کسی این سرایدار فقیر را جدی نمی‌گرفت، اما او بزرگ‌ترین معمای زمین را حل کرد

زومیت: اصلاً فکرش را هم نکنید که تاریخ علم را فقط آدم‌های پولدار و کت‌وشلواری در دانشگاه‌های معروف نوشته‌اند! امروز می‌خواهیم یک شخصیت متفاوت را به شما معرفی کنیم که به احتمال زیاد اسمش را نشنیده‌اید.

با جیمز کرول آشنا شوید: قرن نوزدهم، اسکاتلند، فقر مطلق، ناتوانی جسمی و یک‌عمر بیماری مزمن. بعد از کلی شکست در شغل‌های مختلف، در چهل‌سالگی تنها کاری که پیدا کرد، سرایداری در دانشگاه اندرسونیان بود. آن روزها، بزرگ‌ترین معمای علمی این بود که «چه چیزی باعث عصر یخبندان شده؟» دانشمندان رسمی جوابی نداشتند. اما جیمز، در همان کتابخانه‌ای که روزها گردگیری‌اش می‌کرد، شب‌ها می‌نشست و فیزیک و زمین‌شناسی می‌خواند.

بعد هم شروع کرد به نامه نوشتن برای دانشمندان بزرگی چون چارلز داروین و لرد کلوین و نظریه‌هایشان را به چالش کشید. کرول به کشف بزرگی رسید و نظریه‌اش آن‌قدر درخشان بود که یک شغل آکادمیک گرفت؛ اما چرا امروزه تقریبا هیچ‌کس او را نمی‌شناسد.

جیمز کرول (James Croll) سال ۱۸۲۱ در پرث‌شایر اسکاتلند به دنیا آمد. خانواده‌اش کشاورزان فقیری بودند که به‌سختی روی قطعه زمینی کوچک، کار می‌کردند. زندگی آن‌ها تلاشی روزمره و نفس‌گیر برای بقا بود. اما اگر فقر کافی نبود؛ سرنوشت از همان لحظه‌ی تولد، با جیمز سر ناسازگاری داشت.

او با نقصی جسمی متولد شد: بخش جلویی جمجمه‌اش آن‌طور که باید، شکل نگرفته بود. این ناتوانی جسمی، همراه با بیماری‌های مزمن و ضعف عمومی، تا پایان عمر مثل یک سایه سنگین همراهی‌اش کرد.

وقتی به سن مدرسه رسید، آن‌قدر از تمسخر بچه‌های دیگر به‌خاطر شکل غیرعادی سرش می‌ترسید که در ابتدا، اصلاً حاضر نشد پایش را در مدرسه بگذارد. چند سال بعد، بالاخره به مدرسه رفت، اما همیشه از آنجا متنفر بود. طولی نکشید که خانواده‌اش، به‌خاطر تنگنای مالی، او را از همان چند سال تحصیل هم محروم کردند تا به خانه برگردد و در مزرعه کمک کند.

به‌این‌ترتیب جیمز همه‌چیز را خودآموز یاد گرفت، اما در میان آن‌همه کار طاقت‌فرسا و فقر، چه کسی به علم علاقه‌مند می‌شود؟ جرقه‌ی الهام‌بخش جیمز در این مسیر مجله‌ای بود به نام ‎«مجله‌ی پنیِ انجمن ترویج دانش سودمند».

اما متأسفانه کرول هیچ راهی برای پیگیری این علاقه پیش روی خود نمی‌دید، مخصوصاً که در آن دوران افراد فقیر اصلاً شانسی برای تحصیلات عالی نداشتند.

وقتی مزرعه‌ی خانوادگی دیگر جوابگوی نیازشان نبود، جیمز مجبور شد آنجا را ترک کند و وارد بازار کار شود. سال‌های بعد زندگی‌اش، روایتی کمدی‌تراژدی از شکست‌های پشت‌سرهم بود: او همه‌چیز را امتحان کرد: نجاری، کار در دفتر روزنامه، تلاش برای فروش بیمه و حتی مدیریت یک هتل کوچک.

اما در تمام این مشاغل، به شکلی باورنکردنی بدشانس بود. مدام اتفاقاتی رخ می‌داد که او را مجبور به ترک شغلش می‌کرد. اغلب اوقات هم ماجرا به سلامت جسمانی‌اش برمی‌گشت که رو به وخامت می‌گذاشت و او را وادار می‌کرد تا کار را رها کند و به دنبال فرصت جدیدی بگردد.

سال ۱۸۵۹ جیمز کرول تقریباً ۴۰ساله و متأهل بود، همچنان فقیر، تاجایی که برای تأمین غذای خودش و همسرش سخت تقلا می‌کرد. دائماً بیمار می‌شد و از نظر جسمی وضعیت خوبی نداشت. از این شغل به آن شغل رانده می‌شد و تنها آرزویش، رؤیای دست‌نیافتنی علم بود که هیچ راهی برای تحقق آن نمی‌یافت.

درست در همین نقطه‌ی ناامیدی مطلق، بزرگ‌ترین شانس زندگی‌اش به او رو کرد و به‌عنوان سرایدار در دانشگاه اندرسونیان استخدام شد. دستمزدش، هفته‌ای یک پوند بود که البته باید آن را با برادرش تقسیم می‌کرد.

شغل جدید برای جیمز کرول، پناهگاهی واقعی بود: او حالا کلید قلعه را در دست داشت و این فرصت را غنیمت شمرد تا محتویات کتابخانه‌ی اندرسونیان را بخواند. او در میان قفسه‌هایی که قرار بود گردگیری‌شان کند، می‌ایستاد و جدیدترین نظریه‌های ریاضیات، فیزیک، زمین‌شناسی و نجوم را می‌خواند و یاد می‌گرفت.

ولی جیمز صرفاً خواننده‌ای منفعل نبود. او شروع کرد به نامه نوشتن برای نویسندگان آن نظریه‌ها، آن‌هم نه به‌عنوان هواداری که بگوید: «آقای داروین عزیز، چقدر کار شما عالی است.» ابداً. جیمز آثار آن‌ها را نقد می‌کرد و بخش باورنکردنی ماجرا؟ آن‌ها جوابش را می‌دادند.

جیمز کرول، سرایدار دانشگاه اندرسونیان، وارد مناظره‌های فکری سنگین و عمیقی با بزرگ‌ترین دانشمندان آن دوران شد، چهره‌هایی مثل خود چارلز داروین، فیزیک‌دان برجسته جان تیندال و شاید بزرگ‌ترین تئوریسین آن عصر، لرد کلوین. خیلی زود برای همه روشن شد که این مردی که جارو به دست دارد، صاحب یکی از باورنکردنی‌ترین ذهن‌هایی است که تابه‌حال دیده‌اند.

سرایدار دانشگاه اندرسونیان، آثار دانشمندان بزرگی مثل داروین و لرد کلوین را نقد می‌کرد

اما در میان تمام این سوژه‌ها و نظریه‌ها، موضوعی که بیش از همه ذهنش را مشغول کرد، همان معمای بزرگ روز بود: «عصر یخبندان چگونه اتفاق افتاد؟»

در تمام مدتی که داشت کف زمین و پنجره‌ها را پاک می‌کرد، در این فکر بود که ژوزف آدمار ریاضی‌دان فرانسوی، در مسیر درستی قرار دارد. آدمار می‌گفت عصر یخ‌بندان احتمالاً از تغییرات مدار زمین به‌دور خورشید حاصل شده است.

ایده این بود که مدار زمین دقیقاً دایره‌ای نیست؛ بیضی‌شکل یا به عبارتی «دایره‌ای فشرده» است. از طرفی می‌دانیم که زمین در مدار خود انحراف محوری دارد، به این معنی که در نیمی از سال، یک نیمکره بیشتر از نیمکره‌ی دیگر در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد و این امر باعث ایجاد فصول می‌شود.

آدمار استدلال کرده بود که اگر تابستان نیمکره‌ی شمالی مصادف با زمانی باشد که زمین در مدار بیضی‌شکل خود به خورشید نزدیک‌تر است، تابستان آن نیمکره به طور ویژه‌ای گرم و زمستانش به‌طور ویژه‌ای سرد خواهد بود.

اما با چرخش زمین به‌دور خورشید، جهت‌گیری محور آن به‌آرامی تغییر می‌کند، پدیده‌ای که با نام «تقدیم محوری» شناخته می‌شود. در نهایت این نقش‌ها برعکس می‌شود و نیمکره جنوبی تابستان‌های گرم‌تر و زمستان‌های سردتر خواهد داشت.

این جابه‌جایی نقش‌ها در یک‌چرخه‌ی منظم ده‌ها هزارساله رخ می‌دهد و توسط چندین مؤلفه‌ی پیچیده‌ی دیگر مکانیک مداری، تعدیل و تغییر می‌کند.

جیمز کرول مثل آدمار فرض اول را بر این گذاشت که تغییرات مداری، علت اصلی عصر یخبندان است. او گفت وقتی زمستان یک نیمکره به‌طور ویژه‌ای سرد باشد؛ یعنی زمانی که در زمستان، در دورترین نقطه‌ی مدارش از خورشید قرار دارد، برف بیشتری می‌بارد. در طول صدها و هزاران سال، این برف فشرده شده و به صفحات یخی تبدیل می‌شود که چشم‌انداز را می‌پوشاند: یک عصر یخبندان.

اما در مرحله‌ی بعد او متوجه نکته‌ی بسیار مهمی شد که هیچ‌کس پیش از او به آن فکر نکرده بود: «خب، بعد از اینکه آن همه برف بارید، چه اتفاقی می‌افتد؟»

او فهمید که زمین یک سیستم منفعل نیست، بلکه یک سیستم واکنشی است. هرچه برف بیشتری بر زمین ببارد و یخ بیشتری در دریا تشکیل شود، زمین بازتابنده‌تر (Reflective) می‌شود. این سطح سفید درخشان، مانند یک آینه‌ی غول‌پیکر عمل می‌کند و نور خورشید را مستقیماً به فضا بازمی‌گرداند، پیش از آنکه سیاره فرصتی برای گرم‌شدن داشته باشد.

این بازتابندگی، که امروز آلبیدو نامیده می‌شود، باعث کاهش میزان انرژی جذب‌شده از خورشید می‌شود و زمینِ از قبل سرد شده را، سردتر می‌کند. سرمای بیشتر منجر به بارش برف بیشتر می‌شود، برف بیشتر منجر به بازتاب بیشتر و بازتاب بیشتر منجر به سرمای باز هم بیشتر می‌شود. و این چرخه ادامه می‌یابد.

آنچه کرول توصیف کرده بود، چیزی است که ما امروز آن را یک «حلقه بازخورد مثبت آلبیدو-یخ» (Positive Ice-Albedo Feedback) می‌نامیم.

کشف کرول بسیار پیشرو به‌نظر می‌رسید: با این حساب لازم نبود تغییرات مداری اولیه بسیار بزرگ باشند تا تغییرات عظیمی در آب‌وهوا ایجاد کنند. حلقه‌های بازخورد خودِ زمین، آن سیگنال ضعیف کیهانی را به‌اندازه‌ای تقویت می‌کردند که سیاره را به عصر یخبندان بکشانند.

حلقه‌های بازخورد زمین، سیگنال ضعیف کیهانی را به‌اندازه‌ای تقویت می‌کردند که سیاره را به عصر یخبندان بکشانند

و بعد به نتیجه‌ی جالب‌توجهی رسید: اگر این پدیده به چرخه‌های مداری گره‌خورده باشد، پس فقط یک‌بار اتفاق نیفتاده است. او پیش‌بینی کرد که «چندین» عصر یخبندان در تاریخ زمین رخ‌داده که به‌صورت منظم آمده‌اند و رفته‌اند.

ادعای کرول جسورانه بود، زیرا در آن زمان هیچ مدرکی دال بر وقوع چندین عصر یخبندان وجود نداشت و هیچ‌کس چیزی درباره‌ی مغزه‌های یخی یا رسوبات اقیانوسی نمی‌دانست. او فقط باقدرت ریاضیات و منطق محض، تاریخ عمیق و چرخه‌ای سیاره‌ی ما را پیش‌بینی کرد.

نظریه‌ی کرول آنقدر درخشان بود که دانشمندان بزرگ عصر از جمله داروین، او را تحسین کردند. داروین حتی از کار کرول برای توضیح چگونگی مهاجرت گونه‌ها در طول دوره‌های گرم و سرد استفاده کرد.

به‌پاس این دستاورد، به کرول یک پست رسمی آکادمیک اعطا شد و او توانست بالاخره جاروی خود را زمین بگذارد.

برای اولین‌بار در تمام زندگی دردناکش، جیمز کرول می‌توانست راحت زندگی کند. او سرانجام موفق شده بود به حلقه‌های درونی علم، به یکی از مؤسساتی انحصاری که در آن‌ها پژوهش انجام می‌شد، راه پیدا کند. او توسط همتایانش پذیرفته شده و مورداحترام بود. اما متأسفانه خوشبختی‌اش چندان دوام نیاورد.

پس از یک دوره‌ی کوتاه در دنیای آکادمیک، سلامتی کرول دوباره به او خیانت کرد. همان دشمن قدیمی، همان جسم رنجور، او را وادار به استعفا و در واقع بازنشستگی کرد.

کرول بار دیگر در فقر فرورفت و تا زمان مرگش در فقر باقی ماند. اگرچه در طول زندگی‌اش مورد ستایش قرار گرفت، اما در عرض چند دهه پس از مرگش، او و نظریه‌اش عمدتاً به فراموشی سپرده شدند. در واقع، معدود دانشگاهیانی که نظریه‌ی کرول را به یاد می‌آوردند، آن را به‌سادگی رد می‌کردند.

نظریه‌ی او منطقی بود، اما در آن زمان، کسی نمی‌توانست اثباتش کند. چطور می‌شد دمای هوای صدهزار سال پیش را اندازه‌گیری کرد؟ تکنیک‌های آزمایشگاهی لازم برای تأیید یا ردکردن نظریه‌ی او، «حتی در تصور دانشمندان هم نمی‌گنجیدند». هیچ‌کس هنوز خواب حفاری در اعماق اقیانوس‌ها یا مغزه‌های یخی قطب جنوب را هم ندیده بود. شکاف عمیق بین نظریه و ابزار، باعث شد که کار او در هاله‌ای از تعلیق فرو رود.

دهه‌ها گذشت. نظریه کرول در کتابخانه‌ها خاک می‌خورد تا زمانی که نامی بسیار مشهورتر در این زمینه ظهور کرد: میلوتین میلانکوویچ، مهندس و ریاضی‌دان صرب. میلانکوویچ کار کرول را تحسین می‌کرد، اما متوجه یک خطای حیاتی در محاسبات او شد. او ریاضیات پیچیده‌ی مداری را گسترش داد و مکانیزم پیشنهادی کرول تصحیح کرد.

او به‌درستی استدلال کرد که عامل تعیین‌کننده، نه زمستان سرد، بلکه تابستان خنک است، تابستانی آن‌قدر ضعیف که نمی‌توانست تمام برف‌های زمستان گذشته را ذوب کند.

زمانی که تغییرات مداری باعث می‌شد که یک نیمکره تابستان‌هایی خنک‌تر را تجربه کند، یعنی زمانی که تابستان در دورترین نقطه‌ی مداری از خورشید فرامی‌رسید، برف‌های زمستانی فرصت نمی‌کردند به‌طور کامل ذوب شوند. پس آن برف تا زمستان بعد باقی می‌ماند. سال بعد، برف جدید روی برف قدیمی می‌نشست و سال بعد، باز هم بیشتر. این تجمع تدریجی و نه بارش ناگهانی در یک زمستان سرد، چیزی بود که صفحات یخی را می‌ساخت.

 میلانکوویچ برای محاسبه‌ی مؤلفه‌هایی را که کرول فقط نام‌برده بود، سه چرخه‌ی اصلی حرکت زمین را وارد معادلاتش کرد:

کشیدگی مدار (Eccentricity): مدار زمین در چرخه‌هایی حدود ۱۰۰ هزارساله، میان حالت‌های بیضوی‌تر و کمتر بیضوی نوسان می‌کند.

تقدیم محوری (Precession): محور زمین آهسته می‌چرخد و جهتش در چرخه‌ای نزدیک به ۲۶ هزار سال تغییر می‌کند؛ تغییری که باعث می‌شود فصل‌ها در طول تاریخ، روی مدار زمین جابه‌جا شوند.

به دلیل این تحولات حیاتی و محاسبات بسیار دقیق‌تر، این نظریه به‌عنوان «چرخه‌های میلانکوویچ» شناخته شد. اما نظریه‌ی میلانکوویچ هم مثل نظریه‌ی کرول، فقط ریاضیاتی روی کاغذ بود و دوباره، دهه‌ها گذشت تا اینکه دهه‌ی ۱۹۷۰، زمانی که نظریه‌ی او نیز در آستانه‌ی فراموشی بود، فناوری به کمک آمد.

دانشمندان با حفاری در اعماق اقیانوس‌ها، توانستند «مغزه‌های رسوبات اقیانوسی» (Ocean Sediment Cores) را بیرون بکشند. این مغزه‌ها، مثل حلقه‌های تنه‌ی درخت برای کل سیاره و هر لایه، نماینده‌ی یک دوره‌ی زمانی زمین‌شناسی است. اما چطور دمای آن را می‌فهمیدند؟

آن‌ها به پوسته‌های فسیل‌شده‌ی موجودات میکروسکوپی دریایی (به نام فرامینیفرا) که در آن لایه‌ها مدفون بودند، نگاه کردند. این پوسته‌های ریز، نسبت ایزوتوپ‌های اکسیژن را در خود نگه داشته بودند؛ نسبتی که بسته به دمای آبِ زمان مرگ آن موجود تغییر می‌کند. همین تغییرات ظریف، مثل یک امضای شیمیایی، به دانشمندان نشان می‌داد اقیانوس در هر لایه چقدر گرم یا سرد بوده است.

و بعد لحظه‌ی جادویی فرارسید. داده‌های به‌دست‌آمده از اعماق اقیانوس، الگویی از عصرهای یخبندان متناوب را نشان می‌داد که به‌طور دقیق با الگوهای ریاضی محاسبه‌شده توسط میلانکوویچ مطابقت داشت. نظریه ثابت شده بود.

زیرا پیش از میلانکوویچ، جیمز کرول پایه‌های این نظریه را بنا نهاد. او بود که مکانیک مداری را به عصر یخبندان مرتبط کرد و فهمید سیگنال‌های مداری، هرچند ضعیف، وقتی با حلقه‌های بازخورد روی خود زمین ترکیب شوند، می‌توانند به رویدادهایی عظیم تبدیل شوند؛ به‌خصوص نقش آلبیدوی یخ‌ها که می‌تواند سرمایی کوچک را به دوره‌ای یخبندانی بدل کند.

پیش از آنکه فقر و بیماری کرول را از پای در بیاورد، دانشمندان هم‌دوره‌اش به‌خوبی نبوغش او را دریافته بودند. در یکی از آگهی‌های ترحیمش جمله‌ای دیده می‌شد که نگاه جدی و قابل‌احترام جامعه‌ی علمی به او را نشان می‌داد:

هر محقق علمی صادقی اذعان خواهد کرد که نوشته‌های کرول رادیکال‌ترین تأثیر را بر گمانه‌زنی‌های کیهان‌شناختی در حوزه‌های خاص داشته است، تأثیری تقریباً هم‌سنگ نقش داروین در زیست‌شناسی.

مردی که زمانی سرایدار یک مدرسه بود و بعدها به‌تنهایی درس خواند و به دنیای علم راه پیدا کرد، سرانجام با داروین مقایسه می‌شد. هیچ‌کس ارزش کار میلانکوویچ را نادیده نمی‌گیرد؛ فقط شاید جیمز کرول سزاوار این است که بیشتر دیده شود. او نمونه‌ی روشنی از هزاران زن و مردی است که در تاریخ علم، حلقه‌ای زنجیره‌ای را ساختند اما چون حلقه‌ی پایانی نبودند، فراموش شدند.

کرول بر موانعی عجیب و سنگین غلبه کرد، از محدودیت‌های اقتصادی و طبقاتی گذشت و خلاف جریان زمانه‌اش رفت تا به یکی از چهره‌های نادر تاریخ علم تبدیل شود؛ شخصیتی که مسیر یک رشته‌ی علمی را تغییر داد.