فلسفه و تاریخ علم

کیهان شناسان، جهان هستی را شبیه سازی می کنند

giphy (1)
نوشته شده توسط عرفان کسرایی

آزمایش در علوم تجربی مفهوم روشنی دارد. حذف و تغییر عوامل! مثلا در آزمایشگاه فیزیک می توان پژوهش کرد که ولتاژ V با چه پارامترهای دیگری مرتبط است و مهمتر از آن این رابطه به چه شکل است. مثلا تصور کنید که فیزیکدان متوجه می شود ولتاژ با مقاومت R و جریان I متناسب است. اما این کافی نیست و تنها نیمی از راه است. هنوز باید بدانیم که رابطه بین این پارامترها و عوامل چگونه است. مثلا نسبت مستقیم بین V و R برقرار است یا معکوس. زیر رادیکال یا مثلا توان دوم یا حتی رابطه ای مثلثاتی. در فیزیک می توان مثلا یکی از این عوامل را حذف کرد یا تغییر داد و دید چه اتفاقی می افتد. می توان قطر سیم را تغییر داد و یا با تغییر ولتاژ و جریان دید که چه بر سر سایر عوامل می آید. اما در این بین مفهوم آزمایش در برخی علوم قدری متفاوت است. مثلا در زمین شناسی با مطالعه فسیل ها و جنس ذرات و سنگ های هر لایه می توان به وقایعی که در گذشته رخ داده است پی برد. اما رویدادهای زمین شناسی رویدادهایی بوده اند که یکبار اتفاق افتاده اند و نمی توان آنها را عینا تکرار کرد. مثلا شکل گیری سنگ‌های آذرین، دگرگونی و رسوبی. کریستاله شدن سنگ‌های مذاب یا گرانیت، بازالت و سنگ آتشفشانی اتفاقی بوده که در تاریخ زمین افتاده و نمی توان آنها را عینا و در آزمایشگاه به همان سادگی که می توان رابطه بین ولتاژ و جریان و مقاومت الکتریکی را آزمود مورد آزمایش قرار داد. زمین شناسی باید بتواند توضیح دهد چرا سنگ‌های آذرین و دگرگونی به ندرت می‌توانند شامل گاز و نفت باشند.
یا چرا اکثر نفت‌های دنیا مانند خلیج مکزیک وخلیج فارس در سنگ‌های رسوبی که از رسوبات دریایی در خلاف پیشروی قاره‌ها تشکیل شده اند، قرار دارند. اما همانگونه که ذکر شد یک تفاوت اساسی بین مفهوم آزمایش در زمین شناسی از یکسو و مثلا فیزیک از سوی دیگر وجود دارد. در کیهان شناسی هم وضع به همین منوال است. مثلا نمی توان مشتری را از منظومه ی شمسی حذف کرد و دید بدون وجود آن چه اتفاقی در حرکت اجرام آسمانی منظومه ما می افتد. یا مثلا نمی توان اندازه خورشید را تغییر داد و دید اگر خورشید بزرگتر یا کوچکتر بود مدار زمین چه تغییری می کرد. کیهان شناسان در واقع به همان روش فیزیکدانان و شیمیدانان در آزمایشگاه به انجام آزمایش نمی پردازند. کیهان شناس یا اخترفیزیکدان تشکیل و تکامل ستاره را آزمایش نمی کند. چون هیچ دسترسی به ستاره ندارد و چنین چیزی ممکن نیست. پس کار کیهان شناس بدون آزمایش چگونه پیش می رود؟

مدلسازی و محاسبات ریاضی
اخترفیزیکدان بر اساس قوانین طبیعی، مثلا قانون گرانش، قوانین حرکت، قوانین گازها و پدیده ی دوپلر و مانند آنها (که در آزمایشگاه و در روی زمین آزمایش شده و بر ما مسجل شده که این قوانین در سراسر کیهان و در خارج از زمین نیز صادق است) مدل هایی می سازد. مثلا در مدلسازی یک ستاره، عواملی مانند جرم ، چگالی و دمای درون ستاره و شعاع آن وارد می شود. دانستن چگونگی تشکیل ستاره در مجموعه ای از شرایط معین ، مستلزم محاسبات ریاضی شامل میلیاردها مرحله جداگانه است. ضرورت انجام این حجم عظیم از محاسبات، تا ظهور کامپیوتر برای اخترفیزیکدانان مانع بزرگی به شمار می رفت. کامپیوترهای امروزی می توانندمیلیونها مرحله محاسبه را تنها ظرف چند ثانیه انجام دهند.

یک نمونه از مدلسازی ریاضی به کارگرفته شده در کیهان شناسی

زمانی که قوانین اساسی طبیعت برای کامپیوتر تعریف می شود و شرایط اولیه ای مانند جرم و چگالی و دما به عنوان داده های ورودی به کامپیوتر وارد می شود، کامپیوتر می تواند مثلا تکامل ستاره ها را مدلسازی کند و حالت آن را در هر زمان مفروضی پیش بینی کند.

یک نمونه از شبیه سازی کامپیوتری در کیهان شناسی

مدل نظری کامپیوتری می تواند نشان دهد که یک ستاره بر اثر نیروی گرانش منقبض و گرم می شود و واکنش گرماهسته ای مانند همان واکنشی را آغاز می کند که در خورشید شاهد آن هستیم. در مدلسازی مشخص می شود که ستاره پایدار می شود و سپس به صورت ستاره ای بسیار بزرگ و سرد رشد می کند و سرانجام به یکی از چند صورت مرگ دچار می شود. مدلسازی کامپیوتری، طیف گسترده ای از آزمایش ها را در اختیار ما می گذارد. آزمایش هایی که با نبود کامپیوتر و دانش مدلسازی، به هیچ عنوان امکان انجام آنها وجود نداشت.

درباره نویسنده

عرفان کسرایی

کسرایی، عضو انجمن فلسفه علم آلمان و پژوهشگر مطالعات علم و فناوری در دانشگاه کاسل است
زمینه های پژوهشی او عبارتند از:
-فلسفه فیزیک ، منطق ریاضی و مدلسازی در ریاضیات مهندسی
-ارتباطات علم و جامعه شناسی شبه علم در ایران
-تاریخ علم (تاریخ فیزیک مدرن در قرن بیستم)

دیدگاه شما چیست