آیا جهان ناهاری مجانی است؟
پل دیویس/ ترجمه: امیرمسعود جهان‌بین

هیچ چیز از هیچ قابل آفرینش نیست.

[۱]لوکرتیوس

اکنون می‌توانیم همه‌ی رشته‌های تحقیق خود را با هم جمع کنیم تا یک سناریو کیهانی بسازیم که گستره‌ی حیرت‌انگیز فیزیک جدید را در تبیین جهان فیزیکی آشکار سازد. من توصیه نمی‌کنم که این سناریو بیش از حد جدی گرفته شود (هرچند فیزیک‌دانان آن را به‌‌طور جدی مورد بحث قرار می‌دهند). با این حال این سناریو نوعی از اندیشه‌ها را شرح می‌دهد که فیزیک مدرن آن‌ها را برکشیده است؛ اندیشه‌هایی که در جست‌‌وجوی خدا قابل چشم‌پوشی نیستند.

در این چالش چهار پرسش بزرگ وجود دارد: چرا قوانین طبیعت آن‌گونه‌اند که هستند؟ چرا جهان از چیزهایی که تشکیل شده است، پدید آمده؟ مواد تشکیل‌دهنده‌ی جهان چه‌طور به وجود آمده‌اند؟ جهان چه‌گونه ساختار خود را به دست آورده است؟

فیزیک جدید برای پاسخ به این پرسش‌ها راهی طولانی پیموده است. برای این‌که از آخر به اول برویم، توجه کنید که چه‌طور یک وضعیت اولیه‌ی آشفته می‌تواند به یک وضعیت منظم‌تر تکامل یابد، مشروط بر این‌که منبعی برای آنتروپی منفی وجود داشته باشد. ما همچنین دیده‌ایم که گسترش جهان چه‌گونه می‌تواند آن آنتروپی منفی را پدید آورد، به طوری که دیگر لازم نیست مانند فیزیک‌دانان قدیم فرض کنیم جهان در وضعیتی با سازماندهی بالا و چینش خاص آفریده شده است. ساختار فعلی، با جهانی که به‌طور اتفاقی در یک وضعیت تصادفی آغاز شده، سازگار است.

درباره‌ی پرسش از مبدأ اشیای فیزیکی، معلوم است چیزهایی مانند ستارگان و سیارات از گازهای اولیه تشکیل یافته‌اند، در حالی که خود ماده‌ی کیهانی، به وضوح در مه‌بانگ آفریده شده است. کشفیات اخیر در فیزیک ذرات، ساز و کارهایی را پیشنهاد کرده است که براساس آن‌ها ماده می‎تواند به کمک میدان گرانشی در فضای خالی کیهانی آفریده شود. در این صورت فقط منشأ خود فضا ـ زمان به عنوان یک راز باقی خواهد ماند.

اما حتی این‌جا هم برخی دلالت‌ها وجود دارد که فضا و زمان می‌توانسته‌اند به طور خودبه‌خود به وجود آیند، بدون آن‌که قوانین فیزیک نقض شوند. دلیل این امکان عجیب و غریب به نظریه‌ی کوانتوم مربوط است.

ما دیده‌ایم که چه‌گونه عامل کوانتومی اجازه می‌دهد در جهان زیراتمی رویدادها بدون علت رخ دهند. ذرات، برای مثال، می‌توانند از هیچ‌کجا بدون علت خاصی پدیدار شوند. وقتی نظریه‌ی کوانتوم به گرانش بسط داده می‌شود، با رفتار خود فضا ـ زمان سر وکار دارد. هرچند هنوز هیچ نظریه‌ی رضایت‌بخشی درباره‌ی گرانش کوانتومی وجود ندارد، فیزیک‌دانان ایده‌ی خوبی از ویژگی‌های عامی دارند که در چنین نظریه‌ای گنجانده می‌شود. برای نمونه، این نظریه می‌تواند به مکان و زمان، همان نوع از پیش‌بینی‌ناپذیری مبهمی را ارزانی بدارد که ماده‌ی کوانتومی را تشخص می‌بخشد. به‌طور خاص، به مکان و زمان اجازه می‌دهد به طور خودبه‌خود و بدون علت آفریده و نابود شود، همان‌گونه که ذرات به طور خودبه‌خود و بدون علت آفریده و نابود می‌شوند. این نظریه، مستلزم احتمال خاصی است که از نظر ریاضی معین است و براساس آن، به عنوان نمونه، یک توده از فضا در جایی که پیش‌تر در آن وجود نداشته است آشکار می‌شود. بنابراین، مکان ـ زمان می‌تواند در اثر یک گذار کوانتومی، بدون علت، از هیچ پدید آید.

براساس اصول متداول، آشکار شدن ناگهانی مکان ـ زمان به کمک سازوکاری کوانتومی، ممکن است انتظار ‌رود صرفا در مقیاسی فرامیکروسکوپی رخ می‌دهد، زیرا فرآیندهای کوانتومی معمولا فقط به پدیده‌های میکروسکوپی اعمال می‌شوند. در واقع، فضایی که خودبه‌خود خلق شده است، نوعا ممکن است تنها در اندازه‌ی ۱۰-۳۳ سانتی‌متر باشد. توده‌ی محدود فضا نیازمند داشتن هیچ لبه‌ای نیست با این حال می‌توان آن را در یک فوق کره[۲] محصور کرد. چنان جهان کوچکی را احتمالا بار دیگر یک نوسان کوانتومی معکوس دیگر به سرعت ناپدید خواهد کرد. با وجود این، فرصتی وجود دارد که توده‌ی فضای تازه پدیدآمده به جای آن‌که محو شود، ناگهان مانند یک بالن شروع به متورم شدن کند.

منشأ این رفتار ممکن است در دیگر فرایندهای کوانتومی، نه با گرانش بلکه با نیروهای دیگر طبیعت، قرار داشته باشد. برای نمونه، در جهان تورمی نیروی متحد بزرگ[۳] باعث می‌شود که جهان در حال تولد ناپایدار شود و مرحله‌ی جدیدی از گسترش نمایی و غیرقابل کنترل را آغاز کند. بدین طریق جهان کوچک کوانتومی می‌تواند در کسر کوچکی از ثانیه، با خواص کیهانی متورم شود. انرژی انباشته‌شده در این مه‌بانگ می‌تواند در پایان ناگهانی این فاز تورمی تبدیل به ماده و تشعشع شود و آن‌گاه جهان می‌تواند براساس فهم متعارف به کار خود ادامه دهد.

در این سناریو قابل توجه، تمام کیهان کاملا براساس قوانین فیزیک کوانتومی از هیچ کجا پدید می‌آید و همراه با خود، تمام ماده و انرژی مورد نیاز برای ساخت جهان کنونی را پدید می‌آورد. بنابراین، آفرینش همه‌ی اشیای فیزیکی، شامل فضا و زمان، را در بردارد. به جای مفروض گرفتن یک تکینگی[۴] غیرقابل شناخت برای آغاز کردن جهان، مدل کوانتومی فضا ـ زمان می‌کوشد تا هر چیزی را به طور کامل در زمینه‌ی قوانین فیزیکی تبیین کند. این ادعایی شگفت انگیز است. ما به مفهوم «چیزی را وارد کردن و چیزی را خارج کردن» عادت داریم، اما چیزی را در ازای هیچ (یا از هیچ) به دست آوردن، غریب است. اما جهان فیزیک کونتومی مدام چیزی را در ازای هیچ تولید می‌کند. گرانش کوانتومی تشریح می‌کند که ما ممکن است هرچیزی را از هیچ به دست آوریم. آلن گاث[۵]  فیزیک‌دان، با بحث درباره‌ی این سناریو می‌گوید:

«معمولا گفته می‌شود چیزی به عنوان ناهار مجانی وجود ندارد؛ اما با این همه، جهان ناهاری مجانی است.»

آیا چنین مدلی از جهان، نیازی به خدا دارد؟ برهان رایج کیهان‌شناختی برای اثبات خدا، براساس این فرض پیش می‌رود که هر چیزی باید علتی داشته باشد. فیزیک کوانتومی این مدعا را پریشان ساخته است. اما در خصوص دو پرسش باقی مانده چه باید گفت؟ چرا جهان دارای اشیا و قوانینی است که واجد آن است؟ آیا علم می‌تواند پاسخی فراهم آورد؟

هدف نظریه‌ی موسوم به ابَرگرانش[۶] این است تا توصیفی ریاضی برای همه‌ی نیروهای طبیعت و همه‌ی ذرات بنیادین ماده ارایه دهد. در صورت موفقیت، این نظریه دو پرسش باقی مانده را به یک پرسش فرو می‌کاهد. در این صورت «اشیایی» که جهان از آن‌ها تشکیل شده است ـ پروتون‌ها، نوترون‌ها، مزون‌ها، الکترون‌ها و . . . ـ در چارچوب نظریه‌ی ابرگرانش در نظرگرفته خواهند شد. در حال حاضر، وضعیت قوانین فیزیکی نسبتا متفاوت است. ما عموما می‌دانیم که یک الکترون یا پروتون وقتی که آن را داریم، چه‌گونه رفتار می‌کند، اما ایده‌ای حقیقی نداریم که چرا الکترون‌ها یا پروتون‌ها و نیز ذراتی با خواص کاملا متفاوت «وجود دارند». اگر ابرگرانش کاملا موفق باشد، نه فقط به ما خواهد گفت که چرا ذرات وجود دارند، بلکه این را نیز پاسخ می‌دهد که چرا آن‌ها جرم، بار و سایر خواص فعلی را دارند.

همه‌ی این‌ها از یک نظریه‌ی ریاضی مهم نتیجه می‌شود که تمام فیزیک را (در معنای تقلیل‌گرانه‌) در یک ابرقانون دربرمی‌گیرد. اما ما همچنان به آن پرسش باز می‌گردیم که: چرا «آن» ابرقانون؟

به این ترتیب ما به پرسش غایی وجود رسیده‌ایم. علم فیزیک شاید بتواند محتوا، منشأ و سازمان جهان فیزیکی را تببین کند اما خود قوانین (یا ابرقانون) فیزیک را نمی‌تواند توضیح دهد. به طور سنتی، اختراع قوانین طبیعت و آفرینش اشیا (فضا ـ زمان، اتم‌ها، انسان‌ها و . . .) که آن قوانین درباره‌ی آن‌ها صادق است، به خدا نسبت داده می‌شود. سناریو «ناهار مجانی» مدعی است که قوانین مذکور همه‌ی آن چیزی است که شما نیاز دارید و جهان می‌تواند مراقب خود و حتی خلقت خود باشد.

اما درباره‌ی قوانین چه باید گفت؟ آن‌ها باید برای شروع «آن‌جا» باشند، تا جهان به وجود آید. فیزیک کوانتومی باید (به یک معنا) وجود داشته باشد تا یک گذار کوانتومی بتواند کیهان را در نقطه‌ی شروع ایجاد کند. بسیاری از دانشمندان معتقدند که این پرسش که چرا قوانین فیزیکی برقرارند، پرسش بی‌معنایی است یا دست‌کم به لحاظ علمی قابل پاسخ نیست. دیگران «انسان‌شناسانه» بحث کرده‌اند، با این فرض که قوانین باید به گونه‌ای باشند که پذیرای مشاهده‌گران باشند. اما امکان دیگری وجود دارد. شاید قوانین ـ یا ابرقانون غایی ـ تنها اصل فیزیکی «منطقا» ممکن به نظر برسد.