در مسیر رازگشایی از عالم

دکتر کامران وفا، از پیشگامان نظریه ریسمان و از بنیان‌گذاران نظریه F، از برندگان جایزه مصطفی(ص) در حوزه فیزیک نظری در سال ۲۰۲۱ بود. این جایزه که از سوی بنیاد علم و فناوری مصطفی(ص) پایه‌ریزی شده و فعالیت خود را با چشم‌انداز گسترش صلح، امنیت و رفاه بشریت، از سال۱۳۹۱ آغاز کرده، ماموریت خود را توسعه علم و فناوری در جهان اسلام قرار داده است.

سال گذشته در همان روزهای برگزاری مراسم اهدای جایزه مصطفی(ص) در تهران، در خلال نشستی به نام «کافه‌ علم» فرصت ملاقات با دکتر کامران وفا را در شهر کتاب مینا پیدا کردم.

او در این جلسه، نسخه ترجمه کتاب خود با نام «معماهایی برای رازگشایی از عالم» را که دکتر حسام‌‌الدین ارفعی، استاد فیزیک دانشگاه شریف به زبان فارسی ترجمه کرده بود به شرکت‌کنندگان هدیه کرد و من هم توانستم نسخه‌ای با امضای ایشان دریافت کنم.

در ادامه ضمن گفت‌وگو با دکتر وفا، پرسش‌هایی در زمینه آغاز ایده و پیدایش نظریه ریسمان و همچنین چشم‌اندازه آینده علم فیزیک از دیدگاه ایشان پرسیدم که در ادامه می‌خوانید.

می‌دانیم که در فیزیک، «مدل استاندارد» نمایی کلی از تمام ذرات بنیادین سازنده عالم ارائه می‌کند. چه ابهاماتی در مدل استاندارد وجود داشت که نظریه‌ای به نام ریسمان از سوی دانشمندان مطرح شد؟

مشکلی که در مدل استاندارد وجود داشت این بود که جاذبه از دید آن توجیه‌ناپذیر بود. به این شکل که وقتی ذره‌ای بنیادی به نام «گروایتون» برای جاذبه در نظر گرفته می‌شد و آن را در معادلات مدل استاندارد وارد می‌کردیم، به جواب‌های منطقی نمی‌رسیدیم. یعنی سوالات ما به جواب‌های منطقی نمی‌رسید و بی‌نهایت جواب را نتیجه می‌داد. به عبارتی این سوالات نوعی تکینگی داشت که نظریه ریسمان این تناقضات را برطرف می‌کرد.

برای کسی که با نظریه ریسمان آشنا نیست، ایده و کلیات این نظریه بسیار عجیب به نظر می‌رسد. این که چطور حلقه‌هایی از انرژی در ابعاد بسیار بسیار کوچک‌تر از چیزی که امروز قادر به دیدن آن هستیم جهان ما را شکل داده‌اند.

این تعریف در مفهوم بسیار ساده است. شما ریسمانی را در نظر بگیرید. اگر این ریسمان را به یک حلقه تبدیل و سپس تا اندازه‌های بسیار ریزی آن را کوچک کنیم چه اتفاقی می‌افتد؟ به شکل یک ذره دیده می‌شود و ذرات متفاوت از ریسمان‌هایی با خم‌ها و شعاع متفاوت تشکیل شده‌اند ذرات چیزی جز ریسمان‌هایی از انرژی نیستند اما با یک بعد اضافه‌تر و خود این ریسمان‌ها از انرژی تشکیل شده‌اند. حلقه‌هایی از انرژی با خم‌های متفاوت. انرژی را هم می‌شناسیم و نوع خاصی ندارد.

در حوزه‌های مختلف علم، قبل از کشف یا دیدن یک پدیده، عموما پیش‌بینی‌هایی از آنچه دانشمندان انتظار دیدنش را دارند پیش از دیدن و کشف پدیده اصلی وجود دارد. برای مثال ما از قبل انتظار داشتیم که محیط اطراف یک سیاهچاله احتمالا چطور خواهد بود تا این‌که دانشمندان عکسی واقعی از آن گرفتند. آیا در مورد ریسمان‌ها و پدیده‌های مرتبط با آن چنین پیش‌بینی‌هایی وجود دارد؟

پدیده‌ها و پیش‌بینی‌هایی که در مورد نظریه ریسمان مطرح می‌شود وقتی است که ما بتوانیم انرژی‌های بسیار بالا در اندازه‌های بسیار کوچکی در حد ۱۰ به توان منفی ۳۰ را ببینیم. این بسیار نزدیک به طول پلانک است که ۱۰ به توان منفی ۳۳ است. در چنین توان تفکیکی می‌توانیم پیش‌بینی‌هایی را که در مورد نظریه ریسمان وجود دارد ببینیم. اما در مورد پیش‌بینی‌های نظریه ریسمان در ابعاد بزرگ‌تر و انرژی‌های کمتر، مثل حالت ماکروسکوپی سیاهچاله‌ها که امروز می‌بینیم، فرقی بین نظریه ریسمان و نظریه نسبیت انیشتین وجود ندارد و پیش‌بینی‌های آن منطبق بر پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت است. در نتیجه انتظار مشاهده پدیده جدید یا مشاهده‌ای مستقیم در ابعاد بزرگ و ماکروسکوپی در ارتباط با نظریه ریسمان را نداریم و نیاز داریم که قدرت آزمایش‌ها و مشاهدات ما چندبرابر دقیق‌تر از مقدار کنونی باشد.

ما در نظریه ریسمان از ابعاد بسیار کوچک صحبت می‌کنیم. برای کسی که با موضوع آشنا نیست این مسأله عجیب است که پدیده‌هایی در این ابعاد چطور می‌تواند به ساختارهای بزرگ‌مقیاس در عالم همانند کهکشان‌ها یا سیاهچاله‌ها مرتبط باشد. تایید این نظریه‌ها و پیش‌بینی‌های آن با توجه به ابعاد بسیار کوچکی که این مفهوم علمی از آن صحبت می‌کند، چه تاثیری در شناخت ما از عالم بزرگ‌مقیاس می‌گذارد؟

مسائلی که در نظریه ریسمان مطرح می‌شود، در کل مقیاس عالم تاثیرگذار است. برای مثال، در مورد مفاهیمی مثل «انرژی تاریک» بحث می‌کند یا آینده جهان از موضوعاتی است که در نظریه ریسمان بسیار مطرح است. این‌که آیا پایدار خواهد بود یا خیر و اگر ناپایدار است این ناپایداری چگونه به انتها خواهد رسید. همچنین بررسی فرآیند آغاز جهان نیز از موضوعات مطرح‌شده از دید نظریه ریسمان است. این‌که آیا قبل از مهبانگ هم چیزی وجود داشته است یا خیر. در حقیقت اکنون مباحث داغ نظریه ریسمان در ارتباط با سوالات کیهانی است.

از نظر شما علم فیزیک و مشخصا موضوع انرژی‌های بالا در فیزیک در ۳۰سال آینده چه وضعیتی خواهند داشت و چشم‌انداز فیزیک ذرات بنیادی و همچنین کیهان‌ شناسی و نجوم از دیدگاه شما چگونه متحول خواهد شد؟

نظریه ریسمان این‌طور پیش‌بینی می‌کند که ذرات با خواص مختلفی وجود داشته باشد اما این‌طور نیست که چون از جنس انرژی هستند هر ذره‌‌ای با هر خاصیتی را که دوست داشتیم داشته باشیم. سوالی که هنوز جوابش را نمی‌دانیم این است که ذرات دقیقا چه خاصیت استثنایی‌ای را باید داشته باشند که بتوان آنها را با نیروی گرانش و ذره بنیادی متناظر با آن یعنی گراویتون وحدت داد. این اصلی‌ترین پرسش ماست که چه چیزی است که در فیزیک ذرات بنیادی و نظریه ریسمانمی‌تواند نیروی گرانش را تعریف و توجیه کند و آن ذرات و نیروها چه خواصی را ممکن است داشته باشند. زیرا مسائلی در مدل استاندارد وجود دارد که هنوز جواب‌های مناسبی برای آن پیدا نشده است. درواقع سوالاتی که در مورد اختلاف جرم و مقیاس این ذرات مطرح است هنوز حل نشده است و علت آن هم این است که تصور می‌کردند این سوالات ارتباطی با گرانش ندارد. بعضی از دانشمندان نظرشان این بود که جاذبه موضوعی جدا از این مفاهیم است و ارتباط مستقیمی بین این مفاهیم با گرانش وجود ندارد اما این تصور اشتباه است. در حقیقت درک این مسأله که گرانش با این سوالات در ارتباط است مفهومی است که نظریه ریسمان در حال توصیفش است و سوالات جدیدی را مطرح کرده است. ما از سال ۲۰۰۵ در حال کار روی پروژه‌ای به‌نام «باتلاق» هستیم. به‌دنبال این هستیم که مشکلات نظریه‌هایی را پیدا کنیم که نمی‌توانند توصیف دقیقی از این مفاهیم بدهند و اصطلاحا در باتلاق گیر می‌افتند و آنها را کنار بگذاریم تا به دید صحیح‌تری از نظریه‌های قوی برسیم. این کاری است که به نظرم طی ۱۰یا ۲۰ یا حتی ۳۰سال آینده اهمیت خاصی خواهد داشت؛ چه‌بسا از این طریق بتوانیم به این نتیجه برسیم که چه خواص و ذراتی باید داشته باشیم تا بتوانیم پیش‌بینی‌های دقیق‌تری در مورد ذرات، ساختار و خواص آنها، جرم آنها و ارتباط آنها با هم و درنهایت ارتباط تمام اینها با گرانش داشته باشیم.

در پایان، منشاء عشق خود به فیزیک و کیهان‌ شناسی را چه می‌دانید؟

یکی از سرچشمه‌ها و ریشه‌های اصلی علاقه من به علوم از طریق دیدن آسمان زیبای شب ایران در کودکی و زمانی که در شمیران زندگی می‌کردم بود. همیشه هم آرزو دارم که بتوانم سفری طولانی‌تر به ایران داشته باشم و بتوانم آسمان شب زیبای ایران را دوباره و با خاطری آسوده مشاهده کنم. امیدوارم هموطنانم قدر این موهبت زیبایی را که در اختیار دارند بدانند و اگر بتوانند از گسترش آلودگی نوری اجتناب کنند و زیبایی‌های آسمان شب را رصد کنند که خوش‌به‌حال‌شان.

استاد کامران وفا را بیشتر بشناسید

استاد کامران وفا، متولد ۱۰مرداد۱۳۳۹ در ایران است. وی سال ۱۳۵۶ شمسی برای ادامه تحصیل راهی ایالات‌متحده شد و فیزیک را در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) آموخت.

او با دریافت مدرک کارشناسی دو رشته‌ای در فیزیک و ریاضی، برای ادامه مسیر تحصیلات به دانشگاه پرینستون رفت و سال۱۳۶۴ شمسی/ ۱۹۸۵ میلادی درجه دکتری را در رشته فیزیک دریافت کرد.

دکتر وفا اکنون بیش از سه دهه است که استاد فیزیک دانشگاه هاروارد است و سال۱۳۹۷/ ۲۰۱۸ در گروه فیزیک دانشگاه هاروارد به‌عنوان اســتاد کرسی هالیس در ریاضیات و فلســفه طبیعی منصوب شد.

در وبگاه بنیاد جایزه علم و فناوری مصطفی(ص) آمده است این کرسی استادی که در سال ۱۷۱۲ میلادی ایجاد شـده است دومین کرسی قدیمی در دانشگاه هاروارد و قدیمی‌ترین کرسی علمی در تمام ایالات متحده آمریکا است و کامران وفا پانزدهمین دارنده این کرسی در طول تاریخ بیش از ۳۰۰ساله آن است.

با این احوال، جالب است بدانید دکتر کامران وفا، سال گذشته پس از دریافت جایزه مصطفی(ص) در ایران، بخش نقدی جایزه که ۲۵۰هزار دلار بود را برای احداث یک پژوهشگاه بین‌المللی فیزیک بنیادی به ایران اهدا کرده است.