برگزیدگان جایـزه مصطفی (ص) 2021

از باغ وفا تا هاروارد

پروفسور کامران وفا از نمای نزدیک

در افسانه‌ها آمده سیبی که بر سر نیوتن افتاد الهام‌بخش صورت‌بندی قوانین گرانش توسط او شد. فارغ از حقیقتی که در پس این افسانه نهفته است، این داستان بیشتر به کنجکاوی مربوط می‌شود تا خوش‌اقبالی. همان‌طور که آلبرت آینشتاین زمانی گفت «نکتهٔ مهم آن است که دست از پرسشگری برنداریم. وجود کنجکاوی بی‌دلیل نیست.» هرچه باشد، چنین لحظه‌ای به احتمال زیاد برای همه اتفاق افتاده همان‌طور که برای کامران وفا، استاد کرسی هالیس ریاضیات و فلسفهٔ طبیعی در دانشگاه هاروارد، اتفاق افتاده است. او به یاد می‌آورد که «وقتی ۷ یا ۸ ساله بودم، با خودم فکر می‌کردم که چرا ماه روی زمین نمی‌افتد.»

هیچ کس به این پرسش او پاسخ نداد، اما خودش می‌گوید که این مهم نبود. «آنچه آزارم می‌داد این نبود که نمی‌توانستم پاسخ خوبی پیدا کنم، بلکه این بود که این مسئله برای هیچ کس دیگری مطرح نبود.» شاید، به دلیل همین دانستن ارزش افراد حیرت‌زده است که وفا تصمیم گرفت بخش نقدی جایزهٔ مصطفی(ص) را برای کمک به کسانی اهدا کند که به چنین پرسش‌هایی می‌اندیشند. او از بنیاد علم و فناوری مصطفی(ص) خواسته تا کل پاداش مالی جایزه‌اش را صرف سرمایهٔ اولیه برای ایجاد یک پژوهشگاه بین‌المللی فیزیک بنیادی در ایران کند.

البته او یکی از معدود کسانی است که حس کنجکاوی و شگفتی‌اش را در تمام طول عمر خویش زنده نگهداشته است. او هرگز از طرح پرسش‌های دشوار دربارهٔ ماهیت جهان دست نکشیده و همچون دوران کودکی‌اش کنجکاو باقی مانده است. او می‌گوید «از کجا آمده‌ایم؟ قوانین بنیادی طبیعت چیست؟ چیزها از چه ساخته شده‌اند؟ آیا می‌توان برای هر چیز توصیف ساده‌ای داشت؟ اینها از آن نوع پرسش‌هایی هستند که مرا به سوی علم کشاند.»

اکنون وفا در چهارمین دههٔ کار حرفه‌ای خویش سرگرم کشتی گرفتن با چالش‌انگیزترین پرسش‌ها دربارهٔ بنیادهای واقعیت است، پرسش‌هایی درباره ماهیت گرانش و ماده در بنیادی‌ترین سطح. او، به عنوان یک نظریه‌پرداز پیشگام در حوزهٔ ریسمان، هنوز هم به نوعی در جست‌وجوی پاسخ پرسش‌های کودکی‌اش دربارهٔ ماه است، اما با رویکردی که ریشه در دوران کودکی و آموزش اولیه‌اش نیز دارد.

***

وفا روزی که معلمش، خانم صدیقی، برای نخستین بار در کلاس سوم ابتدایی مفاهیم ارتفاع، عرض و عمق را به آنها آموخت را به وضوح به یاد می‌آورد. «یادم می‌آید که از خودم پرسیدم چرا دقیقاً فقط سه تا از این‌ها داریم؟ چرا تعدادشان بیشتر یا کمتر از سه نیست؟ به عبارت دیگر، با همان شیوهٔ ابتدایی‌ام، در حیرت بودم که چرا فضا سه‌بعدی است.» از قرار معلوم سه بعد هرگز برای وفا کافی نبوده، نه در کودکی و نه  اکنون. سال‌ها بعد، اتفاقاً او بود که نظریهٔ F را بنا گذاشت؛ شاخه‌ای از نظریهٔ ریسمان با ۱۲ بُعد.

تعیین‌کننده‌ترین ویژگی نظریهٔ F زبان هندسی آن است که آن را به چارچوبی بسیار نیرومند تبدیل کرده است. نظریهٔ F به پژوهشگران کمک کرده هر چیزی را کاملاً هندسی توصیف کنند. به نظر می‌رسد که هندسه کنج شخصی و اختصاصی وفا است، شهر زادگاهی که تمام کوچه پس‌کوچه‌هایش را می‌شناسد. از همان دوران دبیرستان، از خواندن هندسه واقعاً به هیجان می‌آمد. اینکه استباط‌های منطقی ساده از اصول موضوعهٔ اقلیدسی می‌تواند خواص دایره‌ها و مثلث‌ها را روشن کند، برایش لذت‌بخش بود. می‌گوید «اینکه می‌توان برای حل یک مسئلهٔ هندسی دشوار خطی کمکی کشید برایم مثل یک بازی جالب بود. در دبیرستان اوقات خوش بسیاری را با دوستانم صرف اثبات گزاره‌های هندسی می‌کردیم.» اما زمانی که دانش‌آموز دبیرستانی بود، هرگز گمان نمی‌کرد که در آینده دانشمند شود. او می‌گوید «در آن زمان، تلاش برای دانشمند شدن، هدف‌گذاری چندان بلندپروازانه‌ای برای شغل آینده به شمار نمی‌آمد!‌ بعدها و در دانشگاه بود که عشق من به علم وادارم کرد تصمیم بگیرم بر ریاضی و فیزیک و سرانجام در دورهٔ تحصیلات تکمیلی عمدتاً بر فیزیک متمرکز شوم.»

وفا در نخستین سال‌های دبیرستان و هنگامی به علم علاقه‌مند شد که دید یکی از پسرعموهایش دارد تکالیف فیزیکش را در سال آخر دبیرستان انجام می‌دهد. به یاد می‌آورد که «او داشت محاسبات را روی یک برگ کاغذ انجام می‌داد، و من از او پرسیدم دارد چه کار می‌کند. برایم توضیح داد که با این محاسبه سعی می‌کند بفهمد اگر توپی را با زاویه و سرعتی معین به هوا پرتاب کنید کجا به زمین خواهد خورد.» وفا از اینکه می‌توان با استفاده از ریاضی به چنین پرسشی پاسخ داد حیرت‌زده شد. اینکه می‌توان با استدلال منطقی پیش‌بینی کرد برای اشیائی که در اطراف ما در حرکت‌اند چه اتفاقی می‌افتد. او می‌گوید «این ارتباط میان اندیشهٔ محض، به شکل ریاضیات، و کاربرد آن در تبیین واقعیت، همان چیزی بود که تأثیری بلندمدت بر ذهن من گذاشت.»

***

وفا به دبیرستان خوش‌نام البرز در تهران رفت. این بخشی از زندگی‌اش است که در آن اطرافیانش در مسیری که سرانجام برای پیشه‌اش برگزید نقش مهمی ایفا کردند. او می‌گوید «در آن دوران که ضمن آموختن درس‌های جدید بزرگ می‌شدم، همکلاسی‌هایم در دبیرستان البرز، مدیر آن دکتر [محمدعلی] مجتهدی، و دبیران دیگر تأثیر مهمی بر من گذاشتند.»

وفا به خاطر آثار نوآورانه و تحول‌آفرینش در زمینهٔ نظریه ریسمان و فناوری ریاضی لازم برای تحقیق در این رشته از شهرتی جهانی برخوردار است. او یکی از بنیانگذاران انقلاب دوگانی در نظریهٔ ریسمان است که به درک ما از قوانین بنیادی جهان شکلی دوباره بخشیده است. رسیدن به چنین موقعیتی به چیزی بیش از کنجکاوی و اشتیاق نیاز دارد. وفا همیشه شخص سخت‌کوشی بوده است. در اواخر دبیرستان شروع به مطالعهٔ نظریهٔ ماکسول در الکتریسیته و مغناطیس از دید خودش کرد. سپس نظریهٔ نسبیت خاص آینشتاین را خواند که در آن زمان به نظرش باورنکردنی می‌آمد. می‌گوید «پدیده‌هایی همچون انقباض طول یا اتساع زمان، که نظریهٔ آینشتاین پیش‌بینی می‌کرد، از یک طرف دود از کلهٔ آدم بلند می‌کرد و از طرف دیگر کاملاً جادویی بود.» درواقع، بسیاری از ایده‌های نسبیت خاص را می‌توان با هندسهٔ اقلیدسی به تصویر کشید. این افکار جذاب با علاقهٔ او به هندسه کاملاً جور بودند.

در سال ۱۹۷۷ (۱۳۵۶) وفا به دانشگاه صنعتی ماساچوست (ام‌آی‌تی) در آمریکا رفت و از آنجا مدرک کارشناسی دورشته‌ای در ریاضی و فیزیک گرفت. برای تحصیلات تکمیلی راهی پرینستون شد و در سال ۱۹۸۵(۱۳۶۴) مدرک دکتری‌اش را از آنجا در فیزیک گرفت. سپس به دانشگاه هاروارد پیوست و بیش از سه دهه استاد فیزیک آن بوده است. در سال ۲۰۱۸(۱۳۹۷) در گروه فیزیک دانشگاه هاروارد رسماً به عنوان استاد کرسی هالیس در ریاضیات و فلسفهٔ طبیعی منصوب شد. این کرسی استادی که در سال ۱۷۱۲ ایجاد شده دومین کرسی قدیمی در هاروارد و قدیمی‌ترین کرسی علمی در تمام ایالات متحد آمریکا است. کامران وفا پانزدهمین دارندهٔ این کرسی در طول تاریخ بیش از ۳۰۰ سالهٔ آن است.

***

کامران وفا به هنر، موسیقی، شعر، فرهنگ و فلسفه علاقه‌مند است، به شرط آنکه سرگرم فیزیک نباشد. او می‌گوید «گوش دادن به موسیقی و به‌ویژه موسیقی ایرانی برای من بسیار آرام‌بخش و الهام‌بخش است.» برنامهٔ روزانه‌اش برای شنا نیز به عنوان فرصتی برای شناوری آزادانه، چنانکه گویی در فضای بیرونی به سر می‌برد و بی هیچ محدودیتی دربارهٔ همه چیز و شاید «نظریهٔ همه چیز» فکر می‌کند، به توازن فکری او کمک می‌کند. اما به گفتهٔ خودش، بیش از هر چیز از گذراندن وقت با خانواده و دوستانش لذت می‌برد. بر این باور است که انسانیت، مهربانی، و پیوند با خانواده و دوستان جنبه‌هایی از زندگی هستند که او بیش از هر چیز مغتنم می‌شمارد. می‌گوید «خوش‌بخت بودم که در مجتمعی خانوادگی در شمیران زندگی می‌کردم و اطرافم را خویشاوندان، طبیعت، درختان بلند و محیطی آرام فرا گرفته بود. داستان‌های جالبی را به یاد می‌آورم که مادربزرگم هنگام گردش در این مجتمع خانوادگی، که باغ وفا نام داشت، برایمان تعریف می‌کرد. منظرهٔ زیبای کوه‌های البرز آن‌طور که در کودکی به چشمم می‌آمد در ذهنم نقش بسته است، و هنوز هم فکر کردن به آن، خاطرات خوش گذشته را در ذهنم زنده می‌کند. خیلی خوش‌بخت بوده‌ام که کودکی بسیار شادی را پشت سر گذاشته‌ام و توسط پدر و مادری مهربان و دلسوز بزرگ شدم، با دو برادر حمایت‌گر و بامزه، یکی بزرگ‌تر و یکی کوچک‌تر.»

وفا معتقد است که افراد بسیاری، از پدر و مادرش گرفته تا دوستان و دبیران و استادانش نقش سرنوشت‌سازی در زندگی و کار حرفه‌ای‌اش بازی کرده‌اند. «اما اگر قرار باشد یک نفر را جدا کنم، شاید او همسرم آفرین صدر باشد که بیشترین تأثیر را در شکل‌گیری هویت امروزی‌ام داشته. و البته فرزندانم، فرزان، کیان، و نیکان، که همیشهٔ منبع الهام من بوده‌اند.» 

همه تحت لوای یک قانون

چطور پروفسور کامران وفا و دیگر نظریه‌پردازان ریسمان در پی تحقق رویای آینشتاین تا آستانه گسست مرزهای فیزیک پیش می‌روند

آینشتاین چهار دهه پایانی عمرش را بی هیچ موفقیتی صرف رویای وحدت بخشیدن به نظریه نسبیت عام و مکانیک کوانتومی کرد. او در سخنرانی مراسم دریافت جایزه نوبل‌اش در سال 1923 می‌گوید «اندیشمندی که در پی یک نظریه یکپارچه است نمی‌تواند به این فرض بسنده کند که دو میدان وجود دارد که به ذات به‌کلی مستقل از یکدیگرند.»

این رویا سال‌ها است که به جام مقدس فیزیک تبدیل شده است، رویای یک «نظریه همه‌چیز» یا آنطور که برخی فیزیک‌دانان می‌پسندند، «نظریه نهایی». با اینکه امروز نیز کم‌وبیش اوضاع همچنان به همان منوال است اما بسیاری از فیزیک‌دانا باور دارند اکنون مسیر درست رسیدن به آن رویا را می‌دانند: نظریه ریسمان. کامران وفا می‌گوید «این تنها نظریه‌ای است که ناسازگاری نظریه نسبیت عام آینشتاین با دنیای میکروسکوپی مکانیک کوانتومی را برطرف کرده است.»

وفا، فیزیک‌دانی پیشرو که به واسطه کارهای پیشگامانه‌اش در نظریه ریسمان شهرت جهانی دارد، درست به اندازه آینشتاین در پی تحقق این رویا بوده است. به گفته او «من از ابتدای تحصیلات دانشگاهی‌ام در میانه دهه 1980 در دانشگاه پرینستون روی نظریه ریسمان کار کرده‌ام، و بی‌وقفه آن را تا به امروز ادامه داده‌ام.» او باور دارد نظریه ریسمان «بنیادی‌ترین نظریه جهان است. و اینکه آیا نظریه نهایی است یا اینکه آیا اساسا چیزی به عنوان نظریه نهایی وجود دارد، هنوز روشن نیست.»

***

2500 سال پیش، امپدوکلس، فیلسوف یونانی، در اثر بزرگش، در باب طبیعت، این‌طور فرض می‌کند که همه‌چیز از چهار عنصر تشکیل شده است: خاک، آب، باد، و آتش. او باور داشت این عناصر یا آنطور که او می‌نامید، ریشه‌ها، به واسطه دو نیروی متضاد حرکت می‌کنند؛ عشق و نفرت. آن زمان همه چیز با این چهار عنصر و دو نیرو تبیین شده بود. چقدر خوب بود؟ با این حال به نظر می‌رسد این آخرین باری بود که ما یک نظریه همه‌چیز داشتیم.

آن نظریه دوام چندانی نیافت و تنها یک قرن بعد نتوانست تنوع مواد بنیادینی که کیمیاگران پیدا کرده بودند را توضیح دهد. جست‌وجو برای مواد بنیادی تا جایی پیش رفت که در قرن هجدهم شیمی‌دانان جدولی با نزدیک به 100 عنصر را ترسیم کردند. با این حال با کشف اتم و ساختار درونی‌اش‌، عصر فروکاست‌گرایی مدرن آغاز شد.

در پایان قرن نوزدهم، فیزیک‌دانان در تلاش برای تبیین اینکه چرا اتم‌ها نور را تنها در طول‌موج‌های معینی گسیل می‌کنند یا نشر می‌دهند، مکانیک کوانتومی را به وجود آوردند. سپس آینشتاین در سال 1905 با نظریه نسبیت خاص برای ادغام فضا و زمان، وارد میدان شد و یک دهه بعد نظریه نسبیت عام را برای ادغام نسبیت خاص با گرانش مطرح کرد. در ادامه کوشش‌های فیزیک‌دانان برای رفع تناقض میان مکانیک کوانتومی و نسبیت خاص منجر به موفقیت چشمگیری در ارائه الکترودینامیک کوانتومی شد.

با ظهور ماشین‌های برخورد‌دهنده‌ ذرات که از انرژی کافی برای کاوش نیروی هسته‌ای برخوردار بودند، فیزیک‌دانان دروازه یک باغ وحش ذره‌های زیراتمی را گشودند، که در روند وحدت‌بخشی فیزیک یک عقب‌نشینی مختصر بود. با این حال، به زودی دریافتند که بیشتر آنها در واقع ذره‌های مرکب بودند که از 25 ذره بنیادی تشکیل شده‌اند و سه برهم‌کنش بنیادی بر آنها حاکم است: الکترومغناطیسی، هسته‌ای ضعیف، و هسته‌ای قوی. روند وحدت‌بخشی داشت غوغا به پا می‌کرد.

اما نقطه اوج واقعی داستان وقتی فرارسید که فیزیک‌دانان موفق شدند از طریق یک وحدت باشکوه، موسوم به برهم‌کنش الکتروضعیف، نیروی هسته‌ای ضعیف، که عامل واپاشی رادیواکتیو است، را با نیروی الکترومغناطیسی ادغام کنند. این وحدت به حدی درخشان بود که همه متقاعد شده بودند گام معقول بعدی باید یک «نظریه وحدت بزرگ» (GUT) باشد که هر سه برهم‌کنش بنیادی را دربر می‌گیرد.

در تمام آن سال‌های سرشار از پیروزی تا به امروز، نسبیت عام همواره به شکل یک دردسر عظیم باقی ماند. این نظریه به هیچ وجه حاضر نیست به ادغام دوستانه با مدل استاندارد ذرات بنیادی تن در دهد. در طول 80 سال گذشته، فیزیک‌دانان حتا نتوانستند یک نسخه کوانتومی از گرانش بسازند، چه رسد که آن را با سایر برهم‌کنش های بنیادی در قالب یک نظریه همه‌چیز ادغام کنند. اکنون، در پایین‌ترین سطح بنیادهای فیزیک، دو نظریه بی‌نهایت موفق اما ناسازگار با هم داریم: مدل استاندارد که دنیای میکروسکوپی را توضیح می‌دهد و نسبیت عام که جهان را در بزرگ‌ترین مقیاس‌هایش تبیین می‌کند.

***

نظریه ریسمان در ابتدا برای توصیف برهم‌کنش هسته‌ای ضعیف به وجود آمد، اما نظریه دیگری – کرومودینامیک کوانتومی – این وظیفه به نحو شایسته انجام داد. در میانه دهه 1970، فیزیک‌دانان متوجه شدند که ریسمان‌ها، با وجود سرآغاز ننگین‌شان، ویژگی هیجان‌انگیزی دارند و انگار نیرویی بین‌شان رد‌وبدل می‌شود که درست شبیه گرانش است.‌ به این ترتیب ریسمان‌ها این بار به عنوان ایده نوید‌بخشی برای بسط یک نظریه همه‌چیز احیاء شدند.

وفا می‌گوید نظریه ریسمان مبتنی بر این فرض است که «جوهرهای بنیادی ماده، ذره‌های نقطه-مانند مثل الکترون‌ها نیستند بلکه چیزهای بسط‌یافته‌ای شبیه ریسمان هستند.» بر اساس این نظریه، این زیرساختارهای ریسمان-مانند باید ساکن دنیایی باشند که ابعادش خیلی بیشتر از سه تا است. برای پیدا کردن این ابعاد اضافه به خودتان زحمت ندهید؛ اندازه آنها محدود است به اصطلاح به حدی «فشرده‌اند» (compactified) که نمی‌توانیم آنها را ببینیم. نسخه‌های ابتدایی نظریه ریسمان برای حفظ انسجام ریاضیاتی‌شان به یک فضا-زمان 26 بعدی نیاز داشتند که در ادامه با معرفی «ابرتقارن»، این تعداد به 10 بعد کاهش یافت. به گفته وفا «نظریه ریسمان در موقعیت‌هایی بهتر درک می‌شود که ما تقارنی موسوم به ابرتقارن داریم. ابرتقارن این فرض را مطرح می‌کند که تمام ذره‌ها به صورت جفتی هستند: به ازای هر بوزون یک فرمیون وجود دارد.»

در میانه دهه 1980، پنج نظریه ریسمان وجود داشت که همگی 10-بعدی و ابرمتقارن بودن، و همه آنها گراویتون (ذره فرضی حامل برهم‌کنش گرانش) را نیز شامل می‌شدند. سپس در میانه دهه 1990، گروهی از فیزیک‌دانان، به‌ویژه ادوارد ویتن (E.Witten)، یکی از بزرگ‌ترین نام‌ها در تاریخ نظریه ریسمان و استاد راهنمای رساله دکترای وفا در دانشگاه پرینستون در سال 1985، یک نظریه 11-بعدی موسوم به نظریه M را معرفی کردند که تمام نسخه‌های ابتدایی نظریه ریسمان را دربر می‌گرفت. با این حال نظریه M ایرادهایی داشت و در ادامه نتوانست انتظارات را برآورده کند. کاستی‌هایی از این دست وفا را بر آن داشت که «فشرده‌سازی‌های» جدیدی از نظریه ریسمان از جمله نظریه F (نخستین بار در سال 1996) را توسعه دهد. البته هدف نظریه F رفع مشکلات نظریه M نبود. در واقع وفا با معرفی نظریه F، گوشه دیگری از چشم‌انداز ریسمان – متفاوت از آنچه در نظریه M مطرح شد – را تبیین کرد که در ادامه معلوم شد از اهمیت فراوانی برخودار است.

در نظریه ریسمان، فشرده‌سازی‌های متفاوت منجر به راه‌حل‌های متفاوتی می‌شود؛ که هریک جهان یکتایی با مجموعه یکتایی از ذرات بنیادی و برهم‌کنش‌های بنیادی را توصیف می‌کند. مجموعه این راه‌حل‌های ممکن که به آن «چشم‌انداز» گفته می‌شود ‌بی‌اندازه بزرگ است. عموما باور نظریه‌پردازان ریسمان این است که تعداد راه‌حل‌ها 10500 است اما می‌تواند به شکل جنون‌آمیزی بالاتر (10272000) باشد.

برخی نظریه‌پردازان ریسمان تلاش کرده‌اند با ربط دادن این نظریه به ویژگی‌های شناخته‌شده – ذرات و برهم‌کنش‌های بنیادی – جهانی که در آن زندگی می‌کنیم ، به جنگ مسأله چشم‌انداز بروند. اما طی دو دهه گذشته، نظریه F به فیزیک‌دانان امکان داده که رویکرد متفاوتی را در پیش بگیرند. وفا نشان داد که «چطور ویژگی‌های توپولوژیک و هندسی ابعاد اضافی در نظریه ریسمان می‌تواند به عنوان ویژگی‌های فیزیکی موجود در ابعاد مشاهده‌شده تعبیر شود.» در واقع نظریه F به پژوهشگران کمک کرد همه‌چیز را به صورت کاملا هندسی توصیف کنند. به این ترتیب آنها برای آنالیز روش‌های گوناگون فشرده‌سازی ابعاد اضافی در نظریه F و یافتن راه‌حل‌ها، عملا می‌توانند از تکنیک‌های جبری در مواجهه با مسأله‌های هندسی استفاده کنند. زبان هندسی، همان ویژگی کلیدی نظریه F است که آن را به چارچوبی بسیار قدرتمند تبدیل کرده است.

مشارکت وفا در این حوزه به نظریه F محدود نمی‌شود؛ او در مورد جنبه‌های فرمی نظریه، ازجمله کشف «تقارن‌های دوگان»، نیز پژوهش کرده است. در میانه دهه 1990، وفا و همکارش، اندرو استرومینگر (A.Strominger)، نشان دادند که انتروپی سیاه‌چاله‌ها – طبق آنچه توسط بکنشتاین و هاوکینگ پیش‌بینی شده –  را می‌توان از منظر عمیق‌تری در نظریه ریسمان و به عنوان اجرام درهم‌پیچیده به دور ابعاد اضافی در فضا استنتاج کرد. از این یافته به عنوان نخستین اثبات صریح اصل تمام‌نگاری در یک نظریه هم‌آورد نظریه گرانش کوانتومی یاد می‌شود. به گفته وفا «این یکی از نخستین تایید‌های غیر-بدیهی نظریه ریسمان بود که اهمیت بعدهای اضافی و همچنین اهمیت ماهیت بسط‌یافته اجرام بنیادی در نظریه ریسمان را نشان داد.»

***

وفا در سال‌های اخیر برنامه‌ای موسوم Swampland را آغاز کرده است که نشان می‌دهد چطور قید انسجام گرانش کوانتومی محدودیت‌های شدیدی را بر نظریه‌های کوانتومی منسجم اعمال می‌کند. اصطلاح Swampland که او در سال 2005 باب کرد، در واقع به آن دسته از نظریه‌های فیزیکی اشاره دارد که با نظریه ریسمان سازگار نیستند. وفا مفهوم Swampland را به عنوان روشی پیشنهاد داد که فیزیک‌دانان بتوانند به کمک آن وارد چشم‌انداز بی‌نهایت وسیع راه‌حل‌ها شوند و بخش بزرگی از آن را به عنوان نظریه‌های فاقد انسجام فیزیکی کنار بگذارند. وفا معتقد است با وجود وسعت بسیار زیاد چشم‌انداز راه‌حل‌ها، راه‌حل یکتایی وجود دارد که با جهان ما مطابق است. به گفته او «شرط می‌بندم که دقیقا یکی هست، اما پیدا کردنش کار آسانی نیست.»

نظریه ریسمان اغلب با این نقد مواجه می‌شود که صرفا نتایج ریاضیاتی انتزاعی ارائه می‌کند و هیچ پیش‌بینی سنجش‌پذیری ندارد. وفا می‌پذیرد که شدت دشواری‌های فنی‌ای که برای ربط دادن نظریه ریسمان به آزمایش، باید بر آنها غلبه کرد بسیار فراتر از آن است اکنون قابل رفع باشند. اما «این نباید به عنوان یک نقطه‌ضعف در روند توسعه نظریه ریسمان دیده شود» به باور او «پیشرفت نظری به دست آمده در نظریه ریسمان یکی از برجسته‌ترین دستاوردها در تاریخ علم است.» با این حال او می‌گوید «البته هنوز به درک عمیق‌تری از چیستی نظریه ریسمان نیاز داریم، و این مستلزم دهه‌ها پیشرفت است. وقتی گرد‌وغبار فرو بنشیند، به جایی می‌رسیم که احتمالا بسیاری از شاخه‌های فیزیک و ریاضی دستخوش تحول‌های انقلابی خواهند شد.» 

جست‌وجوی زیبایی‌شناسی در حرکت الکترون‌ها

پروفسور محمد زاهد حسن از نمای نزدیک

پروفسور زاهد حسن، فیزیک‌دان دانشگاه پرینستون، با استفاده از تجهیزات سنکروترون آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارتت انرژی آمریکا، مشغول بررسی یک ماده ترموالکتریکی حاوی بیسموت بود که دریافت شد چیزی دارد در چگونگی رفتار الکترون‌ها درون این ماده دخالت می‌کند. او و گروهش متوجه شدند که بیش از یک دهه پیش نیز طی آزمایش مشابهی همین تداخل غیرعادی را در همین ماده مشاهده کرده بودند.

در نگاه نخست این تداخل را به چشم یک مشکل می‌دیدند. با این حال، پس از انجام آزمایش‌های بیشتر و کسب درک نسبی از بحث‌های نظری مربوط به مشاهدات گروهش، حوالی سال 2007 حسن متوجه شد که این انسداد در واقع یک کشف جدید بود: عایق توپولوژیک. کشف پیشگامانه‌ای که در ادامه جرقه انقلابی را در علم مواد کوانتومی زد که تا به امروز ادامه دارد و سرانجام روزی می‌تواند منجر به ظهور نسل‌های جدیدی از فناوری‌ها و ادوات الکترونیکی شود.

حسن در تلاش برای به دست آوردن بینش نظری مربوط به این اثر سراغ برخی فیزیک‌دانان نظری از جمله یک استاد همکارش در پرینستون، دانکن هالدین، رفت و موضوع را با آنها در میان گذاشت. به گفته حسن «در آن زمان از پیش‌بینی‌های مربوط به این موضوع اطلاعی نداشتم.» در خلال بحث‌های آنها در مورد کارهای نظری معلوم شد قدمت برخی از بحث‌های نظری مربوط به این مساله به چند دهه پیش برمی‌گردد. با این حال، آن کارهای نظری سرنخ چندانی به دست نمی‌دادند که چطور می‌توان این اثر را در موادی پیدا کرد که چنین پدیده‌ای در آنها بروز می‌کند‌. حسن متوجه شد تنها راه مواجهه با این مساله رویکردی است که از ترکیب سه حوزه نظریه کوانتومی، فیزیک ذرات و ریاضیات پیچیده به دست می‌آید.

در سال 2016، هالدین و دو فیزیک‌دان دیگر به خاطر کشف‌های نظری‌شان در زمینه فازهای توپولوژیک ماده جایزه نوبل فیزیک را از آن خود کردند. موقع اعلام رسمی جوایز نوبل آن سال، هالدین گفت که در نخستین مقاله‌اش در مورد چنین موادی خاطرنشان کرده بود که «به احتمال زیاد این ماده چیزی نیست که کسی بتواند آن را بسازد.» به گفته او «کار من مدت‌ها به عنوان یک اسباب‌بازی سرگرم‌کننده به کناری مانده بود – هیچ‌کس به درستی نمی‌دانست با آن چه کند.» در مقاله توضیحی برای معرفی اثر برنده آن سال، کمیته نوبل به آزمایش‌های اولیه حسن و گروهش روی موادی که فاز عایق توپولوژیک از خود نشان می‌دهند، ارجاع داده بود.

***

حسن سال 1971 در داکا پایتخت مراکش متولد شد. به گفته او «در کودکی، کنجکاو، ماجراجو و رویاپرداز بودم و همیشه کاملا متمرکز بودم که به هدفم برسم.» با اینکه به شکل سیری‌ناپذیری مطالعه می‌کرد اما نخستین باری که کنجکاوی‌اش نسبت به علم تحریک شد زمانی بود که با یک قطب‌نما بازی می‌کرد. «حین بازی با قطب‌نما، برایم جالب شد طرز کارش را یاد بگیرم. یک چیز نامرئی سوزن قطب‌نما را در راستای خاصی قرار می‌داد، پای یک نیروی نامرئی در میان بود.» حسن در تلاش برای پی بردن به این راز، قطب‌نما را تکه‌تکه کرد. به نظر می‌رسد قاعده بازی برای او امروز هم همان است. «آنجا یک نیروی نامتغیر اسرارآمیز در کار بود – به نظر می‌رسد امروز نیز همان احساس رازآلودگی و جست‌وجو برای قانون های بنیادی نهفته طبیعت است که مرا به سمت پژوهش سوق می‌دهد.»

وقتی حسن بزرگ‌تر شد به هیچ‌وجه در مورد شور و اشتیاقش نسبت به علم اطمینان نداشت. او به چیزهای کاملا متفاوتی مثل نویسندگی خلاق، سرودن شعر، هنر و معماری علاقه جدی نشان می‌داد و به زیبایی‌شناسی کشش داشت. به گفته او «ظاهرا علاقه‌ام به علوم انتزاعی‌تر مانند ریاضی و فیزیک با گذشت زمان و به تدریج به وجود آمد.» با این حال او باور دارد به واسطه زیبایی ذاتی اثر متقابل میان فیزیک و ریاضی در تبیین طبیعت بود که به سمت این علوم کشیده شد. «در مورد انتخاب میان نویسندگی خلاق و هنر یا علوم پایه خیلی به من سخت گذشت.» او حتا مدتی در مدرسه هنر حاضر شد و برای برخی مجلات هم می‌نوشت.

***

در دوره کالج در دانشگاه تگزاس در آستین، حسن این بخت را پیدا کرد که درس‌های مکانیک کوانتومی را از استیون واینبرگ، فیزیک‌دان نظری برنده جایزه نوبل، یاد بگیرد. در خلال آن کلاس‌ها بود که شیفته ریاضیات زیبای حاکم بر اندازه‌حرکت اسپین‌ها شد. به گفته او «بخش بزرگی از پژوهش‌های امروز او درباره درک چگونگی حرکت الکترون‌ها درون آرایه‌های پیچیده اسپین‌ها در ماده‌های نو با استفاده از تکنیک‌های پراکندگی پرانرژی است.» با این حال علاقه او به فیزیک کوانتومی ماده چگال در دوران تحصیلات تکمیلی‌اش در دانشگاه استنفورد پرورش یافت، دانشگاهی که او در سال 2002 مدرک دکترای حرفه‌ای‌اش را از آنجا گرفت.

با وجود سابقه‌اش در حوزه فیزیک نظری، برای رساله دکترایش سراغ موضوع تجربی چالش‌انگیزی در زمینه ابررسانایی در دمای بالا و طیف‌سنجی مبتنی بر شتب‌دهنده پرانرژی، رفت. هنوز در سال چهارم تحصیلات تکمیلی بود که هدایت یک همکاری بین‌المللی با حضور پژوهشگرانی از چند موسسه پژوهشی و آزمایشگاه برتر را به عهده گرفت. این همکاری تحت هدایت او نشان داد که انجام نوع جدیدی از آزمایش‌های پراکندگی پرانرژی در فیزیک ماده چگال امکان‌پذیر است.

سرانجام در سال 2002 حسن به دانشگاه پرینستون پیوست و از سال 2017 کرسی استادی یوجین هیگینز در این دانشگاه به او سپرده شد. حسن در طول دوران حرفه‌ای‌اش در موسسه‌ها پژوهشی و آزمایشگاه‌ها برتر فراوانی کار کرده است. «فکر می‌کنم برای آنکه بتوانی با این همه موسسه‌ برتر همکاری کنید، از آنها استفاده کنید و آنها را بگردانید، ترکیبی از سه ویژگی لازم است: اولین چیز پیشنهاد یک ایده جدید عالی برای پروژه‌هایی است که توجه دیگران را به سرعت جلب می‌کند؛ دوم، حسن خلق حرفه‌ای و شفافیت در انتظارات از سوی هر دو طرف؛ و سوم، بهره‌وری علمی سطح بالا. این عوامل در کنار هم باعث تداوم همکاری‌ها و خلق فرصت‌های نو در حیطه‌های کاری نو می‌شود."

***

حسن خودش را فردی کنجکاو و ماجراجو می‌داند که در عین حال متفکر و ژرف‌اندیش است که همواره در جست‌وجوی معانی عمیق‌تر و متعالی‌تر است. «کدام قانون‌های کوانتومی طبیعت بر خواص فیزیکی مواد پیچیده حاکم‌اند؟ این حس گشودن یک راز، اینکه می‌توان جهان محسوس را با نیروهای نامرئی و قانون‌های انتزاعی تبیین کرد الهم‌بخش من برای پی‌گرفتن فیزیک بوده است.» با این حال وقتی غرق در اندیشه‌های فیزیکی نیست، کنجکاوی‌اش را به سمت موضوعات دیگری مانند تاریخ ایده‌ها و تمدن‌ها، از جمله ادیان و فرهنگ‌های ابراهیمی و اثرشان بر تاریخ جهان سوق می‌دهد. علاوه بر گشت‌وگذارهای هنری و معماری به موسیقی نیر علاقمند است، به‌ویژه موسیقی ژانر صوفی.

حسن می‌گوید پدر و مادرش در شکل‌گیری شخصیت کنونی‌اش نقش محوری داشتند. روزی را به یاد دارد که وقتی 5 یا 6 ساله بود، پدرش یک تکه سنگواره مرجان را به خانه آورد. «مسحور این واقعیت شده بودم که چنین موجودات زیبایی (صخره‌های مرجانی) در اعماق زیر اقیانوس رشد می‌کنند، جایی که من هرگز ندیده بودم.» سعی کرد از طریق کتاب چیزهای بیشتری درباره مرجان‌ها و و دیگر موجودات اعماق دریا یاد بگیرد، اما به شدت مشتاق بود خود اقیانوس را ببیند. تصور وجود مرجان‌ها زیر اقیانوس‌ها یک حس رازآلودگی و کشش زیباشناسانه در او شکل داد که در ادامه به شوقی برای ماجراجویی تبدیل شد.

سال بعد، پدرش او را برای تعطیلات خانوادگی به کاکس بازار برد، شهری ساحلی در خلیج بنگال حدود 320 کیلومتری جنوب داکا. تجربه بی‌نظیری بود – ساحل کاکس بازار یکی از طولانی‌ترین و زیباترین ساحل‌ها در جهان است، اما حسن آنطور که باید خوشحال نبود! «دلم می‌خواست اقیانوس بزرگ‌تر و قدرتمندتری را ببینم. پدرم من و مادرم را 160 کیلومتر دیگر در امتداد ساحل برد و آنجا یک قایق تندروی پرقدرت اجاره کرد.»

آن‌ها مسیر اقیانوس هند را در پیش گرفتند. «هنوز می‌توانم موج‌هایی که در امتداد مسیرمان به سوی جنوب از میان‌شان رد می‌شدیم را به وضوح به یاد بیاورم.» البته آنها به اقیانوس هند نرسیدند، اما حسن می‌گوید «این تجربه حس ماجراجویی را در من زنده کرد و ارزش طرح پرسش‌های بزرگ را نشانم داد، اینکه آیا اقیانوس بزرگ‌تری وجود دارد؟ فراسوی اقیانوس چیست؟»

«آن تجربه شاید بهترین خاطره‌ من از پدر و مادرم باشد. تجربه‌ای که نشان می‌دهد چطور پدرم به القاء حس ماجراجویی در من کمک کرد و اجازه داد آن را دنبال کنم و بپرورانم. این‌طور بود که یاد گرفتم در پی پرسش‌های بزرگ بازشم و برای یافتن پاسخ‌شان راهی ماجراجویی‌های واقعی شوم.» او اکنون خودش پدر است و می‌گوید از بچه‌هایش در هر راهی که بعدا انتخاب کنند حمایت می‌کند، اما «گمان کنم قطعا برای تولد‌شان یک قطب‌نمای مرغوب به آن‌ها هدیه خواهم داد.»

انقلاب در فیزیک

به دنیای دیوانه، دیوانه، دیوانه، دیوانه مواد کوانتومی توپولوژیک خوش آمدید

سال‌ها گمان می‌رفت که توپولوژی فاقد ارزش عملی است یا ارزش چندانی ندارد. حتا ریاضی‌دانان تا مدت‌ها به طور جدی از آن برای حل هیچ مسأله مهمی استفاده نکردند. در نظر بیشتر ما، توپولوژی چیزی غیر از بازی‌های مغز‌خراب‌کن با اجسام هندسی غیرعادی مانند روبان موبیوس نیست، حلقه‌ای ساخته شده از روبانی که یک سرش با یک چرخش به سر دیگر چسبیده است و تنها یک سطح و یک لبه دارد. اگر روبان موبیوس را در امتداد طولی ببرید، به جای دو روبان هم‌اندازه یک روبان با اندازه دوبرابر به دست می‌آورید. به بیان دیگر اگر روی سطح روبان موبیوس شروع به حرکت کنید پس از یک دور 360 درجه‌ای خودتان را در سمت مقابل نقطه شروع می‌یابید و برای آنکه دوباره به جای اول‌تان برگردید باید یک دور 360 درجه‌ای دیگر بزنید.

ویژگی دیگر دنیای خیال‌انگیز توپولوژی این است که همه چیز می‌تواند به صورت اجسام هندسی دیگری تغییر شکل دهذد. در این دنیا جزئیات ساختارها اهمیت ندارند: یک ماگ قهوه‌خوری می‌توان به صورت یک دونات و یک لیوان بی‌دسته می‌تواند به صورت یک کره تغییر شکل یابد. این نوع نگرش خمیر بازی به اشیاء اغلب ارتباط چندانی با واقعیت روزمره ما ندارد. با این حال، در دو دهه پایانی قرن بیستم، سروکله توپولوژی به تدریج در جاهایی پیدا شد که مایه شگفتی بود؛ از عکس‌های دیجیتال، تراکنش‌های بانکی و زیست‌شناسی گرفته تا فیزیک. پیوند توپولوژی و فیزیک در قرن 21 به شکل چشم‌گیری موفق و پرثمر از کار درآمد. محمد زاهد حسن، استاد یوجین هیگینز فیزیک در دانشگاه پرینستون، می‌گوید «ما در میانه یک انقلاب توپولوژیک در فیزیک هستیم.» حسن و گروهش نقشی کلیدی در پیشرفت و شکوفایی این حوزه داشتند.

***

برخی از بنیادی‌ترین ویژگی‌های ذره‌های زیراتمی در ذات‌شان مبتنی بر توپولوژی هستند. اسپین الکترون را در نظر بگیرید، که می‌تواند به سمت بالا یا پایین باشد. در مورد الکترون، برخلاف انتظار، یک چرخش 360 درجه‌ای این ذره را به حالت ابتدایی‌اش برنمی‌گرداند. در دنیای شگفت‌انگیز فیزیک کوانتومی، الکترون صرفا یک ذره نیست و می‌توان آن را به شکل تابع موج نیز تعریف کرد و یک چرخش 360 درجه‌ای جای قله‌ها و دره‌های موج را جابجا می‌کند. بنابراین برای برگرداندن الکترون به حالت ابتدایی‌اش یک چرخش 360 درجه‌ای دیگر لازم است. آشنا به نظر می‌رسد؟ بله، اگر دارید به روبان موبیوس فکر می‌کنید. در واقع این صرفا یک تشبیه نیست؛ واقعا به نظر می‌رسد که هر الکترون در خودش یک روبان موبیوس کوچک دارد.

در دهه 1980، برخی نظریه‌پردازان به این فکر افتادند که شاید یک پدیده تازه‌کشف‌شده در آن زمان موسوم به اثر کوانتومی هال ریشه در توپولوژی داشته باشد. بر اساس این اثر، مقاومت الکتریکی یک لایه کریستال به ضخامت یک اتم، با گام‌های ناپیوسته تغییر می‌یابد. و مهم‌تر اینکه تغییر دما یا ناخالصی کریستال اثری بر مقاومت لایه ندارد. به گفته حسن «چنین صلابتی کاملا بی‌سابقه بود و این یکی از ویژگی‌های کلیدی حالت‌های توپولوژیک است که فیزیک‌دانان اکنون به شدت مشتاق کاوش آن هستند.»

فیزیک‌دانان سرانجام معلوم کردند توپولوژی اثر کوانتومی هال، برخلاف روبان موبیوس در مورد اسپین الکترون، در واقع سطح یک دونات است. تا میانه دهه 2000 فیزیک‌دانان گمان می‌کردند اثر کوانتومی هال و دیگر اثرهای توپولوژیک موارد ویژه‌ای هستند چراکه این اثرها تنها در حضور میدان‌های مغناطیسی شدید مشاهده شده بودند. با این حال، آنها دریافتند که اگر یک ماده عایق از عناصر سنگین ساخته شود به لحاظ نظری این امکان وجود دارد که چنین ماده‌ای به واسطه برهم‌کنش‌های داخلی میان الکترون‌ها و هسته‌های اتمی‌، میدان مغناطیسی مخصوص به خودش را داشته باشد. چنین ماده‌ای با توجه به توپولوژی حالت کوانتومی‌اش می‌تواند در برابر الکتریسیته رفتار دوگانه‌ای نشان دهد: روی سطحش، مثل فلز رسانا باشد و در درونش، مثل پلاستیک عایق. فیزیک‌دانان چنین رفتاری را از هیچ ماده شناخته‌شده‌ای سراغ نداشتند.‌

زمانی که فیزیک‌دانان دریافتند ساختن چنین ماده‌ای در آزمایشگاه واقعا شدنی است، مسابقه تمام‌عیاری در گرفت که البته چندان به درازا نکشید. در سال 2008، حسن و گروهش در دانشگاه پرینستون نخستین نمونه واقعی یک عایق توپولوژیک را با استفاده از کریستال آنتیمونید بیسموت ساختند. به گفته او «این تازه شروع ماجرا بود؛ چالش واقعی پیدا کردن مواد جدیدی بود که در طبیعت وجود ندارند.»

این کشف حتی برای فیزیک‌دانان هم یک شگفتی بزرگ بود. حالا دیگر به نظر می‌رسید حالت‌های کوانتومی دروازه اسرارآمیزی را به سوی گستره وسیعی از امکان‌ کشف اثرهای ناشناخته در طبیعت باز کرده‌اند. طی یک دهه گذشته، پژوهشگران دریافتند که چطور توپولوژی می‌تواند نگرش بی‌همتایی نسبت به فیزیک مواد غیرعادی جدید با ویژگی‌های بی‌سابقه ایجاد کند. اکنون به لطف کارهای پیشگامانه حسن و دیگر پیشگامان این عرصه، فیزیک توپولوژیک به راستی در حال انفجار است. بنا به اعلام فرهنگستان هنر و علوم آمریکا (AAAS)، «آزمایش‌های حسن با بیش از 50 هزار ارجاع، در پیدایش حوزه ماده کوانتومی توپولوژیک نقشی بنیادین داشته است، حوزه‌ای که ارتباط با فیزیک ماده چگال، مهندسی مواد، علوم نانو، فیزیک ادوات، شیمی و نظریه میدان کوانتومی نسبیتی، رشد بسیار سریعی را تجربه می‌کند.»

***

به لطف ریاضیات غیرعادی حاکم بر رفتار مواد توپولوژیک، در این مواد الکترون‌ها می‌توانند حالت‌های خاصی را تشکیل دهند که در آن رفتار جمعی‌شان مثل یک ذره بنیادی منفرد است. این حالت برانگیزش جمعی یا «شبه‌ذره» می‌تواند ویژگی‌هایی داشته باشد که در هیچ ذره شناخته‌شده‌ای وجود ندارد، یا حتا رفتار ذره‌هایی را تقلید کند که هنوز کشف نشده‌اند. هیجان بزرگ در این زمینه زمانی به وجود آمد که حسن در سال 2015 یکی از تحت‌تعقیب‌ترین شبه‌ذره‌ها را به صورت تجربی در یک نیمه‌فلز توپولوژیک کشف کرد: فرمیون ویل، یک فرمیون بی‌جرم که نخستین بار ریاضی‌دانی به نام هرمان ویل (H.Weyl) در دهه 1920 امکانش را حدس زده بود.

بر اساس مدل استاندارد ذرات بنیادی، تمام فرمیون‌های شناخته شده، شامل کوارک‌ها، الکترون‌ها و نوترینوها، جرم دارند. با این حال محاسبات حسن نشان داد که اثرات توپولوژیک درون کریستال‌ آرسنید تانتالیوم می‌تواند باعث پیدایش شبه‌ذره‌های بی‌جرمی شود که مانند فرمیون های ویل عمل کنند. نشریه Physics World کشف فرمیون ویل را به عنوان یکی از ده سدشکنی بزرگ سال 2015 معرفی کرد. بی‌جرم بودن به این معنی است که این شبه‌ذره می‌تواند سریع‌تر از جریان‌های الکتریکی عادی در ماده حرکت کند و درنتیجه می‌تواند کاربردهای هیجان‌انگیزی مانند ترانزیستورهای فوق سریع یا حتا انواع جدیدی از ادوات الکترونیکی کوانتومی و لیزری داشته باشد.

حسن در زمینه‌های انتقال فاز توپولوژیک، مگنت‌های توپولوژیک، ابررساناهای توپولوژیک، و مواد کاگوم نیز مشارکتی بنیادی داشته است. «مشبکه‌های کاگوم» به واسطه شبکه‌ای از مثلث‌ها شکل می‌گیرند که گوشه‌های مشترک دارند. زمانی که الکترون‌ها در چنین مشبکه‌هایی قرار می‌گیرند، پدیده‌های عجیب فراوانی از خود بروز می‌دهند. جالب‌ترین آنها این است که برخی الکترون‌ها به شکلی رفتار می‌کنند که گویی فاقد جرم هستند.

وقتی مواد مشبکه کاگوم تحت میدان مغناظیسی قرار می‌گیرند، این الکترون‌های بی‌جرم طوری رفتار می‌کنند که انگار در یک عایق توپولوژیک قرار دارند. این همان چیزی است که آنها را بسیار جذاب کرده است. به گفته حسن «هدف ما از کاوش در مورد مواد مشبکه کاگوم جست‌وجو به دنبال انواع جدیدی از عایق‌های توپولوژیک است، به‌ویژه دنبال آنهایی هستیم که در دمای اتاق هم توپولوژیک باقی می‌مانند.» در واقع حسن معتقد است «خاصیت ابررسانایی در مشبکه‌های کاگوم می‌تواند ناشی از توپولوژی باشد بنابراین چنین موادی می‌توانند مبنای جدیدی برای بیت‌های کوانتومی باشند که در کامپیوترهای کوانتومی به‌کار می‌روند.»

***

حسن باور دارد حوزه پژوهشی او عمدتا کشف‌-محور است تا کاربرد-محور. به گفته او «زمانی که چیز غیرمنتظره‌ای کشف می‌کنیم، سعی می‌کنیم در پی رسیدن به درکی عمیق‌تر، آن را بیشتر کاوش کنیم.» با این حال یافتن مسیرهایی برای توسعه کاربردهای مواد توپولوژیک همواره یک هدف کوتاه‌مدت‌‌تر بوده است. در این زمینه دو مسیر اصلی وجود دارد: یکی کشف مگنت توپولوژیکی است که بتواند در دمای اتاق کار کند و سپس توسعه آن برای ساخت ادواتی که اتلاف انرژی پایینی دارند. مسیر دیگر کشف یک ابررسانای توپولوژیک و بهینه‌سازی آن برای عملیات «برایدینگ کوانتومی» است که در نهایت می‌تواند به ساخت بیت‌های کوانتومی توپولوژیک منتهی شود. این نوع بیت‌ها کوانتومی برخلاف انواع دیگر به صورت طبیعی در برابر نقص مقاوم هستند.

حسن و گروهش در حال حاضر روی هر دو مسیر کار می‌کنند و به نتایج امیدوارکننده‌ای رسیده‌اند که در سال جاری منتشر شده است. به گفته او «من این حوزه را بیشتر کشف-محور می‌دانم، و همین‌طور که مسیرهای پژوهشی موجود را دنبال می‌کنیم، بزرگ‌ترین سدشکنی زمانی از راه می‌رسد که اصلا انتظارش را نداریم.» با این حال به نظر می‌رسد حسن و گروهش با پژوهش‌های اخیرشان در زمینه مواد مشبکه کاگوم در آستانه کشف بزرگ دیگری قرار دارند.

فیزیک‌دانان امیدوارند مواد توپولوژیک سرانجام به کاربردهایی در زمینه تراشه‌های کامپیوتری پربازده‌تر و سریع‌تر یا حتا کامپیتورهای کوانتومی خیال‌انگیز منتهی شوند. اما پاداش واقعی فیزیک توپولوژیک دستیابی به درکی عمیق‌تر از ماهیت خود ماده است. به گفته حسن «مدت‌ها در این فکر بودم که راهی پیدا کنم تا از مواد توپولوژیک برای تشابه با سیاه‌چاله‌ها یا کرم‌چاله‌ها در آزمایشگاه استفاده کنم اما فرصتی برای پرداختن به این ایده‌ها پیدا نکردم. پدیده‌های نوظهور در فیزیک توپولوژیک احتمالا همه‌جا در اطراف ما هستند، حتا در یک تکه سنگ.» او شعری از ویلیام بلیک را به خاطر می‌آورد که کوشش‌های پژوهشی‌اش را با ظرافت تمام توصیف می‌کند:

برای دیدن دنیا در یک دانه شن؛

و عرش در یک گل وحشی؛

بی‌نهایت را در کف دستت نگه‌دار؛

و ابدیت را در یک ساعت.

رهبر بی‌همتا

محمد صائغ؛ از نمای نزدیک

همان‌طور که پاراسلسوس، طبیب سوئیسی قرون وسطا، کاملاً به‌درستی گفته، «پزشکی علاوه بر علم هنر هم هست. تأثیر شخصیت پزشک بر بیمار ممکن است بیشتر از تأثیر دارو باشد.» این شخصیت، یا نفوذ پزشک بر بیمار یا همکارانش، اهمیت بسیار زیادی دارد. به همین دلیل است که دانشجویان پزشکی باید علاوه بر یادگیری جنبه‌های بالینی پزشکی، مهارت‌های رهبری‌شان را نیز تقویت کنند.

دکتر محمد صایغ قصد دارد کتابی دربارهٔ رهبری بنویسد. او می‌گوید «۱۱ سال گذشتهٔ عمرم را به ریاست دانشکدهٔ پزشکی و مدیریت خدمات درمانی گذرانده‌ام.» درواقع، او رهبری برجسته است که در دههٔ گذشته در مقام رئیس دانشکدهٔ پزشکی دانشگاه آمریکایی بیروت در لبنان و معاون اجرایی پزشکی و استراتژی جهانی این دانشگاه خدمت کرده است. او می‌گوید «پس از آنکه ۲۲ سال از دوران کار حرفه‌ای‌ام در دانشگاه را به عنوان یک پزشک-دانشمند گذراندم، پذیرش نقش رهبری در این سطح بالا به مرحلهٔ بعدی شغل دانشگاهی‌ام شکل داد. مسئولیت حدود ۵ هزار نفر کادر درمان با من بود.»

عملکرد رهبران هنگامی زیر ذره‌بین قرار می‌گیرد که شرایطی اضطراری پیش آید، و اگر پزشکی را به عنوان شغل‌تان انتخاب کنید بسیار پیش می‌آید که در شرایطی اضطراری قرار گیرید. هر کس که شاهد خراب شدن اوضاع یک جراحی در اتاق عمل بوده قدر رهبری مؤثر را می‌داند. در حرفهٔ پزشکی رهبران، در هر سطحی از نمودار سازمانی، می‌توانند با ایجاد انگیزه در پرسنل و تشویق آنها عملکرد گروهی را تا سطوح بالاتری ارتقاء دهند. آنها می‌دانند که گروه را چگونه مدیریت کنند تا در وضعیتی پرتنش بر انجام وظایف‌شان متمرکز باشند.

رهبری مؤثر مبتنی بر خردی است که از سال‌ها شکست و پیروزی در عمل حاصل می‌شود. دکتر صائغ می‌گوید «رهبری خوب به تشکیل گروه، مراقبت دلسوزانه، راهنمایی و ایجاد رهبران آینده مربوط می‌شود.» به نظر او ضروری‌ترین مهارت‌هایی که یک رهبر برای به حداکثر رساندن عملکرد گروه باید داشته باشد عبارت‌اند از «کار گروهی، کارگروه‌های کارآمد به جای سلسله‌مراتب سفت و سخت، و سرمایه‌گذاری در منابع انسانی».

او قصد دارد کتابی دربارهٔ رهبری پزشکی با عنوان «رهبر بی‌همتا» بنویسد تا تأکید کند که رهبری، پیش از هر چیز، به تولید رهبران آینده مربوط می‌شود. تعجبی ندارد که او دوست دارد این جملهٔ رالف والدو امرسون، نویسندهٔ آمریکایی، را نقل کند که «جایی نروید که راه شما را می‌برد. در عوض جایی بروید که راهی ندارد و ردی از خود به جا بگذارید.»

***

محمد صائغ دهمین و آخرین فرزند خانواده‌ای بزرگ در بیروت است. می‌گوید «بیشتر با برادرزاده‌ها و خواهرزاده‌هایم بزرگ شدم.» پسری شهری بود که به سبک زندگی شهری عادت داشت اما از پیک‌نیک و گردش با خانواده و دوستان یا اردوهای مدرسه نیز لذت می‌برد.

درس‌های مورد علاقه‌اش در مدرسه علوم، تاریخ و ادبیات عرب بودند. شعر عربی هنوز سرگرمی محبوب اوست. اما لباسی که آیندهٔ خود را در آن می‌دید روپوش سفید پزشکی بود. می‌گوید «در خانواده‌ای بزرگ شدم که در آن برادر بزرگ‌ترم پزشک بود. بچه که بودم او در آمریکا و قهرمان ما بود. همیشه مطمئن بودم که می‌خواهم پزشک شوم اما دربارهٔ پژوهش و اکتشاف مطمئن نبودم تا بعدها.»

محمد صائغ، با سرمشق گرفتن از برادر بزرگ‌ترش، پس از گرفتن مدرک دکتری پزشکی از دانشگاه آمریکایی بیروت در سال ۱۹۸۴، به آمریکا رفت. در آمریکا، نخست در سال ۱۹۸۷ از بنیاد کلینیک کلیولند در اوهایو تخصص پزشکی داخلی گرفت، و سپس در ۱۹۹۰ از دانشکدهٔ پزشکی هاروارد و بیمارستان بریگام و زنان در بوستون دورهٔ تکمیلی تخصص بالینی در پزشکی کلیه و ایمنی‌شناسی پیوند را به پایان رساند. از ۱۹۹۰ تا ۲۰۰۹ در دانشکدهٔ پزشکی هاروارد تدریس کرد و در این مدت تا رتبهٔ استاد تمام پزشکی ارتقاء یافت و یک کرسی در پزشکی پیوند به او اعطا شد.

در ژوئیهٔ ۲۰۰۹، دکتر صائغ با سمت رئیس دانشکدهٔ پزشکی و معاون امور پزشکی به دانشگاه قدیمی‌اش، دانشگاه آمریکایی بیروت، بازگشت. علاوه بر این، او مناصب اجرایی بسیاری دارد و در چندین پروژهٔ سطح بالا به عنوان مشاور ویژه خدمت می‌کند.

دکتر صائغ در چهار دههٔ گذشتهٔ برندهٔ جایزه‌ها و نشان‌های بسیاری شده است، از جمله جایزهٔ هدایت‌گری انجمن پیوند آمریکا در سال ۲۰۰۸. او ضمناً عضو انجمن‌های علمی بسیاری همچون انجمن پیوند آمریکا است که در سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۱ ریاست آن را به عهده داشت.

دکتر صائغ پژوهشگری برجسته و از پیشگامان نامدار جهانی در رشته‌های مربوط به پزشکی کلیه، پیوند اندام، و ایمنی‌شناسی پیوند است. او می‌گوید «در کلیولند که داشتم تخصص پزشکی داخلی‌ام را می‌گرفتم شیفتهٔ پژوهش شدم. به پیوند و ایمنی‌شناسی علاقه‌مند شدم.»

دکتر صائغ که عضو هیأت دبیران چندین ژورنال پزشکی با ضریب اثرگذاری بالا است، از طریق آثاری همچون مقاله‌های پژوهشی، فصل کتاب و چند کتاب درسی به پیشرفت این رشته‌ها کمک کرده است.

دکتر صائغ پی‌گیر طرحی بلندپروازانه به نام چشم‌انداز ۲۰۲۰ در مرکز پزشکی دانشگاه آمریکایی بیروت است که با بازگرداندن بیش از دویست پژوهشگر پزشکی لبنانی از خارج روند فرار مغزها را معکوس کرده است.

***

دکتر صایغ از همسرش، دکتر سامیا خوری، به عنوان یکی از کسانی نام می‌برد که بیشترین تأثیر را بر کار حرفه‌ای‌اش گذاشته‌اند. خود دکتر خوری استاد دانشگاه آمریکایی بیرون و متخصص برجستهٔ بیماری ام‌اس است.

دکتر صائغ می‌گوید که به استاد راهنمای فقیدش در هاروارد، دکتر چارلز کارپنتر (۱۹۳۳ تا ۲۰۱۲) بسیار مدیون است. او می‌گوید «برنی تأثیر زیادی بر من گذاشت.» دکتر کارپنتر، که نزدیکانش او را با نام برنی می‌شناختند، عضو تیمی بود که نخستین عمل پیوند کلیه در جهان را انجام داد. او ضمناً عضو بنیانگذار انجمن پزشکی کلیهٔ آمریکا و انجمن پیوند آمریکا و چند انجمن دیگر بود. اما دکتر کارپنتر که به او لقب «مسیریاب راستین در رشتهٔ پیوند و پزشکی کلیه» داده‌اند، بیش از هر چیز به عنوان استاد راهنمایی عالی برای چندین نسل از رهبران این رشته به یاد آورده می‌شود؛ جایگاهی که دکتر صائغ مصمم است به دست آورد.

دکتر صائغ هدایت‌گری آرام و قابل اعتماد است، کسی که با صبر و حوصله به کسانی که از توصیه می‌خواهند گوش می‌دهد. او تمام ویژگی‌های لازم برای یک استاد راهنمای بی‌نظیر را دارد و در طول سال‌ها پژوهشگران بسیاری را تربیت کرده که اکنون خودشان از رهبران پیوند کلیه در نقاط مختلف جهان هستند. دکتر خوری می‌گوید «دکتر صائغ خیلی زود و در ابتدای کار حرفه‌ای خود مهارت‌های رهبری‌اش را نشان داده است. همکارانش همیشه در پی توصیه‌ها و راهنمایی‌های او هستند. مهم‌ترین نقش او راهنمایی است. او استاد راهنمای فوق‌العاده‌ای برای خیلی‌ها بوده است.»

دکتر صائغ راهنمایی و هدایت را به ویژگی بارز خویش تبدیل کرده است. او دکتر کارپنتر تازه‌ای برای نسل‌های بعد است. از قرار معلوم راهنمایی و هدایت چیزی است که اگر هم نتوان آن را آموخت، دست‌کم می‌توان دچارش شد.

مبارزه برای مدارا در دنیایی خشن

دکتر محمد صائغ در جست‌وجوی مدارای ایمنی‌شناختی برای جلوگیری از رد پیوند

چند وقت پیش، یکی از دوستان دکتر محمد صائغ، «یک پزشک کلیه، همکار و دوست خانوادگی» به دنبال عوارض ناشی از پیوند کلیه‌ای که سال‌ها پیش از همسرش گرفته بود درگذشت. به نظر می‌رسد که رد پیوند، چه حاد و چه مزمن، سرنوشت نهایی تمام پیوندهاست و گیرنده باید دیر یا زود انتظار آن را داشته باشد.

دکتر صائغ «به شناخت سازوکار رد پیوند و فریفتن دستگاه ایمنی برای پذیرش پیوند علاقه‌مند است، مبحثی که «در اصطلاح مدارای ایمنی‌شناختی نامیده می‌شود.» گروه پژوهشگران همکار او حتا از جانوران تراریخته نیز برای بررسی سازوکار رد و مدارای پیوند استفاده کرده‌اند. دکتر صائغ این روزها بیشتر بر ترویج پژوهش در سطح منطقه متمرکز است.

***

اهدای یکی از کلیه‌هایتان چیزی از امید به زندگی شما نمی‌کاهد، اما ممکن است تا ۲۰ سال شاد به عمر کسی که دچار نارسایی کلیه شده بیفزاید. برای بیماران کلیوی که اصطلاحاً مرحلهٔ پایانی نامیده می‌شوند و کلیه‌هایشان به شکل درمان‌ناپذیری از کار افتاده، این پرامیدترین و در بیشتر موارد تنها گزینه است.

نخستین پیوند موفق کلیه در سال ۱۹۵۴ توسط جوزف مری (۱۹۱۹ تا ۲۰۱۲)، جراح آمریکایی، انجام شد که جایزهٔ نوبل فیزیولوژی یا پزشکی در سال ۱۹۹۰ را برایش به ارمغان آورد. گیرندهٔ آن جراحی پیوند انقلابی از برادر دوقلویش یک کلیه گرفت که هشت سال به عمرش افزود.

این به‌اصطلاح جورپیوند نوعی پیوند است که در آن دهنده و گیرنده یک نفر نیستند اما به لحاظ ژنتیکی یکسان هستند. جورپیوند به لحاظ فنی نوعی دگرپیوند است، به معنای پیوندی که از شخص دیگری گرفته شده، اما به‌لحاظ ایمنی‌شناختی مشابه خودپیوند است، یعنی پیوندی که از خود شخص گرفته شده، زیرا سبب واکنش ایمنی نمی‌شود.

با این حال، همه برادر یا خواهر دوقلویی ندارند که حاضر باشد یک کلیه‌اش را به آنها بدهد، چه رسد به اندام‌های دیگری که از آنها نسخهٔ اضافی در بدن وجود ندارد. محدود کردن پیوند کلیه به منبع کوچک دوقلوهای یکسان پاسخگوی تقاضای بسیار زیاد برای پیوند اندام یا بافت نیست.

امروزه سالانه نزدیک به ۱۰۰ هزار جراحی پیوند کلیه در سرتاسر جهان انجام می‌شود که تا ۶۰ درصد از تمام جراحی‌های پیوند را به خود اختصاص می‌دهد؛ و به دنبال آن به ترتیب جراحی‌های پیوند کبد، قلب، و ریه قرار دارند. گرچه پیوند کلیه شایع‌ترین جراحی پیوند است، اما بلندترین فهرست انتظار را نیز دارد و به ازای هر کلیهٔ موجود بیش از ۵ نفر در صف هستند.

مهم‌ترین مانعی که باید به طریقی از آن عبور کرد مشکلی است که سازگاری بافتی نام دارد که به معنای ژنتیک مشابه برای پروتئین‌های سطح سلول است. سلول‌های ایمنی این پروتئین‌ها را بررسی می‌کنند تا مطمئن شوند که آیا سلولی که آنها را در سطحش حمل می‌کند به بدن خودشان تعلق دارد یا متعلق به یک جاندار بیگانهٔ مهاجم است. در صورتی که حالت دوم تشخیص داده شود، دستگاه ایمنی گیرند پیوند را پس می‌زند.

پیوند وازده تخریب می‌شود و عملکردش را از دست می‌دهد. اقدامات پزشکی معمول برای جلوگیری از رد پیوند عبارت‌اند از بررسی سازگاری گیرندهٔ بالقوه به اندام موجود و نیز استفاده از داروهای سرکوب‌کنندهٔ دستگاه ایمنی.

***

اجازه دهید نگاهی به ایمنی‌شناسی پیوند بیندازیم. دستگاه ایمنی به سلول‌ها و بافت‌های افراد دیگر که با خودش تفاوت داشته باشند واکنش نشان می‌دهد. برای نشان دادن چنین واکنشی، دستگاه ایمنی نخست باید مولکول‌های بیگانه یا ناهمژن را به کمک سازوکاری به نام دگرشناسایی تشخیص دهد که کوتاه‌شدهٔ عبارت دگرپادگن‌شناسی است. جانداران از طریق این پدیده، که در تمام مهره‌داران و جانوران پرسلولی دیگر مشاهده شده، از خودشان در برابر مهاجمان بالقوه دفاع می‌کنند. کار شناسایی با استفاده از مولکول‌هایی به نام پادگن روی سطح سلول‌های غیرخودی انجام می‌شود.

در این پروتئین‌های سطحی که مولکول‌های مجموعهٔ اصلی سازگاری بافتی یا MHC نامیده می‌شوند، چندریختی زیادی وجود دارد. اگر این مولکول‌ها ژنتیک مشابهی نداشته نباشند به لحاظ ایمنی‌شناختی ناسازگارند و دستگاه ایمنی گیرنده آنها را شناسایی خواهد کرد. همان‌طور که از اصطلاح سازگاری بافتی برمی‌آید، MHCها نخستین بار در فرایند پیوند بافت میان افرادی با ژنتیک ناسازگار کشف شدند: سلول‌های فرد دهنده روی سطح خود MHCهایی داشتند که با سلول‌های میزبان ناسازگار بودند.

در انسان، سلول‌های T یا لنفوسیت‌های T که نوعی گلبول سفید هستند مسئولیت تشخیص پادگن سلول‌های خودی از سلول‌های غیرخودی را بر عهده دارند. پپتیدهای غیرخودی متصل به مولکول‌های MHC روی سطح سلول‌های پادگن‌نما (ACP) به نمایش درمی‌آیند تا سلول‌های T آنها را شناسایی کنند. وقتی پیوند انجام می‌شود، سلول‌های T پادگن‌های بیگانهٔ سلول‌های دهنده را شناسایی می‌کنند و به آنها واکنش مقتضی نشان می‌دهند. در اینجاست که فرایند که رد پیوند آغاز می‌شود. حتا یک ناسازگاری جزئی نیز می‌تواند واکنش تمام‌عیاری را از سوی سلول‌های T میزبان برانگیزد.

شناسایی توسط سلول‌های T، بسته به مشخصات دگرپیوند، یا مستقیم صورت می‌گیرد یا غیرمستقیم. در مسیر مستقیم، سلول‌های T گیرنده مولکول‌های MHC دگرپیوند روی سلول‌های پادگن‌نمای دهنده را به عنوان بیگانه شناسایی می‌کنند. این سلول‌ها که پادگن‌های ناهمژن غیرخودی، یعنی ترکیب MHC و پپتید، را روی سطح خود به نمایش می‌گذارند، اندکی پس از پیوند از اندام پیوندی خارج می‌شوند و از طریق دستگاه لنفاوی خود را به سلول‌های T میزبان می‌رسانند و مستقیماً به آنها دربارهٔ اهداف بالقوه‌ای که باید مورد حمله قرار گیرند آموزش می‌دهند.

اما شناسایی ممکن است به شیوهٔ غیرمستقیم نیز صورت گیرد، هنگامی که سلول‌های T یک مولکول MHC خودی را شناسایی می‌کنند که به پپتیدی با اسیدهای آمینهٔ متفاوت متصل شده است. دگرپادگن‌های پیوند، به دنبال بلعیدن پروتئین‌های سطحی سلول‌های دهنده توسط سلول‌های پادگن‌نمای گیرنده و سپس ارائهٔ آنها را به شکل پپتیدهایی روی مولکول‌های MHC خودشان، درونی می‌شوند. این پپتیدهای «اشتباه»، یا دگرپپتیدها، برخلاف دگرشناسایی مستقیم که در آن روی سلول‌های پادگن‌نمای دهنده ظاهر می‌شدند، در دگرشناسایی غیرمستقیم روی سلول‌های پادگن‌نمای گیرنده ظاهر می‌شوند.

در رد یک دگرپیوند هم دگرشناسایی مستقیم و هم دگرشناسایی غیرمستقیم می‌توانند همزمان نقش داشته باشند. دگرشناسایی مستقیم معمولاً بی‌درنگ به رد حاد دگرپیوند می‌انجامد، در حالی که دگرشناسایی غیرمستقیم معمولاً در رد مزمن در بلندمدت از طریق آسیب زدن به اندام پیوندی و از کار انداختن تدریجی آن نقش دارد.

این مسیر غیرمستقیم دگرشناسایی که به رد مزمن دگرپیوند می‌انجامد موضوعی است که دکتر صائغ و همکارانش در دهه‌های گذشته با دقت بررسی کرده‌اند. آنها ازجمله یک آزمایش جدید با کاربرد بالینی ساختند که میزان خطر وقوع دگرشناسایی غیرمستقیم و رد پیوند مزمن در انسان را نشان می‌دهد و در ادامه راهکارهای درمانی اختصاصی برای پیش‌گیری یا توقف این فرایند ابداع کردند.

برای آنکه پیوند موفق باشد، پادگن گلبول‌های سفید خون انسان (HLA) میان دهنده و گیرنده باید یکسان باشد، اما تقریباً هرگز چنین اتفاقی نمی‌افتد. حتا اندکی ناهمخوانی در HLA، که در عمل ناگزیر است، به دگرشناسایی و افزایش خطر رد پیوند می‌انجامد. دکتر صائغ می‌گوید «ما واکنش به پپتیدهای پادگن ناهمخوان گلبول سفید انسان (HLA) را به عنوان عامل پیش‌بینی‌کنندهٔ رد مزمن پیوند بررسی کردیم.»

ایمنی‌شناسی دنیایی خصمانه است که با الهام از تمثیل توماس هابز می‌توان آن را دنیایی نامید که در آن سلول سلول را می‌درد. آوردن مدارا به چنین محیطی نیازمند رویکردی منجیانه و زیرکانه است. به باور دکتر صائغ مهم‌ترین پرسش در این رشته «سازوکار مدارای ایمنی‌شناختی و نحوهٔ فریفتن دستگاه ایمنی برای پذیرش یک اندام بیگانه بدون رد پیوند و بدون سرکوب دستگاه ایمنی»‌ است. چنین دستاوردی به انقلابی در پیوند بافت و اندام خواهد انجامید. می‌گوید «هنوز که دست‌مان به آن نرسیده.»

همیشه همکار

پروفسور یحیی تیعلاتی از نمای نزدیک

در قلمرو فیزیک تجربی ذرات بنیادی یا فیزیک انرژی‌های بالا، همه چیز بزرگ‌تر از معمول، پیچیده، و البته پرهزینه است. کمتر کشوری قادر است از عهدهٔ هزینه‌های زیرساخت‌های بزرگ‌مقیاس لازم برای انجام آزمایش‌های این رشته برآید. معمولاً کشورهای توسعه‌یافته یا ائتلافی از آنها در ساخت این زیرساخت‌های پژوهشی با هم مشارکت می‌کنند.

با این همه، در سال ۲۰۱۷، به لطف تلاش‌های یک فیزیک‌دان متعهد، مراکش نیز در میان کشورهای پیشتازی جای گرفت که نقشی حیاتی در یک پروژهٔ بین‌المللی بزرگ‌مقیاس دارند: تلسکوپ نوترینوی چند کیلومتر مکعبی (KM3NeT). سهم گروه مراکشی، به سرپرستی پروفسور یحیی تیعلاتی از دانشگاه سلطان محمد پنجم (جامعة محمد الخامس‎) در رباط، نه تنها کاربری علمی بلکه مشارکت در فرایند ساخت این طرح است که کاملاً تازگی دارد. این نخستین بار بود که یک گروه مراکشی، یا حتا آفریقایی، در ساخت یک آشکارساز ذرات بنیادی مشارکت کرد.

این همکاری بی‌سابقه با گروه مراکشی تا اندازه‌ای نتیجهٔ سابقهٔ همکاری تیعلاتی با آنتوان کوشنر، سخنگوی «ائتلاف آنتارس» (ANTARES) و هماهنگ‌کنندهٔ آشکارساز نوترینوی ORCA (نوسان‌پژوهی با نوترینوی کیهانی در مغاک) و پروژهٔ KM3NeT در دههٔ ۲۰۰۰ بود. کوشنر می‌گوید «من پروفسور تیعلاتی را از مدت‌ها پیش و از زمانی که برای انجام بخشی از پژوهش‌های پایان‌نامهٔ دکتری‌اش به فرانسه آمده بود می‌شناسم. این‌طور بود که با هم آشنا شدیم. هر دو نفرمان در این پایان‌نامه با هم بودیم.» دلیل دیگر این موفقیت، پایان‌نامهٔ دکتری تیعلاتی بود که همزمان با کوشنر دربارهٔ پروژهٔ آنتارس انجام داد که سَلَف KM3NeT است. پس از آن ، راه‌شان از هم جدا شد و هر کدام به دنبال ماجراجویی‌های علمی خودشان رفتند. با این حال، ارتباط‌شان را با همدیگر حفظ کردند و از طریق همین تماس‌ها بود که فکر این همکاری جان گرفت.

***

تیعلاتی در دوران اقامتش در فرانسه برای پژوهش دکتری‌اش تجربهٔ لازم برای کار در پروژه آنتارس را به دست آورده بود. او می‌گوید «من کارم را به عنوان یک فیزیک‌دان تجربی انرژی‌های بالا با مدرک دکتری از دانشگاه سلطان محمد اول در شهر وجدهٔ مراکش آغاز کرده‌ام.» در آن زمان، او راه‌حلی برای یکی از مسئله‌های فیزیک نوترینو پیشنهاد کرده بود. نخستین گروه وجده که به این ائتلاف پیوست در ساخت نخستین پروژهٔ آنتارس شرکت نداشت. اما در تحلیل داده‌ها در بخش خاصی مرتبط با پژوهش فیزیک جدید مشارکت داشت. تیعلاتی می‌گوید «من در آماده‌سازی اولیه و راه‌اندازی تلسکوپ آنتارس نقش داشتم، و تلاش‌های من به مراکش امکان داد که در سال ۲۰۱۱ رسماً به این ائتلاف بین‌المللی بپیوندد. از آن زمان تاکنون، چندین دانشجوی مراکشی با پروژهٔ آنتارس دانش‌آموخته شدند.»

زیرساخت پروژهٔ KM3NeT که هم‌اکنون در دست ساخت است و در عمق سه کیلومتری کف دریای مدیترانه جای خواهد گرفت، میزبان نسل بعدی آشکارسازهای نوترینو به عنوان بخشی از تلاشی جهانی برای کشف مادهٔ تاریک خواهد بود. این مهم‌ترین همکاری علمی است که مراکش در آن شرکت داشته است. تیعلاتی می‌گوید «من سه دانشگاه مراکش، یعنی دانشگاه سلطان محمد اول در وجده، دانشگاه قاضی عیاض در مراکش، و دانشگاه خودم در رباط را متقاعد کرده‌اند که به ائتلاف KM3NeT بپیوندند و یک خوشهٔ اخترفیزیک ذره‌ای در مراکش تشکیل دهند.»

تیعلاتی، حتی پیش از پروژه‌های آنتارس و KM3NeT نیز تجربهٔ زیادی در همکاری با ائتلاف‌های گسترده داشت. پس از اتمام پژوهشی که برای پایان‌نامهٔ دکتری‌اش انجام داد، کار حرفه‌ای خود را در پروژهٔ اطلس (ATLAS) آغاز کرد که یکی از مهم‌ترین همکاری‌هایی است که تاکنون در علم صورت گرفته و بیش از ۵۵۰۰ نفر فیزیک‌دان، مهندس، تکنیسین، دانشجو، و کارکنان پشتیبانی از سرتاسر جهان در آن حضور دارند. او می‌گوید «حضور من در آزمایش اطلس در سِرن (سازمان پژوهش‌های هسته‌ای اروپا) بیش از ۲۰ سال از کار حرفه‌ای مرا تشکیل می‌دهد.» پیچیدگی آشکارساز زیرزمینی اطلس، تلاش بسیار زیادی را از سوی تمامی اعضای این ائتلاف ایجاب می‌کند. کار کردن با این تجهیزات، جمع‌آوری داده‌ها، و تحلیل آنها تقریباً تمام افراد حاضر در این همکاری را به درجات مختلف به کار می‌گیرد. تمام اعضای اطلس نقش مستقیم یا غیرمستقیمی در تمام انتشارات علمی آن دارند که نزدیک به ۳ هزار نویسنده دارند. او می‌گوید «دست آخر احساس می‌کنید که همیشه در تمام دستاوردهای اطلس سهم دارید.»

***

کاری که تیعلاتی در تمام دوران کار حرفه‌ای خویش سرگرم انجامش بوده با رویای دوران کودکی‌اش برای شغل آینده‌اش بسیار متفاوت است. او می‌گوید «من شیفتهٔ هواپیما بودم؛ آرزو داشتم روزی خلبان شوم. مثل تمام مراکشی‌های هم‌نسل خودم، تمام آخر هفته‌ها را تا دیروقت به بازی با دوستان در بیرون از خانه می‌گذراندم.» در نبود اینترنت، بازی‌های کامپیوتری، و گوشی‌های هوشمند، چاره‌ای نداشتند جز اینکه با ابزارهای اولیه بازی‌های مناسبی اختراع کنند. به خاطر می‌آورد که «بعضی مفاهیم فیزیک نقش مهمی در آن بازی‌ها داشتند.» آموزش او در مکتبی قرآنی آغاز شد و در آنجا بود که نخستین مبانی دقت و انضباط را فراگرفت؛ دو ویژگی ضروری برای موفقیت در علم به عنوان فعالیتی دسته‌جمعی. بعدها در مدرسهٔ ابتدایی علاقه‌اش به درس علوم جلب شد، در حالی که در دبیرستان بیشتر به ریاضی علاقه داشت.

تیعلاتی به خانواده‌ای از طبقهٔ کارگر در مراکش تعلق دارد. پدرش در یک معدن ذغال‌سنگ معدنچی بود. می‌گوید «کار دشواری است. من و خواهرها و برادرهایم را تشویق می‌کرد بیشتر تلاش کنیم تا شغل بهتری داشته باشیم. او بی‌سواد بود اما از اهمیت آموزش در پیشرفت به‌خوبی آگاه بود. پدرم و ماهیت شغلش تأثیر زیادی بر من گذاشت.» نخستین باری که تیعلاتی از کشورش خارج شد برای رفتن به مرکز بین‌المللی فیزیک نظری عبدالسلام (ICTP) نزدیک شهر تریسته در ایتالیا بود.

این سفر تأثیر چشمگیری بر زندگی و کار او گذاشت. و هنگامی انجام شد که او سرگرم تحصیل در دورهٔ کارشناسی ارشد در یکی از آزمایشگاه‌های معتبر فیزیک نظری در مراکش بود و این آزمایشگاه رسماً با ICTP در ارتباط بود. می‌گوید «من هم به‌شدت تحت تأثیر کارهای پروفسور عبدالسلام روی مدل استاندارد بودم و هم عمیقاً تحت تأثیر شخصیت او.» تلاش‌های عبدالسلام برای توسعهٔ علوم در جهان اسلام از طریق برنامه‌های گوناگون جابه‌جایی پژوهشگران که در ICTP راه‌اندازی کرده بود، واقعاً برای او الهام‌بخش بود. «این یکی از مهم‌ترین انگیزه‌هایی بود که مرا به سوی این رشته سوق داد.» عبدالسلام (۱۹۲۶ تا ۱۹۹۶)، فیزیک‌دان نظری پاکستانی، تنها دانشمند مسلمانی است که برندهٔ جایزهٔ نوبل در فیزیک شده است.

***

تیعلاتی مهم‌ترین کارش را تلاش برای آموزش جنبه‌های مختلف فیزیک انرژی‌های بالا برای علاقه‌مند کردن دانشجویان بیشتر به این رشته می‌داند. می‌گوید «به عنوان دانشمند، پژوهشگر، معلم، و پدر، کسی هستم که دوست دارد تمام چالش‌ها را با هم ترکیب کند و پیش برود و دانش خود را برای دستیابی به یک زندگی بهتر در اختیار جامعه‌اش بگذارد.» او تصمیم گرفته که جایزهٔ نقدی جایزهٔ مصطفی را صرف کمک به همکاران و دانشجویانش کند. می‌گوید «این جایزه در زمان مناسبی از کارم به دستم رسیده تا به کمک آن وسایلی تهیه کنم که اعضای گروهم به آنها نیاز پیدا خواهند کرد. و آنها نیز احساس غرور خواهند کرد این پول در راه چنین هدفی برای تأمین هزینه‌های انتقال دانشجویان دکتری ما هزینه می‌شود.»

در سال‌های اخیر تیعلاتی در برنامه‌ای جهانی به نام «کلاس‌های پیشرفتهٔ جهانی» شرکت کرده که هدفش پرورش نسل بعد پژوهشگران در فیزیک انرژی‌های بالا است. او می‌گوید «با توجه به اینکه اطلاعات کافی دربارهٔ پژوهش در فیزیک انرژی‌های بالا وجود ندارد، این کلاس‌های پیشرفته معمولاً نخستین فرصت را در اختیار دانش‌آموزان دبیرستانی می‌گذارند تا در تماس مستقیم با فعالیت‌های ما قرار بگیرند.» در این برنامه که در یک روز بین‌المللی اجرا می‌شود و طی آن بیش از ۱۳ هزار دانش‌آموز دبیرستانی ۱۵ تا ۱۹ ساله در ۶۰ کشور به یکی از حدود ۲۲۵ دانشگاه یا پژوهشگاه مجاور می‌آیند تا بدانند که فیزیک‌دان ذرات بنیادی بودن چگونه است. او می‌گوید «دریافته‌ایم که کلاس‌های پیشرفتهٔ جهانی معمولاً علاقهٔ بسیار زیادی را در آنها برمی‌انگیزند و در نهایت بسیاری از آنها تصمیم می‌گیرند که این رشته را دنبال کنند.»

تیعلاتی می‌گوید وقتی کار پژوهشی‌اش تمام می‌شود، دوست دارد در کنار خانواده‌اش باشد. «به خانواده‌ام افتخار می‌کنم و از آنها ممنونم؛ همسرم و فرزندانم که همواره از من پشتیبانی کرده‌اند تا بتوانم وقتم را صرف پژوهش کنم. آنها مشکلات مرا در این رشته و زمانی را که به پژوهش و سفر به خارج از کشور اختصاص می‌دهم درک می‌کنند. از صبر و حمایت آنها سپاس‌گزارم.» وقتی صحبت از فهرست آرزوهایش می‌شود، اولویت نخست را به آغاز یک همکاری جدید می‌دهد. می‌گوید «کاش فرصت داشتم تا دانشمندان زیادی از نظری و تجربی را در رشته‌های مختلف فیزیک انرژی‌های بالا و اخترفیزیک ذره‌ای گرد هم بیاورم تا هدف‌های مشترکی را برای پژوهش‌های بنیادی تعیین کنند.»

به سوی ناشناخته‌ها

هزاران فیزیک‌دان در پیچیده‌ترین آزمایشگاه جهان دست‌به‌دست هم داده‌اند تا راهی به فراسوی مدل استاندارد بیابند

ما از چه ساخته شده‌ایم؟ در بنیادی‌ترین سطح می‌توان این پرسش را به شکل جهان از چه سخته شده نیز مطرح کرد. در حال حاضر بهترین پاسخ ما به این پرسش خیال‌انگیز مدل استاندارد فیزیک ذرات است.  بر اساس مدل استاندارد، تمام ماده موجود در جهان، شامل کهکشان‌ها، ستاره‌ها، سیاره‌ها و حتا خود شما، از 25 ذره بنیادی ساخته شده است. بسط مدل استاندارد در دهه 1960آغاز شد و بیشتر بخش‌های آن تا پایان دهه 1970 به انجام رسید. جدا از فرمیون‌ها و بوزون‌های پیمانه‌ای تنها یک ذره دیگر در مدل استاندارد وجود دارد: بوزون هیگز، ذره‌ای که به سایر ذره‌های بنیادی جرم می‌دهد.

بوزون هیگز آخرین ذره بنیادی بود که باید کشف می‌شد. با این حال این ذره در اوایل دهه 1960 به صورت مستقل از هم توسط چند پژوهشگر پیشنهاد شد. پس از نزدیک به نیم‌قرن تعقیب و گریز  سرانجام فیزیک‌دانان این ذره گریزپا را در سال 2012 در «برخورددهنده هادرونی بزرگ» (LHC)، بزرگ‌ترین و بافاصله پرقدرت‌ترین شتاب‌دهنده ذرات جهان، شکار کردند. به گفته پروفسور یحیی تلعیاتی، فیزیک‌دان دانشگاه محمد الخامس در رباط، مراکش که نزدیک به دو دهه است با پروژه LHC همکار می‌کند، «این شتاب‌دهنده پرقدرت، با کوبیدن پروتون‌ها در انرژی‌ و فروزندگی بالا این امکان را به وجود می‌آورد که بتوان ماده را در مقیاس‌های جدیدی کاوش کرد و تمامی جنبه‌های مدل استاندارد را آزمود.» با کشف بوزون هیگز آخرین قطعه کلیدی گم‌شده از پازل مدل استاندارد در جای خودش قرار گرفت.

***

در طول این سال‌های پیروزمندانه برای فیزیک ذرات، پژوهشگران دیگر حوزه‌های فیزیک نیز بخت شان را در یافتن بنیاد‌های واقعیت آزمودند. در دهه 1930، اخترفیزیک‌دانان دریافتند که خوشه‌های کهکشانی بیش از آن جرم دارند که بتوان به تمام ماده مرئی موجود در آنها نسبت داد. ظاهرا برای تبیین این مشاهدات به نوع جدید از «ماده تاریک» نیاز داشت. از زمان تاکنون شواهد مربوط به ماده تاریک به حدی رسیده است که اکنون دیگر هیچ‌کس در وجود آن تردیدی ندارد. با این حال، هنوز هیچ کس نمی‌داند ماده تاریک از چه ساخته شده‌ است. اخترفیزیک‌دانان می‌گویند این نوعی از ذره است که هیچ برهم‌کنشی با ماده معمولی ندارد، یک ذره اسرارآمیز که نور را نه جذب می‌کند و نه نشر می‌دهد. با این حال حقیقت هولناک این است که فراوانی ماده تاریک در جهان پنج برابر ماده مرئی است.

در سال 1998، کیهان‌شناسان در کمال شگفتی کشف کردند که آهنگ انبساط جهان فزاینده است. آنها می‌توانند به شکل ریاضیاتی نشان دهند که این عامل شتاب‌دهنده موسوم به «انرژی تاریک» چیزی جز انرژی حمل‌شده توسط فضای تهی نیست. غیر از این، یک چیز دیگر هم در مورد انرژی تاریک هست که نسبت به آن اطمینان داریم: 68 درصد از کل محتوای جرم-انرژی جهان از انرژی تاریک تشکیل شده است. به بیان دیگر ما در جهانی زندگی می‌کنیم که ترکیبش 68 درصد انرژی تاریک، 27 درصد ماده تاریک و تنها 5 درصد ماده متعارف است. تمام دانش ما درباره اجزای سازنده ماده (مدل استاندارد) به همین 5 درصد ماده متعارف محدود است.

مدل استاندارد، با وجود موفقیت‌های عظیمش، پرسش‌های بنیادی متعددی را بی‌پاسخ گذاشته است. به گفته تیعلاتی «یک مشکل عمده مدل استاندارد به منشأ ماده تاریک و انرژی تاریک برمی‌گردد، جوهرهایی که نزدیک به 95 درصد چگالی جهان را تشکیل می‌دهند. این‌ها به‌کلی تبیین‌نشده باقی مانده‌اند و مدل استاندرد از ارائه گزینه موفقی که بتواند فراوانی مشاهده‌شده در مورد ماده تاریک را توضیح دهد عاجز است.» با این حال این تنها مشکل مدل استاندارد نیست. یکی از بنیادی‌ترین پرسش‌های حل‌نشده توسط این مدل، برهم‌کنش گرانشی است که در تبیین این مدل از برهم‌کنش‌های بنیادی به‌کلی مغفول مانده است. به گفته او «تمام اینها و بحث‌های فراوان دیگر حکایت از آن دارد که این مدل صرفا یک نظریه به‌دردبخور از مدلی بنیادی‌تر است که تنها در انرژی‌های بالاتر خودش را نشان می‌دهد.»

***

مشارکت تیعلاتی در ATlAS، بزرگ‌ترین آزمایشگاه همه‌منظوره آشکارساز ذرات در LHC، به روزهای ابتدایی این پروژه بر‌می‌گردد. او بیست سال از عمر حرفه‌ای‌اش را در ATLAS گذرانده است و در موضوعات بسیاری از پروژه‌های سخت‌افزاری و گرداندن آشکارساز گرفته تا توسعه نرم‌افزاری و تحلیل و اندازه‌گیری‌های فیزیکی دخیل بوده است. نخستین فعالیت او در ATLAS در زمینه تجهیزات «پیش‌نمونه‌بردار آرگون مایع» بود. او در تمام مراحل ساخت، راه‌اندازی و گرداندن این زیرمجموعه آزمایشگاه ATLAS مشارکت داشت. این تجهیزات پیش‌نمونه‌بردار که برای آشکارسازی فوتون‌ها و الکترون‌ها به‌کار می‌رود، بسیار کارآمد از کار در آمد و اکنون در بسیاری از اندازه‌گیری‌های فیزیکی ATLAS به شکل گسترده‌ای از آن استفاده می‌شود.

یکی از دستاوردهای اخیر تیعلاتی و همکارانش در گروه همکاری ATLAS، مشاهده فرایند «پراکندگی نور با نور» است که برای نخستین بار در سال 2019 انجام شد. این فرایند در الکترودینامیک کلاسیک به‌کلی ممنوع است اما در الکترودینامیک کوانتومی ظاهر می‌شود. پراکندگی نور با نور فرایند بی‌نهایت نادری است و به همین علت اندازه‌گیری‌اش بسیار دشوار و تقریبا دست‌نیافتنی است. بسیاری از کوشش‌های قبلی در این زمینه که با تجهیزاتی غیر از LHC انجام شد ناکام بوده‌اند.

  با توجه به برخوردهای یون-سنگین پرانرژی فرامحیطی که در LHC انجام می‌شود، احتمال رخداد این فرایند در این آزمایشگاه بالا بود و پژوهشگران متوجه فرصت فوق‌العاده‌ای برای مشاهده آن شدند. آنها امیدوار بودند که سیگنال گویای این فرایند را در حالت نهایی با یک توپولوژی ساده متشکل از دو فوتون پراکنده و یون‌های سنگینی که از برخوردها می‌گریزند، مشاهده کنند. در نهایت تیعلاتی و همکارانش با استفاده از داده‌های جمع آوری شده توسط ATLAS، 59 رویداد را گزارش کردند و این در حالی بود که انتظار داشتند تنها 12 رویداد را ثبت کنند. نتایج یافته‌های آنها به عنوان نخستین مشاهده قطعی پراکندگی نور بانور در فوتون‌ها تلقی شد.

آن‌ها همچنین احتمال این فرایند را نیز اندازه‌گیری کردند و مقداری که به دست آوردند کاملا به پیش‌بینی‌های نظری نزدیک است. در واقع این دستاورد نمایش واضحی بود از عملکرد بی‌عیب‌ونقص LHC به عنوان یک برخورددهنده فوتونی. چیزی که این فرایند را بسیار جالب می‌کند این حقیقت است که فوتون‌های پراکنده می‌توانند با هر نوع ذره جدیدی جفت شوند و مسیر بسیار امیدوارکننده‌ای را برای کاوش فیزیک فراسوی مدل استاندارد پیش روی پژوهشگران قرار ‌دهند. به گفته تیعلاتی «هدف ما در ATLAS برای کاوش در زمینه پراکندگی نور با نور جست‌وجوی ذره‌های اکسیون-مانند است که گزینه بسیار خوبی برای ماده تاریک هستند. پژوهش اخیر ما سفت‌وسخت‌‌ترین محدودیت‌هایی که تاکنو در زمینه تولید ذره‌های اکسیون-مانند وضع شده را ارائه کرده است.»

***

پرسش بنیادی دیگری که مدل استاندارد بی‌پاسخ گذاشته در مورد جرم ذره‌های نوترینو است. فارغ از ویژگی‌های بی‌همتای‌شان، چیزی که نوترینوها را به ذره مورد پسند بسیاری از فیزیک‌دانان تبدیل می‌کند و تیعلاتی هم از این قاعده مستثنی نیست، معانی ضمنی نوترینوها در کیهان‌شناسی و اخترفیزیک است. نوترینوها پیام‌آورانی هستنده که اطلاعات مربوط به دوران آغازین جهان را انتقال می‌دهند. آشکارسازی این مسافران دیرپا می‌تواند به درک ما از تکامل جهان کمک کند. علاوه بر این، اندازه‌گیری‌های به دست آمده از تلسکوپ‌های نوترونی در کنار آشکارسازی موج‌های گرانشی و فوتون‌ها منجر به آغاز عصر جدیدی از اخترفیزیک چندپیامه‌ای در سال‌های اخیر شده است.

تیعلاتی زندگی حرفه‌ای‌اش را به عنوان یک فیزیک‌دان تجربی فیزیک انرژی بالا با مدرک دکتری از دانشگاه محمد الاول در شهر وجده در مراکش آغاز کرد. در آن زمان او راه‌حلی برای یکی از مسأله‌های اساسی در زمینه فیزیک نوترینوها پیشنهاد کرده بود؛ مسأله کمبود مشاهده‌‌شده در نوترینوهایی که از خورشید به زمین می‌رسند. بعدها او پژوهش در زمینه فیزیک نوترینو را با مشارکت در پروژه ANTARES دنبال کرد، یک آشکارساز تنوترینو در عمق 5/2 کیلومتری زیر دریای مدیترانه قرار دارد. به گفته او «من در آماده‌سازی اولیه و استقرار تلسکوپ ANTARES نقش داشتم.» به لطف کوشش‌های او مراکش در سال 2011 رسما به این مشارکت بین‌المللی پیوست. از آن زمان چندین دانشجو با پروژه ANTARES فارغ‌التحصیل شدند. به گفته او «من نماینده گروه فیزیک غیرعادی بودم و همراه با دانشجوهای مراکشی محکم‌ترین محدودیت‌های تجربی در مورد وجود تک‌قطبی‌های مغناطیسی را به دست آوردیم.»

در سال‌های اخیر، تیعلاتی همکاری جدیدی را با پروژه KM3NeT آغاز کرده است، زیرساخت پژوهشی بزرگی که با استفاده از فناوری و دانش به دست آمده از همتای سابقش، ANTARES، در حال ساخت است. به گفته تیعلاتی «سه دانشگاه در مراکش را متقاعد کردم که به این کوشش بین‌المللی بپیوندند و یک هسته اخترذرات در مراکش به وجود آورند.» تشکیل این هسته منجر به آغاز به کار پروژه پایلوت M1 به منظور ایجاد و اجرای خط تولید ماژول‌های نوری برای تلسکوپ نوترینوی KM3NeT در مراکش شد.

***

پیش از نخستین دور فعالیت LHC، فیزیک‌دانان امیدوار بودند این ماشین خیال‌انگیز بتواند سرنخ‌هایی از آنچه فراسوی مدل استاندارد قرار دارد را نشان دهد. با این حال تا به امروز همه چیز همچنان استاندارد به نظر می‌رسد. تیعلاتی باور دارد رویدادهای فراسوی مدل استاندارد بسیار نادرند و بنابراین ایزوله کردن و بررسی این رویدادها به حجم بسیار عظیمی از داده‌ها نیاز دارد.

به گفته او «تا اینجای کار، ما تنها 10 درصد داده‌های برنامه‌ریزی شده برای پروژه LHC را جمع‌آوری کرده‌ایم؛ البته همین مقدار هم برای رد یا محدود کردن بسیاری از مدل‌های نظری هیجان‌انگیزی که مدعی فیزیک فراسوی مدل استاندارد هستند کافی بود. برای مثال برخی نسخه‌های ابرتقارن به‌کار رفته در نظریه ریسمان دیگر پذیرفتنی نیستند.» با این حال او معتقد است هنوز برای قضاوت در این باره زود است و باید منتظر دوره‌های بعدی فعالیت LHC باشیم.

تیعلاتی باور دارد سدشکنی واقعی در حوزه پژوهش او «آشکارسازی سیگنالی خواهد بود که بتوان آن را به عنوان گزینه ماده تاریک یا گراویتون تفسیر کرد. چنین کشفی چالش عظیمی را پیش روی فیزیک‌دانان تجربی و نظری برای تایید و تفسیرش در قالب یک مدل جهان‌شمول قرار می‌دهد.»

جست‌وجوی حکمت باستانی

دکتر محمد اقبال چودری از نمای نزدیک

اینکه در جهان همه چیز، زنده یا غیرزنده، از مواد یکسانی ساخته شده تفاوتی عظیم در نگاه انسان به جهان پدید می‌آورد. وقتی درمی‌یابید که مطلقاً همه چیز، از کپک ناچیز گرفته تا پستانداران عالی همچون خود ما، از چیزی جز مولکول‌ها و اتم‌های یکسان ساخته نشده‌اند، جهان بسیار معنادارتر به نظر می‌رسد. هرچه باشد، ظاهراً بدن ما هیچ مشکلی با بلعیدن و گواردن جانداران دیگر و تبدیل آن به خودش ندارد.

این نگاه به جهان شما را به سوی حسی از یکپارچگی هدایت می‌کند؛ عقلانیت را در برابر رمزوراز قرار می‌دهد. به گفتهٔ آلبرت الیس، روان‌شناس آمریکایی، «باورهای عقلانی ما را به کسب نتایج خوب در دنیای واقعی نزدیک‌تر می‌کنند.» و نتایج خوب چیزی است که در میان انبوه کارهایی که دکتر محمد اقبال چودری، شیمی‌دان آلی ۶۲ سالهٔ پاکستانی، انجام داده فراوان می‌توان یافت. او می‌گوید «از دوران مدرسه به شیمی علاقه داشتم. حتا در سن بسیار پایین نیز درک عمیقی داشتم که همه چیز در اطراف ما تجلی مولکول‌های کوچک است. از رنگ پوست گرفته تا اندیشه‌ها، پیری تا بیماری‌ها همه نتیجهٔ مواد زیست‌شیمیایی هستند که بدن ما تولید می‌کنند.»

در دوران کارشناسی ارشد، فرد کنجکاوی بود که همیشه دنبال پاسخ همه چیز در شیمی می‌گشت. شیفتگی‌اش به شیمی او را به سمت پروفسور عطا الرحمان کشاند که با کیفیت بالا بر پژوهش‌هایش نظارت کرد. رحمان، شیمی‌دان آلی مشهور پاکستانی، که دکتر چودری او را «مربی عزیز، استاد بزرگ و دوست من» توصیف می‌کند، نقش مهمی در شکل‌دهی به کار او به عنوان یک دانشمند داشت.

دکتر چودری می‌گوید «ارتباط طولانی من با استاد بزرگ پروفسور عطا الرحمان و بحث‌های منحصر به فرد و تأمل‌برانگیزی که با او داشتم به من کمک کرد اندیشهٔ انتقادی و رویکرد تحلیلی پیدا کنم که برای پژوهش علمی ضروری است. از خوش‌اقبالی‌ام بود که فرصت آموختن از تجربهٔ طولانی او در پژوهش، دانش عظیم او در شیمی آلی، و شوق بی‌دریغش به خدمت نصیبم شد. بی‌تردید او بیشترین تأثیر را در شکل‌دهی به کار حرفه‌ای من به عنوان یک شیمی‌دان آلی داشت که عمیقاً به شیمی حیات علاقه‌مند است.»

***

دکتر چودری از کودکی‌اش با عنوان «بدون شک خاص‌ترین زمانی که آنکه امروز هستم را شکل داد» یاد می‌کند. او در خانواده‌ای پرورش یافت که در آن برای آموزش و دین ارزش بسیاری قائل بود. به او که در میان پنج خواهر و برادر از همه بزرگ‌تر بود، آموختند که مسئولیت‌پذیر باشد و حس همدلی، مراقبت و درک منطقی مسائل داشته باشد.

محمد اقبال از موهبت داشتن کتابخانه‌ای بزرگ در خانه برخوردار بود که همیشه عاشق خواندن کتاب‌های آن بود. پدرش، از سه سالگی معمولاً از او می‌خواست که برای دورهمی‌های اجتماعی و سیاسی سخنرانی‌های کوتاه ایراد کند. در بحث‌ها و مسابقات سخنرانی، در مدرسه و منطقه، مرتب شرکت می‌کرد. او در مسجد محله حضوری مداوم داشت و می‌گوید «جالب است که در سن پایین مسئولیت نظارت بر ساخت بنایی بزرگ در مسجد به من سپرده شد. آنجا زمان زیادی را با بزرگترها می‌گذراندم و از جدیت و اعتبار زیادی برخوردار شدم.»

دکتر چودری به یاد می‌آورد که در آن زمان «فرزند مادرم بودم، و عصرها زمان زیادی را با او می‌گذراندم و به داستان‌های پیامبران گوش می‌دادم. یادم می‌آید که معمولاً در کارهای خانه نیز به مادرم کمک می‌کردم.» او روزهایی را به یاد می‌آورد که عصرها با دوستان و برادرانش در زمین بازی بزرگ نزدیک خانه‌شان فوتبال بازی می‌کرد.

***

به نظر دکتر چودری پدر و مادرش بیشترین تأثیر را بر شخصیت کنونی‌اش گذاشته‌اند. او می‌گوید «درواقع، بیش و پیش از هر چیز، مادر عزیزم نثار بیگم بود که حس مسئولیت‌پذیری، راست‌گویی، و شوق یادگیری را در من القا کرد. او از من شخصی با قلب پاک و روحیهٔ قناعت ساخت. در درجهٔ دوم پدرم، غلامحسین چودری، است که مددکار اجتماعی بود و به من آموخت که با ازخودگذشتگی به مردم خدمت کنم. او به من یاد داد که قدر تنوع را بدانم و فارغ از نژاد و دین به همه احترام بگذارم.»

که به مدرسه‌ای نزدیک منزل‌شان رفت؛ یکی از مدرسه‌های رایگان برای عموم بسیاری که پدرش برای کودکان خانواده‌های مهاجر تأسیس کرد. درس‌های مورد علاقه‌اش در مدرسه علوم و جغرافیا بودند که نشان‌دهندهٔ کنجکاوی او در مورد ناشناخته‌هاست. می‌گوید «این درس‌ها به من درک خوبی از تنوع فرهنگی، طبیعت، و توسعهٔ دانش‌بنیاد در مناطق و کشورهای مختلف جهان داد.»

دکتر چودری بر این باور است که علاقه‌اش به علم و پژوهش ریشه در آموزش اولیه‌اش دارد. او می‌گوید «مهم‌تر از همه تفسیر آیه‌های قرآن دربارهٔ تفکر و تأمل دربارهٔ کائنات و آفرینشِ الله سبحانه و تعالی بود که الهام‌بخش من برای تحقیق و کنجکاوی شد.» او به دستاوردهای دانشمندان مسلمان در دنیای قرون وسطا علاقه بسیاری داشت و به آن افتخار می‌کرد. «مطالعاتم دربارهٔ دانشمندان مسلمان قرون وسطا، که علم مدرن را پی افکندند، کمکم کرد که به علاقه‌ام به علم شکل بدهم.»

دکتر چودری به مطالعه دربارهٔ تحولات شگرف کشورهای دیگر نیز علاقه داشت. این به او شوق سفر بخشید و به اشتیاقش برای کسب علم دامن زد. آزمایش‌های عملی که می‌توانست در آزمایشگاه علمی مجهز دبیرستانش انجام دهد علاقه‌اش به علوم طبیعی را شعله‌ورتر می‌کرد.

اشتیاق عمیق او به آموختن و عادتش به مطالعه سرانجام او را به سمتی هدایت کرد که پژوهشگر و دانشمند شود. می‌گوید «هنوز به یاد دارم که کنجکاو بودم بدانم چرا پدربزرگ و مادربزرگم پیر و دچار بیماری‌های گوناگون می‌شوند، و چرا نمی‌توان جلوی پیری را گرفت یا روند آن را وارونه کرد.» پس از آن بود که علاقهٔ زیادی به شیمی حیات به عنوان عشق و پیشه‌اش پیدا کرد.

***

دکتر چودری مدرک دکتری‌اش در شیمی آلی را از پژوهشگاه شیمی حسین ابراهیم جلال در دانشگاه کراچی پاکستان گرفت. او اکنون یکی از پرکارترین نویسندگان در رشتهٔ شیمی فراورده‌های طبیعی و از پیشگامان آن در جهان است. او نیز همچون استادش دکتر عطا الرحمان، با پژوهش‌های خود تأثیر شگرفی بر این رشته گذاشت.

فرآوردهٔ طبیعی ماده‌ای است که توسط گیاهان، جانوران و میکروب‌ها تولید می‌شود؛ موادی حاصل از سوخت‌وساز همچون کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، چربی‌ها، و اسیدهای نوکلئیک. هدف شیمی فراورده‌های طبیعی شناخت موادی است که طی میلیون‌ها سال تحت تنش‌های گوناگون در موجودات زنده تکامل یافته‌اند. این شیمی‌دانان تلاش می‌کنند این حکمت باستانی طبیعت را استخراج کنند و به نفع بشر به کار بگیرند. دکتر چودری و شیمی‌دانان دیگر رشتهٔ فراورده‌های طبیعی نشان داده‌اند که بسیاری از این مواد شیمیایی خواص دارویی دارند.

دکتر چودری استاد شیمی آلی و شیمی فراورده‌های طبیعی است و از سال ۲۰۰۲ مدیریت مرکز بین‌المللی علوم شیمیایی و زیستی (ICCBS) را بر عهده دارد که عالی‌ترین پژوهشگاه علوم شیمیایی و زیستی در کشورهای در حال توسعه لقب گرفته است. تلاش‌های او در راه‌اندازی چندین پژوهشگاه هم در داخل پاکستان و هم در کشورهای خارجی تعیین‌کننده بوده است.

دکتر چودری بیش از هزار مقالهٔ علمی نوشته و ۵۷ حق امتیاز بین‌المللی به ثبت رسانده است. علاوه بر این، ۶۸ کتاب و ۴۰ فصل در کتاب‌های دیگر نوشته است. او می‌گوید «گذشته از آثار علمی‌ام، از فرصت‌هایی که توانسته‌ام برای صدها پژوهشگر جوان آفریقایی و آسیایی فراهم کنم تا در ICCBS و مؤسسات گوناگون دیگر در جهان دورهٔ پژوهشی ببینند احساس رضایت عمیقی می‌کنم. او استاد راهنمای نزدیک به صد دانشجوی دکتری بین‌المللی بوده که بسیاری از آنها خانم هستند.

دکتر چودری می‌گوید «با گذشت زمان، دریافتم که ارزش‌های خانوادگی‌ام، آموزش علمی ممتازی که در مؤسسه‌های درجه یک آمریکا دیده‌ام، سفرهای خارجی گسترده، و ارتباطم با ICCBS مرا به مهارت‌ها و بینش لازم برای پیشگامی و سرآمدی هم در دانشگاه و هم در حرفه‌ام مجهز کرده‌اند.» او احساس می‌کند که مأموریت دارد هم به کشورش و هم به کل بشریت خدمت کند.

این روزها دکتر چودری کمتر زمان اضافه‌ای پیدا می‌کند اما سفر همیشه تفریح مورد علاقه‌اش بوده است. او می‌گوید «تنوع فرهنگ‌ها، اقوام، طبیعت، مناظر، و تاریخ مرا به خود جذب می‌کند.»

شکار مولکول‌های درمانی در جنگل‌های طب سنتی

دکتر اقبال چودری عصاره‌های گیاهی را در بوتهٔ علم مدرن آزمایش می‌کند

آیا گیاهانی که دارویی می‌نامیم داروهای مؤثری هستند؟ خب، بازار پر از انواع گیاهان «دارویی» با بسته‌بندی‌های پرزرق‌وبرق و نام‌های تجاری فریبنده است. اما آیا واقعاً کار هم می‌کنند؟ دکتر محمد اقبال چودری، زیست‌شیمی‌دان پژوهشگاه بین‌المللی علوم شیمیایی و زیستی (ICCBS) در دانشگاه کراچی در پاکستان، می‌گوید «گیاهان دارویی از عصر باستان بنیان طب سنتی بوده‌اند، و در دوران معاصر به عنوان منبع داروهای جدید نقشی مرکزی بازی کرده‌اند.»

دکتر چودری گیاهان دارویی بسیاری را در جست‌وجوی اثرگذاری‌شان آزمایش کرده است. او می‌گوید «به عنوان یک شیمی‌دان، حقیقتاً شیفتهٔ تنوع شیمیایی بی‌کرانی هستم که در گیاهان وجود دارد.» با ابزارهای امروزی علم، به همراه دانش سنتی دربارهٔ کاربردهای گیاهان دارویی، می‌توان آنها را به عنوان منبع پایدار و غنی داروهای جدید در برابر بیماری‌های شایع و نوظهور به کار برد.

بازگشت به طبیعت، با تمام عناصر رمانتیک آن، در دهه‌های اخیر در نقاط مختلف دنیا به نوعی سبک زندگی تبدیل شده است. استفاده از ترکیبات گیاهی سنتی، به جای داروهای به اصطلاح «شیمیایی»، که بسیاری آن را نتیجهٔ تباهی تمدن مدرن می‌دانند، جنبهٔ بارزی از این جنبش است که محدود به شرق هم نیست؛ داروهای گیاهی در بسیاری از کشورهای توسعه‌یافته به گستردگی مصرف می‌شوند.

در سرتاسر جهان، بین ۵۰ تا ۸۰ هزار گونه گیاه گل‌دار وجود دارد که برای خواص دارویی‌شان به کار می‌روند. گیاهان دارویی عموماً برای طیف گسترده‌ای از فایده‌ها برای سلامتی ما تجویز می‌شوند؛ از شکستن سنگ مثانه و پایین آوردن فشار خون گرفته تا کاهش خطر سرطان‌های گوناگون و حتا درمان افسردگی.

این ادعاها از آزمون علم چگونه بیرون می‌آیند؟ گیاه‌شیمی‌دانان و داروشناسان برای تعیین کارایی این نوع ترکیبات گیاهی چندین تکنیک معتبر ابداع کرده‌اند. آیا درمان‌های گیاهی سنتی در مجموع آن‌طور که در طب سنتی ادعا می‌شود مؤثرند؟ آیا احتمال اینکه این گیاهان از هر گیاه دیگری که به تصادف انتخاب شود در پژوهش‌های دارویی مؤثرتر باشند بیشتر است؟ آیا گیاهان دارویی بی‌خطرند؟ آیا مؤثرند؟ میزان مصرف بهینهٔ آنها کدام است؟ پیامدهای جانبی و/یا تداخل‌شان با داروهای دیگر چطور؟

دکتر چودری می‌گوید «کار ما و کار دانشمندان دیگر با قطعیت اهمیت گیاهان دارویی به عنوان مهم‌ترین منبع داروهای جدید را نشان داده و در بسیاری موارد کاربردهای سنتی‌شان را به شیوهٔ علمی ثابت کرده است. جالب است که تمام گیاهان دارویی، که در انواع طب سنتی به کار می‌روند، نمی‌توانند معیارهای سخت‌گیرانهٔ علمی شامل بی‌خطری، کارایی و عدم تداخل را با موفقیت برآورده کنند. اما نرخ موفقیت در یافتن مولکول‌های دارومانند از  گیاهان دارویی خیلی بالاتر از غربال تصادفی عصاره‌های گیاهی یا کتابخانه‌های شیمیایی است.»

گروه دکتر چودری روی گیاهان دارویی بسیاری کار کرده‌اند که در طب سنتی به کار می‌روند، و موفق شده‌اند از آنها چندین ترکیب زیست‌فعال یا داروی بالقوه استخراج کنند. برای مثال، از عروسک پشت‌پردهٔ کوتوله (Physalis minima) برای درمان نوعی بیماری گرمسیری به نام لیشمانیاز استفاده کرده‌اند که در اثر یک انگل آغازی ایجاد می‌شود و ۱۲ میلیون نفر در ۹۷ کشور را آلوده کرده است. از این گذشته، در گونه‌ای زبان پس قفا (Delphinium denudatum) ماده‌ای کشف کرده‌اند که خاصیت قوی ضد صرع دارد. سپس برای تحقیقات بیشتر آن را در آزمایشگاه به شیوهٔ مصنوعی ساخته‌اند. این ترکیبات گیاهی و مشابه‌های مصنوعی آنها هم‌اکنون در کارآزمایی‌های بالینی به کار می‌روند.

دکتر چودری، گرچه در پژوهش‌هایش از دانش سنتی بهرهٔ بسیاری برده، اما در مورد استفادهٔ نادرست از این گیاهان هشدار می‌دهد. بسیار مهم است که برای ارزیابی کارایی و بی‌خطری داروهای سنتی از روش‌های علمی استفاده شود. او می‌گوید «تغییرات ذاتی در مقادیر مواد شیمیایی زیست‌فعال موجود در گیاهان تولید محصول استاندارد بر پایهٔ آنها را به چالشی تبدیل می‌کند. برای ساخت دارویی بر پایهٔ شواهد علمی، انجام کارآزمایی‌های پیشابالینی، سم‌شناختی و بالینی برای محصولات گیاهی استاندارد مطلقاً ضروری است.»

***

علاقهٔ پژوهشی دکتر چودری بیشتر بر یافتن فعالیت‌های زیستی ترکیبات طبیعی و مصنوعی متمرکز بوده است. طرح‌های پژوهشی گروه او بر بیشتر بر اختلالت سوخت‌وساز و عصب‌شناختی متمرکز است. او می‌گوید «هدف ما یافتن راه‌حل برای چالش‌های سلامتی حل‌نشده و شایع است.» آنها از شناخت عمیق خود از اصول شیمیایی و فرایندهای زیست‌شناختی با موفقیت در کشف تعداد زیادی مولکول جالب با کاربردهای دارویی بالقوه استفاده کرده‌اند. کیفیت پژوهش‌های این گروه نه تنها در سطح بین‌المللی به رسمیت شناخته شده، بلکه توجه صنایع داروسازی پیشرو را نیز به خود جلب کرده است.

یکی از جذاب‌ترین گروه‌های این مولکول‌ها آنزیم‌ها هستند که کل دستگاه حیات را تنظیم می‌کنند. تولید بیش از حد آنها منجر به بروز بیماری‌های بی‌شماری می‌شود. آنزیم‌ها برای آغاز یا تسریع یک واکنش شیمیایی باید به مولکولی خاص، به نام پیش‌ماده، متصل شود. پس برای کاهش یا حتا توقف فعالیت یک آنزیم باید از مولکولی استفاده کرد که به آنزیم متصل شود و مانع از اتصال آن به پیش‌ماده شود. به این فرایند مهار آنزیم گفته می‌شود. این مولکول‌ها، که مهارکننده یا بازدارندهٔ آنزیم نامیده می‌شود، از طریق چند سازوکار عمل می‌کنند، ازجمله رقابت با پیش‌ماده بر سر اتصال به جایگاه فعال آنزیم.

دکتر چودری می‌گوید «گروه پژوهشی ما بازدارنده‌های جدیدی برای آنزیم‌های دارای اهمیت پزشکی کشف و بررسی کرده است که می‌توان از آنها برای توقف آبشار مولکولی در اختلالات وابسته به آنزیم، همچون بیماری آلزایمر، انواع دیابت و سرطان سینهٔ ER+ استفاده کرد.» در نتیجهٔ این پژوهش‌ها، چندین گروه جدید از مولکول‌هایی با خواص دارویی، به همراه شناخت مرتبط با سازوکار عمل آنها، وارد منابع جهانی شده است.

هدف این است که محصول نهایی که در غیر این صورت تولید می‌شد تا حد امکان کاهش یابد. و هنگامی که محصول نهایی واکنشی آنزیم تسهیل می‌کند ترکیب مضر ناخواسته باشد که منجر به یک بیماری فیزیولوژیک می‌شود، بازدارنده‌اش را می‌توان دارو نامید. بسیاری از مولکول‌هایی که دارو به شمار می‌آیند، ازجمله آنتی‌بیوتیک اریترومایسین، درواقع بازدارنده‌های آنزیمی هستند که مانع فعالیت آنزیم می‌شوند تا یک عامل بیماری‌زا را نابود کنند یا یک کفهٔ تعادلی فیزیولوژیک را به نفع ما سنگین‌تر کنند.

یکی از کشف‌های گروه پژوهشی دکتر چودری که در سطح بین‌المللی شناخته شده است بازدارنده‌های آنزیم اوره‌آز است. برای مثال، از بازدارنده‌های آنزیم اوره‌آز به عنوان داروی زخم معده استفاده شده است. اوره‌آزی که باکتری Helicobacter pylori در معدهٔ انسان به میزان زیاد تولید می‌کند، با تجزیهٔ مولکول اوره (که پیش‌ماده‌اش است) اسیدیتهٔ آستر مخاطی معده را افزایش می‌دهد. افزایش اسیدیته در آستر معده برش‌هایی ایجاد می‌کند و سبب التهاب معده یا گاستریت می‌شود که در مواردی ممکن است سرطانی شود. بنابراین هر چیزی که بتواند جلوی اوره‌آز را بگیرد یک داروی بالقوه برای زخم معده است.

خوشبختانه ترکیبات گوناگونی وجود دارند که می‌توان از آنها به عنوان بازدارندهٔ اوره‌آز استفاده کرد، اما آیا باید آنها را به شکل داروی خوراکی برای بیمارانی که زخم معده دارند تجویز کرد؟ آیا مهم است که این مواد منشاء گیاهی داشته باشند یا باکتریایی، یا اصلاً مصنوعاً در آزمایشگاه ساخته شده باشند؟ پیامدهای جانبی‌شان چیست؟ آیا به اندازهٔ کافی اختصاصی هستند که به پروتئین‌های دیگری غیر از آنزیم هدف متصل نشوند؟ چه عواملی یک بازدارندهٔ آنزیمی را به دارویی مؤثر تبدیل می‌کند؟ اینها پرسش‌هایی هستند که در پژوهش‌های دکتر چودری به آنها پاسخ داده می‌شود.

***

فعالیت زیستی یک گیاه مبتنی بر مواد شیمیایی آن است. این مواد شیمیایی را گیاهان در واکنش به تنش‌های زنده و غیرزنده می‌سازند، و بنابراین یک گیاه در فصل‌های مختلف و مناطق مختلف ممکن است تفاوت‌های چشمگیری در ترکیب شیمیایی و در نتیجه تأثیر زیستی‌اش داشته باشد. این عامل کل رشته مواد گیاهی و داروشناسی گیاهی را بسیار پیچیده و غیرقطعی می‌سازد.

دکتر چودری می‌گوید «چگونگی حصول اطمینان از اندازه‌گیری درست مقادیر هزاران مادهٔ شیمایی موجود در عصاره‌های گیاهی یکی از قدیمی‌ترین پرسش‌ها در رشتهٔ پژوهشی من است. با وجود پیشرفت‌های بزرگ در طیف‌سنجی، ژنومیک و متابولومیک، هنوز پاسخی برای این پرسش پیدا نشده است.» پاسخ این مسئله به راستی تحولی در این رشته ایجاد خواهد کرد. او می‌گوید «گروه ما قصد دارد روش‌های سریعی در متابولومیک غیرهدفمند ابداع کند که به کمک آنها بتوان مجموعهٔ متابولیت‌های کوچک گیاه شاهد (که فعالیت زیستی‌اش ثابت شده) را با گیاه مورد آزمایش مقایسه کرد.»

دکتر چودری رویایی دارد: تأسیس یک مرکز بین‌المللی چندرشته‌ای برای بیماری‌های گرمسیری نادیده گرفته‌شده. او آرزو دارد وقت و انرژی لازم برای انجام این مأموریت در آیندهٔ نزدیک را داشته باشد. او می‌گوید «این مرکز به رویای من برای ایجاد پژوهشگاهی در سطح جهانی با بودجهٔ دائمی و شبکه‌ای جهانی از آزمایشگاه‌های اقماری برای بررسی علت و درمان بیماری‌های گرمسیری بی‌شماری که نادیده گرفته شده‌اند تحقق خواهد بخشید.» به این دلیل نادیده گرفته‌شده‌اند که این بیماری‌های تهی‌دستان در «اولویت» صنعت جهانی داروسازی قرار ندارند، گرچه بر زندگی چند میلیارد نفر در فقیرترین مناطق جهان اثر می‌گذارند.