الرياضيات : لماذا الكثير من الاكتشافات العظيمة قد تكون مستحيلة بدونها
كتبه : البرفسور جبرائيل لورد من جامعة هيريوت وات
١٠ مارس ٢٠١٧
ترجمه ابو طه / عدنان احمد الحاجي
Maths: why many great discoveries would be impossible without it
مشهد طاقة كنموذج
على الرغم من أن الرياضيات غالبا ما توصف بأنها المادة التي تقوم عليها العلوم، لكن غالباً لا تعطى استحقاقًاً كاف عندما يتم استعراض الاكتشافات العلمية. ولكن مساهمة الرياضيات والإحصاء أمر ضروري، وقد أحدثا نقلة في مجالات بأكملها من الابحاث - فالعديد من الاكتشافات لم تكن ممكنة لولاها. في الواقع، كعالم رياضيات، فقد ساهمت في الاكتشافات العلمية وقدمت حلولاً لمشاكل لا زالت تنتظر حلاً من ابحاث البيولوجيا .
مشكلتهم تكمن في أن الحويصلات كانت معروفة انها تتبع مسارات محددة على طول الهيكل الخليوي والتي تؤدي إلى جزيئات خاصة ثم تجعل الحويصلة تفرغ محتوياتها في داخل الخلية. ومع ذلك، عندما حاول علماء الأحياء أنفسهم العثور على هذه المسارات، لم يتمكنوا ان يكونوا في الأماكن المتوقعة.
من المهم أن نفهم كيف تتصرف الحويصلات، أو في الحقيقة كيف تسيء التصرف، عندما تُربط بحالات كمرض السكري والاضطرابات العصبية. علماء الأحياء كانوا يحالون ايجاد وسيلة لفهم الحويصلات - ولكن كان عندي حل في صندوق أدواتي الرياضية ( صندوق عدة الرياضيات).
تستطيع الرياضيات ان تتغلب على البيولوجيا
بعد عامين من التعاون قلت لزملائي: "نموذجي والتجارب الكومبيوترية هي أفضل من مجهركم"
ما قصدته من هذا الكلام الموثوق الى حد ما هو انه باستخدام الرياضيات لنمذجة كيف تتحرك الجزيئات في خلية يمكننا التنبؤ وإجراء تجارب متعددة على جهاز الكمبيوتر في نطاق ضيق وبمعدل أسرع من المجهر. ويمكنها أن تسمح لنا بالكشف عن أشياء لا يمكن لمصادر علماء البايلوجيا، بل وربما توجهنا الى الجزيئات المستهدفة للعلاج المستقبلي من امراض السكري والاضطرابات العصبية.
يسمح لنا النموذج الرياضي أن ندرك أن حركة الحويصلات تتطلب طاقة - الرياضيات تنمذج ذلك من خلال مشهد الطاقة. فهي تصور الحويصلة كراكب دراجة هوائية - المشهد قد يكون له مستويات سهلة ولكن أيضا تلالاً تتطلب المزيد من الطاقة حتى يمكن تخطيها، ولذلك أردنا اختبار ما إذا كان بمقدور الحويصلات تجنب هذه التلال بالفعل.
بعد سبع سنوات من العمل بشراكة علماء الأحياء، أثبت أنا وزملائي ان فرضيتنا صحيحة. الحويصلات تتبع مسارات منخفضة الطاقة في المشهد، متجنبة الجزيئات التي تضع حواجز طاقة عالية في مشهد الطاقة - اتخاذ المسار الأسهل. والنتيجة النهائية هي بالضبط نفس النتيجة التي وجدها علماء البايلوجيا - الحويصلات تنتهي في نهاية الموضع نفسه، وتستخدم طرقاً مماثلة مرارا وتكرارا. ولكن الفرق يكمن في الطريقة التي تفعل ذلك، وأنه لم يكن باتباع الهيكل الخليوي كما كان يعتقده علماء الأحياء أولا - بل تأخذ أسهل الطريق. وهذا يبين فعلا قوة الرياضيات، وكيف يمكنها أن تغير الطريقة التي نرى بها الأشياء.
النماذج الرياضية تتيح لك ان تضع العديد من الغيغا بايت من البيانات الأولية بطريقة مدمجة والتي يستحيل على عالم الأحياء ان يقوم بذلك باستخدام المجهر. يمكنك إجراء تعديلات على النموذج بسهولة وتبيين كيف يمكن تغيير سلوك الحويصلة أثناء المرض، وعندما تتعطل أو تحور. ومن بعدها يمكن أن تكشف عن أي الجزيئات يمكن استهدافها في دراسات العلاج في المستقبل .
وكثيرا ما اُنتقدت الرياضيات من قبل الناس لفقرها للتطبيقات في "العالم الحقيقي"( الواقع الخارجي) ، ولكنهم ما دروا انها لهل تطبيقات في العديد من الامور في الواقع الخارجي و في كل الأوقات: في ابحاث تلوث المياه الجوفية، والتنبؤ المالي والاقتصادي، وارتفاع عمود الاڤا البركاني في الانفجارات البركانية، ونمذجة العمليات البيولوجية وتوصيل الأدوية الى حيث المكان المطلوب ليس سوى عدد قليل من التطبيقات التي احدثت الرياضيات فرقا كبيرا في العالم الواقعي.
أنا فخور أن أقول إنني شاركت في تأليف ورقة علنية مع زملائي علماء الأحياء، وأتمنى أن أرى المزيد من علماء الرياضيات في المستقبل في صدارة الابحاث العلمية . تلعب الرياضيات دورا مركزيا في الكثير من الاكتشافات العلمية في العالم وتستحق ان تحتل عناوين المنشورات الأكاديمية بشكل أكثر. قوة علماء الرياضيات - انهم وراء الكثير من الاكتشافات مما يُعتقد.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق