محاضرة لستيفين هوكنج (مترجمه)

[محمد ابوزيد]

هذه المحاضرة عن إمكانية التنبؤ بالمستقبل , أو هل هو عشوائي اعتباطي. في العصور القديمة كان المستقبل يبدو اعتباطيا, الكوارث ‏كالفيضانات و الأمراض كانت تبدو أنها تحدث من غير تحذير أو سبب ظاهري و كانت المجتمعات البدائية تعزي حدوث الظواهر ‏الطبيعية للآلهة, و التي كانت تتصرف بشكل هوائي و لم يكن بالإمكان التنبؤ بتصرفاتها و كان يعتقد أنه بالعطايا و الهبات من الممكن ‏أن يؤمن جانب هذه الآلهة و ما زال البعض يؤمن بذلك بطريقة أو بأخرى كأن يعد الله بأمور إن هو أصاب ثروة أو نال علامة عالية في ‏امتحان.‏


بالتدريج لاحظ الناس نظاما في تصرفات الطبيعة, و كان هذا النظام ظاهرا بوضوح في حركة الأجسام الثقيلة في السماء و من هنا بدأ ‏العلم الأول , علم الفلك. وضع نيوتن القواعد الرياضية لعلم الفلك, و و منذ ما يزيد على 300 عام ما زلنا نستخدم نظرية الجاذبية للتنبؤ ‏بحركات معظم الأجرام السماوية. إقتداء بعلم الفلك وجد أن الظواهر الطبيعية تلتزم قوانين علمية و هذا أدى الى فكرة الحتمية العلمية و ‏التي عبر عنها علنا العالم الفرنسي لابلاس. كنت أريد أن أقتبس كلمات لابلاس الحرفية هنا لكنه كان يكتب جمل غير منظمة و معقدة و ‏لذا قررت أن أقتبس بتصرف و بكلماتي. لفد قال لابلاس أنه اذا اعطيت سرعة و موقع كل الجسيمات في الكون نستطيع أن نعطيك ‏تصرف أي جسم في الكون في أي زمان.

--------------------------------------------------------------------------------

[محمد ابوزيد]

إن الفكرة القائلة أن حالة الكون في وقت ما تحدد حالته في كل الأوقات بقيت هي العقيدة العلمية المركزية من أيام لابلاس. و هي تتضمن ‏أنه بالإمكان التنبؤ بالمستقبل, من حيث المبدأ على الأقل. من ناحية عملية إن امكانية التنبؤ بالمستقيل مقيدة بشكل كبير بتعقيد المعادلات, ‏في الحقيقة هذه المعادلات لها صفة التشويش و الاختلاط. و هذا يعني أن اضطراب صغير في مكان ما قد يحدث تغيرا كبيرا في مكان ‏آخر كما يعلم من شاهد فيلم جوراسيك بارك.‏

لو أن فراشة رفرفت فهذا قد يتسبب في نزول المطر في سنترال بارك في نيويورك و لكن المشكلة أن هذا الشيء لا يتكرر. في المرة ‏التالية رفرفة هذه الفراشة ستتسبب في سلسلة أحداث مختلفة و لذا نجد أن التنيؤات الجوية لا يمكن الوثوق بها.‏

--------------------------------------------------------------------------------

[محمد ابوزيد]

بالرغم من هذه الصعوبات الجزيئية ظلت الحتمية العلمية العقيدة الرسمية خلال القرن التاسع عشر, و لكن القرن العشرين جاء بتطورين ‏يحعلان التنبؤ الكامل بالمستقبل غير ممكن. التطور الأول جاء على يد الألماني بلانك في الميكانيكا الكمية. في عصر لابلاس يشع جسم ‏ساخن (معدن أحمر ساخن مثلا) الطاقة على شكل أمواج راديو, تحت حمراء, ضوء مرئي, فوق بنفسجي, اشعة إكس, أشعة جاما بنفس ‏الدرجة. هذا لا يعني أننا سنموت جميعا بسرطان الجلد, انه يعني أن كل شيء في الكون سيكون له نفس درجة الحرارة ! تخلص بلانك ‏من هذا بالتخلي عن فكرة أن كمية الأشعاع ممكن أن تكون أي قيمة, قال بلانك أن الأشعاع يكون برزم كمية بحجم معين. مثل أن دكانا ‏لايبيع السكر (فرط) لكنه يبيعه في أكياس تحوي كيلوغراما واحدا من السكر. و هذا يعني انه ان لم يمتلك الجسم حرارة عالية كالشمس ‏فإنه لن تكون عنده الطاقة الكافية لتحرير كم واحد من الأشعة فوف البنفسجية أو أشعة إكس. و لهذا لا نصاب بحروق من فنجان قهوة.‏

[محمد ابوزيد]

اعتبر بلانك فكرة الكم خدعة رياضية لا تملك أية حقائق فيزيائية بالرغم من هذا بدأ الفيزيائيين يجدون سلوكا أخرى لا يمكن أن يفسر الا بالكم أو ‏قيم كمية بدلا عن قيم متغيرة باستمرار. عل سبيل المثال وجد أن الجسيمات الأولية تتصرف كالقمم تدور حول محور (الحركة المغزلية) ‏و هذه الحركة المغزلية لا تأخذ أي قيمة, بل مضاعفات وحدة أساسية. و لأن هذه الوحدة صغيرة جدا لا يلاحظ المرء أن الجسيم يبطء ‏بخطوات منفصلة سريعة بدلا عن عملية متواصلة. و لكن لجسيمات صغيرة مثل الذرات, طبيعة القيمة المغزلية المنفصلة مهمة جدا.‏

[محمد ابوزيد]

مر بعض الوقت فبل أن ينتبه الناس إلى أثر النظرية الكمية على الحتمية. في عام 1926 أشار الفيزيائي الألماني هيزنبرغ الى أن سرعة و موقع جسيم لا يمكن أن ‏تقاس بدقة, لكي ترى أين يوجد جسيم ما يجب أن ترميه بشعاع (تضيء عليه الضوء) و لكن بحسب بلانك لا يمكنك أن ترميه بأي شعاع اعتباطيا, يجب أن ترميه ب ‏كم واحد على الأقل و هذا سيسبب الأضطراب للجسيم و سيغير سرعته بطريقة غير متوقعة, و لتقيس سرعته ستقع في نفس المشكلة و من هنا خرج مبدأ ‏الشك : الشك في موقع الجسيم مضروبا في الشك في سرعة الجسيم أكبر من ثابت بلانك مقسوما على كتلة الجسيم

[محمد ابوزيد]

نظرة لابلاس في الحتمية العلمية استلزمت معرفة سرعة و موقع كل الجسيمات في الكون و هذا ما حطمه هيزنبرغ في مبدأه ... مهما ‏كانت قوة حاسوبك إن أدخلت له مدخلات غير موثقة ستكون النتائج غير موثقة.‏

[محمد ابوزيد]

كان أينشتين غير راضي عن هذه العشوائية الظاهرة في الكون ملخصا هذا في جملته الشهيرة " الله لا يلعب النرد" ‏
لقد شعر أينشتين أن مبدأ هيزنبرغ ظرفي و يحمل في طياته حقيقة , و هي أن الجسيمات لها مواقع و سرعات محددة و هذا ينظر لحتمية القوانين بروح لابلاس,

نظرة أينشتين هذه من الممكن أن تصنف كنظرية متغيرات مجهولة. نظريات المتغيرات المجهولة أوضح وسيلة لنفي مبدأ هيزنبرغ في الفيزياء, هذه النظريات ‏تشكل الصورة الذهنية للكون و التي يتباناها عدد من العلماء و معظم فلاسفة العلم. و لكن هذه النظريات خاطئة ! ‏

استطاع الفيزيائي البريطاني جون بل أن يصمم تجربة من الممكن أن تميز نظريات المتغيرات المجهولة و عندما أجريت التجربة بدقة تناقضت النتائج مع نظريات ‏المتغيرات المجهولة.

[محمد ابوزيد]

علماء آخرون (غير أينشتين) كانوا جاهزين لتغير كلاسيكيات القرن التاسع عشر في الحتمية العلمية نظرية جديدة تدعى نظرية الميكانيكا ‏الكمية وضعت على يد هيزنبرغ النمساوي, شرودينجر و ديراك الذي كان أستاذي في كامبريدج, بالرغم من أن الميكانيكا الكمية كانت ‏معروفة من 70 عاما الا أنها لم تكن مفهومة و لا معتبرة.‏

يجب أن تهمنا جميعا لأنها تعطينا صورة مختلفة تماما عن الكون الفيزيائي و عن الحقيقة نفسها, في الميكانيكا الكمية لا يعبر عن الجسيم ‏بموقع و سرعة و لكن بخاصية موجية, حجم الموجة يعطينا احتمالية وجود الحسيم في موقع ما, السرعة التي تتغير فيها معادلة الموجة ‏من نقطة لأخرى تعطينا سرعة الجسيم. معادلة الموجة تعطينا كل ما نريد أ، نعرفه عن موقع و سرعة الجسيم, اذا كنت تعرف معادلة ‏الموجة في وقت معين فأنك تستطيع معرفة قيمة المعادلة في المرات القادمة و هذه هي معادلة شرودنجر.‏

مما يعيدنا الى حتمية لابلاس و لكن بدل أن نتنبأ بسرعة و مكان الجسيم نتنبأ بمعادلته الموجية أي نصف ما أعطتنا كلاسيكيات القرن ‏التاسع عشر.‏

--------------------------------------------------------------------------------

[محمد ابوزيد]

بالرغم أن الميكانيكا الكمية تقود الى مبدأ الشك الا أنها تسمح لنا و بشكل أكيد أن نتنبأ بحالة واحدة للسرعة و الموقع و لكن هذا الشك "الأكيد" مهدد بكشف جديد ‏فالمشكلة في أن الجاذبية قد تسحب الزمن الفراغي بشكل كبير مما ينتج مناطق لا يمكن لنا ملاحظتها

لابلاس نفسه كتب مقالة سنة 1799 في كيفية أن يكون للنجوم مجالات جاذبية قوية لا تسمح للضوء بالهروب منه بل تجذب الى داخل ‏النجم, نفس الفكرة وضعها جون ميتشل بعد 16 سنة, كلاهما (ميتشل و لابلاس) اعتقدا أن الضوء يتحرك كجزيئات تؤثر فيها الجاذبية.‏

لكن الأمريكيين مايكلسون و مورلي و في عام 1887 قالا أن للضوء سرعة ثابتة 300000 كم/ثانية مهما كان مصدره . فكيف ممكن ‏للجاذبية أن تبطؤه, أو أن توقعه.‏

[محمد ابوزيد]

هذا مستحيل بمفاهيم المكان و الزمان في ذلك الوقت و لكن في عام 1915 عمل اينشتين ثورة من خلال النظرية النسبية العامة فلم يعد ‏الزمان و المكان منفصلان بعد اليوم عوضا عن هذا خلق مفهوم زمان-مكان محور بالمادة و الطاقة. لنفهم هذا نتخيل لوح مطاطي عليه ‏ثقل سيجعل هذا الثقل اللوح المطاطي محورا و اذا مررنا جلة على هذا اللوح المطاطي فان مساره سيتحور بدلا من أن يكون مستقيما ‏بسبب هذا الثقل ‏

[محمد ابوزيد]

فى عام 1919 و في حملة استكشاف افريقيا الغربية و أثناء كسوف للشمس هناك وجد انحراف في مواقع النجوم البعيدة أي أن الضوء ‏القادم منها انحنى في الكان-زمان قرب الشمس و أثبت هذا النسبية العامة لأينشتين.‏

تخيل أن نضع أحساما أثقل و أثقل فوق هذا اللوح المطاطي, سيزيد هذا التقعر في اللوح و عند ثقل حرج معين سيوجد في هذا اللوح ثقب لا قعر له يدخل فيه كل ‏شيء و لا يخرج منه شيء

[محمد ابوزيد]

النسبية كذلك , النجم يحرف الزمان-مكان القريب منه كلما زادت كتلة هذا النجم و لنضغط بشكل أكبر زاد تقعر الزمان-مكان القريب منه ‏الى أن يتقلص الى حجم صغير حرج تتركز فيه كتلته فيتكون الثقب الذي لا قعر له الذي لن ينفذ من أمامه ضوء و هذا ما سماه ‏الأمريكي جون ويلر بالثقب الأسود بعد أن عرف أهميته ‏
أن مفهوم الثقوب السوداء مقبول في يومنا هذا و لكن ما دورهم في الحتمية العلمية, الثقوب السوداء تبتلع كل شيء و من غير أن تكون لها ذاكرة كل شيء بالنسبة لها ‏كتلة فإن ألقيت تلفزيون و قطعة ماس أو حتى أعداءك فكل ما يهم الثقب الأسود هو مجموع الكتل و حالة دورانها و هذا فقط ما ستتذكره.‏

--------------------------------------------------------------------------------

[محمد ابوزيد]

لطالما ساد الاعتقاد أن الثقوب السوداء تعمر للأبد, و المعلومات الضائعة (عن الكتل المسحوبة إليها) فيها لن تهم كثيرا, قد يقال ان هذه ‏المعلومات موجودة داخل الثقب و لكن لا يمكننا التعرف اليها من الخارج. حسنا , الوضع قد تغير الآن عندما اكتشفت أن الثقوب السوداء ‏ليست سوداء تماما, من خلال الميكانيكا الكمية تبين أنها تخرج جسيمات من داخلها و تشع بنسق ثابت, هذه النتيجة كانت مفاجئة لي بشكل ‏كبيرو للجميع أيضا, فالذي كنا نعتقد أنه فضاء فارغ ليس فارغا في الحقيقة بل هو مليء بأزواج من الجسيمات و ضد الجسيمات يكونان ‏إلى جانب بعضهم البعض في زمان و مكان معينين ثم يفترقا ثم يلتقيا فيلغيان بعضهما ! يتكون هذا الزوج من المادة و ضدها بسبب مجال ‏كالذي يحمل الضوء و الجاذبية, و لا يمكن أن يكونا صفرا. فهذا يعني أن قيمة المجال صفر و له نفس المكان عند الصفر وله نفس ‏سرعة التغير = صفر . لا يمكن لجسيم أن يكون له مكان محدد تماما و سرعة ثابتة تماما, هذا ضد مبدأ هيزنبرغ, و لهذا بعض ‏المجالات يجب أن يكون لها تذبذب فراغي حسب نموذج الجسيم و ضد الجسيم المشروح سالفا. ‏

--------------------------------------------------------------------------------

[محمد ابوزيد]

يوجد زوج من الجسيم و ضد الجسيم لكل الجسيمات الأولية, و لا يمكن قياسها بكواشف المادة لكن أثرها يمكن أن يقاس و قد قيس فعلا بشكل تجريبي و أثبت ‏وجود هذه الضد جسيمات مخبريا.‏

مع وجود الثقوب السوداء, قد يقع أحد زوجي المادة في الثقب الأسود تاركا رفيقه من غير ضد يلغيه و يهرب بعيدا عن الثقب الأسود فيصبح مادة حقيقية و مع أن ‏الثقب الأسود قد يشع سيكون اشعاعه مستقلا عما سحبه الى داخله فهو لا ذاكرة له.‏

[محمد ابوزيد]

المهم أن الكون بمجموعه سيكون ثايتا مما يعيدنا الى الحتمية العلمية و لكن بصورة مختلفة عن تخيل لابلاس, فان عرفت شكل الكون في وقت معين فإنك تستطيع ‏أن تحسب شكله في المستقبل و إن عرفت شكله في المستقبل ستعرف شكله في الماضي ‏

بالنسبة للثقوب السوداء, الوضع مختلف نوعا ما, فالثقوب السوداء ستنضب يوما ما مسببة نقصا في الكتلة و ستصل أخيرا الى كتلة تساوي الصفر أما ما كانت قد ‏سحبته لداخلها من مادة أو طاقة لن تستطيع الخروج وقد تنتقل الى عالم آخر. و حتى المعلومات ستضيع داخل الثقب , فالمعلومات بحاجة الى طاقة تحملها و تنتقل ‏بها ‏

[محمد ابوزيد]

أي أن المعلمات تضيع مع تكون الثقوب السوداء بغير رجعة مما يقلل قدرتنا على التنبؤ, بحسب الميكانيكا الكمية يمكننا معرفة سرعة و موقع الجسم بدقة و لكن ‏الجزء الضائع في الثقوب السوداء سيخفي جانبا لا يمكن التنبؤ به, حتى احتمالية المكان و السرعة لا يمكننا حسابها مع ضياع أحد زوجي المادة ,

كثير من العلماء و منهم أينشتين متعلقين جدا بالحتمية العلمية عاطفيا و بعكس أينشتين اعترفوا بحدودية قدرتنا على التبؤ و التي أعطتنا إياها الميكانيكا الكمية و لذا ‏لم يقروا بضياع المعلومات في الثقوب السوداء بل ادعوا عدم وجود الآلية لاستعادة المعلومات منها , اعتقد أن هؤلاء العلماء لم يتعلموا من التاريخ فالكون لا ‏يتصرف بحسب قناعتنا المسبقة, بل يستمر بمفاجأتنا.‏

[محمد ابوزيد]

قد يقول القائل أن أقرب ثقب أسود علينا هو بعيد جدا و هو أصغر من نواة الذرة بمئات مليارات مليارات المرات و سرعة ضياع المعلومات فيه قليلة مما يجعل العلم ‏حتميا. حسنا هذا تقريب جيد و لكن هذه لم تكن الحال عند نشأة الكون و سيجعل مستقبل الكون غير قابل للتنبؤ.‏

و لنلخص ما قلناه عما اذا كان تطور الكون اعتباطي أو حتمي. النظرة الكلاسيكية التي وضعها لابلاس بإمكانية حساب كل شيء عند معرفة السرعة و الموقع ‏بالتحديد وجب تعديلها مع مبدأ الشك لهيزنبرغ و ضيق على هذا النظرة أكثر و أكثر مع اكتشاف الثقوب السوداء فخسارة المعلومات و الجسيمات في الثقوب ‏السوداء عشوائية لذا فالمستقبل لا يمكن أن يحدد بشكل تام علميا من حالته الحالية كما قال لابلاس. ‎

--------------------------------------------------------------------------------

منقول