"واقعیت ناپیدا"؛ کتابی که دو بت ذهنی ما را ویران می کند: فضا و زمان

عصر ایران؛ علی رضا معینی- تصور کنید روزی از خواب بیدار شوید و کسی به شما بگوید: «آن چیزی که زیر پایت حس می‌کنی، آن چیزی که زمین می‌نامی‌اش، و آن چیزی که مدام با خود می‌گویی "وقت ندارم"، هیچ‌کدام واقعی نیستند. فضا و زمان، این دو مفهومی که همه زندگی‌ات را بر پایه‌شان بنا کرده‌ای، توهمی بیش نیستند.» احتمالاً فکر می‌کنید این حرف‌ها یا شوخی است، یا هذیان یک ذهن بیمار. اما واقعیت این است که این حرف‌ها عصارهٔ انقلابی‌ترین نظریه‌های فیزیک معاصر است.

کارلو روولی، فیزیکدان نظری ایتالیایی که خود یکی از سردمداران این انقلاب است، در کتاب تحسین‌شده‌اش «واقعیت ناپیدا» ما را با خود به سفری می‌برد که نقطهٔ پایانش، فروریختن کامل این دو بت ذهنی، یعنی فضا و زمان، است. کتابی که قرار است در این مقاله درباره‌اش صحبت کنیم.

چرا کارلو روولی؟ چرا حالا؟

برای درک اهمیت «واقعیت ناپیدا»، اول باید بدانیم نویسنده‌اش کیست. کارلو روولی یکی از فیزیکدانان برجستهٔ جهان در حوزهٔ گرانش کوانتومی است. او از پایه‌گذاران نظریه‌ای به نام «گرانش کوانتومی حلقه» (Loop Quantum Gravity) است؛ نظریه‌ای که رقیب اصلی «نظریه ریسمان» به حساب می‌آید و هدفش حل بزرگترین معمای فیزیک مدرن است: آشتی دادن دو غول فیزیک قرن بیستم، یعنی نسبیت عام اینشتین و مکانیک کوانتوم. اما روولی یک ویژگی دیگر هم دارد که او را از بسیاری از همتایانش متمایز کرده: او یک نویسندهٔ بالفطره است. قلمش شاعرانه است و ذهنش فلسفی. او علم را با تاریخ و فلسفه در می‌آمیزد و به خواننده نه فقط یک فرمول یا یک نتیجه، که یک جهان‌بینی تازه هدیه می‌کند.

سیر توالی منطقی کتاب: از اتم‌های یونان تا حلقه‌های کوانتومی

زیبایی «واقعیت ناپیدا» در ساختار قدم‌به‌قدم و تاریخی آن است. روولی خواننده را یکباره در دریای مفاهیم پیچیده پرتاب نمی‌کند؛ بلکه او را از همان ابتدای تاریخ تفکر بشر آهسته آهسته به امروز می‌رساند. این سیر تاریخی، یک انتخاب هوشمندانه است: می‌خواهد نشان دهد که خود علم نیز یک داستان است. داستانی از تلاش بی‌وقفهٔ بشر برای فهمیدن. بگذارید گام‌به‌گام این سفر را مرور کنیم.

گام اول: انقلاب دموکریتوس و تولد اتم‌گرایی

سفر روولی از یونان باستان، از شهر آبدرا و از ذهن مردی به نام دموکریتوس شروع می‌شود. دموکریتوس، که افلاطون از او متنفر بود و می‌خواست کتاب‌هایش سوزانده شوند، ایده‌ای ساده اما انقلابی داشت: اگر یک قطعه سنگ را بارها و بارها نصف کنیم، آیا این کار تا بی‌نهایت ادامه پیدا می‌کند؟ پاسخ او «نه» بود. او گفت بالاخره به ذره‌ای می‌رسیم که دیگر شکست‌نیست. اسم این ذره را گذاشت «اتم» (Atomos) یعنی «ناگسستنی». این ایده به ظاهر ساده، اولین گام بشر به سوی درک این حقیقت بود که شاید «واقعیت» در پسِ آنچه با چشم می‌بینیم، پنهان شده باشد.

گام دوم: تولد فیزیک ریاضی با گالیله و نیوتن

پس از عبور از قرون تاریک، روولی ما را به دوران گالیله و نیوتن می‌رساند. در اینجا اتفاق بزرگی می‌افتد: بشر می‌فهمد که جهان نه با افسانه، که با ریاضیات نوشته شده. گالیله می‌گوید «کتاب طبیعت به زبان ریاضی نوشته شده.».

نیوتن موفق می‌شود با فرمول‌های ساده‌اش، هم سقوط سیب را توضیح دهد و هم گردش ماه به دور زمین را. این یک پیروزی عظیم برای عقل بشر است. اما در دل این پیروزی، یک فرض بزرگ و پنهان وجود دارد: فرض وجود «فضای مطلق» و «زمان مطلق». نیوتن باور داشت که فضا مثل یک جعبهٔ خالی و بیانتهاست و زمان هم مثل یک ساعت جهانی یکنواخت در آن جاریست. اینجاست که روولی بذر شک را در ذهن خواننده می‌کارد و مخفیانه اشاره می‌کند: «صبر کنید، این فرض ممکن است درست نباشد.»

گام سوم: شوک بزرگ، نسبیت اینشتین و نابودی زمان مطلق

سپس آلبرت اینشتین از راه می‌رسد و همه چیز را به هم می‌ریزد. در سال ۱۹۰۵، اینشتین در مقاله‌ای که بعدها «نسبیت خاص» نام گرفت، ثابت می‌کند که زمان برای همه یکسان نمی‌گذرد. اگر یکی دوقلو با یک سفینه با سرعت نزدیک به نور به فضا برود و برگردد، از برادرش که روی زمین مانده جوان‌تر است. زمان «مطلق» و همگانی نیوتن فرو می‌ریزد. اما این تازه اول کار بود. ده سال بعد، اینشتین ضربهٔ نهایی را می‌زند: «نسبیت عام».

او در این نظریه می‌گوید که فضا آن جعبهٔ خالی نیست. فضا یک «ماده» است، یک میدان، مثل یک پارچهٔ کشسان و بی‌نهایت بزرگ. خورشید با جرم عظیمش این پارچه را گود می‌اندازد و زمین در این گودی به دور آن می‌چرخد. این همان چیزی است که ما به آن جاذبه می‌گوییم. روولی در این بخش، تصویر ذهنی ما از فضا را با مهارت تمام منفجر می‌کند. «فضا دیگر یک ظرف نیست، یک بازیگر اصلی در صحنهٔ هستی است.»

گام چهارم: کوانتوم، جایی که واقعیت محو می‌شود

در همین حوالی، یعنی اوایل قرن بیستم، انقلاب دیگری هم در جریان بود: مکانیک کوانتوم. این نظریه دنیای ذرات بسیار ریز، مثل الکترون‌ها و فوتون‌ها را توضیح می‌دهد. اما توضیحاتش ترسناک است. روولی توضیح می‌دهد که در سطح کوانتومی، الکترون دیگر آن گلولهٔ کوچک نیست که دور هسته اتم می‌چرخد. 

الکترون موقعیتی ندارد، مگر اینکه کسی نگاهش کند. تا قبل از مشاهده، الکترون مثل یک ابر شبح‌وار از احتمال (Probability Cloud) در همه جا پخش شده. هایزنبرگ، یکی از پدران این نظریه، با «اصل عدم قطعیت» (Uncertainty Principal) خودش می‌گوید که نمی‌توانیم هم مکان یک ذره و هم سرعتش را با دقت بدانیم. هرچه یکی را دقیق‌تر بدانیم، دیگری محوتر می‌شود. گویی طبیعت از ما پنهان می‌کند.

حالا فیزیک با یک بحران عظیم روبه روست. از یک سو، نسبیت عام اینشتین را داریم که می‌گوید فضا چیست و جاذبه چطور کار می‌کند؛ نظریه‌ای که در مقیاس بزرگ عالی کار می‌کند. از سوی دیگر، مکانیک کوانتوم را داریم که دنیای ذرات را توضیح می‌دهد. اما این دو با هم نمی‌خوانند! اینجاست که روولی خواننده را به دل معمای اصلی کتاب می‌برد.

نقطهٔ اوج: فضا و زمان توهمی بیش نیستند

اینجاست که روولی، همراه با دیگر فیزیکدانان پیشرو، نتیجه می‌گیرد که برای حل این بحران، باید یکی از این دو نظریه را قربانی کنیم. اما قربانی، نه نسبیت است و نه کوانتوم. قربانی، تصویر ساده و روزمره‌مان از فضا و زمان است. اگر این دو نظریه را در یک قالب بریزیم، یعنی بخواهیم گرانش (نسبیت) را هم‌تراز با دیگر نیروهای کوانتومی کنیم، به یک نتیجهٔ گریزناپذیر می‌رسیم: فضا پیوسته نیست، دانه‌دانه است.

تولد گرانش کوانتومی حلقه

نظریه‌ای که روولی خودش در پرورش آن نقش داشته – یعنی «گرانش کوانتومی حلقه» – می‌گوید که فضا از واحدهای بسیار ریزی به نام «حلقه» (Loop) ساخته شده. این حلقه‌ها مثل حلقه‌های یک زنجیر بزرگ در هم تنیده‌اند و شبکه‌ای می‌سازند که اسم آن را می‌گذاریم «کف کوانتومی» (Quantum Foam). اگر می‌توانستیم به کوچک‌ترین مقیاس ممکن زوم کنیم، یعنی ۱۰ به توان منفی ۳۳ سانتی‌متر – این طول را به افتخار ماکس پلانک، پدر نظریه کوانتوم، «طول پلانک» (Planck length) می‌نامند – می‌دیدیم که فضا دیگر نرم و صاف نیست.

فضا یک تار و پود درهم بافته از این حلقه‌هاست. مفهوم صافی و پیوستگی فضا یک «توهم» است که از دور دیدن این شبکهٔ ریز ایجاد شده. درست مثل یک تی‌شرت که از فاصله دور صاف به نظر می‌رسد، اما از نزدیک پر از دانه‌دانه‌های نخ است. پس فضا، آن‌طور که در ذهن داریم و آن را جعبه‌ای پیوسته برای اشیا می‌دانیم، یک توهم است. واقعیتِ بنیادی، یک میدان کوانتومی دانه‌دانه است.

آنتروپی و تولد زمان

اما زمان چطور؟ اینجاست که داستان از فضا هم شگفت‌انگیزتر می‌شود. در معادلات اساسی جهان، چه در فیزیک کلاسیک و چه در گرانش کوانتومی، هیچ فلشی برای زمان وجود ندارد. قوانین فیزیک بین گذشته و آینده فرقی نمی‌گذارند. یعنی اگر یک فیلم از برخورد دو توپ بیلیارد را برعکس نشان دهید، به لحاظ فیزیکی کاملاً ممکن است! پس چرا ما زمان را یک‌طرفه حس می‌کنیم؟ چرا تخم‌مرغ وقتی بشکند، دیگر خودش جمع نمی‌شود و به شکل اول برنمی‌گردد؟ چرا ما جوان می‌شویم و بعد پیر، و هیچ‌وقت از پیر به جوان برنمی‌گردیم؟

پاسخ در مفهومی به نام «آنتروپی» (Entropy) نهفته است. این مفهوم را یک دانشمند اتریشی به نام لودویگ بولتزمان کشف کرد. آنتروپی یعنی «بی‌نظمی». قانون دوم ترمودینامیک می‌گوید که در یک سیستم بسته، آنتروپی یا بی‌نظمی، فقط می‌تواند افزایش یابد. تخم‌مرغ نمی‌تواند خودش را جمع کند، چون برای جمع شدن باید از حالت بی‌نظمی (شکسته و پخش‌شده) به حالت منظم (کامل) برود، و این یعنی کاهش آنتروپی که طبق قانون دوم ممنوع است.

این دقیقاً همان فلش زمان (Arrow of Time) است. ما گذر زمان را فقط به خاطر افزایش بی‌نظمی در جهان حس می‌کنیم. کل جهان از یک وضعیت فوق‌العاده منظم (مه‌بانگ / Big Bang) به سوی بی‌نظمی مطلق پیش می‌رود. تمایز ما بین دیروز و فردا، چیزی نیست جز افزایش بی‌نظمی در مغز و بدن و اطرافمان. روولی در کتاب «نظم زمان» خودش – که مکمل «واقعیت ناپیدا» است – این را به روشنی توضیح می‌دهد: «در سطح بنیادی، متغیری به نام زمان در معادلات ما وجود ندارد. زمان یک چیزی نیست که جاری شود، زمان یک رابطه است میان رویدادها، یک معیار آماری از افزایش بی‌نظمی جهان.»

پس از نظر گرانش کوانتومی، زمان هم مثل فضا یک پدیدهٔ «نوظهور» (Emergent) است؛ یعنی از دل چیزهای بنیادی‌تری مثل برهم‌کنش حلقه‌های کوانتومی و آمار آنتروپی «پدیدار می‌شود»، و به همین دلیل است که روولی می‌گوید «زمان، توهمی بیش نیست». برای یک فوتون که با سرعت نور حرکت می‌کند، اصلاً «زمان» معنایی ندارد. مفهوم طول عمر برای فوتون صفر است.

این ما ناظرانِ دارای جرم و در حال افزایش آنتروپی هستیم که زمان را چیز واقعی و روانی می‌پنداریم.

پایان سفر: چه می‌ماند از این جهان شگفت؟

اگر فضا آن جعبهٔ پیوسته و زمان آن رود بی‌امان نیست، پس واقعیت چیست؟ در فصل‌های پایانی، روولی توضیح می‌دهد جهان در بنیادی‌ترین سطح، چیزی نیست جز مجموعه‌ای از «رویدادهای کوانتومی» (Quantum Events) که با هم در تعامل‌اند. هر چیزی در جهان، از یک سنگ گرفته تا یک فکر در مغز ما، شبکه‌ای از این رخدادهای بنیادی است. روولی اسم این جهان را می‌گذارد «جهان بی‌زمان». جهانی که در آن مفهوم «چیزها» (مثل یک سنگ پایدار) جای خود را به مفهوم «فرایندها» (رخدادهای موقتی) می‌دهد.

او در پایان کتاب، ما را با بینشی عمیقاً فلسفی تنها می‌گذارد. ما بخشی از این طبیعتیم. ما از همان دانه‌های فضا، از همان حلقه‌های کوانتومی ساخته شده‌ایم که کهکشان‌ها از آن‌ها ساخته شده‌اند. ما طبیعتی هستیم که به تماشای خود نشسته. «واقعیت ناپیدا» صرفاً یک کتاب علمی نیست؛ یک دعوتنامه است. دعوتنامه‌ای برای رها کردن عادت‌های کهنهٔ فکری و نگاه کردن به جهان نه به عنوان یک مکان صلب و ساکن، که به عنوان یک بالهٔ کیهانی، رقصی از حلقه‌ها و احتمال‌ها، که ما در آن هم تماشاگریم و هم بازیگر. کتابی که هر صفحه‌اش به ما یادآوری می‌کند که واقعیت، بسیار شگفت‌انگیزتر از چیزی است که به نظر می‌رسد.

 خیمۀ ناصرالدین شاه در میدان اسب‌دوانی تهران؛ 135 سال قبل (عکس)

بیشتر بخوانید:

آیا عقربه های ساعت ما را فریب می دهند؟

فیزیکدانان زمان منفی را در محیط آزمایشگاهی اندازه‌گیری کردند

3 کتاب برای تعطیلات عید به انتخاب نویسندگان تحریریه عصر ایران/ مهرداد خدیر

تماشاخانه

از صد دانه یاقوت تا لالایی برای پدرها / اولین سرودن از عشق برای نوجوان‌ها با همه خط قرمزهایی که بود

«نبرد یاپو»؛ وقتی فرعون مصر کنعان را فتح کرد/ قدیمی‌ترین حیله جنگی جهان متعلق به ۳۴۲۰ سال قبل

فیلم های دیگر