یکتا فراهانی: چه می‌شد اگر می‌توانستیم اولین جرقه‌های ذهن نابغه‌ای را بخوانیم که معادلات کیهان را بازنویسی کرد؟ پیش از آنکه استیون هاوکینگ به چهره‌ای جهانی در علم کیهان‌شناسی تبدیل شود، در اتاقی کوچک در کمبریج نشسته بود و با کاغذ و قلم و به حل معمای بی‌انتها بودن هستی فکر می‌کرد.
در سال ۱۹۶۶ در گوشه‌ای از دانشگاه کمبریج، جوانی ۲۴ساله که هنوز نامش در حلقه‌های بزرگ علمی شناخته‌شده نبود، رساله‌ای نوشت که بعدها به یکی از ستون‌های علمی فهم ما از کیهان بدل شد. استیون هاوکینگ با نگاهی تیزبین و ذهنی بی‌پروا، تصمیم گرفت به پیچیده‌ترین پرسش‌های بشر درباره سرآغاز و سرنوشت جهان پاسخ دهد. او در رساله دکترای خود پا به قلمرو تکینگی‌ها، مرزهای فضا - زمان و رازهای انبساط کیهانی گذاشت؛ مفاهیمی که حتی برای فیزیک‌دانان زبده آن زمان هم ناشناخته و مبهم بودند.
مفهوم آغاز جهان
رساله‌ای که هاوکینگ نوشت، نه‌تنها یک پروژه دانشگاهی بود، بلکه نقطه آغاز عصری نو در کیهان‌شناسی به شمار می‌رود؛ رساله‌ای که باتکیه‌بر نظریه نسبیت عام اینشتین، تلاش کرد مفهوم آغاز جهان و مسیر گسترش آن را بازتعریف کند. آیا جهان لبه دارد؟ آیا علیت در ساختار جهان حفظ می‌شود؟ آیا بیگ بنگ یک رویداد تصادفی بود یا نتیجه اجتناب‌ناپذیر قوانین طبیعت؟ هاوکینگ در این رساله کوشید پاسخ‌هایی علمی به این پرسش‌های عظیم بدهد.
مبنای درک جدید ما از جهان
در میانه قرن بیستم، نظریه نسبیت عام اینشتین و مشاهدات هابل، مبنای درک جدید ما از جهان را بنا نهادند؛ جهانی که نه ایستا بلکه در حال گسترش است. اما این نظریه‌ها در برابر پرسش‌هایی بنیادین سکوت کرده بودند: آیا نقطه آغاز جهان وجود دارد؟ تکینگی‌ها چه نقشی در سرنوشت فضا - زمان دارند؟ در همین زمان بود که هاوکینگ جوان، تصمیم گرفت این معماها را هدف رساله دکترای خود قرار دهد.
وقتی تکینگی‌ها جدی شدند
یکی از برجسته‌ترین بخش‌های این رساله، پرداختن به مفهوم تکینگی‌ها بود. هاوکینگ باتکیه‌بر نظریه نسبیت عام و پژوهش‌های راجر پنروز، نشان داد که اگر جهان دارای ماده کافی باشد، وجود تکینگی درگذشته‌اش اجتناب‌ناپذیر است؛ نقطه‌ای که چگالی و گرانش بی‌نهایت می‌شود. این نظریه، پشتیبان علمی قدرتمندی برای مدل بیگ بنگ ارائه کرد.
علیت در جهان در حال انبساط
آیا ممکن است در جهانی در حال گسترش، علت و معلول از هم جدا شوند؟ هاوکینگ در این بخش از رساله‌اش با مدل‌سازی‌های ریاضی نشان داد که حتی در گسترش کیهانی، نظم علیتی حفظ می‌شود. به عبارتی، سفر در زمان یا ارسال سیگنال سریع‌تر از نور، در چنین جهانی ممکن نیست.
ماده، معمار گسترش کیهان
هاوکینگ در رساله‌اش به بررسی نقش چگونگی توزیع ماده در ساختار جهان پرداخت. او نشان داد بسته به اینکه ماده در جهان به‌صورت یکنواخت یا ناهمگون توزیع شده باشد، روند گسترش کیهان نیز تغییر خواهد کرد. این تحلیل، به درک بهتر از نحوه شکل‌گیری کهکشان‌ها و ساختارهای بزرگ‌مقیاس کمک کرد.
آیا جهان لبه دارد؟
در بخش مهمی از رساله، هاوکینگ به بررسی شرایط مرزی جهان پرداخت. آیا جهان بی‌نهایت است یا لبه دارد؟ او با تحلیل توپولوژی‌های گوناگون، بنیانی برای نظریه «بی‌مرزی» خود در سال‌های بعد فراهم کرد؛ نظریه‌ای که جهان را بدون لبه و آغاز در زمان معرفی می‌کند.
هاوکینگ در این پژوهش از ابزارهای ریاضی بسیار پیشرفته‌ای استفاده کرد؛ از معادلات میدان اینشتین گرفته تا معادله رایچودهوری برای بررسی تمرکز مسیرهای نور. این ریاضیات پیچیده، ستون فقرات استدلال‌های او را شکل داد و بعدها الهام‌بخش تدوین «قضیه‌های تکینگی پنروز - هاوکینگ» شد.
این رساله تاریخ علم را دگرگون کرد
رساله دکترای هاوکینگ فقط یک پایان‌نامه دانشگاهی نبود؛ نقطه‌ای بود که در آن، نگاه ما به جهان دگرگون شد. او باهوش سرشار و درکی بی‌نظیر از ریاضیات، مفاهیمی را صورت‌بندی کرد که بعدها به نظریه‌های بنیادین در کیهان‌شناسی بدل شدند. از منشأ بیگ بنگ تا سفرهای فکری در مرزهای هستی، همه از همین رساله آغاز شدند.