เจอราร์ด ทูฟ (Gerard ‘t Hooft) เป็นสุดยอดนักฟิสิกส์ยุคใหม่ชาวดัตช์ผู้สร้างผลงานฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ท้าทายความคิดไว้มากมาย
วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขาส่งผลให้เขาและอาจารย์ที่ปรึกษา Martinus J.G. Veltman ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1999 จากการพิสูจน์ว่าทฤษฎีอิเล็กโทรวีคสามารถทำ renormalization ได้
งานวิจัยนี้มีความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์และแนวคิดจนยากจะอธิบายออกมาให้เข้าใจได้โดยง่าย แต่กล่าวโดยสรุปได้ว่าทฤษฎีอิเล็กโทรวีคที่ใช้รวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอย่างอ่อนนั้น มีปัญหาในการใช้งานเพราะผลที่ได้ออกมาจากการคำนวณเป็นค่าอนันต์ แต่ในการทดลองทางฟิสิกส์จริงๆ ไม่มีค่าใดที่สามารถวัดได้เป็นอนันต์เลย ดังนั้นการคำนวณได้ค่าอนันต์ออกมาจึงเป็นปัญหาของทฤษฎีที่ต้องได้รับการปรับปรุงหรือยกเลิก!
เจอราร์ด ทูฟ เป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์ที่คิดวิธีการทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า renormalization ซึ่งทำให้ค่าอนันต์ทั้งหลายหายไป ส่งผลให้ทฤษฎีอิเล็กโทรวีคกลายเป็นทฤษฎีที่ใช้การได้ดีเยี่ยม โดยเทคนิคของเขาคือ dimensional regularization
เขาเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัยยูเทรกต์ (Utrecht University) ผู้สร้างแรงบันดาลใจและให้แนวทางการศึกษาฟิสิกส์เชิงทฤษฎีกับนักศึกษามากมาย บทความ “เราสามารถเป็นนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ดีได้อย่างไร?” (How to become a GOOD Theoretical Physicist) ได้รับความสนใจจากนักศึกษาและอาจารย์ฟิสิกส์ทั่วโลก
ผลงานของเจอราร์ด ทูฟ อาจแบ่งได้เป็นสามหมวด
หมวดแรกเกี่ยวกับฟิสิกส์อนุภาค
นอกจากการพิสูจน์ว่าทฤษฎีอิเล็กโทรวีคสามารถทำ renormalization ได้ เขายังเป็นคนแรกๆ ที่นำเสนอแนวคิดเรื่อง AdS/CFT correspondence ซึ่งในปัจจุบันเป็นหัวข้อที่นักฟิสิกส์ให้ความสนใจและทำวิจัยกันเยอะมาก
ทูฟ ยังค้นพบกระบวนการที่ทำให้เกิดแม่เหล็กขั้วเดี่ยว (magnetic monopoles) ซึ่งไม่ปรากฏให้เห็นในธรรมชาติ แต่อาจมีอยู่จริง ซึ่งแม่เหล็กขั้วเดี่ยวในทฤษฎีของเขามีชื่อว่า ‘t Hooft-Polyakov monopoles
หมวดที่สองเกี่ยวกับหลุมดำ
เมื่อสุดยอดนักฟิสิกส์แห่งเคมบริดจ์ สตีเฟน ฮอว์กิ้ง สร้างทฤษฎีการแผ่รังสีของหลุมดำซึ่งขัดแย้งกับหลักการสำคัญในทฤษฎีควอนตัม
เจอราร์ด ทูฟ ปฏิเสธและสร้างทฤษฎีที่แตกต่างออกไป เขาเชื่อว่าหลักการสำคัญในทฤษฎีควอนตัมไม่ควรถูกละเมิด ผลลัพธ์ของแนวคิดนี้นำไปสู่หลักโฮโลกราฟิกของเอกภพ (holographic principle) ซึ่งได้รับการพัฒนาร่วมกับนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เลียวนาร์ด ซัสคิน (Leonard Susskind)
หมวดที่สามแนวคิดในทฤษฎีควอนตัม
ทฤษฎีควอนตัมนั้นเป็นทฤษฎีที่สามารถคำนวณปริมาณต่างๆ ในโลกของสิ่งเล็กๆ ในระดับอะตอมออกมาในรูปของโอกาสได้อย่างแม่นยำ หลักพื้นฐานหนึ่งของทฤษฎีควอนตัมคือเราไม่สามารถวัดค่าตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคออกมาได้อย่างแม่นยำพร้อมๆ กัน ดังนั้นเราจึงไม่สามารถระบุสถานะของอนุภาคในปัจจุบันเพื่อทำนายสถานะในอนาคตที่แน่นอนแม่นยำของอนุภาคนั้นๆ ได้
แต่ในยุคที่ทฤษฎีควอนตัมถือกำเนิดขึ้นมาใหม่ๆ อัลเบิร์ต ไอนส์ไตน์ มีความเชื่อขัดแย้งกับนักฟิสิกส์ส่วนมากโดยเขาว่าเราควรทำนายสถานะอนาคตของอนุภาคได้อย่างแม่นยำ แต่เราอาจไม่ได้วัดตัวแปรซ่อนเร้น (Hidden variable) บางอย่างทำให้ทฤษฎีดูเหมือนวางอยู่บนกฎของโอกาสและการสุ่มเสี่ยง
ทว่าการทดลองที่เรียกว่า Bell inequality นั้นหักล้างแนวคิดเรื่องตัวแปรซ่อนเร้นของไอน์ไสตน์ทำให้นักฟิสิกส์เชื่อว่าตัวแปรต่างๆ ในทฤษฎีควอนตัมไม่มีความชัดเจนและเราไม่สามารถทำนายอนาคตที่ชัดเจนแน่นอนได้กับทุกๆ ระบบ
แต่เจอราร์ด ทูฟ กลับสร้างทฤษฎีที่ว่าตัวแปรซ่อนเร้นอาจมีอยู่จริง โดยที่ไม่ขัดแย้งกับการทดลองที่พิสูจน์ Bell inequality ด้วย
คงเป็นเรื่องยากยิ่งที่โลกจะมีนักฟิสิกส์ที่เต็มไปด้วยความคิดสร้างสรรค์ที่เปลี่ยนแปลงโลกฟิสิกส์ยุคใหม่ได้เทียบเท่านักฟิสิกส์ชื่อ เจอราร์ด ทูฟ คนนี้
