فيزيائي عبقري، إسرائيلي ومتدين، صمد في مواجهة معارضي فكرته، وفي مقدمتهم عالم الفيزياء الفلكية البروفيسور ستيفن هوكينغ، وأثبت صحة فكرته عن الثقوب السوداء واستنادها إلى أساس متين.

الإنتروبيا والزمن والكون المتوسع

اقترح يعقوب دافيد بيكنشتاين، في سلسلة من الأبحاث الرائدة، وجود صلة مباشرة وعميقة وغير متوقعة بين هندسة أفق الحدث للثقب الأسود ومفهوم الإنتروبيا الديناميكية الحرارية ونظرية المعلومات. إذا كنتم في هذه المرحلة تطلبون شرحًا أبسط، أو تبحثون عن باب للهروب، فأنتم تنتمون إلى 99.9% من سكان العالم. التحدي الذي أواجهه هو أن تصبح هذه السطور الغامضة واضحة لكم، عند الانتهاء من قراءة المقال، بمستوى «آها...».

لنبدأ بالمفهوم الذي سيرافقنا طوال الطريق، وهو «الإنتروبيا»، أو بلغة أبسط «الفوضى الطبيعية». هناك قانون غير مكتوب في الطبيعة: الأشياء تسعى دائمًا إلى بلوغ أقصى درجات الفوضى. فكروا في غرفتكم: إذا لم ترتبوها بجهد واع، فستتحول إلى فوضى عارمة. في الفيزياء، تُسمى هذه الفوضى إنتروبيا. عندما تصبح الغرفة فوضوية تمامًا ولا يعود بالإمكان زيادة فوضاها، تكون قد بلغت «ذروة الفوضى». ويسمي العلماء هذه الحالة «التوازن الديناميكي الحراري».

وفقًا لنظرية «الانفجار العظيم»، بدأ الكون في حالة كثيفة وحارة، اختلطت فيها كل المادة على الفور وبلغت ذروة الفوضى في الثانية الأولى من الانفجار. وهنا نشأت المشكلة (المفارقة): إذا كان الكون قد بدأ وهو في ذروة الفوضى بالفعل، فكيف واصل تطوره؟ فحسب قوانين الطبيعة، لا يمضي الزمن إلى الأمام إلا حين تزداد الفوضى. وإذا بلغنا الذروة منذ البداية، لكان ينبغي للزمن أن «يتوقف»، ولما كان من المفترض أن ينشأ أي نظام: لا نجوم، ولا مجرات، ولا نحن.

كان جواب يعقوب بيكنشتاين عن المفارقة هو أن الكون يتمدد. فالغرفة الفوضوية نفسها، بعدما تحولت إلى قاعة هائلة، لم تعد في حالة «ذروة الفوضى»، إذ نشأ حيز يسمح للمادة بأن تنتظم من جديد، وأن تكوّن النجوم والأنظمة الكاملة. ومن هنا، كلما واصل الكون التمدد، ازدادت معه إمكانية الفوضى. وهذا ما يتيح للكون مواصلة تطوره، وهو ما يصنع «سهم الزمن». إن إحساسنا الواضح بأن ثمة ماضيًا (كان فيه الكون أصغر وأكثر تركّزًا) ومستقبلًا (يواصل فيه الكون تمدده) يجعلنا نشعر بطبيعة الحال بأن الزمن يمضي من الماضي نحو المستقبل؛ فنحن نتذكر الماضي ونقلق بشأن المستقبل. لكن الأمر ليس كذلك لدى تلك الجماعة الغريبة التي تُسمى الفيزيائيين. فمن وجهة نظرهم، يمكن عكس اتجاه الزمن، ولا فرق بين الماضي والمستقبل. ويمكن القول إن الحل الذي اقترحه يعقوب بيكنشتاين يتيح حتى للفيزيائيين أن يقلقوا بشأن عامل الزمن.

أفق الحدث والثقوب السوداء

عمل يعقوب أيضًا في مجال آخر كان فيه محور زمني واضح، وهو مجال الثقوب السوداء. الثقب الأسود مكان في الفضاء تكون فيه قوة الجاذبية شديدة إلى حد لا يسمح لأي شيء بالإفلات منه، ولا حتى الضوء. تخيلوا قاربًا يبحر في نهر باتجاه شلال هائل. كلما اقترب، اشتد التيار. وهناك نقطة معينة يصبح التيار بعدها قويًا جدًا، حتى لو عمل محرك القارب بكل قوته، فيجرفه إلى الأسفل. في الثقب الأسود نقطة مماثلة لا عودة منها. فحتى الضوء (وهو أسرع شيء في الكون) لا يتحرك بسرعة تكفي للهرب من هناك.

تُسمى نقطة اللاعودة تلك «أفق الحدث» (Event Horizon)، وهو الخط غير المرئي في البحر الذي لا نستطيع أن نرى ما وراءه، لأن الأرض كروية، وهذا هو الأفق، أما الأحداث فهي كل ما يحدث: مثل إضاءة مصباح، أو تحرك مركبة فضائية، أو مجرد سقوط مادة. أفق الحدث هو الحد الذي ينتهي عنده ببساطة الكون المتاح لنا. يبدو لنا هذا المكان مظلمًا تمامًا - إنه ثقب أسود. وتنشأ هذه الثقوب عندما ينهي نجم هائل (أكبر بكثير من شمسنا) حياته وينهار على نفسه. فتُضغط مادة النجم الهائلة وتُسحق في نقطة صغيرة جدًا، وهذا ما يولد قوة الجاذبية الهائلة تلك. إنه، في الواقع، أقوى مكنسة كهربائية في الكون، يحيط به ظلام دامس لأنه لا يسمح حتى للضوء بالخروج ليخبرنا بما في داخله. اعتبر المجتمع العلمي في مطلع سبعينيات القرن العشرين هذه الثقوب السوداء أجسامًا بسيطة وباردة تمامًا، بل أطلق عليها اسم «النجوم المتجمدة» (Frozen Stars). وكان الاعتقاد السائد أن الإنتروبيا (الفوضى) لا صلة لها بهذه الأجسام الجاذبية، إذ كان يكفي وصفها بالكامل باستخدام ثلاثة معايير هندسية قابلة للرصد.

واجه بيكنشتاين في البداية معارضة شديدة من كبار العلماء في جيله، وفي مقدمتهم نجم الروك بين الفيزيائيين، ستيفن هوكينغ، لكنه أثبت أن تلك الثقوب السوداء تحدد سهمًا للزمن، إذ يقع مستقبلها في الاتجاه الذي تصبح فيه أكبر.

المسار الأكاديمي لبيكنشتاين

وُلد يعقوب دافيد بيكنشتاين في مايو 1947 في مكسيكو سيتي. كان والداه، يوسف وإستر (من عائلة فالدسلافوتسكي)، لاجئين يهودًا بولنديين فروا من أوروبا المشتعلة عشية الحرب العالمية الثانية، ووجدوا ملاذًا في أمريكا اللاتينية. وفي أوائل ستينيات القرن العشرين، انتقلت العائلة إلى الولايات المتحدة. وكانت محطتهم الأولى ولاية تكساس، ثم انتقلوا إلى نيويورك، حيث تلقى بيكنشتاين تعليمًا صارمًا في العلوم الدقيقة. بدأ دراسته الجامعية في معهد بروكلين البوليتكنيكي، وحصل عام 1969 على درجة الماجستير في العلوم (M.Sc) في الفيزياء. وأكمل الدكتوراه في جامعة برينستون بإشراف الفيزيائي الشهير جون أرتشيبالد ويلر، المعروف بنهجه الفكري غير التقليدي وبصياغته مصطلحات علمية أصبحت من الأصول الراسخة (ومنها «الثقب الأسود»). أدرك ويلر موهبة الطالب الشاب على الفور، ووجّهه إلى بحث الأسس النظرية لفيزياء الجاذبية القصوى. وفي عام 1972، أتم بيكنشتاين أطروحته للدكتوراه التي تناولت إنتروبيا الثقوب السوداء، وقدم للعالم أهم ثلاثة أبحاث مؤثرة له، صيغت خلال تلك الفترة.

بعد حصوله على الدكتوراه، انتقل بيكنشتاين إلى جامعة تكساس في أوستن، حيث عمل باحثًا لما بعد الدكتوراه في مركز النسبية بين عامي 1972 و1974. وخلال هذه السنوات، تعمق في أبحاثه في فيزياء الجاذبية، ودرس التفاعلات بين الحقول الكمومية والزمكان المنحني. وفي عام 1974، مدفوعًا بإحساس بالانتماء الوطني ودوافع صهيونية عميقة، قرر بيكنشتاين تحقيق حلمه والهجرة إلى إسرائيل، وانضم مباشرة إلى هيئة التدريس في قسم الفيزياء بجامعة بن غوريون في النقب، في بئر السبع. وأسهمت هجرته ونشاطه في النقب إسهامًا كبيرًا في ترسيخ البحث في نظرية النسبية العامة والفيزياء الفلكية في إسرائيل، في فترة كانت فيها هذه المجالات لا تزال في بداياتها في البلاد. وفي عام 1978، رُقّي إلى رتبة أستاذ كامل، وكان عمره 31 عامًا فقط، ثم عُيّن عام 1983 رئيسًا لقسم الفيزياء الفلكية في الجامعة، وشغل كرسي روبرت وجين أرنو المرموق للفيزياء الفلكية حتى عام 1990.

في عام 1990، انتقل بيكنشتاين إلى الجامعة العبرية في القدس، وانضم بصفة أستاذ كامل إلى معهد راكاح للفيزياء، ونال مكانة قيادية أكاديمية بارزة. وفي عام 1993، عُيّن رئيسًا لقسم الفيزياء النظرية في الجامعة، وشغل لاحقًا كرسي مايكل فولك للفيزياء النظرية. وخلال سنوات عمله في القدس، بذل بيكنشتاين جهودًا هائلة في التدريس، وأصبح موضع إعجاب بفضل قدرته على تبسيط كل موضوع معقد وشرحه لطلابه. وفي 2010-2009، عمل باحثًا زائرًا في معهد الدراسات المتقدمة (IAS) في برينستون، حيث استأنف التعاون مع كبار الفيزيائيين النظريين في العالم.

كان البروفيسور بيكنشتاين، تمامًا مثل البروفيسور يشعياهو ليبوفيتش، قادرًا على الجمع بين العلم والدين، ولم يرَ أي تعارض بين رؤيته العلمية للعالم وإيمانه بالله. وكثيرًا ما نُقل عنه قوله: «أنظر إلى العالم باعتباره نتاج عمل الله سبحانه وتعالى. لقد وضع قوانين محددة جدًا، ونحن نستمتع كثيرًا باكتشافها من خلال العمل العلمي، ورؤية كيف ينسجم كل شيء معًا». تزوج يعقوب من بلهة، ورُزقا بثلاثة أطفال: يهوناداف وأوريا ورفقة، وقد ساروا جميعًا على خطى والدهم واختاروا مسارات مهنية علمية. وانضم ابنه يهوناداف بيكنشتاين لاحقًا إلى هيئة التدريس في كلية علوم وهندسة المواد في التخنيون في حيفا.

في صيف عام 2015، توفي البروفيسور بيكنشتاين على نحو مفاجئ إثر نوبة قلبية، خلال زيارة أكاديمية إلى هلسنكي. وقد تركت وفاته فراغًا هائلًا في أوساط المجتمع العلمي الدولي والإسرائيلي.