رفتن به نوشته‌ها

سیتپـــــور مطالب

🎞 ریچارد فاینمن؛ مشارکت‌های علمی، خدمات آموزشی و شیطنت‌هایش

به قول فریمن دایسون، برای اینکه یک دانشمند بتونه تبدیل به یک ابرچهره یا نماد برای مردم بشه، علاوه بر نبوغ زیاد، باید توانایی ارتباط با مردم رو داشته باشه. باید بتونه با مردم حرف بزنه و به زبون خودشون بهشون اتفاقات دنیای علم رو توضیح بده. مردم به امثال آینشتین یا فاینمن با روی خوش نگاه می‌کنند چون مثل خودشون هستن! فاینمن یک بذله‌گو تمام عیار بود، یک دلقک حتی! مردم کسایی که خشک و عصا قورت داده هستن رو دوست ندارن! فاینمن همون‌قدر که دانشمند تراز اولی بود، موقع تدریس یک شومن فوق‌العاده هم بود! همون قدر که دقت علمی در گفتگوهاش داشت، همون‌قدر هم در روایتگری ید بیضایی داشت!

مردم قصه‌گوها رو دوست دارن و به قصه‌ها گوش می‌دن.
به نظر من، فاینمن بزرگترین روایتگر علم در دو قرن گذشته است!

– فاینمن، چهره‌ترین چهره!

دیدن ویدیو در اینستاگرام:

دیدن ویدیو در یوتیوب:

نوشته‌های مربوط:

ترابرد کوانتومی از برج میلاد به برج آزادی! کسی صدای من رو می‌شنوه؟

چندی پیش بود که آقای دکتر علی اکبر صالحی خبر از پروژه‌ی مخابره‌ی کوانتومی بین برج میلاد و برج آزادی دادند. این فرآیندی است که در طی آن اطلاعات با امنیت بالایی مخابره می‌شود. این فناوری یکی از فناوری‌های روز دنیاست که پیش‌بینی می‌شود به زودی دنیای انتقال اطلاعات را تصاحب کند.

نگاره ۱- پروژه مخابره کوانتومی بین برج میلاد و برج آزادی

در این نوشته قصد داریم تا با مفهوم انتقال پیام به سبک فناوری کوانتومی آشنا شویم. این توضیح را در ۵ سطح انجام می‌دهیم. مشخصا توضیح دقیق آن جز در سطح متخصصان ممکن نیست اما در هر سطح تلاش کردیم تا مزه‌هایی از این فرآیند را بچشیم.

۱ – دانشمند کوچک‌ و کنجکاو!

شاید تا به حال تلفن آقای بل را دیده باشید. اگر تا به حال ندید؛ خیلی راحت می‌توانید در خانه درست کنید. دو عدد لیوان یکبار مصرف کاغذی را از انتها با یک نخ به هم متصل کنید. حالا یک لیوان را به دوست خود دهید و دیگری را در دستان خود نگه دارید. از دوست خود بخواهید تا لیوان را روی گوش خود نگه دارد. در حالی که نخ در حالت کشیده قرار دارد؛ درون لیوان شروع به صحبت کنید. حدس بزنید چه می‌شود؟!

نگاره ۲ – تلفن آقای بل Tin can telephone

دوستتان حرف‌های شما را درون لیوان خودش خواهد شنید. شاید فکر کنید که او تقلب کرده است و دارد از خارج لیوان با گوش دیگرش صدای شما را می‌شنود. پس بیاید امتحان کنیم! کمی نخ را بلندتر درست کنید و آهسته‌تر صحبت کنید. به من اعتماد کنید که او دارد صدای شما را از لیوان می‌شنود. اما چرا؟

مهم‌ترین مسئله نخ است. نخی که میان دو لیوان در دو جای مختلف ارتباط ایجاد کرده است. اگر در حین صحبت شما فرد سومی نخ را ببرد دیگر صدای شما منتقل نمی‌شود. در ترابرد کوانتومی اتفاقی شبیه به این می‌افتد! اما این بار فاصله‌ی دو دوست از هم می‌تواند بسیار بلندتر باشد. باز هم میان دو نقطه ارتباط برقرار است اما از جنس نخ خیاطی نیست! به هر ترتیب هر دو دوست در دست خود چیزی شبیه به لیوان دارند که اگر یکی از آن‌ها آن را تکان دهد دیگری در سمت دیگر متوجه خواهد شد.

اگر توانستید تا اینجا حرف‌های من را متوجه شوید پس حتما خیلی باهوش و کنجکاو هستید! پیشنهاد می‌کنم خواندن این متن را ادامه بدهید اما اگر متوجه نشدید؛ هیچ اشکالی ندارد.

۲- نوجوان جستجوگر!

اهل فیلم هستید؟ در بعضی از فیلم‌های سبک هیجانی فیلم‌برداری‌ها در تونل باد انجام می‌شود. در این حالت تلاش می‌کنند که برای دو بازیگر حالت معلق بودن را شبیه‌سازی کنند. آن‌ها به دور خود می‌چرخند و در هوا شنا می‌کنند. این بار که خواستید تماشا کنید به یک صحنه خوب دقت کنید.

صحنه‌ای که دو بازیگر در ابتدا در حالت ساکن و بی‌وزن هستند و دو دست خود را به یکدیگر داده‌اند. در این حالت اگر یکی دیگری را با دست بچرخاند چه اتفاقی می‌افتد؟ حدس بزنید.

نگاره ۳- دو بازیگر که دست خود را به یک دیگر داده‌اند و تلاش می‌کنند یکدیگر را بچرخانند
نتیجه آن می‌شود که هر کدام در دو جهت خلاف هم خواهند چرخید.

بله! دیگری هم می‌چرخد. اما دقت کنید که دیگری در جهت خلاف دوست خود می‌چرخد. عجیب است نه؟! پس اگر فرض کنید که کادر فیلم برداری به گونه‌ای باشد که شما فقط یک بازیگر را در حالت چرخیدن در جهت عقربه‌های ساعت ببینید؛ حتم خواهید داشت که دیگری در جهت خلاف عقربه‌های ساعت در حال چرخش است با اینکه او را نمی‌بینید.

نکته مهم اینجاست که این دو بازیگر در ابتدا دستان خود را به یک دیگر داده بودند و چرخش خود را با چرخاندن یکدیگر شروع کرده بودند. اگر آنها دستان بلندتری داشتند و یا از یک چوب معلق بلند استفاده می‌کردند نیز می‌توانستند همین چرخش مخالف هم را برای خود ایجاد کنند.

در ترابرد کوانتومی این دو بازیگر، دو الکترون هستند که بسیار کوچکند و در ابتدا دستان خود را به یک‌دیگر داده بودند. حال که از یکدیگر فاصله گرفته‌اند اگر یکی در جهت عقربه‌های ساعت بچرخد؛ متوجه خواهید شد که طرف دیگر الکترونی است که در جهت عکس می‌چرخد. حال شاید بپرسید چطور می‌توان به کمک این ترفند بین دو نقطه هماهنگی برقرار کرد. بگذارید یک مثال بزنیم.

شما و دوستتان می‌خواهید به دو رستوان مختلف بروید. یک رستوران در برج میلاد است و دیگری در پای برج آزادی. هر کدام از این رستوران‌ها فقط دو نوع غذا در منوی خود دارند. مثلا قیمه و قورمه. پیش از راه افتادن و جدا شدن از دوست خود با او هماهنگی انجام می‌دهید. به او می‌گویید اگر الکترون او در جهت عقربه‌های ساعت چرخید، قیمه و اگر در جهت عکس چرخید قورمه را انتخاب کند. به این ترتیب با اندازه‌گیری چرخش الکترون خود در برج دیگر می‌توانید متوجه شوید که او کدام غذا را انتخاب خواهد کرد تا شما غذای دیگر را انتخاب کنید!

نگاره ۴ – منو با دو غذا در رستوران آزادی و میلاد

اگر اهل چالش فکری هستید به این فکر کنید که اگر رستوران بیشتر از ۲ مدل غذا داشت؛ چطور می‌توانستیم با دوست خود قرارداد کنیم که چه غذایی را انتخاب کند تا ما متوجه انتخاب او در برج دیگر شویم.

۳- کمی پیش از دانشگاه! [یا همان توضیح زیر دیپلمی خودمان:) ]

شاید با دو مفهوم تکانه (تندی حرکت) و چرخش الکترون (اسپین) آشنایی داشته باشید. بگذارید همین ابتدا یک افشاگری جالب برایتان بکنم. الکترون واقعا نمی‌چرخد! الکترون خاصیتی به نام اسپین دارد که مانند تکانه‌ی چرخش رفتار می‌کند. از این رو از آن به عنوان چرخش ذاتی – و نه حرکتی – الکترون یاد می‌کنند.

  • اسپین جهت دارد! درست مانند یک فرفره که می‌تواند در جهت عقربه‌های ساعت بچرخد و یا خلاف آن و یا حتی غلت بزند و بالا و پایین رقص محوری انجام دهد. در این حالت محور چرخش را محور تکانه یا تندی چرخش به دور خود فرفره در نظر می‌گیریم. به همین ترتیب الکترون نیز خاصیت در ذات خود به نام اسپین دارد که مانند تکانه‌ی چرخشی سکه یا فرفره رفتار می‌کند.
  • برآیند اسپین دو الکترون پایسته است! حتما در مورد پایستگی تکانه در درس فیزیک شنیده‌اید. تکانه چرخشی هم مانند تکانه‌ی خطی پایسته است. پیش‌تر مثالی از دو بازیگر در تونل هوا را زدیم که اگر ابتدا نچرخند و برآیند تکانه‌ی چرخشی هردو صفر باشد؛ پس از چرخاندن یک دیگر نیز برآیند صفر می‌ماند. به طریقی که اگر یکی در جهت عقربه‌های ساعت بچرخد؛ دیگری در جهت خلاف عقربه‌های ساعت می‌چرخد تا مجموع تکانه‌ی چرخشی هر دو صفر باقی بماند.

پرتوی گاما از ذرات با اسپین صفر تشکیل شده‌اند. اگر گاما واپاشی کند؛ دو الکترون از خود متولد می‌کند! پایستگی تکانه می‌گوید که اسپین دو الکترون تولید شده باید خلاف یک دیگر باشد تا برآیند آن دو مانند قبل از واپاشی صفر شود.

اتفاقی که در برج میلاد و برج آزادی می‌افتد نیز این چنین است. برج میلاد به صورت پیوسته الکترون‌هایی را دریافت می‌کند که جفت دیگرش نزد برج آزادی است. اگر برج آزادی الکترونی را دریافت کند که ساعت‌گرد می‌چرخد؛ متوجه می‌شود که برج میلاد در حال مشاهده‌ی الکترونی است که در جهت خلاف عقربه‌های ساعت می‌چرخد.

مثال پایانی بخش قبل را بخوانید. متوجه می‌شوید که از این پدیده که به خاطر پایستگی تکانه رخ می‌دهد؛ چگونه می‌توان برای هماهنگی دو نقطه استفاده کرد. اما شاید بپرسید که هر کدام از دو برج فقط الکترونی را مشاهده می‌کنند که به دست آنها رسیده است. آن‌ها کنترلی روی آن ندارند. فقط وقتی متوجه حرکت اسپینی الکترون می‌شوند که آن را مشاهده کنند و توانایی تنظیم آن را ندارند تا بتوانند انتقال پیامی صورت دهند. این مسئله نیز قابل حل است اما برای توضیح دقیق این که چطور انتقال پیام دلخواه صورت می‌گیرد نیاز داریم تا مباحثی پیشرفته را اشاره کنیم که در ادامه آمده است.

  • برای درک بهتر این داستان‌های کوانتومی این ویدیو رو ببینید:

۴ -بالای دیپلم [عالمین بالحیل!]

اگر از آسمان به زمین نگاه کنید (راستای Z)؛ چرخنده‌ها دو حالت دارند. یا در جهت ساعت می‌چرخند یا در خلاف آن! بیاید کمی بازی کنیم! من از نوشتن کلمه‌ي «ساعت و ساعتگرد» خسته شده‌ام. از این پس چرخش ساعتگرد را صفر (۰۰) می‌نامم و دیگری را (۱). اگر حالت‌های ممکن برای این دو الکترون را به ترتیب بنویسیم به چهار زوج می‌رسیم که عبارت اند از: (۰۰, ۰۱, ۱۰, ۱۱) این کلی ترین حالت چرخش یک سیستم دو الکترونی است.

اما صبر کنید گفتیم که این جفت از واپاشی یک ذره گاما بوجود آمده‌اند که در ابتدا چرخش صفر داشته است. پس هر چهار حالت یاد شده نمی‌توانند محتمل باشند و فقط دو حالت (۰۱, ۱۰) هستند که می‌توانند به قانون پایستگی تکانه احترام بگذارند. این دو الکترون را اکنون درهم‌تنیده می‌گوییم. زیرا حالت یکی مستقل از دیگری نیست.

حال که جفت الکترون را بهتر شناختیم بیاید به برهم‌کنش این سامانه با محیط فکر کنیم. اگر میان برج آزادی و برج میلاد این الکترون‌ها با ذره‌ای دیگر برخورد کنند دیگر با قطعیت نمی‌توانیم بگوییم از میان این چهار حالت فقط دوتای یادشده را می‌توانند بگیرند. در این حالت سیستم ما مختل شده است. حال قانون پایستگی برای مجموع این دو الکترون و تمام ذراتی برقرار است که با آنها برخورد کرده‌اند.

برای انتقال پیام دلخواه از همین اختلال الهام گرفته شده است. فرض کنید می‌خواهیم طرف مقابل الکترونی در حالت ۰ دریافت کند. این جفت درهمتنیده را در یک برج به گونه‌ای مختل می‌کنیم که احتمال دریافت حالت ۰ برای آن سر خط ارتباطی بیشتر شود. این اختلال را با ورود الکترون سومی در نزد فرستنده پیام انجام می‌دهیم.

۵- تازه‌ واردها به فیزیک کوانتومی

یک نکته خیلی مهم در نگاه کوانتوم مکانیک به دنیا وجود دارد. آن هم این که تا زمانی که شما اندازه‌گیریی را روی سامانه‌ی مورد مطالعه خود انجام نداده‌اید؛ سامانه در حالتی مرکب از تمام حالت‌های ممکنی است که سامانه می‌تواند به خود بگیرد. به عنوان مثال زوج متولد شده‌ی الکترون و پوزیترون را از واپاشی گاما درنظر بگیرید.

از آنجا که گاما در ابتدا چرخش ذاتی (اسپین) صفر دارد، پس از واپاشی هم سامانه باید در برآیند اندازه‌ی چرخش‌ها، اسپین صفر داشته باشد. دو حالت برای این سامانه وجود دارد. یا لنگه‌ای از این جفت که در برج میلاد دریافت می‌شود تکانه‌ی چرخشی مثبت ($\ket{0}$) دارد و دیگری در برج آزادی منفی ($\ket{1}$) و یا برعکس.

توصیف کوانتوم مکانیک را از این آزمایش یادآور شویم. اگر حالت سامانه را با $\ket{\psi}$ نشان دهیم؛ پیش از اندازه‌گیری توسط برج‌ها به صورت مرکب زیر قابل توصیف است. یعنی برهم‌نهی از دو حالت ممکن که حاصل جمع تکانه صفر دارد.

$$\ket{\psi} = \frac{1}{\sqrt{2}} (\ket{0}\ket{1} + \ket{1}\ket{0})$$

$\ket{0} \ket{1}$ نماد به این معنی است که الکترون اول در حالت چرخش ساعتگرد بوده و الکترون دوم در حالت پادساعتگرد. جمله‌ی دوم هم تعبیر مشابه و عکس دارد. ضرایب یکسان پشت هر جمله نشان دهنده آن است که دو حالت ممکن به یک اندازه محتمل هستند. حال که با نماد گذاری کوانتومی آشنا شدیم بیایم وارد هنر نمایی خود در ترابرد شویم.

ایده اصلی در ترابرد یا مخابره اطلاعات به سبک کوانتومی آن است که این سامانه‌ی دو بخشی را به کمک الکترون سومی مختل کنیم. الکترون سومی که محل نگهداری آن در برجی است که قصد انتقال پیام خود را دارد. این اختلال به صورتی زیرکانه باعث می‌شود تا طرف دیگر در برج دیگر صاحب الکترونی شود که احتمال برآمدن صفر و یکش پس از اندازه‌گیری دیگر یکسان نیست. حال کمربند خود را سفت ببندید تا الگوریتم ترابرد را باهم مرور کنیم!

۱) مرحله‌ی اول: ابتدا الکترون را …

فرض کنید این برج میلاد است که می‌خواهد پیامی به برج آزادی دهد. او الکترون سوم را که حالتی $\ket{\phi} = \alpha \ket{0} + \beta \ket{1}$ دارد؛ در کنار الکترون خود قرار می‌دهد. حال حالت سامانه سه‌تایی به صورت زیر قابل نوشتن است:

$$\begin{align}
\ket{\Psi} &= (\alpha \ket{0} + \beta \ket{1} ) \big( \frac{1}{2}(\ket{0,1} + \ket{1,0}) \big) \newline
&= \frac{1}{\sqrt{2}} \big[ \alpha \ket{0,0,0} + \beta \ket{1,0,0} + \alpha \ket{0,1,1} + \beta \ket{1,1,1} \big]
\end{align}$$

نگاره ۵ – مختل کردن سامانه جفت الکترون به کمک الکترون سوم نزد برج میلاد.
در نتیجه‌ی این فرآیند با یک سامانه سه بخشی درهم‌تنیده طرف هستیم.

کمی چشم بندی کنیم:) عبارت بالا با ضرب و مرتب سازی نیز می‌توان به صورت زیر نوشت:

$$\begin{align}
\ket{\Psi} = \frac{1}{2}\big[ &\ket{\phi^{+}} (\alpha \ket{0} + \beta \ket{1}) \newline
+& \ket{\phi^{-}} (\alpha \ket{0} – \beta \ket{1}) \newline
+& \ket{\psi^{+}} (\beta \ket{0} + \alpha \ket{1}) \newline
+& \ket{\psi^{-}} ( – \beta \ket{0} + \alpha \ket{1}) \big]
\end{align}$$

که در آن چهار جمله‌ی $\ket{\phi^{\pm}}$ و $\ket{\psi^{\pm}}$ به قرار زیر هستند. [اگر اسامی را دوست دارید؛ درگوشی به شما می‌گویم این چهار حالت را با نام حالت‌های بل می‌شناسیم.]

$$\begin{align}
\begin{cases}
\ket{\phi^{\pm}} &= \frac{1}{2} (\ket{0,0} \pm \ket{1,1}) \newline
\ket{\psi^{\pm}} &= \frac{1}{2} (\ket{0,1} \pm \ket{1,0})
\end{cases}
\end{align}$$

۲) مرحله دوم: اندازه‌گیری…

به آنچه که اکنون از حالت سامانه $\ket{\Psi}$ در عبارت گذشته رسیدیم توجه کنیم. این عبارت می‌گوید چهار حالت ممکن برای این سامانه وجود دارد. در هر کدام برای دو الکترون نزد برج میلاد یکی از چهار حالت بل را داریم و برای الکترون آخر که در نزد برج آزادی است؛ حالتی را داریم که دگر شکلی از حالت الکترون سومی است که آخرین بار وارد سامانه شد.

خوش به حالمان می‌شود اگر برج میلاد پس از اندازه‌گیری متوجه شود که دو الکترون نزد او حالت $\ket{\phi^{+}}$ را داشته‌اند. زیرا در آن صورت حالت الکترون سوم در نزد برج آزادی دقیقا همان حالتی است که برج میلاد در ابتدا در الکترون سوم خود داشت. اما اگر خوش به حالمان نشود چطور؟

به هر صورت در انتها یک حالتی شبیه به همان الکترون وارد شده در نزد برج آزادی احیا می‌شود. این حالت‌ها همگی ضرایب مشابه دارند ولی تنها علامت یا جایگاهشان جابجا شده است. در این صورت اگر برج میلاد با انتقال یک پیام کوتاه دو بیتی به برج آزادی بگوید که کدام حالت بل را مشاهده کرده است آنگاه می‌توان به کمک عملگرهای پائولی این دگرگونی‌ها را نیز برطرف کرد.

۳) حال با خیال راحت سوپ خود را بچشید!

دقت کنیم که این انتقال پیام با سرعتی بیشتر از سرعت نور انجام نمی‌شود. تا زمانی که برج میلاد به برج آزادی به کمک روش‌های کلاسیکی (مثل تلفن یا فیبر نوری) نگوید کدام حالت بل را دیده؛ برج آزادی نمی‌تواند حالت مورد نظر را از الکترون خود احیا کند.

کاری که در این فرآیند انجام دادیم خیلی بیشتر از انتقال یک پیام صفر یا یک است. ما یک بردار کامل دو بعدی را انتقال دادیم. اگر قرار بود این انتقال را با روش‌های کلاسیکی انجام دهیم؛ باید هر کدام از ضرایب آلفا و بتا را در پیام‌هایی جداگانه با بیت‌های رایج صفر و یک انتقال دادیم. اگر این اعداد گویا نبودند؛ باید تعدادی بیشمار بیت خرج این انتقال پیام می‌کردیم.

  • اگر می‌خواهید درک فنی‌تری از درهم‌تنیدگی پیدا کنید این چند جلسه از کلاس درس ساسکایند را مشاهده کنید.
  • به عنوان یک مثال ساده پیشنهاد می‌کنیم این ویدیو رو ببینید:

دنیای این روزهای علم، قسمت ۱: دسترسی باز و بهار دانشگاهی

زمان زیادی از شروع جنبش نرم‌افزار آزاد می‌گذره. مهم‌ترین پیام این جنبش شاید این بوده که آی آدم‌ها در دوران دیجیتال حواستون باشه که آزادی شما نسبت به استفاده از محتوای جدید دچار محدودیت نشه! از دستاوردهای این جنبش شکل‌گیری زیست‌بوم گنو/لینوکس، ویکی‌پدیا (و پروژه‌های خواهرش) و چیزهای این شکلی بود. کسایی که گنو/لینوکس رو یک فرهنگ می‌دونن ایده‌شون اینه که مستقل از ویژگی‌های فنی ابزارها، ویژگی‌های اخلاقی و انسانی دلیل استفاده کردن یا نکردن ما از اون‌ها رو مشخص می‌کنند.

این مسئله به علم هم سرایت کرده. سال‌هاست که به شکل ابلهانه‌ای علم گرفتار مشکل انتشار در مجلات بسیار پرهزینه شده! مجله‌هایی که علم رو از اهل علم به ازای دریافت پول زیادی تحویل می‌گیرن و بعد دوباره در ازای دریافت پول به اهل علم محصول خودشون رو می‌فروشن! اساسا علم یک فرایند اجتماعیه؛ یعنی هر موقع شخصی یافته‌های جدیدی رو منتشر می‌کنه تا زمانی که بقیه همکاران متخصص در اون زمینه اون یافته‌ها رو تایید نکنند (داوری همتا) اون اثر مورد اقبال عمومی قرار نمی‌گیره. برای همین نیازه که ساز و کاری باشه که افراد بتونن یافته‌هاشون رو به اشتراک بذارن تا بقیه نظراتشون در مورد کم و کیف اون کار رو گزارش کنند. اما قرار نبود که یک سری مجله علمی (بخوانید دلال) این وسط پیدا بشن که از این بده بستان علمی امرار معاش کنند. بماند که این وسط، دلال‌هایی مثل الزویر در نهایت گوش به حرف برادر بزرگتر پژوهشگران ایرانی رو هم تحریم کردند.

سال گذشته تصویر خیلی جالبی در توییتر دیدم که به عمق فاجعه در دسترس نبودن مقاله‌های علمی اشاره می‌کرد:

نگاره‌ای که نشان می‌دهد داستان در دسترس‌ نبودن مقالات چه قدر مضحکانه عادی‌انگاری شده است!
این مقاله قدیمی هم‌اکنون در دسترس همگان است:
Hayes, D. The growing inaccessibility of science. Nature 356, 739–740 (1992). https://doi.org/10.1038/356739a0

بهار آکادمیک

خلاصه که وضع موجود اصلا جالب نیست. برای همین مدت‌هاست که اهل دانشگاه به دنبال حل این مشکل هستند. تلاش‌های صورت گرفته رو می‌تونید زیر پرچم «علم باز» دنبال کنید. یکی از راه‌های پیشنهاد شده برای رهایی از شر مجلات پولی و بی‌اخلاق، انتشار در مجلات با «دسترسی باز» هست. اگه مقاله‌ی علمی با دسترسی باز منتشر بشه اون موقع هر شخص بدون نیاز به پرداخت کمترین هزینه می‌تونه اون مقاله رو بخونه. توجه کنید که اگه شما یک دانشجوی ساده ولی علاقه‌مند باشین، بیشتر وقت‌ها نمی‌تونید به صورت قانونی مقاله‌هایی که نیاز دارین رو بخونید. مستحضر هستین که قانون همیشه چیز خوبی نیست!؟ توی علوم پایه مردم معمولا سعی می‌کنن که نسخه نهایی یا پیش‌نویس بسیار شبیه به نسخه نهایی مقاله‌شون رو روی arXiv بذارن. آریکایو برای هر دو طرف ماجرا رایگانه اما باید توجه کنیم که مقالات منتشر شده در آرکایو هنوز از فرایند داوری همتا عبور نکردند. به همین خاطر اگه مقاله‌ای که روی آرکایو منتشر شده دقیقا همون چیزی نباشه که در یک مجله علمی چاپ شده اون موقع اعتماد کردن به اون مقاله سخت میشه. برای اینه که وجود مجلاتی با داوری همتا با دسترسی باز خیلی مهمه.

این روزها آدمای زیادی مشغول پرداختن به این مسئله هستند. اخیرا هم دانشگاه‌های مختلف تلاش کردن با عقد قراردادهای مختلفی کمی از وخامت وضع دسترسی بسته کم کنند. توی توییتر هم می‌تونید ببینید دانشمندهای مختلف چه‌طور علیه این مسئله در حال مبارزه هستن و خودشون رو از فرومایگان جامعه جدا کردن! از میان آدم‌های سرشناس، تیموثی گاورز (برنده جایزه فیلدز در ۱۹۹۸) مدت‌هاست که ناراحتی خودش رو نه تنها آشکارا ابراز کرده بلکه در جهت حل این مشکل زحمت هم کشیده:

  • گاورز در سال ۲۰۱۲ با انتشار پستی در وبلاگش به دلایل مختلفی از جمله حمایت الزویر از قانون توقف سرقت آنلاین، قانون حفاظت از آی‌پی و قانون آثار پژوهشی فراخوانی برای تحریم الزویر داد.
  • نگاه کنید به «هزینه دانش»: اعتراض دانشگاهیان به شیوه های تجاری الزویر
  • سال ۲۰۱۶ گاورز مجله‌ای به اسم «آنالیز گسسته» راه انداخت تا به همه نشون بده که میشه خارج از چارچوب‌های دست و پا گیر سنتی یک مجله با کیفیت ریاضی داشت بدون این که هزینه سنگینی به کسی تحمیل بشه.
  • در سال گذشته هم مجله «Mathematical Research Reports» با تغییرات جدید بر پا شد. گاورز در وبلاگش در مورد این جور مجله‌ها همیشه ازعبارت «با اخلاق و با کیفیت» استفاده می‌کنه.
  • توی این ویدیو گاورز به خوبی در مورد وضع کنونی انتشارات علمی صحبت می‌کنه و میگه چرا سیستمی که برای همه واضحه که بده چرا هنوز داره کار می‌کنه.

مبارزه، مبارزه و مبارزه!

توییت کارلو روولی فیزیک‌دان سرشناس ایتالیایی در حمایت از سای‌هاب.

لیبجن و سای‌هاب دو پروژه مهم برای دور زدن پرداخت هزینه مقالات به کمک پراکسی دانشگاه‌ها هستن که اجازه میدن شما مقالات رو رایگان دانلود کنید. سال‌هاست که انتشارات مختلف (همون دلال‌ها) به دنبال شکایت از سای‌هاب هستند. حساب کاربری سای‌هاب در توییتر بسته شده و اخیرا در کشورهای مختلفی از جمله انگلستان به شدت دنبال محکوم کردن و غیرقانونی جلوه دادن فعالیت‌های سای‌هاب هستن در این حد که پلیس به دانش‌آموزها و دانشجوها هشدار داده از این وب‌سایت استفاده نکنند! طبیعتا واکنش همه آدم‌های شریف این بوده که برین دنبال کارتون بابا! یعنی چی؟! افراد مختلفی در حمایت از سای‌هاب توییت کردن، از جمله کارلو روولی فیزیکدان!

در این ویدیو الکساندرا الباکیان موسس سای‌هاب توضیح میده که چرا همچین سایتی رو ایجاد کرده:

فراموش نکنیم که …

قانون بد، بده! نیازی نیست که ما از قانون بد پیروی کنیم. این که سرمون رو بندازیم پایین و چیزی نگیم و هیچ حمایتی از برطرف شدن قانون بد نکنیم بده. امروز جامعه علمی باید در برابر این چیزها مقاومت کنه.

طراحی مدادی دون کیشوت
ریچارد استالمن زمان سخنرانی «نرم‌افزار آزاد و آزادی شما»

«قوانین در مورد درست یا غلط بودن چیزی تصمیم‌گیری نمی‌کنند. هر آمریکایی باید بداند که چهل سال پیش در بسیاری از ایالات، نشستن یک سیاه‌پوست در جلوی اتوبوس خلاف قانون تلقی می‌شد؛ اما این فقط نژادپرستان بودند که می‌گفتند این کار غلط است.»

ریچارد استالمن – موسس بنیاد نرم‌افزار آزاد

ولفرم و پروژه فیزیک – قسمت دوم

در قسمت پیشین به تعریف فضا در مدل ولفرم پرداختیم و تکه آخر را که «زمان» باشد به این قسمت سپردیم. پازلی که پس از کامل شدن آن می‌توانیم به مدل‌سازی نسبیت خاص در «فضا-زمان» برسیم.

جالب این جاست که مفهوم «زمان» در مدل ولفرم از دل یک «زیر قالی نکردن» پدیدار می شود. شاید این زیر قالی مأمن امنی برای تمام مسائلی باشد که ترجیح می‌دهیم به آن‌ها فکر نکنیم. زیرا در رسیدن به مقصودمان مانع ایجاد می‌کنند اما این بار توجه ولفرم به یکی از آن‌ها باعث شده است تا مفهوم زمان را از دل آن بیرون بکشد.

«ظهور مسئله» – نقطه‌ای که علم از آن شروع می‌شود

شاید همه‌ی ما در محیط آموزشی خودمان، شبیه‌سازی نرم‌افزاری کرده‌ایم اما در حین این شبیه‌سازی با مساله‌ای مواجه شده‌ایم که آن را دانسته فرض کرده‌ایم و یا خیلی راحت از کنار آن گذشته‌ایم. به گزاره و قانون پیشین یاد شده در قسمت قبل دوباره توجه کنید. قانون تحول سامانه به این شرح است که دو یال را انتخاب و حذف می‌کنیم و یک مجموعه یال جدید جایگزین آن می‌کنیم. اما کدام دو یال؟! در مجموعه حاضر انتخاب‌های زیادی داریم و با انتخاب و تحول آن در مرحله بعد به یک گراف متمایز می‌رسیم. پس کدام دو یال را باید انتخاب کنیم؟

به شکل آشنای زیر دقت کنید در ابتدا با همان شرط اولیه و قانون یاد شده در قسمت پیشین شروع می‌کنیم اما با انتخاب جفت یال متفاوت مسیر تحول ما تغییر می‌کند. درخت زیر نشان می‌دهد که اگر در هر مرحله جفت یال متفاوتی را انتخاب کنیم چگونه گراف حاصل از دیگر مسیرها متفاوت می‌شوند.

شکل۱ – مسیرهای متفاوتی که برای تحول یک گراف می‌توانیم طی کنیم. تمام گراف‌های ردیف نهایی با شرط اولیه و قانون یکسانی به دست آمده‌اند اما تفاوت در انتخاب جفت یال‌هایی است که برای تحول و اعمال قانون انتخاب کرده‌ایم.

در چنین مواردی معمولا از این جزییات چشم پوشی می‌کنیم و بدون اثبات برای خود توجیه می سازیم که در بلند مدت این تفاوت‌ها اهمیت پیدا نمی‌کنند اما چگونه و چرا این فرض را در شبیه‌سازی می‌کنیم. بی‌تردید پاسخ به آن دشوار است و ما تلاش می‌کنیم جزییاتی که نتیجه‌گیری دل‌خواهمان را به خطر می‌اندازند نبینیم!

شاید یکی از دلایل توجه نکردن به جزییات ظریف ما ریشه در «عجله‌‌ برای نتیجه» داشته باشد. در دنیای آکادمیک امروز بسیار نتیجه‌گرا شده‌ایم. زیر بار فشار تمرین و مقاله که در مدت محدود باید تمام شوند؛ خیلی از این جزییات ظریف له می شوند. این بار کسی به این جزییات دقت کرده‌است که سال‌هاست با دنیای آکادمیک صنعتی خداحافظی کرده است. یعنی ولفرم!

سخن نویسنده

«تلاش برای حل مسئله» – ذکاوت پژوهشگر

شکل۲ – روند تحول یک رشته حروف – مربع‌های آبی حالت سامانه را پس از تحول نشان می‌دهند و مربع‌های زرد رنگ نحوه اعمال قانون تعیین شده.

بیایید کمی این مسئله را بسط دهیم. ما یک شرایط اولیه داریم که به کمک یک قانون آن را متحول می‌کنیم. برای سادگی بیایید از تحول یک سامانه باهم حرف بزنیم که از حروف تشکیل شده است. با حالت BBBAA شروع می‌شود و قانون تحول آن به گونه زیر است.

شرط اولیه: BBBAA قانون تحول: $ { BA \rightarrow AB } $

همان طور که می‌بینید مسیرهای متفاوتی را می‌توانیم برای تحول آن بپیماییم. سوال مهم اینجاست که اگر زمان را در مدل خود همگام با گام‌های متحول سازی سامانه در نظر بگیریم دیگر خط زمانی واحدی نخواهیم داشت و در تعریف زمان دچار مشکل می‌شویم. اگر چه تمایل زیادی داریم تا «زمان» را معادل سلسله تحولات درون شبیه‌سازی خود بگیریم اما مشکل بوجود آمده نقد بزرگی به این معادلسازی وارد می‌کند.

اما زیرکی که ولفرم به خرج می‌دهد تا از پس این مشکل برآید ستودنی است. به مربع‌های زرد رنگ درون شکل توجه کنید. این مربع‌ها «رخدادهایی» را توصیف می‌کنند که طی آن حالت سامانه از یک مربع آبی به مربع آبی دیگر تغییر می‌کند. این رخداد‌ها دارای خاصیت ترتیب هستند به این معنی که نوبت هر رخداد تنها زمانی فرا می‌رسد که رخداد قبلی آن اتفاق افتاده باشد. همچنین هر رخداد زمینه ساز رخدادهای بعد خود است. این ترتیب را با نام رابطه «علت و معلولی» می‌شناسیم. حال اگر هر علت را به معلول‌های مستقیم آن متصل کنیم می‌توانیم یک گراف جدید با نام «گراف روابط علّی» بسازیم.

شکل۳ -گراف توصیف کننده روابط علّی – در این گراف رخدادها با مربع زرد رنگ توصیف می‌شوند. هر رخداد که علت رخدادهای بعد از آن است با یال نارنجی رنگ متصل شده است.

حال نشان می‌دهیم که چگونه گراف جدید می‌تواند مشکل بوجود آمده در توافق نداشتن خطوط زمانی بر سر تحول یکپارچه سامانه را حل و از میان بردارد. به شکل بالا مجددا دقت کنید. این درخت ۵ مسیر متفاوت را برای سیر تحول یک سامانه که با حالت مثالی BBBAA شروع می‌شود؛ توصیف می‌کند. اگر هر پنج مسیر را به صورت مجزا دنبال کنید و رخدادهای زرد رنگ و روابط آن را یادداشت کنید به پنج شکل زیر می‌رسید. هر کدام از این اشکال رخدادهای لازم برای تحول در یکی از این پنج مسیر را شرح می‌دهند.

شکل۴ – پنج زیرگراف از «گراف روابط علّی» – هر کدام از این پنج‌تا رخدادهای مشاهده شده بر سر تحول سامانه در یکی از این پنج مسیر را نشان می‌دهند.

اگر به مجموعه پنج‌تایی بالا دقت کنیم؛ متوجه نکته ظریفی می‌شویم. هر پنج گراف جهت‌دار با هم «یکریخت» هستند. اگر چه برچسب‌های هر نقطه‌ی آنها باهم فرق دارد اما هر پنج‌تا یک نقطه دارند که دو یال خروجی و یک یال ورودی دارد که از سرچشمه‌ای نشئت گرفته می‌شود که خود دو یال خروجی داده است. این به این معنی است که اگر چه مسیر‌های متفاوتی را می‌توان برای تحول این سامانه به صورت محاسباتی پیمود اما همه‌ی آنها گراف علّی مشابه دارند.

به عبارت دیگر گراف علّی ما تحت مسیرهای متفاوت تحول «ناوردا» است. در واقع این خاصیت ناوردایی حاصل از نوع قانونی است که ما برای تحول انتخاب کرده ایم. قوانینی که این ناوردایی را در گراف علّی باعث می‌شوند، قوانین «casual invariance» یا «ناوردای عِلّی» می‌دانیم. این نوع از قانون، اختلاف بین تمام مسیرهای ممکن بین تحول گراف را به توافق می‌رساند و ما را در تعریف کردن مفهوم «زمان» یاری می‌کند.

حال که کلیدواژگان #رخداد، #علت‌ومعلول و #ناوردایی را باهم دیدیم. کلیدواژه #نسبیت کم‌کم در ذهن ما به درستی تداعی می‌شود. جایی که دقیقا می‌خواهیم با زبان این مدل محاسباتی وارد آن شویم.

«نسبیت خاص» – یک اتفاق خوش!

بیاید با یک مثال ساده شروع کنیم. فرض کنید مانند قبل قرار است با یک قانون ساده، سامانه خود را متحول کنیم. یک رشته کاملا نامرتب مانند زیر درنظر بگیرید که قرار است آن را مرتب کنیم. قانون تحول آن هم به این گونه $BA \rightarrow AB$ است. این یک رشته کاملا بهم ریخته است به همین دلیل رخدادها در تک‌تک نقاط آن اتفاق می‌افتند. استفاده از این مثال به ما این امکان را می‌دهد تا رخدادها را در تمام نقاط «فضا» ببینیم.

شکل۵ – تحول یک سامانه کاملا بهم ریخته – مربع‌های زرد تحولات سامانه را در هر نقطه نشانه گذاری می‌کنند.

شرط اولیه: BABABABABABABABABABA قانون تحول: $ { BA \rightarrow AB } $

فرض ‌کنید می‌خواهید قصه‌ی تحول این سامانه را برای یک شنونده روایت کنید. تا زمانی که شما ترتیب رخدادها را رعایت کرده باشید؛ بی‌تردید او به قصه‌ی شما گوش خواهد کرد و اعتراض نخواهد کرد . به این معنی که اگر ابتدا یک معلول را روایت کنید و سپس علت آن را؛ او گیج خواهد شد و روابط علّی را گم خواهد کرد.

یک روایت مثالی می‌تواند چنین باشد که از بالای گراف روابط علّی شروع می‌کنیم و به سمت پایین به ترتیب حرکت می‌کنیم. هر تعداد رخداد که می‌توانیم با رعایت ترتیب علت و معلول برای او همزمان بخوانیم را روایت کنیم. در شکل زیر، هر خط قرمز به ما نشان می‌دهد که در هر مرحله کدام رخدادها را برای شنونده بخوانیم.

شکل۶ – یک روایت مثالی – هر خط قرمز نشان می‌دهد که در هر گام زمانی کدام رخدادها را برای شنونده بخوانیم.

حال فرض کنید که شنونده‌ی دیگری داشته باشید که با سرعت ثابت حرکت کند. حرکت او باعث می‌شود تا قصه‌ای را که تعریف می‌کنید متفاوت از شنونده اول بشنود. هر چه رخدادی در فاصله ی دورتری از او باشد با تاخیر بیشتری به دست او خواهد رسید. همین نکته باعث می شود رخدادهایی را که پیش از این شنونده‌ی اول هم‌زمان دریافت می‌کرد، دیگر همزمان دریافت نکند. در واقع خطوط «هم‌زمانی» مشابه شکل تغییر کرده است.

شکل۷ – روایتی که شنونده‌ی دوم دریافت می‌کند

حرکت با سرعت ثابت نسبی است یا ما به دور جهان می‌گردیم یا جهان به دور ما!

در شکل بالا خطوط همزمانی را برای شنونده دوم رسم کردیم. اما شنونده‌ی دوم می‌تواند این طور فکر کند که این جهان است که به زیر پای او کشیده است و خودش ساکن بوده. او خود را شنونده‌ای مانند شنونده‌ی اول فرض می‌کند. پس می‌توانیم از او بخواهیم که برای ما داستانی را که شنیده است برایمان مجددا تعریف کند!

حال بیاید روایت او را از قصه‌ای که شنیده است بازسازی کنیم. برای این کار نیاز به یک تبدیل هندسی داریم. تبدیل هندسی‌ای که تمام فضای موجود در شکل بالا را به گونه‌ای تبدیل کند که خطوط مورب همزمانی شنونده دوم به حالت افقی درآیند. همچنین ترتیب روابط علی در گراف ما حفظ شود. آن تبدیل با دو شرط یاد شده، به صورت یکتا به قرار زیر درمی‌آید:

$ (t, x) \rightarrow (\frac{t – \beta x}{\sqrt{1-\beta^2}}, \frac{x – \beta t}{\sqrt{1-\beta^2}}) $

شکل۸ – روایتی که شنونده دوم از قصه‌ای که روایت شده بازگو می‌کند. – این شکل درواقع با استفاده از تبدیل هندسی شکل پیشین بدست می‌آید.

تبدیل یاد شده را با نام تبدیلات لورنتس می‌شناسیم. این تبدیلات به ما کمک می‌کنند تا دو روایت دو شنونده در حال حرکت را به یکدیگر تبدیل کنیم. همان طور که در شکل ۸ می‌بینیم شنونده‌ی دوم رخدادهای سمت چپ رشته حروف را زودتر از سمت راست می‌شنود. زیرا شنونده در حال حرکت است و خبر رخدادهای سمت راست زمان بیشتری را برای رسیدن به شنونده نیاز دارند.

شکل ۹ – رخدادهایی که شنونده‌ی در حال حرکت از تحول سامانه شنیده است. توجه کنیم که او نیز در حالت نهایی سامانه را مانند شنونده‌ی ساکن می‌بیند.

حال که روایت شنونده‌ی دوم را بازسازی کردیم می‌توانیم گراف علّی بدست آمده در شکل ۸ را روی صفحه‌ی رخدادها بنشانیم و به ترتیب بخوانیم که شنونده‌ی دوم چگونه تحول سامانه را شنیده‌است.شکل ۹

همان طور که می‌بینید اگر چه شنیدن رخدادها کمی دیر و زود شده است اما هر دو شنونده در نهایت یک تغییر را برای رشته خواهند شنید. رشته حروف برای هر دو به حالت …AAABBB… خواهد رسید. این نتیجه می‌تواند با یکی از اصول نسبیت خاص انشتین معادل سازی شود. او در یکی از اصول خود ناوردایی «فیزیک» را در چارچوب‌های ناظرهای مختلف اشاره کرده بود.

همچنین قابل توجه است که می‌توانیم «اتساع زمانی» را توسط این مدل توضیح دهیم. دو رخداد از دو ردیف متوالی از شکل ۷ را در نظر بگیرید. در روایت دوم در شکل ۸ فاصله‌ی دو ردیف کمی کش آماده است. به این معنی که شنونده‌ی دوم فاصله‌ی زمانی بین آن دو رخداد را طولانی‌تر رصد می‌کند.

به این ترتیب به کمک مدل ولفرم توانستیم یکبار دیگر نسبیت خاص ونتایج آن را از نو بدست آوریم. قابل تقدیر است که این مدل در ادامه فراتر می‌رود و حتی به دنیای گرانش و کوانتوم مکانیک نیز پا می‌گذارد. برای مطالعه بیشتر در مورد این مدل می‌توانید به صفحه‌ی پروژه‌ی فیزیک ولفرم پا بگذارید. او یک کتاب الکترونیکی مصوّر را برای شرح تمامی جنبه‌های مدل خود نوشته است.

در پایان با ذکر نکته‌ای کوتاه به این دو قسمت پایان می‌دهم. شاید در حین نوشتن این مقاله بسیار به نام ولفرم اشاره کردم و تصور می‌کنم که ناخودآگاه از او بتی را وصف کرده‌ام. اما باید اینجا اشاره کنم که ولفرم نام یک گروه است و تمام این پژوهش‌ها برآمده از یک تلاش گروهی بوده است کاری که امروزه در محیط دانشگاهی خودمان کمتر به آن پرداخته‌ایم.

گشت و گذاری در علم شبکه

به دعوت بچه‌های انجمن علمی فیزیک دانشگاه تهران در مورد شبکه‌های پیچیده حرف زدم. ویدیو جلسات ضبط شده. در ادامه اسلایدها رو گذاشتم.

قسمت اول: پیچیدگی و تحول انگاره

در این قسمت ابتدا به سراغ انگاره پیچیدگی می‌رویم و پیرامون تحول انگاره در فیزیک در دهه‌های گذشته صحبت می‌کنیم. نشان می‌دهیم که فیزیک آماری در گذار از ریزمقیاس به بزرگ‌مقیاس با چه چالش‌هایی روبه‌رو بوده. سپس به دنبال توجیه رفتارهای جمعی در سیستم‌های فیزیکی و زیستی به اهمیت برهمکنش‌های نابدیهی و شبکه‌های پیچیده می‌رسیم.

قسمت دوم: مقدمه‌ای بر علم شبکه

در ادامه قسمت قبل، به دنبال توجیه رفتارهای جمعی در سیستم‌های فیزیکی و زیستی به اهمیت برهمکنش‌های نابدیهی و شبکه‌های پیچیده می‌رسیم و به ویژگی‌‌های این شبکه‌ها و پدیده‌های دینامیکی روی آن‌ها می‌پردازیم. سرانجام در مورد مدل‌سازی‌های انتشار ویروس کرونا صحبت خواهیم کرد!

اسلایدها

ولفرم و پروژه فیزیک – قسمت اول

در قسمت پیشین گوشه‌ای از خلاقیت‌های ولفرم را باهم مرور کردیم. قصد دارم در این قسمت و قسمت‌های پیش رو کمی در مورد تلاش‌های او در فیزیک بنیادی برایتان بنویسم.

شاید برایتان کمی عجیب بنظر برسد اما برای یک فیزیکدان بنیادی نه مطالعه انسان مهم است نه حتی اجسامی کوچک مانند کره‌ی زمین! برای او تمام این مواد (matter) صرفا یک اختلال کوچک در فضا هستند. خرده کوچک‌هایی که در دامن فضا ریخته شده‌اند. الفبای یک فیزیکدان بنیادی با «بیگ‌بنگ» شروع می‌شود؛ «مِه‌بانگ» (یا همان انفجار بزرگ) که عالم از آن پدید آمد. پیش زمینه و علاقه بی‌چون و چرای فیزیک‌پیشه‌ای چون ولفرم، باعث شده است تا او مدل خود را با مدل اسباب بازی‌گونه نقطه و خط (یا همان گراف) شروع کند. فرض کنید جهان شما در ابتدا با سه نقطه و دو خط آغاز شده است و سپس با یک قانون ساده هر بار یک رأس جدید متولد می‌شود.

توصیف رشد و گسترش یک عالم مثالی به کمک یک قانون ساده

قانون عالم مثالی در تصویر بالا به گونه زیر است.

دو یال خارج شده از یک راس x مانند {x,y} و {x,z} را در گراف پیدا کنید سپس آن دو را حذف کرده و با معرفی یک راس جدید مانند w چهار یال جدید {x,z}، {x, w}، {y, w} و {z, w} را جایگزین کنید.

به این ترتیب گراف ما یک مرحله رشد می‌کند. سپس با به کارگرفتن دوباره و دوباره‌ی این قانون می‌توانیم به گرافی با اندازه‌ی بزرگ‌تر در مراحل بعدی برسیم.

این شکل مراحل یک فضای یک عالم را با اعمال چند باره یک قانون مثالی نشان می‌دهد.

دقت کنیم که گراف خلق شده در بالا نتیجه‌ای است از قانون و شرایط اولیه یاد شده. حال اگر قانون یا شرایط اولیه را عوض کنیم قابل پیش بینی است که نتیجه نهایی گراف متفاوت خواهد شد و شکل دیگری پیدا خواهد کرد. به آلبوم زیر نگاهی بیاندازید این سری خروجی‌هایی هستند که هر کدام با قانون ساده خودشان پس از هزار گام رشد به تصویر کشیده شده‌اند.

آلبوم نتیجه‌ی رشد عالم‌های مثالی متفاوت که با قوانین متفاوتی رشد پیدا کرده‌اند.

هیجان انگیزترین اتفاق آن است که بتوانیم شرایط اولیه و قانون ساده عالم خود را پیدا کنیم تا بتوانیم رشد آن را به طور کامل بازسازی و پیش بینی کنیم. پیدا شدن آن درواقع اتفاقی نزدیک به کشف کردن نظریه‌ای در مورد همه چیز است! اما همان طور که حافظ می‌گوید زلف پریشان یار جمع کردن کار هر مدعی نباشد! پیدا کردن شکل جهان خودمان از میان این آلبوم بسیار دشوار است. زیرا همان طور که می‌بیند هر گراف پس از هزار گام کاملا متفاوت از حالت اولیه خود است و حال آن که می‌دانیم در حدود ۱۰۱۸ ثانیه از شروع عالم ما می‌گذرد. پس تا کنون هندسه فضایی عالم ما بسیار متفاوت از حالت ابتدایی خود شده است.

ولفرم خلاقیت جالبی را برای حل این مسئله به کار می‌گیرد. انتخاب عالم صحیح میان این انبوه بسیار دشوار است اما می‌توانیم بگوییم کدام یک عالم ما نیست! او برای این که انتخاب درستی کند به دو نکته در عالم خودمان اشاره می‌کند و گزینه‌هایی که این دو نکته را ندارند کنار می‌زند. ۱.تعداد «بُعد» عالم ما و ۲. «خمیدگی فضایی» آن.

«بعد»

ابتدایی‌ترین نکته‌ای که در مورد عالم خود می‌دانیم آن است که سه «بعد» فضایی دارد. سه بعدی که قابل تقلیل نیستند. زیرا برای توصیف اکثر پدیده‌های فیزیکی به هر سه بعد نیاز داریم. با دانستن این نکته آلبوم عالم‌ها را ورق می‌زنیم.

اگر چه همه تصاویر آلبوم در سه بعد ترسیم شد‌ه‌اند اما برخی از آنها قابلیت آن را دارند که روی کاغذ چسبانده شوند و به دو بعد تقلیل یابند. پس مطمئنا عالم ما را توصیف نمی‌کنند. اگر با بعد فراکتالی آشنایی داشته باشید می‌دانید که حتی بعد اعشاری هم مانند ۲.۵ بعد موجود است. و آن عوالم هم عالم ما را توصیف نمی‌کنند. بگذارید کمی در مورد اندازه‌گیری بعد برایتان توضیح دهم.

اندازه‌گیری بعد به کمک پیمایش و شمارش نقاط همسایه به فاصله مشخص

فرض کنید شما روی یک کاغذ مشبک زندگی می‌کنید و سر جای خود ایستاده‌اید. از کسی بخواهید در جهت‌های مختلف به فاصله‌ی r از شما دور شود و نقاطی که سر راه می‌بیند را علامت زند. او تنها می‌تواند در حدود πr۲ نقطه را رنگ‌آمیزی کند. این در حالی است که اگر در کره زندگی می‌کردید این تعداد ۴πr۳/۳ می‌بود. پس بسته به این که در چه عالمی با چه بعدی زندگی می‌کنید توان r تغییر می‌کند. جالب است همان طور که گفتیم این توان می‌تواند برای اشکالی عدد اعشاری هم باشد مثل ۲.۵ یعنی نه آن طور است که بتوان روی کاغذ چسباند و نه هر سه بعد برای توصیف آن لازم است.

چنان که گفته شد می‌توانیم با محاسبه بعد هر شکل تکلیف آن را مشخص کنیم که آیا نامزد ما برای مدل عالم هست یا نیست. به این ترتیب یک قدم به ارائه مدلی که عالم ما را توصیف کند نزدیک‌تر می‌شویم.

«خمیدگی فضایی»

یکی از عجایب عالم ما «نور» است که همواره کوتاه‌ترین فاصله بین دو نقطه در فضا را می‌پیماید. اگر یک کاغذ صاف را در نظر بگیرید و از یک نقطه آن نقطه دیگری را با نور هدف بگیرید همواره نور برای شما یک خط راست را پیمایش خواهد کرد. اما به محض اینکه کاغذ را کمی خم و مچاله می‌کنیم نور مسیر خود را تغییر می‌دهد زیرا دیگر کوتاه‌ترین مسیر خط ساده‌ی راست نیست.

پس چنان که گفتیم «خمیدگی» یکی از ویژگی‌های مهم هندسه فضای ماست که باعث می‌شود فیزیکی که از عالم خود می‌شناسیم را متاثر کند. چنان که می‌دانید توصیف این تاثیر را اولین بار انشتین در معادلات نسبیت عام خود مطرح کرد و خم شدن مسیر نور ستارگان را به واسطه حضور خورشید در سر راه آن‌ها به سمت ما، حدس زد. پس باید عالمی را انتخاب کنیم که خمیدگی فضایی آن توصیفی منطبق با فیزیکی که از عالم خود می‌شناسیم داشته باشد. حال چطور «خمیدگی» را برای اشکال خود محاسبه کنیم؟!

بیایید مانند یک فیزیکدان با حالتی ساده شروع کنیم. مثلا شکل خودمان را سطح یک کره بگیریم. مجموعه نقاط به فاصله‌ی مشخص را روی سطح دو بعدی این کره با رنگ قرمز علامت می‌زنیم. اگر این سطح کاملا تخت بود، اندازه‌ی این مجموعه رنگ شده باید برابر همان مساحت نام و آشنای πr۲ بدست می‌آمد اما به واسطه «خمیدگی» موجود در این کره اندازه‌ی آن از πr۲ فاصله گرفته است.

حصار متقارنی را روی سطح کره‌ی خود انتخاب کرده‌ایم و اندازه مجموعه نقاطی را که علامت زده‌ایم محاسبه می‌کنیم.

$$ \pi r^2 [ 1 – \frac{r^2}{12a^2} + \frac{r^4}{360 a^4} ] $$

محاسبه اندازه محدوده‌ی رنگ شده روی سطح کره

به همین ترتیب اندازه‌ی یک مجموعه توپی شکل d بعدی که اعضای آن از شبکه‌ی نقاط عالم گرفته شده است با رابطه زیر متناسب است.

$$ r^d [ 1 – \frac{r^2}{6(d+2)} R + … ] $$

محاسبه اندازه‌ی مجموعه رنگ شده در یک فضای d بعدی

در رابطه اخیر R مشخصه‌ای به نام ریچی (Ricci) است که برآمده از هندسه فضای شکلی است که برای مطالعه به دست گرفته‌ایم. همین کمیت در معادلات اینشتین هم ظاهر می‌شود. اما در آنجا کمیتی است که با توجه به شکل عالمی که در آن زندگی می‌کنیم پدید می‌آید. پس کافی است مجددا آلبوم اشکال متفاوت عالم‌ها را ورق بزنیم و آن‌هایی را نگه داریم که مشخصه ریچی آنها با معادلات نسبیت عام تطابق دارند.

به واسطه‌ی همین خلاقیت‌های کوچکی که ولفرم اتخاذ می‌کند کم‌کم شبیه‌ترین موجود به عالم خودمان را در مجموعه این گراف‌ها پیدا می‌کنیم. پس از پیدا کردن و شناختن آن، کم کم قوانین بنیادی فیزیک را از دل رفتار هندسی آن‌ها استخراج می‌کنیم. تا کنون ولفرم توانسته است معادلات نسبیت خاص و عام را به درستی درآورد.

در قسمت بعد در مورد زمان حرف می‌زنیم. تکه پازل مهمی که با قراردادن آن در کنار «فضا» می‌توانیم مدل ولفرم را از هندسه «فضا-زمان» شرح دهیم و سپس به ارائه مختصری از نسبیت خاص برآمده از این مدل می‌پردازیم.

این قسمت بریده‌ای بود از متن خود استفان ولفرم به این آدرس.

📺 پروژه فیزیک ولفرام

ولفرام ادعا کرده که فیزیک رو حل کرده! اصطلاحا به کمک اتوماتای سلولی نظریه همه چیز رو پیدا کرده! این ویدیو رو ببینید:

چرا تست‌های با حساسیت کمتر می‌تونن گزینه‌های بهتری باشن؟

این روزها خبر میرسه هزینه آزمایش پی سی آر (PCR) اونقدر زیاده که بعضی از افراد مشکوک به کرونا نمیتونن آزمایش بشن یا بودجه سیستم بهداشتی فلان کشور کفاف این‌ همه آزمایش پی‌سی‌آر رو نمیده و به جاش مجبوره مردم رو در قرنطینه بیش از حد طولانی ببره. ولی آیا واقعا نیازه سیستم بهداشتی در تمام موارد از پی‌سی‌آر استفاده کنه؟ یا جایگزین دیگه‌ای هم هست كه با مشكلات كمتر، نتيجه قابل‌قبولی داشته‌باشه؟

اين ویدیو قراره مزایا و معایب تست پی‌سی‌آر و جایگزین اون یعنی تست سریع آنتی‌ژن رو بررسی کنه.

ویدیو توسط Minute Physics ساخته شده و زیرنویس فارسی داره.

لینک های دانلود :

اگر همچنان مشتاق یادگیری بیشتر در مورد این نوع آزمایش هستید، به لینک های زیر سری بزنید:

پرسش و پاسخ‌ درباره ویروس جدید کرونا (کووید-‏‏۱۹)‏

سازمان جهانی بهداشت