زمینه‌های تحقیقاتی

حوزه تخصصی من، فیزیک انرژیهای بالا می‌باشد. این شاخه از فیزیک به بررسی خواص پدیده‌های فیزیکی در مقیاسهای بسیار بزرگ و یا بسیار کوچک می‌پردازد. تحقیقات من در زمینه‌ی فیزیک سیاهچاله‌ها، و به طور خاص ترمودینامیک و بارهای پایسته سیاهچاله‌ها می‌باشد. شاخه‌هایی از فیزیک که مورد علاقه‌ من هستند به شرح زیر می‌باشد:

  • ترمودینامیک و مکانیک آماری سیاهچاله‌ها
  • نظریه‌ی میدانهای کوانتومی بر زمینه‌ خمیده
  • امواج گرانشی، اثر حافظه و بارهای نرم
  • نظریه ریسمان، ابرتقارن و هولوگرافی
  • کیهان‌شناسی و فیزیک بنیادی.

چرا فضازمان و گرانش؟

تمام شاخه‌های فیزیک زیبا و جالب هستند. با این حال، دو شاخه از فیزیک هستند که برای من جذابتر می‌باشند: فیزیک کوانتومی و گرانش: ابعاد بسیار کوچک و بسیار بزرگ. بیشترین دوران تحقیقات علمی‌ام به مطالعه در این دو شاخه‌ و ارتباط آنها سپری شده است: گرانش کوانتومی.

در نسبیت خاص و عام، فضا و زمان دست در دست هم دارند. زمان، که به نظر من رمزآلودترین مفهوم و کمیت فیزیکی است، یکی از مفاهیم بنیادی در نسبیت است. گرانش که به نظر کاملا مستقل و بی‌ربط به فضازمان می‌آید، به طور حیرت‌انگیزی در نسبیت عام با فضازمان درهم تنیده می‌شود. از سوی دیگر، گرانش یک میدان است که می‌تواند با میدانهای دیگر مثل میدان الکترومغناطیسی اندرکنش داشته باشد. اما ما می‌دانیم که دیگر میدانهای بنیادی طبیعت، میدانهای کوانتومی هستند. چگونه یک میدان کلاسیک (گرانش) با میدانهای کوانتومی دیگر اندرکنش می‌تواند داشته باشد؟ این یکی از مهمترین سوالاتی است که باعث می‌شود به مطالعه گرانش کوانتومی بپردازم.

کمی بیشتر درباره فیزیک بنیادی

چه در مقیاسهای بسیار ریز و چه در مقیاسهای بسیار بزرگ، سوالات فراوانی درباره بنیاد طبیعت وجود دارد. در مقیاسهای کوچک، اجزای بنیادی ماده چه هستند؟ ساختار فضازمان در این ابعاد چگونه است؟ چه قوانینی بر دینامیک فضازمان و ماده در این مقیاسها حاکم هستند؟ آیا آنها احتمالاتی هستند یا متعیّن؟ ... از سوی دیگر، در مقیاسهای بزرگ سوالات بنیادی دیگری وجود دارند. ابعاد جهان چقدر است؟ عمر جهان چقدر است؟ جهان از چه ساخته شده است؟ و دینامیک آنها چیست؟ دینامیک فضازمان چیست؟ ...

نظریه‌ای که قوانین طبیعت را در ابعاد بسیار ریز فرمول‌بندی می‌کند، نظریه میدانهای کوانتومی نام دارد. همانطور که از نامش پیداست، این نظریه یک نظریه میدان است (میدان چیزی است شبیه امواج اقیانوسها)، اما نه کلاسیک بلکه کوانتومی. در این نظریه، به هر کدام از ذرات بنیادی، یک میدان بنیادی نسبت داده می‌شود، که دوگانگی موج-ذره را یادآور می‌شود. ذرات بنیادی به دو دسته تقسیم می‌شوند: ماده و پیغام‌رسان. ذرات بنیادی ماده از فرمیونهایی مثل الکترون، میون، نوترینو، و کوارک تشکیل می‌شوند. پیغام‌رسانها بوزونهایی مثل فوتون یا گلوئون هستند.

دینامیک غالب در مقیاسهای بزرگ توسط گرانش کنترل می‌شود. گرانش مهمترین نیروی طبیعت در مقیاسهای بزرگ است. نظریه‌ای که این دینامیک را توصیف می‌کند نسبیت عام نام دارد. این نظریه از نظریه میدانهای کوانتومی قدیمی‌تر است، و توسط اینشتین در سال ۱۹۱۵ ارائه شده است. بوسیله این نظریه و تعمیم‌های آن می‌توان دینامیک سیارات، ستاره‌ها، کهکشانها، خوشه‌های کهکشانی و تمام جهان را توصیف کرد. اختر فیزیک و کیهان‌شناسی دو شاخه‌ از این نظریه هستند که زمینه‌ای برای چنین مطالعاتی فراهم می‌اورند. اخترفیزیک به توصیف دینامیک ستارگان می‌پردازد و کیهان‌شناسی علم توصیف جهان به صورت کلی می‌باشد.

جالب است که ما انسانها در مقیاسی زندگی می‌کنیم که هم گرانش و هم دیگر نیروها مخصوصا نیروی الکترومغناطیسی همزمان مهم هستند. برای درک این موضوع کافیست که به آسانسوری که از آن برای بالا رفتن در طبقات ساختمان استفاده می‌کنیم بیندیشیم، که برای بالارفتن از نیروی الکترومغناطیسی و برای پایین آمدن از گرانش استفاده می‌کند و در تعادلی میان این دو نیروست. در مقیاسهای روزانه ما، گرانش و الکترومغناطیس نیروهایی هم‌مرتبه اعمال می‌کنند. می‌توان از خود پرسید که چگونه یک میدانی که ذاتا کوانتومی است (الکترومغناطیس) با یک میدان کلاسیکی (گرانش) برهمکنش می‌کند. سیاهچاله‌ها یکی از مناسبترین سیستمهای فیزیکی برای پاسخ به چنین سوالی هستند. سیاهچاله، یک سیاه چاله است در فضازمان، اگر از دیدگاه ناظری که بیرون از آن مستقر است مورد مطالعه قرار گیرد. اگر چیزی به درون آن بیفتد، هرگز نمی‌تواند از داخل آن به بیرون فرار کند. این اجرام آسمانی، رمزآلودترین اجرام در آسمان هستند.

Universe

کیهانشناسی

مقیاسهای بزرگ در جهان

Galaxy

گرانش کلاسیک

نسبیت عام و فراتر از آن

Black hole

سیاهچاله‌ها

اجرام رمزآلود در آسمان

Scattering

فیزیک ذرات

کوچکترین اجزای جهان