ایده‌های نو برای شناخت عالم

دکتر نیما خسروی، فیزیکدان حوزه گرانش و کیهان‌شناس عضو هیات علمی دانشگاه شهید بهشتی و محقق پاره‌وقت پژوهشگاه دانش‌های بنیادی موفق به دریافت جایزه کیهان‌شناسی بوکالتر سال 2016 میلادی شد. او این جایزه را برای ایده نو در زمینه نظریه گرانش تعمیم یافته و پیشنهاد راه‌هایی برای حل مسائل گرانش در فیزیک، دریافت کرد.

نظریه‌ای در مقیاس‌های بزرگ

نظریه گرانش اینشتین درباره نیروی گرانش، جاذبه و خاصیت جهانشمول بودن آن است که روی همه چیز در جهان تاثیر می‌گذارد. برای مثال خمیدگی نور به دلیل وجود همین جاذبه است، اما این نیرو در مقیاس‌های خیلی بزرگ، با مشاهدات رصدی سازگار نیست. دکتر خسروی درباره نحوه کشف این تفاوت در مقیاس‌های بزرگ به جام‌جم می‌گوید: ما می‌دانیم در مقیاس‌های خیلی بزرگ فقط نیروی جاذبه وجود دارد، چون جاذبه غالب است و انتظار داریم سرعت نسبی اجسام نسبت به یکدیگر کم شود، اما با توجه به رصد برای مثال ابرنواخترها (انفجارهای کیهانی ناشی از ستاره‌های بسیار پرجرم)، مشاهده شد که در فواصل خیلی دور سرعتشان نسبت به یکدیگر زیاد می‌شود. منجمان در رصدها با توجه به فیزیک ابرنواخترها می‌توانند حدس بزنند که نور ابرنواخترها به چه شکل است. برای مثال ما هنگام عبور از خیابان در شب با توجه به نور ماشین سرعت و جهت حرکت ماشین را تشخیص می‌دهیم. در واقع ما در ذهنمان تخمینی از این داریم که نور چراغ‌های ماشین در فاصله‌ای مشخص از ما چقدر است.

منجمان با همین روش تخمین می‌زنند جرمی که در آسمان رصد می‌کنند در چه فاصله‌ای است و با چه سرعتی نسبت به ما حرکت می‌کند. البته در مقیاس کیهانی ابعاد هم کیهانی است و از موضوع دیگری که اثر دوپلر برای تشخیص دادن دور یا نزدیک شدن جرم است نیز استفاده می‌شود. به این ترتیب منجمان فهمیدند ساختارهای عالم در حال حرکت نسبت به ما با سرعت تندشونده هستند.

دکتر خسروی درباره نظریه گرانش اینشتین و تاثیر آن در کیهان ادامه می‌دهد: نظریه گرانش اینشتینی بسیار مهم است، چون بسیاری از پدیده‌ها مثل خم شدن نور اطراف خورشید، حضیض (یکی از ویژگی‌های مداری سیارات) سیاره عطارد را بخوبی توصیف می‌کند و بر همین اساس است که در زندگی روزمره می‌بینیم مفاهیمی مثل جی‌پی‌اس بدرستی کار می‌کند. گرانش اینشتینی در مقیاس‌هایی که ما می‌شناسیم درست است، اما پیش‌بینی‌ها در مقیاس‌های بزرگ‌تر درست کار نمی‌کند. نظریه گرانشی که اینشتین مطرح کرد در رصد ابرنواخترها صدق نمی‌کند. این نشان می‌دهد انرژی تاریک یا نیروی دیگری وجود دارد که باعث می‌شود جهان در حال انبساط تندشونده باشد.

به این ترتیب نظریه گرانش اینشتین نظریه کاملی در همه مقیاس‌ها نیست و باید تعمیم داده شود. کار من روی همین موضوع و گرانش تعمیم یافته برای توضیح انرژی تاریک است. گرانش تعمیم‌یافته می‌تواند ارائه مدل‌های دیگری برای تغییر مدل گرانش اینشتینی را به دنبال داشته باشد.

طبیعت از چه قانونی پیروی می‌کند؟

طبیعت همواره از قوانین فیزیکی تبعیت می‌کند و نظم آن در قالب قوانین و نظریه‌ها قابل تشریح است. کیهان‌شناس نظری دانشگاه شهید بهشتی درباره وجود نظریه‌های مختلف برای توضیح نیروی گرانش می‌گوید: سوال این است که وقتی چند مدل برای مفاهیم گرانشی وجود دارد که همه از لحاظ نظری درست است، اما طبیعت کدام‌یک از آنها را انتخاب می‌کند؟ سوالی که من از خودم پرسیدم این بود که چرا طبیعت این قانون را انتخاب کرده است و آیا یکی دیگر از نظریات می‌توانست جایگزین شود یا نه؟ ایده من این است که همه این نظریات در عالم وجود دارد و یک میانگین روی آنها گرفته شده است. در واقع جایزه بوکالتر هم به این ایده من داده شدکه به نظرم آمد مدل‌های مختلف باید با هم جمع شود.

دکتر خسروی می‌افزاید: می‌توان مدل‌های مختلف گرانشی نوشت و بعد بررسی کرد که این مدل‌ها از لحاظ نظری درست است. البته من انگیزه کار نظری دارم و این موارد هنوز در مشاهدات دیده نشده است. بعد از آن که از درست بودن تئوری اطمینان پیدا کردیم باید ببینیم در مشاهدات و رصد هم این بحث سازگار است یا خیر. نظریه‌ای که فقط در مقیاس بزرگ جواب داده شود به کار نمی‌آید و باید همه مقیاس‌ها را با هم پوشش دهد. کار روی این نظریات به درک مفهوم انرژی تاریک، ماده تاریک و چگونگی تشکیل ساختارهای کیهان کمک می‌کند. این تئوری‌ها بعد از تایید باید با مشاهدات چک شود.

پیشرفت علم، فرآیندی کند است

به عقیده دکتر خسروی، رسیدن به پاسخ سوالات علمی فرآیندی نیست که بسرعت حاصل شود و حتی سوالاتی که به خلق ایده‌های جدید منجر می‌شود، به مرور شکل می‌گیرند. بنابراین هنگامی که دانشمندی دریافت تازه‌ای از مفاهیم علمی پیدا می‌کند، جامعه علمی اطراف او را نباید نادیده گرفت.

او درباره فرآیند تولید علم می‌گوید: همین سوال درباره ایده نظریه گرانشی در ذهن من به مرور ایجاد شده و برای مثال دو سال پیش صورت سوال به این شکل نبوده است. علم فرآیند کندی است و پرسیدن سوال مناسب برای مثال در این مورد چهار سال طول کشیده است. من در گفت‌وگویی که سال گذشته و در کنفرانس گرانش تعمیم یافته با گروه دانش روزنامه جام‌جم داشتم، گفتم که «دانش در گفت‌وگو تولید می‌شود» و اکنون می‌گویم پیشرفت دانش فرآیند کندی است. همه اینشتین را می‌بینند که به نظریه گرانش دست یافته است البته اینشتین یک نابغه بود و چیزی را می‌فهمید که در همان زمان اطرافیان نمی‌فهمیدند، اما دستاوردهای علمی هیچ وقت اینقدر سریع به دست نیامده و معمولا یک گروه بزرگ پشت یک دستاورد است.

وی می‌افزاید: فرآیند رسیدن به یک رخداد مهم علمی زمان می‌برد. خیلی از نوابغ بوده‌اند که مسائل مهمی را دنبال کرده‌اند، اما نتوانسته‌اند به نتیجه برسند، اما یک بار یک نفر همان مساله‌ مهم را حل می‌کند، این نتیجه تلاش افراد زیادی در زمان زیادی است. وی با اشاره به گسترش پروژه‌های مطالعاتی مشترک در میان دانشگران جهان تأکید می‌کند: اکنون دانشگاه‌ها و دانشجویان به پژوهش‌های مشترک روی آورده‌اند. در دنیا پروژه‌های علمی مشترک تعریف می‌شود. دلیل این همه همکاری‌های بین‌المللی، همین کند بودن فرآیند علم است.

اجتماع علمی و اکتشافات علمی

دکتر خسروی درباره نقش جامعه علمی روی کار یک محقق ادامه می‌دهد: اجتماع علمی برای اکتشافات علمی هزینه می‌کند. به همین دلیل یک نابغه هم نیاز به گفت‌وگو و انجام همکاری و مشارکت با اجتماع علمی و سال‌ها کار مطالعاتی و تحقیقاتی دارد.

ایده‌های نو در قالب اصول و مراحل پیوسته‌ای طی می‌شود به وجود می‌آید و نتیجه می‌دهد.

برنده جایزه نخست بوکالتر 2016 می‌افزاید: یک جامعه علمی کار می‌کند و افراد فقط نام یک نفر را که موفق به کشف یا ساخت کار جدیدی شده است، می‌شنوند. برای مثال در فناوری تولید گوشی آیفون، نام استیو جابز برای همه آشناست، در حالی که گروهی از افراد پشت این کار بزرگ هستند که بدون وجود آنها انجام این کار ممکن نبوده است. علم فقط احتیاج به یک نابغه ندارد. افراد با مشارکت در یک جامعه علمی می‌توانند به حل مساله خاص یا خلق ایده جدیدی می‌رسند.

وی تأکید می‌کند: در جامعه علمی امروز محققان در برنامه‌های علمی بین‌المللی مشارکت می‌کنند، با یکدیگر گفت‌وگو و تبادل نظر می‌کنند و هزاران ایده جدید مطرح می‌شود که یکی از آنها زنده می‌ماند و نتیجه می‌دهد و ما فقط داستان آن یک ایده موفق را می‌شنویم. کار علمی در محافل علمی موثر می‌شود و در همکاری جوامع علمی با یکدیگر به دست می‌آید و در این فضا ایده‌ها شکل می‌گیرد. شاید از هزاران ایده یکی از آنها موفق شود، اما در این فضا فرهنگ آن درست شده است تا یک ایده خوب شکل بگیرد. دانشگران زیادی در این مسیر برای تبادل ایده‌ها با من همراه بوده‌اند و این ایده در یک ساختار شکل گرفته است.

سپیده شعرباف

دانش