حماقت اوپنهایمر درباره سیاهچاله‌ها، قوانین بنیادی و علوم محض و کاربردی

در تاریخ ۱ سپتامبر ۱۹۳۹، دقیقاً همان روزی که آلمان به لهستان حمله کرد و جنگ جهانی دوم آغاز شد، مقاله‌ای جالب‌توجه در صفحات ژورنال Physical Review منتشر شد. در این مقاله، «جی. رابرت اوپنهایمر» و شاگردش «هارتلند اسنایدر» (Hartland Snyder) خصوصیات بنیادی چیزی را بنا نهادند که امروز آن را سیاهچاله می‌نامیم.

اوپنهایمر و اسنایدر براساس کار «سوبرامانیان چاندراسخار» (Subrahmanyan Chandrasekhar)، «فریتس تسوئیکی» (Fritz Zwicky) و «لِو لانداو» (Lev Landau) به توصیف این پرداختند که سقوط یک ناظر روی سطح یک شیء که جرمش از یک جرم بحرانی بیشتر است، در دید یک ناظر بیرونی به‌صورت یک حالت دائمی سقوط ظاهر خواهد شد. این مقاله نتیجه دو سال پژوهش بود و دو مقاله دیگر نیز در همان ژورنال در ادامه آن منتشر شدند.

اوپنهایمر تمام این‌ها را فراموش کرد و برای باقی عمر خود دیگر هیچ‌گاه از سیاهچاله‌ها حرفی نزد.

او تا پیش از ۱۹۳۸ روی سیاهچاله‌ها کار نکرده بود و دوباره هم چنین کاری نکرد. جالب اینکه همین مشارکت خلاصه در فیزیک، امروز بزرگ‌ترین دستاورد اوپنهایمر محسوب می‌شود؛ چنان بزرگ که اگر زنده می‌ماند و با ظهور اخترشناسی رادیویی شواهد تجربی سیاهچاله‌ها را می‌دید، جایزه نوبلش تقریباً حتمی بود.

چه اتفاقی افتاد؟ فقدان علاقه اوپنهایمر تنها به این خاطر نبود که چند سال بعد مدیر پروژه منهتن و سرگرم ساخت بمب اتمی شد. همچنین به این علت نبود که او از «تسوئیکی» آزاداندیش و غیرعادی نفرت داشت؛ کسی که با کشف والدین سیاهچاله‌ها – ستاره‌های نوترونی – این حوزه را بنا کرد. حتی به این دلیل نیز نبود که بعد از جنگ به جایگاه یک سلبریتی رسید، قدرتمندترین دانشمند آمریکا شد و زمانی غیرعادی را در واشینگتن به مشاوره پرداخت تا اینکه سقوط به‌دقت طراحی‌شده او در ۱۹۵۴ فرا‌رسید.

تمام این عوامل نقشی داشتند، اما دلیل اصلی چیز دیگری بود. اوپنهایمر خیلی ساده هیچ علاقه‌ای به سیاهچاله‌ها نداشت. حتی بعد از سقوطش، علی‌رغم داشتن فرصت کافی برای پرداختن به فیزیک، او هیچ‌گاه درباره آن‌ها صحبت نکرد و چیزی ننوشت. خالق سیاهچاله‌ها اساساً فکر نمی‌کرد آن‌ها اهمیتی داشته باشند.

«فریمن دایسون» (Freeman Dyson) این حقیقت را که اوپنهایمر یکی از رضایت‌بخش‌ترین موضوعات فیزیک مدرن و یکی از رازآلودترین اشیای کیهان – چیزی که او خود پدرش بود – را طرد می‌کرد، به‌خوبی مستند کرده است. دایسون سعی داشت گفت‌وگوهایی درباره سیاهچاله با او داشته باشد. هربار که دایسون این موضوع را پیش می‌کشید، اوپنهایمر از آن طفره می‌رفت؛ گویی که فرزند علمی خود را طرد کرده بود.

طبق چیزی که دایسون و دیگر نزدیکان او می‌گفتند، اوپنهایمر در دهه‌های آخر عمر خود به یک بیماری مبتلا شده بود که می‌توان آن را «بنیادزدگی» نامید. بنیادزدگی یک ناخوش‌احوالی جدی است که در آن قربانی باور دارد تنها چیزی که ارزش اندیشیدن دارد، طبیعتِ عمیقِ واقعیت است که از دل قوانین بنیادی فیزیک آشکار می‌گردد.

دایسون می‌گوید:

«اوپنهایمر در سال‌های آخر خود باور داشت که تنها مسئله شایسته توجه یک فیزیکدان نظری جدی، کشف معادلات بنیادی فیزیک است. اینشتین نیز قطعاً چنین باوری داشت. کشف معادلات درست تنها چیز ارزشمند بود. وقتی معادلات درست را کشف می‌کردید، مطالعه راه‌حل‌های خاص معادلات به یک تمرین مرسوم برای فیزیکدانان درجه دو یا دانشجویان تحصیلات تکمیلی بدل می‌گشت.»

درنتیجه برای اوپنهایمر، سیاهچاله‌ها که راه‌حل‌های خاص نسبیت عام بودند، کسل‌کننده می‌نمودند؛ خود نظریه اصلی یک مسئله واقعی بود. به‌علاوه، سیاهچاله‌ها ناهنجاری بودند؛ استثنائاتی زشت که بهتر بود نادیده گرفته شوند، نه مطالعه. همان‌طور که دایسون اشاره می‌کند، متأسفانه فقط اوپنهایمر به این عارضه مبتلا نبود. اینشتین که سال‌های آخر عمر خود را برای کشف یک نظریه متحد بزرگ هدر داد، یک قربانی دیگر بود.

مثل اوپنهایمر، اینشتین نیز به سیاهچاله‌ها بی‌علاقه بود، اما در قدمی فراتر، به مکانیک کوانتوم نیز باور نداشت. بنیادزدگی اینشتین قطعاً یک بیماری جدی بود.

تاریخ ثابت کرد که هر دوی آن‌ها درباره سیاهچاله‌ها و قوانین بنیادی عمیقاً در اشتباه بودند. طنز ماجرا نه در جذابیت فوق‌العاده سیاهچاله‌ها، بلکه در این است که در دهه‌های اخیر، مطالعه سیاهچاله‌ها بر همان قوانین بنیادی نور افکنده که اوپنهایمر و اینشتین باور داشتند تنها موضوع ارزشمند برای مطالعه هستند. فرزندان طردشده حالا برای تسخیر روح والدین خود بازگشته‌اند.

سیاهچاله‌ها عمدتاً به‌لطف تلاش‌های «جان ویلر» (John Wheeler) در ایالات‌متحده و «دنیس سیاما» (Dennis Sciama) در بریتانیا بعد از جنگ به صحنه بازگشتند. علم جدید اخترشناسی رادیویی نشان داد که سیاهچاله‌ها یک ناهنجاری نیستند، بلکه در چشم‌انداز کیهان (ازجمله در مرکز راه شیری) بسیار فراوانند.

یک دهه پس از مرگ اوپنهایمر، «یاکوب بکنشتاین» (Jacob Bekenstein) ارتباطی بسیار عمیق بین ترمودینامیک و فیزیک سیاهچاله‌ها را اثبات کرد. «استیون هاوکینگ» و «راجر پنروز» (Roger Penrose) دریافتند که سیاهچاله‌ها حاوی تکینگی هستند؛ یعنی آن‌ها نه ناهنجاری، بلکه نمایشی از نسبیت عام اینشتین در تمام شکوه خود هستند. آن‌ها همچنین دریافتند که فهمی صحیح از تکینگی نیازمند پیوند مکانیک کوانتوم و نسبیت عام است. پارادایمی که بنیادی‌تر از آن در فیزیک وجود ندارد.

اینشتین و اوپنهایمر به‌سختی می‌توانستند تصور کنند که این کشف‌ها از موجودیتی بیایند که از آن متنفر بودند. اما بی‌علاقگی آن‌ها به سیاهچاله‌ها تنها یک مثال فرصت ازدست‌رفته یا این حقیقت نیست که ذهن‌های بزرگ نیز گاهی می‌توانند متعصب باشند. بزرگ‌ترین درس داستان اوپنهایمر و سیاهچاله این است که چیزی آن را که علم «کاربردی» می‌دانیم، می‌تواند حاوی رازهای بنیادی عمیقی باشد.

اینشتین و اوپنهایمر مطالعه سیاهچاله‌ها را بسیار کاربردی، بررسی ناهنجاری‌ها و راه‌حل‌هایی خاص و نیز فاقد ارزش برای اندیشه‌های عمیق ذهن‌های بزرگ درباره کیهان می‌دانستند. اما سیاهچاله‌ها درحقیقت میزبان تعدادی از عمیق‌ترین رازهای کیهان بودند و پیوندهایی غیرمنتظره میان رشته‌های مستقل ایجاد می‌کردند و بهترین ذهن‌ها را در این حوزه‌ها به چالش می‌کشیدند. چه می‌شد اگر اوپنهایمر و اینشتین ذهن بازتری می‌داشتند.

کشف علوم بنیادی در دل علوم کاربردی در تاریخ فیزیک بی‌سابقه نیست. برای نمونه، «ماکس پلانک» تابش جسم سیاه – یک موضوع کاربردی نسبتاً ملال‌آور – را مطالعه می‌کرد. اما در همین تابش جسم سیاه بود که دانه‌های نظریه کوانتوم پیدا شدند. به‌طرز مشابه، این طیف‌بینی یا مطالعه نور منتشرشده از اتم‌ها بود که در دهه ۱۹۲۰ به شکل‌گیری چهارچوب مدرن مکانیک کوانتوم انجامید. در یک مورد تازه‌تر، این مطالعات فیزیک ماده چگال بودند که باعث شدند «فیلیپ اندرسن» (Philip Anderson) مشارکت‌های قابل‌توجهی در شکست تقارن و فرضیه وجود بوزون هیگز داشته باشد.

در احتمالاً شدیدترین نمونه مشارکت یک دانشمند کاربردی در علم بنیادی، این بررسی‌های توپ‌های جنگی و موتورهای گرما از جانب «سعدی کارنو» (Sadi Carnot)، مهندس فرانسوی، بود که به کشف یک قانون بنیادی فیزیک انجامید: قانون دوم ترمودینامیک.

امروز دوباره بسیاری از فیزیکدانان مشغول جستجوی قوانین نهایی هستند. حداقل برخی از آن‌ها فکر می‌کنند این قوانین درون چهارچوب نظریه ریسمان کشف خواهند شد. این فیزیکدانان احتمالاً بخش‌های دیگر فیزیک، خصوصاً بخش‌های کاربردی را شایسته استعداد نظری خود نمی‌دانند. برای این فیزیکدانان، داستان اوپنهایمر و سیاهچاله‌ها باید یک سرگذشت هشداردهنده باشد. طبیعت زیرک‌تر از آن است که در صندوقچه‌ای کوچک محدود شود. گاهی تنها با کاوش در کاربردی‌ترین بخش‌های علم است که فرد می‌تواند درخشش اصول بنیادی را ببیند.

اینشتین تمایز میان گذشته، حال و آینده را یک «توهم لجبازانه همیشگی» می‌دانست. شاید باید این را درباره تمایز بین علوم محض و کاربردی نیز می‌گفت. این توهمی است که باید به‌سختی برای رهایی از آن تلاش کنیم.