علوم

إعداد وتحرير وترجمة:

 د. جواد بشارة

***

الطبيعة ليست ملزمة بالتوافق مع أفكارنا الرياضياتية، حتى الأكثر ذكاءً. في عام 1931، أثبت كورت غودل نظريته الثانية لعدم الاكتمال، والتي بموجبها لا يمكن إثبات أن النظام المنطقي الرسمي متماسك. تلقي هذه النظرية بظلال من الشك على القدرة النهائية على إثبات "نظريات كل شيء"، التي أصبحت رائجة في الفيزياء النظرية. وهذا يعني أن أي نظرية علمية غير مكتملة.

ذهب غاليليو غاليلي إلى ما هو أبعد من حدود المنطق البحت وجادل بأن أي نظرية فيزيائية تدعي وصف الواقع يجب أن تقوم أيضًا بتنبؤات تصمد أمام التدقيق في التجارب. فقد اكتشف تجريبيا، على سبيل المثال، أن الأجسام الثقيلة لا تتسارع بشكل أسرع من الأجسام الخفيفة تحت تأثير الجاذبية، كما كان يُعتقد سابقا. أرست هذه النتيجة الأساس لإدراك ألبرت أينشتاين لاحقًا أن الجاذبية ليست قوة، بل هي انحناء الزمكان الذي تتفاعل معه جميع الأجسام التي تم اختبارها بنفس الطريقة.

لقد شكلت مقولة غاليليو المبنية على التواضع أساس الفيزياء الحديثة على مر السنين. ولكن يبدو أن مجموعة جديدة من الفيزيائيين يتساءلون الآن عن دورها الأساسي. على سبيل المثال، رد رائد نظرية التضخم الكوني آلان غوث خلال حلقة نقاش على سؤال حول ما إذا كان التضخم قابلا للدحض قال بأنه لا يمكن إثبات خطأ هذه النظرية. وقال إن الإطار الرياضياتي، مثل نظريات القياس المعيارية، يجب أن يكون صالحًا، وأن دور التجارب هو ببساطة تثبيت درجات الحرية المرنة. بمعنى آخر، النظرية قابلة للتعديل بما يكفي لتناسب جميع البيانات التجريبية حول الكون.

ولكن إذا كان الأمر كذلك، فهل يمكن اعتبار التضخم نظرية فيزيائية تخضع لقول غاليليو؟ كيف يمكن لنظرية أن تدعي تفسير بداية الكون إذا لم يكن من الممكن إثبات خطأها من خلال البيانات التجريبية الافتراضية؟ حاليًا، نعرف قصصًا بديلة عن أصل كوننا، مما يشير إلى أنه ربما يكون قد ارتد من مرحلة انكماش ما قبل الانفجار الكبير أو أنه بدأ من حالة أولية خاصة مرتبطة بنظرية الأوتار. في بحثين كتبهما آفي لوب بتاريخ 9 يونيو 2020

آفي لوب هو الرئيس السابق (2011-2020) لقسم علم الفلك بجامعة هارفارد، والمدير المؤسس لمبادرة الثقب الأسود بجامعة هارفارد، ومدير معهد النظرية والحوسبة في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية. وهو أيضًا يرأس مجلس الفيزياء وعلم الفلك التابع للأكاديميات الوطنية والمجلس الاستشاري لمشروع Breakthrough Starshot، وهو عضو في مجلس مستشاري الرئيس للعلوم والتكنولوجيا. (لوب هو المؤلف الأكثر مبيعًا لكتاب "خارج الأرض: العلامة الأولى للحياة الذكية خارج الأرض" هوتون ميفلين هاركورت) ونشرهما مؤخرًا مع زميل له في جامعة هارفارد شينغانغ تشن وزملائه، حددا اختبارًا تجريبيًا كشف عن أدلة مبدئية لخلفية الموجات الميكروية الكونية ويمكن أن يعزز سيناريوهات بديلة لنموذج التضخم. باختصار، هذا يُخضع التضخم لمقولة غاليليو.

لن تكون هذه هي المرة الأولى التي تفشل فيها نظرية بارعة رياضياتيًا في التقاط الواقع المادي. ففي نهاية المطاف، كانت نظرية مركزية الأرض البطلمية لأفلاك التدوير جذابة رياضياتيًا، وكان إطارها واسعًا بما يكفي لوصف حركة جميع الكواكب في السماء. لكنها في نهاية المطاف كانت غير مواتية مقارنة بنظرية نيوتن للجاذبية الشمسية، لأنها تتطلب عددًا كبيرًا من المعلمات الحرة التي كان لا بد من ضبطها بدقة بشكل فردي لكل كوكب.

على الرغم من الدروس المستفادة من تاريخ العلم، فإن فكرة أن بعض النظريات الفيزيائية لا يمكن دحضها ويجب أن تكون صحيحة جوهريًا بناءً على التفكير المجرد لا تزال تكتسب شعبية. تشمل الأمثلة الأخرى الوجود الافتراضي لـ "الأكوان المتعددة"، والتخمين بأن الواقع عبارة عن محاكاة حاسوبية، وتطبيقات مراسلات AdS/CFT مع العالم الحقيقي - والتي ليست مدمجة في الفضاء المضاد للموت. تقريبًا مساحة دي سيتر ذات هندسة مختلفة تمامًا، أو المفهوم الجديد لستيفن ولفرام عن "نظرية كل شيء". بعد محاضرة ملهمة ألقاها ولفرام للتو في مبادرة الثقب الأسود بجامعة هارفارد، طرأت على ذهن آفي لوب فكرة: إذا تنبأت هذه النظرية بأقل كتلة ممكنة لجسيم أولي، فسنكون قادرين على اختبارها في قاعدة بيانات الفيزياء الفلكية.

إن العالم الحقيقي ليس ملزما باتباع نماذجنا، وذلك ببساطة فقط لأنها جذابة رياضياتيا أو أسهل في صياغتها من البديل. وأفضل مثال على ذلك هو ميكانيكا الكم، التي تختلف مبادئها الأساسية نوعيا عن الفيزياء الكلاسيكية ولكنها فُرضت علينا عن طريق التجريب. بعد صياغة نظرية الكم، ناقش ألبرت أينشتاين مع نيلز بور تفسيره غير الكلاسيكي غير المتوقع، مؤكدا في رسالة أرسلها عام 1926 إلى ماكس بورن أنه "على أي حال، أنا مقتنع بأنه [الله] لا يلعب ألنرد ". أثبتت التجارب الحديثة أن حدس أينشتاين كان خاطئًا.

هناك الثقافة الإنسانية مليئة بالأساطير. يهدف العلم إلى تصحيح النظريات المسبقة من خلال التأكيد على الدور الرئيسي للتحقق التجريبي. ولابد من التخفيف من الميل الطبيعي للبشر إلى اتباع التخمينات الشعبية بشكل أعمى، لأنه يحجب رؤيتنا العلمية ويقمع التقدم في فهم الواقع.

إن الجمال الرياضياتي أمر مثير للإعجاب، ولكن عند محاولة فهم الواقع، ينبغي تخفيض رتبته إلى مستوى الإثبات. الفيزياء هي حوار مع الطبيعة، يتم إنجازه من خلال الاختبار التجريبي لأفكارنا، وليس حوارًا منفردًا نصيغ فيه "نظرياتنا حول كل شيء" ونرتكز على أمجادنا. يجب أن نبقى متواضعين، آخذين في الاعتبار إثبات غودل بأن جميع الأنظمة الرياضياتية غير مكتملة منطقيًا وحدس غاليليو بأن معظمها قد لا يكون لها أي علاقة بالواقع.

***

................................

* عن مجلة سانتفيك الأمريكية Scientific American