کیهان‌شناسی روی میز بیلیارد

مجید جویا: بیشتر ایده‌های جدید علمی هر قدر هم که در ابتدا نبوغ‌آمیز و هوشمندانه به نظر رسیده باشند. در نهایت غلط از آب در آمده‌اند؛ ولی برای تعداد محدودی از ایده‌های نو، درست عکس این روند اتفاق افتاده است. آنها در ابتدای مطرح شدن با نفی و بی‌مهری منتقدان روبرو شده بودند، اما درنهایت نه تنها درست بودن خود را به اثبات رساندند، بلکه دنیا را نیز تغییر دادند. نشریه نیوساینتیست در گزارشی، 10 مورد از این ایده‌های انقلابی را معرفی کرده است.

در حوزه‌هایی از علم که کمک‌های مالی برای تحقیقات بسیار اندک است، این ده ایده ارزش علم خالص را به یاد می‌آورند، آن هم نه فقط برای ارضای کنجکاوی بشر بلکه برای کاربردهای عملی بی‌انتهایش. بخش اول این گزارش را با عنوان داستان برق و اختراعی که 50 سال خاک خورد در اینجا بخوانید.

معمای احتمالات بایز

چه چیزی کیهان‌شناسی امروز را به بازیکنان بیلیارد قرن هجدهم ربط می‌دهد؟ پاسخ، نظریه‌ای است که توماس بایز، ریاضی‌دان آماتور در دهه 1760 میلادی مطرح کرد.

نظریه این کشیش انگلیسی که به توپ‌های روی یک میز بیلیارد فکر می‌کرد، احتمالا منشا عجیب یکی از قدرت‌مندترین روش‌های تحلیلی در دانش امروز است. مانند بسیاری از اکتشافات علمی، ریشه آن سوالی بسیار ساده بود که پس از گذشت 250 سال هنوز هم چالش‌برانگیز و سبب مجادله بین دانشمندان است.

در سال 1764، انجمن سلطنتی لندن مقاله‌ای را به قلم توماس بایز، کشیش و ریاضیدان آماتور منتشر کرد که به مسئله‌ای پیچیده در نظریه احتمالات اشاره داشت. تا آن زمان، ریاضیدان‌ها بر روی مسائلی از این دست کار می‌کردند که از چیزی مثل یک تاس باید چه‌چیزی انتظار داشت می‌دانیم اگر تاس را بیاندازیم، احتمال آمدن هر یک از اعداد 1 تا 6 یک‌ششم است؛ اما بایز به جنبه دیگری علاقه‌مند بود، این‌که چگونه مشاهدات از یک رخداد را به احتمال تکرار آن رخداد ارتباط دهیم.

بایز در مقاله‌اش از سوالی مبهم در مورد موقعیت توپ‌ها بر روی یک میز بیلیارد برای توضیح مسئله استفاده کرد. او به فرمولی رسید که مشاهدات از موقعیت نهایی توپ‌ها را به تخمینی از احتمال این که توپ‌های بعدی هم به آنجا بروند، تبدیل می‌کرد. این مسئله به خودی خود ارزشی نداشت، به استثنای این‌که مسئله پایه مشابهی، زیربنای علم امروز را تشکیل می‌دهد: به عبارت دیگر، کار او دانشمندان را قادر ساخت تا از مشاهدات خود، احتمال درستی یک نظریه را استنتاج کنند. بایز به این ترتیب پایه و اساس کمیت‌پذیر کردن یک نظریه را بنا نهاد.

ولی مقاله بایز مشکلی داشت که خودش هم آن را متوجه شده بود و پس از گذشت 2.5 قرن هنوز هم مجادله‌آمیز است. بایز برای استنتاج فرمولش مجبور بود فرضیاتی در مورد رفتار توپ‌ها حتی پیش از مشاهده رفتار آنها مطرح کند. او باور داشت که این «اصول» منطقی هستند، ولی شاید بقیه چنین باوری نداشته باشند. البته او اشتباه نمی‌کرد! به مدت بیش از دو قرن، کاربرد روش بایز در علوم با بحث‌وجدل حول این مسئله پیش‌فرض‌ها مواجه بوده است.

در سال‌های اخیر، دانشمندان بیشتری ایده پیش‌فرض‌های بایز را می‌پذیرند. در نتیجه، شیوه‌های بایز به یکی از بخش‌های مرکزی فرایند علمی در حوزه‌هایی تبدیل شده که از کیهان‌شناسی تا هواشناسی را دربر می‌گیرد. این سرنوشت برای فرمولی که درابتدا برای توضیح رفتار توپ‌های بیلیارد وضع شده بود، از خوب هم بهتر است!