به گزارش گروه علم و فناوری باشگاه خبرنگاران دانشجویی(ایسکانیوز)؛ الیوت لیب از دانشگاه پرینستون، جایزه گاوس 2022 را در کنگره بین‌المللی ریاضیدانان دریافت کرد. جایزه کارل فریدریش گاوس هر چهار سال یک بار در کنگره آمریکا به منظور قدردانی از دانشمندانی که تحقیقات ریاضی آنها در علوم دیگر و دنیای خارج از ریاضیات کاربرد داشته است، اعطا می‌شود. این جایزه نخستین بار در سال ۲۰۰۶ ارائه شد. امسال کنگره به صورت مجازی برگزار شد و تنها مراسم اهدای جوایز و سخنرانی‌ها به صورت حضوری در هلسینکی فنلاند برگزار شد.
لیب این جایزه را به دلیل مشارکت برجسته‌اش در فیزیک، شیمی و ریاضیات محض دریافت کرد. لیب معتقد است که تلاقی این سه علم، حوزه وسیعی است که همه ما آن را می‌شناسیم؛ حتی اگر نتوانیم آن را به چشم ببینیم. به طور مثال، همه مواد در جهان از جمله خود ما، از تعداد زیادی اتم و مولکول منفرد تشکیل شده‌ایم. هر چیزی را که بتوانیم در دنیای فیزیکی کاوش کنیم، می‌توانیم به عنوان سیستمی متشکل از ذرات متعدد در نظر بگیریم.
او می‌گوید: از همان ابتدا به این دیدگاه از جهان علاقه‌مند بودم. هر استعدادی که دارم، با این دیدگاه جور درمی‌آید. گویا من ریاضیات را انتخاب نکرده‌ام، آن من را انتخاب کرده است.
الیوت هرشل لیب یک فیزیکدان آمریکایی و استاد ریاضیات و فیزیک در دانشگاه پرینستون است که در مکانیک آماری، نظریه ماده متراکم و آنالیز تابعی تخصص دارد. او با بیش از 400 مقاله در زمینه فیزیک و ریاضیات، نویسنده‌ای پرکار و توانمند در حوزه علم است. به طور خاص، کارهای علمی او مربوط به مسائل کوانتومی و کلاسیک چند جسمی، ساختار اتمی، پایداری ماده، نامساوی‌های عملکردی، نظریه مغناطیس و مدل هابارد می‌شود.
زندگی آکادمیک
الیوت لیب مدرک لیسانسش را در سال 1953 در رشته فیزیک از موسسه فناوری ماساچوست یا MIT و دکتری‌اش را در رشته فیزیک ریاضی از دانشگاه بیرمنگام انگلستان دریافت کرد. حدود دو سال عضو فولبرایت (یک برنامه رقابتی سطح عالی مبتنی بر شایستگی برای دریافت کمک‌های مالی برای مبادله آموزشی بین‌المللی برای دانشجویان، پژوهشگران، استادان دانشگاه، حرفه‌ای‌ها، دانش‌مندان، و هنرمندان) دانشگاه کیوتو در ژاپن بود و حدود سه سال نیز به عنوان فیزیکدان نظری برای غول آبی یا IBM کار کرد. او سال‌ها در دانشگاه‌های سیرالئون –در غرب آفریقا- و MIT درس ریاضیات کاربردی تدریس کرد و از سال 1975 تاکنون استاد دانشگاه پرینستون است.
لیب در اثنای تدریسش در دانشگاه پرینستون با کریستین فلبام، پروفسور زبان‌شناسی آشنا شد و با او ازدواج کرد. فلبام بعدها از تجربیات خود استفاده کرد و با گروهی از محققان علوم کامپیوتر در همین دانشگاه، وردنت (WordNet) را بنیان گذاشت و هم‌اکنون مدیر آن است. وردنت یک پایگاه‌داده است که واژه‌های انگلیسی را به مجموعه‌های مترادفی که synsets نامیده می‌شود، گروه‌بندی می‌کند، تعاریف کوتاه عمومی را ارائه می‌دهد و روابط مترادف‌های گوناگون را با این مجموعه‌های مترادف ضبط می‌کند.
لیب جوایز متعددی در ریاضیات و فیزیک از جمله جایزه هاینمن برای فیزیک ریاضی از انجمن فیزیک آمریکا و موسسه فیزیک آمریکا، مدال ماکس پلانک –پدر نظریه کوانتوم- از انجمن فیزیک آلمان، مدال بولتزمن اتحادیه بین‌المللی فیزیک محض و کاربردی، جایزه رالف شوک، جایزه هانری پوانکاره از انجمن بین‌المللی فیزیک ریاضی و مدال موسسه اروین شرودینگر برای ریاضیات و فیزیک را دریافت کرده است
او امسال از سوی انجمن فیزیک آمریکا نیز موفق به دریافت مدال دستاورد استثنایی در تحقیقات شد. این جایزه به دلیل کمک‌ها و تلاش‌های او به فیزیک نظری از طریق دستیابی به راه‌حل‌های دقیق برای مسائل فیزیکی مهم که بر فیزیک ماده متراکم، اطلاعات کوانتومی، مکانیک آماری و فیزیک اتمی تاثیر گذاشته‌اند، اعطا شد.
او عضو پنج آکادمی ملی از جمله آکادمی ملی علوم و عضو خارجی انجمن سلطنتی در بریتانیا است. چهار دکتری افتخاری دارد و دو بار به عنوان رئیس انجمن بین‌المللی فیزیک ریاضی انتخاب شده است. برای کار در فیزیک به او مدال بولتزمن، مدال ماکس پلانک، جایزه اونساگر نروژی و جایزه هاینمن اهدا شده است. دولت اتریش در سال ۲۰۰۲ مدال مادام‌العمر افتخار اتریش برای علم و هنر را به او اعطا کرد که در هر زمان بیش از 18 دانشمند خارجی نمی‌توانند آن را داشته باشند.
جاذبه مغناطیسی؟
برای اینکه متوجه شویم که ریاضیات ابزار مهمی در فیزیک است، فقط کافی است که یک کتاب درسی فیزیک را باز کنیم؛ چیزی که خواهید دید، انواع و اقسام معادلات ریاضی است. لیب از همان ابتدا روی ریاضیات تمرکز داشت، دکتری‌اش را از دانشگاه بیرمنگام در رشته فیزیک ریاضی دریافت کرد، اما قدرت واقعی ریاضی زمانی برای او عیان شد که در سال 1960 به عنوان یک فیزیکدان نظری در IBM مشغول به کار و تحقیق شد.
خودش در مورد این سال‌ها می‌گوید: در IBM با دو فیزیکدان به نام‌های تد شولتز و دن ماتیس آشنا شدم که هر دو به سن و سال من بودند. ساعت‌ها کارهای ریاضی با هم انجام می‌دادیم و همه‌مان علاقه‌مند به اثبات مسائل بودیم.
چیزی که لیب و همکارانش به آن توجه کردند این بود که چرا برخی از مواد مانند آهن مغناطیسی هستند. این در حالی بود که فیزیکدان برجسته، ورنر هایزنبرگ، در دهه 1920 نظریه‌ای را برای توضیح فرومغناطیس از دیدگاه اتمی ارائه کرده بود. این نظریه زمانی کار می‌کرد که ذرات در فضای سه‌بعدی توزیع می‌شدند. اما زمانی که ذرات به خط می‌شدند یا روی یک خط یک‌بعدی قرار می‌گرفتند، این نظریه صادق نبود. در واقع، از نقطه نظر نظری، تاثیر هایزنبرگ باید دوباره برای فضای یک‌بعدی تعریف می‌شد.
لیب و ماتیس در تحقیقات خود ثابت کردند که این نظریه اشتباه است. نه تنها این موضوع درست نیست، بلکه عکس آن صادق است؛ یک سیستم یک‌بعدی به جای فرومغناطیس، پادفرومغناطیس می‌شود. در پادفرومغناطیس غالبا و برخلاف فرومغناطیس، الگوهای منظم مغناطیس در جهت‌های مخالف یکدیگر قرار می‌گیرند. الکترون‌ها بر اساس پدیده اسپین علاوه بر چرخش به دور هسته اتم، حول محور خود نیز چرخش می‌کنند.
لیب و ماتیس این کار را نه از طریق آزمایش، بلکه از طریق ریاضیاتی انجام دادند که ذرات را توصیف می‌کند. بنابراین، اگرچه نظریه هایزنبرگ از بخشی از حقیقت دنیای فیزیک رمزگشایی کرده، اما به خودی خود فرومغناطیس را به اندازه کافی توضیح نداده است.
این نتیجه باعث دلسردی استادان لیب یعنی هانس بته، برنده جایزه نوبل و همچنین رودولف پیرلز شد. لیب در این مورد می‌گوید: اساتیدم این موضوع را باور نکردند؛ هر چند که بعدا به همین نتیجه رسیدند. این اولین باری بود که من واقعا تفکر ریاضی را در فیزیک به کار بردم و مشتاق شدم که این راه را ادامه دهم.
پایداری ماده
بعد از این ماجرا بود که لیب مهارت ریاضی‌اش را در طیف گسترده‌ای از مسائل افزایش داد که این فرآیند هفته دهه به طور انجامید و همچنان هم ادامه دارد. با وجودی که نام او در مقالات بسیار سطح بالایی به چشم می‌خورد، او همچنان در مورد دستاوردهایش بی‌ادعا و متواضع است.
با این حال، زمانی که از او در مورد کارهایی که به آنها افتخار می‌کند، سوال می‌شود، به دو مورد اشاره می‌کند: نامساوی لیب- تیرینگ و نامساوی لیب- آکسفورد. این دو مساله، اجزای مساله‌ای مشکل و نگران‌کننده هستند که برای مدت طولانی در قلب فیزیک بدون جواب باقی مانده بودند؛ چرا ماده‌ای که در اطرافمان می‌بینیم و ماده‌ای که از آن ساخته شده‌ایم (کره زمین)، این چنین نیست که ما را در جرم‌های بزرگ‌تر فرو ببرد؟
شاید در ابتدا این سوال عجیب به نظر برسد، اما وقتی به منظومه شمسی نگاه می‌اندازیم، همه چیز واضح‌تر خود را نشان می‌دهد. خورشید که در مرکز این منظومه وجود دارد، از طریق فروپاشی گرانشی شکل گرفته است. ماده‌ای که در ابتدا در منطقه بزرگ‌تری از فضا توزیع شده بود، به دلیل شروع اعمال کشش گرانشی در مناطق متراکم‌تر، ماده بیشتری را به سمت مرکز گرانش جذب کرد و در نهایت یک جرم عظیم را تشکیل داد. تنها چیزی که مانع از فروپاشی بیشتر خورشید ما و عدم تبدیل آن به سیاهچاله می‌شود، این است که این فروپاشی، به حدی دما را افزایش داد که همجوشی گرما هسته‌ای در مرکز خورشید را شروع شد. از سوی دیگر، فشار بیرونی حاصل از نیروی گرانشی را خنثی می‌کند و خورشید را در حالت تعادل نگه می‌دارد.
دلیل اینکه سیارات، از جمله سیاره ما، به سمت خورشید حرکت نمی‌کند، این است که به اندازه کافی تکانه در جهت جانبی دارند تا در مداری به دور خورشید قرار بگیرند و حرکت کنند.
وقتی صحبت از اتم‌ها و مولکول‌ها می‌شود، نیروی گرانش نیرویی بسیار ناچیز به شمار می‌آید. در عوض، این ذرات اوسط نیروهای بین مولکولی در کنا هم نگه داشته می‌شوند. حال لیب این سوال را مطرح می‌کند که اگر تعداد زیادی اتم در اطرافمان در حال حرکت باشند، مثلا در یک جعبه پر از گاز، چرا این مواد همانند اتم‌ها رفتار نمی‌کنند و متراکم نمی‌شوند؟
خودش در جواب این سوال می‌گوید: اگر چنین فروپاشی‌ای در یک جعبه گاز امکان‌پذیر بود، باید در محیط اطرافمان موادی را می‌دیدیم که مانند سنگ به هم متصل شده‌اند. اما اینطور نیست.
با این حال، نامساوی‌های لیب-تیرینگ و لیب-آکسفورد هر دو در پاسخ به این سوال اهمیت دارند. آنها کاملا نتایج ریاضی هستند که از معادله مرکزی مکانیک کوانتوم به نام «معادله شرودینگر» منتج شده‌اند.
به سوی آینده
اثبات مسائلی مانند ثبات ماده از دیدگاه بنیادی بسیار مهم محسوب می‌شوند. اگر تئوری‌های موجود ما نمی‌توانست پیش پا افتاده‌ترین مسائل اطرافمان را توضیح دهد، نگران‌کننده بود، اما بسیاری از نتایج لیب از نظر عملی نیز مفید هستند.
نامساوی لیب-آکسفورد یک نمونه بارز است. در پژوهش‌های صنعتی، مثل علم مواد و شیمی، افراد اغلب نیاز به شبیه‌سازی رفتار بسیاری از ذرات ریز در کامپیوتر دارند. لیب می‌گوید که نامساوی لیب-آکسفورد در این مورد کاربرد دارد. اگر محاسبه کنید و متوجه شوید که این نامساوی را شکسته‌اید، باید از نو شروع کنید. پس این نامساوی برای مردم دنیا مفید و هزینه زیادی به آن وابسته است.
یکی دیگر از زمینه‌هایی که لیب به آن کمک کرده و ممکن است در آینده کاربردهای جالبی در دنیای واقعی پیدا کند، نظریه اطلاعات کوانتومی است. اگر بخواهیم به کامپیوترهای کوانتومی افسانه‌ای دست پیدا کنیم که قدرت پردازش آنها از هر سیستمی که امروز می‌شناسیم بالاتر است، این نظریه خیلی کارساز نیست و به همین دلیل است که این مساله جای تحقیق و بررسی بیشتر در تحقیقات مدرن دارد.
نظر شما