معرفی و بررسی کتاب معما هایی برای رازگشایی از عالم، نوشته کامران وفا - مجله پیامک

کامران وفا نویسنده ایرانی آمریکایی این کتاب، متولد سال 1339 در تهران است و به عنوان استاد ریاضی و فلسفه طبیعی دانشگاه هاروارد فعالیت می کند. او که سال 2008 برنده مدال دیراک شد، در تلاش است با استفاده از معما های ساده و قابل فهم، اصول فیزیک و ساختار عالم را برای عموم مخاطبان تشریح کند. وفا یکی از نظریه پردازان نظریه ریسمان است و پژوهش هایش بر ماهیت گرانش کوانتومی و رابطه بین هندسه و نظریه های میدان های کوانتومی بنا شده اند. او علاوه بر فیزیک و فلسفه، نگاهی ریاضیدانی دارد و به کندوکاو دادوستد های علوم ریاضی و فیزیک علاقه مند است و معتقد است این دو علم با وجود درهم تنیدگیشان، تفاوت های اساسی و عمیقی با هم دارند.

یکی از روش های اصلی فعالیت این پژوهشگر علمی این است که نشان دهد نگاه کردن از چشم انداز ها مختلف به یک مساله و موضوع، چگونه می تواند به غنای دانش نسبت به آن موضوع بیانجامد. حسام الدین ارفعی مترجم کتاب معما هایی برای رازگشایی از عالم می گوید دیدگاه عمیق فلسفی حاکم بر کتاب او را به ترجمه آن علاقه مند نموده است . چون این دیدگاه فلسفی، بسیار متفاوت از آن چیزی است که معمولا به عنوان فلسفه علم شناخته می شود. او می گوید کتاب پیش رو، شاید در نگاه اول فلسفی نباشد و یک اثر ابتدایی به چشم بیاید، اما این طور نیست. ارفعی می گوید نکته مهم درباره این کتاب این است که نشان می دهد ریشه های فیزیک چه قدر افشان است و لزوما از طرز فکری تعیین و صلب تحت عناوین پرطمطراقی چون دیالکتیک، رئالیسم، ایدئالیسم، ماتریالیسم و … ریشه نمی گیرد.

مثال ها و معما هایی که کامران وفا در کتاب معما هایی برای رازگشایی از عالم آورده، از نظر تاریخی بازه زمانی بزرگی را شامل می شوند؛ چون او هم از تفکرات باستانی برای درک محیط و عالم بهره برده هم از رویکرد های مدرن و نظریه های پیچیده مانند نظریه ریسمان استفاده نموده است. او معتقد است تعجب آور نیست اگر ریاضیات زبان طبیعی توصیف نحوه کارکرد طبیعت باشد. ریاضیات ستون فقرات فیزیک است که هدفش توصیف نحوه کارکرد جهان در بنیادی ترین لایه های آن است و هرچه قوانین طبیعت را عمیق تر بفهمیم، به همان میزان به موضوعات پیشرفته تری در ریاضیات احتیاج خواهیم داشت؛ به حدی که فیزیک امروزه به خاطر پیچیدگی ریاضیاتی اش، به غیر قابل فهم بودن از طریق غیر متخصصان معروفیت پیدا نموده است؛ اما چنین درکی، سادگی قوانین فیزیک و زیبایی ریاضیات را در دستیابی به جوهر اصلی واقعیت فیزیکی نادیده می گیرد. خوشبختانه، غالبا این تفکرات محوری را می توان با معما های ساده ریاضی روشن کرد.

کتاب معما هایی برای رازگشایی از عالم 11 فصل اصلی دارد که به ترتیب عبارت اند از: درآمدی بر فیزیک نوین، تقارن و قوانین بقاء، شکست تقارن، قدرت ریاضیات ساده و انتزاعی، ریاضیات پادشهودی، شهود فیزیکی، فیزیک پادشهودی، طبیعت در فیزیک: تحلیل ابعادی، ناطبیعت و اعداد بزرگ، دوگانی و جمع بندی.

پیشگفتار کتاب

تمایلی ذاتی داریم که بدانیم چیز ها چطور کار می کنند. امید داریم که در اطراف خود الگو هایی را مشاهده کنیم که ما را در انتظارمان از آنچه در آینده رخ می دهد یاری رسانند. کمی کردن این الگو ها فرایندی است که به مرور انسان را به ابداع ریاضیات هدایت کرد. از این رو تعجب آور نیست که ریاضیات زبان طبیعی توصیف نحوه کارکرد طبیعت باشد. در واقع ریاضیات ستون فقرات فیزیک است که هدفش توصیف نحوه کارکرد جهان در بنیادی ترین لایه های آن است. هرچه قوانین طبیعت را عمیق تر بفهمیم، همان قدر به موضوعات پیشرفته تری در ریاضیات احتیاج خواهیم داشت به حدی که فیزیک امروزه به خاطر پیچیدگی ریاضیاتی اش، به غیر قابل فهم بودن از طریق غیر متخصصان معروفیت یافته است.

اما چنین در کی، سادگی قوانین فیزیک و زیبایی ریاضیات را در دستیابی به جوهر اصلی واقعیت فیزیکی نادیده می گیرد. به عنوان فیزیکدانی مشتاق ریاضیات، به طور مستقیم شاهد این بوده ام که چگونه در عمق همه ساختار های به ظاهر پیچیده و دست نیافتنی ریاضیات که در تدوین قوانین فیزیک پدیدار می شوند، نکته هایی ساده و عمیق از حقایق جای گرفته است. این حقایق آن چیزی است که دانشمندان می کوشند آنگاه که غبار ها فرو نشسته و قوانین فیزیک کشف شده باشد، شفاف سازند. این نکته ها به نوعی چکیده اجرایی اند که دانشمندان به عنوان درس هایی که از کشف قوانین طبیعت بر گرفته اند، عزیز می دارند.

خوشبختانه، غالبا این تفکرات محوری را می توان با معما های ساده ریاضی روشن ساخت، به انداز های ساده که برای پرداختن به آن ها و درک معنایشان احتیاجی به پیش زمینه وسیعی در فیزیک یا ریاضیات نیست. کار کردن روی معما هایی ریاضی از این دست نه فقط فرح بخش است، بلکه عمیقا رضایت بخش نیز هست، زیرا آن ها وراء معما بودنشان، معانی عمیق تری از واقعیت فیزیکی را در بر دارند. هدف من در این کتاب این است که خواننده را به سفری ببرم تا از طریق معما های فرح بخش پرده از جنبه هایی از قوانین جهان بردارم.

نغمۂ غالب در این کتاب، این نظر است که در زیر واقعیت فیزیکی یک اندیشه فراگیر واحد جای نگرفته است بلکه مجموعه ای از آراء تقریبا مخالف است که با هم واقعیت فیزیکی را می سازند. هدف اصلی این کتاب درکی است از این که چگونه این مفاهیم متقابل می توانند در هم تنیده شوند و هماهنگ با هم در راه غایتی ارزشمند به کار آیند. امیدوارم که با مشاهده برخی از مهم ترین اصول کشف شده درباره طبیعت از پشت منشور معما ها، این افکار را نشان دهم.

پس از بازنگاهی مختصر به تاریخ علم و تأثیرات متقابل ریاضیات و فیزیک در طی قرون، یک به یک به موضوعات اصلی می پردازم. هر بخش با مطلبی یا اندیشه ای درباره یک موضوع آغاز می شود و پس از آن به بحثی در اهمیت اندیشه مخالف آن می پردازیم، و سپس، همان کار با جابه جا کردن موضوع بین فیزیک و ریاضی تکرار می شود. همه این ها، در پس زمینه معما هایی فرح بخش عرضه می شود.

اولین موضوع تقارن است. از سویی، اهمیت حفظ تقارن را هم در ریاضیات و هم در فیزیک خواهیم دید، و از سویی دیگر اهمیت شکست تقارن ها را. معمای طراحی کوتاه ترین بزرگراه بین چهار شهر در چهارگوشه یک مربع، مثال زیبایی از این پدیده است. در حالی که تقارن ها نحوه کارکرد

قوانین بقاء مثل قانون بقاء، وجود انرژی را روشن می کنند، می بینیم که چرا شکست تقارن ها برای صرف وجود ما، از آن هم مهم ترند. آن طور که بحث

خواهیم کرد این موضوع مربوط به ذره هیگز است که اخیرا کشف شد. همین طور توضیح خواهم داد که چگونه چشمان ما و جایشان در چهره ما نشانی از شکست تقارن ها است. درباره اهمیت آراء شهودی و همچنین ناشهودی هم در فیزیک و هم در ریاضی نیز بحث می کنیم. آراء شهودی همچون پیوستگی که در جنبه های گوناگون قوانین فیزیک نقشی برجسته دارد و برخی تجریدات ناشهودی، (همچون تصور زمان به عنوان بعدی اضافه) برای درک عمیق تر واقعیت لازم اند. نشان می دهیم که مفهوم پیوستگی، با تمام سادگی، به نتایج محکم تری می انجامد. یکی از مثال هایش آن معمایی است که چرایی وجود دو نقطه متقاطر روی استوا با دمای یکسان را آشکار می کند.

همچنین نشان می دهیم که چگونه پیوستگی قوانین فیزیک می تواند توضیح بدهد که چرا نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین پیش بینی می کند که همیشه تعداد فردی از تصویر های گرانشی ستاره ها داریم. سپس به اندیشه طبیعی بودن می پردازیم: اینکه چطور با اطلاعاتی بس اندک، تخمین هایی تقریبی از نحوه کارکرد طبیعت به دست آوریم. به عنوان مثال با تقریبی ساده نشان می دهیم که خورشید را چقدر باید فشرده کنیم تا تبدیل به سیاهچاله شود. بعد به اندیشه مقابل آن می پردازیم و بحث می کنیم که چطور سروکله أعدادی با بزرگی یا کوچکی غیر طبیعی در قوانین بنیادی طبیعت ظاهر می شود که پیش بینی شان دور از انتظار است. به ویژه اینکه چرا نیروی گرانش بین پروتون ها تریلیون تریلیون تریلیون مرتبه از دافعه الکتریکی بین آن ها کوچک تر است؟

امکان ظهور اعدادی با بزرگی دور از انتظار را در فیزیک از طریق مسأله قدیمی چارپایان ارشمیدس روشن می کنیم که پاسخش شامل عددی است با حدود یک میلیون رقم! در آخر درباره هیجان انگیزترین تحولات امروزی فیزیک بنیادی در چارچوب نظریه ریسمان می پردازیم. اخیره نظریه ریسمان به عنوان یک نظریه کوانتومی یکسان و در بر گیرنده تمام نیرو های بنیادی مطرح شده است. بر مفهوم دوگانی در نظریه ریسمان تمرکز می کنیم که در دو دهه گذشته، نظریه پردازان ریسمان را مجذوب نموده و در قوام گرفتن آن نقشی کلیدی بازی نموده است. در این باره صحبت می کنم که مثلا چگونه دوگانی به درک بهتری از سیاهچاله و ماهیت فضا - زمان انجامیده است. معمایی که دوگانی را روشن می کند، مسأله مورچه های برخورد کننده روی خط کش است که در آن هدف هر مورچه نیفتادن از لبه های خطکش تا حد امکان است.

در نهایت، دوگانیی که در نظریه ریسمان کشف شده است ریز جهان این کتاب است: این اندیشه که چطور اصول متقابل می توانند در هماهنگی کامل و به شکلی سازگار و قدرتمند رفتار طبیعت را پیش بینی کنند. هیچ چیز مؤثرتر از این نیست که افکار متقابل هماهنگ با هم کار کنند و این دلیلی است که چرا دوگانی بدل به ابزاری بس قدرتمند در آشکار کردن عمیق ترین اسرار جهان ما شده است.

امیدوارم خواندن این کتاب و سروکله زدن با معما های آن برایتان مجذوب کننده و آموزنده باشد. خیلی راضی خواهم شد اگر درک تازه ای پیدا کنید از قوانین بنیادی عالممان و اینکه چطور ریاضیات در آن جای می گیرد، و همزمان به ارزش توان معما ها برای به چالش کشیدن و آگاه کردن و گهگاه شگفت زده کردن مان، حتی اگر از کودکی از دوستداران معما به آن سان که من بودم و هنوز هم هستم - نبوده اید هیچ وقت برای علاقه به آن دیر نیست؟