"تمكنا من كسر التثبيت العقلي"

مقابلة مع أستاذ الأبحاث موتي سيغيف، كلية الفيزياء "اكتشاف ظاهرة جديدة، غير متوقعة أو غير متوقعة - هذه هي اللحظات التي تحفزني." يقول البروفيسور سيجيف 

في نهاية الحديث مع أستاذ الأبحاث موتي سيغيف، لا شك أن هذا باحث يحب التجارب الجديدة - ليس فقط الجبال والأنهار الجليدية مثل تلك التي تظهر في الصورة، ولكن أيضًا الأفكار والتجارب الجديدة في العلوم. سيغيف، أحد الأساتذة الخمسة المتميزين (الأساتذة المتميزين) في التخنيون، أخذ استراحة قصيرة من هواياته المغامرة (وأبحاثه في التخنيون) لإلقاء المحاضرة الافتتاحية في أهم مؤتمر حول الليزر والبصريات الكهربائية، والذي وقعت في أوائل شهر مايو في بالتيمور. تحدث معنا سيغيف، الحائز على العديد من الجوائز، بما في ذلك الجائزة المرموقة في إلكترونيات الكم (أهم جائزة أوروبية في مجال البصريات والليزر)، وجائزة ماكس بورن المرموقة التي تمنحها الجمعية البصرية الأمريكية (OSA) عن اهتماماته وإنجازاته الواسعة، وساهم ببعض النصائح للباحثين الشباب والطلاب الذين يدخلون هذا المجال.

ما هو أبرز ما في حياتك المهنية؟
كانت الذروة في فيكتوريا، كندا، عام 1988، في نهاية مؤتمر OSA حول الموجات غير الخطية، عندما كان من الواضح أن عملي في مجال السوليتونات قد لاقى صدى. في البداية، تلقت أفكاري في هذا الاتجاه العديد من الهجمات. تم نشر أوراق تدعي أن مثل هذه السوليتونات لا يمكن أن توجد. وجادل آخرون بأن هذه السوليتونات غير مستقرة ولا يمكن ملاحظتها تجريبيًا.
لفترة طويلة لم يصدق الناس ببساطة، على الرغم من حقيقة أننا نشرنا العديد من المقالات النظرية والتجريبية في المجلات الرائدة. يميل الناس إلى التثبيت العقلي والمشي في شبق. من الصعب جدًا تغيير طرق التفكير، خاصة عندما تتعرض لهجوم من كبار العلماء. لكن بعض الأصدقاء الجيدين دعموني طوال الطريق: أمنون ياريف من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، وستيف هاريس من جامعة ستانفورد، وستيف فورست وبول بروسنيل من برينستون، وفي بعض اللحظات الحرجة أيضًا نيكولاس بلومبيرجين الحائز على جائزة نوبل. لقد اكتسبت أيضًا ثلاثة أصدقاء جيدين جدًا ساروا معي في هذا الطريق الصعب: برونو كروسينياني، وجريج سيلمو، وديميتري خريستودوليدس. أعتقد أننا معًا أنشأنا ثورة في دراسة السوليتونات. لذا، إذا عدنا إلى ذلك المؤتمر الذي عقد في فيكتوريا عام 1998، عندما واصلت عشرات المجموعات أبحاثنا، أدركنا أننا فزنا: لقد تمكنا من كسر التثبيت العقلي لمجتمع كبير في العلوم.

ما هي السوليتونات؟
Solitons عبارة عن "حزم موجية" محاصرة داخل نفسها وبالتالي تحافظ على تكوين ثابت. ويتصرف السوليتون المنفرد، أيضًا في علاقاته مع السوليتونات الأخرى، كما لو كان جسيمًا. يمكن للسوليتونات أن تجتذب أو تتنافر، مثل جسمين مشحونين، كما أنها تصبح محاصرة في مدار حلزوني حول بعضها البعض.
تظهر السوليتونات في مجموعة متنوعة من الأنظمة، من السوائل إلى البلازما، والموجات الصوتية على جزيئات الحمض النووي، والموجات الصوتية في السوائل الفائقة، والإثارة الأولية في نظرية الأوتار، وظواهر الجاذبية في الثقوب السوداء. تم العثور على Solitons في العديد من الأماكن وفي العديد من المجالات. على مدار العشرين عامًا الماضية، أصبحت السوليتونات الضوئية - وهي حزم من الضوء تتصرف كما لو كانت جسيمات - الاتجاه البحثي الرائد في كل علم السوليتون وعلم الموجات غير الخطية.
متابعة اكتشافاتك إلى حد كبير.
في الواقع، لقد قمت بدراسة السوليتونات الضوئية منذ عام 1991، وعلى مر السنين حققنا العديد من الاكتشافات المدهشة. وأعتقد أن أهمها هو اكتشاف السوليتونات غير المتماسكة: السوليتونات المصنوعة من الضوء الأبيض الصادر عن لمبة متوهجة. تخيل مصباحًا كهربائيًا بسيطًا، نركز جزءًا من ضوءه في شعاع عرضه 10 ميكرون (شعاع أرق من الشعرة بعشر مرات)، ونوجهه إلى وسط غير خطي. النتيجة: يظل الشعاع مركَّزًا لفترة غير محدودة، طالما استمر في التشتت في هذا الوسط. مذهل، أليس كذلك؟
حتى عام 1996، كان يُنظر إلى جميع السوليتونات، في كل دراسة نظرية وتجريبية تمت دراستها فيها، على أنها كيانات متماسكة تمامًا؛ لكن حدسي أخبرني أنه ربما، إذا استخدمنا وسطًا غير خطي يتفاعل ببطء - أبطأ بكثير من التقلبات العشوائية للضوء غير المتماسك - يمكننا إنشاء سليتونات تنشأ من الضوء غير المتماسك. بدأنا بإجراء التجارب، وفي عام 1996 أظهرنا سوليتون يتكون من ضوء ذو ترابط مكاني جزئي: ضوء ليزر ينتقل عبر ناشر ضوء دوار. وبعد مرور عام قدمنا ​​سوليتون من "الضوء الأبيض"، والذي ينشأ من ضوء لمبة متوهجة بسيطة!
أولئك الذين قادوا هذه التجارب هم طلابي مات ميتشل (مات ميتشل) حاليًا أحد كبار الباحثين في شركة Infinera - وهي شركة تعمل في مجال تطوير الاتصالات البصرية الذكية؛ ومينغ فينج شيه، أستاذ الفيزياء حاليًا في جامعة تايوان الوطنية؛ وزميلي في مرحلة ما بعد الدكتوراه زيجانج تشين، وهو الآن أستاذ الفيزياء في جامعة سان فرانسيسكو.
في أول عامين من البحث، لم تكن لدينا نظرية، بل كان كل شيء مبنيًا على الحدس فقط. في نهاية عام 1997، قمنا بتطوير النظريات الأولى، بالتعاون مع صديق عزيز جدًا لي يُدعى ديميتري خريستودوليدس، وهو حاليًا أستاذ في جامعة فلوريدا. أدى اكتشاف السوليتونات غير المتماسكة ("السوليتونات العشوائية") إلى إحداث ثورة في الأبحاث في هذا المجال. منذ ذلك الحين، تم اكتشاف مثل هذه السوليتونات في العديد من الأنظمة، من بين أشياء أخرى في الهياكل الدورية والبلورات الضوئية - البحث الذي أجراه هرفوي بولجان، وهو الآن أستاذ في جامعة زغرب، وأورين كوهين وغاي بارتيل عندما كانا طلابي، وجيسون فلايشر عندما كان زميلي في مرحلة ما بعد الدكتوراه. أورين وغاي هما حاليا عضوان في هيئة التدريس في التخنيون، في كليتي الفيزياء والهندسة الكهربائية، وجيسون هو أستاذ في جامعة برينستون في الولايات المتحدة الأمريكية. تم اكتشاف سوليتونات غير متماسكة أيضًا في الوسائط غير الخطية غير المحلية - عمل غايتانو أسانتو وكلاوديو كونتي من إيطاليا، وأورين كوهين وكرمل روتشيلد، الذي يعمل حاليًا عضوًا في هيئة التدريس في كلية الهندسة الميكانيكية في التخنيون. يعمل العديد من الباحثين الآخرين حول العالم حاليًا على أفكار تعتمد على عزلات غير متماسكة.
هناك حقيقة مثيرة للاهتمام وهي أنه تم أيضًا اكتشاف سليتونات غير متماسكة في المجال الزمني: نبضات لا تتوسع في الألياف الضوئية. تم إجراء هذا البحث المهم بواسطة أنطونيو بيكوزي من فرنسا. في السنوات الأخيرة، تم أيضًا اكتشاف السوليتونات غير المتماسكة في الأنظمة الفيزيائية غير الضوئية. في عام 2006، تمت ملاحظة سوليتونات غير متماسكة مكونة من موجات دورانية في طبقات مغناطيسية [مينجزونج وو وكارل باتون في كولورادو]. منذ عدة سنوات، أوضحت، نظريًا، مع هرفوي بولجان، عندما كان طالبًا في مرحلة ما بعد الدكتوراه، ومع عامي فاردي (أستاذ في جامعة بن غوريون)، أنه يجب أيضًا العثور على سوليتونات غير متماسكة في موجات المادة.
إن فكرة "الموجات العشوائية غير الخطية" تتخذ الآن اتجاهات متنوعة ومثيرة للاهتمام، مثل إنشاء أنماط عفوية ذات موجات ضعيفة الارتباط، كما أظهرت مع طالبتي مارين سولجاسيك (أستاذ الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الآن)، وزميلي في مرحلة ما بعد الدكتوراه ديتليف كيب (الآن أستاذ في جامعة هامبورغ، ألمانيا)، وديميتري خريستودوليدس. أعتقد أننا سنشهد في السنوات القادمة اكتشافات جديدة في مجال الموجات العشوائية غير الخطية الناتجة عن التفاعل بين عدم الترابط والتشتت واللاخطية.

ما الذي ركزت عليه في المحاضرة الافتتاحية للمؤتمر في بالتيمور؟
تحدثت عن ظاهرة تسمى "توطين أندرسون" للضوء: كيف ينتشر شعاع الضوء في وسط يتميز بمؤشرات انكسار عشوائية ومختلفة، ومتى يصبح الضوء موضعيا بفضل ذلك الاضطراب. تم اقتراح فكرة انتشار الموجات وموقعها في وسط مضطرب في عام 1958، عندما قام فيليب أندرسون بدراسة حركة الإلكترونات في وسط يحتوي على بلورات مضطربة.
فاز أندرسون بجائزة نوبل لهذا البحث في عام 1977، ولكن العديد من الأسئلة الأساسية لا تزال دون حل حتى يومنا هذا. دخل هذا المجال البحثي عالم البصريات في منتصف الثمانينات على يد ساجيب جون وفيليب أندرسون، اللذين أدركا أن الموجات الكهرومغناطيسية تشكل أرضا خصبة لدراسة هذه الظاهرة العالمية، إذ يمكن عن طريق الضوء عزل مختلف الموجات التأثيرات التي تؤثر على تطوير "الحزم الموجية" (الحزم الموجية).
نفس القدر من الأهمية هو حقيقة أنه من خلال الضوء يمكنك أن ترى في الواقع كيف يتغير انتشار الموجة و/أو موضعها. على مر السنين، عملت العديد من المجموعات البحثية في هذا المجال.
صف بحثك عن موقع أندرسون - ما الذي اكتشفته وما الذي لا تزال تعمل عليه حتى اليوم؟
منذ عدة سنوات، تمكنا من إظهار ظاهرة توطين أندرسون بشكل تجريبي في اضطراب يحتوي على بلورة ضوئية. تنبع أهمية هذه الدراسة جزئيًا من كونها أول تجربة توضح موقع أندرسون في أي نظام دوري يشتمل على اضطراب. في التجارب التالية قمنا بدراسة تأثير اللاخطية على تأثيرات الموقع. هذا البحث، الذي أجريته مع طلابي في ذلك الوقت - تال شوارتز وجاي بارتل - ومع زميلي شموئيل فيشمان، أدى إلى العديد من دراسات المتابعة في جميع أنحاء العالم. إن فكرة وضع الموجات داخل نظام يتضمن كلا من الاضطراب وعدم الخطية تثير تساؤلات جوهرية، أدت إلى العديد من المناقشات. على سبيل المثال، مسألة ما إذا كانت الحزمة الموجية ستتوسع بمرور الوقت، أو ما إذا كان الاضطراب سيبطئ التشتت، كما يحدث في الوسط الخطي. الجواب على هذا السؤال متنازع عليه على نطاق واسع في المجتمع العلمي. كانت دراستنا التي أجريت عام 2007 هي أول دراسة تجريبية على الإطلاق لتأثيرات الموقع في نظام غير خطي يشتمل على اضطراب.
في العامين الماضيين، عملت مع طالبي لياد ليفي، وزميلي في مرحلة ما بعد الدكتوراه، مايكل ريشتسمان، على تحديد المواقع في البلورات شبه الدورية - على سبيل المثال، بلورة بعل ذات التماثل الخماسي.
البلورات شبه الدورية هي في حد ذاتها ظاهرة فريدة من نوعها في الطبيعة، وقد اكتشفها البروفيسور داني شيختمان من التخنيون وشرحها زملائي البروفيسور دوف ليفين من التخنيون والبروفيسور بول ستينهاردت من برينستون؛ ونأمل جميعًا أن يفوز الثلاثة بجائزة نوبل لاكتشافهم.
لقد قمت أنا ولياد ومايكل بدراسة انتشار الموجات في البلورات الضوئية شبه الدورية، ولدهشتنا الكبيرة اكتشفنا أنه في ظل ظروف معينة يمكن لحزمة الموجة أن تمر بعملية تسمى
النقل المعزز بالاضطراب. بمعنى آخر، يؤدي إدخال الاضطراب إلى بلورة شبه دورية إلى تمدد شعاع الضوء أكثر مما هو الحال في البلورات شبه الدورية النقية. علاوة على ذلك، فإن هذا التوسع، الذي يتعارض مع البديهة - لأن الاضطراب يميل في الواقع إلى تقليل تمدد حزم الموجات - يتميز بطريقة تذكرنا بعمليات الانتشار: شعاع الضوء المتوسط ​​له شكل غاوسي. ظهرت المقالة الأولى حول هذه الظاهرة مؤخرًا في مجلة Science المرموقة.
وأخيرا، اكتشفنا في الأشهر القليلة الماضية مفاجأة أخرى: إذا تغير الاضطراب العشوائي بسرعة أثناء التمدد، فإن شعاع الضوء يتوسع بشكل أسرع بكثير مما لو كان حتى في وسط متجانس تماما، دون أي اضطراب على الإطلاق. وفي الوقت نفسه، درس طلابي في مرحلة ما بعد الدكتوراه، أليكس زاميت ومايكل ريشتسمان، الأنظمة الضوئية غير المتبلورة. هذه أنظمة مضطربة لا تحتوي على حيود براغ على الإطلاق، مما يعني أنها تفتقر إلى الخصائص الأساسية للبلورات. وعلى الرغم من ذلك، فقد تمكنا من إثبات وجود "الفجوة المحظورة" نظريًا وتجريبيًا - وهي الزوايا التي لا يمكن للضوء أن ينتشر فيها على الإطلاق. ظهرت المقالة الأولى حول هذا الموضوع هذا الأسبوع في مجلة Physical Review Letters.
وأعتقد أن هذا ليس سوى غيض من فيض. إن فيزياء الأنظمة البصرية التي تتميز بالاضطراب، الخطي وغير الخطي، لا تزال في مهدها. أتوقع العديد من المفاجآت في السنوات المقبلة.
ما هي الاكتشافات التي يمكن أن يتوقعها مجتمع البصريات من فريقك البحثي في ​​التخنيون؟
نحن نعمل على عدة مشاريع في نفس الوقت، ربما لأنني كنت دائمًا أحب دخول مجالات جديدة وتعلم موضوعات جديدة. ولكن إذا طلب مني أن أشير إلى اكتشاف واحد، فسأقول:
التصوير تحت الطول الموجي القائم على التباين. هذا هو العمل الذي بدأته منذ عامين مع البروفيسورة يونينا إلدر، الخبيرة في مجال معالجة المعلومات، وزميلي الشاب أورين كوهين الذي أضاف بعض الأفكار الممتازة حول الموضوع
دقة فائقة تعتمد على التشتت في الزمان والمكان الترددي. ولحسن الحظ، فقد أنعم الله علينا ببعض الطلاب المتفوقين في هذا البحث: يوآف شيختمان، وشانير غازيت، وبافيل سيدورينكو، وأليكس زاميت، وهو طالب ما بعد الدكتوراه ممتاز من ألمانيا، والذي أصبح مؤخرًا عضوًا في هيئة التدريس في جامعة جينا.
ماذا يحمل المستقبل في مجال البصريات غير الخطية؟
يعد علم البصريات غير الخطية مجالًا واسعًا للغاية، كما أن طيف أبحاثه المحتمل هائل - من بين أمور أخرى في مجال الموائع الضوئية، أي العلاقات بين الضوء والسوائل (انظر الإطار السفلي في الصفحة 16). ويتعلق هدف بحثي آخر بالظواهر غير الخطية في المواد الاصطناعية: المواد الاصطناعية ذات الخصائص الكهرومغناطيسية التي تم تصميمها على نطاق أصغر من الطول الموجي. وقد تم بالفعل اقتراح أفكار من هذا النوع في العديد من الأوراق النظرية، ولكن التجارب قليلة. ولا شك أن التجارب في هذا المجال ستؤدي إلى أفكار مثيرة لم يطرحها المنظرون.

ما هو أفضل جزء من حياة الفيزيائي؟
اكتشاف ظاهرة جديدة أو غير متوقعة أو غير متوقعة. هذه هي اللحظات التي تدفعني.
مقال: أنجيلا ستارك، مديرة الاتصالات في الجمعية البصرية الأمريكية (OSA).
نُشرت المقابلة في مجلة الجمعية، OPTICS AND PHOTONICS NEWS.

ونتطلع إلى العديد من المفاجآت في السنوات القادمة البروفيسور سيجيف في المختبر

الضوء والسائل: العلاقات المتبادلة
أحد أهداف البحث المستقبلية في مجال البصريات غير الخطية هو الجمع بين الظواهر غير الخطية والموائع الضوئية: ديناميكيات الضوء والسوائل المدمجة. حتى الآن سيطر المهندسون وعلماء المواد على هذا المجال. "لقد قاموا بعمل هندسي ممتاز، ولكن ليس لدي أدنى شك في أن المجال لم يستنفد بعد. لقد كان من المعروف منذ سنوات عديدة أن الضوء يؤثر على جزيئات صغيرة تتحرك عندما تكون مغمورة في سائل. الدراسات التي تم إجراؤها ركزت بشكل شبه كامل على الجسيمات نفسها، ولكن ليس هناك شك في أن الجسيمات التي تتحرك في السائل تخلق حركة في السائل نفسه: فهي تحتوي على احتكاك، مما يخلق تدفقًا في السائل ينشأ من الضوء. في الوقت نفسه، يغير الضوء التركيز المحلي للجزيئات في السائل، ونتيجة لذلك تتغير مؤشرات الانكسار "للتعليق" - وبالتالي يتغير شكل شعاع الضوء أيضًا. هناك ثلاث عمليات غير خطية هنا تعمل بطريقة متكاملة: الضوء يخلق تدفقًا في السائل؛ ويؤثر التدفق على تركيز الجزيئات في كل مكان في السائل؛ وتغيير التركيز يغير معامل انكسار الضوء في كل مكان في السائل. ونتيجة لذلك يتغير انتشار الضوء في السائل والعياذ بالله. قد يؤدي هذا الاتجاه إلى فيزياء أساسية جديدة، بالإضافة إلى تطبيقات مثيرة للاهتمام، على سبيل المثال التحكم في تشتت الدواء باستخدام الضوء، والتحكم البصري في العمليات الكيميائية (مثل التحفيز) بدقة عشرات الميكرونات، والمزيد. تم إطلاق هذا المشروع من خلال طالب سابق لي، كرمل روتشيلد، بعد الانتهاء من درجة الدكتوراه (قام كرمل بدراسة ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في مجال الطاقة الشمسية؛ وسينضم إلى كلية الهندسة الميكانيكية في التخنيون هذا الصيف كعضو جديد في هيئة التدريس ). استمر المشروع وحقق إنجازات عظيمة من خلال طلابي الآخرين، إيلاد غرينفيلد، ويوفال ليمهوت، والآن انضم إلى المشروع كوبي لومير (طالب دكتوراه جديد) والدكتور يوني نميروفسكي (عالم السبت من رافائيل).

ناس
لا تدع الشهرة تخدعك
البروفيسور سيجيف، الذي "نشأ" العديد من طلاب الدراسات العليا، وكذلك العديد من طلاب ما بعد الدكتوراه، يؤمن بأهمية العلاقة الشخصية بين المشرف والطالب. "لا تدع الشهرة تخدعك"، يقترح على الطلاب وزملاء ما بعد الدكتوراه الذين هم على وشك اختيار المشرف. "أنت تريد الاتصال المباشر مع كبار الباحثين على أساس يومي، وليس من خلال "التسلسل القيادي". قبل أن تختار مجموعة بحثية ومشرفًا، تحدث مع الطلاب النشطين حاليًا في المجموعة وكذلك أولئك الذين كانوا نشطين فيها في الماضي. لقد علموا من هو الباحث كعالم وكشخص. هذا هو الرجل الذي سيكون والدك العلمي، أو والدتك العلمية، لذا تأكد من أنك قمت بالاختيار الصحيح. لقد كنت محظوظًا بما فيه الكفاية للتعلم من أحد المرشدين العظماء في عالم البصريات: والدي العلمي، أمنون ياريف، من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. كان لأمنون تأثير كبير على مسيرتي المهنية”.
وله أيضًا نصيحة لأعضاء هيئة التدريس الشباب: استقطاب الطلاب بحكمة وعناية، وعدم الاعتماد فقط على الدرجات العالية من الدرجة الأولى. "من المستحيل استخلاص أي استنتاج يتعلق بالإبداع من مثل هذه النتائج. اسمح للطلاب الجدد بالعمل على مشاريع صغيرة لمدة شهرين إلى ثلاثة أشهر، والعمل معك بشكل وثيق. تشاور مع الطلاب القدامى وطلاب ما بعد الدكتوراه، ثم قم بتعيين الطلاب الذين يمكنهم التفكير بشكل إبداعي فقط. أنت لا تريد أشخاصًا ماهرين يتفوقون في حل الواجبات المنزلية ولكنهم ثابتون عقليًا!"

نشرت في مجلة التخنيون