فیزیک‌دان‌ها چگونه به ایده‌های پیچیده فکر می‌کنند؟
ذرات کوانتومی می‌توانند وجود داشته باشند و وجود نداشته باشند. فضا بافتی خم شدنی است. ماده‌ی تاریک نامرئی است اما بخش زیادی از جهان را تشکیل می‌دهد. جهان ما حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش از انفجاری عظیم به وجود دارد و به صورت بی‌نهایت در حال انبساط است.
اگر فیزیکدان نباشید یا با مفاهیم فیزیکی آشنایی نداشته باشید حتی یکی از جملات بالا هم برای گیج شدنتان کافی خواهد بود. معمولا وقتی برای درک وسعت مفاهیم پیچیده و غیر قابل تصور تلاش می‌کنیم، دچار مشکل شناختی می‌شویم؛ اما فیزیکدانهای نظری چگونه هر روز به این مفاهیم فکر می‌کنند؟
بر اساس پژوهشی جدید که در تاریخ ۱۱ اکتبر در مجله‌ی NPJ Science of Learning منتشر شد، مغز فیزیک‌دان‌ها از طریق دسته‌بندی خودکار قابل اندازه‌گیری و غیرقابل اندازه‌گیری، نظریه‌های غیرمنطقی را تجزیه و تجلیل می‌کند. به گفته‌ی مارسل جاست، فیزیکدان دانشگاه کارنیگ ملون و مؤلف ارشد این پژوهش:
اغلب چیزها مثل سنگ، دریاچه، گل و بسیاری از مواردی که روزانه با آن‌ها روبه‌رو می‌شویم قابل توصیف هستند اما مفاهیمی که فیزیک‌دان‌ها به آن‌ها فکر می‌کنند این ویژگی را ندارند.
جاست و همکارانش، برای بررسی عملکرد دقیق مغز فیزیک‌دان‌ها، یک دفتر فهرست از مفاهیم فیزیکی را به ۱۰ عضو هیئت فیزیک کارنیگ ملون دادند. این اعضا از سوابق زبانی و تخصص‌های مختلفی برخوردار بودند. سپس از fMRI (عکس‌برداری رزونانس مغناطیسی کارکردی) برای بررسی فعالیت مغز سوژه‌ها در حین مرور لیست استفاده کردند.
بر خلاف MRI معمولی که به بررسی‌های آناتومی کمک می‌کند، MRI کارکردی می‌تواند فعالیت مغز را بر اساس نوسان‌های جریان خون، گلوکز و اکسیژن رصد کند. بر اساس نتایج، مغز فیزیک‌دان‌ها مفاهیم را به دو دسته تقسیم می‌کند. در مرحله‌ی بعد دانشمندان به روش برچسب‌گذاری هر دسته‌بندی پرداختند. به گفته‌ی رینهارد ای شوماخر، فیزیکدان ذرات دانشگاه کارنیگ ملون و یکی از مؤلفان این بررسی:
با بررسی فهرست این پرسش را مطرح کردم: مفاهیمی مثل انرژی پتانسیل، شتاب گشتاور، طول موج، فرکانس و موارد دیگر چه نقطه‌ی اشتراکی با یکدیگر دارند؟ از طرفی مفاهیمی مثل ماده‌ی تاریک، دوگانگی، کیهان‌شناسی و چندجهانی در ذهن فیزیک‌دان‌ها وجود دارند.
یک فرد متوسط ممکن است مفاهیمی مثل ماده‌ی تاریک در دسته‌ی غیرقابل توضیح قرار دهد، اما مهم‌ترین مقیاسی که از این مفاهیم دریافت می‌کند، غیرقابل اندازه‌گیری بودن آن‌ها است. بر اساس اسکن‌های مغزی، فعالیت مغز در واکنش به مفاهیم فوق، ویژگی «وسعت» را نداشت. وسعت به قرار دادن محدودیت‌های ملموس روی چیزی گفته می‌شود.
بر اساس نتایج، مغز فیزیک‌دان‌ها به‌صورت خودکار بین عناصر انتزاعی مثل فیزیک کوانتوم و عناصر قابل درک و قابل اندازه‌گیری مثل سرعت و فرکانس تمایز قائل می‌شود. در واقع چیزی که باعث حیرت و شگفتی اشخاص غیرفیزیک‌دان می‌شود افکار مربوط به وسعت را در آن‌ها بیدار نمی‌کند. به همین دلیل است که فیزیک‌دان‌ها تقریبا به‌راحتی درباره‌ی این مفاهیم فکر می‌کنند درحالی‌که وسعت و بزرگی این مفاهیم برای ما نگران‌کننده یا تعجب‌آور هستند.
فیزیکدانهای آمریکایی، ریچارد فینمان و یانگ چن نینگ، دهه‌ی ۱۹۵۰
قدرت فیزیک‌دان‌ها از تکامل مغز سرچشمه می‌گیرد
شوماخر معتقد است فکر کردن به ایده‌های انتزاعی در مقام یک دانشجو بسیار متفاوت از درک فیزیکدانهای باسابقه نسبت به این مفاهیم است. او می‌افزاید:
معتقدم هر چقدر فیزیک‌دان‌ها پیرتر می‌شوند، می‌توانند به نتایج مؤثرتری درباره‌ی مفاهیم و آموخته‌های خود برسند. هر چقدر بیشتر از این مفاهیم استفاده کنید به دوستان دیرینه‌تان تبدیل می‌شوند.
اسکن‌های مغزی هم تأییدی بر یافته‌های فوق هستند. نه‌تنها پژوهشگرها فعالیت مغزی اساتید را بررسی کردند، بلکه به بررسی مغز دانشجویان فیزیک هم پرداختند. به گفته‌ی شوماخر: «در فیزیکدانهای مسن که مدت‌ها است با مفاهیم کار می‌کنند، مغز عملکرد بهینه‌تری دارد.»
علاوه بر این جاست معتقد است فعالیت نیم‌کره‌ی راست پروفسورها بیشتر است و این مسئله نشان می‌دهند با انواع بیشتری از مفاهیم نزدیک و دور سر و کار داشتند. با اینکه دانشجوی فیزیک می‌تواند بین سرعت و شتاب ارتباط برقرار کند، به نظر می‌رسد پروفسورها سرعت را به مفاهیم دورتری مثل سرعت انبساط جهان ربط می‌دهند.
تنها فیزیک‌دان‌ها به ایده‌های جدید نمی‌رسند
جاست معتقد است مغز به گونه‌ای تکامل یافته است که تمام افراد می‌توانند ایده‌های جدید و انتزاعی را ارائه کنند؛ اما شاید این فیزیکدانهای نظری هستند که به‌راحتی مفاهیمی مثل دوگانگی یا چندجهانی را درک می‌کنند؛ اما افرادی که در حوزه‌های دیگر مشغول هستند ایده‌های پیچیده‌ی خود را دارند.
برای مثال شیمی‌دان‌ها ساختارهای اربیتالی اتم‌ها و پیوند بین آن‌ها را درک می‌کنند؛ و عموم افراد به مرور زمان با اختراع‌هایی مثل آیفون و کلاد خود را وفق می‌دهند. به این فکر کنید ما می‌توانیم مفهومی بسیار عجیب مثل کلاد را درک کنیم. برای مثال فرض کنید به سده‌ی ۱۷۰۰ میلادی سفر کردید و می‌خواهید عملکرد حافظه‌ی داده‌ای را برای شخصی توضیح دهید. احتمالا افراد در آن زمان همان حسی را خواهند داشت که امروز ما به حوزه‌ی کوانتومی داریم. در واقع ما برای آن‌ها مثل فیزیک‌دان‌ها هستیم.
برای مثال جاست می‌گوید اگر در طول ورزش درباره‌ی نوسان‌ها فکر کنید، مغز بخش‌های مربوط به فعالیت ریتم‌دار را فعال می‌کند. به گفته‌ی جاست:
ایده‌ی موج‌های سینوسی تنها چند صد سال قدمت دارد؛ اما افراد از مدت‌ها پیش به نوسان‌های روی برکه نگاه می‌کردند.
جاست معتقد است که اگر از طریق ارائه‌ی مفاهیم انتزاعی به کودکان به رشد ذهن آن‌ها کمک کنیم، شاید روزی برسد که کودک بتواند چیزهای قابل تصور برای دانشمندان را درک کند. همچنین یافته‌ی پژوهشگرها می‌تواند به سلامت روانی کمک کند. برای مثال، می‌توان با این پژوهش‌ها به چگونگی عملکرد قابلیت‌های تطبیق و سازماندهی مغز در شرایط استرس پی برد. جاست می‌گوید:
این پرسش یکی از جالب‌ترین پرسش‌های جهان است: ماهیت مغز انسان چیست و چگونه می‌توانیم به سلامت و تفکر بهتر کمک کنیم؟
