زمانی که طرح یک سؤال به سؤالی دیگر می‌انجامد

دانشمندان جوان دنبال نمودن سؤال‌های مرتبط را سودمند و مقرون به فایده می‌دانند ــ گاهی اوقات این امر سالیان دراز به طول می‌انجامد
دانش آموز اریکا دبندیکتیس سال‌ها به مطالعه‌ی این به اصطلاح ابر شاه راه‌های بین سیاره‌ای پرداخت. تلاش و پشت کار وی به ثمر نشست: در سال 2010 اریکا به خاطر تحقیقاتش موفق به کسب مقام نخست در مسابقات استعداد یابی علمی اینتل گردید.
مطرح ساختن یک پروژه‌ی خوب و مناسب برای نمایشگاه علمی نیاز به صرف تلاش دارد. شما باید برای یافتن موضوعی که دوست دارید و سؤالی که می‌خواهید درباره‌ی آن به تحقیق و جستجو بپردازید به شدت تلاش کنید.
پروژه‌های نمایشگاه علمی هم چنین نیاز به صرف وقت دارند. کودکان بسیاری می‌توانند هفته‌ها را صرف دنبال نمودن مجموعه مراحلی سازمان یافته در جهت پاسخ گویی به یک سؤال نمایند ــ روی کردی که به آن روش علمی گفته می‌شود. دیگر کودکان حتی می‌توانند زمان بیشتری را صرف تکمیل نمودن پروژه‌های خود کنند. آنها ممکن است برای سال‌ها یک پروژه را دنبال کنند.
مطمئناً این کودکان زبل هستند که داوران را شگفت زده می‌کنند و برنده‌ی جوایز بزرگ خواهند شد. اما شما هم می‌توانید تبدیل به چنین فردی شوید. و منفعت‌های ناشی از دنبال نمودن یک موضوع تحقیقاتی به مدت یک سال و یا بیشتر چیزی فراتر از به دست آوردن دانش برای بر انگیختن تحسین معلمان و داوران نمایشگاه علمی به نحوی مؤثر است. بچه‌هایی که پروژه‌های تحقیقاتی طولانی مدتی را به مرحله‌ی انجام می‌رسانند هم چنین درسی درباره‌ی کنجکاو بودن، انضباط و انعطاف پذیری در زندگی می‌گیرند. این موارد ویژگیهایی هستند که درباره‌ی اکثر دانشمندان موفق مشترک هستند.
وحشتناک به نظر می‌رسد؟ شاید انجام این عمل آسان‌تر از آنچه باشد که شما تصور دارید.
دانش آموزان و (دانش آموزان پیشینی) که در این جا ذکر شده‌اند همگی بر روی پروژه‌هایی طولانی مدت کار نموده‌اند. رهنمودهایی که آنها به شما ارائه می‌دهند نحوه‌ی چگونگی شروع به کار را به شما نشان می‌دهند ــ و این که چرا باید کار خود را ادامه دهید.

چه می‌خواهید بدانید؟

شروع به کار نمودن بایستی بخش آسان کار باشد ـ تنها کار لازم این است که از حس کنجکاوی خود پیروی نمایید. این حس می‌تواند شما را به هر جای ممکن ببرد. الیزابت بیکر از شهر توسان ایالت آریزونای ایالات متحده‌ی آمریکا همواره درباره‌ی حشرات و دیگر جان داران کنجکاو بود. حتی در مقطع ابتدایی هم لیز در جستجوی جانوران مختلف بود. او پای بر مناطق خشک و مرطوب می‌گذاشت تا تنها به جستجوی آن چه که در آن جا بود بپردازد.
گاهی اوقات وی به باغ وحش محلی می‌رفت اما نه تنها جهت دیدن حیوانات. وی هم چنین علاقه داشت ببیند که مردم چگونه نسبت به حیوانات از خود واکنش نشان می‌دادند. بسیاری از آنها شروع به کف زدن، خندیدن و دیگر کارهای عجیب و غریب می‌کنند تا تنها تا حدی توجه حیوان را به خود جلب نمایند.
این موضوع ایده‌ای را به نظر لیز برای پروژه‌ی کلاس ششم نمایشگاه علمی رساند. او آزمایش خواهد کرد که کدام یک بیشتر است: تأثیری که مردم بر روی رفتار حیوانات دارند و یا این که حیوانات تا چه اندازه بر روی کارهای افراد تأثیر می‌گذارند؟ برای هفته‌ها، لیز هر هفته‌ی خود را در باغ وحش می‌گذراند. او تماشا می‌کرد که چگونه میمون‌ها، شیرها و زرافه‌ها به هنگامی که مردم در اطراف بودند رفتار می‌کردند. هم چنین وی توجه نمود که افراد باز دید کننده از باغ وحش چه رابطه‌ای با حیوانات داشتند. سر شماری اولیه‌ی اطلاعات او نشان دادند که حیوانات رو به پیروزی هستند: آنها تأثیر بیشتری بر روی افراد داشتند تا دیگر روش موجود.
لیز در کلاس هشتم موضوع خود را گسترش داد. اما این بار وی تمرکز خود را بر روی گیبون‌ها که نوعی میمون هستند گذاشت. لیز می‌خواست بداند که یک گیبون چه رفتار متقابلی با هم بازدید کنندگان باغ وحش و هم دیگر میمون‌های هم گونه‌ی خود داشت. در مدت هر باز دید لیز همان لباس‌ها را می‌پوشید. به زودی گیبون‌ها این نو جوان را تشخیص دادند و در حضور او احساس راحتی کردند. وی هم چنین در اوقات مختلفی به باز دید از باغ وحش می‌رفت تا رفتار احتمالاً متفاوت گیبون‌ها را بسته به زمان باز دید در طول روز مورد بررسی قرار دهد.
با مشاهده‌ی صبورانه لیز وادار به تحسین روش‌های پیچیده‌ی رفتار متقابل میمون‌ها و انسان‌ها شد. در واقع در طول دوره‌ی دبیرستان لیز به توسعه‌ی پروژ‌ه‌های علمی‌ای پرداخت که بر روی حیوانات یا افراد متمرکز بودند. همه ساله پروژه‌های او برنده‌ی جوایزی در نمایشگاه علمی و مهندسی (Intel ISEF) می‌شدند. این نمایشگاه بزرگترین رقابت دبیرستانی جهان است.
بعدها به عنوان یک دانش جوی دانشگاه لیز به مطالعه بر روی حیوانات و افراد ادامه داد. و درست در سال گذشته بود که لیز ــ که الان 24 سال دارد ــ فرصتی پیدا کرد تا به تیم علمی‌ای بپیوندد که مشغول تحقیقات و فعالیت بر روی یکی از مشهورترین میمون‌های جهان یعنی کوکو بود. این گوریل با استفاده از زبان اشاره‌ی آمریکایی با افراد ارتباط برقرار می‌سازد.
در حال حاضر لیز مشغول فعالیت برای انجمن دختران پیشاهنگ آریزونای جنوبی است. کار او تشویق نمودن زنان جوان برای در نظر گرفتن و مشارکت نمودن در دوره‌هایی در علم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) است.

گام بعدی را بردارید

درست به مانند دیگر دانش آموزان، آنیرود جین، 15 ساله از شهر پورتلند واقع در ایالت اورگان کشور ایالات متحده‌ی آمریکا، پروژه‌ی نمایشگاه علمی خود را با طرح یک سؤال ساده شروع نمود. چگونه وی می‌توانست راهی برای تهیه کردن آب آشامیدنی تمیز و سالم برای خانواده‌هایی که فاقد منبعی برای آب سالم هستند بیابد؟ سه سال بعد از این ماجرا وی هم چنان در حال پاسخ گویی به همان سؤال اصلی است ــ به همراه چند سؤال دیگر که در این مسیر پیش آمدند.
این پروژه زمانی آغاز گردید که آنیرود در کلاس هفتم بود. در این زمان بود که وی یک صافی آبی پر از نانو ذرات نقره‌ای درست کرد. (نانو پیشوندی به معنای یک بیلیونم است. از این رو تنها می‌توانند چند نانومتر ــ بیلیونم یک متر ــ عرض داشته باشند.) آنها بسیار کوچکتر از آن هستند که بتوان آنها را حتی با استفاده از یک میکرو سکوپ معمولی مشاهده کرد. اما آنها می‌توانند تأثیر بسیاری داشته باشند چرا که نانو ذرات نقره ضد جرم‌هایی قدرتمند هستند. نانو نقره همان گونه که خوانده می‌شود تقریباً می‌تواند هر باکتری و یا ویروسی را از میان بردارد.
هرچند فیلتر آنیرود می‌توانست جرم‌های موجود در آب را بکشد اما این فیلتر تنها چند بار کارایی داشت. سپس وی مجبور به دور انداختن آن می‌شد. این موضوع مشکلی جدید را پیش روی قرار می‌داد چرا که این فیلتر دور افتاده می‌توانست نانو ذرات نقره نشت دهد. و زمانی که این فیلتر در محیط زیست قرار گیرد ممکن است این نانو ذرات به ماهیان و دیگر حیات وحش آسیب برسانند. هم چنین ممکن است این نانو نقره خاکی را که برای پرورش دادن غذا به کار می‌رود آلوده سازد.
آنیرود به جای نا دیده گرفتن این مطلب به دنبال آن پروژه‌ای را رای رفع این معضل مطرح ساخت. در ابتدا این دانش آموز کلاس هشتم راهی برای تشخیص نانو ذرات نقره پیدا کرد. این امر وی را قادر ساخت تا بفهمد که آیا هر گونه نانو ذراتی در آب و یا خاک پخش شده است. تلاش و پشت کار او به ثمر نشست. آنیرود در بخش فناوری برادکام مسترز سال 2012 به کسب مقام دومی نائل گشت. این مسابقه رقابتی در سطح ملی است که در بین دانش آموزان کلاس ششم، کلاس هفتم و کلاس هشتم برگزار می‌شود.
در حال حاضر آنیرود در مقطع دبیرستان باز هم مشغول کار بر روی یک پروژه‌ی مرتبط دیگر است. این نو جوان در حال جستجو برای یافتن راه کارهایی برای محدود ساختن آسیب‌هایی است که ممکن است در صورت رها سازی آنها در محیط زیست پدید آید. او می‌گوید، این "قدم منطقی بعدی" است. این روش هم چنین نمونه‌ای از چگونگی زمان بری این روند پیشروی را ارائه می‌دهد.

کند و کاوی عمیق‌تر

شکافتن برخی از مسائل واقعاً کار بسیار دشواری است. ممکن است برای حل نمودن آنها آمیزه‌ای از چند روی کرد مورد نیاز باشد.
زمانی که مردیت مک گرگور از شهر بولدر واقع در ایالت کلرادو در کلاس یازدهم بود با چنین مشکلی برخورد نمود. هرگاه که وی درب یکی از کنسروهای آجیل مختلط را باز می‌نمود، مردیت متوجه می‌شد که همیشه بزرگترین آجیل در قسمت بالا قرار می‌گیرد. حتی نامی بر این اثر گذارده شده است ــ اثر آجیل برزیل. ایده مورد نظر این گونه است: اگر شما یک قوطی پر از آجیل‌هایی (و یا هر شیء دانه مانند) با اندازه‌های مختلف را تکان دهید آجیل‌ها خودشان را بر طبق اندازه‌ی خود مرتب می‌سازند. آجیل‌های بزرگتر (شامل، بله، البته آجیل‌های برزیلی) در قسمت بالای قوطی تلنبار می‌شوند. آجیل‌های کوچکتر در قسمت پایین قوطی واقع می‌گردند.
مردیت پروژه‌ای را طراحی نمود تا بتواند بفهمد چگونه آجیل‌ها از یک دیگر جدا می‌شوند. نتایج به دست آمده همواره مشابه بودند: آجیل‌های بزرگ در قسمت بالا، آجیل‌های کوچک در قسمت پایین. اما او می‌خواست به علت این امر پی ببرد. در مدت یک سال بعد وی به مطالعه‌ی مقاله‌های علمی پرداخت و اندکی بشتر به مطالعه و بررسی مسئله پرداخت. در نهایت در سال آخر نظم و انضباط نتیجه‌ی خود را داد. مردیت روشی را برای مطالعه و بررسی این فرآیند پیدا کرد.
در ابتدا وی نیاز به یافتن راهی برای کنترل تکان دادن داشت. او به مغازه‌های الکترونیکی سر زد و نوعی بلند گو به نام ساب ووفر خریداری نمود. این بلند گو صدایی با فرکانس پایین تولید می‌کند ــ نوعی از فرکانس که شما به هنگام لرزش بلند گو قادر به احساس کردن آن خواهید بود. سپس وی گیره‌ای را برای نگه داشتن قوطی آجیل‌ها بر بالای بلند گو قرار داد.
صدای شدید باس بلند گو آجیل‌ها را به لرزه انداخت. مردیت برای اطمینان حاصل نمودن از این که آیا آنها این کار را به نحو دقیقی به انجام می‌رسانند یک برنامه‌ی کامپیوتری نوشت تا نقطه‌ی اوج و شدت صدای بلند شده از بلند گو را کنترل نماید. کامپیوتر هم چنین مدت زمان صدا را نیز تنظیم و کنترل می‌کرد. روی کرد مبتکرانه‌ی وی او را قادر ساخت تا بفهمد که ذرات بزرگ در شرایط مختلف با چه سرعتی بر روی دیگر ذرات قرار می‌گیرند. این اقدام وی هم چنین او را به اوج رسانید. وی در سال 2007 موفق به کسب مقام قهرمانی در مسابقه‌ی استعداد یابی علمی اینتل (Intel STS) گردید. وی در طول راه تصمیم گرفت تا زندگی خود را وقف علم نماید. او که در حال حاضر 24 سال دارد مشغول به خواندن اختر فیزیک در دانشگاه هاروارد است.

افزایش دادن مهارتهای خود

اریکا دبندیکتیس از شهر آلبوکرک واقع در ایالت نیو مکزیکو ایالات متحده‌ی آمریکا یک دانشمند موشکی نیست. حداقل نه در حال حاضر. اما او از مهارت‌های بسیار پیش رفته‌ی خود در رشته‌ی کامپیوتر برای حل مسئله‌ای که وی بعدها با دانشمندان موشکی در میان گذاشت بهره برد. این امر ناشی از وقف کردن خود در طول سالی پس از سال دیگر برای حل یک سری مجموعه سؤالات مرتبط می‌شود.
اریکا از زمان بچگی و خرد سالی نحوه‌ی برنامه نویسی را فرا گرفت. زمانی که وی به مقطع راهنمایی راه یافت روش‌های مدل سازی ــ نمایانگر ساختن با استفاده از یک برنامه‌ی کامپیوتری ــ برای چگونگی نحوه‌ی حرکت اشیاء و تغییر آنها در طول زمان را فرا گرفته بود. او حتی در کلاس هفتم برنامه‌ای را نوشت که نحوه‌ی چگونگی پیوستن مولکول‌های آب منجمد شده را برای تشکیل دانه‌های برف نشان می‌داد.
از آن پس اریکا همه ساله پروژه‌ای متفاوت را بر عهده می‌گرفت. هدف او همواره یک چیز بوده است: یافتن روشی برای بهره گیری از کامپیوترها برای حل برخی از چالش‌های جدید پیش رو. او اغلب در مجله‌های علمی پدر خود به دنبال یافتن ایده می‌گشت. دیدن تصاویر رنگی به او الهام می‌بخشیدند.
یک تصویر خاص نظر وی را به خود جلب نمود. این تصویر مدارها و یا مسیرهای دنبال شده به وسیله‌ی سیارات به دور خورشید را نشان می‌داد. این تصویر هم چنین اجسام کوچکتری مانند قمرها، ستاره‌های کوچک و ستاره‌های دنباله دار را نیز در حال حرکت در فضا نشان می‌داد. تمامی این اجسام با استفاده از نیروی جاذبه‌ی خود یک دیگر را تحت کشش قرار می‌دادند.
با این وجود در نقاطی خاص جاذبه‌ی یک جسم با جاذبه‌ی جسم دیگر برابر خواهد بود و آن را خنثی خواهد کرد. این نقاط، نقاط لاگرانژ نامیده می‌شوند. اریکا که به شدت مسحور و کنجکاو گردیده بود در کلاس دهم در صدد نوشتن برنامه‌ای برای نشان دادن چگونکی گذر فضا پیماها از این نقاط بر آمد. برای انجام این کار شما نیاز به دنبال کردن مسیر‌هایی برای گذر از میدان‌های جاذبه دارید که فضا پیما بتواند از آنها برای انجام سریع و پر بازده‌ی سفرهای فضایی خود بهره برد.
اریکا دو سال را صرف کار بر روی این پروژه نمود. این امر ارزش صرف کردن زمان را داشت: در سال 2010 وی به خاطر یافته‌های خود به کسب مقام قهرمانی در مسابقه‌ی استعداد یابی علمی اینتل (Intel STS)نائل گردید. یک منفعت جانبی: وی برای شرح و توضیح دادن تحقیقاتش به کاخ سفید دعوت شد و با رئیس جمهور اوباما و دیگران ملاقاتی را انجام داد.
کار اریکا هم چنین توجه سازمان ملی هوا نوردی و وزارت هوا فضا را به خود جلب نمود. اریکا که هنوز در دبیرستان حضور داشت دعوت نامه‌ای را از ناسا مبنی بر در میان گذاشتن برنامه‌ی خود با گروهی از مهندسان در آزمایشگاه نیروی جت دریافت کرد. اریکا که در حال حاضر 20 سال دارد دانش جوی مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا در مجاورت خانه‌ی خود است. وی آرزو دارد تا زمانی fi طرح ریزی مأموریت‌های فضایی یاری رساند.

کمک گرفتن از متخصصان

هرگز از کمک گرفتن واهمه نداشته باشید. حتی دانشمندان هم برای کارهای خود به دیگر متخصصان تکیه می‌نمایند. این درسی است که کارتیک سمیر مادیراجو از ایالت مونترال کشور کانادا به صورت دست اول و به هنگامی که وی در صدد مطالعه و بررسی بر روی انرژی تجدید پذیر بود کسب نمود.
کارتیک از قبل اطلاعات زیادی در مورد این موضوع داشت. در کلاس هفتم وی به مطالعه و بررسی توربین‌های بادی که حرکت باد را جهت تولید انرژی الکتریسیته مهار می‌نمودند پرداخت. در کلاس هشتم وی تحقیقی را بر روی یک هم جوشی هسته‌ای به انجام رساند. (در هم جوشی اتم‌ها با یک دیگر ترکیب گردیده و یا آمیخته می‌شوند تا اتمی بزرگتر را پدید آورند. زمانی این فرآیند می‌توانست مقادیر زیادی انرژی تولید نماید).
اریکا دبندیکتیس را در فایل تصویری بالا در سال 2010 تماشا نمایید که در حال شرح و توضیح دادن تحقیقاتش درباره‌ی چگونگی نحوه‌ی مسافرت در منظومه‌ی شمسی خودمان با دنبال نمودن شاه راه‌های بین سیاره‌ای است.
به هنگامی که کارتیک در کلاس نهم قرار داشت وی مجذوب ایده‌ی استفاده نمودن از باکتری‌ها برای تولید انرژی در حالی که بر روی زباله‌ها در حال جشن و پایکوبی هستند شد. دستگاه‌هایی که این کار را به انجام می‌رسانند سلول‌های سوختی میکروبی نامیده می‌شوند. زمانی که باکتری‌ها بر روی زباله‌ها در حال مهمانی و خوش گذرانی هستند انرژی شیمیایی موجود در این زباله‌ها را به دی اکسید کربن، پروتون و الکترون تبدیل می‌نمایند. الکترون‌های به دست آمده از این عمل به نوبه‌ی خود جریان الکتریکی تولید می‌نمایند.
این مفهوم ایده‌ای را به این نو جوان درباره‌ی انجام یک پروژه‌ی علمی در باره‌ی باکتری‌های مغناطیسی ارائه داد. هنگامی که این جرم‌ها آهن را می‌خورند مغناطیس‌های کوچکی را در درون خود ایجاد می‌کنند. کارتیک کنجکاو بود که آیا این امکان وجود دارد که بتوان از آنها در سلول‌های سوختی بهره جست. اما قبل از این که وی بتواند این آزمایش را به انجام رساند نیاز به مقداری راه نمایی داشت.
از این رو این نو جوان در نامه‌ای به طور خلاصه به شرح ایده‌ی خود پرداخت و دلیل خود را مبنی بر امکان پذیر بودن این کار توضیح داد. سپس وی این نامه را به چندین دانشمند در دانشگاه مک گیل در حوالی خانه‌ی خود ارسال نمود.
جان شپرد یکی از این دانشمندان تحت تأثیر دانش علمی کارتیک قرار گرفت. شپرد که در حال حاضر استاد دانشگاه کارولینای شمالی است در این باره می‌گوید: "او مطالعات زیادی را در این زمینه به انجام رسانیده بود و به خوبی در باره‌ی این موضوع آگاهی داشت". این نو جوان هم چنین این دانشمند را از این حیث تحت تأثیر قرار داد که ایده‌ی وی امکان عملی شدن را داشت.
شپرد کارتیک را به آزمایشگاه خود دعوت نمود و به وی نشان داد که چگونه باکتری‌ها را پرورش دهد. کارتیک کار خود را به کندی شروع کرد. او سال اول را صرف یاد گیری اصولی چون ایمنی آزمایشگاه و چگونگی نوشتن گزارش‌های آزمایشگاهی نمود. به مرور زمان حس شدیدی نسبت به جزئیات پیدا کرد. او هم چنین آموخت که هر چیزی را هر بار به همان نحو قبلی انجام دهد تا این باکتری‌ها به شکلی مطمئن رشد و نمو یابند. هنگامی که کارتیک به کلاس دهم رسید وی در حال طراحی آزمایشات خود بود.
کارتیک می‌گوید در آن هنگام "از شهامت بیشتری برخوردار بودم چرا که پایه‌های کار برای من آشنا بودند".
کارتیک به مدت سه سال بر روی پروژه‌ی خود کار کرد. وقتی که ایده‌ی اصلی کارتیک آن گونه که تصور داشت کار نکرد وی به تغییر روی کرد خود پرداخت. او به کار خود ادامه داد. و این جان فشانی به ثمر نشست: وی در سال‌های 2005، 2006 و 2007 مقام نخست را در بخش علوم زیست محیطی در مسابقه‌ی ISEF اینتل کسب نمود.
کارتیک در حال حاضر 23 سال دارد و دانشگاه را به اتمام رسانیده است ــ اما هنوز کار خود را با سلول‌های سوختی به پایان نبرده است. وی هم چنان به مطالعه‌ی فناوری می‌پردازد. با این حال او تصمیم دارد تا در آینده بر روی قوانین زیست محیطی تمرکز نماید. وی هر آن چه که در آزمایشگاه فرا گرفت ــ پشت کار، صبر و سخت کوشی ــ را ارج می‌نهد و آنها را در رسیدن به اهدافش مؤثر می‌داند.
کارتیک اظهار می‌دارد که "این ویژگی‌ها نه تنها در علم بلکه در تمام کارها و موقعیت‌های زندگی مفید و سودمند هستند".