دنكان هالدين: المنظر الذي انتظر ثلاثين عاماً ليتم تصديقه

نشر أعمالاً في الثمانينيات تناقضت مع الحكمة التقليدية لفيزياء المادة المكثفة لدرجة أنه كافح حتى لنشرها. بعد ثلاثة عقود، وبعد أن قام علماء آخرون أخيراً ببناء مواد تظهر حالات المادة الغريبة التي كان قد صممها نظرياً على الورق فقط، تلقى دنكان هالدين المكالمة من ستوكهولم. قال لاحقاً بتواضع مميز: "كان عملي نوعاً من العمل النائم. لم يصبح أمراً كبيراً إلا بعد أن تم توسيع عملي" من قبل الآخرين.

أصول فيزيائي غير عادية

ولد فريدريك دنكان مايكل هالدين في 14 سبتمبر 1951 في لندن، وهو ابن طبيب في الجيش البريطاني التقى بوالدة هالدين، ليودميلا رينكو، وهي طالبة طب سلوفينية، أثناء تمركزه بالقرب من الحدود بين يوغوسلافيا والنمسا بعد الحرب العالمية الثانية - وهي خلفية أكسبت هالدين لاحقاً الجنسية البريطانية والسلوفينية المزدوجة، حيث مُنحت الأخيرة في عام 2019. التحق بمدرسة سانت بول في لندن قبل أن ينتقل إلى كلية كرايست في كامبريدج، حيث حصل على شهادته الجامعية ودرجة الدكتوراه في عام 1978، وعمل تحت إشراف فيليب وارن أندرسون، وهو فيزيائي كان قد فاز بالفعل بجائزة نوبل الخاصة به عن عمله في الأنظمة المضطربة والمغناطيسية - وهو مرشد مناسب بالنظر إلى المسار الذي ستتخذه مسيرة هالدين المهنية في النهاية.

تنظير مادة لم يرها أحد بعد

قادت المسيرة المهنية المبكرة لهالدين إلى معهد لاو-لانجفين في فرنسا من 1977 إلى 1981، ثم إلى جامعة جنوب كاليفورنيا، ومنذ عام 1986 إلى جامعة كاليفورنيا في سان دييغو. خلال هذه الفترة، ومعظمها في الثمانينيات، أنتج العمل النظري الذي سيحدد مسيرته المهنية: تطبيق الطوبولوجيا - وهو فرع من الرياضيات يهتم بالخصائص المحفوظة تحت التشوه المستمر، والمثال الكلاسيكي هو أن فنجان القهوة والدونات متكافئان لأن لكل منهما ثقباً واحداً بالضبط - لوصف السلوك المغناطيسي لسلاسل الذرات أحادية البعد والأطوار المدهشة التي يمكن أن تدخل فيها المادة عند درجات حرارة منخفضة للغاية. ما أصبح يعرف باسم "تخمين هالدين" تنبأ باختلاف أساسي في السلوك بين سلاسل الذرات ذات اللف المغزلي الكمي الصحيح مقابل نصف الصحيح، وهو تمييز بدا في ذلك الوقت غريباً جداً لدرجة أنه لا يمكن أن يكون حقيقياً فيزيائياً. وفقاً لرواية برينستون عن عام حصوله على نوبل، "كافح هالدين لنشر" هذا العمل لأنه كان يتعارض مع الافتراضات المستقرة في هذا المجال؛ وسيتطلب الأمر فيزيائيين آخرين، بعد سنوات، يقومون فعلياً بتصنيع مواد ذات الخصائص التي وصفتها معادلاته، حتى تصبح أهمية الفكرة لا يمكن إنكارها.

برينستون والاعتراف

انضم هالدين إلى جامعة برينستون في عام 1990، وشغل في النهاية كرسي يوجين هيغينز للأستاذية ولاحقاً كرسي شيرمان فيرتشايلد للأستاذية في الفيزياء، وهو منصب لا يزال يشغله. توسعت أبحاثه على مدى العقود لتشمل سوائل لوتينجر، وتأثير هول الكمي الجزئي، وتحليل طيف التشابك، والعوازل الطوبولوجية وعوازل تشيرن، والأوصاف الهندسية لظواهر هول الكمية باستخدام ما يسميه المتخصصون حقول الموتر المتري المكاني أحادي النمط - وهي منطقة تقنية، لكنها كلها توسع نفس الرؤية الأساسية القائلة بأن شكل الرياضيات الأساسية لنظام فيزيائي، وليس طاقته فقط، يمكن أن يحدد أطواراً جديدة تماماً للمادة. تم انتخابه زميلاً للجمعية الملكية في عام 1996 وزميلاً للجمعية الفيزيائية الأمريكية قبل عقد من الزمن، إلى جانب الأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم، والجمعية الأمريكية لتقدم العلوم، ومعهد الفيزياء البريطاني. حصل على جائزة أوليفر إي. باكلي للمادة المكثفة في عام 1993 وميدالية ديراك في عام 2012، وتم انتخابه للأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة في عام 2017.

مكالمة نوبل

في أكتوبر 2016، شارك هالدين في جائزة نوبل في الفيزياء مع ديفيد ثوليس من جامعة واشنطن وجي. مايكل كوسترليتز من جامعة براون "للاكتشافات النظرية لتحولات الطور الطوبولوجي والأطوار الطوبولوجية للمادة"، وهو عمل نسبته الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم إلى فتح مجال بحثي جديد تماماً يربط الرياضيات المجردة بالمواد الحقيقية، وهو مجال أشارت لجنة الجائزة إلى أنه قد يغذي في النهاية أجيالاً جديدة من المكونات الإلكترونية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية. تلقى هالدين المكالمة التقليدية في الصباح الباكر من السويد حوالي الساعة 4:30 صباحاً بتوقيت برينستون، ووفقاً لروايته الخاصة كان متفاجئاً وممتناً - ليس أقلها لأن الكثير من العمل النظري الأساسي قد تم القيام به قبل عقود، بهدوء، قبل أن تلحق به الفيزياء التجريبية، وكان المجال نفسه، حسب وصفه، قد "انفجر" منذ ذلك الحين مع تعلم العلماء تصنيع مواد ذات خصائص غريبة لم يكن قادراً في السابق إلا على تصميمها على الورق. يعيش في برينستون، نيو جيرسي، مع زوجته أوديل بلمونت.

لماذا يُطلق على دنكان لقب عبقري

الحجة لصالح العبقرية هنا واضحة بقدر ما تسمح به الفيزياء: تنبأ هالدين، باستخدام الرياضيات البحتة، بظواهر فيزيائية لن يتمكن التجريبيون من مراقبتها وتأكيدها إلا بعد عقود، بعد بناء مواد وتقنيات لم تكن موجودة بعد عندما قام بالعمل النظري. هذا قريب من التعريف الكلاسيكي للفيزياء النظرية في أقوى حالاتها - وصف الطبيعة بشكل صحيح قبل أن تظهر الطبيعة نفسها. التحذير الصادق هو أن هالدين لم يعمل في عزلة: فقد شارك الجائزة مع فيزيائيين آخرين يشكل عملهما الموازي (تحولات كوسترليتز-ثوليس) جسداً متشابكاً من النظرية، وتأثير المجال في العالم الحقيقي - المواد والأجهزة الطوبولوجية العملية - لا يزال، وفقاً لهالدين نفسه، في مراحل مبكرة نسبياً، وهو وعد أكثر منه تكنولوجيا مقدمة. بعبارة أخرى، توصف عبقريته بشكل أفضل بأنها نمذجة رياضية بعيدة النظر بشكل غير عادي بدلاً من كونها اختراعاً فورياً يغير العالم، وهو نوع من المساهمة التي استغرقت قيمتها ثلاثين عاماً حتى يسجلها المجتمع العلمي بالكامل.

الإرث

أصبح إطار هالدين الطوبولوجي منذ ذلك الحين واحداً من أكثر فروع فيزياء المادة المكثفة نشاطاً، مما يدعم الأبحاث الجارية في مواد قد تدعم يوماً ما أجهزة كمبيوتر كمومية أكثر قوة وإلكترونيات منخفضة الطاقة، وذلك على وجه التحديد لأن الحالات المحمية طوبولوجياً تقاوم نوع الاضطرابات الصغيرة التي تعطل المادة العادية. تقف مسيرته المهنية كتوضيح مباشر بشكل غير عادي للفيزياء النظرية التي تم إثبات صحتها بشروطها الخاصة: فكرة اعتبرت غريبة جداً بحيث لا يمكن نشرها بسهولة في عام 1983، تم الحكم عليها بحلول عام 2016 بأنها تستحق أعلى وسام في العلوم.