لماذا يوجد الكون؟

نشر في 03-01-2022
آخر تحديث 03-01-2022 | 00:00
لماذا يوجد الكون؟
لماذا يوجد الكون؟
يحاول ستيفن ولفرام العثور على نظرية فيزيائية تملي وجود الكون وبذلك قد يكون أول شخص يبتكر أخيراً نظرية كاملة وأساسية للفيزياء.
في عام الطاعون 1665-1666، غير إسحاق نیوتن Isaac Newton عالم العلم باكتشافه القانون العالمي للجاذبية ورياضيات التفاضل والتكامل.

حالياً، في عام الجائحة

2020-2021، هل التاريخ على وشك أن يعيد نفسه؟ يعتقد ستيفن ولفرام ذلك. فالعالم البريطاني المولد المقيم في الولايات المتحدة الأميركية، يقول إنه وجد طريقاً لوضع نظرية أساسية في الفيزياء تجيب عن بعض أكبر الأسئلة، مثل ما الفضاء؟ وما الزمن؟ ولماذا الكون موجود؟ يقول ولفرام: "حتى أكون صريحاً، أنجزنا كثيراً في عام 2019".

وكنا على وشك البدء في الحديث عنه في مارس 2020، ولكن أغلق كل شيء بسبب كوفيد... ولكن يصح أن نقول إننا أحرزنا تقدماً إضافياً نحو إيجاد نظرية أساسية للفيزياء أكثر مما كنت أجرؤ على الاعتقاد أن ذلك ممكن".

بدأ ولفرام بطرح سؤال: ما الفضاء؟ ورد على نفسه قائلاً: "لا يطرح الفيزيائيون هذا السؤال في أكثر الأحيان... إنهم يفكرون في الفضاء باعتباره مجرد الخلفية التي تجري فيها أحداث الكون".

في حين يرى ولفرام أن الفضاء يتكون من شبكة من "العقد" Nodes المترابطة بعضها ببعض. وطبيعة هذه الروابط أو الاتصالات- أي كيف ترتبط كل عقدة بالعقد القريبة والبعيدة منها- يمكن أن تخلق فضاء يتألف من أي عدد من الأبعاد. لذلك إذا زاد عدد العقد مع مربع المسافة من أي عقدة معينة مثل مساحة سطح الكرة- فستكتسب الشبكة خصائص الفضاء ثلاثي الأبعاد المألوف.

يقول ولفرام: "أعتقد حقاً أن الكون بدأ بأبعاد عديدة لا نهائية ثم برد تدريجياً إلى الأبعاد الثلاثة التي لدينا حالياً... لكني لا أعرف حتى الآن سبب وجود ثلاثة أبعاد على وجه التحديد".

كما أنه مهتم بما هو الحد الأدنى من "الأشياء" اللازمة لنشوء الكون. وإضافة إلى شبكة العقد- "ذرات الفضاء" The atoms of space- هناك عنصر آخر هو "القواعد" Rules التي تُغير الشبكة. فعلى سبيل المثال، ستقول القاعدة: "أينما كان هناك نمط محدد من العقد، استبدل به نمط محدد آخر من العقد".

يذكر ولفرام: "إن تطبيق مثل هذه القواعد مراراً وتكراراً- التحديث المستمر للشبكة الفضائية هو الذي يحيك نسيج الفضاء معا... المعجزة هي أن هذه العملية يمكن أن تولد أيضاً جميع المادة في الكون وجميع قوانين الفيزياء التي اكتشفناها على مدى 350 عاماً مضت".

الكون في حاسوب

قبل دراسة هذا الطرح المميز، يجدر بنا أن نرى كيف وصل ولفرام إلى هذه النقطة.

ولد ولفرام في لندن في عام 1959، وكان ينشر مقالات في الفيزياء منذ أن كان في الخامسة عشرة من عمره. عمل عندما كان طالب دراسات عليا في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا California Institute of Technology في باسادينا مع ريتشارد فاينمان Richard Feynman الذي يقال إنه أبرز الفيزيائيين الأميركيين في فترة ما بعد الحرب.

لكن الحدث الحاسم بالنسبة إلى ولفرام كان الاكتشاف الذي حققه في عام 1981 عندما استخدم جهاز حاسوب لتحري النتائج المترتبة على برامج الحاسوب البسيطة، وهي تلك التي يجري تغذية مخرجاتها بصورة متكررة كمدخلات لها، مثل ثعبان يأكل ذيله.

كانت أبسط برامج الحاسوب التي يمكن أن يفكر فيها في ذلك الوقت هي الأتمتة الخلوية Cellular automa. وهي عبارة عن صف من المربعات أحادية البعد، يمكن أن يكون كل منها فارغاً أو مملوءاً. يجري تطبيق قاعدة تستبدل نمطاً معيناً من المربعات بآخر. بهذه الطريقة، ينشأ صف جديد من المربعات، وصف جديد آخر، وهكذا.

في معظم الأوقات، وجد ولفرام أنه لم يحدث شيء مثير للاهتمام. ولكن، في بعض الحالات، كانت هناك سمات ثابتة تتحرك عبر الشبكة الخلوية المتغيرة، تذكر بالجسيمات تحت (دون) الذرية Subatomic particles في العالم الحقيقي. لكن المفاجأة الكبرى كانت أن عدة قواعد أوجدت حالات لا تنتهي من التحديث والتعقيد. كانت هذه اللحظة التي لمعت عندها الفكرة في ذهن ولفرام. عادة ما يكون للبرامج البسيطة مخرجات بسيطة وللبرامج المعقدة مخرجات معقدة.

لكن ولفرام اكتشف برامج بسيطة ذات مخرجات معقدة. وعلى الفور طرأت في ذهنه فكرة: "هل هذه هي الطريقة التي يولد بها الكون وردة أو مولوداً جديداً أو مجرة؟ هل هو مجرد تطبيق برنامج بسيط مراراً وتكراراً؟".

في عام 2002، نشر ولفرام کتابه بعنوان: نوع جديد من العلم A New Kind Of Science، وهو مجلد من 1200 صفحة يحتوي على 1000 صورة بالأبيض والأسود ونصف مليون كلمة.

في الكتاب، استطلع- من بين جملة من الأمور الأخرى- عواقب كل القواعد المحتملة البالغ عددها 256 قاعدة للأتمتة الخلوية أحادية البعد، من بينها القاعدة 30 التي ولدت تعقيداً غير محدود. وقابل مجتمع الفيزيائيين الكتاب بجفاء. ويعود ذلك جزئياً إلى أنه بادر بنشره بنفسه من دون المرور بعملية مراجعة الأقران Peer review المعتادة.

لكن كان هناك سبب آخر ألا وهو أن علماء الفيزياء الآخرين لم يروا كيف يمكن استخدام أفكاره للتنبؤ بأي شيء مفيد. وكانوا على صواب في ذلك. ففي الأساس كان ولفرام يقول إن معظم ما يفعله الكون "غير قابل للاختزال حسابیا" Computationally irreducible - أي أنه لا يمكن اكتشاف النتيجة إلا بتشغيل برنامج الحاسوب مدة 13.82 مليار سنة هي عمر الكون. كان ذلك بالنسبة إلى عديد من الفيزيائيين بلا أي طائل. لكن ولفرام كان يقول أيضاً إنه في إطار حساب تكوين الكون، توجد جزر "قابلة للاختزال الحسابي"، إذ من الممكن استنتاج النتيجة من دون تشغيل البرنامج فعلياً، مضيفا: "هذه الاختصارات ليست سوى قوانين الفيزياء- التي اكتشفناها". في النهاية، لم يتابع ولفرام تطوير الأفكار التي طرحها في كتابه "نوع جديد من العلم".

من ناحية، كما يقول، لم يكن هناك طلب من علماء الفيزياء. ومن ناحية أخرى، كان هناك طلب على برامجه مثل برمجية لغة الحاسوب ماثماتيكا Mathematica ومحرك البحث الذكي Wolfram Alpha، مما جعله من أصحاب المليارات. لذلك أمضى العقدين التاليين في تطويرهما لكن في عام 2019، التقى ولفرام بعض علماء الفيزياء الشباب الذين شجعوه على مواصلة بحثه عن نظرية أساسية حاسوبية للفيزياء. وهو في سن الستين، شعر بأن عليه أن ينكب على ذلك، وإلا فإنه لن يفعل أبداً.

* ماركوس تشون

المصدر: مجلة مدار سلسلة مقالات تنشر بالتنسيق مع التقدم العلمي للنشر.

تابع قراءة الموضوع عبر الموقع الإلكتروني:

www.aspdkw.com

ماركوس تشون

back to top