العلم: التفسير والتجريب

(١) أساليب العلم

إن العلم، على عكس الفن، ليس عُرضة للتأثيرات الإقليمية، ولا يتأثر كثيرًا بمرور الوقت. فلا يوجد علم «غربي» أو «شرقي»، ولا يوجد علم قديم أو حديث، مثلما يوجد فن صيني أو مصري، بدائي أو كلاسيكي، تصويري أو تجريدي. فالتفسيرات التي يتوصَّل إليها العالِم لها صلاحية عالمية. أنا أتجنب عن عمد استخدام كلمة «حقيقة»؛ فالحقيقة والكذب مفهومان ابتكرهما علماء الرياضيات والفلاسفة، أما العلماء فيستخدمونهما على مسئوليتهم. تتخطى التفسيرات العلمية حدود الزمن والمكان. ففكرة أن مدارات الكواكب توجد بفعل تأثيرات الجاذبية، وأن البرق والرعد يَحدُثان نتيجة تفريغ كهربائي، لا تختلف صحتها في العصر الحالي عما كانت عليه في عهد نيوتن أو بنجامين فرانكلين (الذي اخترع مانع الصواعق). كما أن هذه التفسيرات تكون صحيحة في كراكوف وكامبريدج تمامًا مثلما تكون في مدينة كوبه وكلكتا. كيف يُمكننا التأكد؟ لأن جميع النظريات العلمية يمكن اختبارها من حيث المبدأ؛ بعضها على الفور، والبعض الآخر عند توافر التقنية المطلوبة، وأخرى عندما يجعل حدثٌ عرَضي الاختبار ممكنًا. ومثال على الحالة الأولى فرضية جاليليو بأن السرعة التي تسقط بها الأشياء على الأرض لا علاقة لها بوزنها؛ إذ أجرى جاليليو التجربة على الفور. ومثالٌ على الحالة الثانية فكرة داروين عن التطور؛ إذ مرت مِائة سنة قبل أن يستطيع التحليل الجزيئي إثبات فرضيته. أما الحالة الثالثة فيظهر مثال عليها في نظرية أينشتاين عن النسبية العامة؛ حيث قدَّم كسوفٌ للشمس حدَث في وقت مناسب الدليلَ الذي كان يَنتظره.

(٢) العلماء

(٢-٤) أينشتاين

كان ألبرت أينشتاين (١٨٧٩–١٩٥٥) (صورة ٨) طالبًا عاديًّا إلى حدٍّ ما، ترك المدرسة في سن الخامسة عشرة. فشل في محاولته الأولى للالتحاق بالجامعة، ولم يستطع الحصول على وظيفة أكاديمية بسبب كسله الواضح. حصل بدلًا من ذلك على وظيفة كاتب مبتدئ في مكتب براءات الاختراع في برن. ومع توافر وقت الفراغ لديه،^٢٩ وجد نفسه يُفكِّر في القوانين الأساسية في الفيزياء. وفي عام ١٩٠٥ — لم يكن تجاوز السادسة والعشرين من عمره — نشر نظريته عن النسبية الخاصة، التي ثبَت أنها تُماثل نظرية إسحاق نيوتن عن الجاذبية الكونية تأثيرًا. يتمثَّل ما حققه أينشتاين بالأساس في إظهاره رياضيًّا أن الزمن مفهوم نسبي، وهي نقطة أشار إليها جاليليو بالفعل قبل ٣٠٠ عام من هذا. كان جزء من النظرية أن الطاقة E والكتلة m تربطهما معادلة E = mc²، حيث تعبر c عن سرعة الضوء.^٣٠ لكن ثمة شيء عن الضوء لم يكن صحيحًا. فقد اقترح نيوتن نفسه أن الضوء يَنحرف عند مروره بجسم كتلته كبيرة، مثل كوكب أو نجم، بسبب قوة جذب الجسم الأكبر حجمًا على جسيمات الضوء الأصغر بكثير. ومع ذلك، منذ عصر نيوتن أظهر علماء الفيزياء أن الضوء ليست له كتلة ومن ثم لا يُمكن أن ينحرف بسبب قوة الجاذبية، فيرى الذي عاصروا أينشتاين أن الضوء يتحرَّك في خطوط مستقيمة. على العكس من ذلك شعر أينشتاين أن نيوتن كان محقًّا — حتى إن كان هذا للسبب الخطأ — وأن الضوء يَنحرف بالفعل عند مروره بجسم أكبر حجمًا. وعند التفكير في الأمر، ألا تسمح معادلة E = mc² للمرء بالتفكير في التفاعلات النيوتونية بين الأجسام من حيث الطاقة — التي يَمتلكها الضوء بالتأكيد — بدلًا من الكتلة؟ هذا هو جوهر نظرية أينشتاين عن النسبية العامة، التي قدمها إلى الأكاديمية البروسية للعلوم في عام ١٩١٥؛ واستغرق إثباتها وقتًا أطول.

مرَّت عدة سنوات على هذا، على الأرجح نظرًا لانقطاع الاتصال بين ألمانيا والدول الأخرى بسبب الحرب العالمية الأولى. بعد هذا تعرَّف عالم إنجليزي، هو آرثر إدنجتون، على جوهر نظرية النسبية العامة. فقد أدرك، مثل أينشتاين، وجود اختبار بسيط لإثباتها بطريقة أو بأخرى. كان الهدف من هذا الاختبار تحديد ما إذا كان الضوء الصادر من نجم بعيد يَنحرف بالفعل عند مروره بالقرب من الشمس أم لا؛ بعبارة أخرى، مقارنة المكان «س» لنجم بعيد عندما تكون الشمس بينه وبين المراقب على سطح الأرض، بمكان هذا النجم «ص» من الموقع نفسه عندما تكون الشمس وراء الأرض (شكل ١١-١). إذا كان الضوء يَنحرف، حينها فإن الموقع «س» سيكون منحرفًا قليلًا عن الموقع «ص»؛ وإن لم يكن يَنحرف، فإن المكان «س» و«ص» سيظلان كما هما. لكن توجد مشكلة؛ فسطوع الشمس في الحالة «س» يمنع المرء من رؤية أي نجوم على الإطلاق. ومن ناحية أخرى، إذا أراد المرء قياس المكان «س» عند حدوث كسوف كلي للشمس (عندما يكون القمر بين الشمس والأرض، ويُخيِّم الظلام مؤقتًا على الأرض)، فمن المفترض أن يكون من الممكن رؤية نجم بعيد بما يكفي لقياس الموقع «س». قرر إدنجتون إجراء التجربة في الفرصة التالية. وفي ٢٩ مايو عام ١٩١٩ مكَّن كسوف كلي للشمس المراقبين في موقعَين من إجراء الملاحظات اللازمة. كان أحد الموقعين في جزيرة برنسيب عند ساحل غرب أفريقيا، والآخر في بلدة سوبرال في شمالي البرازيل. واجه المراقبون في أفريقيا صعوبة في رؤية أي نجوم بسبب السُّحب، لكن مع ذلك توصلوا إلى نتيجة ١٫٦١ ± ٠٫٤ ثانية قوسية^٣١ (يعبر رمز ± عن الخطأ المعياري)، بوصفه الفارق بين الموقع «س» و«ص». أما المجموعة الثانية في البرازيل، فقد كان الطقس لديها أفضل وتوصَّلوا إلى رقم ١٫٩٨ ± ٠٫١٦؛ كان الرقم الذي توقعه أينشتاين ١٫٧٤؛ وبذلك ثبتت صحة نظرية النسبية العامة. بطبيعة الحال في كل مرة كان يحدث فيها كسوف كلي للشمس فيما بعد، كان العلماء يحاولون صقل نتائج ملاحظات عام ١٩١٩ لرؤية ما إذا كان يُمكنهم الاقتراب من رقم ١٫٧٤، مع تقليل الخطأ المعياري. وفي عام ١٩٢٢ ظهرت فرصة لفعل هذا من أستراليا. وقد كان أينشتاين في وسط إلقاء محاضرته المفضلة عن النسبية في برلين (التي حضرتْها والدتي)، عندما قال عفويًّا لجمهوره: «والآن عليَّ الاستئذان منكم للحظة لأذهب إلى الهاتف لانتظار مكالمة تصلني من أستراليا.» بعد بضع دقائق عاد بابتسامة تَرتسم على وجهه وقال: «تأكَّدتْ تنبؤات النظرية مرةً أخرى للتو.»

شكل ١١-١: انحراف الضوء. مأخوذة من بيتر كولز، المرجع السابق، ص٤٣. انظر النص لمعرفة التفاصيل.

سيلاحظ القارئ عدم إدراجي لأربعة من علماء الأحياء البارِزين في هذا الجزء الذي أتحدث فيه عن العلماء؛ هم ويليام هارفي وتشارلز داروين وجيمس واطسون وفرانسيس كريك. السبب في هذا بسيط؛ فقد تحدَّثتُ عن اكتشافات هارفي في كتاب سابق لي،^٣٢ كما تحدثتُ عن نظرية داروين وتجارِب واطسون وكريك المستنيرة في الفصل الثاني.

(٣) أسس الطب

يرجع الفضول بشأن أجسامنا والبيئة المحيطة بنا إلى وقت ظهور الإنسان نفسه، ولهذا يُعتبر علم الطب والفلك من بين أقدم الفروع المعرفية المُدَرَّسة. يُطلق على ممارسة الطب — المداواة — فنٌّ بحق (بمعنى المهارة)؛ كما أنها تكنولوجيا ترجع إلى أكثر من ٤ آلاف سنة. متى ظهرت لأول مرة تفسيرات منطقية بشأن طريقة عمل أجسامنا؟ ومتى أصبح الطب علمًا؟ حسنًا، في الواقع لا يُعتبر الطب عِلمًا؛ فإن المعرفة التي يَرتكِز عليها، من تشريح وفسيولوجيا وكيمياء حيوية وأحياء مِجهرية وعلم الأجنة والنفْس والمناعة والأورام، هي التي تمثِّل عِلمًا. ولم تُعَدَّ هذه الفروع المعرفية علمًا هي الأخرى إلا حين استطاعت تقديم تفسيرات منطقية لطريقة عمل الأشياء. فلا يمثل التعرف على العظام والعضلات المختلفة والأوعية الدموية والأعصاب وتحديد أسمائها عِلمًا، تمامًا مثلما لا يُعتبر تدوين الأنواع المختلفة للنباتات والأشجار والحيوانات والنجوم كذلك. فيتمثل العِلم في معرفة سبب قوة العظام، وانقباض العضلات، وماهية المواد التي تنتقل عبر الأوعية الدموية، وطريقة نقل الأعصاب للنبضات. فإن وصف أن الكبد يتكون من أربعة فصوص وأن ثمة زوج من الكُلى والغدد الكظرية والرئتين، لا يشرح وظيفتها. يُمكن القول إن علم وظائف الأعضاء (الفسيولوجيا) لم يبدأ إلا في النصف الثاني من القرن السابع عشر، عندما أظهر روبرت بويل (أبو الكيمياء وابن إيرل كروك) أن الحيوانات المحرومة من الأكسجين تموت، وأظهر ويليام هارفي كيف يتمكَّن القلب من ضخ الدم في جميع أنحاء الجسم دون خسارة. ولم يبدأ علم الكيمياء الحيوية — وصف الحياة من الناحية الكيميائية — حتى وقت متقدِّم من القرن العشرين، بعد التوصل إلى تركيب جزيئات، مثل الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية، ومعرفة وظيفتها.

لم يُصبح علم النفس والطب النفسي عِلمًا حتى القرن العشرين. فلم تُنسَب حالات مِزاجية وسلوكية معيَّنة إلا في العَقد الأخير تقريبًا منه لعمل جزيئات محددة. تُطلَق هذه الجزيئات، التي تُعرف باسم الناقلات العصبية، من أحد أطراف الخلية العصبية، وتتفاعَل مع بداية خلية أخرى. وبالتدريج بدأت تفسيرات منطقية لسلوكياتنا تظهر. ازدهرت تكنولوجيا ابتكار جزيئات تعزز عمل ناقلات عصبية معينة أو تضعفه لدرجة أن ثمارها — عقَّارَيْ فاليوم وبروزاك، على سبيل المثال — أصبحت من أكثر العقاقير التي توصف حاليًّا؛ فأصبح علم عقاقير الأعصاب فرعًا مربحًا للغاية في صناعة الأدوية والتكنولوجيا الحيوية؛ إذ تُقدَّر أرباحه بمليارات الدولارات.

تَنقل الاكتشافات العلمية أحيانًا بعض الأمراض من أحد فروع الطب إلى فرع آخر. فتحدُث معظم الاضطرابات، كما رأينا، نتيجة تفاعل خفي بين الجينات والبيئة. منذ بضع سنوات، ظهر دور غير متوقَّع تمامًا للعدوى الميكروبية في الإصابة بقرح المعدة. فطالما اعتُبر الضغط العامل الرئيسي الذي يؤدي للإصابة بالقرح؛ مثل قلق المرء على وظيفته، أو على تحصيل المال، أو حزنه على وفاة عزيز عليه أو مرضه. يكون الفرق بين الذين يُصابون بالقلق والذين يستطيعون التعامل مع المآسي بهدوء دون أن تؤثِّر فيهم، وراثيًّا إلى حدٍّ ما؛ لكن ظهر جليًّا أن العدوى البكتيرية تمثل سببًا حاسمًا في الإصابة بالقرح تمامًا مثل الضغط. كما تحدد الكائن المسئول عن هذا؛ وهي جرثومة تُسمى «ملوية بوابية» تعيش بسعادة على وجه الخصوص في البيئة الحَمضية للمعدة. أَذكر هذا الاكتشاف، الذي له أهمية واسعة لأن القرحة يمكن أن تتطور لتُصبح سرطانًا، من أجل توضيح أن التطورات في البحث الطبي تكشف عادةً صلات غير متوقَّعة، ومن أجل التأكيد مرةً أخرى على الفوائد التي نحصل عليها من دراسة العدوى الميكروبية.

(٤) علم الأحياء الجزيئية

أعود الآن للحديث عن أمثلة لفرضية صحيحة تحتَّم تعديلها في ضوء النتائج التجريبية الجديدة. وحتى نفهم ما يلي علينا العودة إلى الجزيئات.

لم تُظهر أيُّ تجربة أُجريت منذ هذا الوقت أن الدي إن إيه لا يَصنع دي إن إيه، أو أن الدي إن إيه لا يَصنع آر إن إيه، أو أن الآر إن إيه لا يَصنع بروتينات. كما أن هذه الفرضية صحيحة حاليًّا تمامًا مثلما كانت منذ ٤٠ سنة. إلا أن حقيقة أن جينات كثير من الفيروسات — مثل الحصبة والنُّكاف وداء الكلب وشلل الأطفال — تتألَّف من الآر إن إيه وليس الدي إن إيه، كانت تَعني أن العلماء المتخصِّصين في الفيروسات كان عليهم إدراج نتيجة ملازمة للفرضية الأساسية. فبما أن فيروسات الآر إن إيه تستطيع استنساخ نفسها — داخل عائل نباتي أو حيواني مناسب — من ثم لا بد من إضافة عبارة «الآر إن إيه يصنع آر إن إيه». ومع ذلك، فإن الافتراض الأساسي الذي يقوم عليه الطرح الأصلي، والقائل بأن المعلومات بين العناصر الثلاثة الأساسية — الدي إن إيه والآر إن إيه والبروتين — تنتقل في اتجاه واحد فقط من الدي إن إيه إلى الآر إن إيه، ومن الآر إن إيه إلى البروتين، يبدو صحيحًا.

خاتمة