دکتر «کامران وفا»، استاد دانشگاه هاروارد و برنده مدال دیراک و عضو فرهنگستان علوم آمریکا، یکی از برجسته‌ترین فیزیکدانان ایرانی و یکی از متخصصان درجه‌یک جهان در حوزه فیزیک نظری و به‌ویژه نظریه ریسمان است. وی هرازگاهی به دعوت پژوهشگاه دانش‌های بنیادی و انجمن فیزیک ایران، به کشور سفر می‌کند و علاوه بر ایراد سخنرانی‌های تخصصی در دانشگاه‌ها و پژوهشگاه‌های کشور، برنامه‌هایی نیز برای سخنرانی‌های علمی عمومی برای دانشجویان دارد. وی به تازگی نیز به کشور سفر کرد و روز دوشنبه 26 خرداد با موضوع «نظریه ریسمان و فیزیک هندسی» در جمع علاقه‌مندان فیزیک در تالار علامه امینی دانشگاه تهران سخنرانی کرد که با استقبال گسترده مخاطبان همراه شد. وی در این نشست پس از ارایه تاریخچه‌ای از فیزیک مدرن به تشریح نظریه ریسمان و مزیت‌های آن نسبت به دیگر نظریه‌های مطرح دنیا (مکانیک کوآنتومی و نسبیت) پرداخت و ابعاد مختلف نظریه ریسمان را از دیدگاه فیزیک هندسی بررسی کرد. وی در این سخنرانی یافته‌های دو دهه اخیر نظریه ریسمان را مرور و بر نقش ابعاد اضافی و فیزیک هندسی در درک عمیق آن تاکید کرد. نظریه ریسمان تنها ساختاری است که توانست نظریه نسبیت عام (حاکم بر رویدادهای بزرگ‌مقیاس عالم) و مکانیک کوآنتومی (حاکم بر رویدادهای ریزمقیاس عالم) تلفیق کند و وحدت کلی نیروها را امکان‌پذیر سازد. ما برای آشنایی بیشتر با دستاوردهای فیزیک نوین از او برای گفت‌وگو دعوت کردیم که باوجود برنامه کاری فشرده و کمبود وقت، دعوت ما را پذیرفتند. با تشکر از وی، خلاصه این گفت‌وگو را می‌خوانیم.
فیزیک کوآنتوم با عقل سلیم ما و تجربه زندگی روزمره ما از طبیعت مغایرت دارد. ولی فیزیکدانان عقل سلیم خود را کنار گذاشتند و به روابط ریاضی اعتماد کردند. چرا؟
بله، این قسمت را می‌پذیرم که مکانیک کوآنتومی کمی با آن چیزی‌هایی که ما به شکل غریزی درک و حس می‌کنیم، فاصله می‌گیرد و به همین دلیل فهم و پذیرش آن را سخت می‌کند. ولی چاره‌ای نیست و باید این وضعیت را بپذیریم. در نظر بگیرید که همه اندام‌ها و ابزارهای حسی ما، ماکروسکوپی و بزرگ‌مقیاس است و طبیعی است که قوانین آن نسبت به اتم که میکروسکوپی است، فرق داشته باشد. به همین دلیل است که قوانین اتم برای ما عجیب‌وغریب‌تر است. ما زمانی که میکروب‌ها را در زیر میکروسکوپ نگاه می‌کنیم، متعجب می‌شویم که چه موجودات شگفت‌انگیزی هستند. این موضوع طبیعی است و دلیلش این است که ما با این موجودات آشنایی نداریم. مکانیک کوآنتومی هم تا حدود زیادی به همین‌گونه است و اصول آن برای ما ناآشناست زیرا در زندگی روزمره با آنها روبه‌رو نشده‌‌ایم.
با توجه به عجیب‌بودن دستاوردهای مکانیک کوآنتوم، فیزیکدانان از کجا می‌دانند که یک نتیجه عجیب، از اشتباه محاسباتی پدید آمده است و از کجا می‌دانند که نتیجه عجیب محاسبه‌ای دیگر، درست و از ذات خود مکانیک کوآنتوم نتیجه شده است؟
اولا انجام آزمایش‌ها تا حدود خیلی زیادی تکلیف ما را روشن می‌کند. گاهی هم در نظریه‌هایی مانند نظریه ریسمان انجام آزمایش‌ها بسیار دشوار است. در این حالت‌ها هم می‌توان از دیدگاه‌های مختلف به یک پدیده نگاه کرد. در این حالت اگر دیدگاه‌ها و روش‌های مختلف به یک نتیجه برسند، در درستی نتایج بیشتر یقین می‌کنیم، ولی اگر نتیجه رویکردهای مختلف با یکدیگر همخوان نباشند، در درستی نتایج شک می‌کنیم. پس همیشه یکی از کارها در فیزیک برای اطمینان از درستی یا نادرستی نتایج، بررسی آنها از دیدگاه‌های مختلف است.
صحبت از نظریه ریسمان شد. در علم فیزیک چه نارسایی‌هایی یا چه مشکل‌ها و کمبودهایی وجود داشت که نظریه ریسمان مطرح شد؟
البته این نکته را ذکر کنم که در ابتدای کار فیزیکدانان نمی‌خواستند نظریه جدیدی را مطرح کنند. نظریه ریسمان در ابتدای کار نظریه‌ای بود در حوزه فیزیک ذرات. ولی بعدها متوجه شدند که این نظریه که در اصل برای ذرات ابداع شده بود، برای بررسی خواص نیروی گرانش و کوآنتیزه‌کردن نیروی گرانش بسیار مفید است و این موضوع کاملا تصادفی بود. برخی از دانشمندان از جمله «ادوارد ویتن» براین باورند که نظریه ریسمان تصادفا در قرن بیستم ارایه شد. این نظریه بسیار پیشرفته است و انصاف این بود که در قرن بیست‌ویکم پدید آید. یعنی می‌خواهم تاکید کنم که پدیدآمدن و عرضه این نظریه خیلی هم طبیعی نبود، ولی در هر صورت از این کشف بسیار خوشحالیم چرا که برای وحدت‌بخشیدن به گرانش و مکانیک کوآنتوم بسیار مناسب است. پس اگر خلاصه بگویم این نظریه اتفاقی و تصادفی کشف شد ولی بسیار مفید است زیرا توانسته گرانش و مکانیک کوآنتوم را تا حدودی با هم ادغام کند و ناهنجاری موجود بین مکانیک کوآنتومی و گرانش (که از پایه‌های اصلی فیزیک امروز هستند) را حل کند.
گفتید برای تلفیق نسبیت و کوانتوم لازم شد که نظریه جدیدی به نام نظریه ریسمان عرضه شود. مشکل تلفیق این دو نظریه چیست؟
در محاسبات مربوط به ویژگی‌های کوآنتومی گرانش ناهنجاری‌هایی مشاهده می‌شد. یعنی در جواب‌ها به تکینگی می‌رسیدیم در نتیجه راه‌حلی برای این مشکلات نداشتیم، اما درنهایت نظریه ریسمان توانست این تکینگی‌ها را از بین ببرد. دلیل اینکه ریسمان‌ها توانستند تکینگی‌ها را از بین ببرند نیز این بود که حوزه برهم‌کنش بین ذرات را به‌جای یک نقطه، به یک ناحیه تبدیل کردند و همین موضوع باعث شد که بینهایتها از بین برود.
فیزیکدانان علاقه‌مند هستند که نظریه‌شان را (هرقدر هم که به لحاظ ریاضی زیبا باشد)، با تجربه و آزمایش بسنجند. اما به نظر می‌رسد آزمودن تجربی نظریه ریسمان کمی دشوار باشد.
بله، می‌‌پذیریم که در حال حاضر، آزمودن این نظریه دشوار است برای اینکه مقیاس آزمایشگاهی این نظریه‌ها از مرتبه 1010 (10 به توان 10) کوچک‌تر است. ولی اینگونه هم نیست که هیچ‌وقت نتوانیم این نظریه را آزمایش کنیم. برای مثال با استفاده از نتایج آزمایش «بایسپ» می‌توان به بررسی خواص امواج و پدیده‌هایی که آغازگر کیهان بودند، پرداخت. شاید خواص این امواج با خواص ریسمان‌ها ارتباط داشته باشد زیرا شاید در ابتدای تشکیل کیهان که انرژی‌ها بیشتر بود، ریسمان‌ها در اندازه‌های بزرگ‌تر تولید شده باشند و به این صورت می‌توان دید که خواص ریسمان‌ها در آغاز جهان چه بود و در نهایت می‌توان اصول نظریه ریسمان را رد یا تایید کرد.
این پرسش را از این لحاظ مطرح کردم که یک کتاب گفته بود برای بررسی تجربی نظریه ریسمان، به برخورددهنده‌ای به اندازه کل منظومه شمسی نیاز داریم. (در مقایسه با برخورددهنده ال‌اچ‌سی که 27 کیلومتر قطر دارد.)
این دیگر به خود فرد بستگی دارد که نظریه‌اش را چگونه آزمایش کند. این روش که شما گفتید ناشیانه‌ترین روش آزمایش و در عین حال ناممکن است.
راه‌حل عملی و شدنی شما چیست؟
همانگونه که در پاسخ پرسش قبلی گفتم، یکی از راهکارها، بررسی امواج باقیمانده از تشکیل کیهان است. در آغاز جهان انرژی‌های زیادی وجود داشته است پس هم‌اکنون ما باید این امواج را دقیق‌تر بررسی کنیم تا ببینیم چه چیزهایی از آن زمان در این امواج باقی مانده است، تا بتوانیم به جواب‌هایی که می‌خواهیم برسیم.
در نظریه‌های جدید فیزیکی بارها مطرح می‌شود که جهان 10 بعد یا 11 بعد دارد. درک این موضوع برای ما بسیار دشوار است. آیا می‌توانید این موضوع را بیشتر توضیح دهید؟
اگر بخواهید ذره‌ای را توصیف کنید با سه عدد مکان آن را بیان می‌کنید. مولفه دیگر هم زمان است، اما علاوه بر اینها می‌توانید ویژگی‌های دیگر این ذره را نیز بیان کنید. برای مثال این ذره دمایی دارد، رنگی هم دارد و چندان ویژگی مشخص دیگر. پس می‌توان به همان نقطه خواص دیگری را هم نسبت داد. این مثالی که بیان کردم، به‌لحاظ فیزیکی چندان دقیق نیست اما امیدوارم به درک موضوع کمک کرده باشد.
برای ارزیابی نظریه‌های فیزیکی، از موفقیت‌هایش می‌پرسند و اینکه توانسته چه مسایل حل‌نشده‌ای را حل کند. وضعیت نظریه ریسمان از این لحاظ چگونه است؟
بله، ریسمان پاسخ‌های خوبی در حوزه فیزیک ذرات ارایه کرده است. برای مثال، پیش از این در مورد کوآنتیزه‌شدن گراویتون‌ها، جواب‌های بی‌نهایت به دست می‌آمد، اما نظریه ریسمان توانست این مشکل بینهایتها را حل کند.
نظریه ریسمان بارها درباره ذرات و ویژگی‌های کیهان بحث و بررسی کرده است. چطور است که نظریه ریسمان به بررسی این دو حوزه می‌پردازد که بسیار متفاوت از هم به‌نظر می‌رسند.
ریسمان چند حوزه مختلف را به‌هم ربط می‌دهد از جمله این دو موردی را که گفتید. نکته جالب آنکه ریسمان بخش‌های مختلف ریاضی را نیز به‌هم ربط می‌دهد. فیزیک به ما یاد می‌دهد که دیدگاه‌های خود را محدود نکنیم و از دیدگاه‌های مختلف به یک موضوع نگاه کنیم. این موضوع باعث می‌شود که انسان بتواند در قسمت‌هایی که به نظر می‌رسد هیچ ربطی به هم ندارد، کار کند. اگر یک نظریه فیزیکی خوب باشد، می‌توان از آن در حل مسایل حوزه‌های مختلف فیزیک کمک گرفت.
گفته می‌شود 96درصد جهان از ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل شده است که دانشمندان اطلاعات چندانی درباره ماهیت این پدیده‌ها ندارند. آیا این موضوع برای فیزیکدانان دلسردکننده نیست که بخش عمده جهان را نمی‌شناسند؟
نه‌تنها دلسردکننده نیست، بلکه بسیار هیجان‌انگیز هم هست. به این موضوع فکر کنید که 96درصد جهان را هنوز نتوانسته‌ایم کشف کنیم، به بیان دیگر کشف‌نشده‌های بسیاری پیش‌روی ما باقی مانده است. دنیای بسیار زیبایی در افق دید ما قرار دارد که ما تاکنون فقط بخش کوچکی از آن را کشف کرده‌ایم. به گمان من اگر ما همه دنیا و قوانین آن را کشف می‌کردیم، جهان مکان بسیار کسل‌کننده‌ای می‌شد، اما اکنون که ناشناخته‌ها زیاد است، انگیزه‌های ما هم برای کشف بیشتر است.
آقای دکتر، چه شد که برای ادامه تحصیل به خارج از کشور رفتید؟
من پیش از آنکه دیپلمم را بگیرم از ایران خارج شدم زیرا شنیده بودم که در آنجا برای ادامه تحصیل به دیپلم نیازی نیست. من تحصیلاتم را در ام‌آی‌تی آغاز کردم و پس از مدتی به پرینستون رفتم. من زمانی که در ام‌آی‌تی بودم، بسیار علاقه داشتم که در زمینه‌های ریاضی و فیزیک کار کنم که البته در آن‌موقع زمینه‌های اینگونه فعالیت‌ها در ایران فراهم نبود و در نتیجه تحصیلاتم را در خارج از کشور ادامه دادم.
پس می‌توانم نتیجه بگیرم که اگر در ایران می‌ماندید، به دستاوردهای امروز نمی‌رسیدید؟
در رشته ریسمان‌ها بله، این گفته درست است. ولی این نکته را هم ذکر می‌کنم که وضعیت دانشگاه‌های ما امروز بسیار بهتر از آن زمان است. درباره وضعیت امروز دانشگاه‌ها شاید بهتر باشد از استادانی که در تمام این مدت در ایران مشغول تحقیق و تدریس بودند و در نتیجه بهتر از من با وضعیت علمی دانشگاه‌ها و پژوهشگاه‌های ایران آشنا هستند (مثل جناب آقای دکتر «ارفعی»)، بپرسید. من فقط می‌توانم بگویم وضعیت خیلی فرق کرده و بسیار بهتر شده، اما برای اطلاعات بیشتر به کسانی مراجعه کنید که هم در جریان تحولات علمی بین‌المللی و هم با وضعیت دانشگاه‌های ایران آشنا هستند.
اگر کسی بخواهد دانشمند برجسته‌ای شود، کدام‌یک بیشتر نقش دارد؟ استعداد، سختکوشی، حمایت‌های خانواده، وضعیت عمومی جامعه یا وضعیت علمی دانشگاه‌ها و محیط دانشگاهی.
به نظر من، واقعیت این است که همه اینها با هم نقش دارد و هرکدام در جای خود بسیار مهم است. برای مثال محیط علمی بسیار مهم است. محیط علمی هم زمانی مساعد می‌شود که همه امکانات اعم از نیروی انسانی و آزمایشگاه و کتابخانه و کامپیوتر و... فراهم باشد. بودجه کافی باید فراهم باشد که سخنرانان درجه‌یک و پژوهشگران را دعوت کنند. در مجموع برای آنکه یک محیط دانشگاهی مرکز پرورش دانشمندان شود، باید جو خوبی هم فراهم شود. پس برای آنکه تحقیقات درجه یک و در سطح جهانی انجام شود، باید همه زمینه‌ها و امکانات لازم فراهم شود
منبع : روزنامه شرق 5 تیر 1393
سلام وب زیبایی است.به ما هم سر بزنید
http://zarebinebahman.blog.ir