ماهنامه دانشمند - موسی توماج: ماجرای کشف ها و ابداعات علمی علاوه بر اینکه بخشی جذاب از تاریخ علم و فناوری هستند، وجه خلاق و آفرینش گر وجود انسان دانشمند را که در بستر شرایط خاص تاریخی تحقق می یابد، نمایش می دهند.
انگیزه ابتدایی بیشتر کشفیات علمی نه آن طور که فرانسیس بیکن در نظر داشت، شناخت طبیعت به منظور سلطه و بهره گیری از آن، بلکه کنجکاوی و اشتیاق برای درک و فهم پدیدارهای طبیعی بوده است. آن نوع کنجکاوی ای که هر کودکی از آن بهره می برد و همان طور که اینشتین گفته دانشمندان کسانی هستند که این کنجکاوی را در بزرگسالی نیز حفظ کرده اند.
در 1297/ 1918، دو سال پس از ارائه نظریه نسبیت عام از سوی اینشتین، مهاجری روس به نام ملویل آرتور فاینمن در شهرک فار راک اوِی (Far Rockaway) در حومه نزدیک به دریای نیویورک، چشم به راه تولد اولین فرزند خود بود. او به دلیل فقدان امکانات نتوانسته بود آموزشی رسمی ببیند. اما اهل مطالعه و شیفته ذاتی علوم طبیعی بود و درباره نوزادی که در راه بود به همسرش گفته بود: «اگر پسر باشد دانشمند می شود.» پسر به دنیا آمد و ریچارد نام گرفت.
کودکی که رادیو تعمیر می کرد
برخلاف اینشتین که در کودکی هیچ اثری از نبوغ در وجودش نداشت، ریچارد از همان آغاز هوش سرشارش را نمایان کرد. او پدری داشت که دائما برای او کتاب های عامه فهم علمی می خواند و آن را با زبانی ساده برایش توضیح می داد و در پیاده روی های طولانی برایش از طبیعت، اقیانوس ها و ستارگان و چرایی و چگونگی پرواز پرندگان و جزر و مد دریا سخن می گفت و همین امر شیفتگی عمیقی برای فهم رازهای طبیعت و حل مسائل بغرنج درون او ایجاد کرد.
ریجارد آزمایشگاه کوچکی برای خود ساخته بود و مدام با وسایل مختلف خانه مثل رادیو و ساعت ور می رفت و آن ها را دست کاری می کرد. دوازده ساله بود که می توانست رادیو تعمیر کند و از این راه درآمدی هم داشته باشد. او کاری کرد که ساعت رومیزی خانه در جهت معکوس کار کند و خواندن صحیح وقت از روی آن را یاد گرفت.
در دبیرستان با اینکه در همه درس ها خوب بود، اما علوم و ریاضیات را بسیار جدی تر می گرفت و در این دو موضوع از دانش آموزان دیگر بسیار جلوتر بود، تی درس جبر را با کتاب خودآموز در دوره دبیرستان یاد گرفته بود. به زودی سرآمد تیزهوشان دبیرستان شد و دانش آموزان سال های بالاتر برای حل مسائل ریاضی شان مدام به سراغش می آمدند.
دانشجوی فیزیکدان
با اتمام دبیرستان، فاینمن به قصد تحصیل در ریاضیات وارد «موسسه فناوری ماساچوست» (MIT) شد، اما در انتخاب رشته دانشگاهی مردد بود تا اینکه با بررسی رشته های دیگری از جمله مهندسی برق، در نهایت فیزیک را انتخاب کرد. دانشجوی سال دوم بود که یکی از دروس فیزیک نظری مخصوص دانشجویان کارشناسی ارشد را انتخاب کرد.
سال 1316/ 1937 بود وهنوز در MIT درس مکانیک کوانتومی که در آن زمان نظریه ای نوظهور بود، تدریس نمی شد. او و دو نفر از ادوستانش یکی از استادها را راضی کردند تا مکانیک کوانتومی را به آن ها تدریس کند. استعداد فوق العاده او با انتشار دو مقاله علمی در مجله معتبر فیزیکال ریویو (Physical Review)، در زمانی که هنوز دانشجوی دوره کارشناسی بود، به اثبات رسید.
در حضور غول ها
برای دوره دکتری به دانشگاه پرینستون رفت. حوزه علاقه فاینمن الکترودینامیک و مسائل بنیادی اندرکنش ذرات باردار ریزاتمی بود. اوایل این دوره استادش او را به ارائه یک سخنرانی در زمینه تحقیقاتش دعوت کرد. سمیناری که در حضور برخی از بزرگ ترین غول های فیزیک دوران از جمله اینشتین، ولفگانگ پاولی و جان فون نیومان برگزار می شد.
با وجود ترس اولیه از این هیولاهای متفکر، خصلت عجیبی که داشت باعث شد سخنرانی اش را به نحو عالی ای انجام دهد؛ این خصلت این بود که وقتی درباره فیزیک می اندیشید تمامی حواسش را بر آن متمرکز می کرد و هیچ چیز نمی توانست ذهنش را آشفته کند و از استرس کاملا رها می شد. فاینمن در سال 1321/ 1942 دکترایش را دریافت کرد و بلافاصله به ماموریتی مهم فراخوانده شد.
نبوغ در خدمت بمب
سال 1318/ 1939 جنگ جهانی دوم در اروپا شروع شد و نگرانی های پیش آمده از اقدام آلمان برای ساختن بمب اتمی و نامه اینشتین به روزولت، رییس جمهوری وقت آمریکا، دولت یالات متحده را بر آن داشت تا پروژه ساخت چنین بمبی را جدی بگیرد. مضمون نامه اینشتین هشدار درباره خطرات پیش دستی آلمانی ها در دستیابی به سلاح هسته ای بود.
سال 1322/ 1943 آزمایشگاه بمب در لس آلاموس در نیومکزیکو تحت مدیریت رابرت اوپنهایمر آغاز به کار کرد. فاینمن پس از تردید اولیه درباره کار مربوط به جنگ، به این طرح که پروژه منهتن نام گرفته بود، پیوست.
در آن زمان 25 سال داشت و جوان ترین فرد پروژه بود. استعداد او را در آنجا به سرعت شناختند و او را به سمت سرپرستی یک گروه برگزیدند. از عملکرد فاینمن در این پروژه تمجید و تکریم فراوانی به عمل آمد. محدودیت های امنیتی لس آلاموس برای فاینمن بسیار آزاردهنده بود و از دست دادن همسرش در همان زمان بر غم او می افزود. بنابراین با پایان پروژه در 1324/ 1945، او نخستین فرد از گروه مدیران بود که آنجا را ترک کرد.
سرخوردگی و تصمیم سرنوشت ساز
با اتمام پروژه ساخت بمب اتمی ور قابت دانشگاه ها برای جذب او، در حلای که فقط 27 سال داشت، استادی فیزیک در دانشگاه کورنل را انتخاب کرد. عاشق تدریس بود، اما احساس می کرد از دورانی ه با عشق به فیزیک می پرداخت دور شده است. سال ها بعد به یکی از دوستانش گفته بود: «در آن دوران از فیزیک بیزار شده بودم، اما قبلا از آن لذت می بردم چون با آن بازی می کردم. آنچه را دوست داشتم انجام می دادم و اهمیتی هم نمی دادم که کاری که انجام می دهم برای پیشرفت فیزیک هسته ای مهم است یا نه؟ فقط بازی با آن برایم جالب بود.»
احساس یاس و ناامیدی ای داشت که به او می گفت دیگر نمی تواندکار مهمی در فیزیک نظری انجام دهد و باید تغییر و تحولی در زندگی حرفه ایش به وجود آورد. بنابراین تصمیم گرفت به تدریس که همچنان آن را دوست داشت، بپردازد و به فیزیک هم مانند دوران جوانی اش به عنوان فعالیتی سرگرم کننده و نه یک شغل نگاه کند و فقط هرگاه دلش خواست بدون آنکه نگران اولویت مقام و غیره باشد، با آن بازی کند.
بازی با بشقاب چرخان
یک هفته پس از آن تصمیم سرنوشت ساز، در کافه تریای دانشگاه نشسته بود که ناگهان یکی از دانشجویان برای شوخی جلوی دوستانش ظرف نهارخوری اش را به هوا پرتاب کرد. بشقاب در هوا می چرخید و در عین حال می لرزید. فاینمن دید لوگوی قرمز دانشگاه کورنل روی بشقاب، می چرخد.
کار خاصی نداشت، پس محاسبات حرکت بشقاب چرخان را شروع کرد. بلافاصله معادله های حرکت بشقاب را نوشت و معادله ای به دست آورد که به دو نوع حرکت مربوط می شد. آنچه به دست آورد اهمیتی نداشت؛ دینامیک چرخش و لرزش سال ها پیش شناخته شده بود. برای فاینمن تبدیل حرکت پیچیده بشقاب در حال پرواز به معادلات دیفرانسیل یک سرگرمی محض بود.
او آن روز یکی از همکارانش را دید و به او درباره نحوه حرکت بشقاب و محاسباتش توضیح داد. دوستش پرسید: «خب تا حدی جالب است، ولی چه اهمیتی دارد؟ برای چه چنین محاسباتی انجام دادی؟» فاینمن پاسخ داد: «ها! هیچ اهمیتی ندارد، من فقط به خاطر تفریح و سرگرمی این کار را انجام می دهم.»
فاینمن مانند نویسنده یا هنرمندی که از انسداد خلاقیت رهایی می یابد، بار دیگر شور و هیجان بازی با فیزیک را بازیافته بود. او به بازی با معادلات لرزش ادامه داد و با تطبیق آن با فیزیک کوانتوم به این نتیجه رسید که چطور می توان این موضوع را با فضای چرخشی الکترون و براساس فرضیاتی که نظریه نسبیت بیان می کرد، تطبیق داد. در ادامه و پس از مطالعاتی بیشتر، به معادله دیراک در الکترودینامیک کوانتومی رسید و نتیجه این تحقیقات به بازآفرینی نظریه الکترودینامیک کوانتومی (QED) و حل مسائل بغرنج آن انجامید.
فاینمن می نویسد: «بازی با این چیزها راحت و بی زحمت و به سادگی بازی کردن کنجکاوانه یک کودک با وسایل دور و برش بود، مثل آب خوردن بود؛ همه چیز به راحتی پیش می رفت و همه چیز به سادگی سر جای خود قرار می گرفت. نمودارها و معادلات و در مجموع کل این نتایج و تحقیقات که به دریافت جایزه نوبل انجامید ناشی از سرگرمی و بازی با همان بشقاب چرخنده و لرزنده بی اهمیت بود.»
QED یا نظریه شگفت انگیز
دیراک در سال 1307/ 1928 نظریه الکترودینامیک کوانتومی یا همان (Quantum Electrodynamies) QED را پیشنهاد داده بود. نظریه ای که قرار بود مسئله مربوط به برهم کنش الکترون یا الکترون و ذرات بنیادی دیگر را توضیح دهد. تلاش دیراک در این راه به شکست منجر شد.
فاینمن و دو فیزیکدان دیگر به نام های جولین شونگر و شین ایچیرو توموناگو به فرمول بندی مجدد آن پرداختند تا بتوانند مشکلات آن را رفع کنند. این سه دانشمند با دیدگاه هایی متفاوت شروع کردند و تقریبا همزمان به راه حل هایی یکسان برای مسائل الکترودینامیک کوانتومی رسیدند؛ از این رو جایزه نوبل فیزیک سال 1344/ 1965 به این سه نفر تعلق گرفت.
نظریه الکترودینامیک کوانتومی یک نظریه مکانیک کوانتومی الکترون و الکترومغناطیس یا به عبارتدیگر ترکیبی از نظریه های نسبیت خاص اینشتین و مکانیک کوانتومی است. QED به دو نوع از ذرات بنیادی، الکترون ها و فوتون ها و راه های متعدد برهم کنش آن ها می پردازد.
اگرچه این کشف برحسب معیارهای امروزی در عرصه کوچکی سهم داشت و فقط برهمکنش های فوتون و الکترون را بررسی می کرد (نیروهای هسته ای قوی و ضعیف و گرانش را شامل نمی شد)، پس از سال ها ناامیدی به ثمر رسید و اولین پیشرفت اساسی در زمینه وحدت بشخی نسبیت خاص و مکانیک کوانتومی بود.
فاینمن نظریه الکترودینامیک کوانتومی را «نظریه شگفت انگیز» نامید و معتقد بود این نظریه «گل سرسبد فیزیک و افتخارآمیزترین دارایی» ماست؛ از لحاظی واقعا چنین بود. نظریه الکترودینامیک کوانتومی برای انبوهی از پدیدارهای فیزیک با موفقیت کامل به کار گرفته شد. بعضی از این پدیده ها اندازه گیری های صحیحی با دقتی شگفت انگیز را ممکن می کنند که با رهیافت فاینمن به QED سازگارند.
فاینمن همچنین روشی ترسیمی ابداع کرد که به دیاگرام های فاینمن معروف شدند. این دیاگرام ها برای هر دو گروه فیزیکدانان هسته ای نظریه پرداز و تجربی کمکی عمده هستند. فیزیکدانان می توانند با استفاده از نمودارهای فاینمن نتایج حاصل از تقریبا هرگونه برخورد بین ذره ای پیچیده را محاسبه کرده و همزمان تصویری از آن برخورد را که می تواند خلاصه مناسبی از یک محاسبه ریاضی چندین صفحه ای باشد، به دست دهند.
ماجراجوی شگفت انگیز
فاینمن چه به عنوان فیزیک دان و چه در موارد دیگر زندگی، همواره یک ماجراجو بود. ماجراجویی های او از طریق دو کتابش با عناوین «حتما شوخی می کنید آقای فاینمن؟» و «چه اهمیتی می دهید مردم چه فکر می کنند؟» بسیار معروف شد. فاینمن فیزیکدانی شوخ طبع بود و بازکردن در گاوصندوق ها از شیرین کاری هایش بود و در این کار مهارت خارق العاده ای داشت!
فاینمن درباره همه چیز کنجکاو بود. از گفتن اینکه «من باید چیزی باشم که نیستم» لذت می برد. او معلمی بزرگ بود و در انتقال مفاهیم پیچیده فیزیک به زبانی ساده، استادی تمام بود. او طبل نوازی ماهر شد. زیست شناسی یاد گرفت و به عنوان دستیار آموزشی در گروه زیست شناسی «موسسه فناوری کالیفرنیا» (CalTech) کار کرد. او چند تابستان به عنوان کارمند عادی یک شرکت تازه تاسیس رایانه مشغول به کرا بود. فاینمن نخستین کسی بود که به امکانات فناوری های ریزابعاد که امروزه نانوفناوری نامیده می شود پی برد، همچنین یکی از افراد گروهی بود که به بررسی واقعه انفجار شاتل فضایی چلنجردر سال 1365/ 1986 پرداخت.
به شگفتی ها می اندیشم
او نمی توانست به یک مسئله پژوهشی روی آورد مگر آنکه کل آن را به شیوه خودش بازسازی کند یا به گفته خودش به آن جهتی تازه دهد. روی تخته سیاهش در کالتک این پیام نوشته شده بود: «آنچه را نمی توانم خلق کنم، نمی توانم بفهمم». هیچ ترسی از ابهام، تردید و عدم قطعیت نداشت.
می گفت «من از چیزهایی که نمی دانم احساس ترس نمی کنم و از پرداختن به آن ها و گم شدن در عالم اسرارآمیز ناشناخته ها وحشی ندارم.» تردیدانگیزه او بود که به اکتشاف می انجامید. او از اینکه حل یک معما معمولا به معمای دیگری می رسید ناراحت نمی شد. شناخت بیشتر به معمای ژرف تر و شگفت انگیرتری می انجامید و باعث درک عمیق تری می شد.
برای فاینمن تامل درباره عالم فراتر از انسان و تفکر درباره عالم بدون انسان (پیش از انسان و بعد از او)، به مثابه «تجربه ای مهبی» بود. از نظر او وقتی انسان اسرار و عظمت جهان خارج را درک کند، نظر عینی خود را مجددا بر انسان بر می گرداند تا درباره زندگی به عنوان بخشی از ژرف ترین معماهای عامل تامل کند و به تجربه ای وصف نشدنی دست یابد.
او متوجه شده بود که شاعران در این مورد چیزی نمی نویسند، بنابراین شعری را سرود که چنین پایان می یابد: کنار دریا ایستاده ام/ به شگفتی ها می اندیشم/ عالمی از اتم ها/ اتمی در عالم.ریچارد فیلیپس فاینمن (Richard Philips Feynman) سال 1367/ 1988 در 69 سالگی در لس آنجلس درگذشت.
