تبیان، دستیار زندگی
در مطلب قبل به شرح مختصری از زندگی استیون ویلیام هاوکینگ پرداختیم و گفتیم در اولین سخنرانی اش به عنوان پروفسور جدید کرسی لوکاشین ریاضی، از همه دعوت کرد تا نظریه ای را بیابند که جهان و هر چه را که در آن روی می دهد
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

شروعی برای نظریه همه چیز (2)

نظریه چیست؟

در مطلب قبل به شرح مختصری از زندگی استیون ویلیام هاوکینگ پرداختیم و گفتیم در اولین سخنرانی اش به عنوان پروفسور جدید کرسی لوکاشین ریاضی، از همه دعوت کرد تا نظریه ای را بیابند که جهان و هر چه را که در آن روی می دهد، تبیین کند.

در این مطلب قصد داریم به بیان تعریف «نظریه» از دیدگاه استیون هاوکینگ بپردازیم.

نظریه همه چیز

یک نظریه، حقیقت مطلق، قاعده، واقعیت یا کلام آخر نیست. شما می توانید نظریه را، مانند یک قایق باری در نظر بگیرید. برای اینکه بدانید آیا قایق روی آب می ماند یا نه، آن را روی آب می گذارید و آن را امتحان می کنید؛ زمانی که قایق غرق شد، قایق متفاوت دیگری می سازید.

بعضی از نظریه ها، قایق های خوبی هستند. مدت طولانی، روی آب می مانند. ممکن است بدانیم که آب از چند نقطه قایق نشت می کند، ولی برای کلیه اهداف عملی ما، این قایق مفید است. پاره ای از این نظریه ها، آن قدر خوب به کار می آیند و از بوته آزمایش و تست خوب بیرون می آیند که ما آنها را همچون حقیقت می انگاریم. دانشمندان همواره به خاطر دارند که جهان چه قدر پیچیده و توأم با شگفتی هاست و از اینکه نظریه ها را حقیقت بدانند بسیار پرهیز می کنند. با وجود اینکه پاره ای از نظریه ها با آزمایش های بسیار موفق تایید می شوند، اشتباه است اگر آنها را به عنوان «حقیقت» مطلق علمی فرض کنیم. این در حالی است که بعضی دیگر از نظریه ها، کم نور به چشم دانشمندان ظاهر می شوند. اینها مانند کشتی هایی هستند که به طرز با شکوه طراحی شده اند ولی هیچ گاه در آب امتحان نشده اند.

استیون هاوکینگ، در کتاب تاریخچه زمان درباره نظریه علمی چنین می گوید: «نظریه علمی، تنها مدلی از جهان یا بخش محدودی از آن و مجموعه ای از قواعد است که کمیت های موجود در مدل را با مشاهداتی که ما به عمل می آوریم مربوط می کند. نظریه، فقط در ذهن ما وجود دارد و واقعیت دیگری ندارد.» ساده ترین راه برای درک این تعریف، استفاده از چند مثال است.

هاوکینگ، پس از اینکه دستیارش یک استوانه مقوایی را روی میز سمینار گذاشت، به دانشجویان خود گفت: «در این لحظه ما شاهد دنیایی هستیم که در مقابل ما قرار دارد». او به دانشجویان، یک مدل جهان را نشان می داد. البته یک «مدل» نباید حتماً مثل یک استوانه یا شکل ترسیم شده ای باشد که بتوانیم آن را ببینیم و لمس کنیم. مدل می تواند یک تصویر ذهنی یا حتی یک داستان باشد. معادلات ریاضی، یا اسطوره های آفریده شده، می توانند مدل باشند.

به نظر هاوکینگ، نظریه باید «بر پایه یک مدل باشد که تنها چند جزء اختیاری داشته باشد، گروه وسیعی از مشاهدات را با دقت توصیف کند و پیش گویی های روشن و صریحی درباره نتیجه مشاهدات آینده بنماید».

به استوانه مقوایی برگردیم. این استوانه چه شباهتی با جهان دارد؟ کسی که این مدل را پیشنهاد می کند، اگر بخواهد نظریه پرورش یافته ای در باره آن ارائه کند، باید توضیح دهد که این مدل، به آنچه ما در اطراف خود می بینیم، با «مشاهدات» یا با آنچه می توانیم به وسیله تکنولوژی بهتر مشاهده کنیم، ارتباط دارد. ولی اگر شخصی یک استوانه مقوایی را روی میز گذاشت و گفت که این استوانه، چگونه به دنیای واقعی مربوط می شود، معنایش آن نیست که هر کس باید آن را به عنوان تنها مدل جهان بپذیرد. ما این مدل را مورد توجه قرار می دهیم، بدون آنکه آن را دربست بپذیریم. این ایده ای است که «تنها در ذهن ما وجود دارد». امکان دارد که استوانه مقوایی، روزی به عنوان یک مدل صحیح پذیرفته شود. از طرف دیگر نیز ممکن است بروز شواهدی به غیر قابل قبول بودن مدل بیانجامد. آیا معنی آن این است که نظریه «بد» است؟ نه، ممکن است که نظریه خوبی بوده باشد و آنهایی که به آن توجه کرده اند، آن را مورد آزمایش قرار داده، تغییر داده و یا رد کرده اند، خیلی چیزها از آن یاد گرفته باشند. ممکن است این رفتارها موجب دقیق تر شدن نظریه شود.

بار دیگر به گفته هاوکینگ برگردیم. به نظر او، نظریه باید «بر پایه یک مدل باشد که تنها چند جزء اختیاری داشته باشد، گروه وسیعی از مشاهدات را با دقت توصیف کند و پیش گویی های روشن و صریحی در باره نتیجه مشاهدات آینده بنماید».

به عنوان مثال، نظریه گرانش نیوتن گروه وسیعی از مشاهدات را توصیف می کند. این نظریه، رفتار اشیایی را که سقوط می کنند، از سطح زمین پرتاب می شوند و نیز مدارهای کرات آسمانی را، پیش گویی می کند.

یادآوری این نکته مهم است که یک نظریه، نباید لزوماً تنها از مشاهدات به وجود آید. یک نظریه خوب می تواند یک نظریه سرکش، یک جهش تخیلی، باشد. هاوکینگ می گوید: «توانایی انجام جهش های شهودی فکری، واقعاً مشخصه یک فیزیک دان خوب است». از طرف دیگر، یک نظریه، نباید با مشاهدات انجام شده در تضاد باشد مگر آنکه دلایل قانع کننده ای مبنی بر نمایان بودن این تضاد، ارائه کند. تئوری ابرریسمان که یکی از نظریه های بسیار جالب عصر ماست، ده بعد را پیشگویی می کند، چیزی که با مشاهده، کاملا ناسازگار  است. نظریه پردازان این اختلاف را این طور توجیه می کنند که بعدهای اضافی آن قدر پیچ های ریز خورده اند که ما نمی توانیم، آنها را بیابیم.

معیار نهایی برای یک نظریه خوب، آن طور که هاوکینگ در بالا به آن اشاره داشت، آن است که به ما بگوید چه انتظاری باید از مشاهدات آینده، داشته باشیم.

منظو هاوکینگ، از «اجزای اختیاری» چیست؟ یک نمونه آن این است: می دانیم که نیروی الکترو مغناطیسی و نیروی ضعیف، دو تا از چهار نیروی طبیعت هستند. فیزیکدانان، شدت هر یک از این دو نیرو را می دانند. نظریه الکترو ضعیف که بین این دو، یگانگی ایجاد می کند، نمی تواند طرز محاسبه تفاوت شدت این دو نیرو را ارائه دهد. تفاوت شدت، یک «جزء اختیاری» است که به وسیله نظریه، پیش گویی نمی شود. ما با مشاهدات آزمایشگاهی آن را تعیین می کنیم و «به طور دستی» آن را در نظریه جا می دهیم. این امر به عنوان یک ضعف در نظریه تلقی می شود.

خمش نور ستاره

نباید از این موضوع نتیجه گرفت که مشاهده آزمایشگاهی، به نحوی با نظریه خوب در تضاد است. معیار نهایی برای یک نظریه خوب، آن طور که هاوکینگ در بالا به آن اشاره داشت، آن است که به ما بگوید چه انتظاری باید از مشاهدات آینده، داشته باشیم. باید ما را به چالش وادارد که آن را بیازماییم. باید به ما بگوید که اگر نظریه درست باشد چه مشاهده ای خواهیم کرد و چه مشاهداتی ثابت خواهد کرد که نظریه درست نیست. به عنوان مثال، نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین پیش گویی می کند که پرتوهای نور که از ستارگان دور به ما می رسند، زمانی که از نزدیک کراتی با جرم زیاد مثل خورشید می گذرند، تا اندازه ای خم می شوند. این پیش گویی قابل آزمایش است. آزمایش ها نشان داده اند که نظریه اینشتین درست است.

ادامه دارد ...

برگرفته از: داستان زندگی و پژوهش های هاوکینگ/ کیتی فرگوسن/ ترجمه رضا خزانه

تنظیم برای تبیان: م.ح.اربابی فر