بر شانه غول‌ها

از اینجا به همه‌جا

گفت‌وگو با دکتر باغرام، عضو هیئت علمی دانشکده فیزیک

روزنامه: چرا رشته‌ فیزیک به عنوان یک رشته دانشگاهی وجود دارد؟ فیزیک چه نیازی را از جامعه برطرف می‌کند؟

به نظر من فیزیک مهمترین رشته است. فارغ از این موضوع که فیزیک علم فهم طبیعت است و کسی که کنجکاو و اهل تجسس باشد، چیزهای زیادی در آن پیدا می‌کند، برای دانشجویی که وارد کارشناسی می‌شود فیزیک یک فرصت عالی فراهم می‌کند. در فیزیک چهار درس اصلی داریم که هر کدام یک شاخه را برای آینده دانشجو می‌سازد؛ اول فیزیک مکانیک که بعدا می‌تواند تبدیل شود به مهندسی مکانیک، عمران و ... . دیگری مبحث الکترومغناطیس که همه اتفاقات در حوزه برق و کامپیوتر و بخش‌های زیادی از مهندسی را پوشش می‌دهد. درس دیگر مکانیک کوانتوم است که شما را وارد دنیای تکنولوژی کوانتومی و کامپیوترهای کوانتومی می‌کند و علمی است که علم قرن 21 نامیده شده و درس آخر هم مکانیک آماری که شروع آشنایی با سیستم‌های پیچیده محسوب می‌شود و از آنجا می‌توانید وارد فیزیک اقتصاد، فیزیک زیست و نوروساینس و ... شوید. در سه سال اول کارشناسی فیزیک تمام این گزینه‌ها جلوی رویتان است. علاوه بر اینکه یاد گرفتید چطور به طبیعت نگاه کنید، فکر کنید و سوال درست بپرسید، شما می‌توانید در هر زمینه‌ای که بخواهید ادامه دهید.

موضوع دیگری که در قرن 21 فراگیر شده، اقبال به سمت علوم بین رشته‌ای‌ست؛ علومی مثل بیوفیزیک. فیزیک رشته‌ای‌ست که می‌تواند به بسیاری از این علوم ورود کند و در واقع پایه بسیاری از آنهاست. به همین دلیل اگر کسی به ریاضیات و محاسبات در کنار تجربه کردن و شناختن طبیعت علاقه دارد، خوب است فیزیک را انتخاب بکند، چون ممکن است در موقع ورود به دانشگاه نداند که می‌خواهد چه حوزه‌ای را دنبال کند ولی در فیزیک بعد از چهار سال می‌تواند تشخیص دهد که وارد چه زمینه‌ای شود.

روزنامه: دانش‌آموزی که می‌خواهد فیزیک را به عنوان رشته تحصیلی در دانشگاه انتخاب کند، چه ویژگی و شخصیتی داشته باشد؟

باید خیلی سخت‌کوش بوده و خیلی صبر داشته باشد. تصور همه ما از فیزیک چیزهای هیجان‌انگیزی مثل مکانیک کوانتوم، نجوم و سیاهچاله است اما وقتی کسی وارد این دوره می‌شود، بلافاصله با این‌ها سر و کار ندارد. باید دو یا سه سال زحمت بکشد، درس‌های مقدماتی را بخواند، تمرین حل کنید تا بالاخره بتواند وارد حوزه‌های هیجان‌انگیز فیزیک شوید؛ درست مثل موسیقی.

روزنامه: آینده تحصیلی و پژوهشی رشته فیزیک چگونه است؟

گرایش‌های فیزیک بسیار متنوع هستند. من در مورد گرایش‌هایی که در دانشکده فیزیک شریف وجود دارند، صحبت می‌کنم. یکی از گروه‌های فعال در دانشکده گروه ماده چگال است؛ موضوع آن به این برمی‌گردد که شما چگونه از فیزیک کوانتوم برای فهم ویژگی‌های ماده در حالات متفاوت استفاده کنید. این گرایش هم بخش‌های بنیادی و نظری دارد و هم بخش‌های کابردی. شاخه‌های دیگر فیزیک اتمی، لیزر و پلاسماست. حوزه دیگر فیزیک آماری و سیستم‌های پیچیده است که در حوزه‌های میان‌رشته‌ای زیادی می‌تواند ورود کند. بایوفیزیک هم از موضوعات بسیار جذاب فیزیک به شمار می‌رود. فیزیک ذرات بنیادی هم با توجه به آزمایش‌هایی که در سرن انجام می‌شود، حسابی بر سر زبان‌ها افتاده. نجوم و کیهان‌شناسی هم گرایش دیگری است که به دلیل بدست آمدن داده‌های جدید رصدی در دوره طلایی خود به سر می‌برد. گروه اطلاعات کوانتومی هم دز آینده نزدیک حرف‌های زیادی برای گفتن خواهد داشت.

روزنامه: یک فارغ‌التحصیل فیزیک در چه جاهایی می‌تواند مشغول به کار شود و چه کارهایی انجام می‌دهد؟

اولا باید توجه داشت که ایران هم مثل جاهای دیگر دنیا در حوزه آکادمیک ریزش دارد، یعنی هر مقطع که بالاتر برویم، تعداد کمتری ادامه می‌دهند و در نهایت هم تعداد کمی به عضویت هیئت علمی درمی‌آیند ولی باید درنظر داشت که شما در فیزیک می‌آموزید که مسئله حل کنید، مدل‌سازی کنید، از کامپیوتر درست استفاده کنید و ... . بنابراین اگر شما این مهارت‌ها را به خوبی فراگیرید، می‌توانید به شغل‌های مرتبط وصل شوید. برای مثال یک موضوع جدید و پرطرفدار در دنیا data science یا big data است که در همه حوزه‌ها کاربرد دارد؛ مثل اقتصاد و جامعه‌شناسی. فیزیک‌دانان به خاطر توانایی‌هایشان می‌توانند در این حوزه موفق باشند. من فکر می‌کنم از نظر ورود فارغ‌التحصیلان فیزیک به چنین بازارها و مشاغلی کشور ما کمی از بقیه دنیا عقب‌تر است ولی با افزایش نیاز به موضوعاتی مثل اتوماسیون، تحلیل داده و ارتباطات بانکی این اتفاق خواهد افتاد. حوزه‌های دیگر هم همینطور هستند؛ مثل فیزیک پزشکی. در کل دورنگار این موضوع مثبت است ولی همچنان سخت است و صبر می‌خواهد.

فیزیک، قلب دانشگاه

وقتی از در اصلی وارد دانشگاه شدید، راه را مستقیم ادامه دهید. پس از عبور از دفتر ریاست دانشگاه بپیچید در اولین کوچه سمت چپ، کمی جلوتر بیایید تا برسید به دانشکده فیزیک. اگر دانشگاه را یک انسان فرض کنیم و دفتر ریاست چشمان این انسان فرضی باشد، دانشکده فیزیک قلب اوست و دانشجویان فیزیک سلول‌های قلب دانشگاه صنعتی شریف هستند.

قلب یک دانشگاه صنعتی چه جور جایی است؟

همان‌طور که قلب وظیفه خون‌رسانی به بدن، گردش اکسیژن و سایر کارهای حیاتی را به عهده دارد، رشته فیزیک هم در بین رشته‌های مهندسی تقریبا چنین نقشی را ایفا می‌کند. شاید در نگاه اول فکر کنید که چنین اظهار نظری برخاسته از دیدگاهی جانب‌دارانه است، چون انسان بدون قلب می‌میرد ولی صنعت بدون فیزیک هم زنده می‌ماند. چرا این دیدگاه جانب‌دارانه نیست؟ در صنعت مهندسان به دنبال این هستند تا از قوانین طبیعت به نفع بشریت استفاده کنند. هواپیما می‌سازند تا سریع‌تر باشیم، ماشین می‌سازیم تا دقیق باشیم، سد می‌سازند تا آب آسمان را ذخیره کنیم و ... . مهندسان در همه این فعالیت‌ها به دنبال کاربرد قوانین طبیعت هستند اما فیزیک‌دانان دنبال چیز دیگری می‌گردند. کاربرد قوانین طبیعت در فیزیک خیلی مسأله مهمی نیست. موضوع اصلی که ذهن فیزیکی‌ها را به خود جلب می‌کند، «چرایی» است. چرا در بعضی مشاهدات نور مانند موج رفتار می‌کند و در بعضی جاها ماننده یک ذره؟ چرا رسانایی برخی مواد با افزایش دما زیاد می‌شود ولی رسانایی برخی دیگر کم؟ چرا در ابعاد پایین‌تر رفتار ذرات تغییر می‌کند؟ چرا مواد مختلف در یک دمای مشترک به تعادل گرمایی می‌رسند؟ و هزاران چرای دیگر که در گرایش‌های مختلف فیزیک مورد بحث قرار می‌گیرد، نمونه‌هایی از این ویژگی فیزیک هستند. پژوهشگران فیزیک سعی می‌کنند تا با پاسخ به این سوالات طرز رفتار طبیعت را کشف کنند. بنابراین می‌توان گفت که فیزیک قلب دانشگاه است، چون با پیشرفت آن مهندسان راحت‌تر می‌توانند به کاربرد قوانین طبیعت در زندگی فکر کنند.

قلب عاشق

قلب در کنار نقش خون‌رسانی به نقاط مختلف بدن مسئول عاشق شدن انسان نیز هست. فیزیک هم این گونه است. در برخی شاخه‌های فیزیک پژوهشگران به مسائلی می‌پردازند که شاید تا سال‌های سال هیچ کاربردی در دنیای واقعی پیدا نکند. جذابیت موضوعاتی از قبیل آغاز آفرینش، مه‌بانگ، ساختار فضازمان، رفتار ذرات بنیادی، تحولات سه دقیقه اول کیهان و آشکارسازی امواج گرانشی با این که کاربرد خاصی در زندگی ندارند، ولی هزاران استاد، دانشجو و پژوهشگر را در سرتاسر دنیا عاشق و شیفته طبیعت کرده و آن‌ها را وادار به کار شبانه‌روزی می‌کند. بنابراین زیبایی شاخه‌های بنیادی فیزیک در واقع همان بخش عاطفی قلب است. ناگفته نماند که فیزیک‌دانان برای پیشرفت در شاخه‌های بنیادی نیازمند وسایلی مجهز به آخرین فناوری‌های مهندسی هستند و همین نیازمندی باعث رشد فناوری مهندسی می‌شود.

دانشکده محترم فیزیک

دانشکده فیزیک شریف در دوره کارشناسی هیچ گرایشی ندارد. این بدان معنی است که دانشجویان فرصت کافی دارند تا در طول دوره تحصیل با تمام گرایش‌ها آشنا شوند و با توجه به علاقه خود در هر کدام از آن‌ها که خواستند فعالیت کنند. دانشجویان دانشکده فیزیک در کنار دانشجویان سایر رشته‌ها با ورود به دانشگاه در سال اول فقط دروس پایه، یعنی ریاضی عمومی، مبانی برنامه‌نویسی، فیزیک عمومی و آزمایشگاه را می‌گذرانند. در سال اول فرصت زیادی برای آشنایی با محیط علمی دانشکده برای دانشجویان فراهم نمی‌شود. اما با ورود به سال دوم و سوم درس‌ها تخصصی‌تر و کلاس‌ها بعضا درون دانشکده برگزار می‌شود که باعث آشنایی بیشتر دانشجوها با محیط دانشکده می‌گردد. در این سال‌ نوبت به دروس اصلی رشته فیزیک می‌رسد. در درس مکانیک تحلیلی دانشجوها تحلیل سیستم‌های مکانیکی را از دو دیدگاه مخلف نیوتن و لاگرانژ می‌آموزند و در طول ترم با حل مسائل مختلف از نوسانگر هماهنگ گرفته تا مدار ماهواره‌ها در فضا به موضوع مسلط می‌شوند. موضوع درس مکانیک کوانتومی بررسی رفتار ذرات در ابعاد زیراتمی در شرایط مختلف محیطی است. در درس ترمودینامیک و مکانیک آماری علاوه بر بررسی تحولات ترمودینامیکی گازها سعی می‌شود تا دانشجوها بتوانند سیستم‌های بس‌ذره‌ای را همانند یک سیستم بزرگ کلی در نظر بگیرند و ويژگی‌های مختلف آن را مورد مطالعه قرار دهند. استادان در طول درس الکترومغناطیس قوانین حاکم بر الکتریسیته و مغناطیس را به دانشجویان می‌آموزند، مواد با خواص الکتریکی و مغناطیسی را معرفی می‌کنند و در نهایت به تحلیل امواج الکترومغناطیس می‌پردازند. علاوه بر این‌ها، دروسی که در آزمایشگاه ارائه می‌شود، مانند آزمایشگاه فیزیک جدید، آزمایشگاه اپتیک و آزمایشگاه آکوستیک دانشجوها را با فیزیک تجربی آشنا می‌سازد.

در کنار این‌ها با توجه به جدول آموزشی که از سوی دانشکده طراحی شده، دانشجوها آزادند تا تعدادی واحد اختیاری مثل کیهان‌شناسی، نسبیت خاص، فیزیک ابررساناها، ماده‌چگال و اطلاعات کوانتومی را با هدف آشنایی با شاخه‌های مختلف فیزیک بگذرانند و دیدگاه جامعی نسبت به این رشته به دست بیاورند. علاوه بر دروس اختیاری دانشجویان موظف‌اند که در سال آخر پروژه‌ای تحت عنوان پروژه کارشناسی زیر نظر یکی از استادان دانشکده که با اختیار خود دانشجو و موافقت استاد انتخاب می‌شود، انجام دهند. این پروژه کمک بزرگی به دانشجو برای انتخاب مسیر علمی آینده خود است.

از همه رنگ

در دانشکده فیزیک دانشگاه شریف گروه‌های پژوهشی در حال فعالیت در زمینه‌های مختلف فیزیک هستند. اعضای این گرو‌های پژوهشی که از سوی یک یا چند استاد سرپرستی و اداره می‌شود، دانشجویان تحصیلات تکمیلی و دانشجویان سال آخر کارشناسی هستند. این گروه‌ها در جلسات هفتگی خود سوالات تخصصی مختلفی را مورد بحث و بررسی قرار می‌دهند، یافته‌های جدید خود را ارائه می‌کنند و با هم‌فکری به دنبال یافتن راهکار برای حل مشکلات پیش رو می‌گردند. گروه اخترفیزیک به بررسی تولد، تحول و عمر ستاره‌ها می‌پردازد و روی مسائلی از قبیل درخشندگی ستاره و رابطه آن با جرم و دیگر ویژگی‌های آن کار می‌کند. گروه فیزیک اتمی و لیزر روی خواص امواج الکترومغناطیسی، ویژگی‌های لیزرها و کاربردهای مختلف آن‌ها متمرکز هستند. در گروه سیستم‌های پیچیده، اعضا بر روی اثر کمیت‌های گوناگون بر روی سیستم‌های مختلف کار می‌کنند. این سیستم‌ها شامل شبکه‌های اجتماعی، اقتصادی و شبکه نورون‌های مغزی می‌شود. در این گرایش افراد می‌توانند با استفاده از روابط موجود در شبکه مورد نظر تحول یک سیستم را دنبال کنند و انواع کمیت‌ها یا اختلال ورودی و خروجی بر روی آن را تحلیل نمایند. گروه ماده‌چگال به بررسی سیستم‌های پرذره در حالت چگالیده می‌پردازد. در حالت چگالیده مواد دارای خواص ویژه‌ای هستند که بررسی آن‌ها می‌تواند شناخت ما را از مواد افزایش دهد. با استفاده از این خواص می‌توان تجهیزاتی با کارایی بالاتر برای کاربردهای خاص مورد نظر خود ساخت. پژوهشگران در گروه فیزیک انرژی‌های بالا خواص ذرات بنیادی و انواع برهمکنش‌های بین آن‌ها را مطالعه می‌کنند و به دنبال ایجاد رهیافت مناسبی برای تحلیل نظری ذرات هستند. در گروه کیهان‌شناسی تحول کیهان و کهکشان‌ها، ثانیه‌های آغازین کیهان اولیه و مشاهده آثار اختلالات ایجادشده در آن زمان در کیهان فعلی را مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد. گروه اطلاعات کوانتومی بر روی مسائلی چون حالت‌های کوانتومی یک سیستم برای ذخیره اطلاعات، انتقال اطلاعات از طریق برهم‌کنش‌های کوانتومی و هم‌چنین تحلیل سیستم‌های ترمودینامیکی از طریق مکانیک کوانتوم کار می‌کند. در نهایت، گروه فیزیک نانو نیز به ساخت، تحلیل و بررسی مواد با کارایی‌های مختلف در ابعاد نانو می‌پردازد.

نظری، تجربی یا شبیه‌سازی؟

کار در شاخه‌های مختلف فیزیک را می‌توان به سه دسته نظری، تجربی و شبیه‌سازی تقسیم‌بندی کرد. در بخش تجربی پژوهشگران به مشاهده پدیده‌های فیزیکی در آزمایشگاه می‌پردازند. این کار تجربی می‌تواند با هدف تست و اندازه‌گیری کمیت‌های مختلف یا مشاهده پدیده‌ای جدید انجام گیرد. اندازه‌گیری رسانایی یک ماده خاص در دمایی معین مثالی از کار تجربی است. در بخش نظری محققان تلاش می‌کنند تا مشاهدات آزمایشگاهی را به صورت سازگار فرمول‌بندی کنند و یا کمبودهای تئوری‌های قدیمی را با ایجاد یک ساختار جدید حل نمایند. برای مثال بسیاری از فیزیکدانان نظری به دنبال این هستند که منشأ انرژی تاریک موجود در کیهان را کشف کنند. برای حل این موضوع نظریه‌های مختلفی منتشر و اصلاحاتی جدی به تئوری‌های موجود وارد شده است. البته پس از سال‌ها هنوز هیچ کدام از این نظریه‌ها برای جامعه فیزیک قانع‌کننده‌ نبوده است. کار دیگر پژوهشگران نظری انجام پروژه‌های عددی و محاسبه کمیت‌های مختلف برای راستی‌آزمایی تئوری‌های موجود است. در بخش شبیه‌سازی فیزیک‌دانان با استفاده از نرم‌افزارهای مناسب شرایط انجام یک آزمایش یا یک پدیده را که در دنیای واقعی ممکن نیست، فراهم نموده و نتایج را با تئوری‌های موجود مقایسه می‌کنند. در این بخش می‌توان به شبیه‌سازی‌های بسیاری که در زمینه فیزیک زیستی انجام می‌شود، اشاره کرد. به عنوان نمونه پژوهشگران شرایط خون داخل بدن انسان را در کامپیوتر شبیه‌سازی می‌کنند و با استفاده از نرم‌افزاری مناسب داروی جدیدی را که در آزمایشگاه تولید شده، به درون خون می‌فرستند تا اثر دارو و تغییر خواصش را در خون مشاهده کنند. سپس از روی تحلیل نتایج این شبیه‌سازی به مناسب بودن یا نبودن داروی جدید برای بدن انسان پی می‌برند. این شبیه‌سازی‌ها عمدتا بر روی ابررایانه‌های موجود در دانشگاه انجام می‌شود، چرا که انجام آن‌ها بر روی رایانه‌های معمولی ممکن نیست. شبیه‌سازی‌هایی که از تحول کیهان از آغاز تا امروز روی ابررایانه‌های موجود در جهان انجام شده نتایج حیرت‌انگیزی به دنبال داشته و برخی نظریه‌های امروزی را تا حد خوبی تأیید کرده است.

بازار کار

شما اگر در رشته فیزیک تحصیل کنید، نمره و کارنامه علمی‌ پربار داشته باشید و خوش‌شانس باشید، پس از فارغ‌التحصیلی می‌توانید استاد یک دانشگاه بشوید. استاد دانشگاه علاوه بر تدریس وظیفه پژوهش را هم بر دوش دارد. بنابراین معمولا استاد دانشگاه شدن یک شغل ایده‌آل برای دانشجویان رشته فیزیک محسوب می‌شود. متأسفانه یا خوشبختانه در این سال‌ها به دلیل درخواست زیاد، عضویت در هیئت علمی دانشگاه‌های داخل کشور بسیار دشوار شده است. برای همین اگر خیلی به پژوهش علاقه ندارید، می‌توانید معلم مدرسه شوید و فقط تدریس کنید. وجود موسسات مختلف پژوهشی محل کار مناسبی برای فارغ‌التحصیلان رشته فیزیک است. در داخل کشور موسسات پژوهشی زیادی وجود ندارد و همین مسأله شرایط را برای فیزیکی‌ها سخت می‌کند. در کنار کار تدریس و پژوهش، فارغ‌التحصیلان گرایش‌های کاربردی مانند لیزر، نانوفیزیک، فیزیک‌زیستی، ماده‌چگال و اطلاعات کوانتومی امکان این را دارند که در شرکت‌های مرتبط کار کنند. هم‌چنین بسیاری از فارغ‌التحصیلان رشته فیزیک با استفاده از مهارت برنامه‌نویسی و کار عددی که در فیزیک می‌آموزند، به بازار کار وارد می‌شوند. هم‌اکنون بسیاری از دانشجویان و فارغ‌التحصیلان رشته فیزیک، چه در داخل و چه در خارج از کشور از این راه مشغول کار هستند. البته دانشجوها و فارغ‌التحصیلان رشته فیزیک با توجه به مهارتی که در مدل‌سازی و تحلیل مسائل مختلف دارند، در بخش‌های مختلفی از جامعه‌شناسی تا اقتصاد هم می‌توانند راه خود را ادامه دهند.

صبور، پرتلاش و عمیق

بچه‌های رشته‌های علوم پایه مثل فیزیک نسبت به بچه‌های مهندسی نیاز به ویژگی‌های متفاوتی دارند. درس‌های فیزیک معمولا بسیار عمیق هستند و برخی از منابع آن را باید چندبار خواند تا به درک درستی از آن رسید. درس‌های مهندسی معمولا به صورت کاربردی برای حل مسأله تدوین می‌شود و فهم بنیان و اساس موضوع در درجه بعدی از اهمیت قرار می‌گیرد ولی در فیزیک فهم عمیق و دقیق از مسأله اهمیت زیادی دارد.

ریاضی پایه فیزیک است و بدون مهارت داشتن در ریاضیات تقریبا کار خاصی نمی‌توان در دانشکده فیزیک انجام داد. همچنین ممکن است شما چندماه یا چندسال روی یک مسأله فیزیکی زمان بگذارید و بعد متوجه شوید که همه مسیر را اشتباه آمده و مجبورید که دوباره از اول شروع کنید، پس نباید سریع ناامید شوید، دوباره قلم را بردارید و کاغذهایتان را سیاه کنید، روز از نو و روزی از نو. محاسبه و جمع و تفریق و انتگرال و مشتق و ... کار هر روز بچه‌های فیزیک است. در کنار اینها حواستان باشد که مهارت برنامه‌نویسی در فیزیک بعضی وقت‌ها از نان شب هم واجب‌تر می‌شود و لنگ زدن کمیت‌تان در آن یعنی عقب ماندن از قافله فیزیکی‌های پیش‌رو. این را هم در نظر داشته باشید که بر خلاف خیلی از رشته‌ها فیزیک تازه از تحصیلات تکمیلی راهش آغاز می‌شود و دوران کارشناسی صرفا پایه‌های فهم فیزیکی شما را محکم می‌کند و کار کردن در فیزیک بدون تحصیلات تکمیلی معنایی ندارد. یادتان باشد برای موفق بودن در فیزیک باید به‌روز باشید و تازه‌های علمی در زمینه کاری خود را به صورت جدی دنبال کنید تا بتوانید از آنها بهره ببرید.

نعمت‌الله فرهادی