چرا استیون هاوکینگ نوبل نگرفت - مجله جهانگیر

به گزارش ایسنا، تحقیقاتی که اخیرا در حوزه سیاهچاله ها اجرا شده باعث اثبات یکی از پیش بینی های اساسی این فیزیکدان نظری شده است. اما نوبل از دسترس او خارج است.

آیا مرگ جایزه نوبل را از دستان هاوکینگ ربود؟

زمانی که این فیزیکدان برجسته در تاریخ 14 مارس سال 2018 از دنیا رفت، داده هایی وجود داشت که می توانست یکی از پیش بینی های او را اثبات کند. دکتر هاوکینگ بیان نموده بود که سیاهچاله ها تنها قادر به رشد و بزرگ شدن هستند و هرگز کوچک نمی شوند. آن ها با بلعیدن اجرام آسمانی، داده های ما برای دنبال کردن تاریخچه دنیا را از بین می برند.

این داده ها در سال 2015 به دست آمده بودند؛ زمانی که رصدخانه موج گرانشی با تداخل سنج لیزری یا LIGO، سیگنال هایی از دو سیاهچاله بزرگ که به یکدیگر برخورد نموده و سیاهچاله بزرگ تری ایجاد نموده بودند، به دست آورد.

پیش بینی دکتر هاوکینگ اولین گام مهم در جهت ایجاد بینش هایی بود که فیزیک نوین را متحول نموده اند.

نظریه دکتر هاوکینگ تابستان سال جاری اثبات و در مجله Physical Review Letters منتشر شد. گروهی از محققان به رهبری ماکسیمیلیانو ایسی(Maximiliano Isi) فیزیکدان موسسه فناوری ماساچوست و همکارانش، سال ها به آنالیز جزئیات داده های به دست آمده از رصدخانه LIGO پرداختند و خاتمه در ماه ژوئیه اعلام کردند که نظریه دکتر هاوکینگ دست کم در خصوص برخورد این دو سیاهچاله درست بوده است.

متیو گیسلر(Matthew Giesler)، محقق دانشگاه کرنل (Cornell)، و یکی از اعضای گروه دکتر ایسی در ایمیلی گفت: این آزمایشی هیجان انگیز است زیرا نتیجه آن را نمی توان در آزمایشگاه به دست آورد. این آزمایش نیازمند مطالعه ادغام دو سیاهچاله در فاصله بیش از یک میلیارد سال نوری بود که بدون رصدخانه LIGO و آشکارسازهای آن امکان پذیر نبود.

هیچ کس ادعا نمی نماید که آن چه در فکر کمیته نوبل می گذرد را می داند و اسامی نامزدها برای 50 سال به صورت یک راز باقی می ماند. اما بسیاری از دانشمندان اتفاق نظر دارند که اثبات نظریه دکتر هاوکینگ می توانست او و همکارانش را واجد شرایط دریافت نوبل کند اما جایزه نوبل پس از فوت به کسی اهدا نمی گردد و تحقیقات دکتر ایسی کمی دیر به نتیجه رسید.

اهدای جوایز نوبل از روز دوشنبه هفته پیش انجام شد و بعضی از دانشمندان منتظر تماس از استکهلم بودند.

دکتر هاوکینگ، بی شک یکی از مشهورترین و پر افتخارترین محققانی است که هرگز برنده جایزه نوبل نشده و نخواهد شد. داستان استیون هاوکینگ یادآور آن است که چگونه این جایزه وابسته به سرنوشت بی ثبات انسان است.

افق رویداد

دنیای گنگ

داستان از سال 1970 آغاز می گردد. دکتر هاوکینگ برای خواب آماده می شد. چنین کاری برای او که تا آن لحظه نیمی از بدنش فلج شده بود و مبتلا به بیماری اسکلروز جانبی آمیوتروفیک یا لو گهریگ بود، کار سختی بود.

او به سیاهچاله ها فکر می کرد. براساس نظریه نسبیت عام اینشتین، سیاهچاله ها اجرامی هستند که انرژی گرانشی آن ها به حدی زیاد است که حتی نور نمی تواند از آن فرار کند. آن ها دریچه هایی به بی نهایت هستند.

هر سیاهچاله را یک افق رویداد احاطه نموده است. حبابی نامرئی که مرز سیاهچاله را معین می نماید. هر چیزی که وارد سیاهچاله گردد هرگز از آن خارج نخواهد شد. دکتر هاوکینگ دریافت که نظریه اینشتین به این معناست که افق رویداد سیاهچاله ها هرگز کاش نمی یابد. بر جرم سیاهچاله ها تنها افزوده می گردد و سطح کلی منطقه افق رویداد تنها رشد می نماید. این نظریه برجسته ای بود. با این حال ممکن بود طبیعت اینگونه رفتار نکند. ممکن بود سیاهچاله ها به دو قسمت تقسیم شوند و یا مانند حباب از بین بروند و ناپدید شوند.

ایده دکتر هاوکینگ در سال 1973 الهام بخش مقاله ای با عنوان چهار قانون مکانیک سیاهچاله شد. او این مقاله را با همکاری جیمز باردین(James Bardeen) که اکنون در دانشگاه واشنگتن مشغول به کار است و براندون کارتر (Brandon Carter) که اکنون در مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه به سر می برد، نوشت.

این قوانین به نظریه فیزیکی بدون مو ختم شد. بر طبق این نظریه، سطح منطقه افق رویداد معیاری برای اطلاعات تمام اجرام بلعیده شده به وسیله سیاهچاله است. همه اجرام برای سیاهچاله یکسان هستند و سیاهچاله ها تنها سه ویژگی دارند: جرم، چرخش و بار الکتریکی.

موادی که سیاهچاله را تشکیل داده اند یا موادی که به درون آن ریزش می نماید، در پشت افق رویداد سیاهچاله ناپدید می شوند و برای همواره از دسترس مشاهده ناظرین خارجی خارج می گردد.

این نظریه بدان معناست که هر چه یک سیاهچاله پیرتر می گردد و افق رویداد آن بزرگ تر می گردد، مقدار اطلاعاتی که از بین می رود هم افزایش می یابد. دنیا گنگ تر شده و اطلاعات بیشتری از گذشته را پنهان می نماید.

این معما در سال 1974 زمانی که دکتر هاوکینگ محاسبه کرد که اثرات کوانتومی باعث نشتی و انفجار سیاهچاله ها می گردد، پیچیده تر شد.

کوشش برای درک اتفاقی که برای اطلاعات درون سیاهچاله ها رخ می دهد، فیزیک بنیادی را متحول نموده است و به نظریه پردازان جوان نیرو بخشیده است.

دکتر ایسی می گوید: همه چیز وقتی آغاز شد که هاوکینگ دریافت که منطقه افق رویداد هرگز کاهش نمی یابد. اما بدون وجود سیاهچاله هایی که بتوان آن ها را مورد آنالیز قرار داد، امکان آزمایش نظریه هاوکینگ وجود نداشت.

کیپ تورن

رصدخانه LIGO، نجات دهنده

رصدخانه LIGO شرایط را تغییر خواهد داد، این قولی بود که کیپ تورن(Kip Thorne)، فیزیکدان نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا و یکی از بنیانگذاران LIGO در سال 2003 به دکتر هاوکینگ داد.

این آرایه تازه می توانست تا سال 2012 زمانی که دکتر هاوکینگ 70 ساله می شد ویژگی های تازهی از سیاهچاله ها را نمایان کند اما این موضوع بیشتر طول کشید و در نهایت در 14 سپتامبر سال 2015 رصدخانه LIGO اولین رویداد خود که دو سیاهچاله در حال برخورد بود را رصد کرد.

با تطبیق الگوهای به دست آمده از امواج و شبیه سازی رایانه ای، محققان LIGO به این نتیجه رسیدند که یکی از این سیاهچاله ها 36 برابر و دیگری 29 برابر بزرگ تر از خورشید ما است. جرم این دو سیاهچاله باهم معادل حدود 62 خورشید است. این مشاهدات نه تنها وجود امواج گرانشی را تایید کردند بلکه اولین شواهد مستقیم از وجود سیاهچاله ها بودند.

چندین روز قبل از انتشار رسمی این یافته ها، نسخه ای از آن به دست دکتر هاوکینگ رسید. او از آن که هیچ اشاره ای به چهار قانون مکانیک سیاهچاله ها نشده بود، تعجب کرد. او تماسی با دکتر تورن، نویسنده مقاله، گرفت.

دکتر تورن در نامه ای به همکاران خود نوشت: استیون شگفت زده شده است.

به فکر هیچ کس نرسیده بود که چهار قانون مکانیک سیاهچاله ها را آنالیز کند و برای افزودن موارد تازه به مقاله دیر بود. علاوه بر آن، همانطور که دکتر تورن اخیرا شرح داده است، داده های به دست آمده بسیار نویز داشتند و برای مقدار گیری مقدار سیاهچاله تازه و تایید نظریه دکتر هاوکینگ مناسب نبودند.

در سال 2017 دکتر گیزلر، که در آن موقع دانشجوی کارشناسی در موسسه فناوری کالیفرنیا بود و همکارانش از شبیه سازی عددی برخورد سیاهچاله ها استفاده کردند تا با دقت بیشتری حرکات چرخشی روز برخورد سیاهچاله ها را آنالیز نمایند.

زمانی که یک سیاهچاله تازه از ادغام دو سیاهچاله ایجاد می گردد، مانند یک طبل ارتعاش دارد و صدایی موزون فراوری می نماید که فرازنواخت یا فرونواخت است. اصوات فرازنواخت در ابتدای فرآیند ادغام به طرز شگفت انگیزی بلند بودند.

دکتر گیزلر و همکارانش در سال 2019 با یاری این فرازنواخت ها پیروز به اثبات نظریه بدون مو شدند.

تابستان سال جاری آن ها تجزیه و تحلیل های خود را توسعه دادند و نتیجه گرفتند که منطقه افق رویداد سیاهچاله های تازه طبق پیش بینی دکتر هاوکینگ افزایش یافته است.

رویاهای نوبل

آیا اگر دکتر هاوکینگ زنده بود پیروز به دریافت این جایزه می شد؟

دکتر تورن در سال 2017 به خاطر مشارکت در ساخت رصدخانه LIGO پیروز به دریافت جایزه نوبل فیزیک شد.

اندرو استرومینگر(Andrew Strominger) از دانشگاه هاروارد، یکی از همکاران قدیمی دکتر هاوکینگ می گوید: من در جریان نظر کمیته نوبل نیستم اما اگر هاوکینگ زنده بود می توانست این جایزه را دریافت کند. آزمایش های اخیر، این قضیه را جدی تر هم می نمایند.

دانیل هولز(Daniel Holz)، اخترشناس دانشگاه شیکاگو که از اعضای تیم رصدخانه LIGO است اما در تحقیقات دکتر ایسی نقش نداشته می گوید: بی شک این نتایج، اثباتی عینی از پیش بینی های او است. امیدوارم کمیته نوبل این موضوع را درک نموده باشد.

جوایز نوبل فیزیک همواره سمت و سویی در جهت کشفیات عملی و تجربی داشته است و حتی اینشتین هم این جایزه را برای شرح اثر فوتوالکتریک دریافت کرد و نه برای نظریه نسبیت با این حال در سال 2020 نوبل فیزیک سمت و سوی نظری گرفت و راجر پنروز(Roger Penrose) از دانشگاه آکسفورد این جایزه را برای اثبات احتمال وجود سیاهچاله ها در دنیا دریافت کرد.

البته او این جایزه را با دو اخترشناس راینهارد گنزل (Reinhard Genzel) از موسسه مکس پلانک و آندرا گز(Andrea M. Ghez) از دانشگاه کالیفرنیا به طور مشترک دریافت کرد. این دو نفر سیاهچاله ای در مرکز کهکشان راه شیری را مورد مطالعه قرار داده بودند.

اما حتی اگر هاوکینگ امروز زنده بود جای گرفتن او در میان برندگان نوبل سخت بود. نوبل به طور معمول حداکثر به سه نفر تعلق می گیرد و در این صورت دکتر باردین، دکتر کارتر و دکتر ایسی چه سرنوشتی داشتند؟

دکتر هاوکینگ اولین دانشمندی نیست که عمرش کفاف دریافت جایزه نوبل را نداد.

مایکل ترنر(Michael Turner)، کیهان شناس برجسته ای که اکنون در بنیاد کاولی(Kavli) در لس آنجلس کار می نماید در ایمیلی نوشت: به من گفته شده است که کمیته نوبل از اینکه جایزه ای به ادوین هابل(Edwin Hubble) که توسعه دنیا را کشف کرد، نداده اند احساس ناراحتی و پشیمانی می نمایند. او از کسانی بود که جان خود را پیش از دریافت نوبل از دست داد.

رابرت بروت(Robert Brout)، فیزیکدان نظری از دانشگاه آزاد بروکسل(Université Libre de Bruxelles) به علت پیش بینی وجود بوزون هیگز که ذره اولیه بنیادین دارای جرم است می توانست به همراه همکارانش فرانسوا انگلرت(François Englert) و پیتر هیگز(Peter Higgs) از دانشگاه ادینبرو جایزه نوبل را در سال 2013 دریافت کند اما او در سال 2011 از دنیا رفت.

رونالد درور(Ronald Drever) از دانشگاه گلاسگو، یکی از بنیانگذاران LIGO می توانست در سال 2017 نوبل را با دکتر تورن و راینر ویس(Rainer Weiss) از موسسه فناوری ماساچوست، شریک گردد اما او اوایل همان سال از دنیا رفت. جای خالی او را بری باریش(Barry C. Barish) پر کرد.

دکتر هاوکینگ در کنار آیزاک نیوتن و چارلز داروین در کلیسای وست مینستر به خاک سپرده شده است. شاید این، از گذراندن یک زمستان در استکهلم هم برای او بهتر باشد.