجاد شده‌اند. او معتقد بود که در دقایق اولیه شکل‌گیری عالم، همه عناصر شیمیایی ایجاد شده‌اند. او به همراه همکارانش Ralph Alpher و Robert Herman سعی کردند نشان دهند چگونه چنین تجمعی از ذرات و عناصر در عالم اولیه امکان‌پذیر است. Hoyle با رد ایده حضور ذرات و عناصر در لحظات اولیه خلقت عالم، این مدل‌ها را مورد تمسخر قرار داد. (از جمله مدل پیشین ریاضی‌دان بلژیکی و کشیش Georges Lemaître). او در یک برنامه رادیویی در مارس 1949، چنین پیدایش ناگهانی را انفجار بزرگ نامید – نامی که در تاریخ ماندگار شد.

مانند Hoyle، Gamow نیز در اغلب پیش‌بینی‌های خود متکی به احساساتش بود. او صبر چندانی برای پروژه‌هایی که نیاز بود سال‌ها مورد مطالعه قرار بگیرند نداشت. بنابراین، در حالیکه دیدگاه‌های کیهانشناسی آن‌ها بسیار متفاوت بود، اما شیوه انجام تحقیقات آن‌ها مشترکات بسیاری داشت.

به عنوان مثال در سال 1928، Gamow در هنگام بازدید از دانشگاه گوتینگن آلمان دریافت که فیزیکدانان در توضیح روند واپاشی آلفا، هنگامی که یک هسته سنگین مانند اورانیوم به‌طور ناگهانی به یک ذره آلفا (خوشه‌ای از دو پروتون و یک الکترون) برخورد می‌کند، دچار سردرگمی هستند. واضح است که ذره آلفا از نوعی سد پرانرژی عبور می‌کند که در حالت کلی عبور از آن غیرممکن است. اما این اتفاق چطور می‌افتد؟ از نظر علمی، این معما وضعیتی در مکانیک کوانتومی را یادآور می‌شود که در آن احتمال تونل‌زنی الکترون‌ها در یک ناحیه کلاسیک بسیار ناچیز است.

Gamow با استفاده از قوانین مکانیک کوانتومی محاسباتی انجام داد و همان شب مسئله واپاشی آلفا را حل کرد. او روز بعد نتایج محاسبات خود را با فیزیکدان مجارستانی Eugene Wigner در میان گذاشت. Gamow بعدا متوجه شد که فیزیکدانان دانشگاه پرینستون، Ronald Gurney و Edward Condon پیش از این و به صورت مستقل به راه حل مشابهی دست یافته‌اند. پس از این مسئله، فیزیک هسته‌ای پیشرفت شگرفی را تجربه کرد. فرمول Gamow همچنین پیش‌بینی‌هایی در برخورد بین نوکلئون‌های اتمی (پروتون و نوترون) انجام داد. این دسته از برخوردها نقش اساسی در درک چگونگی تبدیل هیدروژن به هلیوم در هسته‌های ستاره‌های فعال و همچنین ایجاد نور در آن‌ها دارد.

با این‌حال، تجمع عناصر شیمیایی دارای نکته‌ای ریزبینانه است که به Hoyle کمک شایانی کرد. نکته این است که طبیعت هیچگاه روش ساده‌ای برای ایجاد ایزوتوپ‌ کربن 12 و عناصر بالای آن ارائه نمی‌دهد. هسته‌سازی انفجار بزرگ – طرحی که توسط Gamow، Alpher  و Herman  در توضیح چگونگی ساخته شدن عناصر ارائه شده است – نمی‌تواند به بالاترین دمای ممکن برای مدت زمان لازم دست ‌یابد و بدین ترتیب نمی‌تواند برناپایداری بریلیوم-8 غلبه کند. بریلیوم-8 یکی از مراحل در مسیر رسیدن به کربن-12 است که باید گذرانده شود. بریلیوم -8 به سرعت واپاشی می‌کند و شانس ترکیب آن با هلیوم -4 به منظور ساخت کربن -12 بسیار ناچیز است، مگر اینکه شرایط مطلوب‌تری نسبت به انفجار بزرگ داشته باشیم. (این روش از لحاظ ریاضیاتی ساده‌ترین راه برای تولید ایزوتوپ است).

از آنجا که او به نظریه انفجار بزرگ عقیده نداشت، ساخته شدن عناصر شیمیایی (به غیر از هلیوم) در عالم اولیه را نیز باور نمی‌کرد. او در سال 1946 موفق شد نظریه جایگزینی برای این فرآیند ارائه دهد. همانطور که ستارگان می‌سوزند – هیدروژن را از طریق فرآیندهای همجوشی به هلیوم تبدیل می‌کنند – هسته آن‌ها داغ و منقبض می‌شود. این درجه حرارت بالا محیط مناسبی را برای تشکیل عناصر ایجاد می‌کند. علاوه بر این، اگر انقباض ناگهانی در پایان عمر یک ستاره به اندازه کافی پر انرژی باشد، با انفجار ابَرنواختری همراه است که عناصر تشکیل شده را به فضا پرتاب می‌کند. به صورت خلاصه، طرح Hoyle به‌طرز هوشمندانه‌ای توزیع عناصری که امروزه در عالم مشاهده می‌کنیم را، توضیح داد.

یکی دیگر از بینش‌های خارق‌العاده Hoyle توضیح داد که چگونه می‌توان بر مسئله بریلیوم-8 غلبه کرد. او حدس زد که کربن-12 دارای سطحی از انرژی کوانتومی است که با بریلیوم-8 و هلیوم-4 مطابقت دارد و باعث ایجاد تغییرات در دماهای بسیار بالایی می‌شود که در انقباض هسته رخ می‌دهد. هنگامی که تیمی از آزمایشگران آزمایشگاه Caltech’s Kellogg Radiation تائید کردند که چنین حالت برانگیخته‌ای از کربن-12 در طبیعت وجود دارد، تصویر ذهنی Hoyle به‌طرز شگفت‌انگیزی تائید شد.

نقطه ضعف رویکرد شهودی که توسط Hoyle و Gamow اتخاذ می‌شود، این است که حدس و گمان صرف ممکن است گاهی از حدود منطقی خارج شود. Hoyle مناظره علمی را می‌پسندید و مادامی که نظریه او به صورت کامل رد نشده بود، با مخالفت دیگران مشکلی نداشت. از این رو، او مدت‌ها پس از ظهور شواهد اساسی در میانه دهه 1960، همچنان به نظریه خود باور داشت. در آن‌ سال‌ها مشخص شد که تابشی ضعیف در جهان نفوذ می‌کند که ریشه در انفجار بزرگ داغ در عالم اولیه دارد.

علاوه بر این، او در سال‌های پایانی عمر خود کتاب‌ها و مقالات متعددی را منتشر کرد که نظرات را به سمت مسائلی خارج از تخصص خود پیش برد. به عنوان مثال، او پیشنهاد کرد که بسیاری از بیماری‌ها منشا فرازمینی دارند و فسیل مشهور و تثبیت شده در موزه لندن جعلی است –بدون ارائه مدرک معتبر برای هرکدام از این نظریه‌ها. او غالبا عقاید همکاران خود مانند Edward Teller را در زمان حضورشان در دانشگاه جورج واشنگتن در اواخر دهه 30 را زیر سوال می‌برد و مفاهیمی را به صورتی بی‌اساس سرهم می‌کرد که اکثر آن‌ها با هیچ نتیجه‌ای همراه نبودند.

به‌طور خلاصه، رویکرد شهودی که Hoyle و Gamow را به ارائه نظریه‌های مختلف سوق داد، جایگاه قابل قبولی در علم بدست نیاورد. Hoyle نسبت به Gamow شهرت بیشتری در پرداختن به ایده‌های شهودی داشت. Gamow به سادگی به سراغ موضوعات و طرح‌های دیگر می‌رفت. امروزه، با وجود شرکت‌های علمی بزرگ و با امکانات پیشرفته، تعداد افراد وابسته به شهود طبیعی کاهش یافته است. اما امروزه بد نیست که جسارت دانمشندان قدیمی همانند Gamow و Hoyle را در ایده‌پردازی‌های خود به کار بگیریم.