«ذهنی ورای ماده»
فیلیپ اندرسون و فیزیک خیلی زیادها
نوشته‌ی آندریو زانگویل
Andrew Zangwill
کتابی دیدم از آندریو زانگویل (Andrew Zangwill) استاد فیزیک انستیتو تکنولوژی جورجیا (Georgia Institute of Technology) با نام ذهنی ورای ماده (A MIND OVER MATTER) در باره‌ی کارهای فیلیپ وارن اندرسون (Philip Warren Anderson) فیزیکدان آمریکایی و برنده‌ی جایزه‌ی نوبل.
فیلیپ اندرسون در ۱۳ دسامبر ۱۹۲۳ میلادی (۲۱ آذر ۱۳۰۲ شمسی) به دنیا آمد و در ۲۹ مارس ۲۰۲۰ میلادی (۱۰ فروردین ۱۳۹۹ شمسی) درگذشت. در خبر درگذشت این فیزیکدان برجسته، سایت انجمن فیزیک ایران نوشت:
وی همچنین نقش بسزایی در ابداع مکانیزم هیگز –اندرسون داشت که یکی از مهم ترین مفاهیم در مدل استاندارد ذرات است.
یکی از برجسته‌ترین ایده‌های اندرسون مقاله معروف ۱۹۷۲ وی است با عنوان «بیش‌تر متفاوت است More is different» با این ایده که سیستم های پیچیده دارای رفتاری هستند که از بررسی ویژگی‌های تک تک ذرات آن به دست نمی‌آید. بلکه قوانین طبیعت به صورت سلسله مراتبی تغییر می‌کنند. مفهوم پدیده برآمده emergent phenomena از ایده‌های درخشان اندرسون بوده است.
بدون شک دنیای علم دانشمند بزرگی را از دست داده است و در آینده بیش‌تر از نبوغ وی صحبت خواهد شد.»
چند صفحه از کتاب «ذهنی ورای ماده» (پیشگفتار و مقدمه) را ترجمه کرده‌ام. شاید برای بعضی جالب باشد.
«ذهنی ورای ماده»
فیلیپ اندرسون و فیزیک خیلی زیادها
نوشته‌ی آندریو زانگویل
A MIND OVER MATTER
Philip Anderson and the Physics of the Very Many
Andrew Zangwill
Georgia Institute of Technology
پیشگفتار
در سال ۱۹۹۰ میلادی، مجلس نمایندگان آمریکا مجوز پروژه‌ی ساخت شتابدهندهی عظیم پروتون، موسوم به Superconducting Super Collider (SSC) را با بودجه‌ی ۵ میلیارد دلاری صادر کرد. هدف از ساخت این شتابدهنده، بررسی توصیف نظری پیچیده‌ی رفتار ذرات زیر اتمی و همچنین نشان دادنِ این نکته به جهانیان بود که آمریکا حاضر نیست رهبری پژوهش‌های مربوط به فیزیک انرژی‌های بالا را به اروپا بسپارد.
برخی از دانشمندان و مدیران مراکز علمی که نقش و فعالیتی در حوزه‌ی فیزیک ذرات نداشتند، دلواپس این بودند که مبادا هزینه‌های ساخت و نگهداری این شتابدهنده موجب کاهش یا قطع بودجه‌های دولتی حوزه‌های فعالیت آن‌ها شود. به همین دلیل بود که جامعه‌ی علمی، وقتی که کنگره بودجه‌ی سالانه را به تصویب می‌رساند، [در واکنش به این موضوع] هم‌صدا نبودند. دو فیزیکدان برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، سخنگویان اصلی موافقان و مخالفان پروژه‌ی ساخت این شتابدهنده بودند. استیون واینبرگ فیزیکدانِ ذرات با انجام پروژه موافق بود و فیلیپ اندرسون، فیزیکدانِ ماده چگال، مخالف آن.
واینبرگ، از فیزیک‌دانان مطرح ذرات و یکی از واضعان نظریه‌ی «مدل استاندارد» در فیزیک ذرات زیر اتمی بود؛ یعنی همان چیزی که این شتابدهنده برای آزمودن آن طراحی می‌شد. وی معتقد بود که در علم، مهم‌ترین مسئله درک و کشف قوانین حاکم بر ریزترین ذرات کیهان است. با دانستنِ قوانین حاکم بر دنیای میکروسکوپی، علی‌الاصول می‌توان قوانین ماکروسکوپی حاکم بر اجسام بزرگ‌تر مانند هسته‌ها، اتم‌ها، مولکول‌ها، جامدات، گیاهان، جانوران، انسان‌ها، سیارات، منظومه‌ی شمسی کهکشان‌ها و غیره را به دست آورد.
اندرسون فیزیکدان متخصص در سیستم‌های با تعداد زیاد و از واضعان فیزیک ماده چگال بود؛ یعنی دانش مربوط به برهم‌کنش‌های تعداد زیادی از اتم‌ها برای ایجاد هر چیزی، از مایعی چون آب گرفته تا الماس درخشان. او باور داشت که مدل استاندارد جالب است اما این ادعا را نمی‌پذیرفت که فیزیک ذرات بنیادی حرف مفیدی برای حل مسائل مشهور و حل نشده دارد: مسائلی از قبیلِ چرایی وجود چیزی مثل شیشه‌ی پنجره؟ یا چگونگی پیشروی تلاطم در سیالات؟ یا چگونگی یادگیری مغز؟ اندرسون بیم آن داشت که هزینه‌ی ساخت و نگهداری این شتابدهندهی عظیم پروتون، بیش‌ترِ بودجه‌های دولتی مربوط به همه‌ی پروژه‌های دیگر را ببلعد.
بحث و جدل در باره‌ی پروژه‌ی شتابدهندهی عظیم، شرایط منحصر به فردی را ایجاد کرده بود به گونه‌ای که دیدگاه‌های متقابل اندرسون و واینبرگ به تصمیم سختِ کنگره برای تصویب بودجه‌ای کلان برای یک پروژه خاص، گره می‌خورد. به همین خاطر، این دو نظریه‌پرداز به تناوب برای بحث و شهادت دادن به کنگره فراخوانده شدند و البته یک‌بار در سال ۱۹۹۳ با هم در جلسه‌ی استماع در کنگره شهادت دادند. در ادامه، بخش‌هایی از سخنان آن‌ها، عیناً آمده است.
دکتر واینبرگ: جناب آقای رئیس! از این که به این‌جا دعوت شده‌ام تا در باره‌ی پروژه‌ی شتابدهندهی بزرگ صحبت کنم، بسیار سپاسگزارم. این شتابدهنده در واقع ماشینی است که می‌تواند نوع جدیدی از مواد، یعنی ذرات بسیار ریزی را تولید کند. ذراتی که عمری به اندازه‌ی یک تریلینیوم ثانیه در کیهان داشته‌اند. انرژی لازم برای تولید چنین ذراتی، حدود بیست برابر انرژیِ بزرگ‌ترین شتابدهنده‌های موجود است. به همین خاطر است که این شتابدهنده، بسیار بزرگ و در نتیجه بسیار پر هزینه خواهد بود.
اما این سخن کوتاه من، گویای همه‌ی حقیقت در باره‌ی این شتابدهندهی عظیم نیست، چرا که در واقع ذرات به خودی خود برای ما جالب نیستند. اگر شما پروتونی را مشاهده کنید، در واقع همه‌ی آن‌ها را مشاهده کرده‌اید. ما در پی ذرات نیستیم. ما در پی اصول حاکم بر ماده، انرژی، نیرو و هر چیزی در کیهان هستیم.
در میانه‌های دهه‌ی هفتاد بود که ما توانستیم نظریه‌ای موسوم به «مدل استاندارد» را توسعه دهیم. مدلی که همه‌ی نیروهای شناخته شده و انواع مختلف مواد را که می‌توانیم در آزمایشگاه مشاهده کنیم، در بر می‌گیرد. البته می‌دانیم که این [نظریه] حرف آخر نیست، [چرا که] در آن چیزهای مهمی چون نیروی گرانش کنار گذاشته شده است. به علاوه، ذراتی که ما می‌شناسیم، از قبیل کوراک، الکترون، دارای جرم هستند. اما [نظریه] دقیقاً نمی‌داند که [این جرم‌ها] چه هستند. این پرسشی است که شتابدهندهی عظیم به طور خاص برای پاسخ به آن طراحی شده است.
با این اوصاف، حسی هست که می‌گوید این نوع فیزیک ذرات بنیادی، پایه‌ای‌ترین سطح در علم است. شما می‌توانید پرسشی مطرح کنید، مثلاً یک ابررسانا چطور کار می‌کند؟ و یک پاسخ بگیرید. پاسخی که مبتنی بر خواص الکترونها، میدان‌های الکترومغناطیس و چیزهای دیگر است. و سپس بپرسید، بسیار خوب، چرا این‌‌ها درست است؟ آن‌گاه پاسخی بر اساس مدل استاندارد می‌گیرید. و بعد می‌پرسید بسیار خوب، چرا مدل استادندارد درست است؟ و پاسخی دریافت نمی‌کنید. ما نمی‌دانیم. ما در مرزها[ی علم] هستیم. ما زنجیره‌ی پرسش‌های‌مان را تا آن‌جا که توانسته‌ایم پیش برده‌ایم. تا جایی که می‌توانیم بگوییم بدون این شتابدهندهی عظیم، پیشرفتی نخواهیم داشت.
با تشکر
رئیس جلسه: از دکتر واینبرگ بسیار سپاسگزارم. شاهد بعدی ما پروفسور فیلیپ اندرسون از بخش فیزیک، تصور می‌کنم فیزیک کاربردی دانشگاه پرینستون هستند.
دکتر اندرسون: خیلی ممنونم. لازم است برای ثبت موضوع عرض کنم که من فیزیکدان کاربردی نیستم. من خود را فیزیکدان بنیادی می‌دانم. البته به شکلی متفاوت بنیادی هستم.
رئیس جلسه: این به خاطر ذره‌ی W بود؟
دکتر اندرسون: خیر. آن ذره‌ی هیگز بود که من در کشف آن نقش داشتم.
در طول این سال‌ها من بارها در مخالفت با این پروژه‌ی شتابدهندهی عظیم و همچنین پروژه‌های کلان دیگر و به نفع تأمین مالیِ طیف گسترده‌تری از علوم بنیادی، بر اساس موارد بررسی شده در نهادهایی چون بنیاد ملی علم و موسسه‌های ملی بهداشت، که در توزیع مناسب بودجه‌ها سابقه‌ی خوبی دارند، شهادت داده‌ام. سعی می‌کنم سخن را کوتاه کنم، هر چند به هر حال تصور نمی‌کنم بتوانم به شیوایی همکارم استیو واینبرگ سخن بگویم.
دکتر واینبرگ: سعی خودت را بکن!
دکتر اندرسون: نکته‌ی اصلی در سخنان من توجه به اولویت‌هاست. فیزیکِ مربوط به این شتابدهندهی عظیم، شاخه‌ی باریکی است با تمرکز بر حوزه‌ی بسیار خاص و محدود. تمرکز این شاخه از فیزیک بر روی ساختارهای بسیار بسیار ریز و پر انرژی در جهانی است که زندگی می‌کنیم. بیش‌ترِ این ریزساختارها، به خوبی شناخته شده هستند. یافته‌های شتابدهندهی عظیم نمی‌تواند در شیوه‌ی کار و نگرش ما نسبت به جهان تغییری ایجاد کند. حتی نمی‌تواند فیزیک هسته‌ای را تغییر دهد.
شاید چند صد نظریه‌پرداز (که من تصور می‌کنم برای این شاخه‌ی باریک از فیزیک تعداد زیادی محسوب می‌شود) و چند هزار آزمایش‌گر، در این حوزه از علم فعال باشند. اما این کم‌تر از ده درصد فیزیک‌دانان جهان است. با این حال بودجه‌ی این شتابدهندهی عظیم باعث کم شدنِ بودجه‌ی باقی حوزه‌های فیزیک می‌شود. واقعیت این است که تأمین مالیِ فیزیک‌دانان ذرات، به طور متوسط، ده برابر راحت‌تر از دیگر فیزیک‌دانان است. بر این اساس پروژه‌ی شتابدهندهی عظیم، برنامه‌ی کارآمدی، حداقل برای فیزیک‌دان‌ها نیست.
اخیراً مقالات بسیار زیاد و حداقل دو کتاب، منتشر شده است که تلاش می‌کنند جایگاه ویژه‌ی این شاخه از فیزیک را بنیادی‌تر از شاخه‌های دیگر قلمداد کنند. این که این تعداد از فیزیک‌دانان ذرات وقت نوشتن چنین کتاب‌ها و مقالاتی دارند، می‌تواند بیان‌گر حقیقتی در این حوزه از فیزیک باشد؛ این حوزه اخیراً پیشرفت چندانی نداشته است و بنابر این آن‌ها کار دیگری برای انجام ندارند.
بسیاری پرسش‌های بنیادی هیجان‌انگیز دیگر وجود دارد که علم امیدوار است بتواند پاسخی برای آن‌ها بیاید و افراد زیادی مثل خودِ من بسیار درگیر آن هستند و مشغول نوشتن کتاب‌هایی در باره‌ی آن‌ها. پرسش‌هایی مثل «حیات چگونه آغاز شد؟»، «منشأ نژاد بشر چیست؟»، «مغز چگونه کار می‌کند؟»، «نظریه‌ی حاکم بر دستگاه ایمنی [بدن] چیست؟»، «آیا اقتصاد به عنوان علم وجود دارد؟»
نکته‌ی مشترک در همه‌ی این موارد این است که آن‌ها تجلی ساده‌ترین چیزها در ماده -ذرات بنیادی- نیستند، بلکه تجلی آن پیچیدگی از ماده و انرژی هستند که معمولاً با آن‌ها مواجه‌ایم. دستآوردهای شتابدهندهی عظیم نمی‌تواند بر روی این مظاهر پیچیده از ماده و انرژی تأثیری بگذارد. از سوی دیگر، به عقیده‌ی من، آینده به این موضوعات و این پرسش‌ها تعلق دارد، نه به رگرسیون نامتناهی از جستجوی زیرساخت‌های بسیار کوچک ماده.
شاید باید بیندیشیم که کدام پرسشِ بنیادی، ساده‌تر و برای حل کردن، کم هزینه‌تر است.
با تشکر
کنگره دو ماه بعد پروژه‌ی شتابدهنده را لغو کرد. بسیاری از فیزیک‌دانان ذرات بنیادی، حذف این پروژه را نتیجه‌ی شهادت و مهارت لابی‌گری اندرسون می‌دانستند. او از خطوط قرمز عبور کرده بود و مناقشه‌ای که در محافل فیزیک‌دانان در سکوت جریان داشت، به فضای عمومی کشاند.
این فیزیکدان ماده چگال، که بود و چطور توانست تا به این اندازه تأثیر گذار باشد؟
۱
مقدمه
تاریخ قضاوت خواهد کرد که فیلیپ اندرسون یکی از موفق‌ترین و تأثیر گذارترین فیزیک‌دانان نیمه‌ی دوم قرن بیستم بوده است. خارج از محافل علمی نامش چندان شناخته شده نیست، چرا که دستاوردهایش شامل فیزیک خیلی کوچک‌ها (کوارک‌ها و نظریه‌ی ریسمان) یا خیلی دورها (ابرنواخترها و سیاه‌چاله‌ها) نمی‌شود.
تخصص اندرسون در فیزیک خیلی زیادها است. سیستم‌هایی با تعداد بسیار زیادی اتم و (یا) تعداد بسیار زیادی الکترون. اما خیلی زیاد یعنی چقدر؟
یک پرسش معمولی در این حوزه می‌تواند این پرسش باشد: چه مقدار انرژی لازم است تا یک دانه‌ی شن را به اتم‌های تشکیل دهنده‌اش تقسیم کنیم؟ تعداد اتم‌های تشکیل دهنده‌ی یک دانه‌ی شن از مرتبه‌ی تعداد شن‌های صحرای بزرگ افریقاست. (این تعداد تقریباً صد کویین‌تیلیون ۱۰۳۰ است). پاسخ به چنین پرسش‌هایی نیازمند روش‌ها و استعدادهای خاصی است.
در طول تقریباً شصت سال فعالیت در آزمایشگاه‌های بل و دانشگاه‌های کمبریج و پرینستون، اندرسون، نقشی بسزا در جهت‌گیری و اعتبار بخشی به فعالیت‌های علمی در حوزه‌ی فیزیک حالت جامد داشته است. فیزیک حالت جامد شاخه‌ای از فیزیک است که با مواد معمولی مانند آهن، چوب، شیشه یا مغز مداد سر و کار دارد. این شاخه از فیزیک همچنین با ارائه‌ی درکی بنیادی [از پدیده‌ها و خواص مواد]، پشتوانه‌ی فنآوری‌های نیم‌رسانا، کامپیوتر، لیزر، تصویر برداری تشدید مغناطیسی و بسیاری حوزه‌های پیشرو در جامعه‌ی صنعتی است.
هر چند این کاربردهای فیزیک حالت جامد در جای خود بسیار مهم هستند، اما آن‌چه به پژوهش‌های اندرسون جهت می‌داد این کاربردها نبودند. تمرکز بر اصول بنیادی، او را به سمت مطالعه‌ی پدیده‌هایی با عناوینی غریب سوق داد. پدیده‌هایی چون ابررسانایی (superconductivity)، پادفرومغناطیس (antiferromagnetism)، اثر جوزفسون (Josephson effect)، ابرشارگی (superfluidity)، اثر کندو (Kondo effect)، شیشه‌های اسپینی (spin glasses)، عایق‌های مات (Mott insulators)، بلورهای مایع (liquid crystals)، فرمیون‌های سنگین (heavy fermions) و پیوندهای ظرفیت تشدید (resonating valence bonds). سهم او در کسب جایزه‌ی نوبل فیزیک در سال ۱۹۹۷ میلادی به خاطر کشف نظری پدیده‌ای بود که اکنون «جای‌گزیدگی اندرسون» نامیده می‌شود. این نظریه، توصیف کننده‌ی چگونگی مهار انتشار موج در یک محیط بی نظم است. در این سال‌ها، توانایی اندرسون در شناخت و مواجهه با مسائل پیچیده‌ی فیزیک حالت جامد و درک عمیق و شهود بالای او در برخورد با این مسائل، موجب شهرت او شده بود. مسائلی که ذهن او را به خود مشغول می‌کرد، اغلب پرسش‌هایی بود به ظاهر ساده اما پاسخ به آن‌ها بسیار دشوار بود. چرا برخی از جامدات سخت و صلب هستند و برخی دیگر نه؟ چرا الکترونها در برخی مواد به سادگی حرکت می‌کنند و در برخی دیگر خیر؟ ساوزکارهای اساسی در مواد مغناطیسی و ابررساناها چیست؟ شهود اندرسون بیش‌تر او را به استنتاج‌های غریزی هدایت می‌کرد تا استدلال‌های آگاهانه. بخشی از این توانایی از گستردگی و عمق دانش او بر می‌خواست که به او اجازه می‌داد تا رشته‌‌های گوناگون اطلاعات را به هم ببافد و حکایت واحدی بسازد. اما دستِ کم، بخشی از شهود او (که اغلب درست بود)، از جایی می‌آمد که حتی برای نزدیک‌ترین دوستانش، راز سر به مُهری باقی مانده است.
توانایی شگفت‌انگیز او در کنار گذاردنِ جزئیات در یک مسئله‌ی پیچیده و مشخص کردن عناصر کلیدی آن، از بزرگ‌ترین توانمندی‌های او به عنوان یک فیزیکدان نظری بود. بعد از این کار، یک مدل ریاضی طرح می‌کرد که فقط آن عناصر را در خود داشته باشد. این مدل‌ها همواره، از یک سو چنان ساده بودند که می‌شد به تحلیل جزئیات پرداخت و از سوی دیگر به قدر کافی پیچیده بودند که نمایان‌گر آن پدیده‌ی فیزیکی باشند که در پی شناخت و فهم آن بود.
مقالات علمی اندرسون (نزدیک به پانصد مقاله) دستاوردهای پژوهشی او را به خوبی نشان می‌دهد. اما قصه‌ی او فراتر از این دستآوردهای فردی است. او بیش از هر فیزیکدان قرن بیستمی دیگر، در تبدیل بخش‌های مختلف ایده‌ها و روش‌های فیزیک حالت جامد به نظام فکری عمیق، ظریف و منسجم، که امروز فیزیک ماده چگال نامیده می‌شود، نقش داشته است.
این صرفاً یک تغییر برای زیباسازی عنوان نبود. اندرسون و برخی دیگر از فیزیکدانانی که مانند او می‌اندیشیدند، روش‌ها و تفکر رایج حاکم بر تفاوت‌های بین جامدات را کنار گذاشتند و تلاش خود را وقف کشف، بهره‌برداری، سامان‌دهی و آگاه‌سازی دیگران در باره‌ی خواص عمومی جامدات (universal properties of solids) کردند؛ یعنی آن خواصی که همواره وقتی ۱۰۲۳ ذره با هم برهم‌کنشِ قوی دارند، ظاهر می‌شود. این مبحث، که مسئله‌ی بس‌ذره‌ای (many-body problem) نامیده می‌شود، اندرسون را بی وقفه مجذوب خود کرد.
در جامدات، ذرات مورد بحث، الکترونها هستند و بخش مهمی از فیزیک حالت جامد مانند بازی شطرنج است که الکترونها مُهره‌های بازی هستند. ما قاعده‌ی حاکم بر هر مُهره را می‌دانیم، اما تعداد زیاد آن‌ها چینش‌های بسیار بسیار متنوعی را ایجاد می‌کند. برای درک واقعی رفتار الکترونها، در بهترین سطح از موفقیت [در این بازی]، یعنی جایی که اندرسون بود، به مهارت و بینش یک استاد بزرگ نیاز است.
اندرسون کتابی نوشت که در آن با معرفی چند اصل بنیادی نشان داد که بسیاری پدیده‌های به ظاهر متفاوت در سیستم‌های چگال (condensed systems)، در واقع جلوه‌های مختلفی از این چند اصل هستند. خواندنِ این کتاب، ساده نیست. اما تأثیری عمیق و ماندگار بر نسل بعدی فیزیک‌دانان نظری پیشرو داشت. ایده‌های مهم به سرعت گسترش پیدا کردند. امروزه با نگاهی ساده به کتاب‌های درسی می‌توان نفوذ دیدگاه اندرسون را در کلیت جامعه‌ی فیزیک ماده چگال مشاهده کرد.
مفهوم شکست تقارن (broken symmetry) یکی از ایده‌هایی است که با پژوهش‌های اندرسون به جامعه‌ی فیزیک وارد شد. اندرسون اهمیت آن را در نخستین مراحل درک کرد و بارها و بارها آن را در مسائل مختلف با موفقیت به کار گرفت. شکست تقارن، به نحوی توصیف کننده‌ی جنبه‌های تکراری از زندگی اندرسون است. او خود را از رفتارها و باورهای دیگران، به عمد -و اغلب در مقام مخالفت- جدا می‌کرد. این الگوی رفتاری، پیامدهای زیادی داشت. به ویژه در ایجاد یأس و دلسردی عمیقی که در بخش پایانی زندگی حرفه‌ای طولانی‌اش بر او چیره شد.
اندرسون می‌خواست بر فرهنگ و سیاست علمی آمریکا تأثیر بگذارد. بخشی از تلاش آگاهانه‌ی او جستجو و یافتن ایده‌های عمیق و اساسی در فیزیک ماده چگال بود تا جامعه‌ی فیزیک انرژی‌های بالا را، که دهه‌ها مدعی برتری فعالیت‌های خود بودند، به چالش بکشد. اندرسون امیدوار بود که با بحث‌های جدی در مورد ماهیت بنیادی حوزه‌ی فعالیت خود، از نفوذی که فیزیک‌دانان ذرات سال‌های طولانی بر سیاست‌مداران و روزنامه‌نگاران داشتند، بکاهد. آن‌ها در تلاش بودند بودجه‌ای برای ساخت شتاب‌دهنده‌ای بزرگ به کار بگیرند و اندرسون پر تکاپو ، ضمن بیان اهمیت زیاد کشف هر ذره‌ی زیر اتمی، به این نکته توجه داشت که پژوهش‌های اخیر در فیزیک حالت جامد می‌تواند منجر به تولید توسترهای بهتری شود.
اندرسون در سال ۱۹۷۲ میلادی مقاله‌ای نوشت و در آن بیان کرد که شکست تقارن، در سیستم‌های متشکل از تعداد زیاد ذرات، ویژگی‌های جدیدی ایجاد می‌کند. به علاوه او بر این نکته پافشاری کرد که این ویژگی‌های جدید را نمی‌توان صرفاً با دانستنِ خواص ذرات تشکیل دهنده‌ی این سیستم‌ها و برهم‌کنش بین آن‌ها پیش‌بینی کرد. او از این ایده برای مقابله با ادعاهای فیزیک‌دانان، ذرات استفاده کرد که مدعی بودند کار اصلی علم کشف قوانین حاکم بر ذرات زیر اتمی است زیرا تمام قوانین دیگر طبیعت، در نهایت از آن قوانین به دست می‌آیند.
اما، در مقابل، اندرسون استدلال می‌کرد که ساختار سلسه‌مراتبی علوم (از فیزیک گرفته تا شیمی تا زیست شناسی تا روان‌شناسی) صرفاً راهی ساده برای دسته‌بندی فعالیت‌های علمی نیست؛ بلکه بیان‌گر این است که در هر سطحی، قوانینی بنیادی وجود دارند که به هیچ وجه وابسته به جزئیات قوانین در سطوح پایین‌تر نیستند. قوانین سطوح بالاتر باید با قوانین در سطح زیر اتمی سازگار باشند، اما احتمال این که بتوان آن قوانین را از قوانین در سطح زیر اتمی به دست آورد، صفر است. اندرسون الهام بخش یک رنسانس کوچک فکری در بین فلاسفه شد؛ زیرا (بدون آن که خود بداند)، ایده‌های او منجر به احیای مفهومی موسوم به برآیش (emergence) شد، که یک قرن پیش‌تر مطرح شده بود.
در دهه‌ی ۱۹۸۰، اندرسون به تأسیس مؤسسه‌ی سانتافه (Santa Fe Institute) کمک کرد. این مؤسسه، اتاق فکری بود برای توسعه‌ی استراتژی‌های مربوط به سیستم‌های پیچیده، مثل شاره‌های آشفته (turbulent fluids) و اقتصاد ایالات متحده. اندرسون می‌دانست که برخی سیستم‌های فیزیکی، با شروع از قوانینی ساده، رفتارهای پیچیده‌ای را از خود بروز می‌دهند. این نکته او را به این فکر انداخت که شاید بتوان از ریاضیاتی که برای تحلیل این سیستم‌های پیچیده به کار می‌رود، در بررسی پیچیدگی‌های برخی موقعیت‌های دیگر نیز استفاده کرد. او توانست برخی از فعالان حوزه‌های مختلف، مانند حوزه‌های مالی، عصب‌شناسی، اقتصاد، علوم کامپیوتر، تحقیق در عملیات، فیزیولوژی و زیست‌شناسی فرگشتی (evolutionary biology) را در این رویکرد، با خود همراه کند.
همان طور که در پیشگفتار ذکر شد، اندرسون در ادامه‌ی فشار بر فیزیک‌دانانِ ذرات، هنگامی که در واشینگتن، علیه ساخت شتابدهندهی عظیم شهادت داد، پیکانِ سرزنش‌ها و انتقادات را متوجه خود کرد. آن پروژه در نهایت لغو شد و جمعی از جامعه‌ی فیزیک، اندرسون را به خاطر شکستن حرمت‌ها و عمومی کردن اختلاف نظرهای درونی بین جامعه‌ی بزرگ‌تر فیزیک‌دانان ایالات متحده، هرگز نبخشیدند.
خط سیر زندگی حرفه‌ای اندرسون، پسری خجالتی از ایالت‌های میانه‌ی غرب آمریکا را نشان می‌دهد که با ورود به کالج و تحصیل در دانشگاه هاروارد، راه‌های پیچیده‌‌تر دنیای بزرگ‌تر را آموخت. اندرسون با پرهیز از حرفه‌ی دانشگاهی، در یک آزمایشگاه صنعتی مشغول به کار شد و خیلی سریع در زمره‌ی فیزیک‌دانان نظری بزرگ قرار گرفت و سی و پنج سال در این موقعیت بود. نام او با پیشرفت‌ها و موفقیت‌ها در فیزیک ماده چگال مترادف شد. وسعت ایده‌ها و مهارت‌های او در بحث و مجادله، نفوذ او را تا خارج از جامعه‌ی سنتی فیزیک‌دانان گسترش داد.
نظریه‌ی اندرسون در مورد ابررسانایی دمای بالا، در اواخر دهه‌ی ۱۹۸۰ را باید نگین برجسته‌ی تاج فعالیت‌های حرفه‌ای او بدانیم. اما بررسی جزئیات پیش‌بینی‌های نظریه و مقایسه‌‌ی آن‌ها با نتایج آزمایش‌ها، دشوار بود. با گذشت زمان و ارائه‌ی نظریه‌‌های جای‌گزین توسط فیزیک‌دانان دیگر، اندرسون گاهی نسبت به آن‌ها رفتاری تحقیرآمیز یا تقابل‌آمیز داشت. این رفتار به اعتبار او خدشه وارد کرد و باعث شد برخی فیزیک‌دانان جوان از مسئله فاصله بگیرند. و نهایتاً بیست سال تلاش نتوانست بیش‌ترِ همکاران او را متقاعد کند که ایده اصلی‌اش درست بود. این تجربه‌ی بسیار تلخی برای او بود.
ابتدا تصور می‌کردم که در این کتاب، می‌توانم از جایگاه و فعالیت‌های اندرسون، برای بحث در باره‌ی تاریخچه‌ی تفکر فیزیک ماده چگال استفاده کنم. خیلی زود غیر ممکن بودن این کار معلوم شد. می‌توان کتاب‌های کاملی در مورد سیر تاریخی تلاش‌های جامعه‌ی علمی برای درک مغناطیس، ابررسانایی، اثر کندو، مدل هابارد و بسیاری موضوعاتی از این دست نوشت. به همین سبب من مجبور بودم که دیدگاهی کاملاً اندرسون محور را پیش بگیرم و بر تلاش‌های بسیاری از دانشمندان دیگر چشم ببندم، مگر این که مستقیماً به کارهای او مربوط باشد.
من پیش از این اندرسون را از نزدیک ندیده بودم تا این که برای نوشتن این شرح حال، با او مصاحبه کردم. او لوح سفید (tabula rasa) نبود چرا که برای ساختن تاریخ خودش پر تلاش بوده است. تفسیر تاریخی شخصی او در مجموعه نوشته‌های گردآوری شده‌ی اندرسون، در حاشیه‌نویسی‌های مقالات و منتخب آثار علمی او که در دو جلد به چاپ رسیده، همچنین در نسخه‌های تاریخ شفاهی و حتی در متن مقالات تخصصی‌اش، آمده است.
این یک کتاب درسی نیست. بنابر این بحث‌های من در باره‌ی فیزیک اندرسون، تا آن‌جا که ممکن است، توصیفی خواهد بود. در این کتاب تقریباً هیچ فرمولی نیاورده‌ام و بار اصلی بر دوش نمودارها و شکل‌هاست. مهم این است که خواننده بتواند استدلال‌های منطقی را در سطح دوره‌های درسی دانشگاهی در علوم و مهندسی درک کند. اصطلاحات تخصصی که در کتاب به کار رفته، اجتناب‌ناپذیر بوده‌اند؛ اما همه‌ی آن‌ها تعریف شده‌اند. و اگر جایی در متن دو باره ظاهر شوند، خواننده با عبور از آن چیزی از دست نمی‌دهد. درست مثل کسی که متخصص موسیقی نیست و هنگام مطالعه‌ی شرح حال یک آهنگ‌ساز بزرگ از اصطلاحات تخصصی موسیقی می‌گذرد.
بدین‌ترتیب مباحث، بیش‌تر به سمت جنبه‌های فرهنگی و سیاسی موقعیت و جایگاه اندرسون سوق پیدا می‌کند. در واقع این جنبه‌ای از علوم سیاسی بود که او را در مسیری قرار داد که به سمت علاقه‌مندی‌هایش در آن پیچیدگی‌هایی که پیش از این ذکر شد، جلب شود. مهم‌ترین منابع در این‌جا، کتاب‌ها و جستارهای غیر تخصصی او است که در طی سال‌ها نوشته است. این نوشته‌ها شامل نظرات او در باره‌ی دین، آموزش، کامپیوتر، روزنامه‌نگاری، آمار، جنگ‌های فرهنگی، و همچنین تاریخ، جامعه شناسی و فلسفه‌ی علم می‌شود.
زمانی مارک کاک ریاضی‌دان، «نابغه‌ی معمولی» (کسی که چندین برابر از اطرافیانش بهتر است) را در مقابل «افسون‌گر» (کسی که حتی وقتی که می‌فهمیم چه کار کرده، فرآیند کاری که انجام داده هنوز برای ما مبهم است) قرار می‌داد. فیلیپ اندرسون، در این معنا، همیشه مرا یک «افسون‌گر» قلمداد می‌کرد. من نمی‌توانم ادعا کنم که کاملاً کشف کرده‌ام که او چگونه این مسیر را طی کرده است؛ بنابر این تلاش کردم چگونگی تأثیر این ویژگی را بر مسیر علمی‌اش و اثری که بر شاگردان، همکاران، جامعه‌ی علمی و دنیای فیزیک داشته، بفهمم.