گرانش از منظر قرآن و علم
چکیده
برخی مفسران معاصر تعبیر« بِغَيْرِ عَمَدٍ تَرَوْنَها» در آیه (رعد:2) را اشاره قرآن به نیروی گرانش و نقش آن در پیدایش بنای رفیع آسمان دانسته‌اند. بررسی تفسیری آیه فوق و تطبیق آن با آخرین دستاوردهای علم فیزیک درباره چیستی نیروی گرانش نشان می دهد، آیه بر رفعت آسمانها و به همراه آن اجرام آسمانی دلالت دارد، چیزی که همواره برای بشر مشهود بوده است؛ بنابراین نمی توان آیه را از مصادیق اعجاز علمی دانست، امّا تعبیر دقیق و ظریف این آیه و آیات دیگر درباره آسمانها و ویژگی‌های آن با نظریه نسبیت عام و تعریف گرانش بنابر این نظریه سازگار است و این خود نشانه حقّانیت این کتاب است که با وجود سخن گفتن فراوان درباره آسمان و ویژگی‌های آن پس از چهارده قرن میان این سخنان و دستاوردهای علمی امروز ناهمگونی و تضادّی یافت نمی‌شود.
احتمال دیگری که در این پژوهش مطرح شد این است که چهار رکن عرش اشاره به چهار نیروی اساسی باشد که در علم فیزیک به عنوان عوامل ایجاد و بقاء جهان شناخته می‌شود.
مقدمه
برخی مفسران معاصر تعبیر« بِغَيْرِ عَمَدٍ تَرَوْنَها» در آیه «اللَّهُ الَّذِي رَفَعَ السَّماواتِ بِغَيْرِ عَمَدٍ تَرَوْنَها ثُمَّ اسْتَوى عَلَى الْعَرْشِ وَ سَخَّرَ الشَّمْسَ وَ الْقَمَرَ كُلٌّ يَجْرِي لِأَجَلٍ مُسَمًّى يُدَبِّرُ الْأَمْرَ يُفَصِّلُ الْآياتِ لَعَلَّكُمْ بِلِقاءِ رَبِّكُمْ تُوقِنُونَ (رعد:2) را اشاره قرآن به نیروی گرانش و نقش آن در پیدایش بنای رفیع آسمان دانسته‌اند. [۱][۲] مسأله این است که آیا تشبیه نیروی گرانش به ستون، بنا بر یافته‌های علم فیزیک تشبیه درستی است و اینکه آیا می‌توان از آیات دیگر قرآن اشاراتی درباره نیروی گرانش به عنوان یکی از چهار نیروی اساسی که در آفرینش آسمانها و زمین نقش داشته است، به دست آورد؟ در این مقاله پس از ارائه آخرین دستاوردهای علم فیزیک درباره چیستی گرانش، به تحلیل آیه فوق پرداخته و نظر مفسران درباره این آیه را بررسی می‌نماییم تا روشن شود که آیا این تعبیر به گرانش اشاره دارد یا خیر.
چیستی گرانش و نقش آن در پیدایش کیهان
نخستين بار نيوتن با در نظر گرفتن جاذبه به عنوان نيروِ بين اجسام، نشان داد كه جاذبه چطور در مقياس‌هاي بزرگ عمل مي‌كند. بر طبق قانون جاذبه عمومي كليه اجسام همديگر را طبق رابطه زیر جذب مي‌كنند و اين نیرو متناسب با جرم دو جسم و عکس مجذور فاصله آن دو است. به عبارت دیگر، هر چه جرم يك جسم بيشتر باشد، نيروی جاذبه آن نيز بیشتر و هرچه فاصله دو جسم بیشتر باشد، نیروی جاذبه بین آن دو کمتر خواهد بود. G ثابت جهانی است.
اینشتین دو اعتراض به قانون جهانی نیوتن وارد نمود:
- اثر این نیرو به صورت آنی ظاهر می‌شود اما همان طور که می‌دانیم بالاترین سرعت ممکن برای اجسام جرم دار، سرعت نور است.
- برای محاسبه شتاب جسم تحت تاثیر نیروی گرانش جرم خود ماده حذف می‌گردد، آیا این اتفاق تصادفی است؟
نیوتن تنها بیان کرده بود گرانش عاملی است که باعث کنش و اثر روی اجسام دیگر می‌شود. اینشتن ايده‌های نيوتن را در نظريه نسبيت عام خود اصلاح كرد و نیروی گرانش را به صورت هندسی توجیه نمود. نسبیت عام
بیان می‌کند که ماده چگونگی انحنای فضا-زمان را مشخص می‌کند و وجود ماده فضا-زمان را خم می‌کند (شکل سمت راست). برای مثال مسیر نور رسیده از یک ستاره دور دست با عبور از کنار جسم سنگین خم خواهد شد (شکل سمت چپ).
چهار نیروی بنیادی در طبیعت وجود دارد. نیروی هسته‌ای قوی، مسوول نگهداری نوکلئون‌ها (نوترون‌ها و پروتون‌ها) درون هسته؛ نیروی هسته‌ای ضعیف، باعث پایداری هسته‌ها؛ نیروی الکترومغناطیسی و نیروی گرانش. مدل استاندارد فيزيك كه بهترين چارچوب براي توصيف دنياي زيراتمي است، شامل نيروی الكترومغناطيسی و نيروهای هسته‌ای قوی و ضعيف است؛ اما نيروی جاذبه را دربر نمي‌گيرد.
نیروی گرانش ضعیف‌ترین نیرو در بین چهار نیرو است. اثر آن در مقیاس زیراتمی بسیار کوچک است اما در ابعاد کیهانی بشدت قوی می‌شود. این نیرو باعث گردش زمین به دور خورشید، نگه داشتن اجسام بر روی زمین و نگه داشتن اجزای کهکشان یعنی ستاره‌ها، ذرات غبار و گاز در کنار یکدیگر و ... می‌گردد. این نیرو همیشه جاذبه است و قابل جذب یا تبدیل شدن نیست و چیزی نمی‌تواند مانع آن شود. خصوصیت منحصر بفرد دیگر گرانش عمومیت آن است، هر ماده‌ای که جرم داشته باشد می‌تواند اجرام دیگر را جذب کند، حتی ماده‌ی بدون جرم مثل نور در عبور از کنار نیروی گرانش خم می‌شود.
در زمان پلانک 43ـ۱۰ ثانیه پس از انفجار مه‌بانگ، زمانی که زمان و مکان در جهان شروع شد چهار نیروی بنیادین با هم یکسان بودند. اما بعد از این لحظه نیروی گرانش از سه نیروی دیگر جدا شد (شکل).
نیروی گرانش باعث شد موادی که بعد از مه‌بانگ ساخته شدند، کنار یکدیگر قرار بگیرند و کهکشان‌ها و ستاره‌ها و ... را تشکیل دهند. در سه نیرو از چهار نیروی اساسی طبیعت، ذره مبادله کننده پیش بینی و کشف شده است. از نظریه میدان‌های کوانتومی وجود گراویتون پیش بینی شده، اما تا کنون مشاهده نشده است!
ذره مبادله کننده نیروی گرانش گراویتون نام دارد. اگرچه این ذره به طور مستقیم مشاهده نشده است اما بعضی از ویژگی‌های آن با توجه به ماهیت نیروی گرانش تعیین شده است. به عنوان مثال جرم آن صفر، اسپین آن دو و بار آن صفر است.
اگرچه نیروی جاذبه ابتدا توسط قوانین نیوتن و سپس نسبیت عام انیشتین به خوبی توصیف شد، با این وجود ما هنوز نمی‌دانیم چگونه خواص بنیادین جهان با هم ترکیب می‌شوند و این پدیده را ایجاد می‌کنند. قوانین نیوتن و انیشتن به ما می‌گویند که گرانش چگونه عمل می‌کند اما از منشأ پیدایش آن چیزی بیان نمی‌کنند.
اریک ورلیند[۳] از دانشگاه آمستردام هلند، رویکرد جدیدی را برای توصیف نیروی جاذبه پیشنهاد کرده است. این فیزیکدان نظری و از تئوریسین‌های برجسته نظریه ریسمان، استدلال می‌کند که جاذبه گرانشی ممکن است ناشی از جهت آرایش اطّلاعات اجسام مادی در فضا باشد. قانون اول ترموديناميك : انرژی درونی یک سیستم منزوی ثابت و پایدار است. قانون اول ترمودینامیک که به عنوان قانون بقای کار و انرژی نیز شناخته می‌شود، می‌گوید: تغییر انرژی درونی یک سیستم برابر است با مجموع گرمای داده شده به سیستم و کار انجام شده بر آن!
کارهای ورلیند، رویکرد جدیدی را برای بررسی مساله گرانش پیشنهاد می‌کند. بنابر اعتقاد وی گرانش پدیده‌ای است که از خواص بنیادین فضا و زمان ایجاد می‌شود. برای درک نگرش پیشنهادی ورلیند، مفهوم سیالیت آب را در نظر بگیرید. مولکول‌های منفرد آب هیچ سیالیتی ندارند، اما مجموعه این مولکول‌ها در کنار یکدیگر خاصیت سیالیت آب را به وجود می‌آورد. به‌طور مشابه، نیروی گرانشی جزو خواص ذاتی مواد نیست. این نیرو یک اثر اضافی فیزیکی است که از اندرکنش جرم، فضا و زمان ایجاد می‌شود. ایده وی درباره نیروی جاذبه به عنوان یک نیروی آنتروپی، بر اصل اول ترمودینامیک استوار است که در حوزه نامتعارفی از توصیف فضا-زمان که هولوگرافی نامیده می‌شود، عمل می‌کند.
هولوگرافی در فیزیک نظری، دارای اصول مشابه برچسب هولوگرام موجود بر روی اسکناس است. در این روش تصاویر سه‌بعدی در یک سطح دوبعدی جا داده شده است. مفهوم هولوگرافی در فیزیک در دهه 1970، توسعه یافت تا بتوانند خواص سیاهچاله‌ها را توصیف کنند. این کارها منجر به مفهومی شد که بر اساس آن، یک کره فرضی می‌تواند اطلاعات لازم را درباره جرم داخلش در خود ذخیره کند. در دهه 1990 میلادی پیشنهاد شد که این چارچوب می‌تواند به تمام جهان تعمیم داده شود.
ورلیند از این اصل هولوگرافیک استفاده کرد تا دریابد که برای یک جرم کوچک، در فاصله مشخصی از یک جسم بزرگ‌تر مانند یک ستاره یا سیاره چه اتفاقی می‌افتد. وی نشان داد که جابه‌جایی اندک این جسم کوچک به معنای تغییر محتوای اطلاعات یا آنتروپی در سطح هولوگرافیک فرضی بین دو جسم است. این تغییر اطلاعات با تغییرات انرژی سیستم مرتبط است.
ورلیند از اصول آماری برای درنظر گرفتن تمام حرکات ممکن جرم کوچک و تغییرات انرژی مربوط به آن استفاده کرد. وی کشف کرد که از نظر ترمودینامیکی، حرکت جسم کوچک به سمت جسم بزرگ‌تر محتمل‌تر از سایر جابه‌جایی‌ها است. این اثر را می‌توان به صورت یک نیروی خالص که هر دو جسم را به سمت یکدیگر می‌کشد، نگاه کرد. فیزیکدانان این را نیروی آنتروپی می‌نامند؛ زیرا از تغییرات محتوای اطلاعات سرچشمه می‌گیرد.