علم رویکردی نظام‌مند و منطقی‌ برای فهمیدن جهان است و هدف آن برقرار کردن رابطه ثابت بین پدیده‌ها است. انسان اولیه نیز برای غلبه کردن بر طبیعت به شناخت پدیده‌های پیرامون خود پرداخت. او با شنیدن صدای رعد و دیدن برق که همراه‌با باران شدید و احتمالا جاری شدن سیل همراه بود، لحظه‌های پراضطرابی را سپری کرد و می‌اندیشید که این حوادث چه زمانی متوقف می‌شود و اصولا علت وقوع چنین حوادثی چیست؟  در تفسیر جهان و در فقدان علم و روش علمی، اسطوره‌ها و خدایان این بار را به دوش می کشیده‌اند و هر رویدادی به خشم یا خشنودی خدایان و ارواح نسبت داده می‌شد.

خدای دریا، خدای طوفان، خدای حاصلخیزی، خدای جنگ و… هر کدام مدیریت بخشی از جهان را بر عهده داشتند. تاریخ نشان داده است که انسان اولیه چنین پدیده‌هایی را به خداها، شیاطین و سایر عوامل ناشناخته نسبت می‌داد. قصه‌های اساطیری پر از خدایان و الهه‌هایی است که ظاهرا نقش مهمی در زندگی انسان‌های تاریخ باستان داشته‌اند. اما با پیشرفت روش علمی و پاسخ تدریجی به سؤال «علم چیست»، به مرور جواب‌های منطقی برای هر پدیده‌ای یافتیم و همچنان خواهیم یافت. طبیعت از دیدگاه اجداد انسانی ما دو چهره‌ی کاملا متفاوت داشت؛ حاصلخیزی و باران، طوفان و طغیان رودخانه‌ها، صاعقه، خشکسالی و فوران خاکستر آتشفشان‌ها.

انسان‌های اولیه جهان را به‌عنوان عرصه‌ی جدال ارواح و خدایان یا واجد یک روح انسانی تصور می‌کردند که گاهی مهربان و شفیق و گاهی خشمگین و عصبانی می‌شد. اجداد انسانی ما با این تخیل می‌توانستند رفتار متناقض طبیعت را از دیدگاه خود توجیه کنند. آن‌ها برای مهار قهر طبیعت در پی چاره بودند و با به کارگیری عقل و استدلال و منطق و با آزمون و خطا؛ روش‌ها و ابزارهایی طراحی می‌کردند که زندگی روی زمین را ایمن‌تر یا کم‌خطرتر می‌کرد؛ برای مثال ابداع چرخ؛ اهرم و سایر ابزارها کارها را ساده‌تر می‌کرد.

بشر با به کارگیری عقل و تجربه دریافت که می‌تواند با گذاشتن تنه‌ی درخت در عرض یک رودخانه و عبور از آن به سوی دیگر رودخانه دسترسی پیدا کند. این راه‌حل‌ها هم عموما در گذر زمان تصحیح می‌شدند و از دل آن‌ها راه‌حل‌های بهتر و کارامدتر خلق می‌شد. مثلاْ شاید نیاکان ما طی سال‌ها آزمون و خطا شکل تنه‌ی درخت را که به‌عنوان پل روی رودخانه سوار شده بود، بهبود دادند و نقایص آن را رفع کردند. شاید به تجربه دریافتند که بهتر است دو سر چوب را محکم کنند یا حتی از چوب‌های دیگری استفاده کنند. در حقیقت همه‌ی این راه‌حل‌ها و ابزارها پاسخی به این پرسش بودند که چگونه می‌توان بهتر و آسوده‌تر زندگی کرد.

اما همه‌ی پرسش‌های بشر به همین‌جا ختم نمی‌شدند، یعنی پاسخ بسیاری از پرسش‌ها با آزمون و خطا و تجربه مشخص نمی‌شد. انسان اولیه همواره در پی تفسیر جهان و همچنین در جستجوی یافتن دلیل وقوع پدیده‌ها و راهی برای مهار طبیعت بوده است. باران های سیل‌آسا، طلوع و غروب خورشید، خشکسالی و حاصلخیزی مزارع، مرگ و میر کودکان و شیوع بیماری از دیدگاه بشر نمی‌توانست بدون دلیل باشد. اجداد انسانی ما پرسش‌های فلسفی و اندیشه‌ورزی نیز داشته‌اند. آن‌ها از خود می‌پرسیدند منشاء انسان از کجا است؟ هدف از زندگی چیست؟ پس از مرگ چه اتفاقی می‌افتد؟

امروزه ما به این دسته از پرسش‌ها، پرسش‌های فلسفی می‌گوییم، یعنی پرسش‌هایی که پاسخ آن‌ها هرچه باشد در آزمایشگاه یا به کمک آزمون‌های تجربی مشخص نمی‌شود. علم هیچ ارتباطی با نظرهای شخصی ندارد و فقط با نتایج قابل اندازه‌گیری از طریق آزمایش و بررسی سروکار دارد و بر پایه‌ی واقعیت‌ها بنا می‌شود. فرایند علم و روش علمی طوری طراحی شده است که ایده‌های مختلف را از طریق آزمایش به چالش بکشد. در ضمن علم با ماوراءالطبیعه یا متافیزیک کاری ندارد، هر چند می‌تواند ادعای دخالت ماوراءالطبیعه را در جهان باطل کند. 

هنگام انجام یک پژوهش، دانشمندان از روش علمی برای جمع‌آوری شواهد تجربی قابل اندازه‌گیری به‌وسیله‌ی یک آزمایش استفاده می‌کنند، که هدف آن‌ها تأیید یا رد کردن یک نظریه است. جهانی که امروزه در آن زندگی می‌کنیم، جهانی متفاوت از دنیای قرون وسطی است و این تفاوت را می‌توان بیشتر به علم و محصول آن، یعنی فناوری نسبت داد. پیشرفت‌هایی که طی دو قرن گذشته در علوم فیزیکی و زیستی حاصل شده، شناخت ما از جهان را به‌نحو بی‌سابقه‌ای افزایش داده است.

همچنین پیشرفت در کاربردهای عملی علم، به بشر امکان کنترل بر نیروهای طبیعت و ذهن‌های انسان‌ها را داده، اما تحولات ناشی از علم و فناوری برای بشر، آثار مثبت و منفی زیادی مانند دانش علمی، فناورانه و آسایش جسمانی را درپی داشته که عامل غیرقابل تصوری در افزایش طول عمر و استانداردهای زندگی اجداد ما به شمار می‌رفته است. تعداد بسیار زیادی از دانشمندان در مؤسسه‌های نظامی به تولید وسایل تخریب انبوه،‌ اشتغال داشته‌اند و جامعه‌ی علمی نیز متاسفانه نقشی منفعلانه دراین‌زمینه ایفا کرده است. 

ناتوانی علم در تولید منافع برای طبقه‌ی فقیر در دهه‌های اخیر، ناشی از دو عاملی است که با هم در کار بوده‌اند: دانشمندان نظری از نیازهای روزمره‌ی بشری فارغ بوده‌اند و دانشمندهای کاربردی بیشتر به منافع زودرس چسبیده‌اند. پیشرفت سریع علم در قرن نوزدهم، به بروز این ذهنیت منجر شد که علم به‌تنهایی قادر به حل تمامی مشکلات انسانی است؛ درنتیجه در دهه‌های اولیه‌ی قرن بیستم، بسیاری از دانشمندان و سیاستمداران پیش‌بینی کردند که علم، تمامی مشکلات انسانی را حل خواهد کرد و بر خوشبختی بشر خواهد افزود.

 علم به‌تنهایی می‌تواند مشکلاتی مثل گرسنگی و فقر، فقدان بهداشت و بی‌سوادی، خرافات، رسوم و سنت‌های سست‌کننده، اتلاف وسیع منابع و سکونت کشور به‌وسیله‌ی مردمی فاقد آب و غذا را حل کند؛ چه کسی می‌تواند امروزه علم را نادیده بگیرد؟ در هر زمانی ما به علم نیازمند هستیم. برای کپلر، علم، وسیله‌ی به‌دست‌آوردن منافع مادی برای انسان‌ها یا ساخت یک فناوری برای بهتر کردن دنیای ناقص ما نیست؛ بلکه برعکس، علم وسیله‌ی اعتلای ذهن انسان است، وسیله‌ای برای رسیدن به آرامش در تفکر درباره‌ی کمال ابدی خلقت. 

درحالی‌که علم قدیم به‌دنبال قرائت کتاب طبیعت به‌عنوان آثار صنع الهی بود، گرایش غالب در عصر ما، توسعه‌ی دانش به قصد افزودن قدرت مادی و اقتصادی است و اینکه طبیعت را به‌عنوان کالایی تلقی کنند که باید از آن بهره‌برداری کرد. سواستفاده از علم و فناوری در قرن گذشته، خسارات بسیار زیادی برای محیط‌زیست و بشر به‌بار آورد و این باعث ایجاد نارضایتی در میان دانشمندان عصر ما شد. ماکس بورن در نامه‌ای که در سال ۱۹۵۴ به اینشتین نوشت، درباره‌ی سواستفاده‌های به‌عمل آمده از علم گفت:

من در روزنامه‌ای خواندم که شما ظاهرا گفته‌اید اگر من بار دیگر به دنیا می‌آمدم، فیزیکدان نمی‌شدم، بلکه هنرمند می‌شدم. این سخنان در من آرامش زیادی به‌وجود آورد. زیرا افکار مشابهی در ذهن من ایجاد شده و این به خاطر شرارتی که علم برای دنیای به‌بار آورده است.

اگر تجربه‌ی دانشجو یا دانش‌آموزی داشته باشید احتمالاً با یافته‌های علمی بسیاری در طول تحصیل سروکار داشته‌اید، اما آیا تا به حال از خود پرسیده‌اید که خود علم چیست و آن روش علمی چیست که این یافته‌ها با آن روش به‌دست می‌آیند؟ منظور ما از علم همان "Science" است و کاری با دانش بشری که شاید شامل فلسفه و ادبیات و غیره شود، نداریم. مطالعه‌ی تاریخ علم به ما نشان می‌دهد که دیدگاه بشر چگونه طی ۲۶۰۰ سال ، از زمان تالس تا به امروز توسعه پیدا کرده است. نکته‌ی جالب توجه اینجا است که توسعه‌ی هر نظریه، از دل نقد آن نظریه در می‌آید؛ برای مثال براساس نظریه‌ی تالس، زمین مثل کشتی روی آب قرار داشته است.

انکسیمندر به این نظریه نقد جالبی کرد و پرسید اگر زمین مثل کشتی روی آب اقیانوس است پس آن اقیانوس روی چه چیزی قرار دارد؟ سپس نظریه را چنین اصلاح کرد: هیچ چیزی که زمین را نگاه دارد وجود ندارد، زمین به این دلیل در حالت سکون است که فاصله اش از همه چیز یکسان است. در فقدان فیزیک، کیهان‌شناسی و روش علمی در شناخت و برآورد ابعاد جهان، انسان اولیه تصور می‌کرد زمین در بین تارتاروس و اورانوس قرار دارد. طبق اسطوره‌ها فاصله‌ی اورانوس تا زمین به‌حدی بود که اگر یک سندان برنزی از سقف آسمان به زمین بیفتد 9 روز و شب طول می کشد و روز دهم سندان به زمین می‌رسد.

تارتاروس نیز به همین مقدار تا زمین فاصله داشت و از دید اسطوره‌های یونان باستان، زئوس، تایتان‌ها یا غول‌های سرکش را به درون آن پرتاب کرده بود. همه‌ی این داستان ها و اساطیر، تلاشی در جهت تفسیر جهان بوده است و این تلاش‌ها از لحاظ تاریخی، جد پدری فیزیک امروزی محسوب می‌شود. بعدها این نظریه‌ها به تدریج با نقد روی نقد توسعه پیدا کرد؛ آریستارخوس، مدل بطلمیوسی و سرانجام مدل کپرنیک. در سایه‌ی نقد علمی هر نظریه، نظریه‌ی جدیدی خلق می‌شد که منسجم‌تر و دقیق‌تر با واقعیت جهان سازگارتر بود.

مثلا قوانین کپلر سازوکار جهان را به‌مراتب بهتر از مدل‌های پیشین توضیح می‌داد؛ همان‌طور که مفهوم نیوتنی نیرو بعدها با نظریه‌ی اینشتین وارد فاز نسبیت شد. درواقع نظریه‌ی جایگزین با تصحیح و حذف یک خطا یا اشتباه روایتی بهبودیافته از نظریه‌ی قبلی است. برخی از نظریه‌های علمی به‌عنوان نظریه‌های انقلابی مطرح می‌شوند؛ نظریه‌هایی که دیدگاه رایج عصر را از بن و ریشه به چالش می‌کشند. برای نمونه داروین نظریه‌ی رایج زیست شناسی را به‌صورت بنیادین برهم زد. یا اکتشاف الکترون توسط تامسون بعد از ۲۴۰۰ سال، ایده‌ی تقسیم‌ناپذیری اتم را از بین برد. در عصر حاضر نیز ساختمان نظریه‌های جدید، روی استخوان‌های نقد و شناسایی خطاهای نظریه‌ها قبلی بنا شده‌اند.

مدل اتمی تامسون در سال ۱۹۰۳، خیلی زود در سال ۱۹۱۱ با مدل سیاره‌ای رادرفورد جایگزین شد. نظریه‌ی رادرفورد بیان می‌داشت که الکترون‌ها در مدارهای دایره‌ای شکل به دور هسته‌ی اتم در گردش هستند. این نظریه هم، زمان زیادی دوام نیاورد و در سال ۱۹۱۳ توسط نیلز بور واژگون شد. بور در نقد مدل رادرفورد اینطور استدلال کرد که اگر ذرات، مانند سیارات منظومه‌ی شمسی به دور خورشید در گردش باشند، باید طبق معادلات الکترومغناطیس ماکسول که هر ذره‌ی باردار متحرک در یک میدان الکترواستاتیک از خود به‌صورت امواج الکترومغناطیس انرژی ساطع می‌کند، به روی هسته سقوط کند.

از آنجایی که چنین اتفاقی نمی‌افتد، به همین دلیل الگوی اتمی رادرفورد با یک ایراد ساختاری مواجه می‌شود. درست همانگونه که ایده‌ی تالس درباره‌ی زمین، با نقد انکسیمندر به چالش کشیده شد و در سایه‌ی این نقد، نظریه‌هایی بهتر و ساختار یافته‌تر و منسجم‌تر مطرح شد. کپرنیک، داروین، نیوتن، فارادی و ماکسول، اینشتین، ماندل، کریک و واتسون، هایزنبرگ، شرودینگر و... هر کدام با بهره‌گیری از روش علمی، با نقد نظریه‌های پیشین، با خلق نظریه‌های انقلابی علمی، دیدگاه ما در قبال ساختار جهان را به طرز اساسی تغییر دادند.

تارتاروس در افسانه‌های یونانی، محل مجازات گناهکاران و به نوعی جهنم زیر زمین بود. در اسطوره‌های یونان باستان، کرونوس و دیگر تایتان‌هایی که با خدایان جنگیدند در تارتاروس زندانی بودند. اورانوس نام یکی از اسطوره‌های یونانی است که تجسم آسمان و به عبارتی بهشت بالای زمین محسوب می‌شد و طبق اساطیر یونان، پدربزرگ زئوس و پدر کرونوس است. کارل پوپر، فیلسوف علم، معیار و محک جالبی در این خصوص دارد.

او روش علمی اثبات‌گرایانه (پوزیتیویسم) را به چالش می‌کشد و می‌گوید اگر معیار علمی و غیرعلمی بودن، اثبات‌پذیری باشد؛ آن‌گاه فرضیه‌هایی مانند «رنگ اشیاء در اثر نگاه ما ایجاد می‌شود» یا «مزه‌ی غذاها در اثر زبان زدن ما بر آن‌ها (چشیدن) ایجاد می‌شود» در عین غیرعلمی بودن، همواره قابل اثبات‌ هستند. می‌توان تمام اشیای رنگین و مزه‌دار را گواه اثبات این فرضیه گرفت و هیچ راه مستقلی برای تعیین رنگ و مزه‌ی اشیاء جز دیدن و چشیدن آن‌ها در اختیار نیست و به همین دلیل چنین گزاره‌هایی گرچه غیرعلمی هستند اما همواره اثبات می‌شوند، ولی چون ابطال‌پذیر نیستند درنتیجه غیرعلمی‌اند.

همچنین تکرار‌پذیری در کنار ابطال‌پذیری تجربه‌های علمی دوعاملی هستند که می‌توانند کمک زیادی به درک علم کنند. برای مثال تصور کنید شخصی ادعا کند یک بار برای او اتفاق ویژه‌ای افتاده و مثلا در یک مکان خاص، سیبی را که رها کرد و آن سیب به‌جای آن که به پایین سقوط کند، به سمت بالا صعود کرده است. شما هر چقدر این کار را تکرار می‌کنید، آن اتفاق دیگر تکرار نمی‌شود. بنابراین چون این تجربه قابل‌تکرار و قابل انجام توسط اشخاص دیگر نیست روش علمی بر آن جاری نمی‌گردد. روش علمی و علم به‌طور کلی می‌توانند باعث ایجاد وسواس فکری شوند.

یک نظریه‌ی علمی تقریبا هیچ‌گاه به‌طور کامل اثبات نمی‌شود، گرچه بعضی از نظریه‌ها مثل قانون پایستگی انرژی تبدیل به قوانین علمی می‌شوند. قوانین علمی عموما بدون استثنا تلقی می‌شوند، هرچند برخی از آن‌ها در گذشته چند بار مورد تجدید نظر قرار گرفته‌اند تا تعارضه‌های ناشی از داده‌ها و مشاهده‌های جدید، بر طرف شود، ولی این بدین معنا نیست که نظریه‌های علمی بی‌معنا و به‌دردنخور هستند. درواقع اینکه علم به‌طور مرتب یافته‌های خود را بازنگری و خطاهای گذشته خود را اصلاح می‌کند یک مزیت بزرگ به حساب می‌آید.

روش محتاطانه‌ی علم در بررسی فرضیه‌ها و فروتنی آن باعث شده است که از اشتباهات فاحش در امان بماند و بر اشتباهاتش اصرار نورزد و همواره ظرفیت اصلاح داشته باشد. برای اینکه یک فرضیه تبدیل به نظریه شود، آزمایش‌ها سفت و سخت متعددی توسط گروه‌های متفاوت و جدا از هم دانشمندان، انجام می‌شود. پس اگر کسی به شما گفت که نظریه‌ی تکامل تنها یک نظریه است و ممکن است رد شود، به پای ضعف این نظریه‌ی علمی ننویسید. نظریه‌های علمی، یک سیستم جامع متشکل از ایده‌های ابطال‌پذیر هستند که می‌توانند به وسیله‌ی شواهد و مدارک موجود یا آزمایش‌های انجام‌پذیر، رد شوند.

تئوری‌های موفق، برای مثال، تئوری تکامل، تئوری نسبیت، مکانیک کوانتوم و غیره، تئوری‌هایی هستند که صدها سال انواع انتقادها و تلاش را برای رد شدن‌شان تاب آوردند، خواه از طرف کسانی که از رویارویی علم با نظرات شخصی خودشان ناراضی‌اند و خواه از طرف دیگر پژوهشگران. یک تئوری، هیچ‌وقت تبدیل به واقعیت یا فکت نمی‌شود، بلکه تنها با سربلند بیرون آمدن از بوته‌ی آزمایش، به اعتبارش افزوده می‌شود، و معتبرترین و قابل اتکاترین سطح ترمینولوژی علمی به حساب می‌آید. علم در بنیان و درون‌مایه خود بین دو نگرش، تعادلی اساسی و در ظاهر متناقض برقرار می‌کند.

مورد اول یک آغوش باز برای هر نوع اید‌ه‌ی جدید است، صرف‌نظر از اینکه چقدر عجیب یا غیرمنتظره باشد. مورد دوم اینکه علم، شدیدترین شک و تردیدها و بررسی‌های موشکافانه را نسبت به همه‌ی ایده‌ها، چه جدید و چه قدیمی به کار می‌گیرد. این‌گونه است که علم عمیق‌ترین حقایق را از عمیق‌ترین و ریشه‌دارترین خرافات و افکار ناصحیح غربال می‌کند. در آزمایشگاه می‌توان آزمود که آیا مس رسانای جریان الکتریسیته هست یا خیر و اگر هست به چه میزان. اما نمی‌توان با همین روش به سوالی درباره‌ی هدف از زندگی پاسخ داد وا این همه‌ی داستان این نیست.

بسیاری از مسائل علمی پیامدهای فلسفی به‌دنبال خود دارند. در مقابل، بخش‌هایی از مسائل فلسفی هم در کشاکش اکتشافات و یافته‌های علمی جدید بشر، روشن‌تر می‌شوند. مثلا پای نظریه‌ی تکامل داروین اگرچه که روی استخوان‌های علم و تجربه و شواهد علمی بنا شده است به فلسفه هم باز می‌شود. از سوی دیگر پژوهش‌هایی که در مرکز تحقیقات فیزیک سرن انجام می‌شود اگرچه صرفا آزمون‌های تجربی هستند و در چارچوب روش علمی شناخته‌شده در فیزیک انجام می‌شوند؛ اما در حاشیه‌ی خود به بحث‌های فلسفی دیرینه‌ای دامن می‌زند.

در آنجا فیزیکدانان در پی کشف ذرات بنیادی تشکیل‌دهنده‌ی جهان هستند اما به‌صورت ضمنی به درک این مسئله‌ی فلسفی یاری می‌رسانند.پرسش، «آیا ذهن همان مغز است؟» یک پرسش فلسفی است اما علم و پژوهش‌هایی که در زمینه‌ی نوروساینس انجام می‌شود روزبه‌روز ابعاد بیشتری از این پرسش  فلسفی را واکاوی و روشن می‌کند. شاید روزی علم، سازوکار دقیق فهم و اندیشه‌ورزی و ساختار ذهن انسان را مشخص کند و بفهمیم که ماهیت منطق، استدلال، زبان یا افکار و اندیشه‌های فلسفی انسان چیست، اما در این صورت یک مشکل فلسفی همچنان سر جای خود باقی می‌ماند؛ مغز ما یک سیستم خود-ارجاع (Self-reference) است.

به عبارتی ما با مغز درباره‌ی مغز می‌اندیشیم و به همین دلیل این پرسش که، ماهیت فهمیدن چیست، همچنان بی‌پاسخ باقی خواهد ماند. همین الان یک دانشمند را در نظر بگیرید. نمی‌خواهم که در مورد ماهیت فردی که شما در ذهن دارید بحث کنم. من مشتاقم بیشتر در مورد اینکه آن‌ها چه‌کار می‌کنند فکر کنید. تقریبا درست است که بگویم دانشمند فرض‌شده‌ی شما، جایی روبه‌روی دستگاه‌های فوق پیشرفته به‌تنهایی نشسته است و در حال تلاش تا آخرین توانش است. چیزی که بیشتر برای من اهمیت دارد آن چیزی است که شما در تصورتان توجه نمی‌کنید؛ تمام مردم سراسر دنیا دقیقا همان تفکر شما را در مورد یک دانشمند دارند و متأسفانه این تصور می‌تواند خطرناک باشد.

ابتدا بگذارید تا دریابیم که چرا تصور اولیه در مورد یک دانشمند به این شکل است که او مایل به کار در تنهایی است. درواقع این مسئله برای قرن‌ها به همین شکل بوده است و مردم همین‌طور تصور می‌کنند. اگر به گذشته نگاه کنیم، در می‌یابیم که بسیاری از مغزهای متفکر دنیای علم علاقه‌مند به کار در تنهایی بوده‌اند و در بالاترین حد آن تنها کار با چندین دانشجوی فارغ‌التحصیل را می‌پسندند. برای مثال، آیزاک نیوتن که نه‌تنها بسیاری از مباحث علم فیزیک، حاصل تلاش او بوده، بلکه در ریاضیات نیز دستی داشته و مباحث زیادی را به اسم خود ثبت کرده است.

او یکی از نمونه‌های مشهوری است که علاقه‌مند به کار فردی بوده  است و احتمالا، همکارانش را به‌عنوان یک دشمن تصور می‌کرد. علاوه‌بر نیوتن، جیمز کلارک ماکسول نیز که به‌عنوان پدر علم الکترومغناطیس شناخته می‌شود، علاقه‌مند به کار در تنهایی بود. حتی آلبرت اینشتین که نظریه‌ی نسبیت را ارائه کرده است نیز به‌ تنهایی کار می‌کرد. پس فکر می‌کنید که مدل نابغه‌ی تنها دارای دلایل تاریخی برای اثبات خود است؟ ولی بدانید که در اشتباه هستید. نیوتن دید منفی نسبت به دانشمندان هم‌عصر خود داشت و حتی تصور می‌کرد که آن‌ها کارهای او را می‌دزدند، اما او به‌‌طور معمول با گوتفرید ویلهلم لایبنیتس، در خصوص محاسبات علمی، در ارتباط بود.

ماکسول نیز در مؤسسه‌های آموزشی بسیار مشهوری درس‌ خوانده و با افراد باهوش زیادی در ارتباط بود. حتی اینشتین هم هنگامی‌که در حال انجام بزرگ‌ترین کشف‌های علم فیزیک بود، افرادی در این مورد با او کار می‌کردند که او بیشتر به‌عنوان عامل انتشار مقالات از آن‌ها استفاده می‌کرد. پس اگر این موضوع پایه و اساس واقعی ندارد؛ چرا مردم هنوز به آن باور دارند؟ با دانستن اینکه همکاری در کار علمی یک نکته‌ی مهم محسوب می‌شود، احتمالاً از خود این سؤال را پرسیده‌اید که این موضوع چه ارتباطی به من دارد. چگونه تصویر یک دانشمند به‌عنوان فردی تنها می‌تواند به من صدمه بزند؟ مشکل زمانی آشکار می‌شود که جدال در مورد یک موضوع علمی بالا می‌گیرد.

باتوجه به مباحث گفته‌‌شده، جدال یک بخش لازم و انگیزه‌بخش در طی فرایند علمی است و قبل از اینکه ایده به دانشمندان دیگر برسد این جدال بین چند فرد آشنا شروع می‌شود. در حالی‌که این بحث‌ها می‌تواند بسیار داغ شود، اما با نهایت احترام در مورد عقاید مختلف صورت می‌گیرد. خطر آنجا خود را نشان می‌دهد که نتایج علمی برای عموم منتشر می‌شود. در حالی‌که این روشی عالی برای انتشار دانش است اما می‌تواند محیطی فراهم آورد که هرکسی با هر نظری و حتی اگر هیچ اطلاعی از موضوع نداشته باشد، در آن شرکت کند. به‌ویژه در محیط پوپولیستی حال حاضر که مردم به‌دنبال پیدا کردن یک دانشمند تنها هستند که تسلط مباحث علمی دانشگاهی را بر هم زده و راه خود را پیش‌گرفته که مشکل دقیقا اینجا است.

در این وضعیت، عقیده‌ی فردی که نظر گذاشته است همانند نظریه‌ی علمی جدی گرفته می‌شود و این در حالی‌ است که ده‌ها و صدها نفر تمام عمر خود را فدای این کرده‌اند که ایده‌ی خود را با روش علمی به اثبات برسانند. این می‌تواند به ایده‌های عجیب و جدال‌برانگیز مانند جدال بین اینکه آیا فرگشت واقعی است یا اینکه بین اوتیسم و واکسیناسیون ارتباط وجود دارد، راستی بدهد. به‌نظر می‌رسد این تنها راهی است که اینترنت قادر به انجام کارها است و این تصورات غلط ممکن است برای همه مضر باشد. پس در این مورد چه‌کار کنیم؟ هر فرد داخل این سناریو موظف به تغییر است.

دانشمندان موظف به انتشار مطالب خود به‌صورتی هستند که اصطلاحات و نظریه‌های آن‌ها غیرقابل نفوذ باشد. به‌طور کل در جامعه‌ای که علم و دانش موضوعی عمومی است، این وظیفه‌ی پژوهشگران است که در قبال حقوقی که دریافت می‌کنند؛ فهمیده شدن دانش، توسط همگان را تضمین کنند. همچنین دانشمندان باید در مسیری گام بردارند که به دیدگاه خارجی نیز گوش دهند. از سوی دیگر، عموم مردم نیز وظیفه‌ دارند در درستی و اعتبار هرگونه عقیده‌ای که می‌خوانند شک کنند. با این شیوه، بحث‌هایی که بالا می‌گیرد می‌تواند مفید باشد و در آینده به نتایج کلی کمک کند.

تلاش‌هایی که تا به امروز صورت گرفته، توانسته است به پرسش‌های اساسی بشر در مورد خودش و جهانی که در آن زندگی می‌کند پاسخ دهد اما برخی پرسش‌های مهم هم هستند که با وجود آن که سال‌ها و شاید قرن‌ها مورد تحقیق و کنکاش قرار گرفته‌اند، هنوز و همچنان بی‌پاسخ مانده‌اند. آن چه در ادامه می خوانید، سؤال‌هایی است که تا به امروز دست از سر بشر و نوابغ جهان برنداشته‌اند اما پاسخی هم برایشان وجود ندارد.

منشا آگاهی و هوشیاری چیست؟

هرچند شاید این سؤال که هوشیاری یا خودآگاهی چیست، یک سؤال فلسفی به‌نظر برسد اما پاسخ به این پرسش که عملکرد هوشیاری به چه شکل است، یکی از چالش‌های حل‌نشده علمی است. چگونه است که مجموعه‌ای از سلول‌های خاکستری که خودشان از کربن تشکیل شده‌اند، قادر به درک وجود خود هستند؟ اسکن مغز انسان نشان می‌دهد که مغز ما با داشتن ۱۰۰ میلیارد سلول عصبی که با یکدیگر ارتباط دارند، مانند یک شبکه‌ی دیجیتال بی‌نهایت پیچیده عمل می‌کند که بدون توقف و به شکل غیرقابل باوری فعال است؛ اما مغز همان ذهن نیست.

فعالیت الکتریکی نمی‌تواند توضیح دهد که چگونه یک ماده‌ی فیزیکی می‌تواند شرایط غیرفیزیکی مانند هوشیاری ایجاد کند. در پژوهشی که در دانشگاه هاروارد انجام شد، دانشمندان فعالیت مغزی بیمارانی را که در حالت کما به سر می‌بردند با اسکن‌های ام‌آر‌آی معمولی مقایسه کردند. این مقایسه نشان داد در مغز افراد سالم، ساقه و بخش‌هایی از قشر جلویی مغز، یک شبکه‌ی ارتباطی را تشکیل می‌دهند اما این بخش‌ها در مغز افرادی که در حالت کما قرار دارند، فعال نیست. آیا این ارتباط سلول‌های عصبی است که ایجاد‌کننده‌ی هوشیاری است؟ پاسخ این سؤال مشخص نیست و تنها چیزی که دانشمندان می‌توانند بگویند این است که هوشیاری یا آگاهی، مجموعه‌ای از فرایندهای بیولوژیکی است که به تفکر و در نهایت به خودآگاهی می‌انجامد.

ما انسان‌ها از محیط اطرافمان و از خودمان آگاه هستیم. ذهن ما پر است از مکالمات درونی و سوالاتی در مورد اینکه ما که هستیم و هدف ما در جهان چیست. تا آنجا که می‌دانیم، ما تنها موجودات جهان با این نوع آگاهی فعال هستیم. ما همچنین هیچ ایده‌ای درمورد اینکه این آگاهی از کجا می‌آید، نداریم. البته مغز ما کامپیوتر مرکزی بدن ما است، توابع بیولوژیکی را کنترل و به ما در یافتن راه‌حل همه‌ی حلقه‌ها و موانع زندگی کمک می‌کند. اسکن مغز نشان می‌دهد که چگونه مغز ما به‌طرز باورنکردنی فعال است، مثل سوسو زدن نوری با فعالیت مداوم مانند یک شبکه‌ی دیجیتال متراکم و در عین حال بسیار پیچیده که به‌وسیله‌ی ۱۰۰ میلیارد سلول عصبی ما بی‌وقفه فعالیت می‌کند؛ اما مغز، ذهن نیست.

فعالیت الکتریکی توضیح نمی‌دهد که چگونه یک ماده فیزیکی مانند مغز، می‌تواند یک شرایط غیرفیزیکی مانند هوشیاری را ایجاد کند. بعضی از ادیان، آگاهی را به‌عنوان یک هدیه از طرف خدا تعریف می‌کنند، که در بدن ما تعبیه شده است تا ما را از طریق این جهان هدایت کند. دانشمندان بیشتر به سمت ریشه‌های بیولوژیکی می‌اندیشند؛ آن‌ها آگاهی را به‌عنوان مجموعه‌ای از فرایندهای بیولوژیکی می‌بینند که به تفکر پیچیده‌تر می‌رسند و در نهایت به خودآگاهی می‌انجامد. دانشمندان ثابت کرده‌اند که حیواناتی مانند سگ‌ها، اغلب به‌طورقطع آگاهی دارند، اما این سطح آگاهی، کمتر از سطح انسانی یا متفاوت با انسان است.

چرا ما خواب می بینیم؟

به‌طور معمول شما در جریان حرکات سریع چشم در خواب، رویا می‌‌بینید، اما پژوهشگران نمی‌دانند که در مرحله‌ی اول چرا رویا می‌بینید. شاید در طی آخرین ماجراجویی خود در خواب، سر یک خرگوش شش‌پا را که کلاهی نئونی به سر دارد و روی سینه شما ایستاده است و فریاد می‎زند «به سلامتی»، خرد کرده باشید. احتمالا مطمئن نیستید که این رویا تعبیری دارد یا نه مگر اینکه داروهای توهم‌زای زیادی خورده باشید یا شاید روز قبل از آن یک هویج خراب خورده‌اید. دانشمندان و کارشناسان خواب می‌دانند که مردم به‌طور معمول رویا می بینند.

شما در جریان حرکت سریع چشم (REM) یا بخشی از چرخه‌ی خواب خود، رویا می‌بینید. شما می‌توانید ببینید که یک فرد (یا حتی گربه یا سگ) در حال تجربه‌ی خواب REM است، زیرا چشم خود را به عقب خم می‌کند و بدن آن‌ها نیز ممکن است درحال تکان خوردن باشد. الگوهای الکتریکی مغز در این مرحله درست مانند زمانی‌که بیدار می‌شوید، بسیار فعال هستند. اما پژوهشگران واقعا نمی‌دانند که چرا شما رویا می‌بینید. این ممکن است یک راه از بازتاب تنش یا رها کردن آن از زندگی روزمره باشد، یا حتی یک روش ناخودآگاه برای اینکه به شما کمک کند تا تجربیات چالش‌انگیز را حل کنید.

این می‌تواند راهی باشد که ذهن شما، خود را از تهدیدات و خطرات محافظت کند. این می‌تواند یک روش بیوشیمیایی برای مغز شما باشد تا اطلاعات کوتاه یا بلندمدت را ذخیره، مرتب‌سازی یا پرونده‌سازی کند. شاید رویاها راهی برای ادغام تجارب گذشته و حال شما باشند تا شما را برای آینده آماده سازند. صرف‌نظر از هدف آن‌ها، می‌شود گفت که رویاها، سنگ‌بنای تجربه‌ی انسانی است. آن‌ها ما را سرگرم می و تحریک می‌کنند و به‌عنوان یک یادآور به ما خدمت می‌کنند تا بدانیم که دنیای درونی ما به همان اندازه‌ی دنیای بیرونی در اطراف ما، عمیق و عجیب‌و‌غریب است.

زندگی چگونه آغاز شد؟

سیاره‌ی ما پر از درخت‌ها، گیاهان، پرندگان و زنبورها و همچنین سرشار از میزان بی‌شماری از باکتری‌ها است. تمام این‌ موجودات، زنده هستند و همه‌ی آن‌ها برای حفظ و زنده نگه داشتن گونه‌ی خود به تولیدمثل می‌‌پردازند. اما در مرحله‌ی اول، زندگی روی زمین چگونه آغاز شد؟ چگونه یک توده‌ی بی‌جان از مولکول‌های آلی به موجودی پیچیده و حتی هوشمند تبدیل شد؟ ما دقیقا نمی‌دانیم که ریشه‌ی اصلی زندگی چگونه آغاز شده است. این احتمال وجود دارد که چهار میلیارد سال پیش، بیگانگان چند میکروب روی زمین به جا گذاشته‌اند و اجازه دادند در اینجا به رشد خود ادامه دهند.  البته، بسیاری از ادیان و مذاهب، توضیحاتی ماوراء‌الطبیعی برای آغاز زندگی دارند.

بسیاری از دانشمندان فکر می‌کنند که زندگی یک پیشرفت طبیعی برای سیاراتی است که برای زیست، دارای موادی ضروری مانند کربن، هیدروژن، اکسیژن و سایر مواد اساسی هستند. با یک جرقه یا بهتر است بگوییم یک رعدوبرق، این مواد به دیواره‌های سلولی و DNA قابل تکثیر تبدیل شدند. پژوهشگران بدون وقفه در حال اجرای چنین آزمایش‌هایی در لابراتوارها هستند و امیدوار هستند به فرمول ایجاد زندگی دست پیدا کنند. با این حال، چگونگی تبدیل شدن این بخش‌های بی‌جان به موجودات زنده واقعی، یک راز است. شاید هم ما هنوز به مشخصه‌های درست معرف زندگی آگاهی نداریم، یا شاید ما نسبت به قوانین فیزیکی که واقعا موجب جرقه‌ی زندگی می‌شوند هوشیاری به خرج نداده‌ایم. پژوهش برای یافتن منشأ زندگی بدون شک برای مدتی بسیار طولانی ادامه خواهد داشت.

چطور می‌توان سرطان را از بین برد؟

سرطان یک ترس شدید شایع انسانی است. هر سال بیش از نیم میلیون نفر، فقط در ایالات متحده به دلیل ابتلا به سرطان های مختلف، می‌میرند. با این حال آشنایی با آن، این بیماری را کمتر ترسناک نمی‌کند. سرطان اشکال بسیاری دارد و بسیاری از قسمت‌های بدن را تحت تأثیر قرار می‌دهد، اما نشانه این بیماری‌، تکرار سلول‌های غیرقابل کنترل است. تومورها توسعه و گسترش می‌یابند، بدن را فاسد می‌کنند و باعث مرگ می‌شوند. این رشد به دلیل آسیب دی‌ان‌ای اتفاق می‌افتد. البته DNA، دستورالعملی برای تمام توابع بدن، از جمله رشد سلول فراهم می‌کند.

این آسیب ممکن است به دلیل عوامل خاصی از شیوه‌ی زندگی خاص، مانند قرار گرفتن در معرض آفتاب، سیگار کشیدن، قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی سرطان‌زا در برخی کارخانه‌ها، پارازیت‌ها یا سبزیجات آبیاری‌شده با آب فاضلاب اتفاق بیافتد. بیش از یک سوم سرطان‌ها، با برخی برآوردها و با اجتناب از عادات‌های سرطان‌زا، می‌تواند پیشگیری شود. با این حال، انتخاب‌های ما در زندگی، تنها بخشی از این معادله است؛ عوامل دیگری نیز نقش دارند. بسیاری از افراد از والدین خود DNA مضر را به ارث می‌برند و حتی اگر زندگی کاملا سالمی داشته باشند، برای ایجاد نوع خاصی از سرطان مستعد هستند.

متغیرهای بی‌شمار و آرایش ژنتیکی منحصر‌به‌فرد انسان‌ها، گاهی برخی دانشمندان را شگفت زده می‌کند که ما درمانی برای هرنوع از سرطان داریم. خبر خوب این است که چشم‌انداز ما و درمان سرطان‌ها در حال تکامل است. هر ساله، ما جنبه‌های جدیدی از بیماری را درک می‌کنیم، درمان‌ها همچنان بهبود می‌یابند، درد کاهش می‌یابد و کیفیت زندگی اضافه می‌شود. بنابراین اگرچه ما ممکن است هرگز نتوانیم سرطان را به‌طور کامل شکست دهیم، اما به ضرب و شتم آن ادامه می‌دهیم، زندگی خود را بهتر می‌کنیم و آن را کمتر ترسناک تشخیص می‌دهیم.

انرژی تاریک چیست؟

جهان هستی با آهنگ رو به افزایشی درحال گسترش و انبساط است. در کیهان‌شناسی، انرژی تاریک به نوع ناشناخته‌ای از انرژی اطلاق می‌شود که همه‌ی فضا را به‌صورت فرضی در بر می‌گیرد و عامل انبساط و گسترش فزاینده‌ی جهان است. حدود ۲۰۰ میلیارد کهکشان که هر کدام دارای تقریبا ۲۰۰ میلیارد ستاره است به‌وسیله‌ی تلسکوپ ها قابل تشخیص هستند. اما این اجرام ساخته‌شده از ماده‌ی معمولی، فقط چهار درصد از جهان هستی را تشکیل می‌دهند و سایر جهان از این انرژی ناشناخته تشکیل شده است.

این نیروی عجیب که به‌دلیل ناشناخته بودن، انرژی تاریک نام گرفته است اجزای جهان را با سرعت فزاینده‌ای از یکدیگر دور می‌کند، درحالی‌که نیروی گرانش با این نیرو مقابله می‌کند و از سرعت این گسترش می‌کاهد. آنچه ما می‌دانیم این است که چقدر انرژی تاریک در جهان هستی وجود دارد، زیرا می‌دانیم که این انرژی چگونه بر گسترش هستی تأثیر می‌گذارد؛ با این حال هیچ کس نمی‌داند که ماهیت این نیروی ناشناخته چیست و منبع آن کجا است.

ماده از چه چیزی ساخته شده است؟

ما می‌دانیم که ماده از اتم‌ها تشکیل شده است و اتم‌ها نیز شامل پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌ها هستند. همچنین می‌دانیم که پروتون‌ها و نوترون‌‌ها متشکل از ذرات ریزتری به نام کوارک‌ها هستند. آیا بررسی‌های عمیق‌تر به اکتشاف اجزای بنیادی‌تری منجر خواهد شد؟ در فیزیک، قانونی به نام «مدل استاندارد» وجود دارد که به خوبی تعاملات بین اجزای سازنده‌ی اتم را توضیح می‌دهد.

آخرین ذره‌ای که با استفاده از این مدل کشف شد، ذره‌ی بوزون هیگز (Higgs boson) یا ذره‌ی بنیادی اولیه دارای جرم است که پژوهشگران LHC (شتاب‌دهنده‌ی ذره‌ای و برخورد‌دهنده‌ی مستقر در سازمان تحقیقاتی سرن در نزدیکی ژنو سوئیس) آن را در سال ۲۰۱۲ کشف کردند. اما رمز و راز ماده به این جا ختم نمی‌شود و ثابت شده است که اتم‌ها از نظر الکتریکی خنثی هستند. بار الکتریکی مثبت پروتون به‌وسیله‌ی بار منفی الکترون خنثی می‌شود، اما درمورد اینکه چرا چنین اتفاقی رخ می‌دهد، هیچ‌کس چیزی نمی‌داند.

چرا نیروی جاذبه اسرارآمیز است؟

هیچ نیرویی برای ما انسان‌ها، آشناتر و ملموس‌تر از نیروی جاذبه نیست. هرچه باشد این نیرو است که ما را روی زمین نگه می‌دارد. علاوه بر جاذبه زمین، نیروی جاذبه ماه باعث جزر و مد در دریاهای سطح زمین می‌شود و جاذبه‌ی خورشید، زمین را در مدار خودش حفظ می‌کند. با این حال این نیرو از سه نیروی شناخته‌شده‌ی دیگر (نیروی الکترومغناطیسی و دو نوع نیروی هسته‌ای که در فضاهای کوچک عمل می‌کنند) چندین میلیارد بار ضعیف‌تر است. به‌عنوان مثال، نیروی الکترومغناطیسی که دو پروتون را از یکدیگر دور می‌کند ۱۰۳۶ بار قوی‌تر از نیروی جاذبه‌ای است که آن‌ها را به سوی یکدیگر می‌کشد.

یک فرضیه این است که افزون بر سه بعد از فضا که در زندگی روزمره با آن سرو کار داریم، ابعاد پنهان دیگری نیز وجود دارند که کشف آن‌ها برای ما امکان‌پذیر نیست. اگر این ابعاد اضافی وجود داشته باشند و نیروی جاذبه قادر باشد به آن‌ها نفوذ کند، شاید بتوان علت ضعیف بودن این نیرو را توضیح داد. از سوی دیگر درحالی‌که دو نیروی دیگر، یک نیروی مخالف یعنی نیروی رانش در مقابل نیروی کشش دارند، به‌نظر می‌رسد نیروی جاذبه فقط شامل نیروی کششی است. هرچند چگونگی عملکرد نیروی جاذبه تا حدود زیادی برای دانشمندان روشن شده است اما اینکه چرا اساسا چنین نیرویی وجود دارد و چرا نیرویی که اتم‌ها را در کنار یکدیگر نگه می‌دارد، با این نیرو متفاوت است از سؤال‌های دیگری است که تاکنون پاسخی برای آن‌ها یافت نشده است.

چرا زمان فقط یک جهت دارد؟

از زمان اینشتین تاکنون فیزیک‌دانان، فضا و زمان را تشکیل‌دهنده‌ی یک ساختار چهاربعدی می‌دانند که فضا-زمان نامیده می‌شود. اما فضا با زمان، تفاوت‌های عمده‌ای دارد. در فضا ما می‌توانیم آزادانه به هر طرف حرکت کنیم اما در زمان گیر می‌افتیم؛ به این معنا که پیرتر می‌شویم اما جوان‌تر نمی‌شویم؛ گذشته را به یاد می‌آوریم اما از آینده چیزی نمی‌دانیم. به‌نظر می‌رسد زمان برخلاف فضا یک جهت دارد که دانشمندان آن را «بردار زمان» می‌نامند. چرا زمان به عقب و جلو نمی‌رود؟ برای پاسخ به این سؤال سرنخی در مفهومی با نام «آنتروپی» وجود دارد.

در یک سامانه مانند کیهان که انرژی به آن تزریق نمی‌شود، همه چیز تمایل به حرکت از نظم به بی ‌نظمی دارد. افزایش آنتروپی مثل دیگر پدیده‌‌های فیزیک دو طرفه نیست بلکه انتروپی فرایندی است که فقط به یک سو می‌رود و زیاد می‌شود؛ کسی نمی‌داند چرا انتروپی فقط زیاد می‌شود و کم نمی‌شود. اجرام با انتروپی کم، منظم هستند و احتمال وجود داشتن‌شان زیاد نیست. اجرام با انتروپی زیاد نامنظم هستند و این باعث می‌شود که احتمال وجود داشتن‌شان زیاد شود. آنتروپی همیشه زیاد می‌شود چرا که برای اجرام، نامنظم بودن آسان‌تر از منظم بودن است.

به‌نظر می‌رسد این توصیف از آنتروپی، می‌تواند به خوبی نشان‌دهنده‌ پیکان یک‌طرفه‌‌ی زمان باشد. با این حال اینکه چرا آنتروپی در ابتدای پیدایش جهان کم بوده است، موضوعی است که کسی دلیل آن را نمی‌داند و این همان قطعه گم‌شده‌ی پازل است. دانشمندان می‌گویند اگر پاسخ این پرسش را که چرا جهان اولیه آنتروپی پایینی داشته است بیابیم، آنگاه خواهیم توانست به این سؤال که چرا بردار زمان یک‌طرفه است و این سؤال اساسی که چرا زمان تا این حد با فضا تفاوت دارد نیز، پاسخ بدهیم.

بعد از مرگ چه اتفاقی برای شما می‌افتد؟

موضوع زندگی پس از مرگ یکی از قدیمی‌ترین عجایب بشریت است. هر کسی در این سیاره مشتاق دانستن این است که بعد از مرگ چه اتفاقاتی برایش می‌افتد. میلیاردها نفر هستند که هم‌اکنون جواب این سؤال را می‌دانند؛ اما متاسفانه نمی‌توانند دانسته‌های خود زا دراین‌زمینه به ما انتقال بدهند، چرا که آن‌ها در میان ما نیستند و مرده‌اند. موضوع زندگی پس از مرگ یکی از قدیمی‌ترین موضوعاتی است که بشر به آن می‌اندیشد. آیا ما پس از مرگ به سعادت ابدی می‌رسیم؟ آیا افراد شیطان‌ صفتی که در بین ما هستند به اعماق جهنم وارد می‌شوند؟ آیا وقتی بدن‌های ما نابود شد، هوشیاری ما نیز ناپدید می‌شود؟

دانشمندان درباره‌ی مراحل اولیه مرگ اطلاعات خوبی دارند. آن‌ها می‌دانند که بدن انسان چگونه روند خاموشی را آغاز می‌کند. همانند کارمندانی که بعد از ساعت تعطیل کارگاه لامپ‌ها را خاموش می‌کنند، سلول‌های بدن نیز یکی پس از دیگری خاموش می‌شوند تا زمانی‌که فعالیت قلب و ذهن رو به افول برود. با این حال تمام آنچه که پس از خاموش شدن مغز رخ می‌دهد، مانند یک راز باقی مانده است.

افراد زیادی هستند که تجاربی نزدیک به مرگ داشته‌اند و به زندگی باز گشته‌اند، این افراد در هنگام بیان تجربه خود، درباره تونل‌های نورانی یا فلاش‌بک‌هایی از وقایع و مکالماتی با عزیزانی که از دست داده‌اند حرف می‌زدند. تمام این تجربیات، می‌توانند منشأ زیست‌شناسی داشته باشند، شاید این موارد از فقدان اکسیژن یا نوسانات شدید بیوشیمیایی ایجاد شده باشد. در میان بسیاری از سوالاتی که در مورد موجودیت بشر مطرح است، این موضوع، سوالی است که هرگز پاسخی برای آن وجود ندارد. در عوض، همه‌‌ی ما از خود در این باره سؤال می‌پرسیم و به‌دنبال یک معنی برای مرگ به جست‌وجو می‌پردازیم.

آیا ما در جهان تنها هستیم؟

بعضی ممکن است فکر کنند ما تنها گونه‌ی زندگی هوشمند در جهان هستیم. اگر اینطور باشد، جهان به‌طرز غیر قابل تصوری تنها است. پژوهشگران دیگر می‌گویند تقریبا هیچ راهی وجود ندارد که زمین تنها مرکز فرماندهی زندگی باشد، ۴۰ میلیارد سیاره‌ی قابل سکونت فقط در کهکشان ما وجود دارد. زندگی بیگانه، به‌طرز بسیار بالقوه‌ای ترسناک است. برخی از شرایط لازم برای به وجود آمدن زندگی وجود دارد.؛ نه‌تنها یک سیاره نیاز به ترکیب مناسب عناصر و شرایط دارد، بلکه باید جرقه‌ای وجود داشته باشد که باعث ایجاد موجودات زنده شود.

سپس این موجودات باید به طریقی به موجوداتی باهوش تبدیل شوند. حتی با علوم انسانی مدرن، ساده‌ترین شکل زندگی در سیاره‌ی ما، هنوز بسیار پیچیده‌تر از واکنش‌های شیمیایی و سلول‌ها است. ما واقعا نمی‌فهمیم که چگونه آن‌ها ظهور و تکامل پیدا می‌کنند و در یک محدوده‌ی فوق‌العاده متنوع از شرایط محیطی، زنده می‌مانند. این امر یافتن، شناسایی و ارتباط با موجودات بیگانه را بسیار پیچیده می‌کند. به رغم این چالش‌ها، محققان در ناسا فکر می‌کنند که ما در چند دهه‌ی آینده شاهد ردپایی از زندگی خواهیم بود.

تلسکوپ‌های قوی‌تر می‌توانند یک کلید برای یافتن آن باشند، یا می‌تواند این باشد که زندگی در اینجا فقط یک منحنی آماری است، تصادفی از نوع خارق‌العاده. با این حال ما می‌دانیم که آب و گازهای مشابه و عناصر در بسیاری از سیارات دیگر وجود دارد. اگر ما همچنان بررسی کنیم و این اتفاق بیافتد که شواهدی مانند باقی‌مانده‌های فسیل‌شده یا باکتری‌های کوچک را پیدا کنیم، احتمال بیشتری برای این وجود دارد که جایی در میان ستاره‌ها هست که گونه‌ی دیگری نیز به آسمان‌ها نگاه می‌کند و همچنین همسایگان بالقوه‌ای وجود دارند که درباره‌ی جای دیگری در جهان تفکر می‌کنند. 

چند گونه‌ی زنده روی زمین وجود دارد؟

براساس برآوردهای انجام‌شده، ما تنها ۱.۵ میلیون گونه، یا به عبارتی ۱۵ درصد از گونه‌های موجود در جهان را می‌شناسیمِ این یعنی اکثر موجودات زنده هنوز به توصیفاتی کافی نیاز دارند. زمین منزلگاه دامنه خیره‌کننده‌ای از موجودات و گیاهان است. فلامینگوهای صورتی آسمان را در بر می‌گیرند، فیل‌های عظیم‌الجثه در زمین‌های ساوانا پای می‌کوبند و میوه‌ها و قارچ‌های عجیبی در همه جا از نظر پنهان مانده‌اند. هرگز نخواهیم فهمید چند گونه‌ی مختلف در سیاره ما زندگی می‌کنند. تنها می‌توانیم بگوییم این گونه‌ها بسیار زیاد هستند. اما این واقعیت دانشمندان را از تلاش برای شناخت گونه‌های بیشتر باز نمی‌دارد.

کارل لینه (Carl Linnaeus) گیاه‌شناس، دو و نیم قرن پیش متوجه شد که انسان‌ها به سیستمی برای پیگیری گونه‌های مختلف سیاره نیاز دارند. او با استفاده از زبان دسته‌بندی، گیاهان و حیوانات را با ذکر نام طبقه‌بندی کرد. این موضوع به‌خصوص درباره گونه‌های کم‌ارزش و نادیده‌گرفته شده‌ای مانند قارچ‌ها نیز صدق می‌کند؛ ما در مورد گونه‌های مختلف قارچ تنها ۱۰ درصد اطلاعات داریم.

در مقابل، در مورد پستانداران مطالعات خوبی انجام داده‌ایم و اطلاعات مناسبی نیز در دست داریم. تمامی اعداد از نظر آماری، حدسی هستند، بنابراین، شاید ما هرگز صحت این تعداد را واقعا ندانیم. شاید دغدغه‌ی بزرگ‌تر ما این باشد که به‌نظر می‌رسد گونه‌های کنونی ما با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه که در طی آن دایناسورها نابود شدند (۶۵ میلیون سال) رو به نابودی می‌گذارند. با این همه، اگر گونه‌های مختلف ناپدید می‌شوند، می‌توانیم این را هم در نظر داشته باشیم که شاید انسان‌ها گونه بعدی رو به انقراض باشند.

آیا سفر در زمان امکان‌پذیر است؟

سفر در زمان به‌عنوان یکی از مفاهیم علمی‌تخیلی، بسیار جذاب است. سخت است که بدون هیچ تعجبی ببینیم می‌توان در تاریخ به عقب بازگشت و در عمل شاهد جنگ رومیان باشیم. شاید حتی جالب‌تر این باشد که بتوانیم به هزار سال بعد برویم و ببینیم که در آن زمان جهان به چه شکلی خواهد بود. به‌نظر می‌رسد، سفر در زمان تنها یک داستان نباشد؛ ما فقط باید ببینیم چطور می‌توانیم این کار را انجام دهیم که یکی از این امکان‌ها کرمچاله است، این پدیده یک نوع پل ایجاد می‌کند که می‌تواند به انسان‌ها کمک کند تا در فضا و زمان سفر کنند.

اگر بتوانید یک رخنه در کرم‌چاله ایجاد کنید، از نظر تئوری خواهید توانست به آن وارد شوید و از سوی دیگر در مکان و زمان متفاوتی در کهکشان سفر کنید. ما می‌توانیم سفر با سرعت نور را تجربه کنیم که در این نقطه، دنیای شما در مقایسه با آنچه که پشت سر می‌گذارید به میزان قابل توجهی سرعت کمتری پیدا می‌کند. دانش کنونی ما، می‌گوید که هیچ چیزی نمی‌تواند با سرعت نور حرکت کند، و حتی اگر می‌توانست ممکن است اجزای آن از هم بپاشد.

شاید بتوانیم در مدار یک سیاهچاله عظیم وارد شویم، سیاهچاله‌ای که گرانشی باورنکردنی داشته باشد و درواقع سرعت زمان را کاهش دهد و وقتی مسافران از سیاهچاله خارج شوند تجربه‌ی زمانی آن‌ها نصف زمانی باشد که در زندگی روی زمین وجود دارد. برای مثال اگر پس از ۱۰ سال بازگردید، خانواده شما در این مدت ۲۰ سال را گذرانده‌اند. یا شاید بتوان از رشته‌های کیهانی یا به اصطلاح ترک‌های موجود در جهان برای هدایت زمان استفاده کرد. این رشته‌ها (که گاهی به شکل حلقه هستند) چنان توده‌ای دارند که ممکن است باعث نوسان زمان و فضای اطراف خود شوند.

دست بردن در هر یک از این سناریوها، ممکن است به ما این قدرت را بدهد که در نهایت راه سفر در زمان را بیابیم. حتی اگر بتوانیم این موضوع را از نظر علمی کشف کنیم، هنوز پارادوکس‌های بسیاری وجود دارند که ممکن است این سفر را غیرممکن یا خطرناک بسازد. پس در حال حاضر، سفر در زمان هنوز یکی از موضوعات کتاب‌ها و فیلم‌های علمی تخیلی باقی می‌ماند.

شاید فیلم نظریه‌ی همه‌چیز را دیده باشید. فیلمی که زندگی استیون هاوکینگ، کیهان‌شناس معروف را به تصویر می‌کشد و نشان می‌دهد که با وجود معلولیت چگونه توانست به چنین چهره‌ی برجسته‌ای تبدیل شود. هاوکینگ از جمله دانشمندانی است که سال‌ها روی رسیدن به تک‌نظریه‌ای که بتواند توضیح‌‌دهنده‌ی همه‌ی پدیده‌های عالم باشد کار کرده است؛ نظریه‌ای که می‌تواند دلیل هر اتفاقی در کیهان را به ما توضیح دهد. قبل از هاوکینگ هم دانشمندان زیادی در این راه تلاش کرده بودند، از جمله آلبرت اینشتین که در این راه کوشید، ولی نتوانست به آن برسد.

اگر واقعا نظریه‌ی همه‌چیز پیدا شود، دستاورد بزرگی برای بشر خواهد بود، چرا که می‌تواند باعث معنی‌دار شدن هر پدیده‌ای که در جهان اطرافمان می‌بینیم، شود. دهه‌ها است که بعضی از فیزیک‌دان‌ها می‌گویند در آستانه‌ی رسیدن به آن هستیم؛ واقعا این‌طور است؟ آیا می‌توانیم به نظریه‌ای برسیم که همه‌چیز، از نحوه‌ی حرکت کهکشان‌ها و ستاره‌ها گرفته تا رشد درختان روی زمین و شکل عملکرد مغز انسان را توصیف کند؟

رسیدن به نظریه‌ای واحد برای همه‌چیز، کاملا قابل فهم و دست‌یافتنی به‌نظر می‌رسد. بدین خاطر که طبیعت قوانین بنیادین خیلی کمی دارد و این قوانین کم، خیلی ساده هستند. در عالم فقط چهار نیروی بنیادین وجود دارد. نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای قوی و هسته‌ای ضعیف هستند که باعث می‌شوند عالم این‌طور که می‌بینیم کار کند. با این حال در اطرافمان پیچیدگی‌های زیادی مشاهده می‌کنیم. برای رسیدن به نظریه‌ی همه‌چیز باید این پیچیدگی‌ها را کنار بگذاریم و قوانین ساده‌ی موجود در پس آن‌ها را ببینیم.

در سال ۱۶۸۷، بسیاری از دانشمندان فکر می‌کردند که به نظریه‌ی توصیف‌کننده‌ی همه‌چیز رسیده‌اند. آیزاک نیوتن کتابی منتشر کرد و در آن توضیح داد که گرانش چگونه کار و اجرام تحت تأثیر آن به چه شکلی حرکت می‌کند. کتاب او «اصول ریاضی و فلسفه‌ی طبیعی» نام داشت. او در این کتاب نشان داد که جهان ما چقدر منظم است و همه‌چیز چقدر زیبا در رابطه‌ی علت و معلولی کار می‌کند.

طبق یک داستان معروف، نیوتن ۲۳ ساله بود که داشت در باغی قدم می‌زد. سیبی از درخت به زمین افتاد و او را به فکر فرو برد. دانشمندان آن زمان هم می‌دانستند که زمین اجرام را به سوی خود می‌کشد، ولی نیوتن این ایده را فراتر برد و گسترش داد. طبق گفته‌ی جان کندویت، که سال‌ها دستیار نیوتن بود، دیدن صحنه‌ی افتادن سیب روی زمین این ایده را در ذهن نیوتن به‌وجود آورد که نیروی گرانش فقط به سطح زمین محدود نمی‌شود و می‌توان آن را به فواصل خیلی زیاد و کل منظومه‌ی شمسی تعمیم داد. نقل است که نیوتن گفته بود که چرا این نیرو نباید بتواند تا ماه برود؟

نیوتن قانون گرانشی خلق کرد که برای سیب روی زمین و سیاره‌هایی که دور خورشید می‌گردند، یکسان بود. هرچند این اجرام خیلی با هم فرق دارند و ابعاد آن‌ها به‌شدت متفاوت است، ولی از قوانین یکسانی پیروی می‌کنند. نیوتن در این کتاب سه قانون را بیان کرد و در آن‌ها توضیح داد که اجرام چگونه حرکت می‌کنند. این قوانین می‌گفتند که وقتی یک توپ را به هوا می‌اندازید چگونه حرکت می‌کند و چه شکلی به زمین باز می‌گردد، یا اینکه چرا ماه در مدار زمین گردش می‌کند. مردم خیلی سریع فکر کردند که با این سه قانون تقریبا هرچیزی را می‌شود توصیف کرد. کافی بود موقعیت و سرعت هر ذره در جهان را داشته باشید تا بتوانید در زمانی دیگر، موقعیت و سرعت آن را حساب کنید.

طبق این منطق اگر یک ابرکامپیوتر فرضی خیلی قدرتمند داشته باشید، این کامپیوتر باید بتواند با داشتن موقعیت و سرعت هر ذره‌ در جهان، موقعیت و سرعت آن برای زمانی در آینده یا گذشته را حساب کند. بنابراین دیگر در جهان هیچ‌چیزی غیر قابل پیش‌بینی نیست و مکانیک نیوتونی می‌تواند هرچیزی را در جهان، حتی تفکر انسان‌ها را هم توضیح دهد. ولی نیوتن به مشکلات قوانین خود آگاه بود، برای مثال گرانش نمی‌تواند توضیح دهد چرا ذرات کوچک می‌توانند در کنار هم باقی بمانند. گرانش نیروی ضعیفی است و نمی‌تواند این جاذبه‌ی نزدیک را بین ذرات یک جسم کوچک مثل یک سیب به‌وجود آورد.

در ضمن هرچند که نیوتن می‌توانست توضیح بدهد در حرکت اجرام چه اتفاقی می‌افتد، ولی نمی‌توانست به چگونگی و چرایی آن پاسخ دهد؛ نظریه‌ی نیوتن ناکامل به‌نظر می‌رسید و علاوه بر این‌ها یک مشکل بزرگتر هم وجود داشت. قوانین نیوتن به خوبی توانسته بودند حرکت بیشتر اجرام عالم را توصیف و پیش‌بینی کنند، ولی مواردی هم بود که نمیتوانستند توضیح بدهند. این موارد نادر بودند و مربوط به اجرامی می‌شدند که سرعت خیلی زیادی داشتند یا تحت گرانش خیلی قوی بودند. یکی از این مشکلات در پیش‌بینی مدار عطارد، نزدیک‌ترین سیاره به خورشید پدیدار شد.

قوانین نیوتن به خوبی توانایی پیش‌بینی مدار همه‌ی سیارات را دارند، ولی عطارد از این قانون مستثنی است و مدار آن با مکانیک نیوتونی دقیقا قابل پیش‌بینی نیست. این خللی بزرگ در قانون گرانش جهان‌شمول نیوتن به‌حساب آمد. کلید معما در ذهن آلبرت اینشتین بود و تقریبا ۲۰۰ سال بعد از نیوتن، اینشتین نظریه‌ی نسبیت عام را مطرح کرد. ایده‌ی اصلی او این است که فضا و زمان که به‌نظر پدیده‌های متفاوتی‌ هستند، در عالم به‌صورت درهم بافته وجود دارند. فضا دارای سه بعد طول، عرض و ارتفاع است و زمان، بعد چهارم به حساب می‌آید.

همه‌ی این چهارتا به یک صفحه‌ی غول‌پیکر کیهانی متصل هستند؛ این همان صفحه‌ی فضا-زمان است. ایده‌ی بزرگ اینشتین این بود که اجرام سنگین مثل سیاره‌ها می‌توانند فضا-زمان را خم کنند. مثل این است که گوی سنگینی را روی یک تشک بگذارید که در این صورت گوی، سطح تشک را خم می‌کند. اگر گوی‌های دیگری هم روی سطح تشک وجود داشته باشند، تحت تأثیر خمیدگی آن قرار می‌گیرند و به سوی گوی اصلی قل می‌خورند؛ این همان چیزی است که اینشتین آن را گرانش می‌داند.

به‌نظر ایده‌ی عجیبی می‌آید، ولی فیزیک‌دان‌ها آن را پذیرفته‌اند، به‌خصوص اینکه به خوبی توانست مدار عجیب عطارد را توصیف کند. طبق نظریه‌ی نسبیت عام، جرم بزرگ خورشید، صفحه‌ی فضا-زمان اطراف را خمیده می‌کند. عطارد که خیلی نزدیک خورشید است، بیشتر در دام این خمیدگی می‌افتد. معادلات نسبیت عام نشان می‌دهند که این فضا-زمان خمیده چگونه بر مدار عطارد تأثیر می‌گذارد و این معادلات به خوبی می‌توانند موقعیت سیاره در هر زمانی را پیش‌بینی کنند. با وجود این موفقیت، نسبیت عام هم نظریه‌ی همه‌چیز نیست.

همان‌طور که نظریه‌ی نیوتن برای اجرام خیلی بزرگ و سنگین کار نمی‌کرد، نسبیت عام هم در ابعاد خیلی کوچک کار نمی‌کند؛ اجرام در ابعاد زیراتمی خیلی عجیب و غریب رفتار می‌کنند. تا قرن نوزدهم تصور می‌شد که اتم کوچک‌ترین واحد سازنده‌ی ماده است. اتم از واژه‌ی یونانی اتوموس (atomos) به‌معنی غیر قابل تقسیم آمده است. یعنی اینکه انتظار نمی‌رفت بتوان آن را به قطعات کوچکتر تقسیم کرد. ولی در دهه‌ی ۱۸۷۰، دانشمندان ذراتی را یافتند که تقریبا ۲۰۰۰ بار از اتم‌ها سبک‌تر بودند. طی نیم قرن بعد دانشمندان فهمیدند که اتم دارای یک هسته است و الکترون‌ها در مدار آن گردش می‌کنند.

هسته که سنگین‌ترین قسمت اتم است، خودش از دو نوع ذره، یعنی پروتون و نوترون تشکیل شده است. پروتون‌ها بار مثبت و نوترون‌ها بار خنثی دارند. دانشمندان باز هم متوقف نشدند و راه‌هایی برای تقسیم بیشتر اتم‌ها یافتند تا مفهوم ذرات بنیادین شکل گرفت؛ تا دهه‌ی ۱۹۶۰، دانشمندان ده‌ها ذره‌ی جدید پیدا کرده بودند. قوانین حاکم بر این ذرات کاملا متفاوت با قوانین حاکم بر اجرام بزرگ مثل سیب و سیارات است؛ این قوانین را مکانیک کوانتوم می‌نامیم. در فیزیک کوانتوم، ذرات فاقد مکان‌های مشخص هستند.

محل قرارگیری آن‌ها قطعی نیست و تمام چیزی که می‌توانیم بگوییم این است که هرکدام از ذرات شانس یکسانی برای قرار گرفتن در هر مکانی دارند. این بدین معنی است که عالم به‌صورت ذاتی فاقد قطعیت است؛ البته این حرف‌ها ممکن است به نظرتان عجیب و غیر قابل باور بیاید. ریچارد فاینمن که خود فیزیک‌دان بود و در زمینه‌ی فیزیک کوانتوم کار می‌کرد، می‌گوید: فکر می‌کنم که می‌توانم با خیال راحت بگویم کسی مکانیک کوانتوم را نمی‌فهمد. عدم قطعیت مکانیک کوانتوم، اینشتین را هم کلافه کرده بود. اینشتین هیچ‌وقت فیزیک کوانتوم را باور نکرد و در پی کار روی آن نرفت.

به مرور زمان مشخص شد که مکانیک کوانتوم و نسبیت عام هر دو خیلی دقیق کار می‌کنند. فیزیک کوانتوم، ساختار و رفتار اتم‌ها را توضیح می‌دهد، از جمله اینکه مثلا می‌تواند توضیح دهد چرا بعضی از آن‌ها پرتوزا هستند. همچنین کوانتوم به نوعی بنیان همه‌ی فناوری الکترونیک ما را ساخته است. درواقع باید گفت که بدون آن شما نمی‌توانستید این مقاله را بخوانید. در همین حال از نسبیت عام برای پیش‌بینی وجود سیاه‌چاله‌ها استفاده شد. سیاه‌چاله‌ها بر اثر مرگ و رمبش ستاره‌های عظیم تحت وزن خودشان به‌وجود می‌آیند؛ جاذبه‌ی سیاه‌چاله‌ها آن‌قدر قوی است که حتی نور هم نمی‌تواند از آن‌ها بگریزد.

مسئله این است که این دو نظریه به طرز عجیبی با هم سازگار نیستند و بنابراین ممکن نیست هر دوی آن‌ها درست باشند. نسبیت عام می‌گوید که رفتار اجرام به‌طور دقیق می‌تواند پیش‌بینی شود، این درحالی است که مکانیک کوانتوم می‌گوید همه‌ی آن‌چه شما می‌دانید چیزی نیست جز احتمال وقوع پدیده‌ها. در حقیقت پدیده‌هایی وجود دارند که فیزیک‌دان‌ها نمی‌توانند آن‌ها را توصیف کنند؛ مثلا سیاه‌چاله‌ها از جمله‌ی همین مشکلات هستند.

آن‌ها خیلی عظیم هستند و بنابراین قوانین نسبیت عام برای آن‌ها کار می‌کند، در ضمن آن‌قدر کوچک هستند (به دلیل رمبش ستاره‌ و جمع شدن همه‌ی جرم آن در یک نقطه‌ی کوچک) که برای شناخت بیشتر آن‌ها از مکانیک کوانتوم هم می‌توان استفاده کرد، مگر در صورتی که بخواهید به یک سیاه‌چاله نزدیک شوید. این عدم سازگاری بین مکانیک کوانتوم و نسبیت عام روی زندگی شما تأثیر نمی‌گذارد، ولی به هر حال در بیشتر قرن گذشته، حسابی ذهن فیزیک‌دان‌ها را به خود مشغول کرده است. شاید اگر این دو نظریه با هم سازگار شوند، به نظریه‌ی همه‌چیز برسیم.

اینشتین بیشتر عمر خود را صرف یافتن چنین نظریه‌ای کرد. البته او موافق با عدم قطعیت نبود، ولی می‌خواست گرانش را با دیگر قوانین فیزیک آشتی دهد. بزرگ‌ترین چالش او، سازگار کردن گرانش با الکترومغناطیس بود. در دهه‌ی ۱۸۰۰، فیزیک‌دان‌ها فهمیده بودند که ذرات باردار می‌توانند به همدیگر جذب یا از یکدیگر دفع شوند و به همین دلیل است که بعضی فلزات به آهنرباها جذب می‌شوند؛ یعنی اجسام می‌توانند به یکدیگر دو نوع نیرو وارد کنند. آن‌ها می‌توانند یکدیگر را با گرانش جذب یا با نیروی الکترومغناطیس جذب و دفع کنند. اینشتین می‌خواست این دو نیرو را با «نظریه‌ی میدان واحد» ادغام کند.

برای انجام این کار، فضا-زمان را به پنج بعد گسترش داد و علاوه بر سه بعد فضا و یک بعد زمان، بعد پنجمی را هم افزود؛ بعدی که به‌گفته‌ی اینشتین آن‌قدر کوچک است که نمی‌توانیم آن را ببینیم. اینشتین ۳۰ سال روی این کار تلاش کرد و هیچ‌وقت به نتیجه نرسید. او در سال ۱۹۵۵ فوت کرد و نظریه‌ی میدان واحد او هم هنوز نصفه و نیمه مانده است. یک دهه بعد از مرگ اینشتین، بزرگ‌ترین رقیب نظریه‌ی همه‌چیز، یعنی «نظریه‌ی ریسمان» ارائه شد. ایده‌ی نظریه‌ی ریسمان خیلی ساده است. این نظریه می‌گوید که اجزای سازنده‌ی ماده مثل الکترون‌ها، ذره نیستند، در عوض آن‌ها حلقه‌های کوچک ریسمانی هستند.

این حلقه‌های ریسمان آن‌قدر کوچک‌اند که آن‌ها را به‌صورت نقطه می‌بینیم. درست مثل سیم‌های یک گیتار، این ریسمان‌ها هم تحت فشار کشسانی قرار دارند. درواقع آن‌ها بسته به اندازه‌شان در بسامدهای مختلف لرزش می‌کنند. این نوسانات باعث می‌شوند که هرکدام از ریسمان‌ها به شکل ذرات مختلف به‌نظر آیند. نوسان یک ریسمان در فرکانسی خاص باعث می‌شود که ما آن ریسمان را مثلا به شکل یک الکترون ببینیم. نوسان آن در فرکانسی دیگر باعث می‌شود که ذره‌ی بنیادین دیگری را ببینیم. بنابراین طبق این نظریه، همه‌ی ذرات زیر اتمی که تا به حال کشف کرده‌ایم درواقع همان ریسمان‌ها هستند که هرکدام در فرکانس‌های مختلف لرزش می‌کنند.

البته شاید در نظر اول این هم ایده‌ی خوبی به‌نظر نرسد، ولی هر چهار نیروی بنیادین موجود در طبیعت را معنادار می‌کند. گرانش و الکترومغناطیس بعلاوه‌ی دو نیروی دیگر که در قرن بیستم کشف شدند. نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف فقط در محدوده‌ی هسته‌ی اتم‌ها کار می‌کنند و به همین دلیل است که خیلی دیر آن‌ها را کشف کردیم. نیروی هسته‌ای قوی، ذرات هسته را کنار هم نگه می‌دارد و نیروی هسته‌ای ضعیف در حالت عادی هیچ‌کاری نمی‌کند ولی اگر نیرویش مقداری زیاد شد، باعث می‌شود که هسته از هم بپاشد؛ به همین دلیل است که بعضی اتم‌ها پرتوزا هستند.

هر نظریه‌ی همه‌چیزی که ارائه شود، باید بتواند هر چهار نیرو را توصیف کند. خوشبختانه مکانیک کوانتوم توانایی یگانه کردن دو نیروی هسته‌ای و نیروی الکترومغناطیس را دارد. هرکدام از این نیروها یک ذره‌ی حامل دارند، ولی تا به حال هیچ‌ذره‌ای برای حمل گرانش کشف نشده است. بعضی از فیزیک‌دان‌ها فکر می‌کنند که چنین ذره‌ای وجود دارد که آن‌ها این ذره‌ی فرضی را گراویتون (Graviton) نامیده‌اند. گراویتون‌ها جرم ندارند و با سرعت نور حرکت می‌کنند؛ تا به حال کسی این ذرات را کشف نکرده است.

این همان‌جایی است که نظریه‌ی ریسمان وارد کار می‌شود. این نظریه ریسمانی را معرفی می‌کند که می‌تواند رفتاری مشابه گراویتون داشته باشد. این حلقه‌ی ریسمان هم فاقد جرم است، با سرعت نور حرکت می‌کند و البته اسپین مناسب دارد. برای نخستین بار در نظریه‌ی ریسمان، مکانیک کوانتوم و نسبیت عام تفاهم پیدا کردند. درنتیجه، در اواسط دهه‌ی ۱۹۸۰ فیزیک‌دان‌ها خیلی به نظریه‌ی ریسمان علاقمند شدند و در سال ۱۹۸۵ نظریه‌ی ریسمان توانست بسیاری از مشکلاتی که طی ۵۰ سال پیش از آن وجود داشت را حل کند، ولی خود این نظریه هم مشکلاتی دارد.

نخست این است که هنوز نظریه‌ی ریسمان را با جزییات زیاد نمی‌شناسیم و زیر و بم‌های آن را به خوبی نفهمیده‌ایم. دوم اینکه این نظریه پیش‌بینی‌هایی می‌کند که به‌نظر عجیب می‌آیند، درحالی که نظریه‌ی میدان واحد اینشتین به یک بعد اضافه وابسته بود، ساده‌ترین مدل‌های نظریه‌ی ریسمان به ۲۶ بعد احتیاج دارند. این ابعاد باید وجود داشته باشند تا روابط ریاضی نظریه‌ی ریسمان درست از آب درآیند. نسخه‌های پیچیده‌تری از آن مثل «نظریه‌های ابرریسمان» دارای ۱۰ بعد هستند، اما باز هم این خیلی بیشتر از ابعادی است که ما در اطراف خود می‌بینیم.

تنها راه اینکه آن را بفهمیم این است که بگوییم فقط سه بعد از ابعاد عالم گسترش یافتند و بزرگ شدند و بقیه آن‌قدر کوچک هستند که نمی‌توان آن‌ها را فهمید. به خاطر این مشکلات و مسائل دیگر، بسیاری از فیزیک‌دان‌ها با نظریه‌ی ریسمان موافق نیستند. بعضی از آن‌ها نظریه‌ی دیگری به نام «گرانش کوانتومی حلقه» ارائه داده‌اند. به زبان خیلی ساده، این نظریه به‌دنبال یک نظریه‌ی کوانتومی برای گرانش می‌گردد. این نظریه از نظریه‌ی ریسمان محدودتر، ولی نسبت به آن مشکل‌تر است.

گرانش کوانتومی حلقه می‌گوید که فضا-زمان به تکه‌های کوچک تقسیم شده است. وقتی زوم بک می‌کنید تکه‌ها را نمی‌بینید و کل فضا-زمان را خیلی یکدست مشاهده می‌کنید. وقتی به درون زوم می‌کنید تعداد زیادی نقطه می‌بینید که با خط‌ها یا حلقه‌هایی به هم متصل شده‌اند. این فیبرهای کوچک که به یکدیگر بافته شده‌اند، می‌توانند گرانش را توصیف کنند. این ایده هم درست مثل نظریه‌ی ریسمان عجیب و غریب است و مشکلات مشابهی دارد و در ضمن هیچ‌گونه شواهد تجربی هم از آن وجود ندارد.

چرا این نظریه‌ها هنوز دست و پا شکسته هستند؟ یک دلیل این است که احتمالا ما هنوز چیز زیادی از آن‌ها نمی‌دانیم. خیلی جذاب است فکر کنیم که همه‌چیز را کشف کرده‌ایم. ولی به‌نظر نمی‌رسد که به‌زودی بتوانیم به نظریه‌ی همه‌چیز برسیم. واقعیت این است که این نظریه‌ها را بسیار سخت می‌توان اثبات کرد چون که ریاضیات آن‌ها خیلی پیچیده است. مشکل اصلی در پیشبرد نظریه‌ی ریسمان این است که ریاضیات کافی برای اینکه بتوانیم فیزیک آن را مطالعه کنیم وجود ندارد.

با وجود همه‌ی مشکلات، نظریه‌ی ریسمان به‌نظر قابل اعتماد است. دانشمندان سال‌ها تلاش می‌کردند که گرانش را با دیگر بخش‌های فیزیک یگانه کنند. ما نظریه‌هایی داشتیم که الکترومغناطیس و دیگر نیروها را خیلی خوب توصیف می‌کرد ولی گرانش را نمی‌توانستند با آن‌ها یگانه کنند. نظریه‌ی ریسمان می‌تواند کاری کند که این کار انجام شود؛ مشکل واقعی این است که نظریه‌ی همه‌چیز ممکن است به‌سادگی قابل شناسایی نباشد. وقتی در دهه‌ی ۱۹۸۰، نظریه‌ی ریسمان حسابی معروف شد، پنج نسخه‌ی متفاوت از آن به‌وجود آمد.

نگرانی این بود که چگونه ممکن است برای رسیدن به نظریه‌ی همه‌چیز، پنج نسخه‌ی مختلف وجود داشته باشد. در طول یک دهه‌ی بعد، فیزیک‌دان‌ها فهمیدند که این نظریه‌ها می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند؛ آن‌ها راه‌های مختلف نگریستن به یک پدیده‌ی واحد بودند. نتیجه‌ی نهایی، نظریه‌ی M بود که در سال ۱۹۹۵ مطرح شد. این نسخه‌ای ژرف‌نگرانه‌تر از نظریه‌ی ریسمان بود و از همه‌ی نسخه‌های قبلی کمک می‌گرفت. نظریه‌ی M هم به یازده بعد احتیاج دارد که به هر حال بهتر از ۲۶ بعد است.

ولی نظریه‌ی M هم فقط یک تک نظریه نیست. نظریه‌ی M خود از ۱۰ به توان ۵۰۰ نظریه‌ی دیگر تشکیل شده است و همه‌ی آن‌ها منطقی هستند و می‌توانند توصیف‌کننده‌ی عالم باشند. بعضی از فیزیک‌دان‌ها می‌گویند که این قضیه می‌تواند بیانگر واقعیت جالبی باشد. ساده‌ترین نتیجه‌ای که می‌توان از آن گرفت این است که عالم ما فقط یکی از چندین و چند عالم موجود است و هرکدام از آن‌ها را می‌توان با یکی از تریلیون‌ها نسخه‌ی نظریه‌ی M توصیف کرد. به این مجموعه‌ی عظیم از جهان‌ها، جهان چندگانه (Multiverse) می‌گوییم.

وقتی زمان شروع شد، عالم چند‌گانه مثل یک کف پر از حباب به‌نظر می‌رسید که حباب‌های آن اندکی در شکل و اندازه با هم تفاوت داشتند. در نهایت هرکدام از حباب‌ها منبسط شدند و دنیاهایی را ساختند و ما فقط در یکی از این حباب‌ها هستیم. وقتی که حباب‌ها منبسط می‌شوند، حباب‌های دیگر می‌توانند در آن‌ها رشد کنند و این باعث می‌شود که جغرافیای کیهان بسیار پیچیده شود. در هرکدام از جهان‌های حبابی، قوانین فیزیکی یکسانی حاکم است. به همین دلیل است که همه چیز در جهان ما به‌صورت یکسان رفتار می‌کند.

قوانین در جهان‌های دیگر متفاوت هستند یعنی آن‌ها بر جهان ما و نه همه‌ی جهان‌ها حکمرانی می‌کنند. این باعث می‌شود که به نتیجه‌گیری عجیبی برسیم. اگر نظریه‌ی ریسمان بهترین راه برای ترکیب کردن نسبیت عام و مکانیک کوانتوم باشد، بنابراین ترکیب آن‌ها هم نظریه‌ی همه‌چیز هست و هم نظریه‌ی همه‌چیز نیست. از یک سو، نظریه‌ی ریسمان می‌تواند توصیف کاملی از کیهان به ما بدهد. ولی همچنین می‌تواند به این ایده که تریلیون‌ها جهان وجود دارد و هرکدام از آن‌ها یگانه هستند، بینجامد. بزرگ‌ترین تغییر این است که ما انتظار نداریم یک نظریه‌ی همه‌چیز یگانه وجود داشته باشد. نظریه‌های ممکن زیادی وجود دارد که تقریبا به همه‌ی آن‌ها می‌توان فکر کرد.

 این بسیار مهم است که علم و دانش برای همه در دسترس باشد که تصور دانشمند قهرمان ،دانشمندی که به‌تنهایی کار می‌کند، به نتایج کلی صدمه وارد نکند. جهان هستی علاوه‌بر تمام موجودات و کائنات، شامل رازها و سؤال‌های بی‌جواب زیادی است که در انتظار کشف و پاسخ‌گویی هستند. از زمانی‌که انسان روی کره‌ی زمین ایستاد و به آسمان پرستاره و بی‌کران نگاه کرد، بزرگ‌ترین خواسته‌اش، کشف و دانستن بوده است. درنتیجه انسان‌های بسیاری که طبیعت و گذشت زمان، آن‌ها را در تمدن‌های پی‌در‌پی به وجود آورده است، همواره بار اکتشاف را به دوش کشیده‌اند و نتیجه‌ی تلاش و خلاقیت آن‌ها، تجربه‌ی عصر فناوری است که ما امروز در آن به سر می‌بریم.