هل سيمارس الفضائيون الفيزياء أم أن العلم اختراع بشري؟

وفيما يلي مقتطف من لدينا فقدت في الزمكان النشرة الإخبارية. كل شهر، نتعمق في أفكار رائعة من جميع أنحاء الكون. يمكنك الاشتراك في فقدت في الزمكان هنا.

تقدم الفيزياء الحديثة عدسة رائعة للواقع. وفي ما يزيد قليلا عن قرن من الزمان، تمكنت من فك شفرة بنية الذرات، وتتبع التاريخ المبكر للكون وأنتجت قوانين يبدو أنها تنطبق في كل مكان، من قشرة الأرض إلى المجرات البعيدة. ومن المغري الاعتقاد بأن هذه النظريات ليست دقيقة فحسب، بل إنها حتمية – وأن أي حضارة ذكية بما فيه الكفاية ستكشف في نهاية المطاف عن نفس الحقائق.

كنت أعتقد ذلك أيضا. لكنني بدأت مؤخرًا أتساءل عما إذا كانت الفيزياء ليست نافذة على الواقع العالمي بقدر ما هي مرآة تعكس نوع العقول الخاص الذي نمتلكه.

تظهر هذه الفكرة المقلقة عندما تطرح سؤالاً بسيطًا بشكل خادع: هل سيصل العلماء الفضائيون، الذين شكلتهم بيولوجيا أو ثقافة مختلفة، إلى نفس الفيزياء التي لدينا؟ أو ربما يطورون شيئًا يعمل بنفس القدر، ولكنه يبدو أجنبيًا تمامًا – مبنيًا على مفاهيم وافتراضات قد نواجه صعوبة في التعرف عليها؟

هذا السؤال يقع في قلب كتابي، هل يتكلم الفضائيون الفيزياء؟، الذي يتخيل سيناريوهات مختلفة للاتصال الأول، كل منها مصمم لاستكشاف الافتراض الأساسي للفيزياء الحديثة. ومن خلال تطويرها – غالبًا في محادثة مع فلاسفة العلوم – أدركت شيئًا مفاجئًا: العديد من ركائز الفيزياء التي تبدو ثابتة قد تكون في الواقع مشروطة. لكن الاعتراف بذلك لا يضعف العلم. ربما يكون هذا هو كيف نجعل الأمر أفضل.

لقد قضيت حياتي في دراسة الفيزياء. عندما لا أقوم بالتدريس في جامعة كاليفورنيا، إيرفاين، أعمل في مختبر فيزياء الجسيمات CERN بالقرب من جنيف، سويسرا، وأقوم بتحليل البيانات من مصادم الهادرونات الكبير. لكن قبل بضع سنوات، أجبرتني المحادثات مع الفلاسفة على إعادة النظر في سؤال لم أفكر فيه بجدية منذ أيام دراستي: ما هي الفيزياء حقًا؟

تهدف الفيزياء في جوهرها إلى شرح كيفية عمل الكون، وليس فقط ما نلاحظه، ولكن ما يكمن وراء تلك الملاحظات. فهو يبحث عن الأنماط، ويبني النماذج التي تكشف البنية المخفية، ومن الناحية المثالية، يختصر كل شيء إلى مجموعة صغيرة من القواعد التي يتبعها الباقي. وبهذا المقياس، فقد حقق نجاحًا مذهلاً.

ومع ذلك، فإن الفيزياء لا تصف الكون بالكامل أبدًا. ويصف الإصدارات المختارة بعناية منه.

النظر في التنبؤ بمسار المذنب. من حيث المبدأ، يمكننا أن نأخذ في الاعتبار كل قوة سحب الجاذبية، والفقد البطيء للمواد مع تسامي الجليد، وحتى الطريقة التي يتسبب بها الشكل غير المنتظم في تعثر المذنب. ومن الناحية العملية، يجب علينا أن نقرر ما الذي يجب تضمينه وما الذي يجب تجاهله. لا يوجد نموذج واحد صحيح، بل هناك فقط نماذج جيدة بالقدر الكافي للإجابة على السؤال المطروح.

وهذا صحيح في جميع أنحاء الفيزياء. حتى نظرياتنا الأكثر دقة تعتمد على التقديرات والافتراضات التي تجعل الرياضيات سهلة المتابعة. وليس من الواضح ما إذا كانت النظريات التي نتعامل معها على أنها أساسية هي كذلك بالفعل. قد تكون ببساطة أوصافًا فعالة تعمل على المستوى البشري. وليس هناك ما يضمن أننا، من خلال فحص الطبيعة بشكل أكثر دقة، سنتمكن في نهاية المطاف من الوصول إلى الأساس.

إذا كانت الفيزياء تعتمد على خيارات – حول التبسيط والتمثيل والتأكيد – فمن المنطقي أن يتخذ الفيزيائيون الفضائيون خيارات مختلفة.

ماذا لو لم يختبر الفضائيون الوقت بالطريقة التي نفعلها؟

تخيل أن الأجانب يصلون إلى الأرض. لقد أتقنوا السفر بين النجوم وهبطوا بالقرب من باريس. ونرسل لغويين وعلماء للترحيب بهم، على أمل تحقيق مكاسب تكنولوجية غير متوقعة. ويعود الوفد خالي الوفاض.

ويوضح عالم الفيزياء الرئيسي: “إنهم لا يستطيعون مشاركة التكنولوجيا الخاصة بهم”. “بسبب ما سيحدث بعد 74 سنة من اليوم.”

المعنى الضمني مثير للقلق. لا يختبر هؤلاء الفضائيون الوقت كتسلسل متدفق، بل كبنية كاملة، شيء يمكن ملاحته بدلاً من تحمله. وعلى النقيض من ذلك، فإن الفيزياء البشرية مبنية على فكرة أن الحاضر يولد المستقبل. الأسباب تسبق النتائج. الكون يحسب نفسه للأمام، لحظة بلحظة.

ولكن ماذا لو كانت تلك الصورة بمثابة راحة إنسانية وليست ضرورة كونية؟

نحن نعلم أن أي فيزياء عملية يجب أن تخضع لقيود معينة. الكون الذي يسمح برسائل غير مقيدة من المستقبل ينهار بسرعة في مفارقة. ولكن ضمن هذه الحدود، قد يكون هيكل الوقت أكثر مرونة مما نعترف به عادة.

توجد بالفعل تلميحات حول هذا الأمر في نظرياتنا. يربط التشابك الكمي بين الجسيمات البعيدة بحيث يبدو أن قياس أحدهما يثبت حالة الآخر على الفور، على الرغم من حقيقة أنه لا يمكن تبادل المعلومات بينهما. وهذا وحده يجهد حدسنا. لكن الأمور تصبح غريبة عندما تدخل النسبية في الصورة. المراقبون الذين يتحركون بسرعات مختلفة يختلفون حول ترتيب الأحداث. في بعض الأطر المرجعية، يبدو أن أحد القياسات يؤثر على قياس آخر قبل حدوثه.

الرد المعياري هو الإصرار على عدم حدوث أي مشكلة جسدية: لا توجد إشارات أسرع من الضوء، ولا توجد تناقضات سببية. لكن هذا الطمأنينة يعتمد على التشبث بشدة بالمفهوم الكلاسيكي للسببية الذي لم تحترمه ميكانيكا الكم بشكل كامل قط.

اتخذ بعض الفيزيائيين نهجًا أكثر تطرفًا. في ما يسمى بالتفسيرات السببية الرجعية لميكانيكا الكم، يُسمح للأحداث المستقبلية بالمساعدة في تشكيل الحاضر. القياسات لا تكشف عن النتائج فحسب؛ فهي تساعد في تحديدها، حتى بالرجوع إلى الوراء في الزمن. لم يعد الكون يحسب نفسه بدقة خطوة بخطوة.

إذا كان للكائنات الفضائية بنية زمنية مختلفة جذريًا، فقد يتبنون مثل هذه الأفكار بشكل طبيعي، بدلاً من التعامل معها كاستثناءات مقلقة. وربما نحتاج في النهاية إلى فعل الشيء نفسه.

ماذا لو لم يصر الفضائيون على نظرية واحدة للطبيعة؟

تخيل الآن أن الكائنات الفضائية تدعونا على متن سفينتهم لحضور مؤتمر علمي. ترسل الأرض ألمع عقولها. نقدم أفضل نظرياتنا. يستمع الفضائيون بأدب، ثم يستجيبون.

تصف إحدى المجموعات إطارًا يعيد إنتاج جميع التجارب المعروفة باستخدام مفاهيم غير مألوفة. والثاني يقدم نهجا آخر غير متوافق. ثم ثالث. كل يعمل. كل منها متسق داخليا. لا يمكن اختزال أي منها إلى الآخرين.

وأخيرا، يسأل أحدهم السؤال الواضح: أيهما صحيح؟

يبدو أن الأجانب في حيرة. كلهم، كما يقولون. لماذا تختار؟

يفترض العلم الإنساني أن النظريات المتنافسة يجب أن تتنافس في نهاية المطاف، مع بقاء واحدة فقط باعتبارها الوصف الصحيح للواقع. عندما تتطابق تفسيرات متعددة مع البيانات، نقوم بتصميم تجارب لاستبعاد الجميع باستثناء فائز واحد.

هذه الإستراتيجية قوية وفعالة في كثير من الأحيان. لكنه تفضيل وليس ضرورة منطقية. إن العلم اليوم يتسامح في كثير من الأحيان مع التعددية أكثر مما يعترف به. والتنبؤ بالطقس هو مثال صارخ. تعتمد الأرصاد الجوية الحديثة على مجموعات من النماذج، كل منها مضبوط على افتراضات ومقاييس مختلفة. تختلف هذه النماذج بشكل روتيني، ويقرر الخبراء أي منها يجب الوثوق به اعتمادًا على السياق. لا يتم التعامل مع أي نموذج واحد على أنه النموذج الصحيح بشكل فريد.

مثال آخر يأتي من الميكانيكا الكلاسيكية. في المدرسة، نتعلم قوانين نيوتن كقصة عن القوى التي تدفع وتسحب الأشياء عبر الفضاء. لكن يمكن استخلاص نفس الحركات بطريقة مختلفة تمامًا، من خلال تتبع كيفية تدفق الطاقة عبر النظام، أو من خلال افتراض أن الطبيعة بطريقة ما “تختار” المسار الذي يقلل كمية تسمى “الفعل”. بالنسبة لمعظم علماء الفيزياء، هذه مجرد طرق بديلة للقيام بنفس المبالغ.

ومع ذلك، قد يشير فلاسفة العلم إلى أن كل إطار يرفع مفهومًا مختلفًا إلى مركز الصدارة ــ القوة، والطاقة، والتحسين ــ ويقدم تفسيرًا مختلفًا لما يحرك الحركة في الأساس. وحقيقة أن هذه الصور لا يمكن التمييز بينها عن طريق التجربة تبين أن النجاح التجريبي وحده قد لا يكون كافيا ليخبرنا أي تفسير، إن وجد، يستحق أن يطلق عليه التفسير “الحقيقي”.

ويشير هذا إلى رؤية بديلة للعلم ــ وليس مسيرة نحو نظرية واحدة نهائية، بل مجموعة أدوات من الأطر، كل منها مفيد في مواقف مختلفة. قد يتبنى الفضائيون مثل هذا النهج منذ البداية، دون أن يشعروا أبدًا بالحاجة إلى تتويج وصف واحد بأنه الحقيقة.

ماذا لو لم يشعر الفضائيون أبدًا بالحاجة إلى ممارسة الفيزياء على الإطلاق؟

وأخيرًا، تخيل أن الكائنات الفضائية تصل عن طريق فتح ثقب دودي. التكنولوجيا مذهلة. من المؤكد أنهم يمتلكون رؤى عميقة حول الجاذبية، وربما حتى الجاذبية الكمية.

ولكن ماذا لو لم يفعلوا ذلك؟

ماذا لو كانت تقنية ثني الفضاء الخاصة بهم هي نتيجة ملايين السنين من التجربة والخطأ وليس الفهم النظري؟ إنهم يعرفون كيف يبنونه وكيف يستخدمونه، ولكنهم لا يعرفون لماذا يعمل ــ وربما لا يهتمون.

وهذا يبدو غير قابل للتصديق فقط لأننا اعتدنا على النظر إلى التكنولوجيا باعتبارها نتاجاً للعلم. تاريخياً، كانت العلاقة في كثير من الأحيان تسير في الاتجاه الآخر. لقد صنع البشر الفولاذ والزجاج والمضادات الحيوية قبل وقت طويل من فهم الكيمياء أو البيولوجيا الأساسية. بنيت الكاتدرائيات قبل حساب التفاضل والتكامل.

إن الاقتران الوثيق بين العلم والتكنولوجيا الذي نعتبره أمرا مفروغا منه هو إنجاز حديث ومحدد ثقافيا.

من المغري أن نفترض أن أي نوع ذكي سيكون مدفوعًا للتساؤل “لماذا”. لكن هذا الدافع قد يعكس الحالة النفسية البشرية وليس سمة عالمية للذكاء. قد تفضل الأنواع الأخرى الموثوقية على التفسير، أو الفائدة على الفهم. وكان بوسعهم أن يبنوا تكنولوجيات غير عادية دون أن يطوروا أي شيء يمكن التعرف عليه على أنه فيزياء ــ ليس لأنهم فشلوا في اتخاذ الخطوة التالية، بل لأن هذه الخطوة لم تبدو ضرورية على الإطلاق.

هذه السيناريوهات تخمينية. لكنهم يشيرون إلى شيء يسهل نسيانه. الفيزياء هي النتيجة التراكمية للعديد من الاختيارات البشرية: حول ما يمكن اعتباره تفسيرًا، وما هي التناقضات المهمة، وما هي الأسئلة التي تستحق طرحها على الإطلاق. فهو يعكس تاريخنا وأدواتنا وقيمنا بقدر ما يعكس بنية الكون.

إدراك ذلك لا يقلل من الفيزياء. إنه يفعل العكس. كلما زاد وعينا بالافتراضات المتضمنة في نظرياتنا وأساليبنا – حول الوقت، والسببية، والحقيقة، والتفسير – كلما اكتسبنا المزيد من الحرية لإعادة التفكير فيها.