استاد بازنشسته دانشگاه استنفورد با اشاره به اینکه بخش زیادی از سازوکار اشباح سرخ، الوزها و فوارههای آبی همچنان ناشناخته است، گفت هوش مصنوعی و رایانش کوانتومی میتوانند با شبیهسازی فرآیندهای پیچیده جوی و تحلیل حجم عظیم دادهها، به رمزگشایی این پدیدههای اسرارآمیز و پاسخ به پرسشهای حلنشده فیزیک جو کمک کنند.
استاد بازنشسته دانشگاه استنفورد در بخش سوم گفتوگو با برنا از مسیر رمزگشایی از سازوکار اشباح سرخ و نقش هوش مصنوعی و فناوریهای نوین محاسباتی در پاسخ به پرسشهای حلنشده این حوزه میگوید.
در علم هر کشف بزرگ سرآغاز پرسشهای تازه است. رویدادهای نوری گذرا نیز از این قاعده مستثنا نیستند، پدیدههایی که با وجود دههها پژوهش هنوز بخش قابلتوجهی از سازوکار شکلگیری و رفتار آنها ناشناخته باقی مانده است. پیشرفت در شناخت این نورهای اسرارآمیز حاصل تلفیق رصدهای میدانی، مدلسازیهای پیچیده و همکاری پژوهشگران برجسته از حوزههای مختلف بوده است؛ مسیری که اکنون با ظهور ابزارهای نوین محاسباتی از هوش مصنوعی تا رایانش کوانتومی وارد مرحلهای تازه شده است.
عمران اینان، استاد بازنشسته دانشگاه استنفورد، رئیس پیشین دانشگاه کوچ ترکیه و برگزیده جایزه مصطفی (ص) از نقطه عطف تحقیقاتش، نقش پژوهشگران جوان در رمزگشایی از سازوکار اشباح سرخ و چشمانداز فناوریهای نوین برای پاسخ به معماهای حلنشده این حوزه روایت میکند.
اینان در ادامه گفتوگویی خبری از مقطعی سخن میگوید که تحقیقاتش درباره رویدادهای نوری گذرا وارد مرحلهای سرنوشتساز شد، دورانی که با جذب چند دانشجوی مستعد از اتحاد جماهیر شوروی مسیر پژوهشهای او شتاب گرفت.
او توضیح میدهد که در نخستین سالهای مطالعه این پدیدهها گروهش هنوز نمیدانست اشباح سرخ چگونه شکل میگیرند.
وی میگوید: ابتدا الوزها و گرمایش ناشی از امواج الکترومغناطیسی را پیشبینی کرده بودیم، اما وقتی اشباح سرخ را مشاهده کردیم، من و دانشجوی دکترایم نمیدانستیم دقیقاً چگونه به وجود میآیند، زیرا این پدیده ناشی از یک تخلیه شبهاستاتیک است و مانند الوزها ماهیت الکترومغناطیسی ندارد.
به گفته اینان پس از انجام محاسبات نظری مشخص شد که پس از انتقال ناگهانی بار الکتریکی از ابر به زمین میدان الکتریکی بسیار بزرگی در لایههای بالایی جو ایجاد میشود و این میدان تا زمان بازگشت جو به حالت تعادل، زمینه شکلگیری اشباح سرخ را فراهم میکند.
او در ادامه به خاطرهای از سال ۱۹۸۸ اشاره میکند؛ زمانی که برای یافتن دانشجویانی با تسلط بالا بر فیزیک به مسکو سفر کرد.
وی میگوید: در آن زمان پیدا کردن دانشجویانی که هم در فیزیک قوی باشند و هم بتوانند روی این مسائل پیچیده کار کنند آسان نبود. به همین دلیل به مسکو رفتم و از یکی از دوستانم در موسسه علوم فضایی خواستم چند دانشجوی مستعد معرفی کند.
به گفته وی دو دانشجوی برجسته که پیشتر جایزه فیزیک اوکراین را دریافت کرده بودند در میدان سرخ مسکو با او مصاحبه کردند و پس از آن برای ادامه تحصیل به دانشگاه استنفورد رفتند.
اینان با لبخند از آن روزها یاد میکند و میگوید: ریزنمرات آنها پر از درسهایی مانند مارکسیسم ۱، ۲ و ۳ بود و همین موضوع پذیرششان را در استنفورد دشوار میکرد، اما از اعتبار علمی خودم استفاده کردم تا بتوانند پذیرفته شوند.
او میگوید در نهایت چهار دانشجو از اتحاد جماهیر شوروی به گروه تحقیقاتی او پیوستند و نقش مهمی در حل بسیاری از معماهای علمی آن دوران ایفا کردند.
از اشباح سرخ تا فوارههای آبی؛ هر کشف آغاز پرسشهای تازه
به گفته اینان همکاری این گروه پژوهشی به انتشار مجموعهای از مقالات علمی انجامید که برای نخستین بار سازوکار شکلگیری اشباح سرخ، الوزها، ساختارهای ظریف آنها و سپس فوارههای آبی را توضیح میداد.
او میگوید: ابتدا اشباح سرخ سپس الوزها بعد ساختارهای ریز اشباح سرخ و در ادامه فوارههای آبی را مطالعه کردیم. در ابتدا نمیدانستیم چگونه ممکن است چنین پدیدهای رخ دهد، اما پس از انجام محاسبات پاسخ را پیدا کردیم.
لحظهای که دانشمند میفهمد اشتباه نکرده است
اینان معتقد است جذابترین بخش پژوهشهای علمی لحظهای است که پژوهشگر با پدیدهای کاملا غیرمنتظره روبهرو میشود.
او در توصیف این تجربه میگوید: وقتی برای نخستین بار دادهها را میبینید ابتدا تصور میکنید حتما جایی اشتباه کردهاید. ساعتها دنبال خطا در اندازهگیری یا تحلیل دادهها میگردید، اما وقتی مطمئن میشوید پدیده واقعی است تازه مرحله اصلی آغاز میشود اینکه بفهمید سازوکار آن چیست.
به گفته وی همین حس کنجکاوی است که علم را پیش میبرد.
او میگوید: وقتی پاسخ یک سوال را پیدا میکنید بلافاصله دهها سوال دیگر به وجود میآید. شاید هیچوقت همه پاسخها را پیدا نکنید اما همین فرایند کشف بزرگترین لذت علم است.
هنوز همه رازهای رویدادهای نوری گذرا کشف نشدهاند
با وجود بیش از چهار دهه پژوهش اینان معتقد است هنوز بسیاری از جنبههای رویدادهای نوری گذرا ناشناخته باقی ماندهاند.
او میگوید پژوهشگران امروز میتوانند وقوع بسیاری از این پدیدهها را پیشبینی یا شناسایی کنند اما هنوز دلیل بسیاری از تفاوتهای آنها مشخص نیست.
وی توضیح میدهد: هنوز نمیدانیم چرا بعضی اشباح سرخ ساختارهای شاخهای بسیار ظریف دارند، اما بعضی دیگر فقط به صورت یک هاله نورانی دیده میشوند. همچنین مشخص نیست چرا برخی طوفانها فوارههای آبی تولید میکنند و برخی دیگر نه.
به گفته اینان درباره پدیده الوز اطلاعات بیشتری وجود دارد زیرا این رویداد مستقیما به شدت امواج الکترومغناطیسی ناشی از رعدوبرق وابسته است اما سایر رویدادهای نوری گذرا به فرآیندهای بسیار پیچیده یونیزاسیون هوا مربوط میشوند.
او تاکید میکند که مدلسازی این فرآیندها بسیار دشوار است، زیرا برای توصیف آنها باید دهها معادله همزمان حل شود و در عین حال اثر گرما، تابش و حتی تولید پرتوهای گاما نیز در نظر گرفته شود.
امید به هوش مصنوعی و رایانش کوانتومی
اینان در پایان این بخش از گفتوگو آینده پژوهش در این حوزه را به پیشرفت فناوریهای محاسباتی گره میزند.
او میگوید: امیدواریم با استفاده از قابلیتهای محاسباتی مبتنی بر هوش مصنوعی بتوانیم بسیاری از این پرسشها را پاسخ دهیم.
به اعتقاد او بزرگترین مانع پیچیدگی محاسبات است زیرا پژوهشگران باید پدیدههایی را شبیهسازی کنند که در منطقهای به وسعت دهها کیلومتر و در ارتفاع ۴۰ تا ۸۰ کیلومتری جو رخ میدهند در حالی که جزئیات هر جرقه تنها در ابعاد چند سانتیمتر یا چند متر است.
اینان ادامه میدهد: شاید در آینده رایانههای کوانتومی بتوانند این محاسبات عظیم را انجام دهند و درک بشر از این نورهای اسرارآمیز را یک گام دیگر به پیش ببرند. نورهایی که هنوز هم با وجود دههها پژوهش بخشی از رازهای خود را حفظ کردهاند.
پژوهشهای آینده؛ از رمزگشایی طبیعت تا قدرت فناوریهای نوین
مطالعات عمران اینان درباره رویدادهای نوری گذرا نشان میدهد که در مسیر علم هر کشف بزرگ نه پایان یک پرسش بلکه آغاز مجموعهای از پرسشهای تازه است. اشباح سرخ، الوزها و فوارههای آبی اگرچه امروز بهعنوان پدیدههایی شناختهشده در فیزیک جو مورد مطالعه قرار میگیرند، اما پیچیدگی فرآیندهای شکلگیری آنها همچنان بخشهایی ناشناخته برای دانشمندان باقی گذاشته است.
به نقل از برنا، پژوهشهای پژوهشگران ثابت میکند که شناخت این پدیدههای اسرارآمیز تنها با مشاهده امکانپذیر نیست و نیازمند ترکیبی از مدلسازیهای دقیق، محاسبات پیشرفته و توسعه ابزارهای نوین رصدی است، رویکردی که مرزهای شناخت بشر از تعامل میان رعدوبرق، میدانهای الکتریکی و لایههای بالایی جو را گسترش داده است.
در ادامه این مسیر فناوریهای نوظهور بهویژه هوش مصنوعی میتوانند نقشی تعیینکننده در تحلیل حجم عظیم دادههای علمی، شبیهسازی فرآیندهای پیچیده جوی و یافتن الگوهایی ایفا کنند که با روشهای سنتی قابل شناسایی نیستند. رایانش کوانتومی نیز در آینده میتواند توان پردازشی لازم برای حل معادلات پیچیده این پدیدهها را فراهم کند. این مسیر شاید به رمزگشایی از باقیمانده رازهای نورهای اسرارآمیز آسمان و گشودن فصل تازهای در علوم جوی و فضایی منجر شود.
