اعداد نامرئی زیباترین بخش هر تصویر خیره‌کننده هستند

هر سال، میلیون‌ها نفر از موزه لوور دیدن می‌کنند تا به چیزی که احتمالاً مشهورترین اثر هنری تاریخ است، خیره شوند: مونا لیزای لئوناردو داوینچی. اکثر افراد جذب هاله ابهام‌آمیز این اثر نقاشی می‌شوند.

اما برخی شاهد زیبایی عمیق‌تری در آن نیز هستند: منظره مه‌آلود مونا لیزا و سیمای فریبنده‌ای که از اسفوماتوی داوینچی پدیدار می‌شود؛ یک تکنیک پیچیده که در آن طرح‌هایی نرم از لایه‌های بسیار و ظریف رنگ به‌وجود می‌آیند؛ مانند اشکال درون مه. دانشمندان در سال ۲۰۱۰ نشان دادند که تعدادی از لایه‌های نقاشی مونا لیزا ۱۰ برابر از یک موی معمولی انسان نازک‌تر هستند.

انسان‌ها به‌طور عمده طوری تکامل‌ یافته‌اند که به حس‌های ابتدایی خود واکنش دهند که در میان آن‌ها بینایی از همه قوی‌تر در نظر گرفته می‌شود. این دلیل اصلی این است که یک تصویر تک مانند مونا لیزا، می‌تواند تا این حد بیانگر و مملو از قدرت احساسی باشد.

در اخترشناسی، تصاویر معروف مانند «ستون‌های آفرینش» یا افق رویداد یک سیاهچاله، زیبا و شگفت‌انگیز هستند، اما چیزی که دیده می‌شود، اساساً از اعداد تشکیل شده است، نه از لایه‌های نامحسوس درخشان رنگ.

بخش‌های «بصری» این پنجره‌های آسمانی معمولاً فقط بخشی کوچک از داده‌هایی را نشان می‌دهند که اخترشناسان از آن‌ها برای مطالعه آسمان استفاده می‌کنند و بی‌نهایت داده‌های عددی هستند که کیهان را به ما می‌آموزند.

برای مثال، یک مطالعه جدید را در نظر بگیرید که نشان می‌دهد یک ستاره شبیه به خورشید در نزدیکی ما به دور یک سیاهچاله می‌چرخد. این زوج رقصان فاصله‌ای ۱٬۵۶۵ سال نوری از ما دارند؛ یعنی نوری که از ستاره می‌بینیم متعلق به اندکی پیش از سقوط امپراطوری روم است.

این کشف رکورد نزدیک‌ترین سیاهچاله به ما را شکسته است و نشان می‌دهد که جمعیتی از اشیای تاریک مشابه در کهکشان راه شیری کمین کرده‌اند. بااین‌حال، هیچ‌کس مستقیماً این سیاهچاله را که برای تلسکوپ‌ها و چشمان ما نامرئی است، ندیده. این جسم همیشه یک همسفر نامرئی خواهد بود که در مدار ستاره همراهش می‌گردد.

اخترشناسان این روح رقصنده را با تحلیل داده‌های بسیار دقیق ماهواره گایا (Gaia) شناسایی کرده‌اند که حرکت تناوبی ستاره همراه آن را آشکار می‌کند. برخلاف تلسکوپ‌های فضایی جیمز وب و هابل که هرکدام مجهز به چندین دوربین پیچیده برای ثبت تصاویر خیره‌کننده از آتش‌بازی‌های کیهانی هستند، گایا اساساً داده‌های عددی خالص تولید می‌کند. بااین‌حال، اخترشناسان با این اعداد ساکت و نامرئی و با استفاده از مدل‌های ریاضیاتی برای توصیف واقعیت، کشف‌هایی زیبا و دگرگون‌کننده انجام می‌دهند.

این حقیقت مخصوص دنیای مدرن نیست. در سال ۱۸۴۶، یوهان گوتفرید گاله (Johann Gottfried Galle) نپتون، هشتمین سیاره منظومه خورشیدی ما را براساس پیش‌بینی «اوربین لو وریه» (Urbain Le Verrier)، اخترشناس فرانسوی، در سال قبلش کشف کرد.

لو وریه دریافته بود که مدار اورانوس که آن زمان دورترین سیاره بود، به‌طوری عجیب با یک جرم ناشناس مختل می‌شد و با اجرای محاسبات عددی مدار اخلال‌گر نامرئی و جایی را که باید در آسمان ظاهر شود، نشان داده بود.

وقتی گاله تلسکوپ خود را به آن نقطه نشانه گرفت و نپتون را به‌شکل یک نقطه لرزان دید که در جلوی ستارگان پس‌زمینه خود حرکت می‌کند؛ ناگهان دنیایی کاملاً جدید به منظومه خورشیدی اضافه شده بود.

بااین‌حال، چه در گذشته و چه الان، تصاویر گونه غالب برای عمومی‌کردن یک کشف علمی به‌ شمار می‌روند؛ حتی خارج از اخترشناسی. در کلیسای علم، شاید داده‌ها مقدس باشند، اما تصاویر حواریون حقیقی هستند، چون دیدن همان ایمان آوردن است.

این حقیقت با مقایسه دو کشف انقلابی آشکار می‌شود: اولین شناسایی امواج گرانشی در فوریه ۲۰۱۶ و اولین تصویر افق رویداد یک سیاهچاله در آوریل ۲۰۱۹. این دو در زمانی مشابه رخ دادند و هر دو کشف‌هایی انقلابی بودند. اولی اکثراً داده‌هایی عددی بود و به‌سرعت جایزه نوبل گرفت، درحالی‌که دومی در کنار داده‌های دیگر یک «تصویر» نیز تولید کرد.

غافلگیرکننده نیست که ترافیک اینترنت تصویر سیاهچاله هفت‌برابر بیشتر از کشف امواج گرانشی بود؛ حتی بعد از اصلاح اینکه جستجوهای اینترنتی برای سیاهچاله از امواج گرانشی بیشتر است.

چه چیز تصاویر اخترشناسی خاص است؟ مردم و دانشمندان رویکردها و اهداف متفاوتی دارند. برای اخترشناسان، هر تصویر نیز داده عددی است؛ برای مثال، یک ستاره شاید تنها چند پیکسل را در دوربین یک تلسکوپ اشغال کند، اما حتی همین نقطه تنها می‌تواند درخشندگی ذاتی و دمای ستاره را آشکار نماید.

یک تصویر عریض چند گیگاپیکسلی از یک کهکشان بزرگ، مانند همانی که در صورت فلکی آندرومدا است، می‌تواند ما را به تفکر درباره جایگاه‌مان در کیهان مخوف فرو ببرد. اما علاوه‌بر‌این، اخترشناسان نیز می‌توانند از چنین تصاویری برای اندازه‌گیری ویژگی‌های بنیادی یک کهکشان، مانند اندازه آن و حتی چیزهای مخفی‌تر مانند چرخش، نوع یا توزیع ستاره‌های آن، استفاده کنند.

درنهایت، هر دوی داده‌های بصری و غیربصری واقعیت دنیای ما را توصیف می‌کنند. تفاوت این است که داده‌های غیربصری به یک واسطه، یک مدل ریاضیاتی، دارند تا دنیا را روایت کنند. داده‌هایی که رقص یک ستاره و سیاهچاله را نمایش می‌دهند، بدون یک نظریه گرانش بی‌معنی خواهند بود. داده‌های دقیق تداخل‌سنجی که منجر به کشف امواج گرانشی شدند، بدون نظریه نسبیت عام اینشتین غیرقابل‌فهم بودند.

«تامس نیگل» (Thomas Nagel)، فیلسوف آمریکایی، در مقاله اثرگذار خود «خفاش بودن چه شکلی است؟» این‌طور استدلال می‌کند: «رعد‌و‌برق یک کاراکتر عینی دارد که با نمود ظاهری آن قابل استخراج نیست و یک مریخی بدون بینایی نیز می‌تواند آن را بررسی کند. به بیان دقیق، کاراکتر عینی آن از چیزی که در نمود ظاهری‌اش دیده می‌شود، بیشتر است.» ظاهر رعدو‌برق و یک مدل ریاضیاتی میدان الکترومغناطیسی یک واقعیت را توصیف می‌کنند.

دانشمندان آموزش دیده‌اند تا واقعیت را به‌واسطه مدل‌ها ببینند. برای یک اخترشناس، یک گراف با یک خم مئاندری که اثباتی است برای عبور یک موج گرانشی از درون یک شناساگر، می‌تواند به‌اندازه دیدن فیلمی که ادغام دو سیاهچاله را به تصویر درمی‌آورد، هیجان‌انگیز باشد.

این حقیقت بحث ما را وارد سطحی جدید می‌کند: نقش اخترشناسان در ارتباط با مردم چیست؟ درنهایت، این نقش عبارت است از نمایش و بیان زیبایی کیهان با قابل‌فهم ساختن آن برای همه. این کار گاهی اوقات نیازمند توضیح ظرافت‌های مطالعات علمی است که اغلب فراتر از تصاویر شگفت‌انگیز هستند.

درست همان‌طور که یک ساعت به‌علت ظرافت‌های ساعت‌سازی می‌تواند زمان را به‌طور کارآمد اندازه بگیرد، زیبایی کامل یک تصویر فضایی بر ریاضیات پیچیده تکیه دارد. اعدادی که این تصاویر پنهان می‌کنند جذابیت‌های خودشان را دارند.