فیزیکدان برتر ایرانی، استاد کامران وفا

هفته نامه صدا: کامران وفا در سال ۱۳۳۹ در تهران چشم به جهان گشود. وی جوانی خود را در محیط خانوادگی گرمی همراه با دو برادر دیگر در ایران سپری کرد. او در دبیرستان نمونه دولتی البرز به تحصیل پرداخت و در سال ۱۳۵۶ برای ادامه تحصیل به آمریکا رفت. لیسانس فیزیک و ریاضی خود را در سال ۱۳۶۰ از دانشگاه MT دریافت کرد و در سال ۱۳۶۴ دوره دکترای فیزیک را در دانشگاه پرینستون به پایان رساند. ایشان از همان سال ابتدایی تاکنون در هاروارد مشغول تحقیق و تدریس است و از سال ۱۳۶۹ به سمت استادی دائم هاروارد دست یافت. وی در سال ۱۳۶۵ با آفرین صدر ازدواج کرد و حاصل این ازدواج سه فرزند است.

فیزیک در گوشت و پوست

کامران وفا در مورد علاقه شدید خود به فیزیک به خبرنگاران می گوید: «علاقه من به فیزیک به خیلی وقت پیش بر می گردد. به یاد دارم زمانی که کلاس اول دبستان بودم هر زمان که به ماه نگاه می کردم این سوال که چرا ماه به زمین نمی افتد اذیتم می کرد! و این که چرا دیگران از این موضوع اذیت نمی شوند و مثل اینکه اینگونه سوالات نامربوط هستند! این نوع سوالات بودند که بعد از دوران کودکی مرا به فیزیک علاقه مند کردند.»

کامران وفا هم اکنون موفق به کسب کرسی استادی در درس فیزیک نظری انرژی زیاد و به ویژه تئوری ریسمان دانشگاه هاروارد شده است. او یکی از پژوهشگران اصلی و یکی از رهبران مهم پژوهش در نظریه ریسمان است که یکی از نظریه های مهم فیزیک مدرن برای توصیف نیروهای طبیعت است. این نظریه ناهماهنگی میان نظریه نسبیت اینشتین و مکانیک کوانتوم را حل کرده است و پیش بینی می کند که ذرات اولیه به جای متمرکز بودن در یک نقطه از ریسمان های یک بعدی بسیار کوچکی تشکیل شده اند.

پژوهش های تخصصی استاد

دکتر کامران وفا یک نظریه پرداز ریسمان (Sting Teorist) است. تمرکز تحقیقات او بر ماهیت گرانش کوانتومی و رابطه بین هندسه و نظریه های میدان های کوانتومی قرار دارد.

دکتر وفا در جامعه فیزیکدانان «نظریه ریسمان» به خاطر کشفی که به اتفاق همکارش دکتر اشترومینگر انجام داد به شهرت رسید. طبق نظریه ریسمان تمام نیروها و ذرات طبیعی از ریسمان های بسیار کوچک لرزانی ساخته شده اند. این نظریه، کل درک انسان از جهان و به خصوص سیاه چاله ها را دگرگون می کند.

یکی از نظریه پردازان ریسمان به نام پولچینسکی نشان داده که این نظریه شامل ذراتی دو بعدی یا چند بعدی است که «شامه» نامیده می شوند. شامه یا برین که خلاصه شده واژه membrane است، در اصل به معنای غشا است. این نظریه به ایجاد شاخه کاملا جدیدی در کیهان شناسی منجر شد که در آن ممکن است شامه ها جهان هایی جزیره وار باشند که در بُعد دیگر فضا شناور هستند و با یکدیگر برخورد می کنند یا ممکن است در بعد بالاتری با هم ارتباط برقرار کنند.

دکتر وفا علاوه بر آنچه گفته شد به خاطر توضیح رابطه بین هندسه و نظریه های میدان که از دوگانگی های ریسمان ها بر می آید، شناخته می شود. دستاوردهای او و یکی دیگر از همکارانش در این زمینه در قالب فرضیه ای به نام گوپا کومار - وفا معرفی شده. این موضوع با عنوان «مهندسی هندسی نظریه های میدان کوانتومی» شناخته می شود.

وفا در سال ۱۹۹۷ به همراه رابرت برندنبرگ نظریه F را ارائه داد؛ نظریه ای که با افزودن یک بعد جدید به نظریه M تصویری ۱۲ بعدی از کائنات ارائه می دهد. نظریه پردازان از نظریه F استقبال خوبی کردند چرا که این نظریه با بعد اضافی خود، مسائل باقی مانده در نظریه M را به خوبی حل می کند اما از آنجا که بعد اضافی مطرح شده در نظریه F، بعد مکانی نیست، این احتمال مطرح می شود که زمان دو بعدی باشد.

در این صورت زمان، به جای خطی، صفحه ای خواهد بود. به این ترتیب نه تنها امکان سفر در زمان و رفتن به گذشته و آینده وجود خواهد داشت، بلکه حتی می توان درون تک تک لحظه ها در جهت عمود بر سیر زمان نیز حرکت کرد؛ بنابراین شاید درون هر لحظه، ابدیتی نهفته باشد و با افزودن یک بعد زمانی جدید به معادله های توصیف کننده کائنات بتوان بسیاری از مسائل حل نشده فیزیکِ امروز را حل کرد.

کامران وفا در مسیر پژوهش های خود کوشیده راهی برای فهمیدن معانی نهفته دوگانگی های ریسمان ها و همچنین به کارگیری نظریه ابرریسمان برای حل مسائل حل نشده در فیزیک ذرات بنیادی پیدا کند و مشارکت های گسترده ای هم در زمینه نظریه های ریسمان توپولوژیک و فهمیدن تقارن آینه ای و ساخت مدار - خمینه در نظریه ریسمان، داشته است.

نظریه ریسمان

در نظریه ریسمان تمام نیروها و ذرات وحدت می یابند. در نتیجه علی الاصول می توان توجیه جامع و کاملی از عالم هستی را در تئوری ریسمان پیدا کرد. به این دلیل گاهی آن را تئوری همه چیز می نامند.

سالیان سال تصور فیزیکدان ها آن بود که فضا سه بعدی است اما از ابتدای قرن بیستم این تصور کم کم تغییر کرد. در ابتدا این نظریه مطرح شد که شاید فضا چهار بعدی باشد ولی با گذشت زمان تعداد ابعاد فضا باز هم بیشتر شد. در سال ۱۹۸۴ انقلاب ابرریسمان ها به وقوع پیوست. نظریه ریسمان ها تمامی جهان را متشکل از ریسمان های انرژی مرتعش یک بعدی می داند که در ۹ بعد مکانی و یک بعد زمانی در حال ارتعاش هستند. سپس در سال ۱۹۹۵، «ادوارد ویتن» از موسسه پژوهش های پیشرفته پرینستون آمریکا و «پائول تاونسند» از دانشگاه کمبریج بعد فضایی دیگری را نیز به نظریه ریسمان ها اضافه کرده و نظریه دیگری به نام نظریه M را ارائه کردند.

این نظریه در واقع تعمیمی از نسخه های متفاوت نظریه ریسمان بود اما به رغم موفقیت های ارزنده نظریه M، این نظریه نیز نتوانست تفاوت های موجود میان نسخه های مختلف نظریه های ریسمان را حذف کند و دقیقا در همین جا بود که سر و کله کامران وفا و نظریه اش یعنی نظریه F پیدا شد؛ نظریه ای که با افزودن یک بعد جدید به نظریه M، تصویری ۱۲ بعدی از کائنات ارائه می دهد. نظریه پردازان مشتاقانه از نظریه F استقبال کردند چرا که این نظریه با بعد اضافی خود، مسائل باقیمانده در نظریه M را به خوبی حل می کند اما از آنجایی که بعد اضافی مطرح شده در نظریه F، نه یک بعد مکانی بلکه یک بعد زمانی است، بنابراین نظریه مزبور، پیامدها و چالش های فلسفی عمیقی را نیز با خود به میدان آورده است.

در واقع بعد زمانی جدید مطرح شده توسط وفا ویژگی های آنچنان اسرارآمیزی به جهان می دهد که فیزیکدان ها را از واقعی پنداشتن آن نگران می کند. به عنوان مثال در حالی که در نظریه ۱۱ بعدی M اصل نسبیت «اینشتین» همچنان پابرجاست، در نظریه ۱۲ بعدی وفا این اصل اعتبار خود را از دست می دهد. همین امر یکی از عواملی است که فیزیکدان ها را در پذیرش بعد زمانی جدید دچار تردید می کند.

اما خود کامران وفا به گونه ای دیگر می اندیشد. هر چند او نیز قبول دارد که بعد زمانی اضافی از بسیاری جهات به یک ابزار ریاضی انتزاعی شبیه تر است تا به یک هویت فیزیکی واقعی، ولی در عین حال معتقد است چنین برداشتی در آینده نزدیک تغییر خواهد کرد. وفا در این باره می گوید: «در حال حاضر شاید به نظریه F صرفا به عنوان یک سازوکار ریاضی مناسب تر برای تبیین رفتار کائنات نگاهت شود اما فراموش نکنیم که در تاریخ فیزیک، همواره پشت سر سازوکارهای ریاضی جدید، پدیده های فیزیکی جدیدی نیز کشف شده اند.»

پروفسور وفا در این مورد به عنوان مثال به کوارک ها اشاره می کند. تا همین چند دهه قبل به کوراک ها صرفا به عنوان یک سازوکار ریاضی برای تبیین رفتار ذراتی نظیر پروتون ها نگاه می کردند اما امروزه اغلب فیزیکدان ها معتقدند کوراک ها واقعا در جهان وجود دارند. ممکن است مشابه چنین سرنوشتی در انتظار بعد زمانی جدید و اسرارآمیز نظریه F نیز باشد.

پروفسور وفا آینده نظریه ریسمان را نامعلوم اما هیجان انگیز می داند. وی می گوید: «این نظریه، فیزیکدانان را به بینش های فیزیکی درخشانی هدایت کرده و همچنین دارای ساختار بسیار غنی ریاضی است، طوری که تاکنون در عالم ریاضیات چندین انقلاب فکری به وجود آورده است و این بینش و اتصالی که در ریاضیات و فیزیک به وجود آورده ما را بیشتر به اعتبار آن مطمئن می سازد.»

کارنامه درخشان استاد

کامران وفا در حدود دویست مقاله علمی نوشته و همچنین چند کتاب تالیف کرده که نتیجه کاری چندین کنفرانس است. وی موفق شد در سال ۲۰۰۸ دو جایزه «دیراک» و «آیزنباد» که از معتبرترین جوایز علمی جهان به حساب می آیند را از آن خود کند. همچنین پروفسور کامران وفا به دنبال دستاوردهای متمایز خود در زمینه تحقیقاتش در چارچوب تئوری ریسمان و سیاه چاله ها و کسب جوایز معتبر، به عضویت فرهنگستان ملی علوم آمریکا نیز در آمده است.

در سال ۲۰۱۶ جایزه دنی هاینمن در زمینه فیزیک ریاضی هم به او داده شد. دکتر وفا در همان سال به اتفاق همکار و دوست قدیمی اش اندرو اشترومینگر و دکتر جوزف پولچینسکی برنده جایزه سه میلیون دلاری «پیشگامان علم» (Breakthrough Prize) شدند. این بزرگ ترین جایزه علمی جهان است که از سال ۲۰۱۲ کار خود را آغاز کرده و توسط صاحب نامانی از سیلیکون ولی مثل یوری میلز، سرگی برین و مارک زاکربرگ تامین مالی می شود. مراسم سال ۲۰۱۶ آن در مرکز تحقیقاتی Amess ناسا واقع در کالیفرنیا با تشریفات خیلی زیاد برگزار شد.

دکتر وفا در گفتگو با علمنا درباره این جایزه و نظریه اش گفت: «این تئوری از ادغام نظریه نسبیت اینشتین به گرانش زمین و مکانیک کوانتومی ایجاد شده است و من بعد از مطالعه سی ساله در این رشته بر اساس نظریه رسمان خود توانستم این جایزه عظیم را به عنوان اولین دانشمند ایرانی دریافت کنم.»

دکتر کامران وفا در ادامه این گفتگو تاکید کرد که جوانان ایرانی پتانسیل لازم برای کسب چنین جوایز معتبر علمی را دارند و کافی است که استعدادهای آنها جدی گرفته شود.

او خاطرنشان کرد با کمی توجه مسئولین، ایرانیان می توانند در تمام زمینه های بین المللی علی الخصوص فعالیت های علمی، حضور و مشارکت فعالی داشته باشند. وفا موقع دریافت جایزه خود بیان داشت: «من از دانشمندان و ریاضیدانان صاحب نام و پیشکسوت ایران زمین الهام گرفتم. این مسئله را هم باید بدانیم که علم جغرافیا ندارد و من از همکاران فیزیکدان و ریاضیدان خود در گوشه گوشه جهان که بیش از ۱۵۰ نفر هستند سپاسگزاری می کنم.» دکتر وفا زیاد به ایران سفر می کند و آخرین بار در سال ۱۳۹۵ برای سخنرانی در دانشگاه امیرکبیر به تهران آمد.