پرسش‌هایی پیرامون فرگشت- بخش پانزدهم

دیوید لیزر-تاریخچه‌ حیات، به‌عنوان فصلی از کتاب تاریخ کیهان؛ علی‌القاعده بایستی تابع قوانین بنیادین طبیعت باشد، اما وقتی جهان را در بزرگ‌ترین مقیاس ممکن‌اش در نظر بگیریم، رشد تدریجی پیچیدگی حیات زمینی، ظاهراً به یکی از قوانین بنیادین فیزیک آماری، پشت پا می‌زند.

وقتی در شیشه عطری را در اتاق‌مان باز می‌کنیم و پس از چندی به اتاق برمی‌گردیم، بوی آن همه‌جا را فراگرفته؛ ولی ممکن نیست یک ساعت بعد، تمامی عطری که در هوا پخش شده، باز در شیشه‌اش آرام بگیرد و ما دیگر هیچ بویی را حس نکنیم. اگر هوای پرشده از بوی عطر را به یک سحابی ستاره‌ای تشبیه کنیم؛ پیدایش حیات از این ابر آشوبناک و پیچیدگی فزاینده‌ی آن در طول زمان، بی‌شباهت به بازگشت مجدد عطر به شیشه نیست. البته این تشابه را نبایستی عیناً برای توصیف تناقضی که حیات پیش کشیده، به‌کار گرفت؛ چراکه طبق قانونی که چنین رفتاری را غیرمحتمل می‌شمرد، بی‌نظمی تنها در یک سامانه‌ی بسته (مثل اتاقی که هیچ ارتباطی با محیط بیرون نداشته باشد) افزایش می‌یابد و یک سحابی را نمی‌توان یک سامانه‌ی بسته به حساب آورد. اما وقتی‌که جهان را در کل درنظر بگیریم، پیچیدگی فزاینده‌ی حیات زمینی نه‌تنها پدیده‌ی نامتعارفی به‌نظر می‌رسد؛ که اصولاً می‌بایستی غیرممکن بوده باشد. اما نظریه‌ی بیگ‌بنگ، چنین تناقضی را برطرف کرده و به‌دنبالش تفاسیر تازه‌ای از مفهوم زندگی را هم از این تناقض استنباط کرده است.

پروفسور «دیوید لیزر» (David Layzer)؛ استاد بازنشسته کیهان‌شناسی دانشگاه هاروارد، در اوایل دهه 70 میلادی نشان داد که طبق قانون دوم ترمودینامیک (یعنی همان قانونی که به عطر اجازه تجمع مجدد نمی‌دهد)، هرچند «در» یک جهانِ منبسط‌شونده، «تمایل به بی‌نظمی» (یا به اصلاح دقیق‌تر فیزیکدانان: «آنتروپی») سیر صعودی دارد؛ اما از آنجا که حجم مختصات حاکی از سرعت و مکان یک ذره هم به تبع انبساط جهان افزایش می‌یابد، حداکثر آنتروپی ممکن کیهان، رشدی سریع‌تر از آنتروپی خود کیهان خواهد داشت.

او نشان داد اگر نرخ تعادل‌جویی ماده (یعنی سرعت تفرق انرژیِ جمع‌آمده در آن)، آهسته‌تر از سرعت انبساط کیهان باشد، آنگاه «آنتروپی منفی» (یعنی حاصل تفریق آنتروپی واقعی از حداکثر آنتروپی ممکن کیهان)، افزایش خواهد یافت. این آنتروپی منفی، در سال 1948 میلادی، توسط ریاضیدان آمریکایی «کلود شانون» (Claude Shannon)، به مفهوم «اطلاعات» (Information) تعمیم داده شد. لذا در این‌صورت، اطلاعات ساختاریِ کیهان باید از اطلاعات بالقوه‌اش همواره کمتر باشد.

از زمان فیزیکدانانی نظیر «جیمز کلرل مکسول» و «لودویگ بولتزمن»، فیزیکدانان و ستاره‌شناسان معتقدند که وقتی جهان متولد شد، شدیداً منظم بود و لذا محتوی اطلاعات هم بود؛ اما رفته‌رفته چنین نظمی طبق قانون دوم ترمودینامیک کاهش یافت و نهایتاً هم طبق فرشیه «لرد کلوین»، به «مرگ حرارتی» جهان خواهد انجامید. دیوید لیزر ثابت کرد که این فرضیه در یک جهانِ منبسط‌شونده اشتباه است. او دو تفسیر مختلف از مفهوم زمان را تحت عناوین «پیکان تاریخی زمان» (که جهت افزایش اطلاعات زیستی را به‌ما نشان می‌دهد) و همچنین «پیکان ترمودینامیکی زمان» (که معرف جهت زوالِ ترمودینامیکی سامانه‌های کیهانی است) را معرفی کرد. عبارت «پیکان زمان»، نخستین‌بار توسط کیهان‌شناس سرشناس انگلیسی، «سر آرتور ادینگتون» ارائه شد. لیزر، در مقاله سال 1975 خود تحت عنوان «پیکان زمان»، که در نشریه عملی Scientific American انتشار یافت؛ می‌نویسد: «… پیچیدگی جهانِ ما ظاهراً مسئله‌ای گیج‌کننده است. سامانه‌های ایزوله، لزوماً به‌سمت تعادل ترمودینامیکی پیش می‌روند (مثلاً یک استکان چای داغ، خواه‌ناخواه همیشه با محیط خود هم‌دما خواهد شد). از آنجاکه جهان هم نوعی سامانه ایزوله محسوب می‌شود؛ پس چرا به نقطه تعادل نرسیده است؟ یکی از جواب‌هایی که توسط کیهان‌شناسانِ متعددی هم مطرح می‌شود، این است که جهان، رو به تعادل دارد؛ اما هنوز بایستی زمان طی شود تا به چنین شرایطی برسد.»

«فرد هویل» و «جی.وی.نارلیکار» نوشته‌اند: «طبق نظریه بیگ‌بنگ، جهان باید از نوعی عدم تعادلِ ترمودینامیکی زاده شده باشد و باید هم به نقطه تعادل برسد.» من اما مدعی‌ام که چنین تصوری کاملاً اشتباه است. جهان، رو به تعادل ندارد؛ چراکه شرایط نخستین کیهان، کاملاً از حیث اطلاعات ریزمقیاس و بزرگ‌مقیاس، تهی بود.

فرض کنید که در دقایق نخستین عمر جهان، برخی نقاط به تعادل دمایی رسیده‌ باشند. در این‌صورت آنتروپی آن نقاط، بسته به حداکثر دما و چگالی ماده در آنجاست. مادام که جهان از این وضعیت‌ اولیه‌ منبسط می‌شود، مقادیر دما و چگالی و در نتیجه آنتروپی هم تغییر می‌کند. برای این‌که آنتروپی، در حداکثر مقدار ممکن آن بماند (تا تعادل حفظ شود)، باید نحوه توزیع انرژی تغییر کند و این، به تغییر الگوی تجمع ذرات زیر اتمی خواهد انجامید. فرآیندهای فیزیکی‌ای که میانجی‌گر این تغییرات هستند، سرعت محدودی دارند (مثلاً سرعت نور). با این حساب اگر سرعت این فرآیندها بیشتر از سرعت انبساط جهان باشد، این تعادل همچنان حفظ خواهد شد، اما اگر چنین نباشد، انبساط جهان موجب برهم‌خوردن هرگونه تعادلی خواهد شد. این برهم‌خوردگی‌ها، حامل اطلاعات هستند و مقدار این اطلاعاتی که با انبساط ایجاد شده؛ معادل اختلاف مقادیر بالعفل و بالقوه آنتروپی هر نقطه، در یک دما و چگالی متوسط است.»

لیزر، این پدیده را به شکوفایی اطلاعات تشبیه کرده و با همین استدلال هم به نزاع با جهان‌بینی جبرگرایانه‌ برخی فیزیکدانان برمی‌خیزد. او در ادامه می‌نویسد: «… حال، ما به ریشه مشترک پیکانِ تاریخی و پیکان ترمودینامیکی زمان رسیدیم: یعنی وضعیت اولیه جهان. در چنین وضعیتی، هیچ اطلاعاتی، چه از نوع بزرگ‌مقیاس (ماکروسکوپیک) و چه از نوع ریزمقیاس (میکروسکوپیک)، به چشم نمی‌خورد.(به‌عبارت دیگر، عدم قطعیت حکمفرماست) انبساط جهان از این وضعیت، هم آنتروپی را افزایش داده و اطلاعات ماکروسکوپیک را. از طرفی در سامانه‌‌های نوظهور کیهانی (نظیر ستارگان و کهکشان‌ها)، اطلاعات میکروسکوپیک، آهسته محو می‌شود و از همین‌روست که این سامانه‌ها و زیرمجموعه‌های‌شان، پیرو پیکان ترمودینامیکی زمان هستند.

چنین جهانی که با گذشت زمان، مدام در حال شکوفایی است؛ با آن جهانی که از عصر نیوتن بر افکار فیزیکدانان و ستاره‌شناسان مستولی بود، کاملاً تفاوت دارد؛ جهانی جبری که تعریف کلاسیک آن را می‌توان در این جملات «پیر سیمون دولاپلاس» یافت: «موجود هوشمندی که در یک لحظه، با همه نیروهای طبیعت و همچنین وضعیت اجسامی که تحت تأثیر چنین نیروهایی هستند، آشنا باشد؛ همه‌چیز، از جنبش گسترده‌ترین اجرام کیهانی تا کوچک‌ترین اتم‌ها را در فرمول یگانه‌ای متحد خواهد ساخت. هیچ چیزی از چشم این موجود هوشمند، مبهم و نامعلوم نیست. آینده نیز همچون گذشته پیش چشمانش خواهد بود.»

در جهانِ لاپلاس، از هیچ واقعه‌ای نمی‌توان معنای عبور زمان را استنباط کرد. برای این موجود هوشمند لاپلاس، یا خدای افلاطون، گالیله و اینشتین؛ گذشته و آینده به یک معنی است؛ همچون خط پیوسته‌ای که ما مثل نقطه دلخواهی روی آن واقع شده‌ایم. اگر نظریاتی که من در اینجا ارائه کردم، واقعاً حقیقت داشته باشند؛ حتی پیچیده‌ترین رایانه جهان (که خود جهان باشد) هم حاوی اطلاعات کافی برای تعیین وضعیت آینده‌اش نیست. وضعیتِ حال، همیشه میزبان حقیقتی تازه است و آینده هرگز قابل پیش‌بینی نخواهد بود. از آنجا که فرآیندهای زیستی، مدام در حال تولید اطلاعات هستند و از آنجاکه آگاهی‌مان، به ما امکان تجربه مستقیم چنین فرآیندهایی را داده؛ درک شهودی‌مان از جهانی که با گذشت زمان «شکوفا» می‌شود، از ژرف‌ترین ویژگی‌های فیزیکی جهان ماست.»

15 سال بعد، لیزر در کتاب «منشأ نظم در جهان»، به بسط بیشتر این نظریه پرداخته؛ و پای مباحث مرتبط با فیزیک کوانتومی را هم وسط می‌کشد. در ابتدا وی این تناقض‌ها را شرح می‌دهد: تناقض مابین سامانه‌های میکروسکوپیکِ کوانتومی، و سامانه‌های ماکروسکوپیکِ کیهانی؛ تناقض مابین نظریات ترمودینامیکی حوزه ماکروفیزیک با کیهان‌شناسی؛ تناقض مابین عدم قطعیت با نقض دانسته‌های انسانی و سرانجام تناقض مابین جهان‌بینی انفعالی لاپلاس با تجربیات فعالانه انسان در ایجاد تغییر.

تناقضات

رابطه بین فیزیک کوانتوم، که به توصیف جهان نادیده ذرات زیراتمی و فعل و انفعالات مابین‌شان می‌پردازد، با فیزیکِ ماکروسکوپیک که توصیف‌گر جهانی با تجربیات روزمره است، از زمان پیدایش فیزیک کوانتومی در سال 1925، حیرت فیزیکدانان را برانگیخته است. فیزیک کوانتوم، به‌عنوان پیوستاری از قوانین ریاضی، دایره اختیارات قوانین فیزیک ماکروسکوپیک را محدود می‌کند. با این‌حال، هردوی‌شان پیش‌بینی‌های مشابهی را در حوزه عملکرد خود دارند و فیزیک کوانتوم به همان اندازه در توصیف رفتار و ساختار مولکول‌ها، اتم‌ها و ذرات زیراتمی موفق ظاهر شده که فیزیک ماکروسکوپیک این قوانین را در قلمرو مقیاس‌های گسترده‌تر آن، به‌کار می‌بندد.

با این وجود از نقطه نظر دیگری می‌توان گفت که قوانین فیزیک ماکروسکوپیک، ریشه‌ای‌تر از فیزیک کوانتوم است. قوانین فیزیک کوانتوم، صریحاً محصول محاسبه [و نه تجربیات ما] است، اما هر محاسبه‌ای، لزوماً باید حداقل نشانی در جهان تجربیات‌مان هم برجا بنهد: دست کم باید در دفترچه‌ یادداشت‌های دانشمندان ثبت شود. از این‌رو به‌نظر می‌رسد که فیزیک کوانتوم، خودش آبستن نوعی محدودیت است که همان مشاهدات ماکروسکوپیک باشد. همین مسئله، محور تناقض‌هایی است که همیشه در ملاقات این دو شاخه‌ از فیزیک با هم، بروز پیدا می‌کند.

ارتباط بین فیزیک ماکروسکوپیک و کیهان‌شناسی هم به همین شکل حیرت‌آور است. محوری‌ترین قانون فیزیک ماکروسکوپیک- یعنی قانون دوم ترمودینامیک- را کسانی که کشف‌اش کردند، خوب می‌شناختند و امروزه هم اکثر دانشمندان آن را فهمیده‌اند؛ قانونی که می‌گوید جهان قاعدتاً رو به زوال است؛ یعنی نظم، به آشوب بدل می‌شود. چگونه می‌توان چنین قانونی را با جهان منظم‌مان تطبیق داد؟ برخی دانشمندان معتقدند که راه حل تناقض را یافته‌اند: از آنجاکه طبق قانون دوم ترمودینامیک، جهان بایستی رو به زوال نهد، پس در آغاز آنچنان منظم بوده که تدریجاً امروزه به چنین وضعیتی رسیده است، اما چنین روشی ما را از چاله به چاه می‌اندازد؛ چراکه کیهان‌شناسی نوین، قویاً حاکی از این حقیقت است که جهان به‌هنگام تشکیل کاملاً نامنظم‌ و تابع نوعی عدم قطعیت بوده است.

فرگشت کیهانی و فرگشت زیستی، هر دو حاکی از شکوفایی‌ نظم‌ هستند، اما تعبیراتی که فیزیک جدید و زیست‌شناسی جدید از دو مفهوم زمان و تغییر ارائه می‌دهند؛ از اساس با هم اختلاف دارد. فیزیک به ما یاد داده که کلیه پدیده‌های طبیعی، تابع قوانینی‌اند که هر رخداد فیزیکی را به رخدادهای پیش و پس از آن رخداد ارتباط می‌دهد. تصورش را بکنید که همگی رخدادهای گذشته و آینده در یک حلقه فیلم طولانی ثبت شود. اگر ما همه قوانین فیزیک را بدانیم، از روی یک فریم هم می‌توانیم همه فیلم را بازسازی کنیم و اصولاً هم هیچ چیزی مانع ما در کسب دانش کافی از طریق یک فریم، محسوب نمی‌شود. چنین تعبیری خصوصاً در افکار یکی از نامدارترین پیروان نیوتن، یعنی ریاضیدان و اخترشناس فرانسوی، «پیر سیمون دولاپلاس» و حتی در افکار «آلبرت اینشتین» هم دیده می‌شود.

اکثر فیزیکدانان معاصر احتمالاً با لاپلاس و اینشتین هم‌عقیده‌اند. جهانی که آنان بررسی‌اش می‌کنند، یک جهان سربسته متشکل از شبکه‌ای چهاربعدی از رخدادهای به‌هم‌پیوسته است که زمان هم بعد چهارم‌اش محسوب می‌شود. در این جهان، هیچ لحظه‌ای از زمان را نمی‌توان «حالا» نامید. برای «موجود هوشمند» لاپلاس، گذشته و آینده معنای مستقلی ندارند. چگونه حیات، به‌عنوان یک رخداد طبیعی در این جهان‌بینی می‌گنجد؟

یک نئولاپلاسی شاید بگوید: موجودات زنده، تجمعاتی از مولکول‌ها هستند که حرکت می‌کنند و طبق برخی قوانینی که بر مولکول‌های اجسام بی‌جان هم حکمرانی می‌کنند، این مولکول‌ها هم با همدیگر و با محیط پیرامون‌شان در ارتباط هستند. ابررایانه‌ای که توصیف کاملی از اطلاعات میکروسکوپیک سیاره زمین را در اختیار داشته باشد، قادر به پیش‌بینی آینده حیات و استنباط گذشته‌اش است. وضعیت کنونی زیست‌کره زمین، وضعیتی‌ست که بر سوپی از جنس مولکول‌های ارگانیک که نخستین مولکول‌های تقسیم‌شونده را شکل داده، مستولی شده است و همین وضعیت حاکی از جزئیات زندگی امروزی‌مان هم است.

اما اگر اعتقاد دارید که ماده جاندار از همان قوانینی که بر ماده بی‌جان حاکم است پیروی می‌کند؛ زیست‌شناسانِ معاصر این ایده را بیش از اندازه جبری می‌دانند و آن را نمی‌پسندند. اینجاست که به دو مفهوم کلیدیِ فرآیندهای فرگشتی توصیف‌شده توسط زیست‌شناسان معاصرمان برمی‌خوریم: تصادف و خلاقیت.

تصادف، یکی از خصایص بنیادین فرآیند زاد و ولد است. تقریباً در همه جوامع زیستی و در هر نسلی، ژن‌های جدید و ترکیبات جدیدِ حاصل از این ژن‌ها ظهور می‌کند. تکثیر، چه به‌شکل جنسی باشد و چه به‌شکل تقسیمی، متضمن کپی‌برداری از ماده‌ی زیستی (یعنی DNA) است. فرآیند کپی‌برداری، در همه موجودات زنده امروزی به‌شکل حیرت‌انگیزی دقیق است؛ اما کامل نیست. گهگاه اشتباهاتی رخ می‌دهد و این‌ها کاملاً تصادفی است. در جوامعی که به‌شکل جنسی زاد و ولد می‌کنند، نوع دیگری از تصادف هم به چشم می‌خورد: مواد ژنتیکی هر فرد، آمیزشی تصادفی از سهم هریک از والدین است.

عامل خلاقانه فرگشت زیستی هم «انتخاب طبیعی» است؛ یعنی تمایل تغییرات ژنتیکی به حالاتی که متضمن ترویج بقا و زادآوری در میان یک جمعیتِ زنده باشد و همچنین دوری از تغییراتی که موجب زوال بقا و زاد و ولدِ اعضای جامعه شوند. انتخاب طبیعی، با مواد خامی که از طریق تنوع ژنتیکی در اختیارش قرار گرفته، دست به تولید سازه‌ها و رفتارهای جدیدی می‌زند.

یک فیزیکدانِ معمولی ممکن است بگوید که تصادف ظاهریِ حاکم بر تنوع ژنتیکی، صرفاً محصول محدودیت دانسته‌های ماست؛ چراکه ما نمی‌توانیم ارتباط میان پیچیدگی بیش از حد و فرآیندهای علت و معلولی تعیین‌کننده‌‌شان را بفهمیم. لذا این فیزیکدان، مفهوم انتخاب طبیعی را صرفاً از حیث استعاری‌اش «خلاقانه» می‌داند. از این نقطه‌نظر، فرگشت صرفاً نشان‌دهنده همان ارتباطات منظمی‌ست که در سوپ اولیه حیات هم می‌شد آن را دید.

تفاوت بنیادین دیگری هم میان برداشت‌ فیزیکدانان و زیست‌شناسان از «واقعیت» وجود دارد: تصور یک فیزیکدان از مفهوم واقعیت را به‌‌سختی می‌توان با تجربیات درونی یک انسان سازش داد. هیچ چیز در این جهان‌بینی نئولاپلاسی، به وجه محوریِ تجربیات انسان، که همان گذشت زمان باشد؛ اشاره ندارد. شاید ما انسان‌ها بیننده‌ی بخشی از فیلم طبیعت باشیم؛ اما موجود هوشمند لاپلاس، آن را به‌تمامی می‌بیند. به‌عبارت دیگر، هیچ چیزی در این جهانِ جبری، به آن وجه از واقعیت که یونانیان باستان، به آن «شدن»- در برابر «بودن»- می‌گفتند، اشاره ندارد. جهانی که یک فیزیکدانِ امروزی می‌بیند، نسخه گسترده‌تر همان جهان بی‌نقص و مرده‌ای‌ست که که ما در کتاب «اصول» اقلیدس به آن برمی‌خوریم؛ جهانی که کتاب اصول هم از دستاوردهای ناگزیرش به‌شمار می‌رود. یک زیست‌شناس اما جهان را با دیدگاه کاملاً متفاوتی می‌بیند. مفهوم حیات، آنگونه که ما تجربه‌اش می‌کنیم؛ محصول خلاقیت و تصادف است.

اما فرق بین بودن و شدن در چیست؟ آیا آینده هم به همان ثبات و تغییرناپذیریِ گذشته است؟ تصادف چیست؟ این سؤالات، میهمان دائمی دایره مباحثات فلاسفه‌ بوده است. حال بیایید این مسائل را در سه سؤالِ کلی مطرح کنیم:

۱- آیا همه‌ی فرآیندهایی که تابع قوانین طبیعت‌ هستند، دستاورهای مقدری دارند؟
۲- وقتی‌ می‌گوییم که یک فرآیندِ فیزیکی، خلاق است و دستاورهایش را خلق می‌کند، به چه معنی‌ست؟
۳- چگونه چنین خلاقیتی را می‌توان با مسئله‌ اختیار ارتباط داد؟

جواب سئوال اول: دستاوردها، محصول شرایط اولیه هستند. پس تا جایی‌که شرایط اولیه مبهم باشد، دستاورهای یک فرآیند فیزیکی هم در هاله‌ای از ابهام است.

جواب سئوال دوم: نظریه‌ای که واقعیتِ فرگشت را در گستره کیهان مدنظر قرار می‌دهد، مستلزم شرایط اولیه است. ساده‌ترین نمونه‌اش هم اینکه جهان، از وضعیتی که در آن عدم قطعیت حکمفرما بود، انبساط پیدا کرد؛ وضعیتی که هیچ نظمی در آن دیده نمی‌شد. از این نقطه‌نظر است که ما مفهوم «اصل قویِ کیهان‌شناختی» (Strong Cosmological Principle) را استنباط می‌کنیم. طبق این اصل، هیچکدام از قوانین کنونی فیزیک، بین هیچ نقطه‌ای از فضا یا دستورالعمل‌های متفاوت حاکم بر این نقطه، تبعیض قائل نمی‌شوند. این اصل (که تعمیم‌یافته مفهوم آزموده «اصل کیهان‌شناختی» به‌شمار می‌رود و ما پیشتر در مقاله «در چیستی علیت» به تشریح آن پرداختیم) نشان می‌دهد که فرآیندهای فیزیکی، هرگز به‌شکل تبعیض‌آمیزی دست به تولید اطلاعات نمی‌زنند. پس اگر هیچ اطلاعاتی در کار نباشد که بتوان از طریق‌اش در یک لحظه اختلافی در جایگاه و دستورالعمل حاکم بر نقاط مختلف فضا را دید؛ پس برای همیشه هم این اختلاف دیده نخواهد شد. کوتاه گفته باشم، اگر اصل قویِ کیهان‌شناختی برای یک لحظه از عمر کیهان هم صدق کرده باشد؛ برای همیشه صدق خواهد کرد. پس اگر جهان از وضعیتی که مطلقاً در سیطره تصادف بود انبساط یافته؛ پس این نظم‌اش از کجا آمده است؟ پیش از آن‌که به چنین پرسشی پاسخ دهیم، ابتدا بایستی با مفهوم نظم آشنا شویم.

دو مفهوم اصلی لازم برای فرمول‌بندی یک تعریفِ کافی از مفهوم نظم، توسط فیزیکدان اتریشی، به‌نام «لودویگ بولتزمن» ارائه شد. نخستین مفهوم، تفاوت بین اوضاع میکروسکوپیک، و ماکروسکوپیک یک سامانه است. اوضاع ماکروسکوپیک، تجمعی از اوضاع میکروسکوپیک هستند که تنها با قوانین آماری‌ می‌توان توصیف‌شان کرد. مثلاً اوضاع میکروسکوپیک یک گاز را می‌توان از اوضاع ماکروسکوپیک‌اش که توسط کمیت‌هایی چون چگالی، دما و ترکیب شیمیایی تعیین می‌شوند، استنباط کرد. مفهوم دومی که بولتزمن ارائه داد، تشخیص میزان بی‌نظمی یا «آنتروپی» یک وضعیتِ ماکروسکوپیک، از روی لگاریتم تعداد اوضاع میکروسکوپیک‌اش بود.

جهت تکمیل تعریف بولتزمن از مفهوم بی‌نظمی، ما «نظم» یا «اطلاعات موجود در یک وضعیت ماکروسکوپیک» را به‌صورت اختلاف موجود بین بی‌نظمی بالقوه (یا بیشترین آنتروپی ممکن)، و بی‌نظمی واقعی یک وضعیت تعریف می‌کنیم. از این‌رو وقتی‌که یک سامانه ماکروسکوپیک در آنتروپی بالقوه‌اش باشد، هیچ نظمی ندارد و وقتی‌ هم که یک سامانه میکروسکوپیک کاملاً منظم باشد، آنتروپی‌اش صفر است. طبق این تعاریف، یک سامانه فیزیکی که فاصله زیادی تا وضعیت تعادل ترمودینامیکی‌اش دارد، کاملاً منظم محسوب می‌شود.

این تعاریف از بی‌نظمی و نظم، از آن جهت حائز اهمیت‌اند که به اِدراکات شهودیِ دانشمندانی که با گستره‌ای وسیع از مفاهیم علمی طرف‌اند، دقت و ظرافتِ یک فرمولِ فیزیکی را می‌بخشد. بولتزمن، خودش اثبات کرد که تحت شرایطی ویژه، بی‌نظمی فعل و انفعالات مولکولی گازی که هنوز حداکثر آنتروپی‌اش را تجربه نکرده، مدام در حال افزایش است.

فرآیندهای اخترشناختی و زیست‌شناختی‌ تولید نظم، عملاً فرآیندهایی ناگسستنی هستند. هرکدام‌شان نیازمند شرایط اولیه‌ای‌ست که از گذشته نشئت می‌گیرد. مثلاً تولد نخستین ارگانیسم‌هایی که قابلیت تکثیر پیدا کردند، نیازمند محیطی با سطح انرژیِ بالا، سازه‌های پیچیده مولکولی و کاتالیزورهای شیمیایی مطلوب بود. سطح بالای انرژی، مستقیماً و یا غیرمستقیم، محصول انرژی خورشید است که طی واکنش‌های همجوشی هیدروژن در اعماق این ستاره تولید می‌شود. برای اینکه بفهمیم چرا هیدروژن اینقدر در حهان‌مان فراوان است، بایستی به سپیده‌دم تاریخ هستی برگردیم؛ زمانی‌که ترکیب شیمیایی اولیه کیهان، محصول فعل و انفعالات متقابل واکنش‌های هسته‌ای و انبساط جهان بود. از هیدروژن هم که بگذریم، اتم‌های سازنده بیومولکول‌ها (علی‌الخصوص کربن، اکسیژن و نیتروژن)، حین انفجارهای مهیب ستارگانِ سنگین‌وزن ایجاد شده‌اند. و نهایتاً پیدایش یک محیط مطلوب برای نمو حیات، محصول فرآیندهای زمین‌شناختی مرتبط با تشکیل زمین است که هنوز نظریه فراگیری در این‌باره در اختیارمان نیست.

هرچند برخی فرآیندهای خاصی که ره به تولید نظم می‌برند، هنوز در حد فرضیه هستند؛ اما اصول کلی حاکم بر پیدایش نظم از اوضاع آشوبناک اولیه کیهان، نظریه‌ای تضمین‌شده است. خصوصاً این‌که حال ما می‌دانیم که چرا برخلاف قانون دوم ترمودینامیک، جهان رو به زوال ندارد. این قانون می‌گوید که کلیه فرآیندهای طبیعی، رو به بی‌نظمی دارند. در یک سامانه بسته، رشدِ بی‌نظمی ناچاراً به زوال نظم می‌انجامد؛ چراکه حاصل‌جمع تصادف و نظم، کمیت ثابتی [موسوم به ثابت بولتزمن] است.

اما جهان، یک سامانه بسته نیست؛ چراکه در حال انبساط است و از این‌رو مجموع تصادف و نظم، عدد ثابتی نیست و با گذشت زمان افزایش می‌یابد. از این‌رو شکافی بین بی‌نظمی کنونی کیهان و حداکثر بی‌نظمی ممکن‌اش سر باز می‌کند. این شکاف، نوعی نظم است. نظم شیمیایی زمانی ظهور می‌کند که سرعت تطبیق واکنش‌های موازنه‌شده شیمیایی، هرگز به پای انبساط جهان نرسد. نظم ساختاری (که در سازه‌های کیهانی مشهود است) هم زمانی ظهور می‌کند که وضعیتِ یکنواخت یک محیط منبسط‌شونده، دچار ناپایداری شود.

وقتی‌که طبق اصل عدم قطعیت، تصادف را یکی از خواص عینی کیهان بدانیم؛ اصل قوی کیهان‌شناختی هم به تنوع زمانی نظم، جامه‌ای از عینیت می‌پوشاند و موجب کاهش نقش تصادف می‌شود. در تصویر جهانِ بی‌اندازه دقیقی که در نظر موجود هوشمند لاپلاس وجود دارد؛ هیچ نظم ماکروسکوپیکی‌ای دیده نمی‌شود. این موجود، یک دانشمند نادان است. می‌داند که یک ذره چه سرعتی دارد و در کجا واقع شده؛ اما از آنجا که دریای دانش‌اش انعطاف‌ناپذیر است، هیچ اطلاعی از ستاره‌ها، کهکشان‌ها، گیاهان، جانوران و یا ذهن انسان ندارد.

در اینجا من نشان دادم جهانی که تحت سلطه قوانین علمی‌ست، اساساً از جهان لاپلاس و اینشتین، که فضا و زمان (یا فضا-زمان) را مطلق تصور می‌کنند؛ متفاوت است. این جهان، همانگونه که «بوده»، در حال «شدن» هم هست؛ جهانی که نظم را از آشوب اولیه‌‌ی خود شکوفا کرد و سازه‌های منظمی [همچون ستارگان و کهکشان‌ها] را شکل داد. فرآیندهایی که به تولید نظم انجامیده‌اند و همچنان تولیدش می‌کنند، تابع قوانین تغییرناپذیر همین جهان هستند. اما از آنجاکه خودشان دست به تولید اطلاعات می‌زنند؛ استنباط دستاوردهایشان از روی شرایط اولیه، ناممکن است.

فرآیندهای خلاقانه

تمامی فرآیندهایی که به تولید نظم می‌انجامد را می‌توان خلاقانه نامید؛ اما برخی از آن‌ها بیشتر مستحق این اصطلاح هستند. مثلاً تحول نظم شیمیایی در جهانِ نخستین، کمتر از تحول نظم زیستی زمین، خلاقانه به‌شمار می‌رفته. برای درک بهتر این اختلاف، بیایید تحول یک خوشه از ستارگان را با فرگشت یک جامعه‌ی زیستی مقایسه کنیم.

فرض کنید که یک توصیف آماری از وضعیت اولیه خوشه به ما داده می‌شود و از ما خواسته می‌شود که نحوه تحول‌ آن را محاسبه کنیم. ما برای انجام چنین محاسبه‌ای، نیازمند مکان و سرعت اولیه هرکدام از ستارگانِ حاضر در این خوشه هستیم. چنین کاری را می‌شود از طرق گوناگونی به‌ثمر رساند و تحول مسیر هرکدام از ستارگان را به‌دست آورد. اما اگر تعدادشان زیاد باشد؛ احتمال وقوع یک حالت خاص، بیشتر می‌شود؛ چراکه هر ستاره به نیروی جاذبه مجموع دیگر ستارگان پاسخ می‌دهد و این نیروی مجموع، نسبت به نوسانات آماریِ وضعیت اولیه‌ی خوشه کمتر حساس است (کسانی که با مفاهیم نجومی آشنایی دارند، می‌دانند که خوشه‌های خلوت‌تر ستاره‌ای که با «خوشه‌های باز» مشهورند، اَشکال متنوعی دارند؛ حال‌آنکه خوشه‌های پرجمعیتی که اصطلاحاً «خوشه‌های کروی» نامیده می‌شوند، همانگونه که از نامشان پیداست، همگی مثل یک دایره‌ی مه‌آلوده دیده می‌شوند).

حال، یک جامعه زیستی را تصور کنید و فرض کنید هرچیزی که می‌توان اصولاً درباره وضعیت اولیه یک جمعیت دانست، از قبیل ساختار ژنتیکی همه اعضا را می‌دانیم. ضمناً فرض کنید که ما توان شبیه‌سازی کلیه فرآیندهای تحولی چنین جامعه‌ای را با یک ابررایانه هم داریم. آیا می‌توان گفت که چه ساختارهای ژنتیکی‌ای را با گذشت زمان در این جامعه می‌توان دید؟

خیر؛ دست‌کم برای جامعه‌ای که تحت تأثیر تغییرات چشمگیر فرگشتی است. دلیلش هم این است که دستاوردهای فرگشتی، تابع برخی دگرگونی‌های تصادفی در ساختار ژنتیکی هستند که ما به آن «جهش» می‌گوییم (رجوع کنید به مقاله «در کوره‌راه تصادف»). فرض کنید که می‌توان یکایکِ دستاورهای ناشی از هر جهشی را دانست و احتمال وقوع‌شان را هم تعیین کرد. ما اصولاً از آن پس باید بتوانیم یک توصیف آماریِ کامل از این جامعه تحول‌یابنده ارائه کنیم. این توصیف، دربرگیرنده بخش اعظمی از حالات کیفی و مسیرهای چندگانه‌ای خواهد بود که سهم هرکدام‌شان از احتمالِ حقیقی شدن، فوق‌العاده کم است. پس اطلاعات بسیاری اندکی را می‌توان از سرنوشت یک جامعه ارائه داد. پیش‌بینی نتیجه یک مسابقه‌ی اسب‌دوانی که در آن احتمال پیروزی هر شرکت‌کننده فوق‌العاده اندک، و تقریباً برابر با رقبایش باشد؛ طبیعتاً امکان‌پذیر نیست.

از این‌رو فرگشت زیستی، نه‌تنها نظم و اطلاعات را «تولید» می‌کند؛ که چنین کاری را علی‌القاعده از روش‌های پیش‌بینی‌ناپذیر انجام می‌دهد. من معتقدم که این مسئله، اساس هر فرآیند خلاقانه‌ای را شکل می‌دهد. پس یک فرآیند خلاقانه، نه‌تنها نظم تولید می‌کند؛ بلکه آن را به طریقی کاملاً پیش‌بینی‌ناپذیری به‌ثمر می‌رساند. پس جواب سئوال سوم این می‌شود:

فعالیت خلاقانه انسان، به همان دلایلی که فرگشت زیستی را نمی‌توان پیش‌بینی نمود؛ یک فرآیند پیش‌بینی‌ناپذیر به‌شمار می‌رود. جهان، چیزی بیشتر از مجموعه درهمی از ذرات زیراتمی تابع یک دسته قوانین ریاضی‌ست. نظم و همچنین فرآیندهایی که نظم را شکل می‌دهند هم جزئی از جهان را شامل می‌شوند. فرگشت زیستی، فرهنگی و همچنین حیات هر انسان، نه‌تنها ثمربخش‌ترین سرچشمه‌ی نظم در جهان‌ ماست؛ بلکه همگی‌شان خلاقانه عمل می‌کنند. از این‌رو آینده جهان، غیرقابل پیش‌بینی است.

نظم و فیزیک کوانتوم

اینشتین اعتقاد داشت که قوانین نظریه‌ کوانتوم، بیشتر درباره مجموعه‌هاست تا سامانه‌‌های منفرد؛ چراکه به‌گفته او، یک سامانه منفرد، تابع قوانینی‌ست که هنوز کشف نشده‌اند. اما من معتقدم از آنجاکه یک واقعیت کامل فیزیکی، تنها به مجموعه‌ها اشاره دارد، قوانین کوانتومی بیشتر معطوف به مجموعه‌هاست تا سامانه‌‌های منفرد. کوچکترین جزئی شناخته‌شده جهان، خودش یک مجموعه است. اگر اعضای چنین مجموعه‌ای در اوضاع میکروسکوپیک مشابهی واقع شده باشند، می‌شود آن‌ها را سامانه‌های منفرد فرض کرد. اما از آنجاکه شناختن سامانه‌های کوانتومی، بدون استفاده از ابزارهای محاسباتی (که خودشان سامانه‌های ماکروسکوپیک محسوب می‌شوند) غیرممکن است؛ پس در اینجا هم ما به همان تناقض مابین فیزیک کوانتومی و فیزیکِ ماکروسکوپیک برمی‌خوریم.

اما آیا این مجموعه‌های مبهمی که صحبت‌اش را می‌کنیم و معتقدیم که قوانین کوانتومی بر آن‌ها حاکم‌ است، اصلاً وجود خارجی دارند؟ آیا طبق اصل قویِ کیهان‌شناختی، نباید گفت که جایی دیگر از این دنیا، خورشیدی شبیه به خورشید ما، با سیاره‌ای مثل زمین ما وجود دارد و در آن سیاره، شخصی دقیقاً عین ما نشسته که به مقاله‌ای دقیقاً نظیر این، چشم دوخته؟ البته اگر چنین باشد، این زمین‌ها و ساکنان‌شان، توزیع فوق‌العاده پراکنده‌‌ای در جهان دارند. هرچند خودم برآوردهایی داشته‌ام؛ اما مطمئنم که نزدیک‌ترین‌هاشان، آن‌قدر از ما دورند که قاعدتاً از دورترین کهکشانی که ما قدر به تماشایش هستیم هم دورترند. حال آیا کلاً این فرضیه، نتیجه اجتناب‌ناپذیر اصل قویِ کیهان‌شناختی نیست؟

من که چنین فکر می‌کنم. اصل قویِ کیهان‌شناختی، برای جهان ما نسخه نمی‌پیچد؛ بلکه قدرت پیشگویانه قوانین فیزیکی را شدیداً محدود می‌کند. همه آنچه که می‌توان دانست و پیش‌بینی کرد، فقط وجه آماری دارند. پیشگویی‌های آماری هم همه ویژگی‌های یک سامانه‌ که از بی‌نهایت مجموعه تشکیل شده را نسخه‌پیچی نمی‌کنند … احتمال وقوع هر کدام از این پیش‌بینی‌ها، کسری معادل 1 تقسیم بر تمامی امکان‌های وقوع چنین رخدادی در مجموعه‌ای بی‌نهایت از حالات منفرد است.

این تفسیر از نظریه کوانتوم را از برخی جهات می‌توان شبیه به تفسیر «جهان‌های چندگانه‌ی» (Many-Worlds Interpretation) است که در سال 1957، توسط «هوگ اورت» (Hugh Everett) ارائه شد، دانست. او در تز دکترای خود که به سرپرستی «جان ویلر» ارائه شد، فرضیه‌ای را مطرح ساخت که طبق آن، به تعداد احتمالاتی که یک فرآیندِ کوانتومی می‌تواند به‌وقوع بپیوندد، یک جهانِ مجزا وجود دارد که در آن، احتمالِ مزبور حالت حقیقی به‌خود گرفته است. در یک دسته از این جهان‌ها گربه‌ شرودینگر زنده است و در دسته‌ای دیگر مرده است. طبق این تفسیر، نظریه کوانتوم نه به بررسی سامانه منفرد می‌پردازد و نه اجتماعاتی از این سامانه‌ها. بلکه به توصیف جهان‌هایی می‌پردازد که هرکدام‌شان در هر لحظه به چندین جهان دیگر انشعاب پیدا می‌کنند. تمامی این جهان‌ها، به‌همان اندازه حقیقی‌اند که جهان ما حقیقی می‌نماید؛ اما ما قابلیت دسترسی به هیچکدام‌شان را نداریم (چون گربه‌ی شرودینگر برای ما بایستی یا مرده باشد یا زنده).

طبق تفسیر جهان‌های چندگانه، احتمال بروز به‌دست آمدن یک نتیجه‌ خاص از هر محاسبه‌ای که صورت می‌دهیم، معادل 1 تقسیم بر تعداد جهان‌های موازی‌ای است که میزبان چنین نتیجه‌ای هستند. از آنجایی هم که مقدار این احتمال قاعدتاً باید عددی مابین صفر (یعنی غیرممکن) تا 1 (یعنی حتمی) باشد؛ پس تعداد این جهان‌های موازی هم بی‌نهایت است.

این تفسیر، حاوی دو خصوصیت جذابِ مربوط به تفسیر متکی بر اصل قویِ کیهان‌شناختی است. اول آنکه تناقض مابین محاسبات ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک را برطرف می‌کند. و دوم آنکه به‌جای ارائه یک فرضیه‌ی خشک و خالی، قانون محکمی برای محاسبه تمامی نتایج احتمالی آزمایشات‌مان را ارائه می‌کند. اگر فیزیک کوانتوم، مجموعه‌های متشکل از سامانه‌های منفرد را چنان توصیف کرده که تمامی‌شان تابع اصل قویِ کیهان‌شناختی هستند؛ پس دیگر نیازی به درنظرگرفتن جهان‌های جبری و بی‌شمار حاصل از احتملات گوناگون نیست؛ چراکه با اتحاد اصل قویِ کیهان‌شناختی و تفسیر جهان‌های چندگانه از مکانیک کوانتومی، نتیجه این می‌شود که هر محاسبه‌ای از وضعیت یک سامانه انجام دهیم، نتایج مشخص، اما «غیرقابل پیش‌بینی‌ای» دارند و احتمال وقوع هر رویدادی هم با همان قانون تعیین می‌شود.

لیزر، با استناد به تفسیر چندجهانی مکانیک کوانتومی و بی‌آنکه خودش را صرفاً به‌همین تفسیر محدود کند؛ با استفاده از اصل قویِ کیهان‌شناختی، ابتدا جهان را متشکل از چند ریزجهانِ حباب‌مانند می‌داند که در آن‌ها همه‌چیز جبری است. اما وقتی‌که این ریزجهان‌ها را در جهانِ واحد خودمان حل کنیم، طبق اصل قوی کیهان‌شناختی هیچ چیزی جبری نخواهد شد. او با استناد به این نکته که ما نمی‌دانیم در کدامین ریزجهانِ فرضی واقع شده‌ایم، نتیجه می‌گیرد که آینده غیرقابل پیش‌بینی است؛ به همان ترتیبی که وضعیت کنونی‌مان هم محصول رخدادهای جبریِ گذشته نیست.

لذا قوانین جهان همچون قالبی واحدی عمل می‌کنند که دستاوردهای پیش‌بینی‌ناپذیری از هر وضعیت اولیه را به‌دست می‌دهند. این پیش‌بینی‌ناپذیری، محصول اختلاف آنتروپی بالقوه و بالفعل جهان ماست، که نظم اعجاب‌آور جهان‌مان را موجب شده است. از این‌رو نقش اختیار انسان در تعیین آینده‌ی پیش‌بینی‌ناپذیر پیش‌ رویش، جزئی از رفتار ذاتی همان جهانی‌ست که خورشید، زمین، حیات و نهایتاً انسان‌ها را به‌وجود آورده است.

در همین زمینه:

۱۴- کژفهمی‌های یک انفجار
۱۳- علیت: از فلسفه تا علم
۱۲- در چیستی علیت
۱۱- فرگشت و درآمدی بر آشتی دین و دانش
۱۰- در انکارناپذیریِ فرگشت
۹- بقای سازگارترین گونه، دقیقاً به چه معناست؟
۸- همه‌چیز به داروین ختم می‌شود؟
۷- فرگشت اساساً تصادفی‌ست؟
۶-  فرگشت آیا تا ابد به پیش خواهد رفت؟
۵- فرگشت، خودکشی هم می‌کند
۴- آیا فرگشت، صرفاً گونه‌هایی که بیشترین تطابق با محیط را دارند ایجاد می‌کند؟
۳- آیا انتخاب طبیعی، موجب رشد پیچیدگی می‌شود؟
۲-  آیا انتخاب طبیعی، تنها مسیر پیش روی فرگشت است؟
۱- آیا همه‌چیز، همان سازگاری‌ست؟

منبع: 

.Scientific American – December 1975-
.Oxford University Press (1991) Cosmogenesis: The Growth of Order in the Universe –
 

توضیح تصویر:
پیکان تاریخی زمان. پیدایش انسان و نقش او در تعیین سرنوشت‌اش، از قوانین متقن فیزیک نتیجه می‌شود / منبع: The Unifying Concept for Astrobiology – E. Chaisson – International Journal of Astrobiology 2 (2) : 91–101 (2003)