موضوعات خیلی مهم و جالب فیزیك و اخترفیزیك

ویتالی گینزبورگ

خیلی‌ها احتمالاً متوجه شده‌اند كه فیزیك‌دان‌های جوان، حتی با استعدادهایشان اغلب دید محدودی دارند. چنین فیزیك‌دانی ممكن است با جزئیات دقیق بعضی مباحث نسبتاً مشكل مانند نظریه میدان كوانتومی آشنا باشد، اما اگر از او درباره ماهیت ابر رسانایی، یا فروالكتریسیته، یا درباره ساختار ستاره‌های نوترونی، و یا امكان آشكارسازی امواج گرانشی سؤال كنید جوابی دستگیرتان نخواهد شد. واقعش این است كه آشنا شدن با این مباحث و بسیاری مباحث دیگر وقت زیادی نمی‌گیرد. بدیهی است كه وسعت دید و دانش برای یك فیزیك‌دان نه تنها امری طبیعی است – بالاخره، مگر نه اینكه فیزیك جاذب است؟ - بلكه برای موفقیت در كار فوق‌العاده اهمیت دارد؛ حتی عملگرایان نیز باید به دنبال چنین دید وسیعی باشند.
بحث در اینكه چطور فیزیك‌دان‌های جوان این چنین تخصصی شده‌اند و به طور كلی برای تغییر دادن این اوضاع و برطرف كردن كمبودهای معلومات آن‌ها چه باید كرد، در حوصله این نوشته نیست. اما، من برای رسیدن به این هدف چند سخنرانی اختصاصی برای دانشجویان ترتیب دادم و در سال 1971 هم مقاله‌ای با همین عنوان منتشر كردم. این مقاله شامل 20 موضوعی بود كه آن موقع فكر می‌كردم داغ ترین موضوعات‌اند. در مورد هر موضوع توضیح مختصری دادم و فهرست مراجعی نوشتم. چون این مقاله عمدتاً برای مبتدیان نوشته شده بود، در آن مطالبی را كه برای فیزیكدان‌های باتجربه كاملاً واضح است به تفصیل توضیح دادم. به ویژه بر خاصیت مشروط و ذهنی هر فهرستی از این موضوعات مهم و جالب و اینكه عملاً نمی‌توان كار مطالعه را صرفاً به این موضوعات منحصر كرد، قویاً تأكید كردم. مطمئناً در كنار این فهرست موضوعاتی هم وجود دارند كه می‌توان آن‌ها را به خاطر اهمیت بالقوه‌شان برای مهندسی و تكنولوژی، یا به خاطر اسرارآمیز بودنشان و غیره، جالب تشخیص داد. اما پرداختن به همه چیز ممكن نیست، و برای مقاصد آموزشی و گسترش معلومات كاملاً ضروری است كه سؤالات محدودی در ذهن داشته باشیم.
نمی‌دانم كه فیزیك‌دان‌های جوان نسبت به این مقاله و صورت‌های تجدید نظر شده آن چه واكنشی نشان داده‌اند، اما می‌دانم كه همكارانم اشتیاق خاصی درباره آن ابراز نكرده‌اند. در اینجا اعتراضاتی را كه به این مقاله شد تكرار نمی‌كنم، اما در میان آنهایی كه به گوش خودم نشنیده‌ام یكی هم می‌توانسته این باشد كه در آن فهرست موضوعات مورد علاقه تك تك معترضان را نگنجانده‌ام. از نظر آنان این فهرست ناقص است. روزی یكی از دوستان قدیمی‌ام می‌گفت: اگر مقاله‌ات را قبل از اینكه به عضویت آكادمی علوم انتخاب بشوی منتشر می‌كردی، حالا عضو آكادمی نبودی. شاید هم حق با او باشد.
در هر حال به شرح و تدوین فهرستم ادامه دادم. به این ترتیب، آن مقاله‌ام به صورت كتاب كوچكی درآمد كه در آن موقع به زبان‌های مختلفی ترجمه شد. آخرین ترجمه آن كه به زبان انگلیسی بود در سال 1985 منتشر شد. (اگر چه در سال 1981 آماده چاپ بود). حالا متن روسی جدیدی از آن را آماده كرده‌ام (كه احتمالاً سال آینده منتشر خواهد شد). هر بار كه – بنا به ضرورت – متن مقاله را اصلاح و روزآمد كرده‌ام. ناگزیر نقایصی هم در آن به جا مانده است. فعلاً این موضوعات مهم و جالب را چنین فهرست می‌كنم:

ماكروفیزیك

1. فرایند هسته‌ای كنترل شده.
2. ابر رسانایی در دمای بالا؛ ابردیامغناطیس.
3. مواد جدید (تولید هیدروژن فلزی و مواد دیگر).
4. مسائل مشخصی در فیزیك حالت جامد.
5. گذار فازهای مرتبه دو و گذارهای مشابه (پدیده‌های بحرانی)؛ نمونه‌های جالب از این گذارها.
6. فیزیك رویه‌ها.
7بلورهای مایع؛ مطالعه مولكول‌های خیلی بزرگ.
8. رفتار ماده در میدان‌های مغناطیسی خیلی قوی.
9. ریزرها، گریزرها، و لیزرهای فوق العاده پرتوان.
10. پدیده‌های خیلی غیر خطی (فیزیك غیر خطی).
11. عناصر ابر سنگین (عناصر ابر فرااورانیوم)؛ هسته‌های غریب.

میكرو فیزیك

12. طیف جرمی ذره؛ كوارك‌ها و گلئون‌ها؛ كرمودینامیك كوانتومی.
13. نظریه وحدت یافته برهم‌كنش‌های ضعیف و الكترومغناطیسی؛ بوزون‌های W^± و Z^°؛ لپتون‌ها.
14. وحدت بزرگ؛ واپاشی پروتون؛ جرم نوترینو؛ تك قطبی‌های مغناطیسی؛ ابر وحدت؛ ابر ریسمان‌ها.
15. طول بنیادی؛ برهم‌كنش‌های ذره با انرژی‌های خیلی زیاد و فوق‌العاده زیاد.
16. نقض ناوردایی CP؛ پدیده‌های غیر خطی در خلأ و در میدان‌های مغناطیسی ابرقوی؛ گذارهای فاز در خلأ.

اختر فیزیك

17. تحقیق تجربی نظریه نسبیت عام.
18. امواج گرانشی.
19. مسئله كیهان‌شناختی: ارتباط میان كیهان‌شناسی و فیزیك انرژی‌های بالا.
20. ستاره‌های نوترونی و تپ اخترها.
21. سیاه‌چاله‌ها.
22. كوازارها و هسته‌های كهكشانی؛ شكل گیری كهكشان‌ها؛ جرم پنهان (ماده تاریك) و آشكارسازی آن.
23. منشأ گسیل پرتوهای كیهانی و پرتوهایx كیهانی و پرتوهای گامای كیهانی؛ اخترشناسی پرتو گامایی در انرژی‌های بسیار زیاد.
24. اختر شناسی نوترینویی.
به طور كلی موضوعات این فهرست به خودی خود گویا هستند. تنها بند چهارم احتیاج به توضیح دارد. مسئله مایعات اكسیتون (الكترون – حفره) فلزی از ویرایش‌های قبلی فهرست باقی مانده است. موضوعاتی از فیزیك حالت جامد را كه فعلاً ضرورت بیشتری دارند (گذار فلز – دی الكتریك، امواج با چگالی اسپین و چگالی بار، نیمرساناهای نامنظم، شیشه‌های اسپینی، اثر كوانتومی‌هال، مزوسكوپی، و بعضی مسائل دیگر) فقط در كتاب جدیدم ذكر كرده‌ام. راستش، در زمینه حالت جامد آن‌قدر مطلب زیاد است كه تصمیم گرفتم اصلاً دستش نزنم. به این معنی كه در این مورد – برخلاف موارد دیگر – حتی از توضیحات مختصر هم اجتناب كردم.
به مرور زمان محتوی این فهرست تغییر خواهد كرد: موضوعاتی حذف و موضوعاتی اضافه خواهند شد. مثلاً مسئله ابر رسانایی در دمای بالا از سال 1971، یعنی زمانی كه هنوز ابر رساناهای داغ ساخته نشده بودند، در فهرست من وجود داشت. اما این موضوع هنوز هم خیلی مهم است، گرچه در پیش بینی آینده می‌توانستم ابر رسانایی در دمای اتاق را هم ذكر كنیم. البته این موضوع را در ویرایش جدید گنجانده‌ام بی‌انكه عنوان بند 2 را تغییر داده باشم. مسئله ابر دیامغناطیس – مسئله موادی كه ابررسانا نیستند ولی پذیرفتاری دیامغناطیسی بالایی دارند – را اضافه كرده‌ام.
من معتقدم هر فیزیك‌دانی باید درباره همه موضوعات این فهرست چیزهایی بداند. فكر می‌كنم اگر هدف صرفاً دست‌یابی به اطلاعات كلی (بدون فرمول باشد)، نیل به آن آسان است.
مایلم بدانم همكارانم كلاً در مورد این مطالب و به‌خصوص در مورد فهرست پیشنهادی‌ام چه نظرهایی دارند. بحث و تبادل نظر در این زمینه مسلماً برای خیلی از فیزیك‌دان‌ها جالب خواهد بود.