مریم میرزاخانی

برای اینکه بدانیم چرا پروفسور میرزاخانی جایزه فیلدز را گرفت، باید کمی اطلاعات هندسی دوره دبیرستانی را بیاد بیاوریم. نترسید! قول می دهیم سراغ فرمول ها نرویم.
اول از هندسه اقلیدوسی شروع كنيم. در بازه‌ای از زمان تعداد قضیه ها و قانونها و قواعد ریاضی خیلی زیاد شده بود و مسلماً همه با هم ربط داشتند. ولی یک سری قواعدی هم بودند که اصولاً قابل اثبات نبودند، هر چند خیلی واضح بنظر می‌رسیدند. در جستجوی اینکه کدام قانون با کدام قانون دیگر در ارتباط است و کدام یک از دیگری نتیجه گرفته میشود؛ ریاضیدانها به ۵ اصل رسیدند که قابل اثبات نبودند و از یکدیگر نتیجه گرفته نمی‌شدند و معروف به اصول اولیه هندسه اقلیدوسی شدند:
۱. مابین دو نقطه فقط یک خط راست میتوان رسم کرد
۲. یک پاره خط را می توان از هر دو طرف تا بینهایت ادامه داد
۳. از هر نقطه میتوان یک دایره با شعاع دلخواه رسم کرد
۴. همه زوایای قائمه با هم برابرند.
۵. از هر نقطه خارج یک خط فقط یک خط موازی با خط اول می توان رسم کرد
هیچکدام از اینها را نمی‌توان به تنهایی اثبات کرد و توسط بقیه قوانین هم قابل اثبات نبودند، ولی فقط با استفاده از همین ۵ اصل کل مباحث ریاضی آن زمان قابل اثبات بود. یک ریاضیدان آلمانی بنام ریمان تصمیم گرفت این ۵ اصل را کمتر کند، یعنی یکی از آنها را با استفاده از بقیه اثبات کند، تلاش زیادی کرد ولی موفق نبود. در همین هنگام در روسیه هم یک ریاضیدان دیگر بنام لباچوفسکی روی همین مسئله کار کرد. تمام تلاشهای اولیه این دو به جایی نرسید، ولی هردو، ایده ی تقریبا مشترکی را دنبال کردند. هردو اصل پنجم رو کنار گذاشتند و سعی کردند تمام قضایا در هندسه اقلیدوسی را بدون آن حل کنند. نتیجه جالب این بود که اجبارا به یک اصل جانشین برای اصل پنجم نیاز پیدا کردند. لباچوفسکی گفت از نقطه خارج خط دو یا تعداد بیشمار خط موازی می توان رسم کرد و ریمان گفت اصلاً نمی توان خطی موازی رسم کرد. این شروع ایجاد دو هندسه کاملا متفاوت با هندسه اقلیدوسی بود.
ولی کاربرد هندسه ریمانی چه بود؟ کاربرد اکتشافات ریاضی معمولا سالها بعد از کشف مشخص میشود. حدود ۷۰ سال بعد از ریمان، اینشتین خیلی خوشحال بود که ریمان این هندسه را قبلا فرموله کرده و او می تواند از آن استفاده کند. خود ریمان هیچ تصوری از کاربرد هندسه جدیدش نداشت. هندسه لباچوفسکی هنوز هم کاربرد چندانی ندارد. ولی فیزیک نسبیت بدون هندسه ریمان امکان پذیر نیست.

تخصص پروفسور میرزاخانی هندسه ریمان است. خصوصا محاسبه سطح و حجم اشکال ریمانی یا بهتر بگویم اشکالی که در فضای چهار بعدی خم شده اند.
خوشبختانه نصف هندسه دبیرستانی در مورد محاسبه مربع، مستطیل، دایره، ذوزنفه و غیره هست. یعنی وقتی شکل ما قابل محاسبه باشد فقط یک فرمول لازم داریم تا سطح آن را بگوییم. تا اوایل قرن هجده محاسبه دقیق سطوح محصور بین منحنی ها کار سخت و طاقت فرسایی برای ریاضیدانان بود. ولی بزرگترین ریاضیدان تمام قرون «لایب‌نیتز» ابزار جدیدی بوجود آورد که به «بینهایت کوچکها» معروف است. ایده ساده بود و محاسبات ریاضی آن با نبوغ لایب نیتز تکمیل شد. برای محاسبه سطح زیر منحنی کافیست آن را بصورت نوارهای نازک درآورد و هر تکه را مثل یک مستطیل محاسبه کرده و در نهایت آنها را با هم جمع کنیم. اگر چه وقتی تعداد نوارها محدود باشد دقت محاسبه هم کم است ولی اگه تعداد نوارها را بینهایت فرض کنید محاسبه دقیق است. از این روش نه تنها برای محاسبه سطح بلکه برای محاسبه حجم هم می توان استفاده کرد. تنها چیزی که لازم داریم فرمول دیواره های شکل یا جسم است. این روش را به نام انتگرال و انتگرال‌های دوگانه و سه‌گانه می‌شناسیم.
اشکال کار در محاسبه سطح این اشکال اینجا بود که بیشتر سطوح ریمانی فرمول مشخصی برای دیواره و مرز ندارند. آنها توسط مشخصات عمومی تعریف می شوند. می توانید حدس بزنید محاسبه این سطوح همانقدر برای ریاضیدانان قرن بیستم طاقت فرسا است که اوایل قرن هجده برای ریاضیدان های آن زمان محاسبه سطح محصور سخت بود. در حقیقت می توان کار پروفسور میرزاخانی را با کار لایب‌نیتز مقایسه کرد. ایده پروفسور میرزاخانی این بود که روی این سطوح می توان هذلولی‌ها یا مقاطع مخروطی ترسیم کرد و این‌ها کل سطح را می پوشانند و چون می‌توان آنها را محاسبه کرد، پس سطح این شکل‌های ریمانی هم قابل محاسبه هستند. خوبی این روش این است که فرمول هذلولی ها یا مقاطع مخروطی “رکورزیو” است ، یعنی یک فرمول با تغییرات کوچک برای همه آنها. همانگونه که لایب‌نیتز محاسبات سطوح محصور بین منحنیها را برای ریاضیدانان قرن هجده و تمام اعصار بعد از خود بسیار آسان کرد پروفسور میرزاخانی هم روشی در اختیار ریاضیدانان قرن بیست و یکم قرار داد که بتونند براحتی به محاسبه سطوح ریمانی بپردازند.
محاسبه سطوح ریمانی کاربرد فراوانی در دینامیک و فیزیک نوین و ژئودزی  دارد.

روحش شاد

برچسب‌ها: آموزش ریاضی, تدریس خصوصی ریاضی در مشهد, معلم خصوصی در مشهد, مریم میرزاخانی