سیتپـــــور مطالب

به تازگی کامنتی دریافت کردم که چندتا سوال ازم پرسیده بود. در این نوشته می‌خوام به این پرسش‌ها جواب بدم!

۱) زمان بر نیروی وزن اثر داره ؟ منظورم اینه وقتی زمان رو ثابت یکنیم یعنی اینکه تمام قوانین فیزیک رو با استفاده از زمان ثابت کنیم باز هم جسمی مثل لیوان به زمین برخورد میکنه اونم بر اثر نیروی گرانش یا نه؟(مثلا اگر تندی زمان رو زیاد کنیم جسمی مثل لیوان با تندی زیاد به زمین میرسه)
۲) چرا بعضی از پدیده ها در حال حرکت هستند؟ (مثل نور که وقتی لامپ رو روشن میکنیم بدون اینکه کاری بکنیم پرتوی نور خود به خود حرکت میکنه)
۳) آیا واقعا نور به دام سیاهچاله میفته ؟تا جایی که من میدونم انسان برای دیدن پدیده ها و اجسام ها به نور نیاز داره پس اگه نور از سیاهچله نمیتونه فرار کنه چطور دیدیمش؟(منظورم
عکسی که از سیاهچاله توی سال ۹۸ پارسال گرفتن)
۴) آیا نور تنها پدیده ایی هستش که سرعتی بسیار زیاد داره یا نه ؟
۵) نور ثابته ؟

۱) رابطه نیرو و زمان

قوانین نیوتون به ما میگه که اگه جسمی در حال حرکت باشه، تا زمانی که به اون جسم در کل نیرویی وارد نشه، جسم به حرکت خودش ادامه میده. اگر هم جسم از اول در حال حرکت نباشه، قاعدتا همون‌جایی که هست می‌مونه. مثل توپی که یه گوشه افتاده و تا زمانی که کسی بهش لگ نزنه از جاش تکون نمی‌خوره. منظور از «حرکت» هم تغییر موقعیت جسم با گذشت زمانه. یعنی هر بار که عقربه ساعت روی دست من تیک بزنه جسم از جایی به جای دیگه بره.

در فیزیک نیوتونی اختیار تند و کند کردن گذر زمان دست ما نیست. یعنی ما نمی‌تونیم کاری کنیم که زمان سریع‌تر بگذره یا کندتر بگذره یا اینکه متوقف بشه! ولی می‌تونیم این ایده رو شبیه‌سازی کنیم. مثل زمانی که از چیزی فیلم گرفته باشیم و با سرعت‌های مختلف اونو پخش کنیم. می‌تونیم تندتند بزنیم جلو ببینم آخرش چی میشه یا اصلا متوقفش کنیم. برای همین، اگه بتونیم که زمان رو متوقف کنیم، اون موقع اتفاقی که می‌افته اینه که آخرین تصویری که از هر چیزی داریم، همون باقی می‌مونه. پس اگه سیبی در حال سقوط به زمینه، با متوقف کردن زمان بین زمین و آسمون می‌مونه. این به این معنی نیست که نیرویی وجود نداره! بلکه به این معنی هست که در یک لحظه خاص، ما فقط یک فریم از یک فیلم رو انتخاب کردیم و داریم اونو می‌بینیم و با راه انداختن دوباره زمان، می‌بینیم که سیب به سقوطش ادامه میده. یا اگه فرض کنیم که گذر زمان رو سریع‌تر کنیم اون موقع می‌بینیم که سیب زودتر به زمین می‌خوره. یا اگه زمان رو به عقب برگردونیم می‌بینم که سیب به جای زمین خوردن، هوا میره 🙂

توضیح‌ فنی‌تر:

اگر دینامیک توصیف‌کننده یک سیستم، توسط معادلات تعینی داده بشه،اون موقع خروجی مسئله، یک «مسیر» می‌تونه باشه. مسیر، یک «خم» در فضای مکانه که توسط زمان نشانه‌گذاری شده. با داشتن مسیر، می‌تونیم بدونیم که سرشت نهایی سیستم چیه. به عنوان مثال با حل مسئله گرانش عمومی نیوتون برای دو جسم، به یک مسیر بسته بیضی شکل برای یکی از اون دو جسم می‌رسیم. با تغییر زمان، از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگه‌ از اون مدار (مسیر بسته) هدایت میشیم.

قانون دوم نیوتون، $F=ma$ یا معادله اویلر-لاگرانژ $\frac{\partial L(x,\dot{x}; t)}{\partial x } = \frac{d}{dt}\frac{\partial L(x,\dot{x}; t)}{\partial \dot{x} }$ هر دو منجر به دسته‌ای از معادلات دیفرانسیل معروف به معادلات حرکت میشن. در این روش مدل‌سازی، حرکت سیستم شما تعینی هست و شما با دونستن اطلاعات در مورد حال، دقیقا می‌تونید بگید که چه اتفاقی در آینده می‌افته.

گاهی دینامیک توصیف کننده شما توسط معادلات غیر تعینی داده میشه، مثل زمانی که حرکت یک ولگرد (قدم زن تصادفی) یا یک فرایند تصادفی رو مدل می‌کنید. اون موقع برای شروع مسئله، با معادله «مادر» یا معادله فوکر-پلانک می‌تونید پیش‌ برید. در این حالت، مسئله شما دیگه تعینی نیست و پیش‌بینی آینده یا پیش‌بینی مسیر، با عدم قطعیت (یا به عبارتی خطا) همراه خواهد بود. مثلا برای یک ولگرد نمی‌تونید با قطعیت کامل بگید که در فلان لحظه کجاست!

۲) علت حرکت چیزها

چیزها حرکت می‌کنند چون که بهشون نیرو وارد میشه! زمین دور خورشید می‌چرخه چون از طرف خورشید بهش نیرو وارد میشه یا توپ فوتبال حرکت می‌کنه چون یکی بهش ضربه می‌زنه! در مورد نور لامپ هم این جوری نیست که ما «کاری نمی‌کنیم»! در حقیقت با زدن کلید برق، جریان الکتریکی به لامپ میرسه و توی لامپ انرژی الکتریکی تبدیل به انرژی روشنایی میشه. یعنی همون‌جور که فوتبالیست به توپ ضربه می‌زنه و توپ حرکت می‌کنه، رسیدن جریان الکتریکی به لامپ‌ هم سبب ضربه زدن به نور میشه که به مسیرهای مختلف حرکت کنه. به این پدیده در فیزیک، تابش الکترومغناطیسی گفته میشه. به عبارت فنی‌تر، میدان الکتریکی اعمال شده توسط جریان خارجی (برق) سبب برانگیختگی ماده‌ای مثل تنگستن یا گاز خاصی مثل نئون میشه. برانگیختگی یعنی الکترون‌های که توی اتم‌های تشکیل دهنده اون مواد هستند از یک سطح انرژی به سطح بالاتری می‌رن (مثل وقتی که از پله‌های سرسره بالا میرین). اون موقع وقتی الکترون‌ها از یک سطح با انرژی بالاتر به سطی با انرژی پایین‌تر میان (مثل وقتی از سرسره پایین میاین)، اندازه اختلاف انرژی این دو سطح، از خودشون موج الکترومغناطیس یا ذرات نور منتشر می‌کنند!

این ویدیو رو ببینید:

۳) نور به دام سیاه‌چاله می‌افته؟

در مورد داستان سیاه‌چاله‌ها و اینکه چه‌طور از یک سیاه‌چاله میشه تصویر برداری کرد مفصل نوشتیم قبلا! این نوشته رو بخونید: قیام علیه سیاهی! به طور خلاصه، سیاه‌چاله‌ها اجسام بسیار بسیار سنگینی هستند که حتی بر حرکت نور هم اثر می‌ذارن. در مورد تصاویر منسوب به سیاه‌چاله‌ها هم، در حقیقت نوری که توی تصویر می‌بینیم دقیقا خود سیاهچاله نیست! یه سری موادی هستند که توی یه دیسک (شبیه حلقه‌های زحل) اطراف سیاهچاله دارن میچرخن و چون خیلی داغ هستن از خودشون نور تابش می‌کنن (درست شبیه به همون لامپ!). درواقع ما نور این موادی که در اطراف سیاهچاله وجود دارند و تونستن قسر دربرن و به چشم ما برسن رو می‌بینیم. تصویر ثبت شده، به خاطر اون نورها هست!

کمی توضیح فنی‌تر: ناحیه‌ای هست به‌اسم کره فوتونی که نزدیکترین مدار به افق رویداد که فوتون‌ها می‌تونن توی یه مدار پایدار دور سیاهچاله بچرخن. نزدیک‌تر از اون دیگه تقریبا فوتون شانسی برای برگشت نداره!

۴) آیا نور فقط سرعتش زیاده؟

نه! هر چیزی می‌تونه خیلی سریع حرکت کنه. محدودیتی در اصول نداریم. مثلا در آزمایش‌های مختلف فیزیکی، نوترون‌ها، الکترون‌ها یا پروتون‌ها رو با سرعت‌های خیلی زیاد به حرکت در میارن. یکی از جاهایی که مثلا پروتون‌ها رو تا سرعت‌های نزدیک به سرعت نور به حرکت در میارن آزمایشگاه سرن هست.

۵) آیا نور ثابته؟!

سوال رو درست متوجه نشدم! اگر منظور سرعت حرکت نوره، بله سرعت حرکت نور در هر محیط ثابته ولی موقعی که از محیطی به محیط دیگه میره تغییر میکنه. مثلا سرعت نور در هوا یک چیزه و در آب یک چیز دیگه‌ است. طبق نسبیت اینشتین، نور بیشترین سرعت در حرکت رو داره.

راستش نور همیشه برای من جذاب‌ترین قسمت فیزیک و آزمایش‌هاش بوده اما در مورد رشته فوتونیک تا قبل از شروع لیسانس هیچ چیز نمی‌دونستم. می‌خوام در طول این متن برای بچه‌هایی بنویسم که لیسانسشون رو به اتمامه و میخوان برای کنکور ارشد آماده بشن یا حتی برای دوستان دبیرستانی که به نور علاقه دارن و می‌خوان مستقیماً برن دنبالش و از دنیای پرهیاهوی فیزیک و درس‌های به ظاهر طاقت‌فرسای نظری سریعتر بگذرن. (همین‌جا بگم تا یادم نرفته که این‌کار به نظر جذاب‌تره ولی اصلاً توصیه‌ش نمی‌کنم. در ادامه توضیحش می‌دم!)

فوتونیک چیه؟

فوتونیک رو چند مدل تعریف می‌کنن. ساده‌ترینش اینه که فوتونیک، علمی است که در آن به نور می‌پردازند! همین‌قدر کلی! یا یکم کامل‌ترش اینه که فوتونیک، علمی است که در آن به تولید و کنترل و آشکارسازی امواج نوری و فوتون‌ها می‌پردازیم. حتی کمی دقیق‌تر بخواییم نگاه کنیم می‌تونیم بگیم فوتونیک علم و تکنولوژی‌ای است که در آن به تولید و استفاده از نور و دیگر انرژی‌های تابشی مشغولیم که واحد کوانتومیشون فوتونه (که با تقریب خوبی بیشتر طیف الکترومغناطیسی رو شامل میشه به جز امواج رادیویی و ریزموج‌ها که معمولاً تو حیطه برق مخابرات و اینا باهاشون کار می‌کنیم). گذشته از این تعاریف، یادمه که استاد درس فوتونیک۱ هم تعریف جالبی ارائه داد. ایشون می‌گفت فوتونیک علم و فناوری تولید، انتقال، دستکاری و دریافت اطلاعات به وسیله نور هست. من این تعریف رو بشخصه بسیار می‌پسندم. حالا چرا اسم فوتونیک گذاشتن روی این زمینه علمی؟ خب انگار اون زمان (یعنی سال ۷۰–۱۹۶۰ میلادی) از الکترونیک تقلید کردن! الکترونیک علم استفاده از جریان الکترون‌هاست و حالا که سیلی از فوتون‌ها داریم، خب اسمشو میذاریم فوتونیک. ☺

مردم تو فوتونیک دارن چیکار می‌کنن؟ فوتونیک کجاهاست؟

تقریباً همه دانشگاه‌های دنیا به نحوی مشغول تحقیق در زمینه فوتونیک هستن. اکثراً در دانشکده فیزیک و دانشکده برق یا گاهی به صورت یک مؤسسه یا مرکز تحقیقات جدا، مشغول کار بر روی حوزه‌های مختلف فوتونیک هستند. همون‌طور که در ادامه می‌بینید به دلیل تنوع موضوعات، این که در دانشکده‌های مختلف بهش بپردازند، اصلاً چیز عجیبی نیست. حالا که از اسم و تعریفش گفتم، قبل از این که بگم تو دنیا متخصصان فوتونیک مشغول چه مدل کارهایی هستن، می‌خوام چندتا از حوزه‌های کلی علمیش رو براتون بگم. اولیش که اینقدر معروفه که خیلی جاها اصلاً علم فوتونیک رو به اون می‌شناسن رو قطعاً حدس زدین تا الان: لیزرها! البته علم فوتونیک بسیار بسیار وسیع‌تر از این حرف‌هاست و انواع لیزرها فقط یه بخشی از اون هستن. در ادامه ما فیبر نوری، اپتیک غیر خطی، الکترواپتیک (یعنی موادی که وقتی نور بهشون می‌خوره خواص الکتریکیشون عوض میشه)، فتوولتائیک (فناوری استفاده شده در ساخت سلول‌های خورشیدی)، LEDها، طیف‌سنجی، مدارات مجتمع، دانش و فناوری امواج تراهرتز، اپتیک کوانتومی، اپتیک نیمه‌رساناها و البته خود اپتیک (نورشناسی)! بله.اپتیک به عنوان شاخه‌ای از فیزیک رو هم میشه در واقع زیرشاخه‌ای از فوتونیک طبقه‌بندی کرد. زیرشاخه‌ای بسیار وسیع که مطالعه خود اون یک رشته تخصصی است و سال‌ها وقت می‌خواد.

خب ازین موارد هم بگذریم. می‌خوام توضیح بدم تو دنیا فوتونیک رو برای چه چیزهایی استفاده می‌کنند و این شاخه‌هایی که گفتیم کجاها تو زندگی به دردمون خوردن و قراره بخورن. قبل از هر چیزی این رو بگم که یکی از مهم‌ترین وظایف علم فوتونیک، پر کردن خلأهاییه که الکترونیک در زندگی ما قادر به پر کردنشون نیست. نیازهایی که با پیشرفت الکترونیک و مخابرات ایجاد شدن و حالا دیگه ما به این حدی که داریم قانع نیستیم یا نیاز مارو نمی‌تونن برطرف کنن. مثل افزایش سرعت اینترنت یا افزایش پهنای باند برای انتقال داده‌ها یا امثالهم که با فیبرها و موج‌برهای نوری سعی در بهبودشون داریم چون می‌دونیم سرعت نور تقریباً ۱۰ برابر سرعت برقه (جریان الکترونی) پس می‌تونه تا حد زیادی سرعت انتقال اطلاعات و همچنین پهنای باند را زیاد کنه و همچنین موج نور بر خلاف الکترون‌ها در مدهای خاص و قابل تنظیم حرکت می‌کنه که با هم تداخل نمی‌کنند پس امکانش هست که حتی مثلاً سه میلیون مکالمه همزمان تلفنی را توسط تنها یک فیبر نوری منتقل کنیم! پس در کل باید قطعاتی بسازیم و استفاده کنیم که به جای الکترون از فوتون استفاده کنن که این میشه بخشی از فوتونیک که به مدارات مجتمع می‌شناسنش؛ همون چیزی که در بالا هم ازش اسم برده بودم.

اگر بخوام ادامه بدم می‌تونم به کاربرد نور (لیزرها) در بریدن و جوش دادن و سوراخ‌کاری تقریباً هرچیزی یعنی از فلزها تا پارچه و پوست انسان بگم، میشه از کاربردهای فوق‌العاده طیف‌سنجی نوری در انواع و اقسام بخش‌ها از نجوم و دریافت و تحلیل داده‌های آسمانی تا مواد و نمونه‌های مختلف اطرافمون که به تشخیص مواد سازنده اونا نیاز داریم، گفت، یا از دانش نسبتاً جدید تراهرتز گفت که به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خودش (مثلا جذب بسیار زیاد در آب یا بازتاب بسیار زیاد از سطح فلزها یا عبور با جذب بسیار پایین از موادی مثل پارچه یا پلاستیک) بسیار محبوب شده‌است، در صنایع نظامی لیزرها و ادوات اپتیکی مثل دوربین‌ها یا آشکارسازها بسیار کمک کننده هستند، در حیطه تشخیص و درمان پزشکی، استفاده از نور، تجربه بسیار موفقی بوده‌است؛ برای مثال در عمل‌های جراحی داخلی یا پوست و مخصوصاً چشم که بسیار حساس است، لیزرهای توان‌پایین بدون آسیب زدن به بافت کلی چشم می‌توانند آن را به خوبی بشکافند، در صنایع کشاورزی برای کنترل کیفیت رشد و همچنین داشتن تصاویر بزرگ مقیاس و با کیفیت از نحوه حاصل‌دهی محصول از فتونیک استفاده میشه. موارد دیگه از استفاده شامل تولید انرژی پاک و استفاده از قطعات فتوولتائیک (سلول‌های خورشیدی) برای تولید انرژیه. کاربردهای بسیار جالب و متنوع دیگری هم در صنایع هوافضا و نانوتکنولوژی و مهندسی اطلاعات و امنیت و تولید و فناوری زیستی داره که به خودتون میسپرمش.

فوتونیک در ایران

در وهله اول باید بدونین فوتونیک یک علم تجربیه که برای پیشرفت کردن در اکثر زمینه‌های اون، نیاز به تجهیزات و آزمایشگاه‌های پیشرفته و دقیقی هست. وضعیت کشور ما رو هم که می‌دونید در این زمینه‌ها. پس صادقانه بهتون بگم که توقعتون رو بیارین پایین از همین الان! ☹

از بهترین دانشگاه‌هایی که در مقطع لیسانس، رشته اپتیک و لیزر رو دارن میشه به دانشگاه مالک اشتر (وابسته به وزارت دفاع) یا دانشگاه شهید باهنر کرمان یا دانشگاه بناب و دانشگاه صنعتی ارومیه اشاره کرد. البته همونطور که در ابتدای متن هم گفتم توصیه شخصی من این هست که حتی اگر می‌خوایین در رشته فوتونیک وارد شین و فعالیت کنین در مقطع لیسانس سعی کنین فیزیک بخونین و در یک دانشگاه خوب هم بخونین؛ دلیلم البته هم تجربه‌ایه که با دیدن دوستان و اطرافیان تو دوران کارشناسی ارشد به دست آوردم. از طرف دیگه، یک دانشجوی خوب فیزیک، مجبوره سخت‌کوش و با دانش وسیع‌تری بار بیاد. وقتی شما لیسانس فیزیک می‌گیرید باید علی‌الاصول دید خوبی به مباحثی مثل مکانیک کوانتومی و فیزیک حالت جامد و مکانیک آماری داشته باشید که تا جایی که من خبر دارم در رشته اپتیک و لیزر بسیار سطحی این مباحث رو تدریس می‌کنن (حداقل نسبت به دانشکده‌های فیزیک) در حالی که بسیار بسیار دونستن این مفاهیم در درک شاخه‌های مختلف فوتونیک راه‌گشاست.

در تحصیلات تکمیلی هم مهم‌ترین مرکزی که در کشور این رشته رو داره، پژوهشکده لیزر و پلاسما دانشگاه شهید بهشتیه. همچنین دانشگاه علم و صنعت، دانشگاه خوارزمی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی در علوم پایه زنجان، دانشگاه تبریز، دانشگاه زنجان، دانشگاه زاهدان، دانشگاه شهرکرد، دانشگاه صنعتی شیراز، دانشگاه کاشان، دانشگاه سنندج، دانشگاه رشت، دانشگاه ملایر، دانشگاه بابلسر و دانشگاه رفسنجان هم از طریق کنکور کارشناسی ارشد فوتونیک پذیرش دانشجو دارند؛ البته همون‌طور که گفتم باید بسیار زیاد به این نکته توجه کنین که این رشته یک علم تجربیه و تجهیزات و آزمایشگاه‌ها حرف بسیار زیادی رو در اون می‌زنن پس برای انتخاب دانشگاه به این نکته بسیار دقت کنید که بعداً پشیمون نشین.

اگر بخوام در حد یک بند توضیح بدم که این‌جا در ایران، مهم‌ترین و بیشترین مباحثی که استادها و دانشجوهاشون دارن کار می‌کنن روش چه چیزهایی هستن، میتونم به موضوعاتی مثل ساخت انواع لیزر، ساخت انواع حسگر به کمک فیبر نوری، فوتونیک مواد آلی و پلیمری، دانش و فناوری تراهرتز (فعلا به صورت شبیه‌سازی)، انواع مختلف میکروسکوپی و تصویربرداری از جمله عکس‌برداری از بافت‌های زیستی، بایوفوتونیک، تحقیق بر روی انبرک‌های نوری، پلاسمونیک (محلی برای توضیح این مبحث بسیار جذاب در این متن نبود ولی توصیه می‌کنیم حتماً یه سرچی بکنید در موردش)، اپتیک کوانتومی، تحقیق و توسعه سلول‌های خورشیدی، حسگرهای نیمه‌رسانا، انواع طیف‌سنجی، نانو فوتونیک اشاره کنم.

البته مباحث دیگری هم شاید باشند که احتمالاً نسبت به موارد ذکر شده اهمیت کمتری دارند. به هر حال، تلاش بر این بوده که مهم‌ترین و برجسته‌ترین موضوعاتی که در دانشگاه‌های داخل کشور به آن‌ها پرداخته می‌شه ر مطرح کنم. باز هم تأکید می‌کنم که مثلاً وقتی گفته میشه در داخل کشور برخی آزمایشگاه‌ها به کار بایوفوتونیک مشغول هستند، اصلاً و به هیچ عنوان نمیشه کار شون رو با آزمایشگاه‌های بسیار مجهز و اساتید خارج از ایران مقایسه کرد. تفاوت‌ها گاهی ناامید کننده هستند.

در پایان و به عنوان سخن آخر

تحصیل در رشته فوتونیک همواره سختی‌ها و مشقات خاص خودش مثل کار کردن با ادوات آزمایشگاهی قدیمی یا نبود امکانات آزمایشگاهی، کمی عقب بودن از باقی دنیا به دلیل تحریم و … رو به همراه داره. اما برای عاشقان سینه‌چاک نور، این موضوعات محدودیت نیست و قطعاً موضوعات بسیار جالب و چالش‌برانگیزی رو می‌شه پیدا کرد که هم دست اول باشند و هم با همین امکانات هم به پژوهش در موردشون پرداخت. مهم، دید علمی و درست به دنیا و به اطرافتون هست!

نزدیک به ۲۰ ساله که چیزی به اسم نظریه شبکه‌ یا علم شبکه در ادبیات علمی پیدا شده. شاید نزدیک‌ترین یا نام‌آشناترین نظریه به علم شبکه، نظریه گراف در ریاضیات باشه. چیزی که از زمان اویلر (۱۷۳۶) شکل گرفته و در چند قرن اخیر هم همیشه حوزه‌ی پژوهشی برای ریاضیدون‌ها بوده. اما این فقط ظاهر کاره! نگاهی به جامعه‌ی علمی این دو شاخه از معرفت بشری، تصویری از دو گروه از متخصصین رو نشون می‌ده که چندان هم کارشون شبیه به هم نیست! به عبارتی، با این‌که نظریه شبکه بسیار وام‌دار نظریه گراف هست، اما چیزی که در عمل در حال اتفاق افتادنه اینه که مسائلی که گراف‌کارها مشغول مطالعه‌شون هستند اصلا شبیه به مسائل شبکه‌کارها (دانشمندان شبکه!) نیست. با تقریب خوبی البته!

علت این اتفاق هم بیشتر به این برمیگرده که برای یک ریاضیدان، گراف یک موجود انتزاعی/مجرد و خوش‌تعریف ریاضی به همراه یک عقبه محکم و استوار ریاضی و تعداد زیادی لم، قضیه و حدسه، در حالی که برای دانشمندان شبکه، شبکه یک موجود کاربردی و پدیدارشناسانه‌ هست که نه تعریف چندان صریحی داره و نه عقبه کاملا مشخصی! علم شبکه یا نظریه شبکه، علمی جدید، پدیداره از علوم و دانش‌های مختلفه که حدودا ۲۰ ساله شکل گرفته و بیشتر از هر چیزی تحت تاثیر داده‌های بزرگ و کامپیوترها بوده تا کاغذ و قلم و حل‌های بسته (تحلیلی)!

در نظریه گراف تلاش عمدتا بر شناسایی و مطالعه ساختارهاییه که بتونیم اون‌ها رو به صورت تحلیلی دنبال کنیم. برای همین، گراف‌کارها (نظریه‌پردازان گراف!) معمولا به سراغ گراف‌های تصادفی، گراف‌های کامل و مسائلی مثل رنگ آمیزی و کاور کردن میرن. اما در علم شبکه، مردم بیشتر به دنبال مسائل کاربردی‌تر و مدل‌هایی هستند که بیشتر مسائل دنیای واقعی (فیزیکی، شیمیایی، زیستی، اجتماعی و اقتصادی) رو توجیه‌ کنند! برای همین لزوما از لحاظ ساختاری این شبکه‌ها، گراف‌هایی نه کاملا تصادفی و نه کامل، بلکه گراف‌هایی تنک با توزیع درجه‌‌های دم‌کلفت هستند!

علم شبکه، امروز یک ساختار پدیدارشناسانه از دنیای بس‌ذره‌ای و پیچیده بیرونه! یک مقایسه زمانی با فیزیک، میشه گفت که علم شبکه در زمان ما، بسیار شبیه به ترمودینامیک زمان کارنو هست و نه ترمودینامیک در زمان بولتزمان، مکسول و فون‌نویمان! انتظار بر اینه که تلاش‌های جدی صورت بگیره تا ریاضیات لازم برای علم شبکه به قدری توسعه پیدا کنه که علم شبکه به بلوغی برسه که ترمودینامیک بعد از بولتزمن رسید.

چیزی که خوندید، در حقیقت مقدمه‌ای بود برای دعوت به مطالعه این نوشته:

Iñiguez, G., Battiston, F. & Karsai, M. Bridging the gap between graphs and networks. Commun Phys 3, 88 (2020). https://doi.org/10.1038/s42005-020-0359-6

مستقل از این‌که این نوشته دید خوبی می‌ده از تفاوت نگاه دو جامعه علمی متفاوت به یک مسئله و مسائل مختلف حوزه پژوهش در هر کدوم از اون جوامع، این نوشته دارای منابع گلچین شده‌ای هست که هر کسی که کارش مربوط به شبکه است خوبه که حتما اون‌ها رو بخونه!

برای همین اگر دانشجوی سیستم‌های پیچیده یا یکی از سه رشته فیزیک، ریاضی و علوم کامپیوتر هستید و علاقه‌مند به موضوع شبکه‌ها، این نوشته رو به شما توصیه می‌کنم تا بدونید که:

• علم شبکه، نظریه گراف نیست و بالعکس!
• تفاوت مسائل روز پژوهشی که ریاضیدون‌ها و شبکه‌کارها بهشون می‌پردازن چی هست.
• آینده این علوم چه شکلی ممکنه داشته باشه؟!
• اگر ریاضی خوندید و علاقه‌مند به شبکه هستید، مسیری که در پیش دارید چه‌طوری می‌تونه باشه!
• اگه فکر می‌کنید علم شبکه چندان پشتوانه ریاضی قوی نداره، اون موقع باید چه‌طور نگاهتون رو اصلاح کنید!

پیش‌تر نوشته‌ای تخصصی‌تر در مورد گذار فاز و پدیده‌های بحرانی نوشته بودم. این نوشته که ترجمه‌ای از یک مقاله است، بیشتر جنبه تاریخی دارد و برای مخاطب علاقه‌مند آشنا با پدیده‌های بحرانی می‌تواند جالب باشد!

پدیده‌های بحرانی ۱۵۰ سال قبل توسط چارلز کاگنیارد دلاتور در ۱۸۲۲ کشف شدند. به سبب این سالگرد، مفهوم و تاریخ اولیهٔ کشف او را بررسی کرده‌ایم و سپس با طرح مختصر تاریخ پدیده‌های بحرانی مسیر رشد و توسعه آن تا به امروز را دنبال می‌کنیم.

[arXiv:0905.1886 [physics.hist-ph

پدیده های بحرانی که امروزه یکی از مهمترین روش ها در بررسی گذار فازها در سیستم های پیچیده، فیزیک ذرات بنیادی و بسیاری دیگر از شاخه های علم فیزیک است به مجموعه‌ای از اتفاقات که در نقاط بحرانی رخ می‌دهند گفته می‌شود. پدیده های بحرانی اولین بار در بررسی گذار فازهای مواد دیده شدند. ساده ترین گذار فاز را می توان در تبخیر آب مایع و یا یخ زدن آب و گذار از فاز مایع به جامد و برعکس مشاهده کرد. در مورد آب گرمای ویژه و چگالی آب از متغیرهای قابل بررسی هستند که برای هر کدام می توان یک نمای بحرانی هم پیدا کرد و با استفاده از نظریه مقیاس و گروه های بازبهنجارش و یا نظریه ی میدان میانگین این نماهای بحرانی استخراج می‌شوند و برای هر پدیده یک کلاس جهان شمولی یافت می‌شود.

پدیده‌های بحرانی ۱۵۰ سال قبل توسط چارلز کاگنیارد دلاتور در ۱۸۲۲ کشف شدند. به سبب این سالگرد، در مقاله ی زیر به قلم برتراند برکه، مالته هنکل و رالف کنا، مفهوم و تاریخ اولیه‌ی کشف او را بررسی کرده‌ایم و سپس با طرح مختصر تاریخ پدیده‌های بحرانی مسیر رشد و توسعه آن تا به امروز را دنبال می‌کنیم.

• 

• 

• 

paper-1

آلبرت آینشتین یک غول است! یک روایتگر بی‌نظیر در علم! بدون تعارف او برای همیشه نماد فیزیک معاصر خواهد ماند. آینشتین قهرمان دنیای نوجوانی بسیاری از کسانی است که امروز فیزیکدان شده‌اند یا قرار است فردا فیزیکدان شوند. همیشه در اعماق قلبم برای آینشتین جایگاه خاصی قائل هستم. دبیرستانی که بودم برایم هیجان‌انگیزترین چیز این بود که نسبیت آینشتین را بفهمم! بگذریم. غیرممکن است که شخصی در فیزیک معاصر جستاری داشته باشد و ردپایی از او پیدا نکند. عوام او را به خاطر نسبیتش و فرمول $E = mc^2$ می‌شناسند و صدالبته به خاطر ژولیدگی او! از نگاه من اما، آینشتین نماد واقعی یک فیزیکدان است! نماد کسی که فیزیک را بدون هر گونه دسته‌بندی به‌خوبی می‌شناسد و در توسعه هر قسمت آن مشارکت جدی داشته است. در این روزها که برخی از دوستان آینشتین را به نفع فیزیک نظری ثبت و ضبط می‌کنند و قهرمان دنیای کیهان‌شناسی و نسبیت می‌دانندش، دوست دارم به شخصیت‌ او از دریچه‌های مختلف نگاه کنم. برای من بیش از هر چیزی، او استاد بزرگ تمام فیزیک است، کسی که از اشتباهاتش هم درس‌های فراوان گرفته تاریخ! در این نوشته به چند گفتاورد که دوستشان دارم اشاره می‌کنم.

کم نیستند کسانی که از یک ملاقات نیم‌ساعته‌شان با آینشتین به عنوان یک اتفاق مهم در زندگیشان یاد نکرده باشند. نقل است که ریچارد فاینمن در اولین دیدارش در سمیناری با این پرسش از طرف آینشتین روبه‌رو شده که «شما می‌دانید چای کجاست؟» و فاینمن جوان از این که پاسخ پرسش آینشتین را می‌دانسته کیفش کوک شده! بعدها، فاینمن در مورد ژرفا و گستره نگاه آینشتین در شاخه‌های مختلف فیزیک گفت:

آینشتین یک غول بود؛ سرش در میان ابرها بود ولی پاهایش به روی زمین! اما از میان ما، آنان که قامتشان به آن بلندی نیست، بهتر است که انتخاب کنند!

Carver Mead – Collective Electrodynamics: Quantum Foundations of Electromagnetism (2002), p. xix

در این روزها که بلا و سختی از هر دریچه‌ای بیرون زده، از زمین و زمان برایمان می‌بارد، دانشگاه‌هایمان تبدیل به بنگاه‌های معاملاتی و محل برگزاری یک سری مراسم‌ تشریفاتی شده‌اند شاید بد نباشد که به زندگی کسانی که عمری قهرمانشان دانسته‌ایم زیرچشمی نگاهی داشته باشیم و ببینیم که در نهایت، با خودمان چندچندیم!

«هر عمل آدمی تابعی است از اراده‌ی خود او یا اراده‌ی کسی دیگر. اگر این همه آدم اراده‌ی خود را تابع اراده‌ی نازی‌ها نکرده بودند، چیزی به نام اردوگاه‌های مرگ به وجود نمی‌آمد.» (هرمان، ۱۳۹۰: ۱۰۰؛ به نقل از آلبرت آینشتین)

ـ هرمان، ویلیام؛ اینشتین و شاعر؛ ترجمه‌ی ناصر موفقیان؛ تهران: انتشارات علمی و فرهنگی، (۱۳۹۰) چاپ چهارم.

در قرنطینه خانگی مانده‌ایم، سختمان است؟ تجربه تحریم و گرانی و بیچارگی داشته‌ایم؟! دچار درد مهاجرت و غربت هستیم؟ قبول! شرایط سخت است. اما می‌شود این گونه هم نگاه کرد که قهرمان‌هایی که عمری ستایششان کرده‌ایم در دوران سختی درخشیده‌اند، آن‌گاه روحیه می‌گیریم! معروف است که نیوتون، قانون گرانش عمومی را زمانی کشف کرد که به خاطر طاعون مجبور شده بود از کمبریج به لینکلن‌شر (خانه مادری) برود. همین‌طور ویلیام شکسپیر، «لیر شاه» را در زمان طاعون نوشت! کتاب «جز و کل» هایزنبرگ را بخوانیم و ببینیم که در آن بحبحه جنگ و بگیر و ببند این عزیزان چگونه هم به علم می‌پرداختند، هم به سیاست و هم به شرافت! در کتاب «حتما شوخی می‌کنید آقای فاینمن!» ببینیم که زندگی چگونه بر فاینمن سخت گذشت و هنگامه جنگ چگونه آن‌ها را مجبور به کارهایی کرد که دوست نمی‌داشتند! برگردیم به آینشتین، نشنال جئوگرافیک در مجموعه سریال‌های «نابغه» ، سریالکی ساخته در مورد او که دیدنش خالی از لطف نیست. در زندگی آلبرت آینشتین چیزی که کم نیست، درد است و رنج:

«در زوریخ من اغلب گرسنه بودم. هیچکس نمی‌داند که هر روز چندتا در را برای پیدا کردن کار می‌کوبیدم.» (هرمان، ۱۳۹۰: ۸۴؛ به نقل از آلبرت آینشتین)

ـ هرمان، ویلیام؛ اینشتین و شاعر؛ ترجمه‌ی ناصر موفقیان؛ تهران: انتشارات علمی و فرهنگی، (۱۳۹۰) چاپ چهارم.

آثار آینشتین را در اینجا می‌توانید ببینید. این نوشته را فقط به این خاطر منتشر کردم که در این شرایط که همه چیز سیاه است بد نیست که به چیزهای بهتری هم فکر کنیم. امید داشته باشیم به آینده و عزم داشته باشیم به یادگیری. در دنیایی که علم و پژوهش تبدیل به دکان شده، یاد کردن از این گونه انسان‌ها خاطرمان را آسوده می‌کند.

این‌ روزها در میان گفتاوردهای آینشتین، این جمله را هر روز با خود زمزمه می‌کنم:

هر احمقی می‌تواند بداند، نکته فهمیدن است!

Any fool can know. The point is to understand
Albert Einstein