رفتن به نوشته‌ها

سیتپـــــور مطالب

سیتپـــــور در سالی که گذشت

در سالی که گذشت ما شش نوشته به شرح زیر منتشر کردیم. امسال عرفان فرهادی به عنوان نویسنده به ما اضافه شد و از این جهت خوش‌حالیم. با این وجود، از لحاظ کمیت، در این سال کمترین تعداد نوشته و تعدد نویسنده را داشتیم.

به نظر من بهترین نوشته‌های این سال، به ترتیب «در تحول امور، از اول کارشناسی تا آخر دکتری» و «ماجرای کشف غول‌های یخیِ منظومۀ شمسی» هستند. از مهدی موسوی بابت همراهی همیشگیش و از بابک اسعدی برای حمایت مالی از سیتپور تشکر می‌کنیم.

عباس‌ ک. ریزی
سردبیر

سیتپـــــور

به خاطر روایتگری در علم

به یاد آنان که راه را هموار ساختند…

ماجرای کشف غول‌های یخیِ منظومۀ شمسی

آسمان شب همیشه موردِتوجه بشر بوده است و ازجملۀ اولین مواردی که انسان‌ها با رصد مداوم آسمان دریافتند وجود اجرامی در آسمان بود که در میان ستاره‌های بی‌شمارِ ثابت حرکت می‌کردند. این موضوع در میان نوشته‌های خطوط میخیِ نگارش‌شده توسط مردم تمدن میان‌رودان بر روی قدیمی‌ترین لوح‌های گلیِ کشف‌شده کاملاً نمایان است. به عقیدۀ میان‌رودانی‌های باستانی، در آسمان هفت سیاره حضور داشتند که به آن‌ها باهم «بیبو» به‌معنای لغوی «گوسفند سرگردان» گفته می‌شد: ماه، خورشید و پنج سیارۀ عُطارِد، زهره، مریخ، مشتری و زحل که همگی با چشم غیرمسلّح قابل‌رؤیت هستند. اما حدود پنج‌هزار سال طول کشید تا سیارۀ بعدی، یعنی اورانوس کشف شود. همچنین با فاصلۀ زمانی کوتاهی، از وجود نپتون پرده‌برداری شد تا درنتیجه، دو سیارۀ دیگر به شمار سیارات باستانی اضافه شود.

در این نوشته، به‌ بهانهٔ سالروز کشف سیارهٔ نپتون در ۲۳ سپتامبر۱۸۴۶، به ماجرای کشف جالب دو سیارۀ اورانوس و نپتون می‌پردازیم که امروزه آن‌ها را با عنوان غول‌های یخیِ منظومۀ شمسی می‌شناسیم.

اورانوس، سیاره‌ای که هیچ‌گاه به چشم نیامده بود

اورانوس، هفتمین سیارۀ منظومۀ شمسی، در آسمان شب ما با قدر ۵/۳۸ تا ۶/۰۳ ظاهر می‌شود و این یعنی این سیاره را در یک آسمان تاریک، حتی با چشم غیرمسلّح نیز — هرچند کمی نیاز به تیزبینی دارد — می‌توان دید. در واقع در تمام طول هزاران سال تمدن بشری، سیارۀ اورانوس در مقابل دیدگانمان بود، ولی هیچ‌گاه نتوانسته بودیم آن را کشف کنیم؛ تنها حدود ۲۵۰ سال است که اورانوس را رسماً به‌عنوان یکی از سیارات منظومۀ شمسی می‌شناسیم.

شاید مهم‌ترین دلیلِ این تأخیر در کشف اورانوس، جابه‌جایی بسیار کُند آن در پس‌زمینۀ ستارگان باشد. از آنجایی که فاصلۀ متوسط اورانوس تا خورشید حدود ۲۰ واحد نجومی است و حدود ۸۴ سال طول می‌کشد تا یک دور به‌دور خورشید بگردد، مقدار جابه‌جایی آن در پهنۀ آسمان بسیار ناچیز است (از مرتبۀ چند ثانیۀ قوسی در هر شب). همین موضوع باعث شده، علی‌رغم رصدهایی که قبل از کشف اورانوس از این سیاره ثبت شده است، ماهیت آن پنهان باقی بماند؛ کمااینکه در کاتالوگ‌های ستارگانی که توسط «جان فلمستید» در ۱۶۹۰ میلادی یا حتی توسط «ابرخُس» در زمان یونان باستان تهیه شده، همیشه به‌عنوان یکی از ستارگان (ثوابت) گزارش شده بود. اما زمان گذشت تا آنکه قرعۀ فال به‌نام «ویلیام هرشل» زده شد.

در این دو تصویر می‌توان حرکت سیارۀ اورانوس را در مقابل ستارگان صورت فلکی حمل مشاهده کرد. تصویر بالا در 22 نوامبر و تصویر پایین در 17 دسامبر 2022 گرفته شده است.

جناب هرشل اولین بار در ۱۳ مارس ۱۷۸۱ میلادی با کمک یک تلسکوپ در حیاط خانه‌اش اورانوس را رصد کرد. ابتدا تصور کرد چیزی که دیده، یک دنباله‌دار است؛ چون برخلاف ستارگان که با تغییر بزرگ‌نماییِ تلسکوپ اندازۀ ظاهری‌شان تغییری نمی‌کند، این جرم آسمانی اندازه‌اش تغییر می‌کرد. اما رفته‌رفته، با رصدهای بیشتر توسط منجمان دیگر، نتایج جالبی به‌دست آمد؛ مثلاً با محاسبۀ مدار آن، مشخص شد برخلاف دنباله‌دارها که در مدارهای بسیار کشیده به‌دور خورشید می‌گردند، مدار جرم جدید ورای مدار سیارۀ زحل و تقریباً به‌شکل دایره است. یا اینکه مثلاً هیچ ردّی از یک دنباله‌ در اطراف آن رصد نشد. این شواهد منجر به این شد که هرشل در سال ۱۷۸۳ میلادی رسماً اعلام کند ستاره‌ای که دو سال قبل دیده بود، درواقع یکی از سیارات اصلی منظومۀ شمسی است.

این کشف باعث شد تا جورج سوم، پادشاه وقتِ بریتانیا، حقوقی به‌صورت سالیانه به‌عنوان پاداش برای ویلیام هرشل در نظر بگیرد. هرشل نیز پیشنهاد داد نام سیارۀ جدید را «ستارۀ جورج» بگذارند؛ با این استدلال که اگر سیارات قبلی همه در زمان باستان کشف شده و نام اساطیر رومیان و یونیان باستان را بر آن‌ها گذاشته‌اند، پس این سیاره را نیز به‌نام پادشاه جورج بگذاریم تا آیندگان بدانند این سیاره در چه زمانی کشف شده است! البته نام‌های دیگری نیز ازجمله «نپتون» و حتی «هرشل» پیشنهاد شد؛ اما همان‌طور که مشخص است، این سیاره را امروزه به‌نام «اورانوس» می‌شناسیم. این نامی است که «یوهان بودی»، منجم آلمانی، آن را برای اولین‌بار در سال ۱۷۸۲ پیشنهاد داد و بعدها همه‌گیر شد.

سیاره‌ٔ اورانوس و حلقه‌هایش از دید تلسکوپ فضایی جیمز‌وِب.

غولی غول دیگر را صدا می‌زند

کشف اورانوس به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای علمی قرن ۱۸ میلادی، در کانون توجه جامعۀ علمی قرار گرفت و در سال‌های بعد، رصدهای مختلفی برای مطالعۀ بیشتر آن انجام شد. «پیِر سیمون لاپلاس» — حل معادلاتی که امروزه به‌عنوان معادلات لاپلاس می‌شناسیم، ازجملۀ کارهای علمی ایشان است — در کتاب مکانیک سماوی خود معادلات ریاضیاتیِ مربوط به اختلالات گرانشی دوطرفه‌ای که سیارات به یکدیگر وارد می‌کنند را توسعه داده بود. بر همین اساس، می‌توان با استفاده از محاسبات عددی، جداولی از موقعیت سیارات در آسمان تنظیم کرد. لاپلاس وظیفۀ استخراج این جداول را که کار کمرشکنی هم بود، به چند نفر از همکارانش سپرد؛ ازجمله یکی از دانشجویان لاپلاس به‌نام «آلکسی بوار» که وظیفۀ محاسبۀ جداول موقعیت سه غول منظومۀ شمسی یعنی سیارۀ مشتری، زحل و اورانوس را بر‌ عهده گرفت.

مسئله درمورد مشتری و زحل تقریباً سرراست بود، اما درمورد سیارۀ اورانوس به نظر کار گره خورده بود؛ بوار، حتی با در نظر گرفتن اختلالات گرانشی ناشی از بقیۀ سیارات بر روی اورانوس، نمی‌توانست پارامترهای مداری‌ای که با رصدهای قبلیِ انجام‌شده مطابقت داشته باشد را برای آن پیدا کند. وقتی بوار جداول اورانوس را در سال ۱۸۲۱ منتشر کرد، در مقدمۀ آن نوشت که علت این عدم تطابق می‌تواند یا به‌دلیل دقت پایین رصدهای قبلی باشد، یا وجود یک جرمی که اثرات گرانشی آن بر روی اورانوس این اختلالات اضافی را ایجاد می‌کند.

رفته‌رفته منجمان با رصدهای بیشتر سیارۀ اورانوس، به ایدۀ وجود یک سیارۀ جدیدِ اخلالگر اقبال بیشتری نشان دادند. یکی از افرادی که به این مسئله علاقه‌مند شده بود «فردریش بسل» بزرگ — فردی که معمولاً با توابع بسل آن را می‌شناسیم — بود. او وظیفۀ جمع‌آوری و تحلیل رصدهای اورانوس را به دانشجویش فردریش فلمینگ سپرد؛ اما فلمینگ جوان‌مرگ شد. خودِ جناب بسل هم پس از تحمل یک دورۀ طولانی بیماری، در سال ۱۸۴۶ میلادی درگذشت و نتوانست در این زمینه اقدام مؤثری انجام دهد. اما درنهایت، دو دانشمند دیگر به‌نام‌های «جان آدامز» در انگلستان و «اوربن لو وریه» در فرانسه توانستند به‌طور مستقل و تقریباً هم‌زمان، پارامترهای مداری سیارۀ جدید را محاسبه و مکان آن را در آسمان پیش‌بینی کنند.

دست‌نوشته‌های جان آدامز درمورد محاسبات اختلالات مدار اورانوس.

آدامز در انگلستان توانست با استفاده از معادلات «پیتر هانسن» برای مدار سیارات، پارامترهای مداری سیارۀ اخلالگر را در اکتبر ۱۸۴۵ محاسبه کند؛ اما او در انتشار نتایجش تعلل کرد و همچنین «جیمز چلیس» که مسئول رصد این سیاره در رصدخانۀ کمبریج شده بود، با کمی سهل‌انگاری، علی‌رغم مشاهدۀ سیاره، نتوانست آن را تشخیص دهد. در عوض، لو وریه و همکارانش توانستند سیارۀ جدید یعنی «نپتون» را زودتر از تیم انگلیسی کشف کنند.

سیارۀ جدید آنجاست

در سال ۱۸۴۵ میلادی مسئلۀ پیدا کردن موقعیت سیارۀ ناشناخته به لو وریه، ریاضی‌دان فرانسوی، سپرده شد. او اولاً تمام رصدها تا آن سال، به‌خصوص نتایج رصدخانۀ پاریس و همچنین نتایج رصدخانۀ گرینویچ که به‌تازگی برایش ارسال کرده بودند را بررسی کرد. ثانیاً محاسباتی که بوار برای جداول اورانوس انجام داده بود را دوباره انجام داد و اشکالات کارش را تصحیح کرد. سپس سعی کرد با استفاده از معادلات لاپلاس مسئلۀ محاسبۀ پارامترهای مداری سیارۀ ناشناخته را کشف کند. این مسئله‌ای کاملاً جدید بود؛ چون تا پیش از آن، موقعیت سیارات با در نظر گرفتن اختلالات گرانشی از سوی سیارات دیگری که مکانشان از قبل مشخص بود تعیین می‌شد، اما در اینجا مسئله معکوس است؛ یعنی باید موقعیت یک سیاره‌ای را پیدا کنیم که در واقع هیچ چیزی جز اثر اختلالات گرانشی آن بر روی سیارۀ دیگر نمی‌دانیم. این مسئلۀ بسیار سختی است؛ چون پارامترهای مجهول زیادی وجود دارد. ضمناً در آن زمان، حتی درمورد سیارۀ اورانوس هم، به‌دلیل ناهم‌خوانی رصدها با محاسبات، پارامترهای مداری آن کاملاً مشخص نبود. بنابراین لو وریه باید درواقع این پارامترها را هم‌زمان برای اورانوس و سیارۀ جدید به دست می‌آورد؛ مسئله‌ای با ۱۲ مجهول!

معمولاً در فیزیک در هنگام مواجهۀ با چنین مسائلی سعی می‌کنیم با در نظر گرفتن فرض‌هایی معقول، مسئله را ساده‌تر کنیم. لو وریه با کمک رابطۀ تیتیوس-بوده فرض کرد که فاصلۀ سیارۀ جدید از خورشید حدود دو برابر فاصلۀ سیارۀ قبلی، یعنی اورانوس تا خورشید است. همچنین از آنجایی که مدار سه سیارۀ قبلی انحراف بسیار کمی نسبت به صفحۀ دایرة‌البروج دارند، فرض کرد که مدار سیارۀ جدید کاملاً منطبق بر صفحۀ دایرة‌البروج است (اصطلاحاً میل مداری آن صفر است). این دو فرض را برای سیارۀ اورانوس هم در نظر گرفت. بنابراین با در نظر گرفتن این ۴ فرض، تعداد مجهولات به ۸ عدد رسید که با احتساب جرم سیاره، تعداد کل مجهولات ۹ عدد شد.

جزئیات محاسبات لو وریه بسیار پیچیده و طولانی و از حوصلۀ بحث خارج است. یک فیزیک‌دان فرانسوی به‌نام «ژان-بتیست بیو» تلاش کرد طی سال‌های ۱۸۴۶ و ۱۸۴۷، روش‌های لو وریه را برای حل این مسئله شرح دهد. نتیجۀ کار او شش مقاله شد! او وقتی به مقالۀ سوم رسیده بود نوشت: «هرچقدر در وظیفه‌ای که متقبّل شده‌ام جلوتر می‌روم، ظاهراً سختی موضوع افزایش می‌یابد.»

لو وریه نتایج اولیۀ خود را در ۱ ژانویه ۱۸۴۶ به آکادمی علوم فرانسه ارائه کرد و ۹ ماه بعد، نتایج دقیق‌تر را طی مقاله‌ای منتشر کرد. او در این مقاله مکان سیاره را در حدود ۵ درجه‌ای سمت شرق ستارۀ دلتای صورت فلکی جَدی اعلام کرد و حتی تقریبی از اندازۀ ظاهری قرص آن و روشنایی‌اش در آسمان — احتمالاً برای ترغیب بیشتر رصدگران — ارائه داد. متأسفانه در آن زمان تلسکوپ رصدخانۀ پاریس در وضعیت مطلوبی نبود و همچنین نقشۀ دقیقی هم از آن قسمت موردِنظر آسمان در رصدخانه وجود نداشت تا بتوانند ستارگان در آسمان را با مشاهدۀ خود مقایسه کنند. بنابراین لو وریه بلافاصله شروع به نامه‌نگاری‌ با رصدخانه‌های مختلف در کشورهای دیگر کرد. او برخلاف آدامز که در انتشار نتایج محاسباتش دچار تردید بود، با قاطعیت فراوان به منجمان رصدگر اعلام کرد:

اوربن لو وریه

«به محلی که من تعیین کرده‌ام نگاه کنید تا در آنجا سیاره را ببینید.»

اوربن لو وریه

در ۱۸سپتامبر۱۸۴۶ لو وریه نامه‌‌ای به «یوهان گاله» در رصدخانۀ برلین فرستاد. این نامه پنج روز بعد، یعنی در ۲۳ سپتامبر به دست او رسید. گاله اجازه‌های لازم را از «یوهان اِنکه»، مدیر رصدخانه، دریافت و مقدمات لازم را با کمک یک دانشجوی ارشد از کوپنهاگ به‌نام «هنریش لوئیس دارست» مهیا کرد. خوشبختانه یک نقشۀ آسمان از دانشگاه برلین نیز در رصدخانه موجود بود که همۀ ستارگان تا قدر ظاهری ۱۰ را در مجدودۀ موردنظر در برداشت. این‌گونه بود که گاله دقیقاً در شب همان روزی که نامۀ لو وریه را دریافت کرد، توانست با تلسکوپ شکستیِ ۹/۵ اینچی رصدخانه، با اختلاف اندکی در حدود ۱ درجه از محل تعیین‌شده، سیارۀ نپتون را کشف کند! او این رصد را در شب بعد نیز تکرار کرد و از صحت‌و‌سقم آن مطمئن شد. روز بعد گاله و اِنکه نامه‌ای برای لو وریه نوشتند و ضمن شرح رصد سیارۀ مذکور، این کشف بزرگ را به او تبریک گفتند.

تصویر تلسکوپی که با آن سیارۀ نپتون کشف شد. امروزه این تلسکوپ در موزۀ آلمان نگهداری می‌شود.

بلافاصله بعد از اعلام کشف سیارۀ جدید، بسیاری از منجمان و دانشمندان دیگر ازجمله خودِ لو وریه آن را رصد کردند. لووریه که بسیار خوشحال از کشف انجام‌گرفته بود، در ۵ اکتبر نوشت: «این موفقیت این آرزو را در پی دارد که بعد از رصدهای سیارۀ جدید طی ۳۰-۴۰ سال آینده، امکانی فراهم شود تا با استفادۀ از آن، مدار سیارۀ بعدی — به ترتیبِ فاصلۀ از خورشید — کشف شود و همین‌طور این ماجرا ادامه پیدا کند.» البته بعدها اجرام دیگرِ دورتری مانند سیارۀ کوتولۀ پلوتو و اِریس کشف شدند، اما نه از طریق تأثیرات گرانشی‌شان بر روی مدار نپتون — این دو آن‌چنان کم‌جرم و دور هستند که عملاً هیچ اثر محسوسی بر روی مدار نپتون ندارند — بلکه از طریق پیمایش‌هایی که توسط حسگرهای تصویربرداری CCD انجام شد.

تصویری که به‌تازگی توسط تلسکوپ فضایی جیمزوِب از سیارۀ نپتون منتشر شده.
در این تصویر حلقه‌های نپتون به همراه اقمار آن دیده می‌شوند.

نحوۀ کشف دو سیارۀ اورانوس و نپتون، مانند هر ماجرای بزرگ دیگری در تاریخ علم، بسیار درس‌آموز است؛ گاهی پیشرفت در ساخت یک ابزار، کشف اتفاقیِ سیاره‌ای را رقم می‌زند‌ و گاهی قدرت پیش‌گویی مدل ریاضیاتی از وجود یک سیاره پرده‌برداری می‌کند؛ اما در همۀ این دستاوردهای علمی می‌توان ردّپای وجوه انسانی را مشاهده کرد؛ ما انسان‌ها تلاش می‌کنیم تا با وجود همۀ ضعف‌ها و ناتوانی‌ها، از همۀ ظرفیت‌ها و توانمندی‌هایمان استفاده کنیم تا بیشتر یاد بگیریم و بیشتر عالم پیرامونمان را درک کنیم.

کشف نپتون و مسائل وارون

برای بیشتر دانستن به این مقاله نگاه کنید:

Inverse statistical problems: from the inverse Ising problem to data science

پی‌نوشت:

نوشتهٔ بالا در نشریهٔ علمی کوارک (انجمن علمی دانشکده فیزیک دانشگاه شهید بهشتی) در شمارهٔ دوم – بهار ۱۴۰۲ منتشر شده است.

دنیای این روزهای علم، قسمت ۳: بحران در فیزیک با شان کرول

شان کرول پادکست معروفی داره که معمولا با آدم‌های سرشناس حوزه‌های مختلف علم صحبت می‌کنه. به تازگی در یک قسمت نسبتا طولانی چهار ساعته بدون مهمان خاصی، راجع به بحران در فیزیک حرف زده. ممکنه این روزها ببینید یا بشنوید که بحرانی در فیزیک هست یا سرعت رشد فیزیک در حال کاهشه. خصوصا اگه اطراف فیزیکدونای انرژی بالا و ذراتی‌ها بوده باشین. قصد من از این نوشته این نیست که به این بپردازم که بحرانی که در موردش صحبت میشه دقیقا چیه و چرا این حرف زده میشه. چون با یک جست‌وجوی ساده می‌تونید ببینید مردم چرا این حرف رو می‌زنن. سوای این، شان کرول خودش ابتدای این قسمت از پادکستش این مسئله رو مطرح می‌کنه و به ابعاد مختلفش می‌پردازه و می‌گه که به چه دلایلی چه کسایی فکر می‌کنن که فیزیک در بحرانه. بعدش هم در چهار ساعت سعی می‌کنه که پاسخ معقولی به این پرسش بده که اصلا بحرانی داریم یا نه؟!

این شما و این قسمت از پادکست شان کرول:

I am here to do the solo podcast to tell you my particular views on the crisis in physics, which is that there is not a crisis in physics. That is what I think.

So this is what we signed up for. We’re trying our best. Nature never promised to be kind to us, it’s not ’cause we’re dumber. Now, the people doing theoretical physics today are just as smart as the people doing at 50 or 100 or 500 years ago, we have to take what nature gives us and we’re trying to do that. … I’m completely optimistic about the future of physics, but I do think that we can do even better than we’re doing right now, I think what we have to be … who knows, you might have a breakthrough that makes the second half of the 21st century just as exciting as the first half of the 20th century was.

Sean Carroll, Mindscape 245 | Solo: The Crisis in Physics

واقعا بحرانی در فیزیک هست؟!

خلاصه این چهار ساعت اینه که نه! بحرانی وجود نداره و حقیقت ماجرا اینه که امر بر خیلی‌ها مشتبه شده. اگه کسی از من این سوال رو می‌پرسید احتمال زیاد از جواب دادنش طفره می‌رفتم چون نظر من، در رویارویی با سوال به این بزرگی محلی از اعراب نداره. اما اگه دوستی در خفا ازم می‌پرسید، تقریبا همین چیزهایی رو می‌گفتم که کرول گفته ولی احتمالا با جزئیات کمتر و لابد توضیحات ناشیانه‌تر. برای همین، حرفای کرول به شدت به دلم نشست! به شما هم پیشنهاد می‌کنم اگه به فیزیک علاقه‌مندین و چیزهای ابتدایی رو می‌دونید، حتما سر اولین فرصت، این فایل مفصل رو گوش کنید. منظورم ازچیزهای ابتدایی فیزیک هم، دانش عمومی در فیزیک نظریه که دست کم یک لیسانس فیزیک پیش‌نیازشه.

کرول در یک ساعت اول این قسمت یک مرور خیلی سریع روی تاریخچه فیزیک می‌کنه. می‌گه که از کجا به کجا رسیدیم و در لبه علم این روزها چه چیزایی رو به خوبی می‌دونیم، چه چیزایی رو هِی، بگی نگی می‌فهمیم و چه چیزهایی رو هنوز درک درستی ازشون نداریم. به همین خاطر بیشتر از یک ساعت اول پادکست، مرور خیلی جالبی از فیزیک نظریه بدون رفتن به جزئیات فنی. با این وجود اگه با بعضی ایده‌ها مثل ناسازگاری گرانش با مکانیک کوانتومی آشنا نباشین ممکنه حین گوش دادنتون مجبور بشین که مدام به ویکی‌پدیا سر بزنید. البته این کار خوبی می‌تونه باشه برای کسایی که به فیزیک علاقه دارن و هنوز ابتدای راه هستن چون بعد از سپری کردن چند روز، یک تصویر بزرگ از فیزیک گیرشون میاد. اما اگه به نظر خودتون با فیزیک به قدر کافی آشنا هستید و بیشتر می‌خواین برسین به اصل مطلب می‌تونید تقریبا یک ساعت اول رو رد کنید بدون این که به پرسش اصلی آسیبی برسه.

بعد از تموم شدن مرور کلی روی فیزیک، کرول حدود دو ساعت وقت می‌ذاره و با حوصله به مواردی می‌پردازه که مردم از اونا به عنوان ریشه یا دلیل بحران در فیزیک نام می‌برن. شنیدن این بخش مفصل برای هر کسی که قصد فیزیکدان شدن رو داره می‌تونه خیلی پرفایده باشه. اگه براتون جالبه، بد نیست بدونید که توی یوتیوب بیشتر نظرات مردم معطوف به حدود یک ساعت و نیم بعد از شروع پادکسته.

فضای حرفه‌ای فیزیک

قصد من از این نوشته غیر از دعوت به شنیدن این قسمت از پادکست شان کرول، پرداختن به یک ساعت آخر حرفای اونه که به فضای حرفه‌ای علم می‌پردازه. به این که بالاخره علم توسط آدم‌ها انجام میشه و احساسات افراد و رقابت‌های شغلی در داوری‌هاشون اثر می‌ذاره و هر چیزی که تا به امروز انجام شده ماحصل همه ایده‌هاییه که زمانی معقول و زمانی نامعقول شمرده میشدن. در ادامه بخش‌هایی از حرفای کرول رو می‌ذارم و در مورد نکاتی که به نظرم مهمه که دانشجوهای دکتری و تازه واردها به پژوهش بدونن کمی می‌نویسم.

در مورد ایده‌ها و روش‌ها

در دنیای علم، ایده‌های متفاوتی وجود داره که هر کسی فقط فرصت می‌کنه روی بخشی از اون‌ها کار کنه. ایده‌هایی که عمده‌شون به جایی نمی‌رسند و درستی تعداد انگشت‌شماریشون از دل آزمایش و به مرور زمان به ما ثابت میشه. به همین خاطر وقتی فرد یا گروهی حس می‌کنه که به مقالاتشون زیاد توجه نمیشه یا مردم علاقه‌ای به موضوعی که خیلی برای اونا مهمه نشون نمی‌دن معمولا زود ناراحت میشه. مخصوصا ایده‌ها و پروژه‌هایی که به نظر توده دانشمندان اون حوزه چندان امیدی به درستی یا سازگاریش نیست.

در هر شاخه‌ای از علم تقریبا دو جور پژوهشگر ممتاز وجود داره. منظور ازپژوهشگر ممتاز، کسیه که کارش رو بلده و حالا با دونستن تقریبا همه چیز از — مثلا — فیزیکی که توسعه داده شده می‌خواد سرحدادت اون رو جلو ببره. یه دسته فیزیکدونای جریان اصلی هستند که ایده‌هاشون تقریبا توسط عموم جامعه علمی، معقول به نظر میاد و یه عده‌ که ایده‌های تقریبا دیوانه‌وار دارن. حواسمون باشه که این جا منظورمون از دیووانه‌وار این نیست که طرف همین جوری از اون طرف خیابون اومده و داره چیزی رو فقط از روی جسارت میگه. نه. منظور اینه که بعضی‌ از پژوهشگرها ایده‌هایی دارن که فقط به نظر گروه کوچیکی از متخصص‌ها امیدوار کننده به نظر می‌رسن. در تاریخ کم نبودن ایده‌های این شکلی که بعدها دروازه‌های مهمی رو به روی درک بشر باز کردن، اما خب تعداد اونایی که راه به جایی نبردن خیلی بیشتر بوده.

مثلا فاینمن، فیزیکدون جریان اصلی بوده! شاید برای بعضی‌ها عجیب به نظر برسه ولی آدمی مثل فاینمن با همه تبحرش جزو اون دسته از دانشمندایی حساب میشه که همیشه روی ایده‌های مورد قبول اکثر آدم‌ها کار کرده. یا به عبارت بهتر، فاینمن همیشه روی پروژه‌هایی کار کرده که می‌دونسته سرانجام به نتیجه می‌رسن. شاید ابزار و روش‌هایی که استفاده می‌کرده نبوغ‌آمیز بودن ولی این دلیل نمیشه که جنس مسئله‌هایی که بهشون فکر می‌کرده چیزی خارج از جریان اصلی فیزیک بوده باشه. اگه خوب به نمودارهای فاینمن یا انتگرال مسیر فکر کنیم این‌ها تقریبا دوباره‌نویسی فیزیک شناخته شده به زبان جدیدیه. نظریه بازبهنجارش هم نیومد تا چیزهایی قبلی رو دور بریزه بلکه اومد تا نظریه‌های قبلی رو بهتر بفهمیم. پیش از این هم، این حرف رو از لنرد ساسکیند شنیدم که چه خودش چه فاینمن رو متعلق به جریان اصلی فیزیک می‌دونه.

از اون طرف کسی مثل فرد هویل، فیزیکدونیه که ایده‌های رادیکال داره و مدل فکر کردنش کاملا متفاوت با کسی مثل فاینمنه. فرد هویل با این‌که آدم نابغه‌ای بود ولی از مخالفان جدی نظری مهبانگ بود و تا مدت‌ها هم با این‌که داده‌ها چیز دیگه‌ای رو نشون میدادن چسبیده بود به نظریه حالت پایدار. با این وجود همین طور که در مصاحبه‌ی پایین — خصوصا اینجا — می‌بینید با این‌که ظاهرا آب هویل با فاینمن توی یه جوی نمی‌رفته ولی در نگاه و برخورد فاینمن با هویل تقدیر و تحسین خاصی نهفته شده. چرا که فاینمن با این‌که در نظریه خاصی با هویل هم‌نظر نیست ولی از مدل و جسارت هویل در پیش بردن فیزیک خوشش میاد.

گفتگوی فاینمن با هویل

خلاصه این که به خاطر سلامت فیزیک ما باید همه مدل آدم و فکری داشته باشیم:

بودجه‌های علمی و داوری پژوهانه‌ها

ولی خب نکته‌ای وجود داره و اون این‌که وقتی منابع مالی مثل پژوهانه‌ها (گرنت‌های پژوهشی) کمتر به پروژه‌هایی تخصیص داده میشه اون موقع میشه گفت که آدم‌های کمتری فرصت می‌کنند که روی اون ایده‌ها کار کنند. مثلا اگه جمعیت بیشتری از فیزیکدونا برای کوانتومی کردن گرانش به دنبال نظریه ریسمان برن تا نظریه کوانتومی حلقه‌ای احتمالا آدمای بیشتری از دانشجوی دکتری تا استاد دانشگاه استخدام میشن که روی ریسمان کار کنند و این از روی خبث طینت نیست. به خاطر الگوی کسب و کار دانشگاهه؛ از اونجا که تعداد استخدام‌ها کمه و پروژه‌ها زیاد، الویت با ایده‌هاییه که امید بیشتری به ثمر نشستنشون باشه.

برای همین اگه دانشجوی دکتری یا پژوهشگر تازه کار باشین، پروژه یا مسئله‌ای که مشغولش میشین خیلی تاثیر می‌ذاره روی آینده کاری شما. چون اگه قرار باشه اول مسیر حرفه‌ایتون روی ایده‌های رادیکال کار کنید ممکنه که نتونید کمیته‌هایی که تصمیم می‌گیرن به شما پول بدن رو قانع کنید و از گردانه رقابت‌های علمی کلا حذف بشین! پس برای تازه‌کارها نصحیت نامعقولی نیست که: رو مسئله‌هایی کار کن که همه کار می‌کنن و در کنارش به ایده‌های جسورانه‌ت هم بپرداز! بله، تلخی ماجرا اینه که وقتی به فیزیک پرداختن میشه تنها راه امرار معاش، مهمه که روی چه پروژه‌هایی وقت بذاری. با پول مردم باید کاری کنه که دل مردم رو هم به دست بیاری و معمولا فیزیکدونا دستشون تو جیب مردمه.

از طرف دیگه، شاید براتون جالب باشه که موسسه پریمتر که این روزها خیلی اسم و رسم پیدا کرده در فیزیک نظری ابتدای شکل‌گیریش بسیار موسسه رادیکالی بود. اون موقع‌ها آدم‌هایی مثل لی اسمولین یا فورتینی مارکاپولو روی گرانش کوانتومی حلقه‌ای کار می‌کردند و رویکردهای عجیب و غریبی به بنیادهای مکانیک کوانتومی داشتن. با این وجود رفته رفته وقتی شهرت بیشتری کسب کردن اونا هم روی اوردن به سمت جریان اصلی و پژوهش غیررادیکال. این اصلا بخشی از چرخه زیستی همه دانشکده‌ها و موسسات بزرگ فیزیکه که روی میارن به جریان اصلی و کم‌کم سنتی میشن.

در واقع خیلی طبیعیه که این روال پیش بیاد.

برای همین وقتی که شما دانشجوی دکتری هستین وقت این نیست که ریسک کارای دیوانه‌وارو کنید. باید بچسبید به چیزی که می‌دونید به هر ضرب و زوری نتیجه میده. مگه این‌‌که نابغه باشید. اون موقع باید از راه‌های غیرمتعارف شایستگی و ارزش کارتون رو به بقیه نشون بدین تا جایی در دانشگاه داشته باشین. از اون طرف ماجرا هم، یه استاد پست‌داکی رو استخدام می‌کنه که بتونه باهاش کار کنه. حق هم داره. نمی‌تونه بره کسی رو بگیره که دنبال ایده‌های جسورانه عجیب و غریب خودشه. برای همین رفته‌رفته فرصت چندانی برای آدم‌های رادیکال در این فضا باقی نمی‌مونه.

خلاصه که فیزیک ورزی آسون نیست. پادکست رو گوش کنید 🙂

در تحول امور، از اول کارشناسی تا آخر دکتری

یکی از چیزهایی که در بزرگسالی درک کردم اینه که هر چیزی می‌تونه تغییر کنه. دنیا و مافیها پویا است! این تغییرات یا ناشی از تغییر درک و نگرش من از دنیای پیرامونمه یا مستقیما به تحول دنیای خارج بر می‌گرده. گاهی این تغییرات دل‌پذیر هستند و گاهی نه. گاهی موجب شگفتی میشن و گاهی موجب دل‌زدگی. به هر تقدیر، این چیزیه که هست. هر چند که همین درک هم ممکنه دچار تغییر بشه. از طرف دیگه، انگار هر چقدر آدم وقت بیشتری برای درک چیزی می‌ذاره وارد فازهای مختلفی میشه که هیچ موقع پیش‌بینی نمی‌کرد و آرزو می‌کنه کاش کسی در موردش سر نخی بهش داده بود. اما خب، مثل این‌که جهان، جهان تجربه است و خیلی از چیزها فقط از راه تجربه و دست‌ورزی به دست میاد و هیچ راه شاهانه‌ای برای درک زندگی وجود نداره.

انتخاب فیزیک

زمانی که دبیرستانی بودم تقریبا مطمئن بودم که فیزیک رو دوست دارم. این به این خاطر بود که از بین همه کارهایی که می‌تونستم در اون زمان انجام بدم، فیزیک‌ورزی برام از همه دل‌چسب‌تر و هیجان‌انگیزتر بود. مثلا در مقایسه با درس تاریخ، زنگ فیزیک بیشتر بهم خوش‌می‌گذشت یا موقع حل مسئله‌ای در فیزیک انگار آدرنالین بیشتری در بدنم ترشح میشد تا موتورسواری با سرعت بالا. از طرف دیگه من در شهر کوچیک و مدرسه خیلی عادی درس می‌خوندم. هیچ کامپیوتری در دسترس دانش‌آموزها نبود، چه برسه به این که کلاس برنامه نویسی داشته باشیم. هیچ معلم ریاضی گسسته خوبی نداشتم و هیچ کس در مورد الگوریتم‌ها در مدرسه ما حرفی نمی‌زد. من تا بزرگسالی تئاتر حرفه‌ای ندیدم. هیچ نویسنده‌ای رو از نزدیک نمی‌شناختم و هیچ موقع فیلم‌نامه‌ای رو ورق نزده بودم. شهر ما مثل بیشتر شهرها سالن اپرا نداشت و آینده‌ای جز کشاورزی یا کار در کارخونه‌های ذوب‌آهن یا مجتمع‌ فولاد برای توده نوجوون‌ها تصور نمی‌شد. این به این معنیه که از بین همه فعالیت‌هایی که می‌تونستم امتحان کنم، فیزیک، جذاب‌ترینشون بود. فیزیکی که با توجه به درک الانم حتی درست نمی‌شناختمش.

با این‌که هنوز از فیزیک‌ورزی لذت می‌برم، اما مطمئن نیستم که این علاقه یک چیز کاملا ذاتی بوده. جوری که اگه بارها به دنیا بیام و در شرایط مختلفی بزرگ بشم باز هم فیزیک رو انتخاب کنم. به گمانم فیزیک، بیشتر ماحصل مجموعه‌ای از عوامل محیطی و برهمکنش توانایی‌های من با اون‌ها بوده. شاید اگر در خونواده، کشور یا زمان متفاوتی به دنیا می‌اومدم و پیرامونم رو چیزهای دیگه‌ای تشکیل می‌داد من هم به چیزهای دیگه‌ای علاقه‌مند میشدم. نمی‌دونم. مثلا ممکن بود اگر در فرانسه به دنیا می‌اومدم سمت سینما می‌رفتم یا اگه در امریکا زندگی می‌کردم سمت استندآپ کمدی. شایدم خلافکار می‌شدم یا کارتن‌خواب یا غواص. هیچ کس نمی‌دونه. هیچ وقت نمی‌دونیم. حتی معلوم نیست اگه این نبود و اون میشد آیا من خوش‌حال‌تر بودم یا نه. رمان «کتاب‌خوانه نیمه شب» مت هیگ در مورد همین ایده است؛ که اگر آدم می‌تونست هر زندگی که دوست داشته باشه رو تجربه کنه، آخر سر کدوم رو انتخاب می‌کنه؟ ما حتی نمی‌دونیم اگه آینشتین پنجاه سال دیرتر به دنیا می‌اومد آیا هنوز اونو به این میزان از شهرت می‌شناختیم یا نه. هیچکس به قطعیت نمی‌تونه بگه اگه نیوتون نبود، نظریه موجی نور چقدر زودتر یا دیرتر به بلوغ می‌رسید.

زندگی بر سازه‌ای از انتخاب‌ها

کتابخانه نیمه شب، رمان فانتزی نوشته مت هیگ

این که چه کسانی وارد زندگی شما میشن یا چه اتفاق‌هایی برای شما می‌افته می‌تونه زندگی شما رو برای همیشه تحت تاثیر قرار بده. یک حادثه خوب یا دلخراش می‌تونه دید شما رو نسبت به اکثر چیزها عوض کنه. چند معلم خوب یا یک دوره آموزشی هدف‌مند ممکنه شاکله فکری شما رو جوری تنظیم کنه که تا مدت‌ها از هم‌سال‌های خودتون جلوتر باشین و بتونید با منطق بهتری در زندگی انتخاب کنید. زندگی، بر سازه‌ای از انتخاب‌ها بنا شده. خوندن یک مقاله یا شرکت در یک سمینار درست در بزنگاهی و از همه مهم‌تر ویژگی‌های استاد راهنمای دوره دکتری شما می‌تونه بر انتخاب مسیر پژوهشیتون برای سال‌های پیش رو به شدت تاثیر بذاره. یا مثلا در زندگی تمکن مالی می‌تونه به شما این شهامت رو بده که بیشتر و گسترده‌تر تجربه کنید و بهای خیلی از اشتباه‌هاتون رو به راحتی پرداخت کنید.

زندگی در دام حوادث اسیر

برای همین در مسیر زندگی، یک ورشکستگی یا هر نوع بحران مالی می‌تونه یمین و یسار زندگی رو جابه‌جا کنه و مسیر زندگی شما رو از فیزیکدان نظری بودن به معامله‌گر بازار فارکس یا کارمند تمام وقت یک تاکسی اینترنتی تبدیل کنه. یا درست وقتی که لیسانس فیزیکتون رو گرفتید، حاجی بگه، پسر مگه من برای کجا می‌خوام بیا پیش خودم و مغازه رو بچرخون، یا دخترم، وقتت رو اینجا هدر نده، بیا بفرستمت پیش خاله‌ت در ونیز و طراح مد و لباس شو. یا از بد حادثه درست زمانی که دارین برای یک ژورنال سطح بالای فیزیک مقاله ارسال می‌کنید، همسرتون تصمیم می‌گیره ازتون جدا بشه و در میانه کشمکش‌های زندگی مجبور میشین جواب داور دوم زبون‌نفهم مقاله رو هم بدین. زندگی هم با شما خوب تا نمی‌کنه و درست همون‌ روزی که به خاطر پذیرفته‌شدن مقاله‌تون در PRL خوش‌حال هستین، احضاریه طلاق میرسه در خونه‌تون. ممکنه هم در میانه دوره دکتری ایده‌ای به سرتون بزنه و همون‌موقع که با یکی دو نفر مشغول انجام دادنش بشین و سرانجام یک کار فوق العاده از شما منتشر بشه. جوری که زندگی حرفه‌ای‌تون رو تا آخر عمر تضمین کنه. همون‌قدر هم ممکنه وقتی اون ایده رو به استادتون یا یک آدم صاحب‌اسم توی کارتون بگین جواب بشنوین که نه احمقانه‌س یا امیدی بهش نیست و شما هم بیخیالش بشین و تا چند سال تلاش کنید که یکی دو تا مقاله عادی چاپ کنید که اخراج نشین. بگذریم. باراباشی یک سری تحقیق انجام داده در مورد موفقیت در علم، می‌تونید اونا رو اینجا ببینید.

تازه سوای این‌که علاقه و شناخت آدمی از دنیا چندان در اختیار خودش نیست، به نظر می‌رسه که چگونی تغییرشون در گذر زمان هم چندان دست آدم نیست. من وقتی فیزیک رو شروع کردم علاقه‌مند به فیزیک هسته‌ای و ذرات بنیادی بودم. رفته‌رفته بیشتر مجذوب کیهان‌شناسی شدم و بعدتر خودم رو بیشتر از هر چیزی مرد میدان فیزیک آماری دیدم، اون هم نه فیزیک آماری جریان اصلی. دوره ارشدم رو در فیزیک سیستم‌های پیچیده گذروندم و دکتریم رو در علوم کامپیوتر با تمرکز روی فرایندهای پخش بیماری در شبکه‌های پیچیده شروع کردم. خلاصه درسته که هر کس ناخدای زندگی خودشه و همیشه هر کسی انتخاب‌های خودشو داره، اما این‌که کشتی زندگی بر چه دریایی و با چه نوع بادی در برهمکنشه دست آخر مشخص می‌کنه که مسیر زندگی چی میشه. من وقتی هجده سالم بود هیچ موقع فکر نمی‌کردم مشغول انجام دادن دکتریم پیرامون پخش بیماری باشم! مواجهه‌های ما با زندگی و تحولات شناختی ما زمینه‌ساز انتخاب‌های بعدی ما در زندگی میشن. البته که بعد از این مواجهه‌ها هم هست که مشخص می‌شه که چه کسی ناخدای خوبیه. البته، هممم، نه همیشه لزوما. به نظرم گاهی چندان چیزی مشخص نمیشه.

زندگی به مثابه یک دانشگاهی

اگر زندگی رو محدود به علم کنیم، حتی نوع نگاه ما به علم و نوع مسائلی که دوست داریم وقتمون رو صرف حلشون کنیم هم دچار تحول میشه. من یک موقع‌هایی با خودم فکر می‌کردم که چقدر درک کسی که هنوز دبیرستانیه با کسی که سال آخر لیسانسه از فیزیک متفاوته. حالا که آخرای دوره دکتری هستم به این فکر می‌کنم که کلا درک آدم‌ها قبل و بعد از دوره تحصیلات تکمیلی از علم، از زمین تا آسمون متفاوته. به طور خاص، دره عمیقی وجود داره بین آموزش و پژوهش. بین این که به شما بگن بله طی این سال‌ها این کشف شد و این معادله به دست اومد و جواب فلان مسئله این جوری است. این تقریب رو یاد بگیرین چون فلان‌جا به کار میاد و اگه فلان تغییر متغیر رو بدین به راحتی این مسئله حل میشه و … . هیچ موقع به ما نگفتن پدر چند نفر در اومد تا یاد گرفتیم اگه فلان حقه رو بزنیم بهمان مسئله حل میشه.

آدم وقتی کتاب‌های آموزشی رو می‌خونه یا سر کلاس درس می‌ره با چیزهایی رو‌به‌رو میشه که اصطلاحا کار کردند. با روش‌هایی که به نتیجه رسیدند. گاهی از اوقات ما به خاطر مسائل آموزشی، مسیرهایی رو می‌ریم که در عمل هیچ موقع با اون‌ها ر‌وبه‌رو نمیشیم ولی ناچاریم که با اون‌ها شروع کنیم. مثلا هر طفل نوپایی در فیزیک که با نظریه الکترومغناطیس آشنا میشه به خاطر ساختار ریاضیاتی که پیش روش هست، با روش‌هایی مثل روش تصویر یاد می‌گیره که مسئله حل کنه. این‌جا چندتا نکته وجود داره، اول این‌که این روش خارج از مثال‌های ساده (پر از تقارن) کتاب درسی رسما جای دیگه‌ای کاربرد نداره و بیشتر از هر چیز یک نوع بازی-ریاضیه که از صدقه سر قضیه یکتایی می‌تونیم با حقه‌بازی مسئله‌مونو این جوری حل کنیم. دوم این‌که هر آدمی که به فکر بسط‌‌ دادن روش‌ها باشه وقتی به این فکر می‌کنه که مثلا چه‌طور به فکر اولین نفر رسید که بار تصویر رو در فلان جا قرار بده، قطعا یک‌کمی اذیت میشه! خصوصا که وقتی می‌فهمه بعضی از این حقه‌ها ریشه در مسائل دیگه‌ مثل یک‌ سری سوال قدیمی‌تر در مکانیک سماوی داره. یادمه گریفیث به خوبی به این ماجرا توی کتابش اشاره می‌کرد.

در دوره آموزش، هیچ موقع کسی به ما نمی‌گه چه مسیرهایی طی شده و چه آدم‌های باسواد و باانگیزه‌ای سال‌ها با این مسئله کلنجار رفتند تا سرانجام ما جوابش رو بدونیم. درک این‌که نمیشه درست پیش‌بینی کرد یک مسئله تازه چقدر زمان برای حل می‌خواد خوش نوعی از بلوغه که در دوره آموزش معمولا به دست نمیاد. گاهی از اوقات در مسیرهای پژوهشی، ما با یک عالمه مدل روبه‌رو میشیم و واقعا هم هر کدوم خوبی و بدی خودشون رو دارن. اما ذهنیت یک آدم تازه‌کار توی علم ذهنیت بزرگراه چهاربانده با آسفالت درجه یکه که برای توجیه هر چیزی یک مدل خیلی شسته رفته وجود داره. امروز اگه از کسی که تازه لیسانس فیزیک گرفته در مورد ساختار اتم‌ بپرسی سریع یه مدل اتمی مشخص رو مطرح می‌کنه و شروع می‌کنه در مورد ویژگی‌های مکانیک‌کوانتومیش حرف زدن. چون یک برهه طولانی از تاریخ و مشارکت صدها نفر آدم رو در چند صفحه بهش گفتن و بنده خدا از مدل کیک کشمشی تا امروز رو، دست بالا، در یک فصل کتاب فیزیک مدرن خونده. مثلا اگه اینجا رو نگاه کنید می‌بینید که اگه زمان تامسون شما دانشجوی دکتری فیزیک بودین جواب دادن به این سوال با جزئیات کافی اصلا آسون نبوده.

ما هیچ موقع با سختی‌ها و بن‌بست‌ها و بیچارگی‌های دنیای واقعی علم در دوره کارشناسی روبه‌رو نمی‌شیم. حتی سخت‌ترین مسائلی که به ما داده میشه معمولا با یکم چکش‌کاری، کار گل، یا نهایتا یک نوع زبردستی پیش‌ پا افتاده‌ای حل میشن. اما وقتی آدم به جای علم‌بازی، مشغول علم میشه، کم‌کم به این پی‌ می‌بره که بیشتر روزها آدم فقط به در بسته می‌خوره! آدم هی شک می‌کنه و شک می‌کنه و شک می‌کنه، تا چی بشه دری به تخته‌ای بخوره و از شک در بیاد! آدمیزاد کم‌کم متوجه میشه که در علم، نه با خوندن که به تشکیک بالغ میشه. آقای اندرو وایلز که خیلی‌ها به خاطر اثبات قضیه آخر فرما می‌شناسنش در مصاحبه‌ای در پاسخ به این‌که پرداختن به ریاضی چه حسی داره می‌گه:

نگاره از Fermat’s Library

شاید مهم‌ترین جنبه ریاضی‌ورزیدن این است که بدانید گیر خواهید کرد! همه هم گیر می‌‌کنند، این بخشی از فرایند کار ماست و باید با آن کنار بیایید. اگر هم ایمان داشته باشید، در گذر زمان به جوابتان می‌رسید! شاید اصلا مهم‌ترین چیز در ریاضی همین کنار آمدن با استیصال‌ها است …

اندرو وایلز

از همه مهم‌تر، در دوره کارشناسی لااقل می‌دونیم چه مسئله‌ای رو باید حل کنیم. درگیر این نیستیم که چرا اصلا این سوال! آیا واقعا این سوال ارزش حل کردن داره؟! آیا این مسیر پژوهشی که من میرم، ده سال دیگه هم اهیمتی داره؟! آیا اگه اصلا من این مسئله رو حل کردم، درهای دیگه‌ای هم باز میشه؟! بالاخره من عمر و انرژی و سرمایه محدودی دارم. چه طور انتخاب کنم که چه مسئله‌ای رو حل کنم. یکی دو سال پیش که با یاسر رودی مصاحبه کردم، یاسر می‌گفت که شاید مهم‌ترین قسمت زندگی حرفه‌ای یک دانشمند اینه که بدونه سوال درست چیه.

علاوه بر این‌ها، زندگی دانشگاهی مثل بقیه حرفه‌ها شرایط حرفه‌ای خودش رو داره. گاهی به گمان خودتون مقاله‌ای که اخیرا نوشتین خیلی خوب و بکره در حالی که از نگاه همکارهاتون اصلا این طور نیست. حتی اگه حق هم با شما باشه، در کوتاه مدت ارزش کار شما رو جامعه علمی مشخص می‌کنه. گاهی آدم‌ها قصه‌هایی مثل خودکشی بولتسمان رو می‌شنون و فکر می‌کنن که این چیزها افسانه است یا فقط برای غول‌ها اتفاق می‌افته. در صورتی که همون‌طور که زمان بولتسمان، همکارهاش جدی نمی‌گرفتنش، الان هم این اتفاق زیاد می‌افته که آدم‌ها در گیر این مسائل میشن و محیط آکادمیا فشار زیادی به دوششون می‌ذاره. من اوایل دکتریم هیچ موقع فکر نمی‌کردم آدمای دانشگاهی این میزان تحت فشارهای روانی باشن. دانشگاه یک محیط پر از استرسه که صنعتی شدنش روزبه‌رو فشارهای بیشتری به اون وارد می‌کنه. این روزها برخلاف قدیم، آدم‌های زیادی وارد دانشگاه میشن و از بین اون‌ها کسایی موفق به ادامه راه میشن که نه تنها از لحاظ علمی توانایی بالایی داشته باشن بلکه از لحاظ روانی و مالی هم اوضاع مساعدی داشته باشن.

به همین خاطره که آدم اواخر دوره دکتری از خودش می‌پرسه آیا واقعا ارزشش رو داره که من عمرم رو در این مسیر ادامه بدم؟! من اومده بودم اینجا چون از علم لذت می‌بردم ولی الان وقت زیادی رو صرف امور اداری می‌کنم. باید از این جلسه برم به اون جلسه. جلسه‌هایی که میشد با یک ایمیل خلاصه‌شون کرد و ایمیل‌هایی که شاید میشد اصلا نزدشون. بعدترها آدم باید دنبال تامین بودجه (فاندینگ) برای گرفتن پروژه یا دانشجو از این در به اون در بره. در کل هم حقوق کمی بگیره و با آدم‌هایی در محیط کار حشر و نشر کنه که عموما از لحاظ اجتماعی از متوسط جامعه کمتر انرژی دارن و آداب معاشرت رو هم چندان نمی‌دونن یا علاقه‌ای به نشون دادنش ندارن. اکثرشون به قدری گرفتار این زندگی شدن که خارج از کارشون هم چیزی برای ارائه کردن ندارن. بعضی‌هاشونم اینجا موندن چون جای دیگه‌ای برای رفتن ندارن. آدم‌ یک‌هو سر می‌چرخونه می‌بینه به خاطر معاشرت در این جور محیط‌ها، شوخی‌های شوهرعمه‌ای می‌کنه و اون موقع خیلی جدی از خودش می‌پرسه من نمی‌خواستم این جوری بشه پس چرا این جوری شد …

رنگ، هوش مصنوعی، سینما و چند داستان دیگر

احتمالا هر کدوم از ما توی حلقه‌ی دوستان نزدیکمون کسانی رو می‌شناسیم که توی رشته‌های فنی تحصیل می‌کنند اما به ادبیات، علوم انسانی یا هنر علاقه‌ی زیادی دارند و خیلی وقت‌ها هم به تغییر رشته فکر می‌کنند اما اصطلاحا تمام عمرشون شنیدند: «این رو بخون اون رو هم کنارش ادامه بده!»

من، عرفان فرهادی، یکی از همون آدم‌ها هستم. سال ۹۵ وارد رشته‌ی مهندسی کامپیوتر دانشگاه شریف شدم، سال ۹۷ یه مستند به نام «خوش درخشید ولی» ساختم و الان هم ترم دوم ارشد سینما هستم. طی چند سال گذشته داشتم تلاش می‌کردم کارهایی انجام بدم تا وجوه مختلف خودم از مهندس کامپیوتر بودن تا علاقه‌ی به هنر رو به صورت متناسبی پرورش و بروز بدم. حدود سه هفته پیش توی دانشگاه شریف ارائه‌ای داشتم به نام «رنگ، هوش مصنوعی، سینما و چند داستان دیگر» که در ادامه گزارش خلاصه‌ای ازش رو این‌جا می‌نویسم. ارائه دو بخش داشت، بخش اول به معرفی رشته Human-Computer Interaction و ارائه‌ی فرآیند و نتایج کارآموزی‌ای که من در حوزه‌ی رنگ و هوش مصنوعی توی دانشگاه آلتوی فنلاند داشتم گذشت و توی بخش دوم که قالب پرسش و پاسخ کمی از تجربه‌هایی که این سال‌ها داشتم رو به اشتراک گذاشتم.

حوزه‌ی تعامل انسان و رایانه Human-Computer Interaction (یا به اصطلاح HCI) همون‌طور که از اسمش برمی‌آد به نقطه‌ی اتصال انسان و فناوری می‌پردازه. بر خلاف بقیه‌ی حوزه‌های پژوهشی کامپیوتر که به حل مسائل تئوری یا ساخت و بهبود عملکرد سخت‌افزارها، نرم‌افزارها و الگوریتم‌ها می‌پردازه، این رشته بیش‌تر از همه با انسان و شکل کار کردنش با کامپیوتر توی زمینه‌های مختلف سروکار داره. این تفاوت باعث شده که حتی شکلی که پژوهش‌های این حوزه بررسی و سنجیده می‌شن هم متفاوت باشه؛ مثلا اگه با الگوریتم‌های یادگیری ماشین تجربه‌ی کار کردن داشته باشید می‌دونید که در نهایت پژوهشگرها موظفند آماره‌هایی مثل precision یا recall رو گزارش کنند. این در حالیه که تو این حوزه خیلی وقت‌ها برای سنجش کیفیت، پژوهشگر باید اصطلاحا مطالعات کاربری (user-study) اجرا کنه و به زبون خودمونی کارش رو بسپاره دست کاربر و کیفیت کارش رو از طریق شیوه‌های مختلفی مثل مصاحبه و پرسشنامه بسنجه. همین باعث می‌شه که این حوزه نه فقط تو زمینه‌ی کار خیلی بین‌رشته‌ای باشه که حتی شیوه‌ی پژوهش هم بعضی وقت‌ها شبیه به پژوهش‌های حوزه‌ی علوم انسانی بشه.

پروژه‌ی ما توی همین حوزه بود. سوالی که روز اولی که وارد دوره شدم جلوی رومون گذاشته بودن این بود که «چطوری می‌تونیم با استفاده از هوش مصنوعی به طراح‌ها کمک کنیم و کارشون رو ساده‌تر کنیم». اما اصلا کار طراح‌ها چیه؟ جه تفاوتی با هنر داره؟ هیچ ایده‌ای نداشتم. یکی دو هفته‌ی اول کارآموزیم به مطالعه در مورد مفهوم design گذشت. فهمیدم که بر خلاف هنر که خیلی وقت‌ها آنی خلق می‌شه و هنرمند ناخودآگاهش رو آزاد می‌کنه تا خلق کنه؛ توی طراحی با یه هدف اساسی و اولیه سروکار داریم که توی تمام پروسه باید مدنظر بگیریمش. مثلا کسی که می‌خواد یه پوستر تبلیغاتی بسازه همیشه باید این هدف که می‌خواد یه محصولی رو بفروشه مدنظر داشته باشه و ترکیب‌بندی تصویر و انتخاب رنگ و بقیه‌ی تصمیماتی که می‌گیره هم تماما متأثر از این هدف هستند.

اما همه‌ی ماجرا این نیست. پژوهشگرهای این حوزه فرآیند طراحی رو مدل‌سازی کرده‌اند و به این نتیجه رسیدند که یه طراح در طی این فرآیند به صورت تکرار شونده یا iterative بین چند فضا جابجا می‌شه. ابتدا بر اساس هدف طراحی، ایده‌پردازی می‌کنه و پیش‌نمونه (پروتوتایپ‌)های متعدد می‌سازه و به صورت «طراحانه‌ای» بارش فکری می‌کنه بعد وارد ساخت نمونه یا artifact می‌شه و در نهایت مجددا با بررسی این‌که چقدر هدف اولیه محقق شده این چرخه رو تکرار می‌کنه. مثلا کسی که می‌خواد یه دوچرخه‌ی مسابقه طراحی کنه یه سری هدف مثل سرعت و راحتی در ذهن داره بعد شروع می‌کنه روی کاغذ یه سری طرح یا sketch ساده از دوچرخه‌ای که تو ذهنش داره می‌کشه؛ ماده یا material اولیه‌ی ساخت رو بررسی می‌کنه و در نهایت یه نسخه‌ی اولیه می‌سازه و میزان رسیدن به اهدافش رو با تست این نسخه می‌سنجه.

یک مدل‌سازی از فرآیند طراحی
یک مدل‌سازی از فرآیند طراحی

خب حالا که فهمیدیم فرآیند طراحی چطوری انجام می‌شه می‌تونستیم تصمیم بگیریم تو کدوم بخش این فرآیند می‌خوایم عناصر محاسباتی و الگوریتمی رو وارد کنیم. اولا تصمیم گرفتیم که فعلا مسئله رو محدود به یه مسئله‌ی مشخص یعنی طراحی رنگ کنیم. یعنی فرض کردیم که یه طراحی از یک پوستر، صفحه‌ی سایت، اپلیکیشن و بروشور از پیش داریم و عناصر و مکان قرارگیریشون تعیین شده‌اند و مسئله‌مون انتخاب پالت رنگی و رنگ‌آمیزی این عناصره. خب بیاین تا ببینیم فرآیند طراحی تو این مسئله‌ی رنگ به چه شکله؟

همون‌طوری که توی تصویر مشخصه. طراح‌ها معمولا توی این مسئله با یک نقطه‌ی تمرکز سروکار دارند که معمولا یه محصول یا بخشی از تصویره که می‌خوان تبلیغ کنند یا چشم مخاطب رو به سمت اون هدایت کنند. با استفاده از این نطقه‌ی تمرکز و ثقل تعدادی پالت رنگی انتخاب می‌کنند و بعد با استفاده از این پالت رنگی نتیجه‌ی نهایی رو رنگ‌آمیزی می‌کنند و بعد چک می‌کنند که آیا کل خروجی و محصول توی تصویر از نظر رنگ زیبا و هارمونیک به نظر می‌رسه یا نه و اگه لازم بود چرخه رو تکرار می‌کنند.

خب حالا که از فرآیند طراحی سر در آوردیم، ما چطوری می‌تونیم به طراح کمک کنیم؟

وقتی با طراح‌ها مصاحبه کردیم متوجه شدیم که توی این فرآیند دوست دارند با سرعت بیش‌تری چرخه رو تکرار کنند و حالت‌های مختلف رو سریع‌تر تصور کنند؛ برای همین سعی کردیم بخش‌هایی از این فرآیند رو به کمک هوش مصنوعی خودکار کنیم. ابزاری که ما ساختیم اول با استفاده از مدل‌های مختلف یادگیری ماشین saliency-based مثل deepgaze به چند رنگ اصلی در نقطه‌ی تمرکز می‌رسید بعد سعی می‌کرد با پیدا کردن رنگ‌های مکمل یه پالت کامل ایجاد کنه و در نهایت روی عناصر مختلف رنگ متناسبی اعمال کنه. جزئیات فنی این کار از حوصله‌ی این مطلب خارجه اما یه نکته‌ی مهم دیگه این‌جا در مورد حوزه‌ی HCI همینه که ما به عنوان کسانی که تو این حوزه کار می‌کنیم خودمون به صورت مستقل به توسعه یا ساختن این مدل‌های بینایی ماشین و… نپرداختیم بلکه از نتایج کار دیگران استفاده کردیم. در واقع مشارکت اصلی این کار در شیوه‌ی به کارگیری این مدل‌های مختلف در کنار هم و ایجاد یک شیوه‌ی تعامل مناسبه.

مراحل الگوریتم

برای تست شیوه‌ی تعاملی که طراحی کرده بودیم یه پلاگین در نرم‌افزار figma که ابزار کار اصلی خیلی از طراحان گرافیکه طراحی کردیم که بهشون امکان می‌داد از روی یه طرح از پیش آماده در لحظه تعداد زیادی (حداقل ۱۲۰ تا) نسخه‌ی رنگ‌آمیزی شده رو بررسی کنند، پالت‌های مختلف رو فیلتر کنند و پالت‌های مطلوب خودشون رو ایجاد کنند، اون‌ها رو توی بوردشون در لحظه بازتولید یا recreate کنند و خودشون چرخه‌ی فرآیند طراحی رو تکرار کنند.

تصویری از پلاگین طراحی‌شده در محیط نرم‌افزار figma

ما این پلاگین رو با ۱۵ طراح مختلف تست کردیم و متوجه شدیم در معیارهای مختلف خلاقیت نتیجه‌ی طراحی نهایی با کمک پلاگین بسیار بهتر از حالت بدون اون بود. خود طراح‌ها هم از این‌که این ابزار امکان بررسی فضاهای مختلف رنگی رو با سرعت بیش‌تری براشون فراهم می‌کرد ابراز خرسندی کرده بودند. بعضی از رنگ‌آمیزی‌های انجام‌شده توسط پلاگین تست تورینگ رو هم پاس کردند که یعنی از چشم چندین طراح حرفه‌ای تفاوتی با رنگ‌آمیزی انجام‌شده توسط یکی از همکاراشون نداشته.

در نهایت خروجی کل پروژه در قالب یک مقاله توی کنفرانس IUI 2023 ارائه شد که توی این لینک قابل دسترسیه. مشارکت در این پروژه برای من تجربه‌ی مفیدی بود و در طول پروژه با ساختار و شیوه‌ی انجام یک پژوهش توی رشته HCI آشنا شدم. جنس بین‌رشته‌ای کار، مطالعه در فضای طراحی و استفاده از دانش کامپیوتری تو زمینه‌ای که به هنر مربوط می‌شد از جمله موارد جذاب پروژه برای من بود. اما به عنوان توصیه به کسانی مثل خودم که دنبال کارهای بین‌رشته‌ای می‌گردند دوست دارم این رو بگم که فراموش نکنید در هر پروژه‌ای مسئولیت شما یه چیز مشخصه؛ ممکنه کاری که می‌کنید با متریال هنری یا گرافیکی و… باشه اما واقعیت اینه که شما برنامه‌نویسید و به نظر خودم توی مجموعه‌ی تجربه‌ها و تلاش‌هایی که من برای نزدیک کردن علائقم داشتم (چه این پروژه، چه بازی‌سازی، چه طراحی موزه، چه پروژه‌های پژوهشی دیگه) این مهم‌ترین بینشی بود که پیدا کردم. نویسندگی، برنامه‌نویسی، مهارت‌های مدیریتی، فهم بصری و… همه عضله‌های مختلفی هستند که ما به حسب کار اصلی‌ای که در هر برهه انجام می‌دیم تقویتشون می‌کنیم و برای آدم‌هایی که میان دو دنیا زندگی می‌کنند رشد متوازن این عضله‌ها شاید مهم‌ترین مسئولیت باشه؛ حتی مهم‌تر از این‌که چه عنوان شغلی‌ای دارند.

دیوید گریفیث: آموزش و پژوهش در فیزیک

اکثر کسایی که دوره لیسانس فیزیک رو پشت سر گذاشتن قریب به یقین اسم گریفیث رو شنیدن. در خیلی از دانشگاه‌های دنیا کتاب‌های الکترومغناطیس و کوانتوم گریفیث رو برای دو ترم متوالی تدریس می‌کنند. همین‌طور کتاب آشنایی با ذرات بنیادی گریفیث نه تنها یکی از بهترین‌ منابع برای دانشجوی کارشناسیه که جزو اولین کتاب‌های آموزشیه که برای اون مخاطب نوشته شده. خلاصه که گریفیث شخص نام‌آشنایی هست در آموزش فیزیک.

دو سال پیش، پروژه تاریخ شفاهی امریکا مصاحبه‌ای با گریفیث کرد که مثل اکثر مصاحبه‌هاشون خیلی خوندنیه. برای من که همیشه برام آموزش مهم بوده و در دانشگاه‌های مختلف از تدریس بد آدم‌ها رنج بردم، دیدن نظرگاه کسی مثل گریفیث خیلی مهمه. بخش‌هایی که از این مصاحبه برام خیلی جالب بود رو اینجا می‌ذارم. اصل این مصاحبه در این نشانی در دسترسه.

گریفیث، مثل خیلی از فیزیکدون‌های دیگه از یک خونواده‌ای میاد که پدر و مادر هر دو استاد دانشگاه بودن اما نه فیزیک. خودش می‌گه به فیزیک علاقه‌مند شد چون که حس رهایی داشته:

I found it very liberating, and history very stifling. So, that, I think, is what confirmed me in physics. … I knew I was going to be a scientist and a physicist from a very early age for no terribly good reason.

در کل آقای گریفیث نکات قابل توجهی در مورد آموزش و پژوهش در فیزیک رو گوش‌زد می‌کنه و در کنارش هم ماجراهای جالبی تعریف می‌کنه. از این که وقتی جولیان شویینگر توی هاروارد بوده نمی‌ذاشته کسی جز خودش نظریه میدان‌های کوانتومی درس بده برای همین اون لکچرهای معروف سیدنی کلمن که امروز هم در دسترسه در واقع به زمانی برمیگرده که شووینگر از هاروارد رفته بوده.

Schwinger insisted that only he could teach quantum field theory. So, it was not until Schwinger left Harvard that Coleman was able to teach this now-famous course.

[with Carl Bender] We were both in the field theory course together, and after every lecture we would get to either his apartment or mine, and rewrite our lecture notes from Schwinger’s lectures, because they were brilliant. They were also very difficult, and we wanted to have perfect lecture notes for this course.

گریفیث تعریف می‌کنه که وقتی نتایج ابتدایی شتاب‌دهنده کمبریج منتشر شد، اونا با پیش‌بینی‌های نظریه الکترودینامیک کوانتومی تفاوت داشت. اون موقع، سر کلاس نظریه میدان شووینگر، کسی در مورد این مغایرت می‌پرسه و شووینگر در جواب میگه لابد واسنجیشون مشکل داره. سه چهار ماه بعد، وقتی که در کمبریج نتایج رو بازبینی می‌کنن متوجه میشن که با درست کردن واسنجی شتاب‌دهنده، داده‌های تجربی با نظریه هم‌خونی داره!

“What do you make out of the latest results out of the Cambridge Electron Accelerator?” And Schwinger, who was always irritated when somebody asked a question, sort of looked at his watch and said, “Well, I think they have problems with their calibration.”

به هر تقدیر شویینگر هم فیزیکدون تراز اولی بوده. آقا، همراه فاینمن برنده جایزه نوبل به خاطر کارشون روی الکترودینامیک کوانتومی شد. درس‌گفتار الکترومغناطیس شویینگر یکی از عمیق‌ترین و متفاوت‌ترین کتاب‌هایی هست که آدم می‌تونه برای عمیق شدن روی موضوعات مختلف بخونه. اما خب شخصیت شووینگر، بر خلاف فاینمن، بسیار ساکت و کمی تا قسمتی نامهربون بوده.

برای زندگی‌نامه شووینگر به این کتاب نگاه کنید.

ما در دانشگاه بهشتی هم از این داستان‌ها داشتیم که تا فلانی هست نباید بهمانی درس بیسار رو بده. مثل این‌که این ماجرا در محیط‌های خیلی حرفه‌ای هم بوده و هست. ولی خب اونجا رقابت بین غول‌ها بوده و اینجا بین آدم‌های دوپا. این ماجرا خیلی جالبه چون کلاس کلمن در هاروارد تبدیل به یکی از بهترین کلاس‌های درس میدان‌های کوانتومی میشه جوری که هنوز هم که هنوزه آدم‌های زیادی ویدیوهاش رو می‌بینند و درس‌گفتارهاش رو می‌خونند. خود کلمن هم فیزیکدون درجه یکی بوده که با این که زیاد علاقه‌ای به تدریس نداشته اما وقتی این کارو می‌کرده، به خوبی از پسش بر می‌اومده و تجربه کلاس درس برای دانشجوها خیلی خوشایند از آب در می‌اومده.

Tony Zee had gone to Coleman and said, “I would like to work with you. What would you suggest as a research problem?” And Coleman said, “If I had a research problem, I would work on it myself,” and sent him away.

گریفیث در مورد شلدون گلشو (برنده نوبل فیزیک همراه با عبدالسلام) می‌گه که:

He is an amazing guy with an idea every minute. Most of them garbage, but every once in a while, one that’s fantastic. He and Coleman made a perfect combination, because Coleman was the opposite. He could demolish any idea. You’d tell him some new idea, and he would immediately see ten flaws in it.

گریفیث که الان استاد بازنشسته کالج ریده، فضای رید رو به خاطر اولویت آموزش بر پژوهش خیلی دوست داره. با این‌که هاروارد بوده و فرصت‌ بودن در محیط‌هایی که بیشتر تمرکزشون روی پژوهش بوده رو داشته انگار تلاش کرده خودش رو از فضای رقابتی چاپ مقاله دور نگه داره و تمرکزش رو بذاره روی یادگیری.

I like to publish. I flatter myself that I publish when I think I’ve got something useful to say that would actually benefit somebody else. I’ve never felt, at Reed, obliged to publish because that’s part of my job or something.

موقعی که از دوران تحصیلش توی هاروارد می‌گه، اصلا از کیفیت کلاس‌های درس راضی نبوده:

My first two years at Harvard were a wasteland in physics, as far as quality of teaching is concerned. I had a lot of teachers there who frankly would not have lasted a semester at Reed, but they were fine at Harvard because they were, or had been, significant researchers or whatever.

The instruction at Harvard was so terrible, especially in the first two years, but actually even in the third year. I remember courses that were really awful. I did then encounter Ramsey, and he was great, and my senior year, Purcell. But learning physics was not a happy experience at that point for me. I liked the subject itself once I understood it, but I remember going to lecture after lecture and not understanding a word that this turkey
was talking about.

نکته خیلی مهمی که گریفیث اشاره می‌کنه اینه که وقتی کلاس درس به خوبی برگزار نشه خیلی از دانشجوها ممکنه فکر کنند که مشکل از اون‌هاست و خودشون رو سرزنش کنند که توانایی یادگیری ندارند، در صورتی که بیچاره‌ها گناهی ندارن و مقصر استاد درسه:

Now I can look back on it and say, that was just lousy instruction. It was not my fault.

But the process of learning with lousy instructors is grossly inefficient and unpalatable. I sometimes think that I learned the subject better at Harvard than most of the students at Reed learn the subject, either because I taught myself or I learned it from hashing things out with fellow students, or whatever.

خلاصه هر چیزی که یادگرفته از صدقه سر تمرین زیاد و پیگیری‌های خودش بوده نه کلاس‌های هاروارد.

It was not because the teaching was good, but precisely because I had to fight for it, I think I learned it ultimately better. That’s a horrible thing to concede for someone who’s devoted his life to teaching, but I think somehow, if it works, the sort of bad teaching method probably is effective and beneficial.

به گفته گریفیث، توی هاروارد اگر کسی هم احیانا خوب درس می‌داده بر حسب اتفاق بوده! انگار که اصلا خوب درس دادن توی خونشون بوده نه اینکه تلاشی بکنن. مثلا کسایی مثل سیدنی کلمن، نورمن رمزی و ادوارد پورسل معلم‌های خارق‌العاده‌ای بودن اما بر حسب تصادف نه چون هاروارد اون‌ها رو به خاطر تدریسشون ارتقا می‌داده یا این جور چیزها. البته گریفیث میگه ممکنه در دوره‌های بعد بهتر شده باشه چون وقتی پسرش میره هاروارد مثل اون شکوه و گلایه نمی‌کنه از اوضاع تدریس. اما خب به وضوح خیلی چیزها در این مقایسه متفاوته، از جمله نگاه گریفیث به امر یادگیری و آموزش.

مصاحبه با کلمن
https://history.aip.org/phn/11503018.html
سیدنی کلمن
نورمن رمزی
ادوارد پورسل

قریب به یقین شما اسم کتاب‌های دوره فیزیک برکلی رو شنیده باشید. اد پورسل کتاب الکترومغناطیس اون مجموعه رو نوشته. گریفیث معتقده که پورسل یکی از بهترین معلم‌هایی بود که در هاروارد داشته. گوشه ذهن من اما همیشه یک سوال باز بود که کتاب‌ پورسل خیلی خوبه ولی نه برای شروع. ولی همیشه خودم رو این جوری توجیه می‌کردم که خب لابد بچه‌هایی که هاروارد یا برکلی هستن خیلی بهتر از منن برای همینه که من احساس راحتی نمی‌کنم با کتاب پورسل. به عبارت دیگه، مشاهده من در دوران تحصیلم این بود که زمانی که دانشجوی لیسانس برای اولین بار درس الکترومغناطیس بر می‌داره خیلی حس راحت‌تری داره وقت کتاب گریفیث رو برای شروع انتخاب کنه تا پورسل. نکته جالب اینه که گریفیث هم به این مسئله اشاره می‌کنه! تعریف می‌کنه زمانی که معلم حل تمرین درس الکترومغناطیس پورسل بوده مدام این نکته رو به پورسل گوشزد می‌کرده که سطح این کلاس بالاتر از لیسانسه. اما خب، با این که خود پورسل هم شکایت‌های مردم رو می‌شنیده اونا رو مزخرف می‌دونسته و توجه نمی‌کرده:

Purcell is the greatest ever, but that’s at a more elementary level. … He had been getting complaints from people. They said, “That’s a beautiful book. Maybe you can use it for honors students at Harvard, but you can’t use it for most students.” And Purcell always said, “That’s nonsense. This book was written for every physics student.”

مشکل این نبوده که کیفیت کلاس درس بد بوده، یا بار ریاضیات کلاس پورسل زیاد بوده. نه! دانشجوی لیسانس در اون مقطع هضم مفاهیم فیزیکی رو جوری که پورسل درس میداده براش سخت بوده:

I went to every single one of his lectures, which were spellbinding. They were brilliant lectures, and his demonstrations were fantastic. … It’s not that it’s so sophisticated. Mathematically, it’s not very sophisticated, but physically, it’s very sophisticated. It’s very demanding of a student. The kind of student who wants to solve the problems by paging back and finding the relevant-looking formula, but not actually reading the chapter, it’s a hopeless book for them. You have to read some chapters two or even three times.

اما سرانجام یک بار که پورسل به دانشجوهای غیرممتاز درس می‌داده و گریفیث معلم حل تمرینش بوده، اعتراف می‌کنه که بله، این کلاس برای همه دانشجوها نیست. سنگینه! خلاصه با این که به نظر گریفیث کتاب پورسل خیلی خوبه، اما صادقانه بخوایم بگیم برای دانشجوی تازه وارد نوشته نشده. علت محبوبیت کتاب الکترومغناطیس گریفیث هم اینه که محتوای استاندارد خوش هضمی رو برای دانشجوی سال دو یا سه فراهم می‌کنه. هر چند که موفقیت کتابش برای خودش کمی فرای انتظارش بوده!

… Purcell’s is the greatest textbook — maybe the greatest textbook ever written on any subject in physics. But mine is much more standard, junior level. Maybe a little bit clearer, maybe a little bit more user friendly, but basically, I’ve been astonished at how successful that book has been. I don’t understand it, frankly.

در مورد نوع درس دادن مکانیک کوانتومی هم گریفیث نظرات قابل توجهی داره. مسئله این‌جاست که چون نظریه الکترومغناطیس (حتی الکترودینامیک) کماکان جزو حوزه کلاسیک فیزیک حساب میشه چندان تفاوت نظری وجود نداره که از چه مباحثی شروع به تدریس کنیم و به چه رویه‌ای پیش بریم. اما مکانیک کوانتومی این جوری نیست. کتاب‌های مختلف کوانتوم گاهی با سیر تاریخی پیدایش نظریه مکانیک کوانتومی پیش میرن و گاهی رهیافتی خیلی مدرن دارن.

اجزای اصلی یک آزمایش اشترن-گرلاخ.
آزمایش اشترن-گرلاخ’ آزمایشی در فیزیک است که نشان‌دهنده انحراف کوانتومی ذرات در میدان مغناطیسی است
این آزمایش نشان می‌دهد که الکترون‌ها ذاتاً ویژگی‌های کوانتومی دارند، و این که چه طور اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی روی چیزی که اندازه‌اش می‌گیریم تأثیر می‌گذارد.

یادمه اولین بار که درس مکانیک کوانتومی در بهشتی داشتیم، استاد ما با یک کتاب جدید به اسم مکینتایر اومد سر کلاس و خیلی خوش‌حال بود که این کتاب خیلی مدرن نوشته شده و فوق‌العاده‌س برای تدریس. کتاب مکینتایر در واقع نسخه کتاب ساکورایی بود برای دانشجوی لیسانس. یعنی ب بسم‌الله کتاب، آزمایش اشترن- گرلاخ و مسئله اسپین بود. نتیجه کلاس برای من چیزی نبود جز اتلاف وقت چون اصلا احساس یادگیری نمی‌کردم. بخشیش به خاطر استاد و عدم تسلطش به موضوع بود و بخش دیگه‌ش به رهیافت کتاب مکینتایر برمی‌گشت. کتاب ساکورایی کتاب خیلی خوبیه و دانشجوی تحصیلات تکمیلی زمانی باهاش روبه‌رو میشه که اصول رو یک بار در لیسانس دیده و مسیر تحول فکریش خوب ساخته شده. برای همینه که ساکورایی به جای مسیر تاریخی، با یک رهیافت مدرن شروع می‌کنه و قصه رو کلا جور دیگه بیان می‌کنه. جوری که صفحات تاریخ رو جابه‌جا می‌کنه و یک روایت جدید تعریف می‌کنه. اما برای دانشجوی لیسانس، درک مسئله اسپین، به عنوان یک مفهوم کاملا مدرن ساده نیست. چه طور میشه به کسی که شهود روزمره‌ش درگیر مسئله چرخش زمینه، اسپین رو توضیح داد و بگی این همونه فقط نمی‌چرخه؟! خلاصه من اون کلاس رو نرفتم و کتاب گریفیث رو شروع به خوندن کردم و همه چیز برام روشن شد.

How do I go into class on the first day and say, imagine a system in which there are only two possible states, or linear combinations of those two states, and having students look at me as though I was the man on the moon, or something?

When you’re coming out of classical mechanics, unless you go to something like classical optics and talk about polarization — that’s a system that has two different linear polarizations, and you can have linear combinations of those – but what’s the connection between that and mechanics? It’s awkward.

I can’t stand popularizations of quantum mechanics that love to say, well, a particle is neither a wave nor a particle. The electron behaves sometimes like one and sometimes like the other, and there’s no coherent way to picture it. I don’t like that because if somebody has not studied quantum mechanics, I think that it’s mumbo jumbo.

البته توضیح هم می‌ده که چرا روشی که خودش برای نوشتن کتاب مکانیک کوانتومیش پیش گرفته رو ترجیح می‌ده:

In the case of quantum mechanics, there are radically different ways of presenting the subject, and mine is one take on how to present quantum mechanics, the one that I happen to feel pedagogically most comfortable with.

Mine is based on position space quantum mechanics, wave functions, starting with the Schrödinger equation. I was determined that the Schrödinger equation would appear on the first page of my book, and it does. But the wave function, psi, lives in Hilbert space. It is mathematically a subtle and tricky kind of object, which you sort of sweep under the rug, but eventually it’s going to come up and bite you. … I’ve never dared to teach it that way myself because the motivational problem strikes me as being very, very tricky.

روش گریفیث در درس دادن فیزیک تلاش برای واضح بودن و از ساده به سخت رفتنه:

There’s no reason not to be as clear and as accessible as you possibly can. So, I’ve always, in teaching, favored the simplest possible way of explaining something. … Let’s start out with [ … something] very concrete and non-abstract, and then ascend to the higher levels of abstraction later in the subject, not at the beginning.

David J. Griffiths | Techfest 2012, IIT Bombay

به طور کلی اما گریفیث نسخه‌ای نمی‌پیچه که بهترین روش تدریس فیزیک چیه:

I do agree that there are lousy ways of teaching. I have already confessed that I experienced a good deal of that. I have theories about what makes for lousy teaching. I don’t know what makes for great teaching. I’ve seen lots of different great teachers, and I would hate to have to give you a prescription for what makes good teaching of physics. I was in some respects ambivalent

I learned very quickly in my teaching career that a lot of my students could think a whole lot better than I could, or at least a whole lot faster than I could. What I was doing is, I knew something, understood something about the physical world that they didn’t, and that they wanted to know.

So, my business as a teacher was not to teach them how to think, although in some vague, indirect sense, maybe that’s true, but I was going to explain things so that they would come to understand basic principles of physics. I have a very un-exalted notion of what my role as a teacher is: to explain things in as efficient and as appetizing a way as I possibly can.

So, my parents, again, subscribed a little bit to the notion that a teacher is sort of like a drill sergeant or a gymnastics instructor. Your business is to make these students jump through a bunch of flaming hoops or something. I don’t know; that sort of rubs me the wrong way. I’m trying to liberate students from perhaps incorrect intuitions, or simply from ignorance.

توی مصاحبه یک جایی گریفیث اشاره می‌کنه که یک رسمی عجیبی وجود داره که هر سال معلم‌ها و اساتید اشاره می‌کنن که آره کیفیت دانشجوها اومده پایین و قبلا این جوری نبود و اصلا دیگه کسی براش مهم نیست و از این حرفا. این خیلی عجیبه چون از زمان سقراط و ارسطو هم این حرف و نقل‌ها بوده و اگر واقعا همیشه کیفیت دانشجوها رو به زوال بوده قاعدتا نباید دیگه چیزی به ما می‌رسید. توجیه این ماجرا هم چیزی نیست جز فراموشکاری آدم‌ها و خطاهای شناختیشون!

It’s a sort of weird psychological phenomenon. You remember the wonderful students, and you blissfully forget the not so wonderful students. So, your memory is always a rosier past than the present.

به نکته‌ای گریفیث اشاره می‌کنه که خیلی به دل من نشست. حقیقت اینه که از وقتی که من اومدم دانشکده علوم کامپیوتر دانشگاه آلتو، به این مسئله زیاد فکر می‌کنم که چرا آدم‌ها این جا اصلا علاقه‌ای به صحبت کردن در مورد علم ندارن. اکثر آدم‌ها در مقطع تحصیلات تکمیلی همه تلاششون رو می‌کنن که در زمان‌های استراحت یا ساعات به اصطلاح خودشون غیر کاری راجع به علم – کارشون – صحبت نکنن. دلیلشون کمی قابل قبوله چون بالاخره استرس و فشار کاری زیاده و آدم‌ها تلاش می‌کنن خارج از کار، مفری برای آسودگی خاطر پیدا کنن. اما از طرف دیگه، به نظر من مهم‌ترین رکن یک محیط علمی، شور و اشتیاق آدمای اون موسسه به پرداختن به علمه!

… All liberal arts colleges claim that their students are very studious and academically committed and all that, but Reed is the only place, including Harvard, where I’ve found this to be actually true. I remember one of my first experiences at Reed was down in the locker room, in the gym. I’m a swimmer, so I was down there to go swimming, and realized that the student conversation in the locker room was all about their Hegel lecture that morning.

At Trinity, it was considered absolutely rude to talk about your classwork outside of class. In the lunch hall, you’re supposed to talk about fraternities and the progress of the football team, you know? But at Reed, everybody’s focus and attention were their academics. It’s a little bit overly precious sometimes, but it’s so much more refreshing, especially for a teacher, than the opposite.

گریفیث معتقده تعادل بین تدریس و پژوهش خیلی مهمه و دلیلی نداره که این همه موسسه با این حجم از پژوهشگر فقط در زمینه چاپ مقاله پیش‌تازی کنند.

First of all, I think, in general, the world would be a better place if about 75% of all publications had never been published, because there’s this, to me, childish emphasis on publication — publish or perish, you know?

People feel compelled to publish garbage, and they do. Most publications in physics, we would be better off if they had not been published. You say, well, everybody’s making an incremental change and improvement, or something like that. Well, that’s not true. What they’re doing is clouding the works, by and large.

Nicholas Wheeler, who’s, second to Coleman, the most brilliant physicist I’ve ever known. He does not publish and will not publish. He writes these incredible monographs. In the old days, he would literally calligraph them himself. Beautiful — he’s a genius at taking some subject in the literature, writing it up in his own words, so that what had been this convoluted, complicated, murky subject, and it comes out as this beautiful, crystal-clear thing in his hands. Nowadays he types them all, and they’re actually available on the web.

But he will not publish anything. Is it original? No, in a certain sense, it’s not. He’s taking something that’s in the literature, and as I say, cleaning it up. Polishing it. I think it’s not research. It’s not, at least, original research, but it is a contribution of the highest order. But it wouldn’t satisfy a modern dean — he wouldn’t have survived a year at a research university because he refuses to publish this stuff.

In the physics department at Reed, at least, we like to think of the senior thesis project as a research project in which the student is 100% in charge. This is a myth, but it’s a good myth. … we like to pretend that the student has input and ownership of all aspects of it.

در ضمن، آقای گریفیث چندان علاقه‌ای به ترویج علم به زبان ساده و چیزهای این شکلی نداره! میونه‌ش با کتابایی مثل تاریخچه زمان هاوکینگ خوب نیست و به نظرش اگه کسی می‌خواد چیزیو یادبگیره باید اصولی یادبگیره. وظیفه خودش رو در توضیح دادن چیزها به بهترین شکل می‌دونه اما در قالب حرفه‌ای نه کتاب قصه:

I don’t like popularizations of physics. Things like Hawking’s [A] Brief History of Time, that talk about physics but don’t actually teach you to do it, and I think very often give you a very misleading — you know, because they want to use intriguing terms, and precisely want you to be amazed by the physics rather than understand the physics. That kind of rubs me the wrong way.

I wanted to write a book that would be for non-science people, but teach them actually, with a little bit of nuts and bolts, about what’s going on in the subject. Not the speculative supersymmetry, but real, established physics. But because I don’t believe you can understand that stuff without doing occasional problems, I sprinkled through the book problems, and I was told right at the beginning, you put problems in there with numbers and equations, nobody’s going to read it. But I wanted it to be an honest introduction to the subject.

در مورد این که همه دارن برنامه‌‌نویس میشن!

زمانی که من بچه‌سال بودم، همه جا صحبت از مهندسی مکانیک بود. رایج بود که نون تو مهندسی مکانیکه. تبی که بعدش تبدیل شد به مهندسی برق. اون زمان هر بچه محصلی که درسش خوب بود بی‌ چک و چونه باید می‌رفت برق. جوری که تقریبا انتخاب اول همه رتبه‌های برتر کنکور برق خصوصا برق شریف بود. گاهی جامعه حتی بهت اجازه نمی‌داد که به چیزی جز مهندسی برق فکر کنی. برق فلان‌جا رو می‌زدی نشد یه جای دیگه، اگه باز نشد اون موقع یه رشته دیگه. حتی سال ۹۱ که من کنکور دادم هم از همه می‌شنیدم که چی؟! یعنی برقو نمی‌زنی؟! نکن! خلاصه که دوران عجیبی بود؛ هم از این جهت که دیوانگی من برای انتخاب فیزیک و بعدش ریاضی برای هیچکس پذیرفتنی نبود هم از این جهت که اصلا برق توی لیست انتخاب رشته‌م نبود و این یعنی عباس واقعا عقلشو از دست داده! البته عباس از اول عقلی نداشت که از دست بده. مردم به این توجه نمی‌کردند!

نکته جالب‌تر اینه که بعدا مردم مثلا می‌گفتن ببین فلانی برق خوند و الان فلان‌جاست! کجا؟ مثلا داره نوروساینس کار می‌کنه. عمده این آدم‌ها هم خب چون بازار کار مستقیمشون اشباع شده بود مجبور بودن یه راه دیگه برای ارتزاق پیدا کنند. تازه بعد می‌دیدی خیلی‌های دیگه هم که برق نخوندن همونجان دقیقا. منظورم اینه که این‌که طرف توی برق چهار تا انتگرال حل کردن یاد گرفته و بعدا هم مجبور شده کد توی متلب بزنه اسمش نیست مهندسی برق. اسمش هست حواشی رشته برق که تو اکثر مهندسی‌های دیگه و حتی علوم پایه هم پیدا میشه. بگذریم.

به هر تقدیر، اون دوران گذشت و تب برق هم خوابید. کم‌کم مردم شروع کردن درباره این صحبت کردن که ببینید اون‌قدرا هم درست نبود که همه رو تشویق کنیم برق بخونن! از این حرفا که درسته که باید رویه جامعه رو درک کنیم ولی خوب نیست که کورکورانه دنباله‌رو بازار باشیم. شبکه‌های اجتماعی هم پر شد از این حرفا. تا این‌که خیلی سوسکی همون جوانک‌هایی که در مذمت دنباله‌روی از رویه‌ها و این که نون کجا هست و این حرفا توییت‌ها می‌زدن و رساله‌ها در لینکدین منتشر می‌کردن، یک‌هو شروع کردن به این که آی ایهاالناس برنامه نویسی یادبگیرین و نون توی دیتا است و … . مثلا یکی از همین تجددگراهای همیشه جوگیر که هنوز کارشناسیش رو هم تموم نکرده بود توییت کرده بود که به بچه‌م قبل از هر چیزی پایتون یاد می‌دم. یعنی حتی چند ثانیه فکر نکرده با خودش که شاید پایتون در زمان بچه‌ش وضعیت الانو ممکنه نداشته باشه. بازار داده برای این آدم‌ها دقیقا آشتی‌زدایی کرد از ماجرای قدیمی «بچه‌م باید دکتر/مهندس بشه.» خلاصه کماکان سگ می‌زنه و گربه می‌رقصه!

این روزها که خبر میاد که شرکت‌های بزرگ فناوری مشغول به تعدیل/اخراج تعداد زیادی از کارمندهای خودشون هستن، باز در شبکه‌های اجتماعی همه با فخرفروشی خاصی مشغول به اشتراک گذاشتن گواهی‌نامه‌های تموم کردن دوره حلقه‌های تکرار و تابع در پایتون و هم‌رسان کردن دفترچه‌های ژوپیتر خوشگلشون هستن. این بد نیست لزوما! بله بنده هم درک می‌کنم که مهارت برنامه‌نویسی چقدر مهمه. اگر اجازه بدین باید بگم که کارم اینه! بد اینه که با همون ولع قبلی که برای عمران، مکانیک و برق تبلیغ میشد حالا داره تبلیغ میشه که همه دانشمند داده بشن. چه خبره واقعا؟!

یادمه وقتی تو شهر ما اولین آب‌اناری باز شد، به یک سال نکشید که چندین مغازه دیگه تغییر کاربری دادن به این شغل. اولش تنوع بود و رقابت. بعدش شد تکرار و بدبختی عمده‌شون. واقعا این همه برنامه‌نویس ده سال دیگه اگه بیکار بشن چیکار می‌کنند؟! این که فقط کد بزنیم که نشد کار! چه مهارت‌ها و توانایی‌های دیگه‌ای دارن که خودشون رو تو بازار کار از بقیه متمایز کنند؟! توی جامعه ما هنوز کسی که با کامیپوتر کار می‌کنه حس اینو داره که کار متشخصانه‌ای داره انجام می‌ده. احساسی که انگار مشغول انجام دادن یک کار رده بالا است. کاری که افراد کمی در جامعه قادر به انجامش هستند. در جامعه طبقاتی ما که احترام آدم‌ها عمدتا به رده شغلی و لباس تنشونه، به نظرم خیلی زود مردم همگرا میشن به این ایده که برنامه‌نویسی هم شبیه به کار ساختمونه. اون موقع جوان‌های برنامه‌نویس دیگه اونقدرا که فکر می‌کنند «کول» حساب نمی‌شن.

بله من متوجه هستم که در شرایط کنونی، یادگیری این چیزها به لطف اینترنت خیلی آسون‌شده و دست کم فرصت‌های شغلی مختلفی برای آدم‌ها ایجاد کرده. خودم هم هزارتا پسرخاله و دخترعمو می‌شناسم که به لطف یادگیری پایتون الان سر کار هستند. همین‌طور متوجه این هم هستم که در کنار دانشگاه راه آسون مهاجرت دست به کیبورد شدنه. بله بله بله! همه این‌ها رو می‌دونم. اینو هم می‌دونم که الآن یه سطحی از برنامه‌نویسی شبیه حسابان و جبر خطی شده، ولی نه فقط برای علوم پایه. عملا برای همه. اگه تو مدرسه یا اوایل دانشگاه یه چیزی که به کار ملت بیاد رو خوب درس بدن، همه‌ی این نیازها مرتفع می‌شه.

همه حرفم اینه که به نظر می‌رسه ولع زیادی هم در دنیا و هم در ایران هست برای این‌که کل جامعه به این سمت حرکت کنه. این به خودی خود آفت‌های زیادی میاره. در آینده بخش زیادی از این نسل که قاطی این گله به چراگاه‌های خوبی رفتن متوجه میشن که دیگه زمین سبزی وجود نداره! و این هم برای جامعه بده هم برای آدم‌ها. این وسط فقط غول‌های فناوری پول‌دارتر میشن و نیروهای بهتری رو با قیمت کمتری جذب می‌کنند. باز بگم که من با این حرف موافقم که هر کسی برنامه‌نویسی یاد می‌گیره قرار نیست Software Engineer یا Data Scientist بشه. خودتون لب مطلب رو بگیرین دیگه!

لطفا دست بردارین از سر بچه‌های ما!