ستيفن هوكينج … معجزة العقل وتحدى الارادة

بروفايلات, قراءات

15  مارس  2018

“قيمة الانسان فيما يطرحه من أسئلة … لا فيما يقدمه من إجابات”.

تنسب هذه المقولة إلى فولتير، فيلسوف الثورة الفرنسية العظمى، وهى المقولة التى يمكن أن نصيغها كالتالى”إن عظمة العلم ليست فى تقديم الإجابات العظيمة بل فيما يطرحه من أسئلة كبرى”،ولن نجد أحد تنطبق عليه تلك المقولة أكثر من عالم الفيزياء الملهم ستيفن هوكينجالذى يعد أحد أهم علماء الفيزياء فى العصر الحديث،والذى رحل عن عالمنا فجر أمس الأربعاء الموافق 14 من مارس 2018. وللمصادفة المثيرة يتوافق يوم وفاة هوكينج مع يوم مولد عالم الفيزياء الأشهر ألبرت أينشتين فى 14 مارس 1879، ويتصادف يوم وفاته أيضا مع يوم وفاة المفكر الثورى كارل ماركس فى 14 مارس من العام 1883، وللغرابة فإن يوم الرابع عشر من مارس يمثل أيضا عيد العدد (ط) أو الثابت الرياضى الذى يرمز له بالرمز (π – باى)، وهو العيد الذى أسسه عالم الفيزياء لارى شو وتم الاحتفال به لأول مرة فى عام 1988، حيث يكتب هذا اليوم على الشكل (3.14) والتى تماثل القيمة التقريبية للعدد (ط).

ولد هوكينج فى خضم الحرب العالمية الثانية في يوم 8 يناير 1942 بمقاطعة أكسفورد فى إنجلترا، والتحق في البداية بجامعة أكسفورد لدراسة العلوم الطبيعية في عام 1959، قبل أن يحصل على الدكتوراة في علم الكون من جامعة كامبريدج. أصيب هوكينج فى شبابه المبكر فى العام 1963، بمرض التصلب الجانبى الضمورى، وهو مرض نادر يصيب الخلايا العصبية الحركية في الدماغ والحبل الشوكي وفي المسالك المسؤولة عن انتقال الإشارات العصبية بينهما، ويتسبب فى شلل تدريجى ليفقد المريض فى النهاية قدرته على الحركة تماما والكلام بشكل تدريجي. تم تشخيص حالته وهو فى عمر الواحدة والعشرين، وحينها توقع الأطباء أنه سيعيش سنتين فقط، تزوج هوكينج فى عام 1965 وانجب ابنه الأول روبرت فى عام 1967 وابنته لوسى فى عام 1970 وابنه الثالث تيموثى فى عام 1979.

أصبح هوكينج بلتدريج غير قادر على تحريك أي شيء إلا عينيه، لكنه – وكمعجزة حية – تجاوز كل التوقعات، ليدركه الموت مؤخرا وهو في منتصف سبعينات عمره، وخلال فترة مرضه التي طالت ولم تفارقه،أثرى تاريخ العلم بمجموعة من الأعمال الهامة في مجاله البحثي، ليصبح واحدًا من النجوم اللامعة في سماء الفيزياء. ونذكر هنا اسهاماته البديعة فى مجال تبسيط العلوم من خلال محاضراته وكتبه التى خاطب بها الجمهور من غير المتخصصين، والتى طرح وناقش من خلالها أعقد النظريات العلمية بأسلوبه الذى تميز بالسلاسة والتشويق. ويعد كتابه الأشهر “تاريخ موجز للزمان” الذى صدر فى العام 1988 نموذجا للكتابة العلمية المبسطة حيث ترجم هذا الكتاب إلى نحو أربعين لغة، منها العربية، وبيعت منه ملايين النسخ.

ربما لا يعرف الكثير منا شيئا عمّا قدمه هوكينج للعلم، فمعظمنا لا يعرفه إلا بذاك الكرسي الخاص به، والصوت الإلكتروني الخارج منه، ونكاته المضحكة أو جمله التي تدعو للتأمل في اللقاءات العامة، حيث تجاوزت الكاريزما الطاغية لهوكينج، وحالته الخاصة جدًا، شهرة إنجازاته العلمية للدرجة التي جعلته أقرب لكونه مفكرا أو مثقفا عن كونه عالم فيزياء مرموق، لهذا سنتجاوز الحديث المكرر عن معاناته وكفاحه العظيم مع المرض، حيث يمكن التعرف على تلك التفاصيل بصورة أكبر من خلال مشاهده الفيلم البديع الحاصل على الأوسكار (نظرية كل شيء)، ليقتصر حديثنا على ما أنجزه هوكينج للعلم.

فى عام 1915، نشر ألبرت أينشتين ورقة بحثية تتضمن نظرة جديدة للكون تختلف تمامًا عن فكرة ظلت مسيطرة على الوسط العلمي قرابة ثلاثمائة عام، وتحديدا منذ أن وصف نيوتن الجاذبية بأنها صفة تتعلق بالأجسام، وشبهها بالمجال المغناطيسى، حيث تتأثر الأجسام ببعضها وتنجذب إلى بعضها البعض حسب ما تفرضه قوانين الجاذبية لنيوتن. لكن أينشتين جعل تلك الجاذبية صفة تخص الفضاء نفسه الذي يتكون من التحام نسيجي الزمن والمكان معا، فيما يعرف اصطلاحا بالزمكان، لا يهم الآن أن نعرف كيف يتم ذلك الالتحام، لكن المهم هو أن نعرف كيف ينحني الفضاء نفسه بأثر الكتلة، ولفهم ذلك دعنا نبدأ بالتخيّل.

لنفترض أن الكون عبارة عن قطعة لينة من القماش، لكن ضخمة جدًا ومشدودة الأطراف من كل الجوانب، موضوع عليها كرة حديدية كتلتها خمسة كيلوجرامات، ما سنراه يحدث هو إنحناء نسيج القماش للأسفل بفعل ثقل الكرة الحديدية، يمكن اعتبار تلك الكرة كأنها أي جرم سماوى له كتلة كنجم أو كوكب مثلا، أما تلك القماشة فهي نسيج الزمكان، وكلما كان الجسم أكبر في كتلته كان انحناء الزمكان أكبر، ومن هنا سمحت تلك الفيزياء الجديدة للكون بوجود أجرام غريبة، الثقوب السوداء.

تتكون الثقوب السوداء عندما تنهار النجوم العملاقة على نفسها، فأي نجم يكون ثابتًا ومتوازنًا بين قوتين، قوة ضغط مادته نحو مركزه، والأخرى هي قوة طرد للخارج بسبب تفاعلات الاندماج النووي في مركزه، لكن حينما ينتهي وقود النجم من الهيدروجين، فإنه يفقد تلك القوة المسؤولة عن الطرد للخارج، لينهار النجم على نفسه، وإن كانت كتلة النجم كبيرة بما يكفى، فإنهيتوقع أن تنهار كامل مادته دون توقّف إلى نقطة حجمها صفر تسمى “المفردة”. هنا يدخل ستيفن هوكينج الى اللعبة، لكن متأخرًا في الستينيات، ففي تلك الفترة كان روجر بينروز قد نجح في إثبات أنه يمكن لفكرة بسخافة “المفردة” أن توجد، لكن لماذا هي سخيفة؟

لأنها تضعنا أمام مشكلة تتعارض مع كل ما نعرفه تقريبًا من قوانين الفيزياء، فمثلًا يعلمنا مبدأ استبعاد باوليأنه لا يمكن لاثنين من الفيرمونات (جسيمات المادة) أن يتخذا نفس الحالة الكمومية، وبالتالي؛ لا يمكن ضغط أي كمّية من المادة في مكان واحد، كذلك نعرف أن أقل طول ممكن لشيء ما في هذا الكون هو طول بلانكوهو رقم صغير جدا يساوي علامة عشرية ثم 35 صفرا ثم 1. في الحقيقة لا يزال هناك جدل دائر بشأن تلك المشكلة، ومن المهم فقط أن نتفهم كقرّاء في الفيزياء، أن بعض المفاهيم الرياضية المجردة لا يمكن تصوّرها بسهولة على أرض الواقع، في كل الأحوال كانت فكرة هوكينج في تلك اللحظة – أواخر ستينات القرن الماضى – أن الثقوب السوداء تتميز بعدة صفات تجعلها مرشحة لشيء نعرفه جميعا الآن، إنه الانفجار العظيم، حيث افترض هوكينج مع روجر بنروز، أن الكون بدأ بمفردة كتلك التي توجد في قلب الثقوب السوداء لكن بشكل معكوس، بمعنى أن المفردة في الثقب الأسود هي نتيجة لإنهيار المادة على ذاتها إلى نقطة لا حجم لها، أما الكون فهو مفردة بدأت بلا حجم تقريبا، ثم أنتجت كل هذه المادة والطاقة التى نراها فى الكون.

في تلك الفترة اعتقد هوكينج أن الثقوب السوداء لا يمكن لها إلا أن تزيد فقط في الحجم، وهو تصور مقبول عن جرم سماوي لا يمكن لشيء أن يهرب من جاذبيته، حتى الضوء (الإشعاع) نفسه. فالثقوب السوداء إذن هي أجسام باردة وأبدية، تتكون ولا تفنى لأنها تسحب المادة ولا تطلقها، وما يُفقد بداخلها لا يمكن استعادته أو معرفة أي شيء عنه، لأن تلك المعرفة تتطلب إشارات، والإشارات تعني إشعاعا، والثقب الأسود لا يشع أي شيء.

ولتقريب الكرة يمكننا مقارنة الثقب الأسود بكوب من الشاي الساخن.للوهلة الأولى تبدو تلك المقارنة غريبة بعض الشيء، يختلف كوب الشاى الساخن عن الثقب الأسود في شيء رئيسي، وهو أنه يشع حرارة، فلو تركت الكوب الساخن فإنه سيبرد، وهذا يعني أنه قام بعمل “توازن” مع الوسط المحيط عبر إشعاعهلحرارته الذاتيه، لكنما هي الحرارة؟. إنها حركة جزيئات المادة المكونة للشاي، وكلما ارتفعت الحرارة كلما زادت حركة جزيئات الشاي في مساحة أكبر، ويعني ذلك أنه كلما ارتفعت درجة حرارة الكوب أصبح من الصعب تحديد موضع جزيء ما فيه بدرجة أكبر. لفهم ذلك بصورة أكبر – يرجى مراجعة مقالنا السابق “الانتروبيا … طريق الفناء” – فى هذا المثال كلما زادت درجة حرارة كوب الشاى، اهتزت الجزيئات بدرجة أكبر في مساحة أكبر، مما يزيد من الإنتروبيا. وبالمقارنة بكوب ماء مجمد مثلا، سوف تثبت الجزيئات في مكانها ويكون من السهل تحديد موضعها، ما يعني إنتروبيا أقل. لننتقل الآن إلى تخيل تجربة أخرى، ولنتصور ما الذي يحدث لو ألقينا كوب الشاى الساخن هذا الى داخل الثقب الأسود؟.

كان معروفا أن الثقب الأسود هو جسم لا يشع أي شيء بتاتا، لأن أي إشعاع هو هروب من جاذبيته، وذلك غير ممكن بالطبع لأنه قادر على جذب كل شيء، والإشعاع عبارة عن معلومات أو إنتروبيا، وهكذا ساد الاعتقاد بأن الثقب الأسود ليس له انتروبيا. لكن عندما نرمي كوب الشاي الساخن إلى داخل الثقب الأسود، فإننا سنقوم بخفض إنتروبياالكون ككل، أليس كذلك؟ سنرمي بشئ له قيمة انتروبية إلى شيء ليس له انتروبيا. وهذا يعني أن الإنتروبيا الكونية ككل قد انخفضت بسبب فقدان كوب شاي ساخن، وهذا يتعارض تمامًا مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية، الذى يفيد بأن انتروبيا الكون تتزايد بشكل دائم. عند هذه النقطة، أشار عالم الفيزياء الأمريكى جاكوببكنشتاينإلى أن هذا لابد وأن يجبر الثقب الأسود على أن تكون له إنتروبيا تعادل ما يقع فيه، وإلا سنكون في حالة كارثية تكسر أحد أهم قوانين الفيزياء فى التاريخ.

بالطبع هذا غير مقبول. فكيف يلمع الثقب الأسود، ويتم تعريفه كذلك على أنه غير مشع؟ لحل المشكلة، كان على هوكينج التعامل مع اشكالية واجهها علماء الفيزياء الكونية، بل جميع الفيزيائيين في الواقع، مشكلة دمج نظرية الكم مع النسبية العامة او التوفيق بينهما فى تلك النقطة على الأقل، سعيا للوصول إلى نظرية تفسر كل شيء.

لنترك الآن النسبية العامة لنعرف شيئا عن نظرية الكم، التى تدرس الجسيمات مادون الذرية المكونة للمادة. حيث تخبرنا “التقلبات الكمومية” أن الفراغ المادي ليس فراغا بالمعنى الكونى، بل هو عبارة عن حالة شبحية غير منتظمة منتشرة في جميع أرجاء الكون، وفي فترة زمنية قصيرة جدًا، تلتقى جسيمات مادية افتراضية سريعا لتتصارع فيما بينها، فى معادلة صفرية كما لو كان الموضوع (1)+(–1)= صفر، أو الفراغ. وقد أثبتت المعادلات والتجارب أن هناك جسيمات (موجبة وسالبة) تخرج من الفراغ لفترة قصيرة جدًا ثم تقضي على بعضها البعض، باستثناء حافة الثقب الأسود. فبمجرد اقترابنا من حافة الثقب الأسود، سيتغير ذلك قليلاً. فهنا افترض هوكينج أنه طالما يستطيع الثقب الأسود جذب كل شيء، وباعتبار أن تلك الجسيمات الافتراضية تتولد في كل مكان بما في ذلك حافة الثقب الأسود، فلو جرى،فى وقت قصير جدا، فصل أحد هذين الجسيمين الإفتراضيين، ليقع في الثقب الأسود قبل أن يلتقي بالجسيم رفيقه، فإنه سيجبر على البقاء داخل الثقب الأسود بتأثير قوة جاذبية الثقب. ليبدأ ههنا الجسيم الافتراضى الآخر كإشعاع،وهذا هو ما نسميه “إشعاع هوكينج”، ليس فقط بسبب الاستنتاجات الرياضية الهامة التي صاغها ستيفن هوكينج، أو كدليل على أن الثقوب السوداء تشع بالفعل، ولكن أيضاوربما كشيء أكثر أهمية، لأنه فتح الباب أمام أحد أكبر مشاكل الفيزياء المعاصرة.

لنتكلم الآن عن الجسيم الساقط في داخل الثقب الأسود، فإذا كان هذا الجسيم يمثل طاقة الرفيقين السلبية، فإن ذلك سيتسبب في تدمير جزء من الطاقة الإيجابية لكتلة الثقب الأسود، وهذه مشكلة لأنها تعني أن الثقب الأسود، إن لم يكن يسقط فيه شئ، فإنه نظريا سيقلص كتلته تدريجيا حتى يتلاشى، أو بشكل أكثر دقة، يتبخر.

عند هذه النقطة ظهرت مشكلة جديدة أخرى، سنشرحها بمثال بسيط. لنفترض أننا نريد التخلص من صورة قديمة لسبب ما، فاننا قد نمزقها ونضعها في سلة المهملات، او ربما نقوم بحرقها للتخلص منها تمامًا، لكن الفيزياء لا تزال لديها القدرة – من الناحية النظرية – على إستعادتها مرة أخرى، لأن كل ما حدث ببساطة هو أن الصورة قد تحولت إلى شيء آخر ولم يتم إزالتها تماما من الوجود. إلا أن الطاقة الخارجة من الثقب الأسود أثناء تبخره لا تعكس ما قد سقط بداخله. فلماذا؟

لأنه يعكس فقط الجسيمات الافتراضية التي تحولت إلى جسيمات أخرى عادية. لنفترض أنك سقطت في ثقب أسود، ثم تبخر الثقب وانبعث إشعاع هوكينج أثناء تبخره. فإن هذا التبخر سيفقدنا أية معلومات تتعلق بالصورة لأن الإشعاع الصادر عن الثقب الأسود أثناء التبخر لا يشبه النار التي أحرقت فيها الصورة منذ قليل، فالنار قد أحرقت الصورة وأشعت طاقة تتعلق بالصورة، لكن الثقب الأسود قد فقد الصورة وأشع طاقة لا تتعلق بالصورة، وهذه مشكلة كبيرة، لأنها تخالف قانونًا آخر، وهو قانون بقاء المعلومات.

نحن نعلم من قوانين الديناميكا الحرارية أن الطاقة والمادة “لا يتم تدميرهما ولا يتم تخليقهما من العدم، لكن يمكن تحويلهما من صورة لأخرى”. وما يحدث في الكون كله هو عملية تحول للطاقة والمادة من صورة إلى أخرى. وفي عالم ميكانيكا الكم، لا يمكن فناء المعلومات. فالمعلومات تعني حالة كل جسيم في الكون: كتلته، موضعه، سرعته، طريقه لفه أو غزله، درجة حرارته… إلخ. وعندما نفقد تلك الصورة في الكون، فى الثقب الأسود، فإننا نفقد المعلومات عن الجسيمات المكونة لها، وهكذا فإننا نكسرمرة أخرى قانوناً اساسيا فى الكون. وتظل مفارقة المعلومات تلك هدفا مركزيا فى الأبحاث الخاصة بالثقوب السوداء. وبالرغم من طرح العديد من الحلول لتلك المعضلة، كما فى نظرية الكون أو الهولوجرام حتى آخر بحث قدمه هوكينج فى يناير 2016،والذى يقول فيه أن المعلومات تنتقل إلى داخل وخارج الثقب الأسود، عبر تخزينها على “جسيمات لينة” كنوع من الفوتونات منخفضة الطاقة، إلا أن تلك المشكلة تبقى بلا حل حاليا.

لقد تمتع ستيفن هوكينج ببصيرة فذة وإرداة صلبة وعزيمة لم تلن، فقدم تبصراته عن مستقبل الكون والجنس البشرى على كوكب الأرض، كما كان مثالا استثنائيا لرجل وهب حياته لفهم أسرار الكون وحل ألغاز وجوده. وبالرغم من أنه قد حصل على العديد من الجوائز العلمية المرموقة وحاز على تقدير خاص وسط جماعة العلماء والمتخصصين إلا أنه لم ينل للأسف جائزة نوبل التى طالما كان يرنو إليها. ولا يفوتنا هنا الإشارة إلى مواقف هوكينج وآرائه السياسية، فهو مؤيد لحزب العمال البريطانى ذو النزعة اليسارية، كما شارك فى المسيرات الاحتجاجية ضد الحرب التى شنتها الولايات المتحدة على فيتنام فى ستينات القرن الماضى،  وقام بوصف عملية غزو العراق التى تمت فى العام 2003 بقيادة الولايات المتحدة الامريكية باعتبارها “جريمة حرب”. كما شارك فى الحملة الدولية للتخلص من الأسلحة النووية ودعم الاأحاث الخاصة بالاستخدام الطبى للخلايا الجذعية، وكان مؤيدا لاتفاقية باريس لمكافحة التغير فى المناخ التى انسحبت منها امريكا مؤخرا. كما اشتهر عنه العمل والنشاط فى الاعمال الخيرية والاجتماعية والدعوة للسلم والسلام العالمى. وكان هوكينج معارضا للحركة الصهيونية حيث قاطع مؤتمر علمى أقيم فى إسرائيل عام 2013 بسبب اعتراضه على السياسات القمعية التى يمارسها الاحتلال الاسرائيلى تجاه الفلسطينيين.

اضافة تعليق جديد

موضوعات ذات صلة

العلم … والثورة

أيمن أحمد عياد

صعود الوحش والمصرفي… فلنحشد في الشارع وفي الانتخابات البرلمانية! على الحركة العمالية أن تحارب الجبهة الوطنية، ولكن بوسائلها الخاصة وعلى أساس برنامج يساري راديكالي يعالج المشاكل من جذرها بالتصدي لتحكم وسيطرة بعض الطفيليين الأغنياء.

مجلة “ثورة”