نیما ارکانی حامد؛ معماری که میخواهد فضا-زمان را از نو بسازد
23 اردیبهشت · · خواندن 7 دقیقه
پس از درگذشت مریم میرزاخانی، جهان علم یکی از درخشانترین ستارگان خود را از دست داد. اما در همان سپهر، ستارهای دیگر، هممیهن او، سالها بود که میدرخشید؛ کسی که شاید بیش از هر فیزیکدان دیگری، در پی آن است که بزرگترین معمای هستی را حل کند. او نیما ارکانی حامد است؛ فیزیکدانی که میخواهد پرده از رازهای فضا-زمان بردارد.
خودش گفته: «ما به نقطهای رسیدهایم که تصور میکنم اصول بنیادین فضا و زمان در آستانه فرو ریختن هستند. اینها مفاهیمی نیستند که دو هزار سال دوام آورده باشند تا حالا به دست ما از بین بروند؛ آنها اساساً در قرن بیست و یکم فرو خواهند ریخت.» این جملات، از زبان مردی بیرون میآید که هیچ چیز را در فیزیک، قطعی نمیداند. نه فضا را، نه زمان را، نه قوانین مقدس نیوتن و اینشتین را.
چارلی رُز، مجری مشهور آمریکایی، در گفتوگویی از او پرسید: «بسیاری معتقدند که تو انیشتین بعدی هستی. این چه حسی دارد؟» نیما، با همان لحن آرام و مطمئن همیشگیاش، پاسخ داد: «اینطور نیست! هیچ انیشتین بعدیای وجود ندارد. انیشتین یک بار آمد و کارش را انجام داد. در زمان خودش به بسیاری از سوالات پاسخ داد. ما اکنون پرسشهای بسیار بزرگتری داریم، اسرار بسیار بیشتری در جهان ما نهفته است و میخواهم بعضی از این معماها را حل کنم.» این همان پاسخی است که از یک ذهن بیقرار و جستجوگر برمیآید و نشان میدهد که چرا او را یکی از پیشروترین دانشمندان عصر حاضر مینامند.
کودکی در هیوستون، رؤیایی در تهران
او در ۵ آوریل ۱۹۷۲ در هیوستون تگزاس به دنیا آمد. پدر و مادرش هر دو فیزیکدانانی از ایران بودند که برای ادامه تحصیل و کار به آمریکا مهاجرت کرده بودند. ژنهای فیزیک در رگهایش جاری بود. پدرش جعفرقلی ارکانی حامد، خود فیزیکدانی برجسته و دانشآموخته مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) بود. اما زندگی خانوادگی آنها، مثل بسیاری از خانوادههای ایرانی آن دوران، دستخوش تحولات سیاسی شد. پس از انقلاب ۱۳۵۷، پدرش که در ایران مشغول به کار بود، برای مدتی مجبور به ترک کشور نشد اما در نهایت خانواده بار سفر بست و ابتدا راهی پاریس و سپس کانادا شد.
نیما در همان سنین کودکی نشان داد که با همسالانش فرق دارد. در حالی که بچههای دیگر مشغول بازیهای کودکانه بودند، او غرق در کتابهای فیزیک و ریاضی میشد. ذهنی تشنه و بیقرار داشت که به هیچ چیز جز مرزهای دانش قانع نبود.
نوجوانی که جهان در حال انبساط را دید
در کلاس هشتم دبیرستان Zion Heights در شمال تورنتو، معلمی به نام چارلز لجر، یکی از آن معلمهای نادری که روح دانشپژوهی را در شاگردانش بیدار میکند، برگی از یک مقاله علمی را به نیما داد. آن برگه، نموداری از سرعت و فاصله کهکشانها را نشان میداد. نیما به خانه رفت و تا صبح با آن دادهها کلنجار رفت. او که هیچ پیشزمینهای از کیهانشناسی نداشت، خودش به تنهایی دریافت که این نمودار یعنی جهان در حال انبساط است. بیآنکه بداند، قانون هابل را بازکشف کرده بود. همان لحظه بود که فهمید میخواهد تمام عمرش را صرف فهم اسرار جهان کند.
دوران دبیرستان را که به پایان رساند، مشخص بود که باید به کجا برود. او وارد دانشگاه تورنتو شد و در سال ۱۹۹۳ با مدرک ممتاز مشترک در ریاضیات و فیزیک فارغالتحصیل شد. سپس راهی دانشگاه کالیفرنیا، برکلی شد تا زیر نظر لارنس هال، پایاننامه دکتری خود را به سرانجام برساند. در سال ۱۹۹۷، در ۲۵ سالگی، دکترای خود را دریافت کرد.
تولد یک ایده انقلابی: ابعاد اضافی بزرگ
پس از یک دوره پسادکتری در دانشگاه استنفورد، نیما به برکلی بازگشت و در ۲۷ سالگی به مقام استادی رسید. اما انفجار واقعی نبوغ او در سال ۱۹۹۸ رخ داد، زمانی که به همراه دو همکارش، ساواس دیموپولوس و گیا دوالی، ایدهای را مطرح کرد که جهان فیزیک را تکان داد: «ابعاد اضافی بزرگ».
پرسش بزرگ تاریخ فیزیک این بود: چرا گرانش تا این حد از سه نیروی بنیادی دیگر ضعیفتر است؟ یک آهنربای کوچک میتواند با نیروی الکترومغناطیس خود بر گرانش کل زمین غلبه کند و سوزنی را به هوا ببرد. چرا؟ پاسخ نیما و همکارانش چنان بدیع و جسورانه بود که در ابتدا باورنکردنی به نظر میرسید: شاید گرانش ضعیف نیست، بلکه رقیق شده است. آنها این فرضیه را مطرح کردند که علاوه بر سه بعد فضایی که ما میشناسیم، ابعاد اضافی دیگری در مقیاس میلیمتری یا میکرونی وجود دارند. گرانش، بر خلاف سایر نیروها، میتواند به درون این ابعاد نشت کند و در نتیجه، آنچه ما اندازهگیری میکنیم تنها بخش کوچکی از نیروی واقعی آن است.
این ایده نه تنها میتوانست معمای ضعف گرانش را حل کند، بلکه پیشبینی میکرد که آزمایشهایی مثل برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) در سرن بتوانند نشانههایی از این ابعاد پنهان را آشکار سازند. ناگهان، فیزیکدانان نظری در سراسر جهان به این ایده جلب شدند و نیما ارکانی حامد، در ۲۶ سالگی، به یکی از مشهورترین چهرههای فیزیک نوین تبدیل گشت.
فراتر از ابعاد اضافی: فیزیک در مرزهای ناشناخته
اما نبوغ نیما هرگز در یک ایده متوقف نماند. او به همراه اندی کوهن و هوارد جرجی، مدلهایی از ابعاد اضافه ساخت که در آن، نیروهای غیرگرانشی نیز میتوانند در ابعاد جدید محبوس شوند. او سپس با نیما هرمان و جسی تالر، نظریهای را مطرح کرد که بر اساس آن، برهمکنشهای ذرات بنیادی در انرژیهای بالا بسیار سادهتر از چیزی است که تصور میشد و نظریههای میدان مؤثر، رفتاری غیرمنتظره از خود نشان میدهند.
شاید یکی از عمیقترین و جاهطلبانهترین پروژههای او، پژوهش بر روی «آمپلیتوهدرون» (Amplituhedron) باشد. او و همکارانش، به جای محاسبات پیچیده و طاقتفرسای نمودارهای فاینمن (روش سنتی محاسبه برهمکنش ذرات)، یک شیء هندسی کاملاً جدید را کشف کردند. این حجم هندسی چندبعدی، که آمپلیتوهدرون نام گرفت، میتواند نتایج برخورد ذرات را به سادگی و با ظرافت پیشبینی کند. نکته جالب و تکاندهنده این است که در این روش جدید، مفاهیمی مثل «فضا-زمان» و «موضعیت» (locality) که قرنها پایههای فیزیک بودهاند، دیگر نقش بنیادین ندارند، بلکه از دل ساختارهای انتزاعیتر ریاضی پدیدار میشوند. این یافته، انقلابی در طرز فکر ما درباره ماهیت واقعیت است.
مردی در میان ۱۰۰ نابغه زنده دنیا
کارنامه علمی و حرفهای نیما ارکانی حامد، مملو از افتخاراتی است که تنها به نوابغ انگشتشمار تعلق میگیرد. او در ۳۱ سالگی، مدال گریبوف انجمن فیزیک اروپا را از آن خود کرد. در ۳۶ سالگی، به عنوان یکی از ۱۰۰ نابغه زنده جهان انتخاب شد. در ۴۰ سالگی، جایزه «فیزیک بنیادی» (Breakthrough Prize in Fundamental Physics) را که ارزش آن سه میلیون دلار و بالاترین جایزه نقدی در عرصه علم است، برای نخستین بار دریافت کرد. این جایزه که توسط غولهای دنیای فناوری و تجارت، از جمله یوری میلنر، تأسیس شده، «اسکار علم» نام دارد و نیما در زمره اولین دریافتکنندگان آن بود.
در ۴۵ سالگی، او به عضویت آکادمی ملی علوم ایالات متحده انتخاب شد؛ افتخاری که تنها برای بالاترین قلههای علمی در نظر گرفته میشود. او اکنون استاد دائم مؤسسه مطالعات پیشرفته در پرینستون است؛ همان جایی که روزگاری آلبرت انیشتین، جان فون نویمان و کرت گودل در آن کار میکردند.
درخشش در میان هزار خردهشیشه
اما داستان یک دانشمند بزرگ، فقط در فرمولها و جوایز خلاصه نمیشود. پدر نیما، جعفرقلی ارکانی حامد، فیزیکدانی بود که پس از انقلاب، به دلیل برخی تصمیمهای حرفهای و سیاسی، از سوی حکومت جدید با مشکلاتی مواجه شد. او که برای مدتی به ایران بازگشته بود، سرانجام مجبور به ترک وطن شد و خانوادهاش را به فرانسه و سپس کانادا برد. این تجربه مهاجرتهای پیاپی و از دست دادن وطن، در روح نیما اثر گذاشت و به او آموخت که هیچ چیز در این دنیا پایدار نیست، جز حقیقت علمی که در پی آن است.
خودش در مصاحبهای گفته: «من همیشه احساس تعلق به فرهنگ ایرانی داشتهام، اما کار علمی من فراتر از هر ملیت و مرزی است. حقیقت، مرز نمیشناسد.» او فارسی را روان صحبت میکند و هرگز پیشینه ایرانی خود را فراموش نکرده، در عین حال که شهروندی جهانی را برگزیده است.
میراثی که هنوز کامل نشده
نیما ارکانی حامد، امروز در خط مقدم پژوهشهای بنیادین جهان ایستاده است. او به دنبال نظریهای است که مکانیک کوانتوم و نسبیت عام را در هم آمیزد و شاید، فضا-زمان را از معادلات بنیادیتر حذف کند. او میگوید: «برای پیشرفت، باید حاضر باشیم مقدسترین مفاهیم خود را کنار بگذاریم.» و این، شاید بزرگترین درس زندگی او باشد: برای رسیدن به حقیقت، نباید به هیچ چیز، حتی به فضا و زمان، دلبستگی داشت.
در جهانی که بسیاری به دنبال پاسخهای آسان هستند، نیما ارکانی حامد شجاعت پرسیدن سوالهای سخت را دارد. و همین، او را از یک دانشمند موفق، به یک پیشگام واقعی تبدیل کرده است.