نسخه انگلیسی کتاب، در واقع از مجموعه مقدمه‌ای بسیار کوتاه انتشارات آکسفورد است که مخاطبان عمومی را در نظر گرفته است و نویسنده کتاب فیزیکدان ذرات پرانرژی است که در حال حاضر استاد دانشگاه اپن است. او بابت نوشته‌هایش چندین جایزه علمی به دست آورده است. همچنین مجموعه ویدئویی به نام مرزهای قابل آگاهی را اجرا و تولید کرده است که در آن در هر قسمت به سراغ یکی از مفاهیم علمی از ماده، فضا، زمان و آگاهی رفته است و هر یک را از دو چشم انداز علمی و فلسفی بررسی کرده است.

مقدمه مترجم

مترجم پس از معرفی کتاب و نویسنده خبر از اکتشافی مهم در عالم فیزیک را داده است و آن احتمال کشف ذراتی است که به سرعتی بالاتر از سرعت نور دست یافته‌اند. وی پس از توضیح درباره چگونگی انجام این آزمایش و حدس و گمان‌هایی پس از آن، تأکید دارد که حتی در صورت اثبات این آزمایشات که تردیدهای فراوانی در آنان وجود دارد، این امر هیچ آسیبی به ارزش نظرات انیشتین نمی‌زند و نسبیت قابلیت بحث مجدد و بازنگری را چون هم اصل علمی دیگر دارد. همان اتفاقی که برای نظرات نیوتن پس از نسبیت افتاده است. 

هرچند خواننده چندان از این باب نگرانی به دل ندارد تا زمانی که در نیمه‌های کتاب با توجه به تئوری‌های ارائه شده و نتایج به‌دست آمده از آن است که متوجه می‌شود هیچ ذرهای نباید از سرعت نور بیشتر حرکت کند. زیرا در این صورت خطر بازگشت زمان به عقب در کمین بشر است. پیشنهاد داده می‌شود خواننده در آن زمان دوباره به مقدمه بازگردد و با توضیحات آرامش بخش مترجم به خواندن بقیه کتاب ادامه دهد!

پیشگفتار

برخلاف مقدمه طولانی، پیشگفتار کتاب تنها یک صفحه است. نویسنده در این یک صفحه گزاره‌های علمی را که سال‌هاست مورد یقین تمامی مخاطبان عام است مطرح می‌کند. گزاره چون:

  • زمان بر همه ما یکسان می‌گذرد.
  • ماده نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود.
  • مجموع زوایایی داخلی یک مثلث 180 درجه است و…

در ادامه نویسنده عنوان می‌کند که انیشتین اثبات کرده است که موقعیتهایی وجود دارد که این گزاره‌ها در آن وضعیت‌ها نادرست باشند! همین پیشگفتار یک صفحه‌ای کافی است تا خواننده بفهمد که قدم در دنیایی گذاشته است که قصد دارد زمین زیر پای او را متزلزل کند

فصل اول: نسبیت خاص

نویسنده فصل اول را با مثال آغاز می‌کند. مثالی ساده از توهم ِحرکت در ِ قطار ساکن زمانی که قطار مجاور در حال حرکت است و با توسعه همین مثال، خواننده را با اصل نسبیت آشنا می‌کند. اینکه قوانین فیزیک حاکم بر محیط ما برای همه افراد و اشیایی که به طور ساکن و یکنواختی در حال حرکت هستند، یکسان است. این رسم خوشایند را نویسنده تا انتهای کتاب اجرا می‌کند، استفاده از مثال‌های ساده و کاربردی برای فهماندن مسائل پیچیده فیزیکی. نویسنده از همان ابتدا اعلام می‌کند که کاشف اصل نسبیت انیشتین نبوده است، اما او کسی بوده که از طریق نظریات ماکسول به این نکته پی برده است که دو گزاره زیر که مورد توافق همگان است، با یکدیگر توافق ندارند!

الف) اصل نسبیت بیان می‌کند که قوانین طبیعت برای همه در چارچوب‌های ِ مرجع لخت، یکسان هستند.

ب) یکی از قوانین طبیعت به ما اجازه می‌دهد که مقدار سرعت نور در خلأ را – که مقداری ثابت در همه چارچوب‌های مرجع لخت و مستقل از سرعت منبع و یا ناظر آن است- به دست آوریم.

انیشتین تنها دانشمندی بود که به این نکته توجه کرد که اگر اولی درست باشد، دومی غلط است و برعکس. ضمن اینکه هر شیئی که با سرعتی معادل سرعت نور حرکت کند و فارغ از سرعت چهارچوب مرجع لخت یا ناظر، سرعت یکسانی داشته باشد، دچار همین مسئله می‌شود. در ادامه بارها نویسنده ما را به مسائلی این چنین روبرو می‌کند: امکان شک کردن در تمام اصولی که تا به حال کاملاً بدیهی پذیرفته شده است. نویسنده در زیر هر عنوان یکی از تئوری‌های انیشتین را مطرح کرده و چگونگی شکل گیری این تئوری و اثبات آن را به همراه مثال و فرمول توضیح داده و سرانجام تئوری مورد نظر را در کهکشان تطبیق می‌دهد.

اتساع زمان

در جستجوی تناقضی که در بخش قبل مطرح شد، انیشتین مسئله اتساع زمان را مطرح می‌کند. نویسنده برای توضیح چگونگی دلایلی که انیشتین برای این امر بیان کرده است، از یک مثال ساده و قابل فهم استفاده می‌کند که در سراسر این کتاب بارها به این مثال باز می‌گردد. دو برادر دوقلو که یکی در کره زمین و در اتاق کنترل پرواز باقی مانده و دیگری سوار برای سفینه به فضا سفر می‌کند و هر کدام از برادرها ساعت‌های خودشان را دارند که در ابتدا کاملاً با یکدیگر تنظیم شده‌اند. با گذشت زمان و ادامه سفر، معلوم می‌گردد که زمان برای دو برادر با دو سرعت متفاوت می‌گذرد و در واقع ساعت یکی کندتر از دیگری عمل می‌کند. دلیل این امر از طریق یکسری آزمایش مشخص می‌شود. در درون سفینه شعاع نوری از یک منبع نور خارج می‌شود و با تصاویر گویای صفحه 29 نویسنده به خوبی به خواننده می‌فهماند که برای برادر درون سفینه، نور مستقیم حرکت می‌کند، ولی با توجه به حرکت سفینه به سمت بالا، برادری که در روی کره زمین مانده است، حرکت شعاع نور را در مسیر شیب داری می‌بیند و با توجه به ثابت بودن سرعت نور برای هر دو برادر، می‌توان نتیجه گرفت که زمان رسیدن نور به مقصد برای این دو متفاوت است و در نتیجه ِ سرعت گذشت زمان نیز برای این دو مختلف است. این همان چیزی است که انیشتین به آن اتساع زمان می‌گوید. اینکه هر دو برادر زمان خاص خودشان را دارند و این دو زمان با یکدیگر یکسان نیست. می‌توان تصور کرد که این تئوری در زمان خود (و برای خواننده عام همین اکنون) تا چه حد شگفتی ایجاد کرده است.

پارادوکس دوقلوها

نویسنده در ادامه با همین مثال دوقلوها تعداد فراوانی سؤال در ذهن خواننده ایجاد می‌کند که وعده پاسخ دهی به آنان را در ادامه کتاب می‌دهد که حقیقتاً با پاسخی دهی تدریجی به این سؤالات ذهن خواننده را به خوبی با خود همراه می‌کند. سؤالاتی چون: آیا از دید ِ برادر فضا نور، زمان بر روی کره زمین تندتر می‌گذرد؟ طبق اصل نسبیت نباید پاسخ این سؤال مثبت باشد زیرا گفته شد که برای تمامی چارچوب‌های لخت، حرکت نسبی است پس ساعت روی کره زمین نیز کندتر از ساعت داخل سفینه است. اما چه طور چنین تضادی ممکن است؟ پاسخی که نویسنده می‌دهند بسیار حیرت آور است: برای ِ برادر داخل سفینه ساعت روی زمین کندتر است و برای برادر روی زمین، ساعت داخل سفینه کندتر می‌گذرد! این همان پارادوکسی است که جواب آن در صفحات آتی کتاب است.

انقباض طول

در ادامه نویسنده همچنان خواننده را با شگفتی‌های بیشتری روبرو می‌کند. او در این بخش با استفاده از مثال همان دو برادر و استفاده از فرمولهای ریاضی اثبات می‌کند که زمانی که ِ ساعت درون سفینه نشان می‌دهد، کوتاه‌تر از زمانی است که ساعت روی زمین نشان می‌دهد. اما از سوی دیگر اتفاق عجیبی که افتاده این است که فضانورد به اندازه‌ای که برادرش در اتاق کنترل ادعا می‌کند برای تکمیل سفرش، مسافرت نکرده است! این عدم هماهنگی انیشتین را به این نتیجه می‌رساند که نه تنها سرعت باعث ایجاد تغییر در زمان می‌شود که موجب تغییر بر روی فضا نیز می‌شود؛ یعنی تا جایی که فضانورد درک می‌کند، هر مسافت یا شیءای که نسبت به او در حال حرکت است، دچار انقباض طول می‌گردد. خواننده باید این شگفتی جدید را هضم کند: کوتاه شدن فضا در نتیجه سرعت!

نقض همزمانی

نویسنده همچنان با مثالهای روشن و واضح خود و تصاویر کمکی و بسیار مفید تئوری‌های جذابی مطرح می‌کند. اگر دو شعاع نور از یک منبع به دو سر سفینه بر خورد کند، به نظر فضانورد هر دو نور در زمان یکسانی به انتها و ابتدای سفینه می‌رسند. 

به نظر برادری که در زمین و اتاق کنترل است، نوری که به سمت نوک سفینه می‌رود، به دلیل حرکت سفینه رو به بالا و در حال دور شدن از کره زمین، دیرتر از نوری به مقصد می‌رسد که به انتهای سفینه برخورد کرده است! و اگر ناظر سومی هم وجود داشته باشد که در سفینه به سمت او حرکت کند، او برخورد نور به نوک سفینه را زودتر از برخورد نور به انتهای سفینه می‌بیند! این به این معنی است که سه ناظر در هم زمانی یک رویداد مشترک با یکدیگر اختلاف عقیده دارند و سؤال این است: کدام یک راست میگویند؟ این بار انیشتین جواب این سؤال را پیدا نکرده است

فضا- زمان چهاربُعدی

این یکی از معلمان انیشتین است که این سؤال را پاسخ می‌دهد. او عقیده دارد چیزی که نسبیت به ما می‌گوید، این است که فضا و زمان بیشتر از آنچه پیش‌تر می‌اندیشیدیم به هم شبیه هستند. از دید او ما نباید یک فضای سه بُعدی را در کنار یک زمان مجزا در نظر بگیریم، بلکه باید آنها را در یک فضا زمان چهار بُعدی در نظر گرفت که در آن فضا و زمان در یکدیگر تنیده شده‌اند.

نویسنده برای توضیح بیشتر این تئوری باز هم از دو برادر دوقلو استفاده می‌کند که اکنون این دو در فضا  زمان چهار بُعدی فارغ از سرعت‌هایشان با هم توافق دارند. نویسنده این توافق را با حل چند معادله ریاضی اثبات می‌کند و خواننده می‌پذیرد که در فضا  زمان چهاربُعدی تمامی تناقضهای که در بخش‌های قبل با آن روبرو شده بود، حل می‌گردد. طبعاً اینکه سرانجام انیشتین نیز این ساختار فضا زمان چهار بُعدی را پذیرفته است، پذیرش آن را برای خواننده آسان‌ترمی کند! حتی نویسنده نیز با طنز خاص خود نگران سردردی است که خواننده بعد از خواندن این معادلات پیچیده دچار آن شده است و امیدوار است که یک فنجان چای آن را برطرف کند

سرعت نهایی

در بخشهای قبلی مشخص شد که هرچه با سرعت بیشتری حرکت کنیم، گذر زمان آهسته‌تر می‌شود و اگر به سرعت نور برسیم، زمان متوقف می‌شود. اکنون سؤالی که نویسنده مطرح می‌کند این است که اگر فرایند شتاب دادن جسم متحرک را افزایش دهیم تا سرعتش از نور فراتر رود، چه اتفاقی میافتد؟ در واقع چه بر سر زمان می‌آید؟ 

آیا فرد به زمان عقب باز می‌گردد؟ نویسنده با خوش خلقی امیدوار است که چنین نباشد. چون مانند فیلمهای علمی تخیلی ممکن است که فرد درگذشته کنشی انجام دهد که موجب به هم ریختن آینده شود و اگر این کنش کشته شدن پدربزرگ فرد در این حادثه رانندگی باشد، موجب عدم وجود این فرد در آینده خواهد شد! اما خوشبختانه نویسنده از طرف انیشتین با یک سری معادلات ریاضی اثبات میکند که چنین چیزی ممکن نیست. هیچ جسمی امکان شتاب یافتن بیش از سرعت نور را ندارد. اما در همین زمان است که خواننده خوش حافظه مقدمه مترجم را به یاد می‌آورد که در آزمایشی گروهی از دانشمندان ذراتی را با سرعتی بیشتر از نور شناسایی کرده بودند. امری که نویسنده هنگام نگارش کتاب از آن بی خبر است و خواننده نگران گذشته و آینده خود شده است!

E=mc2

نویسنده در این بخش به سراغ معروفترین فرمول انیشتین می‌رود. او این فرمول را با شکلی جدید تفسیر می‌کند. جرم m یک جسم همزمان با اینکه سرعت به سمت c میل می‌کند، به سمت بی نهایت میل می‌رود و هیچ نیرویی فارغ از قدرت و مدت اعمالش نمی‌تواند جسمی را که جرمی معادل بی نهایت دارد را حرکت دهد. در واقع این فرمول به ما می‌گوید که هر جسمی به جرم m همیشه با مقداری انرژی یا e همراه است و برعکس هر مقدار انرژی همیشه با مقداری جرم مناسب با خود ارتباط دارد. نویسنده در ادامه از طریق این فرمول به خوبی مفهوم شکافت هسته‌ای و همچنین همجوشی هسته‌ای را توضیح می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه انرژی جرم در حال سکون می‌تواند به سایر اشکال انرژی تبدیل شود و جالب‌تر اینکه این فرایند به شکل معکوس نیز رخ می‌دهد. به این صورت که هنگامی که شتاب دهنده‌ها به ذرات شتاب می‌دهند، آنها به انرژی بالایی دست می‌یابند و در نتیجه بر خود این ذرات شتاب داده شده، ذرات بنیادی جدید به وجود می‌آیند! و خواننده بسیار حیرت‌زده می‌شود زمانی که متوجه می‌گردد در آزمایشهای اخیر موادی تولید شده‌اند که ویژگیهای آنها با مواد عادی که جهان ما را می‌سازند، سازگاری و تشابه ندارند! نویسنده با افتخار اعلام می‌کند که این حوزه، قلمرو فیزیک ذرات بنیادی است. دنیایی که همه چیز به سرعت نور حرکت می‌کند و ِ نسبیت خاص بر تخت پادشاهی نشسته است. البته غلطهای تایپی کتاب در این بخش موجب می‌شود اندکی پایه‌های این سریر سلطنت سست شود.

فصل دوم: نسبیت عام

در فصل قبل نویسنده شرایطی را مورد بررسی قرار داده است که در آنها حرکت یکنواخت در نظر گرفته می‌شد. اما در این فصل نویسنده افق دید خواننده را توسعه داده است و بر روی تأثیر دو عامل ِ حرکت شتابدار و گرانش بر روی فضا و زمان بحث می‌کند و این عمل را با نثر ساده و قابل فهم و مثالهای دلنشین خود انجام داده و دنیای شگفتیهای خواننده را گسترده‌تر می‌کند

اصل هم ارزی

نویسنده از گذشته آغاز می‌کند، زمانی که گالیله در برج پیزا آن آزمایش معروف را به راه انداخت که اشیایی با جرمهای مختلف را از بالای برج به پایین انداخت تا اثبات کند همه آنها همزمان به زمین برخورد می‌کنند، داستانی احتمالاً ساختگی اما  آزمایشی حقیقی. واقعیت این است که سقوط آزاد را گالیله کشف کرد. امری که سالها قبل از انیشتین پذیرفته شده بود. اما باز هم نبوغ همیشگی انیشتین در تردید به اصول پذیرفته شده در اینجا نیز ظاهر می‌شود و او یک سؤال ساده مطرح می‌کند:

چه طور جاذبه گرانشی می‌داند که با چه قدرتی دو جسم کاملاً متفاوت را طوری به سمت خود بکشد که باعث شود هر دوی آنها با سرعت یکسانی به زمین برسند؟ او با نبوغ خود فوراً به این نتیجه رسید که باید رابطه دقیقی میان گرانش و شتاب وجود داشته باشد. نویسنده این بار دست از سر دو برادر دوقلو برداشته است و از مثال آسانسوری استفاده می‌کند که یک چکش و پر درون به سمت پایین رها می‌شوند و ِ خود آسانسور نیز با کابل قطع شده به سمت زمین در حرکت است(. نویسنده با طنز خواص خود به خواننده اطمینان می‌دهد که ناظر این آزمایش از سقوط آسانسور جان سالم به در برده است). در نتیجه این اتفاق، چکش و پر به کف آسانسور نمی‌رسند؛ در همان میانه معلق باقی می‌مانند. بنابراین برخلاف تصور عمومی که فضانوردان به دلیل نبود گرانش است که معلق هستند، معلوم می‌شود که در سفینه‌ای که به دور کره زمین در حرکت است و هنوز نیروی گرانش وجود دارد، این شتاب است که موجب می‌شود گرانش نتواند وظیفه خود را در سقوط سفینه انجام دهد.زیرا تمام قدرت گرانش برای تبدیل حرکت خطی سفینه به حرکت مداری در گرد زمین مصرف شده است و چیزی برای سقوط آزاد سفینه باقی نمانده است. به همین دلیل می‌تواند با یک شتاب مناسب موجب ایجاد نیروی گرانشی مصنوعی شد. نویسنده دوباره به سراغ برادران دوقلو می‌رود تا دلیل اتفاق بالا را توضیح می‌دهد و آن اصل هم ِ ارزی ضعیف است. این اصل به این معنی است که ناظر نمی‌تواند تفاوتی بین حرکت تحت گرانش و یا شتاب را تشخیص دهد و این دو حالت هم ارز هستند. چرا نام هم ارزی ضعیف انتخاب شده است؟ چون هم ارزی قوی نیز وجود دارد و آن این است که نه تنها حرکت که رفتارهای فیزیکی تحت گرانش و شتاب مشابه هستند و در آزمایشات مختلف می‌توان این دو را جایگزین یکدیگر کرد! نویسنده با استفاده از تصاویر بسیار گویای صفحه 88 و 89 به خوبی این قضیه پیچیده را برای خواننده قابل فهم می‌کند.

تأثیرات شتاب و گرانش بر زمان

برای این ماجرا نویسنده دوباره به سراغ سفینه‌ای می‌رود که نور در آن تابانده می‌شود و همچنان با استفاده از مثالهای واضح و شفاف سه مفهوم انتقال دوپلری، انتقال به سرخ گرانش و انتقال به آبی گرانشی را به خوبی توضیح می‌دهد. همچنین او برای توضیح این پدیده‌ها از آزمایش‌های واقعی انجام گرفته شده نیز به تفضیل استفاده می‌کند. پس از توضیحات مفصل درباره این سه مفهوم سرانجام نویسنده به این نتیجه می‌رسد که میدان گرانشی منجر به کند شدن زمان نیز می‌گردد و هرچه از میدان گرانشی دورتر شویم، سرعت گذشت زمان افزایش می‌یابد و به عنوان مثال در طبقات پایین یک ساختمان زمان کندتر از طبقات بالا می‌گذرد. نویسنده اینجا نیز دست از طنز خود بر نداشته و به خواننده پیشنهاد می‌دهد که کارهای کسل کننده‌ای ماند اتو کردن لباس را در طبقات بالا انجام دهد! البته لبخند خواننده به سرعت از بین می‌رود زمانی که متوجه می‌شود، میدان‌های گرانشی تولید شده توسط یک سیاهچاله آن قدر زیاد است که می‌توان زمان را تا رسیدن به نقطه توقف کامل آهسته کند. جایی که تمامی سلولهای بدن نیز کارکردشان متوقف می‌شود و مرگ رخ می‌دهد بدون آگاهی به آن!

مواجهه دوباره با پارادوکس دوقلوها

نویسنده بر طبق وعدهای که داده بود دوباره به سراغ دو برادر و تناقضشان می‌رود. او اکنون به داستان پیچیده ساعت‌ها و زمان، ماجرای گرانش و زمان را نیز افزوده است. اما نتیجه پایانی بعد از بحثهای پیچیده و فرمولهای ریاضی ساده‌تر از آن چیزی است که انتظارمی رفت: میزان ِ تغییر زمان در ِ مدت کوتاه شتاب گرفتن سفینه، آن قدر برای فضانورد زیاد است که پدیده اتساع زمان در ِ طول مدت بازگشت فضانورد به کره زمین را جبران نمی‌کند. بنابراین زمانی که او به زمین بازمی گردد، هنوز زمانش عقب‌تر از ساعت اتاق کنترل است و در نتیجه در مدت این سفر باز هم دوقلوی که روی زمین باقی مانده است سالخورده‌تر شده است. نویسنده پس از دو سه صفحه فرمول به خواننده این اطمینان را می‌دهد که حتی می‌توان مشخص کرد که ساعت فضانورد با ساعت برادر زمینی چه اندازه اختلاف دارند!

خمیدگی نور

با اصل هم ارزی مشخص شد که شتاب و میدان گرانش اثرات یکسانی بر روی حرکت چکش و پر دارند، اما درباره پرتوی نور چه طور؟ بر روی شعاع نور نیز اثرات گرانش و شتاب مشابه است؟ اکنون نویسنده با مثال سفینه و نور تابیده شده به همراه تصاویری گویا به سادگی برای خواننده روشن می‌کند که مسیر شعاع نور در مجاورت میدان گرانش تغییر پیدا کرده و منحنی می‌شود و برای خواننده جذاب است که بداند انیشتین و باز هم انیشتین این امر را بدون هیچ آزمایشی پیش بینی کرده بود. این پیش بینی او بر روی نور ستاره‌هایی که از کنار اجرامی با میدان گرانش بالا رد می‌شود نیز به خوبی مشاهده می‌شود و نور این ستاره‌ها کاملاً منحنی می‌گردد. انحنایی که خود پدیده جالبی به نام عدسی‌های گرانشی را به وجود می‌آورد. برای انیشتین شادمانی فراوانی بوده است زمانی که سالها بعد از پیش بینی او با رشد تکنولوژی ستاره شناسی امکان اثبات و مشاهده نظریات او ایجاد شد. جالب‌تر از همه اینکه نیوتن نیز پیش بینی کرده بوده که نور در میدان گرانشی خم می‌شود! چه طور؟ به این علت که او نور را ذره می‌دانسته و انتظار داشته که ذرات در دام میدان گرانشی گرفتار شوند و انتظار به جایی است.

فضای خمیده

اما طبیعی است که برای خواننده باهوش فوراً یک سؤال مطرح شود: انیشتین بر خلاف نیوتون نور را مجموعه‌ای از ذرات نمی‌داند. پس با چه تفسیر فیزیکی نور خم می‌شود؟ از دید او در حضور یک جسم گرانشی حرکت طبیعی یک جسم باقی ماندن در حالت ثابت یا حرکت به شکل مستقیم‌الخط نیست، بلکه او این ایده را مطرح می‌کند که در مجاورت یک میدان گرانشی مانند زمین خود فضا دچار خمیدگی می‌شود. انیشتین مفهوم عمل نیروی گرانش را با مفهومی کاملاً جدید جایگزین کرد و آن فضای خمیده بود. از دید او فضا یک تهیگی نیست که اشاره به هیچ چیز داشته باشد، بلکه باید آن را چیزی به حساب آورد. در نتیجه ایده انحنا و خمیدگی فضا پذیرفتنی می‌شود و در این وضعیت موضوع که مسیر طبیعی یک ذره الزاماً خط راست نیست، قابل قبول به نظر می‌آید. چنین انحنایی بر هر چیزی که از آن ناحیه فضا عبور می‌کند و حتی نوری که از این منطقه فضا می‌گذرد تأثیر می‌گذارد. اکنون معلوم می‌شود که چرا فضا در کنار اجرامی مانند زمین خورشید و یا یک کهکشان خمیده می‌شود. قبلاً نویسنده توضیح داده بود که چگونه حضور یک منبع گرانشی بر روی زمان اثر می‌گذارد. حال او با مثالهای مختلف نشان می‌دهد که چگونه این حضور باعث تأثیر بر روی فضا می‌شود و با توجه به اینکه فضا و زمان یک ساختار سه بُعدی است اکنون باید از فضا ِ زمان خمیده صحبت کرد که در آن هم محور زمان و هم سه محور فضایی همگی در اثرمجاروت با یک منبع گرانشی دستخوش تغییر می‌شوند. در ادامه نویسنده چندین آزمایش علمی را در جهت تأیید نسبیت عام می‌آورد تا خواننده متوجه شود که چرا قوانین نیوتنی نمی‌تواند همه چیز را توضیح دهد. طبق روند خوشایند این کتاب برای قابل فهم بودن آزمایش‌ها از نمودارهای مفیدی استفاده شده که لذت درک مطالب پیچیده را افزایش می‌دهد.

سیاهچاله‌ها

در این بخش ابتدا نویسنده توضیح می‌دهد که هرچه به خورشید نزدیکتر شویم، زمان کندتر می‌گذرد و هرچه ستاره جرمش بیشتر باشد، این کندی زمان و دامنه‌اش افزایش می‌یابد. همچنین هرچه به سمت خورشید حرکت کنیم، انقباض فضا رخ داده و این فضا در جهت ستاره و در مسیری که نور به سمت آن سفر می‌کند، دچار انقباض می‌شود و در واقع سرعت نور کم می‌شود. خواننده با توجه به تئوریهای مطرح شده در بخشهای قبل کاملاً آمادگی درک این مفاهیم را دارد، اما نویسنده قصد رسیدن به هدف دیگری را دارد او از این طریق به موضوع سیاهچاله می‌رسد و چگونگی شکل گیری یک سیاهچاله را چون یک معلم با حوصله با پرهیز از پیچیده گویی توضیح می‌دهد که چگونه از رمش یک ابر ستاره به درون خود، سیاهچاله ایجاد می‌شود و آن چنین جرمی دارد که هر چیزی که در میدان گرانشی سیاهچاله قرار گیرید، منقبض شده و در مرکز سیاهچاله له و فشرده می‌شود. در ضمن خواننده متوجه می‌شود که عموماً در مرکز هر کهکشان یک سیاهچاله وجود دارد که فضای اطراف را به دور خود می‌چرخاند!

اما سیاهچاله‌ها نامرئی هستند. چون هیچ نوری از خود تابش نکرده و هر نوری را به دام می‌اندازند و تنها راه شناسایی محل یک سیاهچاله تأثیری است که روی اطرافش می‌گذارد. در ادامه همین بحث پای استفان هاوکینگ به مباحث باز می‌شود. او چندین مفهوم مهم را مطرح می‌کند، یکی مینی سیاهچاله‌ها یا ریز سیاهچاله که در اثر مهبانگ یا انفجار نخستین بخشهای پرچگالی از جهان چنان به هم فشرده شده‌اند که موجب ایجاد ریز سیاهچاله شده‌اند و البته مدارک دال بر وجودشان به دست نیامده است و تنها یک تئوری است. تئوری بعدی سپید چاله‌هاست که نواحی از فضا تعریف می‌شوند که هیچ چیز نمی‌تواند مانع پرتاب کردن مواد از درون آنها به بیرون شود. دیگری کرم چاله‌هاست که وقتی جسمی درون سیاهچاله میافتد؛ درون تونلی می‌غلتد و در جای دیگر از یک سپید چاله به بیرون پرتاب می‌شود که بیشتر شبیه فیلمهای علمی تخیلی است تا یک تئوری علمی! هاوکینگ علاوه بر ایدههای جذاب بالا در سال 1974 ایده جدیدی داده که بر طبق آن سیاهچاله‌ها خود تابش دارند. از دید نظریه کوانتومی، خلأ به طور ثابت و در همه جا ذرات را به صورت یک جفت از ذرات تولید می‌کند که به ذرات مجازی معروفند.

هاوکینگ عقیده دارد زمانی که این فرایند در نزدیکی یک سیاهچاله به وقوع می‌پیوند، یکی از این ذرات در دام سیاهچاله سقوط می‌کند و انرژی گرانشی آزاد می‌کند و دومی از این موقعیت فرار می‌کند و مانند یک فوتون خارجی عمل می‌کند و همان تابشی را ایجاد می‌کند که به نام تابش هاوکینگ نام‌گذاری شده است. در صورت پذیرفتن این تئوری می‌توان پایان سرنوشت یک سیاهچاله را پیش بینی کرد. از آنجا که سیاهچاله تابش انرژی دارد. بنابراین جرم از دست می‌دهد و در نتیجه در حال تبخیر و کوچک‌تر شدن است تا سرانجام به پایان سرنوشت خود برسد.

امواج گرانشی

در این بخش باز هم انیشتین است که بر مبنای نظریه گرانش خود امواج گرانشی را پیش بینی می‌کند که امواج گرانشی همانند امواج الکترومغناطیس با سرعت نور منتشر می‌شوند. نویسنده پس از معرفی این موج به دنبال راه‌هایی برای اثبات پیش بینی انیشتین می‌گردد و انواع احتمالات را بررسی می‌کند تا سرانجام به انفجارهای ابر نو اختری می‌رسد که غیر متقارن خواهند بود و از خود امواج گرانشی تابش خواهند کرد. اما نویسنده هنوز منتظر تداخل سنجی‌هایی است که بتوانند این امواج را رصد کنند. زیرا همه منتظر انفجار ابر نو اختری هستند که بسیار کمیاب است و به ندرت رخ می‌دهد.

عالم

نویسنده همچنان در حال گسترش محدوده تئوری‌هایی است که برای خواننده بیان می‌کند و این کار را با افزایش محدوده انرژی‌ها انجام می‌دهد. نویسنده از خمیدگی فضا در اطراف اجرام بزرگی چون خورشید، به خمیدگی عالم در حول مرکز خود می‌رسد و برای این وضعیت او سه حالت را پیش بینی می‌کند:

  1. عالم ما مسطح باشد و در این صورت چنین فضایی تا بی نهایت ادامه می‌یابد.
  2. جهان ما انحنای مثبت داشته، در این صورت جهان از نظر ابعاد بسته و محدود است و رشدی نخواهد داشت.
  3. انحنای منفی در فضای سه بُعدی جهان وجود دارد که در این حالت فضا هم تخت وهم مسطح است.

پس از آماده کردن ذهن خواننده برای پذیرش وضعیت‌هایی تا به این حد متفاوت، نویسنده شرایط لازم برای هر حالت را بررسی می‌کند.

در حالت اول، انبساط فضا و بازگشت به مهبانگ نخستین یا انفجار بزرگ خواننده به این نتیجه می‌رسد که در نهایت روزی مجموع نیروهای گرانش موجود در عالم باعث خواهد شد تا در نهایت انبساط متوقف شود و پس از آن اجزای عالم شروع به نزدیک شدن به یکدیگر کنند تا در پدیدهای به نام مهد بانگ به هم بپیوندند! که در واقع پایان عالم است.

حالت دوم که در آن جهان برای همیشه به انبساطش ادامه دهد، در صورتی رخ می‌دهد که چگالی جهان پایین باشد. این امر رخ می‌دهد. و شرایط سوم در حالتی رخ می‌دهد که چگالی در وضعیت بحرانی باشد تا شرایط هندسه مسطح رخ دهد. هنوز خواننده این سه حالت و شرایط ایجادشان را هضم نکرده است که نویسنده ایده جذابتری را مطرح می‌کند: در سال 1998 در کهکشان نشانه‌های به دست آمد که معلوم می‌کرد سرعت دور شده خوشه‌های دوردست نه تنها کم نمی‌شود که اتفاقاً در حال افزایش است و این به معنی کشف نیروی جدیدی است که در کهکشانی دور قدرت دارد!نویسنده چگونه این اتفاق را توضیح می‌دهد؟ از آنجا که طبق عقیده فیزیکدانان خلأ وجود ندارد. بنابراین خلأ، جوشش مداومی از جمعیت ذراتی به شمار می‌رود که برای لحظه‌ای ایجاد شده و سپس نابود می‌شوند. بنابراین خلأ دارای چگالی انرژی است که به آن انرژی تاریک گفته می‌شود. این انرژی بر روی حرکت خوشه‌های کیهانی تأثیرمی گذارد و مسئول شتاب گرفتن انبساط عالم است. سرنوشت عالم به گفته نویسنده در دستان همین انرژی تاریک است و از طریق اندازه انرژی تاریک است که معلوم می‌گردد چگالی انرژی عالم باید نزدیک به مقداری بحرانی باشد! بنابراین طبیعی است که خواننده به این نتیجه برسد که جهان مشاهده پذیر ما به طور مؤثری تخت است و هندسه اقلیدسی در آن سازگار است. نویسنده به اطلاعات او این مطلب را اضافه می‌کند که با این وجود فضا زمان مسطح نیست. از آنجا که فضا به همراه زمان توسعه می‌یابد، پس طبیعی است که مؤلفه زمان دچار انحنا شود. اکنون کتاب به پایان رسیده است در حالی که خواننده با گذر از تئورهای پیچیده‌ای که اثبات هرکدامشان توسط نویسنده حیرت و شیفتگی او را موجب شده است، متوجه این حقیقت شده است که انیشتین به تنهایی تا چه میزان گسترده‌ای افق بشری را وسعت داده است. نظریاتی که محدودهای عظیمی از ذره‌های کوچک‌تر از اتم تا بزرگی به اندازه کره عالم را در بر گرفته است. نابغه‌ای که تصور ما از حیات را دگرگون کرده است.

این مطلب اولین بار در کتاب ماه علوم و فنون به قلم نادیا معقولی منتشر شده است.