وداع جهان فیزیک با یک اسطوره

دنیل کلپنر (Daniel Kleppner)، فیزیکدان اسطوره‌ای که با خلق میزر هیدروژن به دقیق‌تر شدن هر چه بیشتر سیستم‌های موقعیت‌یاب (GPS) کمک کرد، در سن ۹۲ سالگی درگذشت.

کد خبر: ۸۲۰۱۰۳

تاریخ: ۲۳ تير ۱۴۰۴ - ۱۱:۲۰

به گزارش ایران اکونومیست، کپلنر برای توسعه‌ یک ساعت اتمی که بخش ضروری سیستم‌های موقعیت‌یاب جهانی یا GPS است، تحقیقات انجام داد و همچنین به تایید یک حالت نادر ماده که توسط آلبرت اینشتین پیش‌بینی شده بود، کمک کرد.

به نقل از نیویورک‌تایمز، دنیل کلپنر، فیزیکدان تجربی که به توسعه‌ یک ساعت اتمی که به بخش ضروری سیستم‌های موقعیت‌یاب جهانی یا GPS تبدیل شد، کمک کرد و همچنین به کشف یک حالت بنیادین نادر ماده که توسط آلبرت اینشتین و همکار فیزیکدان نظری‌اش ساتیندرا نات بوز پیش‌بینی شده بود، یاری رساند، در سن ۹۲ سالگی درگذشت.

همسرش، بئاتریس، مرگ او را تایید کرد. او گفت که دنیل زمانی که در حال بازدید از دخترشان، سوفی و نوه‌شان، داروین که از دبیرستان فارغ‌التحصیل می‌شد، بود، بی‌هوش شد.

در اواسط دهه ۱۹۵۰، زمانی که او در حال گذراندن یک دوره فلوشیپ در دانشگاه کمبریج در انگلستان بود، چیزی شگفت‌انگیز آموخت: یک معلم به او گفت که می‌توان ساعتی ساخت که آن‌قدر دقیق باشد که بتواند اثرات گرانش بر زمان را تشخیص دهد. او کنجکاو شد، به دنبال اطلاعات بیشتری رفت و کتاب «گشتاورهای هسته‌ای» اثر نورمن رمزی را خواند.

بعد از فلوشیپ خود، او تحصیلات تکمیلی خود را در دانشگاه هاروارد ادامه داد، جایی که متوجه شد دکتر رمزی در هیات علمی حضور دارد. او بلافاصله برای پیوستن به گروه تحقیقاتی دکتر رمزی درخواست داد و پذیرفته شد.

دکتر رمزی سرانجام به خاطر تحقیقاتی که در دهه ۱۹۴۰ انجام داده بود، جایزه نوبل فیزیک ۱۹۸۹ را دریافت کرد؛ زمانی که او روشی برای اندازه‌گیری فرکانس‌های تابش الکترومغناطیسی جذب‌شده توسط اتم‌ها و مولکول‌ها کشف کرده بود. تکنیک آزمایشگاهی او زمینه‌ساز رزونانس مغناطیسی هسته‌ای شد که خود پیش‌زمینه‌ای برای فناوری MRI امروزی در پزشکی است.

اتم‌های هر عنصر با فرکانس منحصربه‌فردی نوسان می‌کنند، مانند صدای منحصربه‌فرد آواز یک پرنده. کار دکتر رمزی این امکان را برای دانشمندان فراهم کرد تا آنچه «ساعت اتمی» نامیده می‌شود را بسازند. دستگاهی که این نوسانات را اندازه می‌گیرد و با استفاده از آن اطلاعات، زمان را با دقتی باورنکردنی حفظ می‌کند. اولین ساعت اتمی در سال ۱۹۵۴ توسط جرولد آر. زاکاریاس، فیزیکدانی در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) ساخته شد. زمانی که دکتر کِلِپنر به آزمایشگاه دکتر رمزی پیوست، ایده‌ای برای بهبود دقت آن داشت.

او معتقد بود کلید کار این است که اتم‌ها را تا جای ممکن برای مدت طولانی مشاهده کند؛ هرچه نوسانات اتم‌ها بیشتر دنبال شوند، ساعت دقیق‌تر خواهد بود. دکتر رمزی پیشنهاد کرد که اتم‌ها را در نوعی محفظه محدود کنند تا به‌جای رها بودن، کنترل شوند. این ایده اساس مشارکت‌های پیشگامانه دکتر کِلِپنر شد.

دستگاه زمان‌سنجی که آن‌ها ساختند، «میزر هیدروژن» نام داشت. میزر هیدروژن کاربردهای عملی بسیاری داشت: این دستگاه امکان زمان‌بندی دقیق سیگنال‌های ارتباطی را فراهم کرد که اندازه‌گیری فاصله بین ماهواره‌های موقعیت‌یاب جهانی و کالیبره کردن آن‌ها را ممکن ساخت؛ تصویربرداری با وضوح بالا در رادیو اخترشناسی را ممکن کرد و ارتباطات با کاوشگرهای فضای عمیق را بهبود بخشید.

دکتر کِلِپنر پس از دریافت مدرک دکتری خود در سال ۱۹۵۹، به عنوان استادیار در هاروارد منصوب شد. او تا سال ۱۹۶۶ در آنجا ماند و سپس به مؤسسه فناوری ماساچوست رفت و تا زمان بازنشستگی در سال ۲۰۰۳ آنجا ماند. در اواسط دهه ۱۹۷۰، دکتر کِلِپنر علاقه‌مند شد که حالتی نادر از ماده به نام چگالش بوز-اینشتین را تولید کند، حالتی که وجود آن توسط دانشمندانی که نام این ماده از روی آن‌ها برداشته شده، پیش‌بینی شده بود.

اگر الکترون‌ها در اتم‌ها دارای جهت‌گیری یا اسپین یکسان باشند، اتم‌ها نمی‌توانند مولکول تشکیل دهند و به جای پیوند خوردن، از هم جدا می‌شوند. اما بوز و اینشتین نظریه داده بودند که اگر اتم‌ها تا دمایی بسیار پایین سرد و فشرده شوند، وارد کمترین سطح انرژی خود می‌شوند و یک «گذار فاز» را طی می‌کنند. اسپین الکترون‌هایشان هم‌جهت می‌شود و آن‌ها دیگر به عنوان ذرات جداگانه رفتار نمی‌کنند، بلکه مانند یک ذره بزرگ رفتار می‌کنند.

وقتی دکتر کِلِپنر در سال ۱۹۷۶ درباره این نظریه خواند، این ایده را «کاملا مضحک» دانست. اما گفت‌وگویی با همکارش تام گری‌تک، متخصص فیزیک دماهای پایین، نظرش را تغییر داد. با تکیه بر کار قبلی خود با میزر هیدروژن، دکتر کِلِپنر آزمایش‌هایی را برای ایجاد این حالت دست‌نیافتنی ماده آغاز کرد.

او و گروهش هیدروژن را به عنوان عنصر آزمایشی خود انتخاب کردند، تصمیمی که پیشرفت آن‌ها را کند کرد. او بعدتر گفت: ما متوجه شدیم که در چگالی‌هایی که به دنبال آن بودیم، هیدروژن پایدار نخواهد بود.

همزمان با گسترش خبر تلاش آن‌ها، آزمایشگاه‌های دیگری نیز وارد رقابت شدند. اولین دانشمندانی که موفق شدند، اریک کورنل، ولفگانگ کِتِرله و کارل ویمن در کلرادو بودند. دکتر کِتِرله با دیوید پریچارد تحصیل کرده بود که خود دانش‌آموز سابق دکتر کِلِپنر بود. این سه نفر به خاطر این موفقیت جایزه نوبل فیزیک ۲۰۰۱ را دریافت کردند.

در نهایت، در سال ۱۹۹۸، گروه دکتر کِلِپنر نیز توانست چگالش بوز-اینشتین را تولید کند. وقتی او این موفقیت را در کنفرانسی در ورونای ایتالیا اعلام کرد، با تشویق ایستاده حضار روبرو شد.

به گزارش ایران اکونومیست، دنیل کِلِپنر در روز ۱۶ دسامبر سال ۱۹۳۲ در نیویورک سیتی به دنیا آمد. او دومین فرزند از سه فرزند خانواده کِلِپنر بود. پدرش که در سال ۱۹۰۶ از وین مهاجرت کرده بود و «تقریبا در فقر کامل» بزرگ شده بود، شرکت تبلیغاتی خودش را تاسیس کرد. مادرش در نیوجرسی بزرگ شده بود و به کالج بارنارد رفته بود.

علاقه او به فیزیک در دوران دبیرستان، درست بعد از جنگ جهانی دوم آغاز شد، زمانی که «فیزیکدان‌ها به عنوان قهرمانانی شناخته می‌شدند که جنگ را با ساخت بمب اتمی به پایان رساندند.»

مدال ملی علوم تنها افتخاری نبود که دکتر کِلِپنر دریافت کرد. او همچنین در سال ۲۰۰۵ جایزه ولف که معتبرترین جایزه در فیزیک بعد از نوبل محسوب می‌شود؛ در سال ۲۰۱۴ مدال بنجامین فرانکلین و در سال ۱۹۹۷ مدال اُرستد برای دستاوردهای برجسته در آموزش فیزیک را دریافت کرد.

دکتر کِلِپنر معتقد بود که معلمان فیزیک در دبیرستان‌ها به اندازه کافی خوب نیستند، بنابراین در سال ۲۰۰۲ برنامه‌ای تابستانی به نام «فرصت‌های تدریس در علوم فیزیکی» برای جذب معلمان تاسیس کرد.

او همچنین به ایجاد یک دوره فیزیک پیشرفته برای دانشجویان سال اول مؤسسه فناوری ماساچوست با سطح آشنایی بیشتر از مقدماتی با این موضوع کمک کرد. او و رابرت جی. کولنکو کتاب درسی‌ برای این دوره در سال ۲۰۱۳ نوشتند با عنوان «مقدمه‌ای بر مکانیک». این دوره که هنوز هم تدریس می‌شود، آن‌قدر سخت است که لقب «مکانیک برای مازوخیست‌ها» را گرفته است.

وقتی از دکتر کِلِپنر پرسیدند که چه توصیه‌ای برای دانشجویان دارد، گفت: توصیه‌ای که به جوان‌ها می‌کنم، این است که فقط به دنبال علاقه‌تان بروید و کاری بکنید. اگر خوش‌شانس باشید، به جایی جالب خواهد رسید.