InScience Magazine

Category: ΝΕΟΙ ΕΛΛΗΝΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΕΣ

  • Χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας από τους εφήβους: οφέλη, κίνδυνοι και τρόποι λειτουργικής οριοθέτησης

    Χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας από τους εφήβους: οφέλη, κίνδυνοι και τρόποι λειτουργικής οριοθέτησης


    Κωνσταντίνα Παπαλεξοπούλου

    Η ανάπτυξη της τεχνολογίας πληροφοριών, επικοινωνιών και δικτύων τις τελευταίες δεκαετίες, επηρεάζει σημαντικά όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας και την κοινωνική αλληλεπίδραση. H πανδημία του Covid-19, οδήγησε σε σημαντική αύξηση της τεχνολογικής χρήσης ακόμη και σε βασικούς τομείς, όπως η επικοινωνία, η εργασία, η εκπαίδευση, αλλά και η υγειονομική περίθαλψη. Στο παρόν άρθρο, εξετάζονται, αρχικά, οι συνήθειες χρήσης της ψηφιακής τεχνολογίας και των μέσων κοινωνικής δικτύωσης (ΜΚΔ) από τους εφήβους, καθώς και τα οφέλη και οι πιθανοί κίνδυνοι που σχετίζονται με αυτήν. Έπειτα, διερευνώνται οι επιδράσεις της αυξημένης ή προβληματικής τεχνολογικής χρήσης στην σωματική και ψυχική ευεξία, την κοινωνικοποίηση, αλλά και την ακαδημαϊκή επίδοση. Τέλος, μέσα από την ανασκόπηση της επιστημονικής βιβλιογραφίας των τελευταίων ετών, προτείνονται τρόποι οριοθέτησης της χρήσης με σκοπό την ανάπτυξη υγιούς και λειτουργικής σχέσης με τα τεχνολογικά μέσα.

    ΕΙΣΑΓΩΓΗ

    Κατά τη διάρκεια της πανδημίας, η ψηφιοποίηση της εκπαιδευτικής διαδικασίας προκάλεσε αύξηση της τεχνολογικής χρήσης και για τα νεότερης ηλικίας άτομα, για λόγους που σχετίζονται όχι μόνο με την μαθησιακή διαδικασία αλλά και με την κοινωνικοποίηση (Kastorff et al., 2023; Voss et al., 2023). Τα παιδιά και οι έφηβοι, έρχονται καθημερινά σε επαφή με οθόνες, μέσω συσκευών όπως τα κινητά τηλέφωνα, οι υπολογιστές/tablet και τα ηλεκτρονικά παιχνίδια (gaming consoles). Οι προβληματισμοί που εγείρονται με αφορμή την αυξημένη χρήση των τεχνολογικών μέσων, αφορούν στις ανισότητες που σχετίζονται με την πρόσβαση, τις ψηφιακές δεξιότητες που απαιτούνται, αλλά και τις επιδράσεις στην ψυχική υγεία και ευεξία (Beaunoyer et al., 2020, Zhang et al., 2024). Οι εξελίξεις που αφορούν στην ψηφιακή τεχνολογία και στα πολυμέσα δραστηριοτήτων που χρησιμοποιούνται πλέον καθημερινά, ανάδειξαν την ανάγκη διερεύνησης της συμπεριφοράς που σχετίζεται με την τεχνολογία («technology-related behavior»), αλλά και τις επιδράσεις της για τους χρήστες (Vargo et al., 2020).

    Τα τελευταία χρόνια, η πρόσβαση των εφήβων στα «έξυπνα» κινητά τηλέφωνα (smartphones) είναι σχεδόν καθολική (95%), ενώ περίπου οι μισοί (45%) αναφέρουν πως είναι «συνεχώς συνδεδεμένοι», αναφορά που σχετίζεται με την χρήση των ΜΚΔ (Anderson & Jiang, 2018). Τα smartphones λειτουργούν ως μια «προέκταση του χεριού», καθιστώντας τους εφήβους «σύνθετους κυβερνο-οργανισμούς» (cyborgs) (Brailas & Tsekeris, 2014). Μάλιστα, λόγω της εξοικείωσής τους με τις εν λόγω συσκευές, οι έφηβοι των τελευταίων ετών έχουν χαρακτηριστεί ως η «γενιά των οθονών αφής» (Rosin, 2013). Στο πλαίσιο της διαρκώς μεταβαλλόμενης σύμπλοκης τεχνο-κοινωνικής πραγματικότητας, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η μελέτη των συνηθειών χρήσης των τεχνολογικών συσκευών, όπως τα smartphones, και των ΜΚΔ από εφήβους και νεαρούς ενήλικες (Papalexopoulou & Psiachou, 2018).

    ΣΥΝΗΘΕΙΕΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΕΦΗΒΟΥΣ: ΟΦΕΛΗ ΚΑΙ ΠΙΘΑΝΟΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ

    Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι έφηβοι χρησιμοποιούν την τεχνολογία για δραστηριότητες όπως η επικοινωνία, η συλλογή και η ανταλλαγή πληροφοριών, η ψυχαγωγία και η μελέτη (Voss et al., 2023). Οι ψηφιακές δεξιότητες που απαιτούνται αφορούν στην «λειτουργία και τη χρήση ψηφιακών μέσων, την αναζήτηση και την επεξεργασία πληροφοριών, την επικοινωνία και τη συνεργασία με την τεχνολογία, την παραγωγή περιεχομένου μέσων και τη χρήση της τεχνολογίας για σκοπούς που σχετίζονται με τη μελέτη» (Kastorff et al., 2023). Χαρακτηριστικά όπως η συχνότητα αλλά και οι λόγοι για τους οποίους χρησιμοποιείται η τεχνολογία από τους εφήβους, επηρεάζονται τόσο από κοινωνικοοικονομικούς παράγοντες, όσο και από παράγοντες όπως το φύλο και το μορφωτικό/εκπαιδευτικό επίπεδο των γονέων. Το κοινό, σε όλες τις περιπτώσεις, χαρακτηριστικό, είναι ότι τα τεχνολογικά μέσα χρησιμοποιούνται περισσότερο για προσωπικούς λόγους (όπως η επικοινωνία με τους φίλους και την οικογένεια) και λιγότερο για λόγους που σχετίζονται με την μελέτη.

    Σύμφωνα με τους Bitto Urbanova και συνεργάτες, η τεχνολογία «αποτελεί έναν εναλλακτικό χώρο όπου οι έφηβοι μπορούν να αναπτυχθούν και να αντιμετωπίσουν διαφορετικές προκλήσεις της ζωής». Στην έρευνά τους, μέσα από συνεντεύξεις με εφήβους ηλικίας περίπου 15 ετών, διερεύνησαν τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβάνονται την τεχνολογία, καθώς και τον ρόλο που διαδραματίζει σε πέντε διαφορετικούς τομείς της ζωής τους: πηγή πληροφοριών (τυπική και μη τυπική εκπαίδευση), «έξυπνη συσκευή» (χρήσιμο εργαλείο), κοινωνικές αλληλεπιδράσεις, ελεύθερος χρόνος (δημιουργία του εναλλακτικού μου κόσμου) και αυτοανάπτυξη. Με βάση τα αποτελέσματα της έρευνας, διαπίστωσαν ότι οι έφηβοι αντιλαμβάνονταν την ψηφιακή τεχνολογία ως ένα υποστηρικτικό εργαλείο, ενώ είναι σε θέση να γνωρίζουν τις ευκαιρίες που σχετίζονται με τη χρήση της (Bitto Urbanova et al., 2023). Παρά τις θετικές αντιλήψεις των εφήβων για τις επιδράσεις της τεχνολογίας στην ζωή και την καθημερινότητά τους, η επιστημονική βιβλιογραφία και έρευνα εστιάζει, συχνά, στους κινδύνους που συνεπάγεται η χρήση της, όπως για παράδειγμα η πρόσβαση στο διαδίκτυο ή η χρήση τω ΜΚΔ.

    Οι συνηθέστερα καταγεγραμμένοι κίνδυνοι αφορούν: ακατάλληλο περιεχόμενο (σεξουαλικό ή επιθετικό περιεχόμενο), διαδικτυακός εκφοβισμός (cyberbullying), διαδικτυακή παρενόχληση, κοινοποίηση προσωπικών πληροφοριών και κοινωνική απομόνωση (Lareki et al., 2017). Η χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας, ειδικά σε εκτεταμένο βαθμό, μπορεί να έχει αρνητικό αντίκτυπο στην ψυχική και συναισθηματική ευεξία των εφήβων. Επιπροσθέτως, η αυξημένη χρήση της τεχνολογίας μπορεί να έχει αρνητικό αντίκτυπο στην σωματική και ψυχική υγεία των νεαρών ατόμων, καθώς και στην ακαδημαϊκή επίδοση (Zhang et al., 2024; Limone & Toto, 2021). Ως προς το φύλο, τα κορίτσια φαίνεται να επηρεάζονται περισσότερο αρνητικά σε ό,τι αφορά στην χρήση ΜΚΔ συγκριτικά με τα αγόρια, τα οποία εμφανίζουν κίνδυνο προβληματικής ενασχόλησης με τα βιντεοπαιχνίδια (Navarro-Martinez & Peña-Acuña, 2022). Επιπλέον, τα κορίτσια βρίσκονται σε περισσότερο ευάλωτη θέση κατά την χρήση του διαδικτύου, ενώ τα αγόρια φαίνεται να χρησιμοποιούν περισσότερο μηχανισμούς αποδέσμευσης (moral disengagement mechanisms) όταν βρίσκονται online. Ωστόσο, αν η ηθική αποδέσμευση λειτουργήσει διαμεσολαβητικά ανάμεσα στο φύλο και την ευαλωτότητα (vulnerability), τότε φαίνεται ότι τα αγόρια είναι πιο εκτεθειμένα, πιθανώς διότι επιδεικνύουν μη ηθικές (immoral) συμπεριφορές. Η ηλικία φαίνεται να συσχετίζεται, επίσης, θετικά με την ευαλωτότητα στο διαδίκτυο (Piccardi et al., 2023).

    ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΩΝ ΜΚΔ ΣΤΗΝ ΨΥΧΙΚΗ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΗ ΕΥΕΞΙΑ

    Ο Boer και οι συνεργάτες του, βασίζονται στην διάκριση ανάμεσα στην έντονη χρήση (Instensity of Social Media Use) και στην προβληματική χρήση (problematic social media use) των ΜΚΔ. Η έντονη χρήση των ψηφιακών μέσων δεν είναι απαραίτητο ότι σχετίζεται με αρνητικά αποτελέσματα στην ψυχική υγεία και την κοινωνική ζωή των εφήβων. Αντίθετα, η προβληματική χρήση των μέσων κοινωνικής δικτύωσης έχει συσχετιστεί θετικά με λιγότερη ικανοποίηση από την ζωή, συχνότερα ψυχολογικά παράπονα, λιγότερη ικανοποίηση και υψηλότερη αντιλαμβανόμενη πίεση από το σχολείο, λιγότερη υποστήριξη από την οικογένεια και τους φίλους. Σε άλλη έρευνά τους, διερεύνησαν παράγοντες που ενδέχεται να λειτουργούν διαμεσολαβητικά στην σχέση της προβληματικής χρήσης των εν λόγω ψηφιακών μέσων με την ψυχική υγεία τον εφήβων. Τα αποτελέσματα της έρευνας ανέδειξαν την θετική συσχέτιση ανάμεσα στην προβληματική χρήση των ΜΚΔ με καταθλιπτικά συμπτώματα, «ανοδικές κοινωνικές συγκρίσεις» και θυματοποίηση στο διαδίκτυο (κυβερνοθυματοποίηση-cybervictimization) με την πάροδο του χρόνου (Boer et al., 2020; 2021).

    Βασιζόμενοι στην εν λόγω διάκριση, οι Boniel-Nissim και συνεργάτες, διερεύνησαν την σχέση αναμεσά στο εύρος χρήσης και σε παράγοντες όπως η ψυχική και κοινωνική ευεξία (mental and social well-being), καθώς και η χρήση ουσιών. Το συμπέρασμα στο οποίο κατέληξαν είναι ότι η προβληματική χρήση, όπως και η μη-ενεργή χρήση συνδέονταν με χαμηλότερα αποτελέσματα ως προς την ψυχική και κοινωνική ευεξία, την χρήση ουσιών (προβληματική χρήση) και την ικανοποίηση από την ζωή (μη ενεργοί χρήστες των ΜΚΔ). Αντίστοιχα, τα ενδιάμεσα επίπεδα χρήσης των ΜΚΔ (ενεργή/έντονη αλλά μη προβληματική χρήση) από τους εφήβους, συνδέονται με θετικότερα αποτελέσματα για την ψυχική και σωματική ευεξία και την κοινωνικοποίηση (Boniel-Nissim et al., 2022).

    Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, η προβληματική χρήση των ΜΚΔ συνίσταται στην παρουσία «ενός προτύπου συμπεριφοράς που χαρακτηρίζεται από συμπτώματα που μοιάζουν με εθισμό. Αυτά περιλαμβάνουν την αδυναμία ελέγχου της χρήσης των ΜΚΔ, την αίσθηση στέρησης όταν δεν τα χρησιμοποιεί το άτομο, την παραμέληση άλλων δραστηριοτήτων υπέρ των ΜΚΔ και την αντιμετώπιση αρνητικών συνεπειών στην καθημερινή ζωή λόγω υπερβολικής χρήσης» (WHO, 2024). Άλλες έρευνες, εστιάζουν στην σχέση ανάμεσα στην χρήση της τεχνολογίας και στην ψυχική υγεία στις περιπτώσεις παιδιών και εφήβων που αντιμετωπίζουν υψηλό κίνδυνο ψυχολογικής επιβάρυνσης (McBride, 2017). Η καθημερινή χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας, κυρίως μέσω του κινητού τηλεφώνου και των δραστηριοτήτων που σχετίζονται με αυτό (π.χ. ανταλλαγή μηνυμάτων) ενδέχεται να συσχετίζεται με συμπτώματα –κατά την ίδια ημέρα (same day symptoms)- της διαταραχής ελλειμματικής προσοχής και υπερκινητικότητας (attention deficit hyperactivity disorder), καθώς και με την διαταραχή διαγωγής (conduct disorder), όπως η επιθετική συμπεριφορά και η απουσία συμμόρφωσης στους κανόνες (George et al., 2018).

    ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΚΑΙ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΗ ΕΠΙΔΟΣΗ

    Στο σύγχρονο ψηφιακό περιβάλλον, τα τεχνολογικά μέσα και οι δυνατότητες που προσφέρουν, μπορούν να αξιοποιηθούν για σκοπούς που σχετίζονται με την εκπαίδευση. Η ψηφιακή τεχνολογία, επηρεάζει ποικιλοτρόπως τους ακαδημαϊκούς στόχους, ανάλογα με την χρήση της. Στους παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την επίδοση των μαθητών, περιλαμβάνονται η ηλικία έναρξης χρήσης του διαδικτύου, το φύλο, η ευκολία πλοήγησης σε ψηφιακές συσκευές και στο διαδίκτυο, το εύρος χρήσης εκτός του σχολικού περιβάλλοντος (επικοινωνία με συνομηλίκους), καθώς και η αντιλαμβανόμενη ψηφιακή ικανότητα και αυτονομία (digital competence and autonomy) εκ μέρους των νεαρής ηλικίας χρηστών (Navarro-Martinez & Peña-Acuña, 2022).

    Ειδικότερα, η αυξημένη χρήση των ψηφιακών μέσων, καθώς και των ΜΚΔ μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένα ακαδημαϊκά αποτελέσματα. Επιπλέον, η χρήση των ΜΚΔ με σκοπό το διαδικτυακό παιχνίδι συνδέεται με αρνητικά αποτελέσματα ως προς την μαθησιακή διαδικασία, συγκριτικά με την χρήση που σχετίζεται με την κοινωνική αλληλεπίδραση. Ο Jiang, μελέτησε την σχέση ανάμεσα στην συνδεσιμότητα στο διαδίκτυο, το ηλεκτρονικό παιχνίδι, συμπτώματα εξάρτησης από το διαδίκτυο και την ακαδημαϊκή επίδοση χρησιμοποιώντας τον Δείκτη Συνδεσιμότητας στο Διαδίκτυο (Internet Connectivity Index-ICI) (Jiang, 2014). Παρά τις θετικές επιδράσεις της τεχνολογίας όταν σχετίζεται με ακαδημαϊκούς σκοπούς, η αυξημένη χρήση του διαδικτύου μπορεί να αποσπάσει τους μαθητές από τις δραστηριότητες του σχολείου και να μειώσει σημαντικά τον χρόνο που δαπανάται για αυτές.

    Εν συνεχεία, στην έρευνα που πραγματοποίησαν ο Ramírez και οι συνεργάτες του, διερεύνησαν μεταβλητές όπως ο χρόνος που δαπανάται στην χρήση της τεχνολογίας, η έκθεση σε εμπειρίες διαδικτυακού κινδύνου και η διαδικτυακή θυματοποίηση ως προς την συσχέτισή τους με την ακαδημαϊκή επίδοση αλλά και την ικανοποίηση από την ζωή. Οι παραπάνω μεταβλητές συσχετίστηκαν αρνητικά με την ακαδημαϊκή επίδοση, ενώ δεν βρέθηκε στατιστικά σημαντική συσχέτιση με την ικανοποίηση από την ζωή, με εξαίρεση την διαδικτυακή θυματοποίηση (αρνητική συσχέτιση). Το σημαντικό, κατά τους ίδιους, εύρημα ήταν ότι στην μειωμένη ακαδημαϊκή επίδοση που οφείλεται στην ευρεία χρήση τεχνολογικών συσκευών (παρακολούθηση τηλεόρασης, χρήση κινητού τηλεφώνου, διαδικτυακό παιχνίδι) λειτουργεί διαμεσολαβητικά η διαταραχή στις συνήθειες ύπνου (έλλειμα/στέρηση ύπνου). Η έρευνά τους κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η χρήση ψηφιακών τεχνολογιών μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την ευημερία των εφήβων, ενώ η μέτρια χρήση αυτών μπορεί να αποδειχθεί ωφέλιμη για την ευεξία τους (Ramírez et al., 2021).

    Φαίνεται πως η επίδραση της ψηφιακής τεχνολογίας τόσο στην ψυχική ευεξία και την κοινωνική αλληλεπίδραση των εφήβων, όσο και στην ακαδημαϊκή επίτευξη, εξαρτάται από ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά της τεχνολογικής χρήσης. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με την ψηφιακή υπόθεση «Goldilocks» («της Χρυσομαλλούσας»/digital Goldilocks hypothesis), ο κατάλληλος βαθμός χρήσης επιφέρει θετικά οφέλη για το άτομο, συγκριτικά με την υπερβολική ή καθόλου χρήση:

    «Η «πολύ μικρή» χρήση της τεχνολογίας μπορεί να στερεί από τους νέους σημαντικές κοινωνικές πληροφορίες και δραστηριότητες με συνομηλίκους, ενώ η «υπερβολική» χρήση μπορεί να εκτοπίσει άλλες ουσιαστικές δραστηριότητες. Η υπόθεση Goldilocks αξιώνει ότι υπάρχουν εμπειρικά παραγόμενα σημεία ισορροπίας -μέτρια επίπεδα- που είναι «ακριβώς τα κατάλληλα» για τους βέλτιστα συνδεδεμένους νέους» (Przybylski & Weinstein, 2017).

    ΤΡΟΠΟΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗΣ ΟΡΙΟΘΕΤΗΣΗΣ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ

    H περαιτέρω ανάπτυξη των νέων τεχνολογιών πληροφοριών και επικοινωνιών κατά τα τελευταία χρόνια, με τις εξελίξεις στην τεχνητή νοημοσύνη και τις συσκευές εικονικής πραγματικότητας (virtual reality), καθώς και την διευρυμένη χρήση των ΜΚΔ, αναδιαμορφώνει τις ανάγκες ανάπτυξης δεξιοτήτων και ψηφιακού γραμματισμού εκ μέρους των χρηστών. Οι νέοι του 21ου αιώνα, εξοικειώνονται με αυτό το περιβάλλον -κυριολεκτικά- από την γέννησή τους, γεγονός που έχει οδηγήσει στον χαρακτηρισμό τους ως digitods (για τα παιδιά που γεννήθηκαν μετά το 2008), διαχωρίζοντάς τους από όσους μεγάλωσαν στο μη ψηφιακό περιβάλλον των προηγούμενων δεκαετιών (Limone & Toto, 2022). Η ψηφιακή τεχνολογία αποτελεί το περιβάλλον μέσα στο οποίο οι έφηβοι μαθαίνουν, ανακαλύπτουν τον εαυτό τους και αλληλεπιδρούν με τους γύρω τους.

    Η ψηφιακή τεχνολογία και οι δυνατότητες που προσφέρει στους νεαρούς χρήστες, αξιοποιούνται όλο και περισσότερο για σκοπούς που σχετίζονται με την εκπαίδευση. Ο όρος της ψηφιακής ικανότητας (digital competence) είναι ιδιαίτερα σημαντικός όσον αφορά τις δεξιότητες και την κατανόηση που απαιτείται από τους έφηβους μαθητές στην «κοινωνία της γνώσης» (Gallardo-Echenique et al., 2015). Βασιζόμενοι στην Θεωρία Χρήσεων και Ικανοποίησης (Uses and Gratification Theory), ο Liu και οι συνεργάτες του, διερεύνησαν τον ρόλο του ψηφιακού γραμματισμού ανάμεσα στην χρήση των ΜΚΔ και στην ακαδημαϊκή επίδοση. Η χρησιμότητα της εν λόγω θεωρίας αφορά στην αναγνώριση τόσο των παραγόντων οι οποίοι λειτουργούν ως κίνητρα για την ενασχόληση με τις ψηφιακές πλατφόρμες (άντληση ικανοποίησης), όσο και των αποτελεσμάτων που επιφέρουν, με σκοπό την καλύτερη κατανόηση των συνηθειών χρήσης. Η έρευνα επικεντρώθηκε στις συνήθειες χρήσης φοιτητικού πληθυσμού ως προς μια συγκεκριμένη πλατφόρμα (TikTok) και στον αντίκτυπο στην ακαδημαϊκή επίδοση, λαμβάνοντας υπόψιν τον διαμεσολαβητικό ρόλο του ψηφιακού γραμματισμού (digital literacy), που ορίζεται ως η ικανότητα κριτικής αξιολόγησης και αποτελεσματικής χρήσης των ψηφιακών πλατφορμών. Στις μεταβλητές τις έρευνας περιλαμβάνονταν: η συχνότητα χρήσης, η δέσμευση των φοιτητών/τριών στην μαθησιακή διαδικασία, η αντιλαμβανόμενη χρησιμότητα των ψηφιακών μέσων, η δυνατότητα αυτό-έκφρασης μέσα από αυτά αλλά και η αποφυγή (escapism) του ακαδημαϊκού stress μέσα από την ενασχόληση με την πλατφόρμα. Όλες οι μεταβλητές (εκτός από την συχνότητα χρήσης) βρέθηκαν να συσχετίζονται σημαντικά με την ακαδημαϊκή επίδοση, αλλά και την συμπεριφορά της «απόδρασης».

    Από τα ευρήματα προέκυψε ότι οι χρήστες αξιοποιούν την πλατφόρμα με σκοπό να «αποδράσουν» από το άγχος, καθώς και να εξερευνήσουν και να εκφράσουν διαφορετικές πτυχές της ταυτότητάς τους, οι οποίες μπορεί να μην είναι άμεσα ορατές στην ακαδημαϊκή ή κοινωνική τους ζωή. Συγκεκριμένα, ο στόχος αυτός επιτυγχάνεται μέσα από την δημιουργία περιεχομένου από τους χρήστες. Οι συγγραφείς καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι «πτυχές όπως η αυτοπεποίθηση, η συμμετοχή των φοιτητών και η αντιληπτή συνάφεια συνδέονται θετικά με τη βελτίωση της ακαδημαϊκής επίδοσης» (Liu et al., 2025). Αντίστοιχα, η χρήση της τεχνολογίας έχει υποστηριχθεί, μέσα από πρόσφατες έρευνες, ότι μπορεί να συμβάλει στην ενίσχυση της εκπαιδευτικής διαδικασίας (Wekerle & Kollar, 2022), καθώς και στην βελτίωση της υγείας των εφήβων (Giovanelli et al., 2020).

    Στο σύγχρονο ψηφιακό περιβάλλον, με σκοπό την ενίσχυση της ψυχικής υγείας των μαθητών, έχει διερευνηθεί η ενδεχόμενη θετική επίδραση συσκευών δυνητικής/εικονικής πραγματικότητας. Στην έρευνα της Hugh-Jones και των συνεργατών της (2023), δοκιμάστηκε μια πηγή εικονικής πραγματικότητας με δυνητικά περιβάλλοντα, τα οποία αποσκοπούσαν στον περιορισμό του άγχους που βιώνουν οι μαθητές μέσα από δεξιότητες συναισθηματικής αναγνώρισης και ρύθμισης. Για το σκοπό αυτό, αξιοποιήθηκαν τεχνικές που προάγουν την ενσυνειδητότητα (mindfulness), προσέγγιση η οποία θεωρείται αποτελεσματική στην αντιμετώπιση του άγχους:

    «Εστιάζουμε στην εικονική πραγματικότητα (virtual reality), η οποία περιλαμβάνει τη χρήση τεχνολογίας υπολογιστών για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατου προσομοιωμένου περιβάλλοντος που επιτρέπει στον χρήστη να βυθιστεί και να αλληλεπιδράσει με έναν εικονικό κόσμο μέσω της ακοής, της όρασης και της αφής. Τα περιβάλλοντα εικονικής πραγματικότητας παρέχονται μέσω ενός ελαφρού σετ μικροφώνου-ακουστικών που καλύπτει τα μάτια. Το εσωτερικό σετ μικροφώνου-ακουστικών εμφανίζει το προσομοιωμένο περιβάλλον 360 μοιρών με έναν καθηλωτικό τρόπο (δηλαδή, τίποτα άλλο εκτός του σετ μικροφώνου-ακουστικών δεν μπορεί να φανεί) και μπορεί να συνοδεύεται από ήχο».

    Από την ανατροφοδότηση που έλαβαν από τους εκπαιδευτικούς των σχολείων τα οποία συμμετείχαν στην έρευνα, καθώς και από τους εφήβους μαθητές, η χρήση του συγκεκριμένου εργαλείου φαίνεται πως συνέβαλε στην συναισθηματική ρύθμιση των συμμετεχόντων, μέσα από τις τεχνικές ενσυνειδητότητας που αξιοποιήθηκαν. Μάλιστα, μαθητές οι οποίοι παρουσίαζαν σύνθετες ανάγκες ή αντιμετώπιζαν αυξημένες δυσκολίες (ως προς την συμπεριφορά, την διαπροσωπική αλληλεπίδραση ή την ικανότητα συγκέντρωσης), ενισχύονταν σημαντικά μετά την έκθεση στα δυνητικά περιβάλλοντα, τα οποία παρείχαν ένα ήρεμο, περιορισμένο σε ερεθίσματα πλαίσιο.

    Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, στα οφέλη της υπεύθυνης χρήσης («συχνή αλλά μη προβληματική χρήση») των ΜΚΔ για τους νέους, συμπεριλαμβάνονται η ισχυρότερη υποστήριξη από συνομηλίκους και η κοινωνική διασύνδεση. Μερικές καλές πρακτικές που μπορούν να εφαρμόσουν τόσο οι γονείς όσο και οι εκπαιδευτικοί, είναι η υποστήριξη των νέων στην ανάπτυξη δεξιοτήτων ψηφιακού γραμματισμού, η προώθηση υγιών διαδικτυακών συμπεριφορών, η παροχή υποστήριξης σε όσους διατρέχουν κίνδυνο προβληματικής χρήσης, η ύπαρξη βελτιωμένων ψηφιακών περιβαλλόντων και η εκπαίδευση με στόχο την ενδυνάμωση των νέων να πλοηγούνται με ασφάλεια σε διαδικτυακούς χώρους (WHO, 2024).

    ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

    Η περίοδος της εφηβείας χαρακτηρίζεται από αναπτυξιακές αλλαγές, κατά την διάρκεια των οποίων το άτομο διαμορφώνεται ως προσωπικότητα σε μια διαδικασία προετοιμασίας για την ενηλικίωση. Οι Giovanelli και συνεργάτες, αποκαλούν αυτές τις αλλαγές «αναπτυξιακά παράθυρα ευκαιριών», κατά τα οποία οι έφηβοι βρίσκουν ορισμένα τεχνολογικά μέσα ιδιαίτερα ελκυστικά ή συναρπαστικά στο πλαίσιο της εξερεύνησης και της κοινωνικής αλληλεπίδρασης. Δεδομένου ότι η εφηβική ηλικία χαρακτηρίζεται από αναπτυξιακή πλαστικότητα, ο ψηφιακός κόσμος αποτελεί ένα σημαντικό πλαίσιο για την παροχή παρεμβάσεων, καθώς και έναν απαραίτητο χώρο για την προώθηση προσαρμοστικών συμπεριφορών. Στο άρθρο τους, αναδεικνύεται η ανάγκη λήψης προληπτικών μέτρων, όπως η διδασκαλία της υγιούς συμμετοχής στην επεξεργασία πληροφοριών, της αυτορρύθμισης και του τεχνολογικού γραμματισμού κατά τη διάρκεια των εφηβικών «παραθύρων ευκαιρίας», μέσα από την συνεργασία ειδικών από τα σχετικά επιστημονικά πεδία (developmental science perspective), όπως οι αναπτυξιακές επιστήμες, καθώς και οι επιστήμες υγείας και υπολογιστών (Giovanelli et al., 2020).

    Εν κατακλείδι, είναι γεγονός ότι η συζήτηση γύρω από την ανάπτυξη της ψηφιακής τεχνολογίας και τις επιδράσεις της στην ανθρώπινη ζωή και καθημερινότητα διευρύνεται συνεχώς, αναδεικνύοντας πιθανούς κινδύνους και αναζητώντας αποτελεσματικούς τρόπους για την αντιμετώπισή τους. Το παρόν άρθρο, επιχείρησε να «φωτίσει» ορισμένες πλευρές του ζητήματος της αλληλεπίδρασης των εφήβων με την τεχνολογία και τις δυνατότητες που προσφέρει σε τομείς όπως η εκπαίδευση, η επικοινωνία, αλλά και η αυτό-ανάπτυξη. Οι επιδράσεις της χρήσης των συσκευών τεχνολογίας, όπως τα κινητά τηλέφωνα και οι κονσόλες παιχνιδιών, και των δραστηριοτήτων που προσφέρονται (πρόσβαση στο διαδίκτυο, ΜΚΔ) επηρεάζονται σημαντικά από παράγοντες όπως η συχνότητα και ο σκοπός για τον οποίο αξιοποιούνται. Δεδομένου ότι η «ψηφιακή εποχή», αποτελεί το πλαίσιο της δραστηριότητας των σημερινών εφήβων, καθώς και όσων ακολουθούν, αναδεικνύεται η ανάγκη διαμόρφωσης ενός ασφαλούς περιβάλλοντος που θα βασίζεται στην εκπαίδευση όλων των εμπλεκόμενων μερών, με σκοπό την απόκτηση υγιούς σχέσης με τα τεχνολογικά μέσα.

    Βιβλιογραφία

    Anderson, M., & Jiang, J., 2018. Teens, social media & technology 2018. Pew research center 31, 1673-1689.

    Beaunoyer, E., Dupéré, S., & Guitton, M., J., 2020. COVID-19 and digital inequalities: Reciprocal impacts and mitigation strategies. Computers in human behavior 111, 106424. https://doi.org/10.1016/j.chb.2020.106424

    Bitto Urbanova, L., Madarasova Geckova, A., Dankulincova Veselska, Z., Capikova, S., Holubcikova, J., van Dijk, J. P., & Reijneveld, S. A. (2023). Technology supports me: Perceptions of the benefits of digital technology in adolescents. Frontiers in psychology 13, 970395. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2022.970395

    Boer, M., Stevens, G. W., Finkenauer, C., de Looze, M. E., & van den Eijnden, R. J., 2021. Social media use intensity, social media use problems, and mental health among adolescents: Investigating directionality and mediating processes. Computers in Human Behavior 116, 106645. https://doi.org/10.1016/j.chb.2020.106645

    Boer, M., Van Den Eijnden, R., J., Boniel-Nissim, M., Wong, S., L., Inchley, J. C., Badura, et al., 2020. Adolescents’ intense and problematic social media use and their well-being in 29 countries. Journal of adolescent health, 66(6), S89-S99. https://doi.org/10.1016/j.jadohealth.2020.02.014

    Boniel-Nissim, M., van den Eijnden, R., J., Furstova, J., Marino, C., Lahti, H., Inchley, J., et al., 2022. International perspectives on social media use among adolescents: Implications for mental and social well-being and substance use. Computers in Human Behavior 129, 107144. https://doi.org/10.1016/j.chb.2021.107144

    Brailas, A., & Tsekeris, C., 2014. Social behaviour in the internet era: Cyborgs, adolescents and education. European Journal of Social Behaviour 1(1), 1-4.

    Gallardo-Echenique, E. E., de Oliveira, J. M., Marqués-Molias, L., Esteve-Mon, F., Wang, Y., & Baker, R., 2015. Digital competence in the knowledge society. MERLOT Journal of Online Learning and Teaching 11(1).

    George, M. J., Russell, M. A., Piontak, J. R., & Odgers, C. L., 2018. Concurrent and subsequent associations between daily digital technology use and high-risk adolescents’ mental health symptoms. Child development 89(1), 78-88. 10.1111/cdev.12819

    Giovanelli, A., Ozer, E. M., & Dahl, R. E., 2020. Leveraging technology to improve health in adolescence: A developmental science perspective. Journal of Adolescent Health 67(2), S7-S13. https://doi.org/10.1016/j.jadohealth.2020.02.020

    Hugh-Jones, S., Ulor, M., Nugent, T., Walshe, S., & Kirk, M., 2023. The potential of virtual reality to support adolescent mental well-being in schools: A UK co-design and proof-of-concept study. Mental Health & Prevention 30, 200265. https://doi.org/10.1016/j.mhp.2023.200265

    Jiang Q., 2014. Internet addiction among young people in China: Internet connectedness, online gaming, and academic performance decrement. Internet Research 24(1), 2-20. https://doi.org/10.1108/IntR-01-2013-0004

    Kastorff, T., Sailer, M., & Stegmann, K., 2023. A typology of adolescents’ technology use before and during the COVID-19 pandemic: A latent profile analysis. International Journal of Educational Research 117, 102136. https://doi.org/10.1016/j.ijer.2023.102136

    Lareki, A., de Morentin, J., I., M., Altuna, J., & Amenabar, N., 2017. Teenagers’ perception of risk behaviors regarding digital technologies. Computers in Human Behavior 68, 395-402. https://dx.doi.org/10.1016/j.chb.2016.12.004

    Limone, P., & Toto, G., A., 2021. Psychological and emotional effects of digital technology on children in COVID-19 pandemic. Brain sciences 11(9), 1126. https://doi.org/10.3390/brainsci11091126

    Limone, P., & Toto, G., A., 2022. Psychological and emotional effects of digital technology on digitods (14–18 years): A systematic review. Frontiers in Psychology 13 938965. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2022.938965

    Liu, J., Adnan, H., M., & Aziz, N., I., B., 2025. The Role of Digital Literacy in Mitigating the Effects of Social Media Usage on Academic Performance: A Study of TikTok Users in Higher Education Institutions in China. Studies in Media and Communication 14(1). 10.11114/smc.v14i1.7971

    McBride, D., L., 2017. Daily digital technology use linked to mental health symptoms for high-risk adolescents. Journal of Pediatric Nursing: Nursing Care of Children and Families 36, 254-255. https://dx.doi.org/10.1016/j.pedn.2017.06.003

    Navarro-Martinez, O., & Peña-Acuña, B., 2022. Technology usage and academic performance in the Pisa 2018 report. Journal of New Approaches in Educational Research 11(1), 130-145. https://doi.org/10.7821/naer.2022.1.735

    Papalexopoulou, K., & Psiachou, K., 2018. Smartphones and their use by teenagers and young adults-differences and similarities: A case study. Homo Virtualis, 1(1), 53-68. https://doi.org/10.12681/homvir.19071

    Piccardi, L., Burrai, J., Palmiero, M., Quaglieri, A., Lausi, G., Cordellieri, et al., 2023. A cross-sectional study of gender role adherence, moral disengagement mechanisms and online vulnerability in adolescents. Heliyon 9(8). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e18910

    Przybylski, A., K., & Weinstein, N., 2017. A large-scale test of the goldilocks hypothesis: quantifying the relations between digital-screen use and the mental well-being of adolescents. Psychological science 28(2), 204-215. https://doi.org/10.1177/0956797616678438

    Ramírez, S., Gana, S., Garcés, S., Zúñiga, T., Araya, R., & Gaete, J., 2021. Use of technology and its association with academic performance and life satisfaction among children and adolescents. Frontiers in psychiatry 12, 764054.

    Rosin, H., 2023. The touch-screen generation. The Atlantic 4, https://www.theatlantic.com/magazine/archive/2013/04/the-touch-screen-generation/309250/. Ημερομηνία ανάκτησης 20/3/2026

    Vargo, D., Zhu, L., Benwell, B., & Yan, Z., 2021. Digital technology use during COVID‐19 pandemic: A rapid review. Human Behavior and Emerging Technologies 3(1), 13-24. 10.1002/hbe2.242

    Voss, C., Shorter, P., Mueller-Coyne, J., & Turner, K., 2023. Screen time, phone usage, and social media usage: Before and during the COVID-19 pandemic. Digital health 9, 20552076231171510. 10.1177/20552076231171510

    Wekerle, C., & Kollar, I., 2022. Using technology to promote student learning? An analysis of pre-and in-service teachers’ lesson plans. Technology, Pedagogy and Education 31(5), 597-614. https://doi.org/10.1080/1475939X.2022.2083669

    World Health Organization (WHO), 2024. Teens, screens and mental health. Ανακτήθηκε από: https://www.who.int/europe/news/item/25-09-2024-teens–screens-and-mental-health

    Zhang, R., Jiang, Q., Cheng, M., & Rhim, Y., T., 2024. The effect of smartphone addiction on adolescent health: the moderating effect of leisure physical activities. Psicologia: Reflexão e Crítica 37(1), 23. https://doi.org/10.1186/s41155-024-00308-z

  • Oμιλία Στέργιου Χατζηκυριακίδη – «Μεγάλα Μοντέλα, Μεγάλες Δυνατότητες, Μεγάλες Ευθύνες»

    Oμιλία Στέργιου Χατζηκυριακίδη – «Μεγάλα Μοντέλα, Μεγάλες Δυνατότητες, Μεγάλες Ευθύνες»

    Το InScience.gr σας παρουσιάζει την ομιλία του καθηγητή Υπολογιστικής Νοημοσύνης στο Τμήμα Φιλολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης, Στέργιου Χατζηκυριακίδη, με τίτλο: «Μεγάλα Μοντέλα, Μεγάλες Δυνατότητες, Μεγάλες Ευθύνες», που διοργανώθηκε την Τρίτη 23 Σεπτεμβρίου 2025.Περίληψη: 

    Σε αυτήν την ομιλία επιχειρείται μια ιστορική αναδρομή της Υπολογιστικής Γλωσσολογίας, της Επεξεργασίας Φυσικής Γλώσσας, και εν μέρει και της Τεχνητής Νοημοσύνης, ιχνηλατώντας το ερευνητικό μονοπάτι που οδηγεί στα σημερινά συστήματα Τεχνητής Νοημοσύνης. Παρακολουθούμε την εξέλιξη του πεδίου από τις πρώιμες συμβολικές προσεγγίσεις μέχρι τις σύγχρονες αρχιτεκτονικές βαθείας μάθησης στις οποίες είναι βασισμένα τα σημερινά Μεγάλα Γλωσσικά Μοντέλα.

    Στη συνέχεια παρουσιάζουμε μια σειρά από χρήσεις αυτών των μοντέλων από πολύ απλές (συγγραφή μέιλ), μέχρι αρκετά σύνθετες (στήσιμο ολόκληρων υπολογιστικών εφαρμογών). Συνεχίζουμε με μια σειρά από ερευνητικά ζητήματα αιχμής στην έρευνα για τα Μεγάλα Γλωσσικά Μοντέλα, την καταπολέμηση των ψευδαισθήσεων μέσω διαφόρων τεχνικών αιχμής όπως η Επαυξημένη Ανάκληση (Augemented Generation), η ανάγκη για εξηγησιμότητα και η υπόσχεση για μια επόμενη γενιά Νευροσυμβολικών μοντέλων που θα είναι ικάνα να αντιμετωπίσουν αυτά τα προβλήματα. Συζητούμε επίσης την ανάγκη ανάπτυξης τέτοιων μοντέλων για γλώσσες με λιγότερους πόρους και συζητούμε λίγο το τοπίο των ελληνικών Μεγάλων Γλωσσικών Μοντέλων καθώς, τις διαλεκτικές τους ικανότητες και τις εγγενείς μεροληψίες τους.

    Καταλήγουμε συζητώντας μια σειρά από κοινωνικοπολιτικά και ηθικά ζητήματα που εγείρει το καινούριο αυτό τεχνολογικό τοπίο: το οικολογικό αποτύπωμα των μοντέλων, τη συγκέντρωση της έρευνας στις μεγάλες τεχνολογικές εταιρείες, την απειλή της παραπληροφόρησης, και τις επιπτώσεις στην αγορά εργασίας.ΣΥΝΤΟΜΟ ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ:

    Ο Στέργιος Χατζηκυριακίδης γεννήθηκε στα Γρεβενά το 1980. Είναι καθηγητής Υπολογιστικής Γλωσσολογίας στο Τμήμα Φιλολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης. Τελείωσε το τμήμα Φιλολογίας του ΑΠΘ με ειδίκευση στη Γλωσσολογία. Συνέχισε τις μεταπτυχιακές σπουδές του στην Υπολογιστική Γλωσσολογία στο King’s College του Λονδίνου και εκπόνησε τη διδακτορική του διατριβή στο ίδιο πανεπιστήμιο. Έχει εργαστεί στο Royal Holloway, University of London, στο Εθνικό Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών της Γαλλίας (CNRS), στο Ανοιχτό Πανεπιστήμιο Κύπρου και στο Πανεπιστήμιο του Γκέτεμποργκ. Πριν αναλάβει καθήκοντα στο Πανεπιστήμιο Κρήτης, διετέλεσε Αναπληρωτής Διευθυντής του Κέντρου Γλωσσολογικής Θεωρίας και Πιθανοκρατικών Σπουδών (CLASP). Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα βρίσκονται στην τομή μεταξύ του NLP και της Θεωρητικής Γλωσσολογίας. Μερικά από τα θέματα στα οποία έχει εργαστεί είναι η Συνεπαγωγή Φυσικής Γλώσσας, η Υπολογιστική Διαλεκτολογία, η Θεωρητική Σημασιολογία με θεωρίες τύπων και η υπολογιστική τους επέκταση, η Πιθανοκρατική Σημασιολογία, η Μοντελοποίηση Διαλόγου, και η αλληλεπίδραση μεταξύ Λογικών/Συμβολικών Μεθόδων και Μηχανικής Μάθησης/Βαθιάς Μάθησης για το NLP.

    Κεφάλαια της Ομιλίας

    00:00:19 Εισαγωγή – Χαιρετισμός

    00:03:47 Ομιλία

    00:54:13 Ερωτήσεις

    00:54:34 Έχουμε αυτήν την στιγμή κάποιον κοινά αποδεκτό ορισμό για την νοημοσύνη; Πώς τεστάρουμε για νοημοσύνη αυτήν την στιγμή; Υπάρχει εξέλιξη στα τεστ νοημοσύνης καθώς εξελίσσονται και τα LLMs;

    00:55:38 Ποιες είναι οι βασικές προκλήσεις για την ανάπτυξη LLMs σε γλώσσες με λιγότερους πόρους, όπως τα ελληνικά;.

    00:58:43 Πώς επηρεάζει η συγκέντρωση της έρευνας στις μεγάλες τεχνολογικές εταιρείες το μέλλον της Τεχνητής Νοημοσύνης;

    01:01:10 Είστε μάχιμος ακαδημαϊκός. Πως η ΤΝ επηρεάζει το χαρακτήρα του μαθήματος, της εξέτασης και αξιολόγησης των φοιτητών ειδικά στις εργασίες οι οποίοι έχουν πλέον ένα τόσο ισχυρό εργαλείο στα χέρια τους;

    01:07:18 Οι δυνατότητες κατανόησης κειμένου μέσω των Μεγάλων Γλωσσικών Μοντέλων μπορούν να αντικαταστήσουν μεθόδους όπως την Ανάλυση Περιεχομένου (Ποιοτική Ανάλυση Περιεχομένου, Κριτική Ανάλυση Λόγου στις διάφορες κατευθύνσεις της κ.λπ.); Είναι ήδη σε αυτό το επίπεδο μήπως; Χρησιμοποιούνται στην έρευνα και θεωρούνται έγκυρα τα δεδομένα της ανάλυσής τους;

    01:09:33 Απολογισμός

  • Ομιλία Δρ. Καριοφύλλη Καραμπέρη – «Εξατομικευμένη ιατρική & θεραπεία: το κατάλληλο φάρμακο, στον κατάλληλο πληθυσμό»

    Ομιλία Δρ. Καριοφύλλη Καραμπέρη – «Εξατομικευμένη ιατρική & θεραπεία: το κατάλληλο φάρμακο, στον κατάλληλο πληθυσμό»

    Το InScience.gr σας παρουσιάζει την ομιλία του Δρ. Καριοφύλλη Καραμπέρη, ερευνητή στο Τμήμα Φαρμακευτικής του Πανεπιστημίου Πατρών και μέλος του Εργαστηρίου Φαρμακογονιδιωματικής και Εξατομικευμένης Θεραπείας, με τίτλο «Εξατομικευμένη ιατρική & θεραπεία: το κατάλληλο φάρμακο, στον κατάλληλο πληθυσμό». Η ομιλία διοργανώθηκε την Πέμπτη 20 Μαρτίου 2025.Σύντομη περίληψη:

    Η εξατομικευμένη ιατρική αποτελεί ένα ραγδαία εξελισσόμενο πεδίο που προσαρμόζει τη διάγνωση, την πρόληψη και τη θεραπεία με βάση το γενετικό προφίλ ενός ατόμου. Μεταξύ άλλων αναδυόμενων επιστημονικών πεδίων, η Φαρμακογονιδιωματική διαδραματίζει ένα καθοριστικό ρόλο στην εξατομικευμένη θεραπεία ενός ατόμου παρέχοντας την «κατάλληλη θεραπεία, στο κατάλληλο άτομο, την κατάλληλη στιγμή», βελτιστοποιώντας την απόκριση στα φάρμακα και παράλληλα μειώνοντας ή αποφεύγοντας τυχόν ανεπιθύμητες ενέργειες. Το τελευταίο διάστημα εκτός από τις διατομικές διαφορές, πολυάριθμες μελέτες έχουν αναδείξει ότι η γενετική προέλευση ενός ατόμου μπορεί να αξιοποιηθεί εκ των προτέρων και να συμβάλλει καθοριστικά στη επιλογή του κατάλληλου φαρμάκου για τον κατάλληλο πληθυσμό και την πρόβλεψη του κινδύνου που συνδέεται με τα συχνά συνταγογραφούμενα φάρμακα. Αυτή η έννοια, γνωστή ως «πληθυσμιακή φαρμακογονιδιωματική», υπόσχεται πολλά στην ενίσχυση της φαρμακογονιδιωματικής και γενικότερα στην αναδιαμόρφωση της εξατομικευμένης ιατρική και θεραπείας. Η ομιλία επικεντρώνεται κυρίως στην κατανόηση και την ανάδειξη της Εξατομικευμένης Ιατρικής και της φαρμακογονιδιωματικής ενώ παράλληλα θέτει κρίσιμα ερωτήματα όπως: «Άραγε, πόσο σημαντική είναι η γενετική προέλευση ενός ατόμου στην απόκριση ενός φαρμάκου;»ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ:

    Ο κος Καριοφύλλης Καραμπέρης είναι ερευνητής στο Τμήμα Φαρμακευτικής του Πανεπιστημίου Πατρών και μέλος του Εργαστηρίου Φαρμακογονιδιωματικής και Εξατομικευμένης Θεραπείας. Από το 2022 είναι ερευνητής – επισκέπτης στο Ινστιτούτο Εξελικτικής Βιολογίας (CSIC-UPF) του Πανεπιστημίου Pompeu Fabra στη Βαρκελώνη, Ισπανία.

    Αποφοίτησε από το τμήμα Βιοϊατρικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής στην Αθήνα, ενώ έλαβε μεταπτυχιακό δίπλωμα στις Φαρμακευτικές επιστήμες και Τεχνολογία με ειδίκευση στη «Μοριακή Φαρμακολογία, Βιοφαρμακευτική και Βιομοριακή ανάλυση» από το τμήμα Φαρμακευτικής του Πανεπιστημίου Πατρών, καθώς και το διδακτορικό του, σε συνεργασία με το Golden Helix Foundation, έναν διεθνή ερευνητικό και εκπαιδευτικό μη κερδοσκοπικό οργανισμό με έδρα το Λονδίνο στο Ηνωμένο Βασίλειο.

    Τα τελευταία έτη, ο κος Καραμπέρης έχει διατελέσει μέλος ερευνητικής ομάδας σε ερευνητικά ινστιτούτα και εταιρείες βιοτεχνολογίας υψηλού κύρους και επιστημονικής αριστείας όπως το Centre for Genomic Regulation (CRG) με έδρα την Βαρκελώνη, Ισπανία, καθώς και την Novadiscovery, εταιρεία βιοτεχνολογίας που εδράζεται στη Λυών, Γαλλία. Μεταξύ άλλων, έχει εργαστεί ως Research Technician στο King’s London College, Τμήμα Έρευνας Διδύμων και Γενετικής Επιδημιολογίας, Λονδίνο, Ηνωμένο Βασίλειο.

    Tα ερευνητικά του ενδιαφέροντα αφορούν κυρίως τους κλάδους της γονιδιωματικής και φαρμακογονιδιωματικής, καθώς και της πληθυσμιακής γενετικής και εξελικτικής βιολογίας.

    Ο κος Καραμπέρης έχει περισσότερες από 10 δημοσιεύσεις σε έγκριτα επιστημονικά περιοδικά καθώς και σημαντική συνεισφορά σε διάφορα επιστημονικά βιβλία των ανωτέρω επιστημονικών πεδίων. Παράλληλα, είναι κριτής (Review Editor) σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά όπως το Frontiers in Pharmacology και Frontiers in Genetics (Frontiers Journal).

    Κεφάλαια της Ομιλίας

    00:00:21 Εισαγωγή – Χαιρετισμός

    00:05:19 Ομιλία

    01:03:45 Ερωτήσεις

    01:04:00 Τι είναι η αλληλούχιση του γονιδιώματος;

    01:05:06 Πώς επηρεάζει η ανάλυση μεγάλων δεδομένων (big data) την ανάπτυξη εξατομικευμένων θεραπευτικών στρατηγικών;

    01:07:00 Τι κίνδυνοι υπάρχουν αν κάποιος έχει πρόσβαση στο γονιδίωμά μας;

    01:09:21 Πώς μπορούν οι βιοδείκτες να συμβάλλουν στην πρόγνωση της απόκρισης σε θεραπεία και στην παρακολούθηση της προόδου της νόσου;

    1:11:45 Πώς μπορεί η εξατομικευμένη ιατρική να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της ανθεκτικότητας στα φάρμακα και τις ανεπιθύμητες ενέργειες;

    1:14:16 Αν θέλει κάποιος να ακολουθήσει τη χρήση αυτής της μεθόδου ποια βήματα θα πρέπει να ακολουθήσει για να βρει το κατάλληλο φάρμακο για μια ασθένεια;

    1:15:55 Γιατί περνάμε από το «κατάλληλο φάρμακο σε έναν άνθρωπο» στο «κατάλληλο φάρμακο σε έναν πληθυσμό»;

    1:18:05 Τα πληθυσμιακά δείγματα της έρευνάς σας είναι ικανά σε μέγεθος για την εξαγωγή αξιόπιστων συμπερασμάτων;

    1:19:40 Μπορεί η γονιδιωματική να αντιμετωπίσει αυτοάνοσα νοσήματα;

    1:22:05 Επίλογος

  • ΕΜΦΥΛΕΣ ΠΡΟΚΑΤΑΛΗΨΕΙΣ ΣΕ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥΣ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗΣ: MIA ΦΕΜΙΝΙΣΤΙΚΗ ΚΡΙΤΙΚΗ

    ΕΜΦΥΛΕΣ ΠΡΟΚΑΤΑΛΗΨΕΙΣ ΣΕ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥΣ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗΣ: MIA ΦΕΜΙΝΙΣΤΙΚΗ ΚΡΙΤΙΚΗ

    Χαλλιορή Μαρκέλλα

    Το άρθρο αυτό αποτελεί μία εισαγωγή στη συζήτηση των έμφυλων προκαταλήψεων που εντοπίζονται στα συστήματα Τεχνητής Νοημοσύνης. Εξετάζοντας ορισμένες προβληματικές περιπτώσεις, και χρησιμοποιώντας τον φακό των φεμινιστικών θεωριών, θα προσπαθήσουμε να αναδείξουμε την πολυπλοκότητα και την ανάγκη για άμεση απεύθυνση του ζητήματος. Είναι οι έμφυλες αλγοριθμικές προκαταλήψεις απλώς μια τεχνική ατέλεια;Η ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΤΟΥ DREYFUS ΚΑΙ Η ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ ΣΗΜΕΡΑ

    Το 1992 στο βιβλίο του What computers still can’t do, ο Dreyfus ανακοινώνει τον «θάνατο της τεχνητής νοημοσύνης», που κατά την άποψή του δεν έζησε ποτέ (Dreyfus, 1992). Πρόκειται για το τρίτο κατά σειρά έργο που ο συγγραφέας αφιερώνει στην κριτική της νεοεισηγμένης τότε τεχνολογίας της Τεχνητής Νοημοσύνης, καταδικάζοντας την αφελή αισιοδοξία των ερευνητών, ότι οι μηχανές θα μπορέσουν κάποτε να αναπαραστήσουν –έως και να αντικαταστήσουν– την ανθρώπινη νοημοσύνη. Η δυσπιστία του εντοπιζόταν στην ίδια τη συγκρότηση των συστημάτων: τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης, όπως και η επιστήμη των υπολογιστών εν γένει, βασίζονται στη μοντελοποίηση πληροφοριών με τη χρήση μαθηματικού φορμαλισμού και κανόνων συμβολικής λογικής. Αντίθετα, η ανθρώπινη νοημοσύνη, η ικανότητα για μάθηση, κατανόηση και κρίση προκύπτει ως ένα κράμα συνειδητών και ασυνείδητων λειτουργιών, οι οποίες, σε συνδυασμό με την βιωματική αλληλεπίδραση με το περιβάλλον του νοούντος, είναι αδύνατο να τυποποιηθούν με μαθηματικούς όρους. Αντλώντας από τη φιλοσοφική παράδοση της φαινομενολογίας, τη σημασία της ενσώματης εμπειρίας στη νόηση και την αδυναμία τυποποίησης της ανθρώπινης συμπεριφοράς, το πόρισμα του Dreyfus ήταν κατηγορηματικό: οι υπολογιστές δεν θα μπορέσουν ποτέ να μιμηθούν πλήρως την ανθρώπινη σκέψη.

    Παρόλα αυτά, περίπου τριάντα χρόνια αργότερα, είναι δύσκολο να αποφανθεί κάποιος σε ποιο βαθμό έχει επιβεβαιωθεί η πρόβλεψη του Dreyfus. Τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης (εφεξής ΤΝ) αποτελούν αναπόσπαστα κομμάτια των σύγχρονων κοινωνιών, επηρεάζοντας την καθημερινή μας ζωή με πρωτόγνωρους τρόπους. Δεν πρόκειται απλά για μηχανές που εκτελούν εργασίες· πρόκειται για συστήματα που λαμβάνουν κρίσιμες αποφάσεις, –συχνά απουσία ανθρώπινης παρέμβασης– και έχουν μετασχηματίσει ριζικά την έννοια της αυτοματοποίησης και τον βαθμό στον οποίο βασιζόμαστε σε αυτήν. Ταυτόχρονα, η ραγδαία εξέλιξη της επιστήμης και της τεχνολογίας έχει καθορίσει τον τρόπο που συλλέγουμε πληροφορίες, αντιλαμβανόμαστε και αλληλεπιδρούμε με τον κόσμο. Για πρώτη φορά, τα δεδομένα που αφορούν τον ατομικό και κοινωνικό βίο είναι, λόγω της ψηφιακής μορφής τους, σε τέτοιο βαθμό συγκεντρωμένα, προσβάσιμα και επεξεργάσιμα όσο σε καμία άλλη στιγμή της ιστορίας (Τάσης, 2019).

    Χωρίς αμφιβολία, το άλλοτε αποκύημα της επιστημονικής φαντασίας, η TN, αποτελεί πλέον τη βάση του τεχνοεπιστημονικού –και μη– κόσμου και την πιο καθοριστική τεχνολογία του 21ου αιώνα. Χάρη στην υπερπληθώρα διαθέσιμων δεδομένων, στην υπολογιστική ισχύ αυτών των συστημάτων και στο επαγόμενο θριαμβευτικό πλεονέκτημα που κατέχουν στην ταχεία και ακριβή επίλυση προβλημάτων, οι υπολογιστές «συναγωνίζονται» σήμερα τους ανθρώπους στην ανάληψη και εκτέλεση σύνθετων εργασιών, συχνά μάλιστα υπερτερώντας (Μήτρου, 2023). Επιστημικές αρετές, όπως η ταχύτητα, η ακρίβεια, η απλούστευση πολύπλοκων εργασιών, η επεξεργασία τεράστιου όγκου δεδομένων και η αμεροληψία, αποτελούν ταυτόχρονα τη βάση των προσδοκιών μας από τα συστήματα, γεγονός στο οποίο θεμελιώνεται (;) η ανάθεση σε αυτά έως τώρα «ανθρώπινων» καθηκόντων. Ανεξαρτήτως της πρόβλεψης του Dreyfus για αποτυχία προσομοίωσης της ανθρώπινης νόησης, τα συστήματα ΤΝ έχουν υπεισέλθει σε κάθε πτυχή της ιδιωτικής και δημόσιας σφαίρας, συνοδευόμενα από σημαντικές ευκαιρίες: από την εξατοµίκευση των διαφηµίσεων που ϕτάνουν σε εµάς µέχρι την ενηµέρωση νοµικών αποφάσεων, την ιατρική, την εκπαίδευση και την πρόσληψη προσωπικού, η σηµασία των Συστηµάτων ΤΝ στις σύγχρονες κοινωνίες είναι καινοφανής και αυξανόµενη.

    Ωστόσο τα τελευταία χρόνια, οι αρχικές αντενδείξεις ότι τέτοια συστήματα θα λειτουργούσαν ως αγωγοί ανθρώπινης ευημερίας και υπέρβασης των κοινωνικών αντιθέσεων έχουν δώσει τη θέση τους σε μία σκληρή βεβαιότητα: η χρήση τέτοιων συστημάτων για τη λήψη αποφάσεων ισοδυναμεί συχνά με όξυνση της κοινωνικής πόλωσης, την καταπάτηση θεμελιωδών δικαιωμάτων και ελευθεριών. Τα συστήµατα ΤΝ αποδεικνύονται, ως κοινωνικά προϊόντα, βαθιά ενσωµατωµένα στα κοινωνικά, πολιτικά και πολιτισµικά πλαίσια µέσα στα οποία παράγονται. Ο όγκος τεκµηρίων που υποδεικνύουν ότι τα συστήµατα ΤΝ συχνά αντανακλούν και διαιωνίζουν τις υφιστάµενες κοινωνικές προκαταλήψεις σε βάρος των διαφορετικών µειονοτήτων συνεχώς αυξάνεται: συστήµατα αναγνώρισης προσώπου αποτυγχάνουν να αναγνωρίσουν άτοµα µε σκούρο δέρµα, αλγόριθµοι προσλήψεων απορρίπτουν αυτόµατα βιογραφικά που περιέχουν λέξεις όπως «γυναικείο», δικαστικά συστήµατα προγνωστικής αξιολόγησης στοχοποιούν δυσανάλογα ορισμένες µειονότητες χαϱακτηρίζοντάς τες «πιο επικίνδυνες».

    Φαίνεται λοιπόν πως οι κυρίαρχες κοινωνικές πεποιθήσεις και προκαταλήψεις εµφωλεύουν στις αλγοριθµικές δοµές, µε αποτέλεσµα οι εφαρµογές της ΤΝ συχνά να συνεπάγονται τη διαιώνιση των ίδιων διακρίσεων που καλούνται να επιλύσουν. Ανάµεσα στις διεγνωσµένες διακρίσεις, η έµφυλη µεροληψία των συστηµάτων ΤΝ, αποτελεί το κέντρο βάρους του σώματος της βιβλιογραφίας και των ερευνών που σχετίζονται με την αλγοριθμική δικαιοσύνη. Πώς λοιπόν βλέπει, μιλά και αποφασίζει η ΤΝ για τις γυναίκες;

    ΠΡΟΣΔΟΚΙΕΣ ΠΟΥ ΔΕΝ ΠΡΑΓΜΑΤΩΘΗΚΑΝ: ΟΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ

    1) Αλγόριθμοι Αναγνώρισης και Δημιουργίας Εικόνας

    Η εικόνα των γυναικών αποτέλεσε για χρόνια (αν δεν συνεχίζει να είναι) πηγή πολλών στερεοτυπικών αντιλήψεων εις βάρος τους, καθώς και των καταπιεστικών πρακτικών που τις συνοδεύουν. Δεν αποτελεί λοιπόν έκπληξη το γεγονός ότι οι αλγόριθμοι αναγνώρισης εικόνας μετουσιώνουν το ψηφιακό ανάλογο των προκαταλήψεων που υπάρχουν στον «πραγματικό» κόσμο. Όπως φαίνεται, η «φαινομενολογία» των αλγορίθμων αναγνώρισης εικόνας δεν κατάφερε να αποδράσει από τις νόρμες του κοινωνικού «αποφαίνεσθαι».

    Σε έρευνα που δημοσιεύτηκε το 2021, οι Steed και Caliskan αποπειράθηκαν να ποσοτικοποιήσουν τις έμφυλες προκαταλήψεις που παρεισφρέουν στα οπτικά δεδομένα εκπαίδευσης των αλγορίθμων και συνεπώς στα αποτελέσματά τους. Η ιδέα του πειράματός τους ήταν απλή: περικόπτοντας φωτογραφίες και κρατώντας μόνο τα πρόσωπα των ανδρών και γυναικών που απεικονίζονταν, ζήτησαν από τον αλγόριθμο να συμπληρώσει την εικόνα. Όταν το πείραμα ολοκληρώθηκε διαπίστωσαν πως το 52,5% των φωτογραφιών των γυναικών τις απεικόνιζαν με μπικίνι ή χαμηλό ντεκολτέ. Αντιθέτως, το 42,5% των ανδρών, όπως τους φαντάστηκε ο αλγόριθμος, φορούσαν κουστούμι (Steed et al., 2021).

    Σε αντίστοιχη μελέτη που πραγματοποιήθηκε το 2020, ο αλγόριθμος αναγνώρισης εικόνας της Google (Google Cloud Vision) τροφοδοτήθηκε με επιλεγμένες φωτογραφίες ανδρών και γυναικών μελών του Κογκρέσου. Παρά την ομοιογένεια των δεδομένων εισόδου για τις δύο διαφορετικές δημογραφικές ομάδες, οι έξοδοι του μοντέλου φανέρωσαν μία αυθαίρετη ασυνέπεια στην αναγνώριση των χαρακτηριστικών των εικονιζόμενων: η αντίστοιχη απόδοση «ετικετών» (labels), αναπαρήγαγε τις στερεοτυπικές αντιλήψεις που σχετίζονται με τον έμφυλο καταμερισμό της εξουσίας (βλ. Εικ. 1 & 2). Συγκεκριμένα, και παρά το κοινό για όλους «φόντο» και την ενδυματολογική ομοιομορφία, οι ετικέτες που αντιστοιχήθηκαν στους άνδρες ήταν, μεταξύ άλλων, «δημόσιος ομιλητής» και «λόγος» ενώ στις γυναίκες αναγνωρίστηκαν χαρακτηριστικά όπως «τηλεπαρουσιάστρια» και «χαμόγελο» (Schwemmer et al., 2020).

    Εικόνα 1: Η υπηρεσία αναγνώρισης εικόνας της Google τείνει να «βλέπει» διαφορετικά άνδρες και γυναίκες. Πηγή: Schwemmer et al., 2020.

    Εικόνα 2: Η συχνότητα απόδοσης ετικετών σε φωτογραφίες ανδρών και γυναικών. Πηγή: Schwemmer et al., 2020.

    2) Αλγόριθμοι Αυτόματης Μετάφρασης

    Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο εντείνεται το ψηφιακό κοινωνικό χάσμα (εξαιτίας μεροληπτικών αναπαραστάσεων), είναι μέσω των συστημάτων Επεξεργασίας Φυσικής Γλώσσας. Η Επεξεργασία Φυσικής Γλώσσας (Natural Language Processing ή NLP) είναι ένας υποτομέας της ΤΝ και της γλωσσολογίας που ασχολείται με την ανάπτυξη συστημάτων υπολογιστών με στόχο την ανάλυση και την επεξεργασία γλώσσας. Μεταξύ άλλων, σε αυτή την τεχνοτροπία βασίζονται τα μοντέλα αυτόματης μετάφρασης. Δεδομένου ότι αυτοί οι αλγόριθμοι εκπαιδεύονται σε τεράστιο όγκο κειμένων για να αναγνωρίσουν γλωσσικά μοτίβα, είναι αναμενόμενο πως «απορροφούν» στη μάθησή τους όλες τις προκαταλήψεις που είναι εγγεγραμμένες σε αυτά (Nicholas et al., 2023).

    Στη μελέτη τους που δημοσιεύτηκε το 2019, οι Prates, Avelar και Lamb, εξέτασαν την μετάφραση προτάσεων από 12 ουδέτερες ως προς το φύλο γλώσσες, όπως τα Ουγγρικά και τα Κινέζικα, στα Αγγλικά, χρησιμοποιώντας το Google Translate. Συγκεκριμένα, οι προτάσεις που χρησιμοποιήθηκαν αφορούσαν διάφορες θέσεις εργασίας (βλ. Εικ. 3). Αυτό που έδειξε η έρευνα είναι η συστηματική «ανάθεση» ανδρικών αντωνυμιών σε επαγγέλματα των Θετικών Επιστημών, ακόμα και αν αυτό ερχόταν σε διαφωνία με την ποσοστιαία στελέχωση των επαγγελμάτων στον πραγματικό κόσμο (Prates et al., 2019). Τέτοιου είδους προκαταλήψεις παρέχουν ένα «παράθυρο» στον τρόπο που η κοινωνία μας μιλάει (και γράφει) για τις γυναίκες στον χώρο εργασίας. Πώς ακριβώς όμως εγγράφεται στα δεδομένα η συστημική ασυμμετρία;

    Οι ενσωματώσεις λέξεων (word embeddings) είναι ένας τρόπος αναπαράστασης των λέξεων ως αριθμητικών τιμών (διανυσμάτων), ώστε να έρθουν σε μορφή «κατανοητή» από ένα υπολογιστή. Στην ουσία πρόκειται για ένα «χάρτη» λέξεων, όπου λέξεις με νοηματική συνάφεια εντοπίζονται κοντά η μία στην άλλη και το αντίστροφο. Ενδεικτικά, σε ένα πρόβλημα της μορφής «Παρίσι: Γαλλία => Τόκιο: x», ο αλγόριθμος επιστρέφει σαν έξοδο τη λέξη «Ιαπωνία». Ωστόσο, στην περίπτωση του «άνδρας: γυναίκα => προγραμματιστής: x», ο αλγόριθμος επιστρέφει «νοικοκυρά» (Bolukbasi et al., 2016). Το 2017, ερευνητές του πανεπιστημίου Stanford έκαναν μία απόπειρα να ποσοτικοποιήσουν το «σφάλμα» της αναπαράστασης του έμφυλου εργασιακού καταμερισμού. Ερεύνησαν το κατά πόσο οι συσχετίσεις μεταξύ γυναικών και επαγγελμάτων στις ενσωματώσεις λέξεων είναι αντιπροσωπευτικές της πραγματικότητας. Αυτό που διαπίστωσαν είναι η πριμοδότηση του ανδρικού φύλου: ακόμα και τα επαγγέλματα στα οποία απασχολούνται ίσος αριθμός ανδρών και γυναικών εντοπίζονται πιο κοντά σε λέξεις που συνδέονται με τους άνδρες (Garg et al., 2018).

    Εικόνα 3: Παράδειγμα του πώς μεταφράζονται προτάσεις που αναφέρονται σε επαγγέλματα από τα –ουδέτερα ως προς το φύλο–- Ουγγρικά στα Αγγλικά. Πηγή: Prates et al., 2019.

    3) Αλγόριθμοι Προσλήψεων: Η περίπτωση της Amazon

    Τα παραδείγματα που προηγήθηκαν είναι ενδεικτικά του πώς μεροληπτικά συστήματα ΤΝ βλέπουν, ή μιλούν για, τις γυναίκες. Ωστόσο σε αυτά τα στιγμιότυπα, η άνιση —και άδικη— εκπροσώπηση των γυναικών φαίνεται να έχει απλά μία περιγραφική διάσταση, χωρίς άμεσες επιπτώσεις στη ζωή τους. Η δημιουργία και η χρήση του αλγορίθμου προσλήψεων της Amazon αποτελεί ένα παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο τέτοια συστήματα λαμβάνουν αποφάσεις για τις γυναίκες. Η περίπτωση της Amazon είναι ενδεικτική του πώς οι μακροχρόνιες πρακτικές αποκλεισμού των γυναικών από συγκεκριμένες θέσεις εργασίας επανεφευρίσκονται και επανεγγράφονται στην κοινωνική πραγματικότητα την εποχή της ψηφιακότητας.

    Το 2014 η Amazon υιοθέτησε ένα εργαλείο για την αξιολόγηση των βιογραφικών των υποψηφίων για τις ανοιχτές θέσεις εργασίας. Βασισμένο σε αλγορίθμους επεξεργασίας φυσικής γλώσσας και μηχανικής μάθησης, η χρήση του εργαλείου θα πληρούσε τρείς επιθυμητές προδιαγραφές: ταχύτητα, χαμηλό κόστος και ουδετερότητα. Το μοντέλο εκπαιδεύτηκε στα δεδομένα του εργατικού δυναμικού της εταιρίας και συγκεκριμένα στους υπαλλήλους των τελευταίων δέκα ετών. Στόχος ήταν να μάθει τα χαρακτηριστικά των επιτυχημένων —ως εργαζομένων— υποψηφίων, να αναζητήσει παρόμοια στοιχεία στα βιογραφικά που υποβάλλονταν για αξιολόγηση και στη συνέχεια να τα βαθμολογήσει στην κλίμακα του 5. Μέχρι το 2015 είχε γίνει αντιληπτό από την Amazon ότι παρά την ελαχιστοποίηση χρόνου και κόστους, ο αλγόριθμος αποτύγχανε σε μία από τις βασικές του επιδιώξεις: την ουδετερότητα.

    Δεδομένου ότι η συντριπτική πλειονότητα του υπάρχοντος εργατικού δυναμικού σε τεχνικές θέσεις ήταν άνδρες, ο αλγόριθμος, εξαιτίας της εκπαίδευσής του σε ιστορικά δεδομένα, ήταν συστηματικά προκατειλημμένος εναντίον των γυναικών υποψηφίων. Με άλλα λόγια, το μοντέλο «συνέδεε» τις γυναίκες με την έλλειψη επιτυχίας. Έτσι, κάθε φορά που ο αλγόριθμος συναντούσε σε ένα βιογραφικό λέξεις όπως «γυναίκα» ή «κολέγιο θηλέων», το υποβάθμιζε βαθμολογικά, ενισχύοντας την πιθανότητα απόρριψης των υποψηφίων (Langenkamp et al., 2020). Η χρήση του αλγόριθμου δεν διαιώνιζε απλώς μία κοινωνική ανισότητα, αλλά την ενέτεινε: άνδρες στα ιστορικά δεδομένα -> άνδρες ως καλύτεροι υποψήφιοι εργαζόμενοι -> πρόσληψη ανδρών -> περισσότεροι άνδρες στα ιστορικά δεδομένα. Πρόκειται για βρόχο ανατροφοδότησης (feedback loop): το αρχικό μοτίβο των δεδομένων αναπαράγεται μέσω της επανάληψης της διαδικασίας, οδηγώντας σε «αυτοενίσχυση» της ανισότητας.

    ΑΛΓΟΡΙΘΜΙΚΗ ΔΙΚΑΙΟΣΥΝΗ ΚΑΙ ΦΕΜΙΝΙΣΤΙΚΕΣ ΘΕΩΡΙΕΣ: ΓΙΑΤΙ ΧΡΕΙΑΖΟΜΑΣΤΕ ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ;

    Φαίνεται λοιπόν πως, η ανάπτυξη των εφαρμογών της ΤΝ και η ταυτόχρονη αναγνώριση των αδυναμιών της έχει οδηγήσει ψηφιακούς ουτοπιστές και τεχνοσκεπτικιστές σε κοινό έδαφος. Είναι δύσκολο ακόμα και για τους πιο αισιόδοξους να αγνοήσουν τα προβληματικά αποτελέσματα της ΤΝ και τους κινδύνους που προκύπτουν από αυτά. Τα παραδείγματα που παρουσιάστηκαν παραπάνω «στοιβάζονται» μαζί με τις υπόλοιπες ενδείξεις ότι επιστήμη και τεχνολογία δεν είναι, και ούτε πρόκειται να είναι ποτέ, αξιακά ουδέτερες. Είναι προφανές πως ιδιαίτερα η ΤΝ, μια τεχνολογία τόσο ρευστή ως προς τα όρια και τις δυνατότητες της, αναπόφευκτα παίρνει το σχήμα του κοινωνικού πλαισίου μέσα στο οποίο γεννιέται.

    Η παρείσφρηση σεξιστικών αξιών στο σχεδιασμό, την υλοποίηση και την εφαρμογή της ΤΝ δεν αποτελεί πρωτοφανές συμβάν στην ιστορία της επιστήμης και της τεχνολογίας. Πρωτοφανής είναι όμως ο τρόπος με τον οποίο αποκρύπτεται και ενισχύεται η κοινωνική ανισότητα, ιδιαίτερα εις βάρος των γυναικών, από προκαταλήψεις που είναι «εγγεγραμμένες στον κώδικα των μηχανών», φαινόμενο το οποίο η Noble ορίζει ως αλγοριθμική καταπίεση (Noble, 2018). Την ίδια χρονιά, η Eubanks γράφει: «οι μηχανές που εκπαιδεύονται σε δεδομένα-προϊόντα άνισων κοινωνιών τείνουν να μεγεθύνουν τις υπάρχουσες ανισότητες, μετατρέποντας τις ανθρώπινες προκαταλήψεις σε φαινομενικά αντικειμενικά γεγονότα. Mια επιδεξιότητα υψηλής τεχνολογίας που ενθαρρύνει τους χρήστες να αντιλαμβάνονται βαθιά πολιτικές αποφάσεις ως φυσικές και αναπόφευκτες» (Eubanks, 2018).

    Χωρίς αμφιβολία, είναι μεγάλος ο όγκος της βιβλιογραφίας σήμερα που πηγάζει από την αποκάλυψη της «βλάβης» της ΤΝ, άλλες φορές νοημένης ως τεχνικού σφάλματος και άλλοτε ως εγγενούς αδυναμίας. Σε κάθε περίπτωση φαίνεται πως τα θεμελιώδη φιλοσοφικά, κοινωνικά και πολιτικά ερωτήματα που τίθενται για το σύγχρονο άνθρωπο με αφορμή την ΤΝ δεν είναι νέα, αλλά επαναδιατυπώνονται στο παρασκήνιο των ισχυρών μετασχηματιστικών αλλαγών. Η εισαγωγή της ΤΝ μας προ(σ)καλεί να επαναστοχαστούμε πάνω στην ανθρώπινη κατάσταση και τις σχέσεις αυτής με την ηθική και την τεχνολογία. Είναι η τεχνολογία per se που αναπτύσσει τις επιπτώσεις ή ο τρόπος που αυτή εμπλέκεται με τις κοινωνικές, κρατικές και οικονομικές δομές;

    Τα ερωτήματα αυτά είχαν γίνει θέμα των φεμινιστικών ερευνών αρκετά πριν γίνουν σημείο αναφοράς των συζητήσεων περί ηθικής της ΤΝ. O όρος «Φεμινιστική Τεχνητή Νοημοσύνη» εμφανίζεται πρώτη φορά το 1995, στο «Embodying Knowledge: A Feminist Critique of Artificial Intelligence» (Adam, 1995). Πλοηγούμενη μεταξύ των βασικών ιδεών της φεμινιστικής επιστημολογίας και των –μέχρι τότε– περιορισμένων δυνατοτήτων της ΤΝ, η Adam ρωτά τί σημαίνει να γνωρίζεις. Δεδομένου ότι η γνώση και η αναπαράστασή της αποτελούν την καρδιά της ΤΝ, στη μελέτη της Adam το φύλο γίνεται αναλυτικό εργαλείο για την εξερεύνηση του πώς τα συστήματα αυτά αναπαριστούν τη γνώση, ποιου είδους γνώση αναπαρίσταται και ποιος την κατέκτησε.

    Σύμφωνα με την Adam η ΤΝ μετουσιώνει ψηφιακά την ιδέα του καρτεσιανού δυϊσμού. Ο νους διαχωρίζεται από το σώμα και δεν επικρατεί απλά έναντι αυτού, αλλά το συνθλίβει. Δίνεται έμφαση στις αναπαραστάσεις προτασιακής λογικής, μια σύγχρονη εκδοχή νοησιαρχίας, όπου η γνώση οργανώνεται μέσω αυστηρών κανόνων της μορφής «αν-τότε». Αυτό συνεπάγεται έναν τρόπο κατανόησης της πραγματικότητας που βασίζεται στην έκφραση «ο-S-ξέρει-ότι-p» – με τον S να λειτουργεί ως ένας παντογνώστης παρατηρητής και το p ως ένα αληθές, μονοσήμαντα ερμηνεύσιμο παρατηρούμενο γεγονός. Άλλωστε, η ιδέα της αμερόληπτης και καθολικής αναπαράστασης της πραγματικότητας, ή αλλιώς το «τέχνασμα του Θεού» όπως διατυπώθηκε από τη Haraway, είχε βρεθεί στο στόχαστρο των φεμινιστικών κριτικών πολύ πριν γίνει σχετική με το ζήτημα της δικαιοσύνης των συστημάτων ΤΝ. Σύμφωνα με τη Haraway, κάθε γνώση παράγεται σε –και συγκροτείται από– συγκεκριμένα κοινωνικά, πολιτισμικά και ιστορικά πλαίσια, εντός των οποίων χρησιμοποιείται (Pinto, 2020). Αμφισβητώντας την παραδοσιακή άποψη που καθιστά την έννοια της αντικειμενικότητας ταυτόσημη με τη «θέαση των πάντων από το πουθενά», η Haraway επανατοποθετεί το υποκείμενο που γνωρίζει, στις κοινωνικές συντεταγμένες μέσα στις οποίες γνωρίζει. Αυτή η τοποθέτηση, η συνειδητοποίηση δηλαδή ότι τα ιδιάζοντα κοινωνικά χαρακτηριστικά μίας περιόδου διαμορφώνουν τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο, δεν αναστέλλει την κατάκτηση της αλήθειας. Αντιθέτως, η αναστοχαστική αναγνώριση της τοπικότητας συμβάλλει σε ισχυρότερες και πιο αξιόπιστες μορφές γνώσης, που συλλαμβάνουν την πολυπλοκότητα και την πολλαπλότητα των κοινωνικών οπτικών.

    Υιοθετώντας τη θέση της Haraway για την κοινωνική τοποθέτηση κάθε μορφής γνώσης, η Adam καλεί σε επαναξιολόγηση των αξιωμάτων πάνω στα οποία στηρίζεται η φιλοσοφία σχεδιασμού της ΤΝ. Προτείνει τη μετατόπιση από τις παραδοσιακές απόψεις του Διαφωτισμού περί νοημοσύνης ως ορθολογικότητας προς μία πιο συμπεριληπτική κατανόηση του όρου, στην οποία θα λαμβάνεται υπόψη ο ρόλος της ενσώματης εμπειρίας στην παραγωγή γνώσης. Η Adam «αντιστέκεται» για δύο λόγους. Πρώτον, διότι πολλά από όσα γνωρίζουν οι γυναίκες δεν μπορούν να διατυπωθούν υπό το πρότυπο της προτασιακής λογικής και, δεύτερον, διότι αυτή ακριβώς η αδυναμία μετάφρασης των γυναικείων βιωμάτων συμβάλλει στην απαξίωση της γνώσης των γυναικών, αν όχι ως μη-γνώσης, σίγουρα ως ασήμαντης (Adam, 1996).

    Όταν έγραφε η Adam, το αντικείμενο της κριτικής της –τα συστήματα ΤΝ της εποχής– ήταν σε πρωτόλεια μορφή σε σύγκριση με αυτά που χρησιμοποιούμε σήμερα. Οι παρατηρήσεις της, περισσότερο ως ανησυχίες, δεν είχαν περάσει ακόμα από τη σφαίρα του θεωρητικού σε αυτή του εφαρμοσμένου. Τριάντα χρόνια αργότερα, οι βασικές θέσεις της Adam παραμένουν επίκαιρες και το κέντρο βάρους της φεμινιστικής κριτικής εντοπισμένο στο πώς η γνώση της ΤΝ, όπως κάθε άλλη γνώση, διέπεται από υπόρρητες σχέσεις εξουσίας. Η φεμινιστική σκέψη έχει ασκήσει ισχυρή κριτική στους τρόπους με τους οποίους τα συστήματα ΤΝ τυποποιούν, ταξινομούν και ενισχύουν ιστορικές μορφές διακρίσεων. Η προσοχή στρέφεται, πρωτίστως, στην ίδια την διαδικασία ταξινόμησης των δεδομένων, η οποία νοείται από τους φεμινιστικούς κύκλους ως πράξη πολιτική: ποιος επιλέγει, καταγράφει και ερμηνεύει τα δεδομένα που θα χρησιμοποιηθούν; Υπάρχει μία και μοναδική, απόλυτη αλήθεια στα δεδομένα; Είναι οι διαπιστωμένες αλγοριθμικές προκαταλήψεις «απλώς» αποκλίσεις από –κατά τα άλλα– ορθώς ορισμένες τιμές, ή μήπως είναι ενδείξεις ελλιπούς και αφελούς προεπεξεργασίας (Lee et Singh, 2021);

    Στόχος της φεμινιστικής κριτικής είναι η συνειδητοποίηση ότι οι περίπλοκες διαδικασίες καθορισμού χαρακτηριστικών, προκαταρκτικής ταξινόμησης των δεδομένων εκπαίδευσης και «ρύθμισης» κατωφλίων και παραμέτρων βασίζονται στην ανθρώπινη κρίση. Συγκεκριμένα, επικρίνουν την «προδιάθεση» των ερευνητών της ΤΝ να σχηματίσουν βιαστικούς ορισμούς και αυστηρές τομές μεταξύ όσων υπάρχουν, στριμώχνοντας την πραγματικότητα σε «ετικέτες». Η κατηγοριοποίηση των δεδομένων, όπως γίνεται σήμερα, στοχεύει στην «επιβολή της τάξης μέσα στην ακαταστασία της ζωής» (West, 2020), καταλήγοντας όμως να «ισοπεδώνει» την ποικιλομορφία της ανθρωπότητας και να κρατά κεκαλυμμένη την κοινωνική ανισότητα.

    Οι έμφυλες προκαταλήψεις που ενσωματώνονται στα συστήματα ΤΝ δεν αποτελούν σφάλματα ή βλάβες, αλλά το αποτέλεσμα χρόνιων δομικών ανισοτήτων. Στη νέα ψηφιακή πραγματικότητα, αυτές οι προκαταλήψεις είναι ακόμα δυσκολότερο να ανιχνευθούν, ιδιαίτερα τη στιγμή που ο ίδιος ο σκοπός των συστημάτων υποτίθεται πως είναι να υπερβούν την ανθρώπινη μεροληψία (Wajcman & Young, 2023). Οι ισχυρισμοί του τύπου «το έκανε ο αλγόριθμος» και οι λοιπές συμπαραδηλώσεις περί ηθικής υπαιτιότητας είναι ορισμένοι από τους λόγους για τους οποίους η φεμινιστική κριτική στην ΤΝ είναι αναγκαία. Έμμεσα είτε άμεσα, υπάρχει πάντα ένας άνθρωπος που φέρει την ευθύνη για τις αποφάσεις που λαμβάνονται ή καθοδηγούνται από έναν αλγόριθμο (Greene et al., 2019). Αλλά ποιος;

    H Adam παραθέτει: «Δεν με ενδιαφέρει το φύλο των ατόμων που εμπλέκονται, αλλά το φύλο των ιδεών που παράγουν» (Adam, 1996, σελ. 49). Ωστόσο φαίνεται πως αυτά τα δύο δεν είναι ανεξάρτητα: είναι σημαντικό το ποιος «είναι στο δωμάτιο» και ακόμα σημαντικότερο το ποιος απουσιάζει. Σύμφωνα με έρευνα του World Economic Forum το 2023, το 70% των ειδικών στην ΤΝ ήταν άνδρες και μόλις το 30% γυναίκες (WEF, 2023). Και ενώ η συμπερίληψη των γυναικών σε ανάλογες θέσεις εργασίας προβάλλει ως ανάγκη επιτακτική, από μόνη της δεν είναι αρκετή. Παράλληλα, οι στατιστικές μέθοδοι ή η ανάκληση προκατειλημμένων συστημάτων δεν αρκούν για να καταπολεμήσουν την «αλγοριθμική καταπίεση». Αυτό που χρειάζεται είναι να αναγνωριστεί η υποβόσκουσα ιεραρχική λογική που εξαρχής «δημιούργησε» προνομιούχα και μη-προνομιούχα υποκείμενα (West, 2020). Επιστρέφοντας στο παράδειγμα της Amazon, προφανώς και η κατάργηση του ελαττωματικού εργαλείου προσλήψεων δεν ισοδυναμεί με τη λύση του προβλήματος. Εν προκειμένω, το πρόβλημα δεν ήταν το ίδιο το σύστημα, αλλά τα έτη προκατάληψης που διαμόρφωσαν την εταιρική κουλτούρα της Amazon ως ανδρική.

    Γιατί λοιπόν χρειαζόμαστε καλύτερη Τεχνητή Νοημοσύνη; Η απόπειρα βελτιστοποίησης αυτών των συστημάτων είναι πολλά παραπάνω από απόπειρα ενίσχυσης της τεχνοεπιστημονικής «αποδοτικότητας». Παραφράζοντας την Fehr, «αυτές οι μηχανές πρέπει να αλλάξουν, όχι επειδή εισάγουν ή προκαλούν τον σεξισμό, αλλά επειδή καθιστούν πιο δύσκολο το να αντισταθούμε στο σεξισμό που βιώνουμε ήδη» (Fehr, 2022).

    ΑΝΤΙ ΕΠΙΛΟΓΟΥ: ΕΊΝΑΙ ΑΥΤΉ Η ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ ΑΡΚΕΤΑ ΚΑΛΗ;

    Μισό αιώνα μετά την πρώτη εφαρμογή της στην καθημερινή μας ζωή, η ΤΝ έχει αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο πλοηγούμαστε στην κοινωνική πραγματικότητα. Την ίδια στιγμή που οι εκφάνσεις της ζωής μας μεταφορτώνονται η μία μετά την άλλη στον υπολογιστικό κόσμο, η ρομαντικοποίηση της ψηφιοποίησης φαίνεται να καταρρέει: παρά την ταχύτητα, την αποδοτικότητα, τις δυνατότητες αυτοματοποίησης και την πρόσβαση σε υπέρογκα σύνολα δεδομένων, τα συστήματα ΤΝ, ως κοινωνικά προϊόντα, αντανακλούν –και συχνά οξύνουν– τις ανισότητες που συναντώνται στο εκάστοτε χωροχρονικό πλαίσιο δημιουργίας τους.

    Η έµφυλη µεροληψία των συστηµάτων ΤΝ, συνιστώντας πολλά περισσότερα από «τυχαίο» σφάλµα ή τεχνική ατέλεια, αναδύεται ως το ψηφιακό ανάλογο επίµονων κοινωνικών ανισοτήτων και δοµικών ανισορροπιών. Σε ηθικό επίπεδο, ο τρόπος µε τον οποίο οι αλγόριθµοι «βλέπουν», «µιλούν» και «αποφασίζουν» για τις γυναίκες θέτει υπό αµφισβήτηση την ίδια την αξία της τεχνολογίας ως εργαλείου προόδου και ευηµερίας. Σε πρακτικό επίπεδο, οι αθεµελίωτες αλγοριθµικές διακρίσεις οδηγούν σε λιγότερο αποδοτικά και αξιόπιστα συστήµατα, περιορίζοντας τις ευκαιρίες και τις δυνατότητες που προσφέρει η ΤΝ. Δεδοµένου πως, όπως κάθε άλλο τεχνολογικό προϊόν, η ΤΝ δεν είναι αξιακά ουδέτερη, οφείλουµε να αναρωτηθούµε: ποιές αξίες και ποιά συµφέροντα θα θέλαµε να εκπροσωπούνται στην ολοένα κλιμακούμενη ψηφιακή επανάσταση;ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    ΕΛΛΗΝΟΓΛΩΣΣΗ

    Μήτρου, Λ., 2023. Μπορεί ο αλγόριθμος… Αθήνα: Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης.

    Τάσης, Θ., 2019. Ψηφιακός Ανθρωπισμός. Αθήνα: Αρμός.

    ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΗ

    Adam, A., 1995. A Feminist Critique of Artificial Intelligence. European Journal of Women’s Studies, 2(3), 355-377. https://doi.org/10.1177/135050689500200305

    Adam, A., 1996. Constructions of gender in the history of artificial intelligence. IEEE Annals of the History of Computing, 18, 47-53. https://doi.org/10.1109/MAHC.1996.511944

    Bolukbasi, T., Chang, K., Zou, J., Saligrama, V., & Kalai, A., 2016. Man is to Computer Programmer as Woman is to Homemaker? Debiasing Word Embeddings. arXiv. https://arxiv.org/abs/1607.06520

    Dreyfus, H., 1992. What Computers Still Can’t Do: A Critique of Artificial Reason. New York: MIT Press.

    Fehr, C. (2022). Feminism, Social Justice, and Artificial Intelligence. Feminist Philosophy Quarterly, 8(3/4). https://doi.org/10.5206/fpq/2022.3/4.15643

    Garg, N., Schiebinger, L., Jurafsky, D., & Zou, J., 2018. Word embeddings quantify 100 years of gender and ethnic stereotypes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 115(16), E3635–E3644. https://doi.org/10.1073/pnas.1720347115

    Greene, D., Hoffmann, A., & Stark, L., 2019. Better, Nicer, Clearer, Fairer: A Critical Assessment of the Movement for Ethical Artificial Intelligence and Machine Learning. Proceedings of Hawaii International Conference on System Sciences.DOI:10.24251/HICSS.2019.258

    Eubanks, V., 2018. Automating Inequality: How High-Tech Tools Profile, Police, and Punish the Poor. NY: St. Martin’s Press.

    Langenkamp, M., Costa, A., & Cheung, C., 2020. Hiring Fairly in the Age of Algorithms. arXiv. https://arxiv.org/abs/2004.07132

    Lee, M., & Singh, J., 2021. The Landscape and Gaps in Open Source Fairness Toolkits. New York: Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3411764.3445261

    Nicholas, G., & Bhatia, A., 2023. Lost in Translation: Large Language Models in Non-English Content Analysis. arXiv. https://arxiv.org/abs/2306.07377

    Noble, S., 2018. Algorithms of Oppression: How Search Engines Reinforce Racism. New York: NYU Press, 374(6567), 542. https://doi.org/10.1126/science.abm5861

    Pinto, M., 2020. Ignorance, Science, and Feminism. In Kristen Intemann & Sharon Crasnow (eds.), The Routledge Handbook of Feminist Philosophy of Science. New York, New York: Routledge.

    Prates, M., Avelar, P., & Lamb, L., 2019. Assessing gender bias in machine translation: A case study with Google Translate. Neural Comput & Applic 32, 6363–6381. https://doi.org/10.1007/s00521-019-04144-6

    Schwemmer, C., Knight, C., Bello-Pardo, E. D., Oklobdzija, S., Schoonvelde, M., & Lockhart, J. W., 2020. Diagnosing Gender Bias in Image Recognition Systems. Socius: Sociological Research for a Dynamic World, 6. https://doi.org/10.1177/2378023120967171

    Steed, R., & Caliskan, A., 2021. Image Representations Learned With Unsupervised Pre-Training Contain Human-like Biases. (FAccT ’21). Association for Computing Machinery, New York, 701–713. https://doi.org/10.1145/3442188.3445932

    Wajcman, J., & Young, E., 2023. Feminism Confronts AI: The Gender Relations of Digitalisation. Ιn Jude Browne,  Stephen Cave, Eleanor Drage, Kerry McInerney (eds.), Feminist AI: Critical Perspectives on Algorithms, Data, and Intelligent Machines. Oxford: Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/oso/9780192889898.003.0004

    World Economic Forum, 2023. Global Gender Gap Report 2023. Geneva. https://www3.weforum.org/docs/WEF_GGGR_2023.pdf.

    West, S.M. (2020). Redistribution and Rekognition: A Feminist Critique of Algorithmic Fairness. Catalyst, 6(2). https://doi.org/10.28968/cftt.v6i2.33043
    Η Μαρκέλλα Χαλλιορή έχει αποφοιτήσει από τη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Ολοκλήρωσε το μεταπτυχιακό πρόγραμμα σπουδών «Ιστορία και Φιλοσοφία της Επιστήμης και της Τεχνολογίας» στο Εθνικό Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών.

  • ΜΙΑ ΠΡΟΤΑΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΘΕΡΙΝΟ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΤΟΥ DARTMOUTH ΓΙΑ ΤΗΝ ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ, 31 ΑΥΓΟΥΣΤΟΥ 1955

    ΜΙΑ ΠΡΟΤΑΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΘΕΡΙΝΟ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΤΟΥ DARTMOUTH ΓΙΑ ΤΗΝ ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ, 31 ΑΥΓΟΥΣΤΟΥ 1955

    John McCarthy, Marvin L. Minsky, Nathaniel Rochester και Claude E. Shannon

    Μετάφραση: Νικόλ Σαρλά
    Επιμέλεια μετάφρασης: Νικόλ Σαρλά, Βασίλης Λεμπέσης
    Επιστημονική επιμέλεια: Νικόλ Σαρλά, Βασίλης Λεμπέσης, Θάνος ΠαναγόπουλοςΠΕΡΙΛΗΨΗ

    Το καλοκαιρινό ερευνητικό πρόγραμμα του 1956 στο Dartmouth για την τεχνητή νοημοσύνη ξεκίνησε με αυτή την πρόταση της 31ης Αυγούστου 1955, η οποία συντάχθηκε από τους John McCarthy, Marvin Minsky, Nathaniel Rochester και Claude Shannon. Το αρχικό δακτυλογραφημένο κείμενο αποτελούνταν από 17 σελίδες συν την σελίδα του τίτλου. Αντίγραφα του δακτυλογραφημένου κειμένου φυλάσσονται στα αρχεία του Κολεγίου Dartmouth και του Πανεπιστημίου Stanford. Στις πρώτες 5 σελίδες παρουσιάζεται η πρόταση και στις υπόλοιπες σελίδες εκτίθενται τα προσόντα και τα ενδιαφέροντα των τεσσάρων που πρότειναν τη μελέτη. Για λόγους συντομίας, το παρόν άρθρο αναπαράγει μόνο την ίδια την πρόταση, μαζί με τις σύντομες αυτοβιογραφικές δηλώσεις των εισηγητών.Προτείνουμε να διεξαχθεί μια μελέτη της τεχνητής νοημοσύνης διάρκειας 2 μηνών και με συμμετοχή 10 ατόμων κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού του 1956 στο Κολέγιο Dartmouth στο Ανόβερο του Νιου Χάμσαϊρ. Η μελέτη θα βασιστεί στην υπόθεση ότι κάθε πτυχή της μάθησης ή οποιοδήποτε άλλο χαρακτηριστικό της νοημοσύνης μπορεί κατ’ αρχήν να περιγραφεί με τόση ακρίβεια ώστε να μπορεί να κατασκευαστεί μια μηχανή που να την προσομοιώνει. Θα γίνει μια προσπάθεια να βρεθεί πώς να κάνει κανείς τις μηχανές να χρησιμοποιούν τη γλώσσα, να σχηματίζουν αφαιρέσεις και έννοιες, να επιλύουν τύπους προβλημάτων που τώρα προορίζονται για τον άνθρωπο και να βελτιώνονται. Πιστεύουμε ότι μπορεί να σημειωθεί σημαντική πρόοδος σε ένα ή περισσότερα από αυτά τα προβλήματα αν μια προσεκτικά επιλεγμένη ομάδα επιστημόνων εργαστεί πάνω σε αυτό από κοινού για ένα καλοκαίρι.

    Τα παρακάτω αποτελούν μερικές πτυχές του προβλήματος της τεχνητής νοημοσύνης:1) Αυτόματοι υπολογιστές

    Αν μια μηχανή μπορεί να εκτελέσει μια εργασία, τότε ένας αυτόματος υπολογιστής μπορεί να προγραμματιστεί για να προσομοιώσει τη μηχανή. Οι ταχύτητες και οι χωρητικότητες μνήμης των σημερινών υπολογιστών μπορεί να είναι ανεπαρκείς για την προσομοίωση πολλών από τις ανώτερες λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφάλου, το σημαντικότερο εμπόδιο, όμως, δεν είναι η έλλειψη χωρητικότητας της μηχανής, αλλά η αδυναμία μας να γράψουμε προγράμματα που να εκμεταλλεύονται πλήρως αυτό που έχουμε.

    2) Πώς μπορεί ένας υπολογιστής να προγραμματιστεί να χρησιμοποιεί μια γλώσσα

    Μπορούμε να υποθέσουμε ότι σε μεγάλο βαθμό η ανθρώπινη σκέψη συνίσταται στον χειρισμό λέξεων σύμφωνα με κανόνες της λογικής και κανόνες εικασίας. Από αυτή την άποψη, ο σχηματισμός μιας γενίκευσης συνίσταται στην πρόσληψη μιας νέας λέξης και κάποιων κανόνων, σύμφωνα με τους οποίους οι προτάσεις που την περιέχουν συνεπάγονται άλλες προτάσεις και, με τη σειρά τους, συνεπάγονται οι ίδιες από άλλες. Αυτή η ιδέα δεν έχει διατυπωθεί ποτέ με μεγάλη ακρίβεια, ούτε έχουν αναπτυχθεί συγκεκριμένα υποδείγματα.

    Εικ. 1. Πρώτη σελίδα από την πρωτότυπη πρόταση. Ευγενική προσφορά του Κολεγίου Dartmouth.

    3) Νευρωνικά δίκτυα

    Πώς μπορεί ένα σύνολο από (υποθετικούς) νευρώνες να οργανωθεί με τέτοιον τρόπο ώστε να σχηματίζει έννοιες. Έχει πραγματοποιηθεί σημαντική θεωρητική και πειραματική εργασία πάνω σε αυτό το πρόβλημα από τους Uttley, Rashevsky και την ομάδα του, Farley και Clark, Pitts και McCulloch, Minsky, Rochester και Holland και άλλους. Έχουν προκύψει κάποια αποτελέσματα, αλλά το πρόβλημα απαιτεί περισσότερη θεωρητική επεξεργασία.

    4) Θεωρία του μεγέθους ενός υπολογισμού

    Αν μας δοθεί ένα καλώς ορισμένο πρόβλημα (για το οποίο είναι δυνατόν να ελέγξουμε μηχανικά αν μια προτεινόμενη απάντηση είναι έγκυρη ή όχι), ένας τρόπος επίλυσής του είναι να δοκιμάσουμε κατά σειρά όλες τις πιθανές απαντήσεις. Αυτή η μέθοδος είναι αναποτελεσματική και για να την αποκλείσουμε πρέπει να έχουμε κάποιο κριτήριο για την αποτελεσματικότητα του υπολογισμού. Η εξέταση θα δείξει ότι, για να πάρει κανείς ένα μέτρο της αποτελεσματικότητας ενός υπολογισμού, είναι απαραίτητο να έχει στη διάθεσή του μια μέθοδο μέτρησης της πολυπλοκότητας των υπολογιστικών συσκευών, η οποία με τη σειρά της μπορεί να γίνει αν έχει κανείς μια θεωρία της πολυπλοκότητας των συναρτήσεων. Ορισμένα μερικά αποτελέσματα για το πρόβλημα αυτό έχουν προκύψει από τον Shannon καθώς και τον McCarthy.

    5) Αυτοβελτίωση

    Πιθανώς μια πραγματικά ευφυής μηχανή θα εκτελεί δραστηριότητες που μπορούν να περιγραφούν καλύτερα ως αυτοβελτίωση. Έχουν προταθεί ορισμένα σχήματα για να γίνει αυτό και αξίζει να μελετηθούν περαιτέρω. Ενδεχομένως το ζήτημα αυτό μπορεί να μελετηθεί και αφηρημένα.

    6) Αφαιρέσεις

    Ορισμένοι τύποι «αφαίρεσης» μπορούν να οριστούν με σαφήνεια και αρκετοί άλλοι με λιγότερη σαφήνεια. Μια άμεση προσπάθεια ταξινόμησης αυτών και περιγραφής των μηχανικών μεθόδων σχηματισμού αφαιρέσεων από αισθητηριακά και άλλα δεδομένα φαίνεται ότι αξίζει τον κόπο.

    7) Τυχαιότητα και δημιουργικότητα

    Μια αρκετά ελκυστική, αλλά σαφώς ελλιπής υπόθεση είναι ότι η διαφορά μεταξύ δημιουργικής σκέψης και μη-ευφάνταστης, αλλά ικανής, σκέψης έγκειται στην εισαγωγή κάποιας τυχαιότητας. Η τυχαιότητα πρέπει να καθοδηγείται από τη διαίσθηση ώστε να είναι αποτελεσματική. Με άλλα λόγια, η εύλογη εικασία ή η διαίσθηση περιλαμβάνουν ελεγχόμενη τυχαιότητα μέσα σε μια κατά τα άλλα μεθοδική σκέψη.ΕΙΣΗΓΗΤΕΣ

    CLAUDE E. SHANNON

    Claude E. Shannon, μαθηματικός, Bell Telephone Laboratories. Ο Shannon ανέπτυξε τη στατιστική θεωρία της πληροφορίας, την εφαρμογή του προτασιακού λογισμού σε κυκλώματα μεταγωγής και έχει συνεισφέρει στη μελέτη της αποδοτικής σχεδίασης κυκλωμάτων μεταγωγής, τον σχεδιασμό μηχανών που μαθαίνουν, την κρυπτογραφία και τη θεωρία των μηχανών Turing. Μαζί με τον J. McCarthy συνεπιμελούνται ένα αφιέρωμα στο Annals of Mathematics με θέμα «Θεωρία των Αυτομάτων» (The Theory of Automata).

    MARVIN L. MINSKY

    Marvin L. Minsky, υπότροφος-συνεργάτης του Harvard στον τομέα των μαθηματικών και της νευρολογίας. Ο Minsky έχει κατασκευάσει μια μηχανή για την προσομοίωση της μάθησης από νευρωνικά δίκτυα και έχει γράψει μια διδακτορική διατριβή στα μαθηματικά στο Princeton με τίτλο «Νευρωνικά Δίκτυα και το Πρόβλημα του Μοντέλου του Εγκεφάλου» (Neural Nets and the Brain Model Problem), η οποία περιλαμβάνει αποτελέσματα στη θεωρία της μάθησης και τη θεωρία των τυχαίων νευρωνικών δικτύων.

    NATHANIEL ROCHESTER

    Nathaniel Rochester, διευθυντής έρευνας της πληροφορίας, εταιρεία IBM, Poughkeepsie, Νέα Υόρκη. Ο Rochester ασχολήθηκε με την ανάπτυξη του ραντάρ για επτά χρόνια και των υπολογιστικών μηχανημάτων επίσης για επτά χρόνια. Μαζί με έναν άλλο μηχανικό ήταν από κοινού υπεύθυνοι για τον σχεδιασμό του IBM 701, ενός αυτόματου υπολογιστή μεγάλης κλίμακας που τυγχάνει ευρείας χρήσης σήμερα. Επεξεργάστηκε ορισμένες από τις τεχνικές αυτόματου προγραμματισμού που χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα και ασχολήθηκε με προβλήματα που αφορούν το πώς να βάλουμε τις μηχανές να κάνουν εργασίες που προηγουμένως μπορούσαν να κάνουν μόνο άνθρωποι. Εργάστηκε επίσης στην προσομοίωση νευρικών δικτύων με ιδιαίτερη έμφαση στη χρήση υπολογιστών για τη δοκιμή θεωριών στη νευροφυσιολογία.

    JOHN McCARTHY

    John McCarthy, αναπληρωτής καθηγητής μαθηματικών, Κολέγιο Dartmouth. Ο McCarthy έχει εργαστεί σε διάφορα ζητήματα που σχετίζονται με τη μαθηματική φύση της διαδικασίας της σκέψης, συμπεριλαμβανομένης της θεωρίας των μηχανών Turing, της ταχύτητας των υπολογιστών, της σχέσης ενός μοντέλου του εγκεφάλου με το περιβάλλον του και της χρήσης γλωσσών από μηχανές. Ορισμένα αποτελέσματα αυτής της εργασίας περιλαμβάνονται στο επερχόμενο βιβλίο «Annals Study» που επιμελήθηκαν οι Shannon και McCarthy. Το υπόλοιπο έργο του McCarthy φορά τον τομέα των διαφορικών εξισώσεων.

    H κεντρική φωτογραφία του άρθρου φιλοτεχνήθηκε από το ChatGPT έπειτα από αίτημά μας προς αυτό να φτιαχτεί ένας πίνακας σχετικός με το περιεχόμενο του άρθρου που να ακολουθεί την τεχνοτροπία του Σαλβαντόρ Νταλί.

  • ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ Ή ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗ ΒΑΡΥΤΗΤΑ;

    ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ Ή ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗ ΒΑΡΥΤΗΤΑ;

    To σμήνος γαλαξιών Bullet, στο οποίο δύο σμήνη γαλαξιών συγκρούονται και διαπερνούν το ένα το άλλο. Ο τρόπος με τον οποίο διαχωρίζεται η στερεά ύλη (μπλε) και η αέρια μάζα (κόκκινο) των δύο σμηνών αποτελεί για πολλούς την ισχυρότερη ένδειξη για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, καθότι το φαινόμενο αυτό είναι αδύνατον να εξηγηθεί με μια πιθανή τροποποίηση των νόμων της βαρύτητας.

    Δρ. Αντώνης Αντωνίου

    Γλωσσική επιμέλεια: Κωνσταντίνα Γεωργούλια

    Στο άρθρο αυτό, παρουσιάζουμε τις σημαντικότερες επιστημονικές εξελίξεις, οι οποίες οδήγησαν στην εισαγωγή της υπόθεσης της σκοτεινής ύλης στο καθιερωμένο κοσμολογικό πρότυπο για τη φύση και τη σύσταση του Σύμπαντος. Μια σύντομη ιστορική αναδρομή στα γεγονότα που διαδραμάτισαν καθοριστικό ρόλο για την καθολική αποδοχή της σκοτεινής ύλης από την επιστημονική κοινότητα καθιστά σαφείς τους λόγους για τους οποίους η υπόθεση αυτή επικράτησε εντέλει έναντι μιας εναλλακτικής υπόθεσης, η οποία βασιζόταν σε μια πιθανή τροποποίηση των νόμων της βαρύτητας.ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ ΚΑΙ ΗΦΑΙΣΤΟΣ

    Πίσω στο μακρινό 1821, ένας Γάλλος αστρονόμος με το όνομα Alexis Bouvard προχωρούσε στη δημοσίευση λεπτομερών αστρονομικών πινάκων για τις τροχιές ορισμένων πλανητών του ηλιακού συστήματος, μεταξύ των οποίων και ενός νέου πλανήτη, του Ουρανού, ο οποίος είχε ανακαλυφθεί λίγα χρόνια πριν. Ωστόσο, σε αντίθεση με τους άλλους πλανήτες, οι οποίοι κινούνταν σύμφωνα με τους υπολογισμούς του με βάση τη νευτώνεια μηχανική, ο Bouvard σύντομα συνειδητοποίησε, μέσω προσεκτικών παρατηρήσεων, ότι η τροχιά του Ουρανού δεν συνέπιπτε με τους αστρονομικούς του πίνακες. Η εξήγηση που έδωσε ο ίδιος γι’ αυτή την ασυμφωνία μεταξύ θεωρίας και παρατήρησης ήταν η ύπαρξη ενός επιπρόσθετου πλανήτη ο οποίος, αν και δεν είχε ανακαλυφθεί ακόμα, ήταν πιθανότατα υπεύθυνος για τις ανωμαλίες στην τροχιά του Ουρανού. Λίγα χρόνια αργότερα, μετά τον θάνατο του Bouvard, ένας άλλος Γάλλος αστρονόμος και μαθηματικός, ο Urbain Le Verrier, προέβλεψε μέσω μαθηματικών υπολογισμών την ακριβή θέση αυτού του υποθετικού νέου πλανήτη, τον οποίο ονόμασε Ποσειδώνα. Και πράγματι, το 1846, ο Johann Galle και ο μαθητής του Heinrich d’ Arrest, κάνοντας συστηματικές παρατηρήσεις στο αστεροσκοπείο του Βερολίνου, κατάφεραν να εντοπίσουν τον υποθετικό αυτό πλανήτη, καθιστώντας με αυτό τον τρόπο τον Ποσειδώνα τον πρώτο πλανήτη του οποίου η θέση προσδιορίστηκε με βάση μαθηματικούς υπολογισμούς πριν από την ανακάλυψή του.

    Περίπου μία δεκαετία αργότερα, όντας επηρεασμένος από την επιτυχία της πρόβλεψης του Ποσειδώνα, ο Le Verrier θα κάνει μία ακόμα παρόμοια πρόβλεψη, αυτή τη φορά για να εξηγήσει τις ανωμαλίες στην τροχιά του πλανήτη Ερμή. Όπως και στην περίπτωση του Ουρανού, η παρατηρηθείσα τροχιά του Ερμή παρουσίαζε μικρές αποκλίσεις από τις προβλέψεις της νευτώνειας μηχανικής και η εξήγηση του Le Verrier ήταν πως υπάρχει ένας πλανήτης μεταξύ του Ερμή και του Ήλιου, ο οποίος, αν και δεν είχε ακόμα παρατηρηθεί, ήταν υπεύθυνος γι’ αυτές τις αποκλίσεις. Ωστόσο, σε αντίθεση με τον Ποσειδώνα, ο νέος αυτός υποθετικός πλανήτης, τον οποίο ο Le Verrier ονόμασε Ήφαιστο, δεν εντοπίστηκε ποτέ, παρά τις συστηματικές παρατηρήσεις στα χρόνια που ακολούθησαν. Αντ’ αυτού, χρειάστηκε να περάσουν περίπου 60 ολόκληρα χρόνια μέχρις ότου ο Άλμπερτ Αϊνστάιν να παρουσιάσει το 1915 μια καινούρια θεωρία βαρύτητας, τη γενική θεωρία της σχετικότητας (ΓΘΣ), με βάση την οποία μπορούσε πλέον να γίνει κατανοητή η τροχιά του Ερμή. Σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν, οι παρατηρηθείσες αποκλίσεις του πλανήτη Ερμή από τις προβλέψεις της νευτώνειας μηχανικής δεν οφείλονταν σε κάποιον αθέατο πλανήτη, αλλά ήταν αποτέλεσμα της καμπύλωσης του χωροχρόνου από τη μάζα του Ήλιου. Η περίφημη πειραματική επιβεβαίωση της ΓΘΣ, λίγα χρόνια αργότερα, από τον Sir Arthur Eddington κατά την έκλειψη του Ηλίου, τον Μάιο του 1919, στο νησί Πρίνσιπε, υπήρξε αρκετή για να εγκαταλειφθεί η ιδέα της ύπαρξης του Ήφαιστου και μαζί της η θεωρία του Νεύτωνα ως η κατάλληλη θεωρία βαρύτητας για τις προβλέψεις των πλανητικών τροχιών.

    Το ιστορικό αυτό επεισόδιο για τον Ποσειδώνα και τον Ήφαιστο φέρει αρκετές ομοιότητες με το σύγχρονο πρόβλημα της σκοτεινής ύλης στην κοσμολογία και αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί η συλλογιστική της επιστήμης, όταν υπάρχει ασυμφωνία μεταξύ θεωρητικών προβλέψεων και παρατηρήσεων. Η ειδοποιός διαφορά μεταξύ των περιπτώσεων στις τροχιές του Ουρανού και του Ερμή είναι πως, στην πρώτη περίπτωση, οι ανωμαλίες αποδόθηκαν στην παραμετροποίηση του θεωρητικού μοντέλου και διορθώθηκαν με την εισαγωγή επιπρόσθετης ύλης με τη μορφή ενός πλανήτη διατηρώντας τη θεωρία του Νεύτωνα ανέπαφη, ενώ στη δεύτερη εξομαλύνθηκαν μόνο όταν η αρχική θεωρία αντικαταστάθηκε με μια νέα.

    Υπό μία έννοια, η περίπτωση της σκοτεινής ύλης είναι στην ουσία μια σύγχρονη αναβίωση των επεισοδίων του Ποσειδώνα και του Ήφαιστου. Όπως θα δούμε στη συνέχεια, η υπόθεση της σκοτεινής ύλης εισήχθη σταδιακά κατά τις δεκαετίες του 1960 και 1970 για την εξήγηση διαφόρων αστρονομικών και κοσμολογικών φαινομένων, τα οποία εκ πρώτης όψεως παρουσίαζαν αποκλίσεις από τις προβλέψεις της νευτώνειας μηχανικής και κατ’ επέκταση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Όπως και στην περίπτωση των ανωμαλιών στο περιήλιο του Ερμή, παράλληλα με την υπόθεση της σκοτεινής ύλης έγιναν, επίσης, κάποιες προσπάθειες για την εξήγηση αυτών των ανωμαλιών μέσω μιας πιθανής τροποποίησης των νόμων της βαρύτητας, με πιο αξιόλογη τη θεωρία της Τροποποιημένης Νευτώνειας Δυναμικής (MOND – Modified Newtonian Dynamics) του Mordehai Milgrom (Milgrom, 1983).

    Επομένως, δεδομένου ότι η σκοτεινή ύλη δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί με έναν άμεσο τρόπο σε ένα ελεγχόμενο πειραματικό περιβάλλον, το ερώτημα που προκύπτει είναι πώς μπορούμε να γνωρίζουμε αν οι ανωμαλίες αυτές οφείλονται όντως σε μια μορφή αθέατης ύλης ή σε λανθασμένες προβλέψεις της ΓΘΣ. Στο άρθρο αυτό, θα δούμε πως παρόλο που προς το παρόν δεν υπάρχει οριστική απάντηση στο συγκεκριμένο ερώτημα, ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1980, η επιστημονική κοινότητα είχε στη διάθεσή της ισχυρά κίνητρα για να ακολουθήσει την τακτική του Le Verrier και να εισηγηθεί την ύπαρξη μιας ξεχωριστής μορφής ύλης, αγνοώντας στην ουσία την πιθανότητα αντικατάστασης της ΓΘΣ με μια καινούρια θεωρία βαρύτητας. Και παρόλο που το σωματίδιο της σκοτεινής ύλης δεν έχει ακόμα ανιχνευθεί άμεσα σε πειράματα επιταχυντών σωματιδίων, η επιστημονική κοινότητα εξακολουθεί να έχει πολύ καλούς λόγους να πιστεύει πως η σκοτεινή ύλη είναι υπαρκτή και ως εκ τούτου μια πιθανή τροποποίηση της βαρύτητας με σκοπό την εξήγηση των φαινομένων που σχετίζονται με τη σκοτεινή ύλη δεν αποτελεί βιώσιμη επιλογή.

    ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ;

    Ο όρος «σκοτεινή ύλη» είναι ένας γενικός όρος που αναφέρεται σε μια υποθετική μορφή ύλης, η οποία αποτελείται από ένα ή περισσότερα σωματίδια ή ακόμα και από αθέατα ουράνια σώματα μεγάλου μεγέθους (τα λεγόμενα MACHOs – Massive Compact Halo Objects), όπως αρχέγονες μελανές οπές, αστέρες νετρονίων κλπ.

    Σε αντίθεση με τη συνηθισμένη ύλη, η οποία αλληλεπιδρά μέσω των τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης (τη βαρυτική, την ηλεκτρομαγνητική, την ισχυρή και την ασθενή), η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά κυρίως μόνο μέσω της βαρυτικής δύναμης λόγω της μάζας της, επηρεάζοντας με αυτό τον τρόπο τις κινήσεις των ουράνιων σωμάτων που βρίσκονται κοντά της. Επομένως, η σκοτεινή ύλη δεν ακτινοβολεί και ως εκ τούτου δεν είναι άμεσα ορατή μέσω τηλεσκοπίων σε κανένα ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Μπορεί, ωστόσο, να ανιχνευθεί με έναν έμμεσο τρόπο μέσω της βαρυτικής επίδρασης που έχει πάνω σε ορατά σώματα, όπως αστέρες, γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών, και παρόλο που δεν γνωρίζουμε την ακριβή της φύση, μπορούμε μέσω αυτών των έμμεσων παρατηρήσεων, σε συνδυασμό με την απαραίτητη θεωρητική γνώση, να προσδιορίσουμε κάποιες από τις ιδιότητές της. Πράγματι, με την προϋπόθεση ότι η ΓΘΣ είναι η ορθή θεωρία βαρύτητας (τουλάχιστον σε κοσμολογικές κλίμακες), γνωρίζουμε ότι η σκοτεινή ύλη αποτελεί περίπου το 27% της συνολικής μάζας-ενέργειας του σύμπαντος, με το υπόλοιπο 68% να αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια (που αν και είναι, επίσης, «σκοτεινή» αποτελεί ξεχωριστή μορφή ύλης και αφορά εντελώς διαφορετικά φαινόμενα) και μόλις 5% από τη συνηθισμένη βαρυονική ύλη από την οποία αποτελούμαστε εμείς, ο πλανήτης μας, αλλά και το τεράστιο πλήθος των ουράνιων σωμάτων που φωτίζει τον νυκτερινό ουρανό. Επιπλέον, αν η σκοτεινή ύλη αποτελείται όντως από σωματίδια, τότε τα σωματίδια αυτά είναι «κρύα», κινούνται δηλαδή με χαμηλές ταχύτητες σε σχέση με την ταχύτητα του φωτός και η μάζα τους είναι μεταξύ 10-3 και 107  eV.

    ΜΙΑ ΣΥΝΤΟΜΗ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ

    Παρόλο που η συλλογιστική για την εισαγωγή της υπόθεσης της σκοτεινής ύλης παρουσιάζει αρκετές ομοιότητες με την υπόθεση του Ποσειδώνα και του Ήφαιστου, η σκοτεινή ύλη δεν προέκυψε ως πιθανή εξήγηση μιας συγκεκριμένης ανωμαλίας στις κοσμολογικές παρατηρήσεις, αν και συχνά παρουσιάζεται ως τέτοια. Στην πραγματικότητα, η εισαγωγή της σκοτεινής ύλης στο καθιερωμένο κοσμολογικό πρότυπο ήταν αποτέλεσμα μιας σύνθετης διαδικασίας σκέψης, η οποία διήρκησε πολλές δεκαετίες και βασίστηκε σε μια σειρά διαφορετικών φαινομένων και θεωρητικών εξελίξεων στην κοσμολογία. Όπως θα δούμε, κάποιες από αυτές τις ανωμαλίες θα μπορούσαν δυνητικά να εξηγηθούν και με μια πιθανή τροποποίηση των νόμων της βαρύτητας, όπως και στην περίπτωση του περιηλίου του Ερμή, ωστόσο ο βαθμός δυσκολίας αυτού του εγχειρήματος και η τεράστια επιτυχία της ΓΘΣ υπήρξαν καθοριστικοί αποτρεπτικοί παράγοντες. Ας πάρουμε όμως τα πράγματα με τη σειρά.

    Η κρυμμένη μάζα στο σμήνος Coma: Η πρώτη σύγχρονη αναφορά στην υπόθεση της σκοτεινής ύλης αποδίδεται στον Αυστριακό φυσικό Fritz Zwicky (Zwicky, 1933), o οποίος παρατηρώντας το σμήνος γαλαξιών Coma (Εικ. 1) ανακάλυψε ότι οι γαλαξίες στις εξωτερικές περιοχές του σμήνους κινούνταν με πολύ υψηλότερες ταχύτητες από τις αναμενόμενες βάσει της ορατής μάζας του σμήνους και των προβλέψεων της νευτώνειας μηχανικής. Ο Zwicky απέδωσε την ανωμαλία αυτή στην ύπαρξη μιας μορφής σκοτεινής ύλης, η μάζα της οποίας, σύμφωνα με τους (λανθασμένους, όπως αποδείχτηκε αργότερα) υπολογισμούς του, ήταν 400 φορές μεγαλύτερη από την ορατή μάζα. Η δημοσίευση του Zwicky συχνά αναφέρεται ως η σύγχρονη ανακάλυψη της σκοτεινής ύλης, ωστόσο αξίζει να σημειωθεί ότι τα αποτελέσματά του κρίθηκαν από την επιστημονική κοινότητα ως αναξιόπιστα και οι προαναφερθείσες αποκλίσεις αποδόθηκαν σε σφάλματα μετρήσεων. Χρειάστηκε να περάσουν περίπου άλλα 20 χρόνια μέχρι να επαναληφθούν οι συγκεκριμένες μετρήσεις από τους Schwarzchild (Schwarzchild, 1954) και Oort (Oort, 1960) με τα ίδια αποτελέσματα. Ωστόσο, και σε αυτές τις περιπτώσεις, οι ερευνητές εξέφραζαν τις επιφυλάξεις τους για την εγκυρότητα των αποτελεσμάτων λόγω της ύπαρξης μεγάλων αβεβαιοτήτων στις μετρήσεις της ορατής μάζας του σμήνους. Με βάση τις σημερινές και πιο ακριβείς μετρήσεις, γνωρίζουμε ότι η μάζα της σκοτεινής ύλης στο σμήνος Coma είναι περίπου 6 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα της ορατής ύλης.

    Εικόνα 1: Το σμήνος γαλαξιών Coma.

    Οι καμπύλες γωνιακών ταχυτήτων: Οι τεχνολογικές εξελίξεις στη ραδιοαστρονομία κατά τη δεκαετία του 1970 άνοιξαν νέους ορίζοντες στη μελέτη γαλαξιών καθώς, μεταξύ άλλων, επέτρεπαν τη λεπτομερή ανάλυση των ταχυτήτων περιστροφής των αερίων και των άστρων στους γαλαξίες. Σύμφωνα με τη νευτώνεια βαρύτητα (η οποία στις κλίμακες γαλαξιών αποτελεί μια πολύ καλή προσέγγιση της πιο ακριβούς ΓΘΣ), η ταχύτητα περιστροφής αυτών των σωμάτων ελαττώνεται όσο αυξάνεται η απόστασή τους από το κέντρο του γαλαξία, καθώς η μεγαλύτερη μάζα βρίσκεται συγκεντρωμένη κοντά στον πυρήνα. Ωστόσο, μια σειρά παρατηρήσεων από τους Kenneth Freeman (Freeman, 1970), Vera Rubin και Kent Ford (Rubin & Ford, 1970) και άλλους, κυρίως από τον γειτονικό γαλαξία της Ανδρομέδας, κατέδειξαν, προς έκπληξη της επιστημονικής κοινότητας, ότι οι γωνιακές ταχύτητες δεν μειώνονται συναρτήσει της απόστασης από το κέντρο, αλλά παραμένουν σχετικά σταθερές. Όπως και στην περίπτωση του σμήνους Coma, οι ερευνητές απέδωσαν αυτή την ανωμαλία στην πιθανή ύπαρξη επιπρόσθετης αθέατης ύλης στους γαλαξίες, χωρίς ωστόσο να προχωρήσουν σε καμία εισήγηση για την πιθανή φύση της ύλης αυτής.

    Εικόνα 2: Η καμπύλη γωνιακής ταχύτητας του γαλαξία της Ανδρομέδας (Μ31), όπως εμφανίζεται στο άρθρο των Rubin και Ford (Rubin & Ford, 1970). Σε αντίθεση με την πρόβλεψη της νευτώνειας μηχανικής για κατακόρυφη πτώση της ταχύτητας συναρτήσει της απόστασης από το κέντρο του γαλαξία, οι ταχύτητες περιστροφής των μελών του γαλαξία μένουν σχετικά σταθερές.

    Η σταθερότητα των σπειροειδών γαλαξιών: Την ίδια δεκαετία, η κατακόρυφη αύξηση της διαθέσιμης υπολογιστικής ισχύος σε κοσμολογικές έρευνες επέτρεψε για πρώτη φορά τη λεπτομερή ανάλυση της συμπεριφοράς γαλαξιών σε ψηφιακές προσομοιώσεις (Miller & Prendergast, 1968; Ηohl, 1971), φέρνοντας στην επιφάνεια μία ακόμα ανωμαλία. Οι προσομοιώσεις αυτές έδειξαν ότι σπειροειδείς γαλαξίες τείνουν να εξελίσσονται σε ελλειψοειδείς γαλαξίες και, επομένως, θα έπρεπε να έχουν διαφορετικό οπτικό αποτύπωμα (Εικ. 3). H κύρια διαφορά μεταξύ των δύο αυτών ειδών γαλαξία είναι ότι στους σπειροειδείς γαλαξίες η ελκτική δύναμη της βαρύτητας προς το κέντρο του γαλαξία εξουδετερώνεται από την περιφορά των άστρων γύρω από το κέντρο λόγω της φυγόκεντρου δύναμης, ενώ στους ελλειψοειδείς η έλξη της βαρύτητας εξουδετερώνεται από τις τυχαίες (μη κυκλικές) κινήσεις των άστρων, οι οποίες δημιουργούν ένα είδος πίεσης με αντίθετη φορά. Το πρόβλημα, ωστόσο, ήταν ότι γαλαξίες όπως ο δικός μας Γαλαξίας, που προϋπήρχαν αρκετά για να επιδείξουν αυτή τη συμπεριφορά, δεν έμοιαζαν με ελλειψοειδή συστήματα που υποστηρίζονται από πίεση. Αντ’ αυτού, η περιστροφή των άστρων γύρω από το κέντρο του γαλαξία φαινόταν αρκετά κυκλική, υποδεικνύοντας ένα σταθερό σύστημα που υποστηρίζεται από την περιστροφή των μελών του και όχι από την εσωτερική πίεση. Το 1973, οι Ostriker και Peebles κατέδειξαν, σε μια πρωτοποριακή μελέτη, ότι η σταθερότητα των σπειροειδών γαλαξιών μπορεί να επιτευχθεί εφόσον υπάρχει μια «άλως» ύλης στις εξωτερικές περιοχές των γαλαξιών (ένα μη φωτεινό «φωτοστέφανο», δηλαδή, το οποίο περιβάλλει τους γαλαξίες), χωρίς, ωστόσο, να κάνουν οποιαδήποτε υπόθεση για την ύπαρξη κάποιας εξωτικής μορφής σκοτεινής ύλης για τη σύστασή της. Αντ’ αυτού, υπέθεσαν ότι η άλως αποτελείται από συνηθισμένα αντικείμενα χαμηλής φωτεινότητας, όπως λευκοί νάνοι και αστέρια με πολύ χαμηλή μάζα, προτείνοντας περαιτέρω παρατηρήσεις για τον εντοπισμό αυτών των αντικειμένων (Ostriker & Peebles, 1973).

    Εικόνα 3: Οπτικό αποτύπωμα σπειροειδούς γαλαξία (αριστερά) και ελλειψοειδούς γαλαξία (δεξιά).
    (Πηγή: https://science.nasa.gov/universe/galaxies/types/)

    Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου και το πρόβλημα των κοσμικών δομών: H τέταρτη και ίσως πιο σημαντική εξέλιξη για την εγκαθίδρυση της σκοτεινής ύλης αφορούσε το αποτύπωμα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου (ΚΑΥ) και τη συσχέτισή του με τον σχηματισμό μεγάλων κοσμικών δομών στο πρώιμο σύμπαν. Σε μια σειρά από πρωτοποριακές μελέτες, ο James Peebles (Peebles, 1965; 1966; 1968), μία από τις σημαντικότερες φιγούρες στη σύγχρονη ιστορία της κοσμολογίας, απέδειξε πως για να παραχθούν στο πρώιμο σύμπαν οι συγκεκριμένες κοσμικές δομές που παρατηρούμε σήμερα, οι βαρυτικές διακυμάνσεις στο πλάσμα φωτονίων-βαρυονίων θα έπρεπε να είναι αρκετά μεγάλες, με αποτέλεσμα να προκαλούν αντίστοιχες ορατές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία της ΚΑΥ. Ωστόσο, παρά τις συστηματικές παρατηρήσεις στο φάσμα της ΚΑΥ, οι διακυμάνσεις αυτές δεν είχαν μέχρι τότε παρατηρηθεί, προκαλώντας έναν νέο «πονοκέφαλο» στην επιστημονική κοινότητα. Λίγα χρόνια αργότερα, η πρώτη πιθανή απάντηση προήλθε από ερευνητές, οι οποίοι υπέδειξαν πως η ύπαρξη ενός οποιουδήποτε σταθερού σωματιδίου με σχετικά μεγάλη μάζα στο πρώιμο σύμπαν αποτελούσε «εξαιρετικό υποψήφιο για την ύλη στις γαλαξιακές άλως και για την επιπλέον μάζα που απαιτείται για να συνδεθούν τα μεγάλα σμήνη γαλαξιών», ενώ ταυτόχρονα μπορούσε δυνητικά να λύσει το πρόβλημα του σχηματισμού των μεγάλων κοσμικών δομών (Gunn et al., 1978). Πράγματι, μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1980, μια σειρά από μελέτες (Bond & Efstathiou, 1984; Peebles, 1982; Vittorio & Silk, 1984) απέδειξε πως η ύπαρξη σωματιδίων με χαμηλή αλληλεπίδραση (όπως ακριβώς η σκοτεινή ύλη), στο πρώιμο σύμπαν, οδηγεί στη δημιουργία των σημερινών κοσμικών δομών, με τρόπο που ήταν συμβατός με τις μέχρι τότε διαθέσιμες μετρήσεις στο φάσμα της ΚΑΥ.

    ΓΙΑΤΙ ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ;

    Υπό το φως των σημαντικών αυτών εξελίξεων εύκολα μπορεί κανείς να διαπιστώσει γιατί η υπόθεση της σκοτεινής ύλης είχε ήδη υπερισχύσει στη συνείδηση της επιστημονικής κοινότητας στις αρχές της δεκαετίας του 1980, σε αντίθεση με την πιθανή αντιμετώπιση των ανωμαλιών αυτών με μια ενδεχόμενη τροποποίηση των νόμων της βαρύτητας. Η υπόθεση της σκοτεινής ύλης παρουσιαζόταν όχι μόνο ως μια πιθανή λύση στις ανωμαλίες σχετικά με τη δυναμική συμπεριφορά γαλαξιών και σμηνών γαλαξιών (ελλιπής μάζα στο σμήνος Coma, καμπύλες γωνιακών ταχυτήτων στην Ανδρομέδα και σταθερότητα σπειροειδών γαλαξιών), αλλά μπορούσε ταυτόχρονα να επιλύσει και ένα, φαινομενικά ανεξάρτητο, θεμελιώδες πρόβλημα σχετικά με τη δημιουργία κοσμικών δομών στο πρώιμο σύμπαν. Αυτή η «ενοποιητική ισχύς» της υπόθεσης της σκοτεινής ύλης, η ικανότητα της δηλαδή να επιλύσει μια σειρά από διαφορετικά και φαινομενικά ανεξάρτητα προβλήματα με έναν σχετικά απλό τρόπο, διαδραμάτισε καθοριστικό ρόλο στην επικράτησή της έναντι της υπόθεσης της τροποποιημένης βαρύτητας, η οποία αν και αποτελούσε δυνητικά μια εξήγηση για τα προβλήματα δυναμικής φύσεως, άφηνε στην ουσία άλυτο το πρόβλημα της δημιουργίας μεγάλων κοσμικών δομών. Πράγματι, η εισαγωγή της θεωρίας της Τροποποιημένης Νευτώνειας Δυναμικής του Milgrom, στην αρχική της μορφή το 1983, είχε ως μοναδικό στόχο την εξήγηση των καμπυλών γωνιακών ταχυτήτων και χρειάστηκαν άλλα 6 χρόνια για να γίνει κατορθωτή μια προσαρμογή αυτής της νέας θεωρίας στο πρόβλημα της σταθερότητας των σπειροειδών γαλαξιών (Milgrom, 1989). Η επιτυχής διασύνδεση της εναλλακτικής αυτής θεωρίας με το φάσμα της ΚΑΥ παραμένει για πολλούς μέχρι και σήμερα ένα από τα κυριότερα προβλήματά της (Dodelson, 2011).

    Σε αυτό αξίζει να προσθέσει κανείς και την «αναγέννηση» της ΓΘΣ, τις δεκαετίες του 1960-1970, σε πειραματικό και θεωρητικό επίπεδο, και την ουσιαστική της εγκαθίδρυση στη συνείδηση της επιστημονικής κοινότητας ως η καταλληλότερη θεωρία βαρύτητας για τη μελέτη κοσμολογικών φαινομένων. Κατά τη διάρκεια των δυο αυτών δεκαετιών, η ΓΘΣ πέρασε με απόλυτη επιτυχία μια σειρά πειραματικών ελέγχων, κατορθώνοντας σταδιακά να συνδεθεί με παρατηρησιακά φαινόμενα, κυρίως μετά τις πρώτες ενδείξεις για βαρυτικά κύματα, μετά την ανακάλυψη του πρώτου ζεύγους αστέρων νετρονίων, το 1974 (Hulse & Taylor, 1975). Την πειραματική αυτή θριάμβευση της ΓΘΣ συμπλήρωνε μια σειρά εντυπωσιακών θεωρητικών εξελίξεων σχετικά με τις πιθανές προεκτάσεις της θεωρίας για τη φύση και τη θερμοδυναμική των μελανών οπών (Penrose, 1965; Hawking & Penrose, 1970; Hawking, 1976) και των βαρυτικών κυμάτων (Pirani, 1957; Bondi et al., 1962).

    Στον απόηχο των σημαντικών αυτών εξελίξεων, η σταδιακή εμφάνιση μικρών ανωμαλιών στη δυναμική συμπεριφορά των γαλαξιών δεν ήταν αρκετή για να υπονομεύσει την εμπιστοσύνη της επιστημονικής κοινότητας στη ΓΘΣ και αναμενόμενα η λύση αναζητήθηκε στην πιθανή ύπαρξη επιπρόσθετης αθέατης ύλης. Οποιαδήποτε προσπάθεια αντικατάστασης της ΓΘΣ όφειλε όχι μόνο να εξηγήσει τα νέα αυτά φαινόμενα που σχετίζονταν με τη σκοτεινή ύλη, αλλά και να περάσει με την ίδια επιτυχία το πλήθος των πειραματικών ελέγχων της ΓΘΣ που προηγήθηκαν, γεγονός που φανερώνει την τεράστια δυσκολία ενός τέτοιου εγχειρήματος. Ενδεικτικά, η προτεινόμενη θεωρία του Milgrom, στην αρχική της μορφή, παραβίαζε θεμελιώδεις αρχές της φυσικής, όπως η αρχή διατήρησης της ορμής και η αρχή ισότητας μάζας-ενέργειας του Αϊνστάιν, και αυτός ήταν ένας από τους κύριους λόγους για την απόρριψή της από την πλειοψηφία της επιστημονικής κοινότητας. Με άλλα λόγια, ο Milgrom κατόρθωσε να αναπαραγάγει τις απαιτούμενες καμπύλες ταχυτήτων στους γαλαξίες με επιτυχία, ωστόσο η επιτυχία αυτή ήταν εις βάρος μερικών από τις πιο θεμελιώδεις αρχές στη φυσική. Έναν χρόνο αργότερα, με τη βοήθεια του Jacob Bekenstein, o Milgrom διατύπωσε μια νέα μη σχετικιστική εκδοχή της θεωρίας του με στόχο την επίλυση αυτών των βασικών προβλημάτων (Bekenstein & Milgrom, 1984). Και αυτή η προσπάθεια, ωστόσο, είχε  τα δικά της προβλήματα, όπως η ριζοσπαστική συνέπεια της διάδοσης βαρυτικών κυμάτων σε ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός και η απουσία εξήγησης του φαινομένου των βαρυτικών φακών. Η απαίτηση της θεωρίας για τη διάδοση κυμάτων γρηγορότερα από το φως διατηρήθηκε και στη μεταγενέστερη σχετικιστική εκδοχή της θεωρίας του Bekenstein με το όνομα TeVeS (Bekenstein, 2004), η οποία ωστόσο διαψεύστηκε οριστικά από την παρατήρηση των βαρυτικών κυμάτων, το 2017 (Boran et al., 2018). Τα ζητήματα αυτά είναι ενδεικτικά του πόσο πιο δύσκολο ήταν το εγχείρημα της αντικατάστασης της ΓΘΣ με μια καινούργια θεωρία, σε σύγκριση με την υιοθέτηση της υπόθεσης της σκοτεινής ύλης.

    EΠΙΛΟΓΟΣ – Η ΧΑΡΙΣΤΙΚΗ ΒΟΛΗ

    Αναμφίβολα, η οριστική απάντηση στο ερώτημα της ύπαρξης της σκοτεινής ύλης θα δοθεί μόνο μέσα από την άμεση ανίχνευση ενός σωματιδίου σκοτεινής ύλης σε πειράματα επιταχυντών σωματιδίων ή στα λεγόμενα πειράματα άμεσης ανίχνευσης σκοτεινής ύλης, η οποία προς το παρόν δεν έχει ακόμη επιτευχθεί. Ωστόσο, για πολλούς, η ισχυρότερη ένδειξη για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης μέχρι σήμερα προέρχεται από δύο σημαντικές μεταγενέστερες εξελίξεις, οι οποίες στην ουσία δικαίωσαν την επιλογή της επιστημονικής κοινότητας να αφιερώσει τις προσπάθειές της στη μελέτη της σκοτεινής ύλης από τις αρχές της δεκαετίας του 1980 και έπειτα. Η πρώτη αφορά τις ακριβείς μετρήσεις στο φάσμα της ΚΑΥ από τους δορυφόρους COBE και WMAP, το 1991 και 2000 αντίστοιχα, οι οποίες επιβεβαίωσαν τις μέχρι τότε μη παρατηρηθείσες μικρές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία της ΚΑΥ εξαιτίας των βαρυτικών διακυμάνσεων του πεδίου της σκοτεινής ύλης στο πρώιμο σύμπαν. Η δεύτερη αφορά την ανακάλυψη του σμήνους γαλαξιών Bullet Cluster (Clowe et al., 2006), όπου ο διαχωρισμός της ορατής ύλης στην εικόνα του σμήνους μπορεί να εξηγηθεί μόνο με όρους σκοτεινής ύλης και όχι με μια πιθανή τροποποίηση των νόμων της βαρύτητας (κεντρική εικόνα άρθρου). Εν αναμονή μιας πιθανής μελλοντικής άμεσης ανίχνευσης του σωματιδίου (ή των σωματιδίων) της σκοτεινής ύλης σε ελεγχόμενο πειραματικό περιβάλλον, τα δύο αυτά φαινόμενα αποτελούν μέχρι σήμερα για την πλειονότητα της επιστημονικής κοινότητας την ισχυρότερη ένδειξη για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης.

    ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Θερμές ευχαριστίες στους Θεόδωρο Αραμπατζή και Νίκο Αλεξίου για τις χρήσιμες εισηγήσεις τους ως προς τη βελτίωση του άρθρου, καθώς επίσης και σε μια ομάδα καλών και υπομονετικών φίλων, οι οποίοι λειτούργησαν ως πρώιμοι αναγνώστες. H συγγραφή του άρθρου έγινε στα πλαίσια επικοινωνίας και διάχυσης του ερευνητικού προγράμματος «ANDROMEDA – The epistemology of dark matter and modified gravity» με αριθμό 101130750, το οποίο χρηματοδοτείται από τo πρόγραμμα HORIZON WIDERA TALENTS της Ευρωπαϊκής Ένωσης.ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    Bekenstein, J., and Milgrom, M., 1984. Does the missing mass problem signal the breakdown of Newtonian gravity? Astrophysical Journal 286, p. 7-14. https://adsabs.harvard.edu/pdf/1984ApJ…286….7B

    Bekenstein, J., D., 2004. Relativistic gravitation theory for the modified Newtonian dynamics paradigm. Physical Review D 70 (8), 083509. https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.70.083509

    Bond, J., R., and Efstathiou, G., 1984. Cosmic background radiation anisotropies in universes dominated by nonbaryonic dark matter. The Astrophysical Journal 285, L45–L48. https://articles.adsabs.harvard.edu//full/1984ApJ…285L..45B/L000045.000.html

    Bondi, H., Van der Burg, M., G., J., and Metzner, A., 1962. Gravitational waves in general relativity, vii. Waves from axi-symmetric isolated system. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences 269 (1336), 21–52. https://doi.org/10.1098/rspa.1962.0161

    Boran, S., Desai, S., Kahya, E., and Woodard, R., 2018. Gw170817 falsifies dark matter emulators. Physical Review D 97 (4), 041501. https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.041501

    Clowe, D., Bradac, M., Gonzalez, A., H., Markevitch, M., Randall, S., W., Jones, C., and Zaritsky, D., 2006. A direct empirical proof of the existence of dark matter. The Astrophysical Journal 648 (2), L109. https://iopscience.iop.org/article/10.1086/508162

    Dodelson, S., 2011. The real problem with MOND. International Journal of Modern Physics D 20 (14), 2749–2753. https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0218271811020561

    Freeman, K., C., 1970. On the disks of spiral and s0 galaxies. Astrophysical Journal 160, p. 811. 10.1086/150474

    Gunn, J., Lee, B., Lerche, I., Schramm, D., and Steigman, G., 1978. Some astrophysical consequences of the existence of a heavy stable neutral lepton. Astrophysical Journal 223, 1015–1031. 10.1086/156335

    Hawking, S., W., 1976. Black holes and thermodynamics. Physical Review D 13 (2), 191. https://doi.org/10.1103/PhysRevD.13.191

    Hawking, S., W., and Penrose, R., 1970. The singularities of gravitational collapse and cosmology. Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences 314 (1519), 529–548. https://doi.org/10.1098/rspa.1970.0021

    Hohl, F., 1971. Numerical experiments with a disk of stars. Astrophysical Journal 168, p. 343. 10.1086/151091

    Hulse, R., A., and Taylor, J., H., 1975. Discovery of a pulsar in a binary system. The Astrophysical Journal 195, L51–L53.  10.1086/181708

    Milgrom, M., 1983a. A modification of the Newtonian dynamics as a possible alternative to the hidden mass hypothesis. The Astrophysical Journal 270, 365–370. 10.1086/161130

    Milgrom, M., 1989. On stability of galactic disks in the modified dynamics and the distribution of their mean surface brightness. The Astrophysical Journal 338, 121–127. 10.1086/167184

    Miller, R., and Prendergast, K., 1968. Stellar dynamics in a discrete phase space. The Astrophysical Journal 151, 699. 10.1086/149469

    Oort, J., H., 1965. Structure and evolution of the galactic system. Transactions of the International Astronomical Union 12 (1), 789–809. https://www.astro.rug.nl/JHOort/byJHO.html

    Ostriker, J., P., and Peebles, P., J., 1973. A numerical study of the stability of flattened galaxies: or, can cold galaxies survive? The Astrophysical Journal 186, 467–480. 10.1086/152513

    Peebles, P., J., E., 1965. The black-body radiation content of the universe and the formation of galaxies. Astrophysical Journal 142, 1317. 10.1086/148417

    Peebles, P., J., E., 1966. Primordial helium abundance and the primordial fireball. Astrophysical Journal 146, 542. 10.1086/148918

    Peebles, P., 1968. Recombination of the primeval plasma. Astrophysical Journal 153, 1–11. 10.1086/149628

    Peebles, P., J., E., 1982. Large-scale background temperature and mass fluctuations due to scale-invariant primeval perturbations. Astrophysical Journal 263, L1–L5. 10.1086/183911

    Penrose, R., 1965. Gravitational collapse and space-time singularities. Physical Review Letters 14 (3), 57. https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.14.57

    Pirani, F. A., 1957. Invariant formulation of gravitational radiation theory. Physical Review 105 (3), 1089. https://doi.org/10.1103/PhysRev.105.1089

    Schwarzschild, M., 1954. Mass distribution and mass-luminosity ratio in galaxies. Astronomical Journal 59, p. 273. 10.1086/107013

    Rubin, V., C., and Ford, W., K., 1970. Rotation of the andromeda nebula from a spectroscopic survey of emission regions. Astrophysical Journal 159, p. 379. 10.1086/150317

    Vittorio, N., and Silk, J., 1984. Fine-scale anisotropy of the cosmic microwave background in a universe dominated by cold dark matter. Astrophysical Journal 285, L39–L43. 10.1086/184361

    Zwicky, F., 1933. Die rotverschiebung von extragalaktischen nebeln. Helvetica Physica Acta 6, p. 110-127. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1933AcHPh…6..110Z/abstract
    Ο Δρ. Αντώνης Αντωνίου είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής (Horizon ERA Postdoctoral Fellow) στο Τμήμα Ιστορίας και Φιλοσοφίας της Επιστήμης, στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών. Έχει ολοκληρώσει τις σπουδές του στη Φιλοσοφία της Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, στο Ηνωμένο Βασίλειο, και έχει επίσης εργαστεί ως μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Βόννης, στη Γερμανία. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα αφορούν τις φιλοσοφικές προεκτάσεις των θεωριών της σκοτεινής ύλης και της τροποποιημένης βαρύτητας και τη φιλοσοφία της κοσμολογίας γενικότερα.

  • Oμιλία Αδριανού Γολέμη: 14 μήνες σε μια παγωμένη απομόνωση: O άνθρωπος στην Ανταρκτική

    Oμιλία Αδριανού Γολέμη: 14 μήνες σε μια παγωμένη απομόνωση: O άνθρωπος στην Ανταρκτική

    To InScience σας παρουσιάζει την ομιλία του Αδριανού Γολέμη με τίτλο “14 μήνες σε μια παγωμένη απομόνωση: O άνθρωπος στην Ανταρκτική”, που διοργανώθηκε την Κυριακή 8 Σεπτέμβρη 2024.Περίληψη:

    Η 7η ήπειρος, η Ανταρκτική, έχει μέγεθος 1,5 φορά όσο η Ευρώπη αλλά κατοικείται μόνο από λίγους ερευνητές και ερευνήτριες που αψηφούν τις χαμηλές θερμοκρασίες, τον κίνδυνο και τις ψυχολογικές επιπτώσεις της απομόνωσης για 1 έτος, όπως και τις περιορισμένες προμήθειες. Ο Αδριανός Γολέμης υπήρξε ο δεύτερος Έλληνας που “ξεχειμώνιασε” στην Ανταρκτική μετά το Βαγγέλη Καϊμακάμη, και οι δύο στη Βάση “Concordia” και στην υπηρεσία του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος. Σας προσκαλούμε σε ένα ταξίδι εμπειριών στη “σαγηνευτική απομόνωση” της Ανταρκτικής, με στάση στη σημασία της έρευνας που διεξάγεται εκεί και με αναφορά στις προοπτικές της Ελλάδας αλλά και στη σύνδεση της Ανταρκτικής με το Διάστημα.Σύντομο Βιογραφικό:

    Ο Αδριανός Γολέμης σπούδασε Ιατρική στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ). Στη συνέχεια παρακολούθησε το διεπιστημονικό πρόγραμμα Master on Space Studies του International Space University (ISU) στη Γαλλία και συνέγραψε τη διπλωματική του εργασία στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (European Space Agency – ESA). Επιλέχθηκε από την ESA για να επανδρώσει το Σταθμό Concordia στην Ανταρκτική, όπου και εργάστηκε για ένα έτος σε συνθήκες πλήρους απομόνωσης ως ιατρός, συλλέγοντας επιστημονικά δεδομένα και συνεισφέροντας στη μελέτη της επίδρασης ακραίων συνθηκών διαβίωσης στον ανθρώπινο οργανισμό και την ψυχολογία. Μετά το πέρας των στρατιωτικών του υποχρεώσεων, εργάστηκε ξανά ως γιατρός σε κλινικές μελέτες του γαλλικού Ινστιτούτου Διαστημικής Ιατρικής και Φυσιολογίας (MEDES) στην Τουλούζ. Από το 2018 εργάζεται για τη MEDES στην ιατρική ομάδα του Ευρωπαϊκού Κέντρου Αστροναυτών (European Astronaut Centre – EAC) της ESA, παρακολουθώντας την υγεία των αστροναυτών κατά την προετοιμασία τους πριν τη διαστημική αποστολή τους, για όσο χρόνο οι αστροναύτες βρίσκονται στο Διάστημα, καθώς και μετά την επιστροφή τους στη Γη. Το 2022 αποτέλεσε τον πρώτο Έλληνα που περνά με επιτυχία και τα έξι στάδια της διαδικασίας επιλογής Ευρωπαίων αστροναυτών που λαμβάνει χώρα κάθε περίπου 13 χρόνια (επίδοση που τον τοποθετηθεί στο κορυφαίο 0,1% ανάμεσα σε 22500 αιτούντες). Το 2023 εκλέχθηκε αντεπιστέλλον μέλος της Διεθνούς Ακαδημίας Αστροναυτικής (International Academy of Astronautics – IAA). Έχει συμμετάσχει σε παραβολικές πτήσεις και αποτελεί μέλος του Austrian Space Forum, οργανισμού που διεξάγει αποστολές σε διαστημικά ανάλογα. Συμβάλλει στην προώθηση της σημασίας της διαστημικής επιστήμης και τεχνολογίας, με 150 διαλέξεις ή συνεντεύξεις και παρουσίαση σε 14 επιστημονικά συνέδρια. Ασχολείται με την αστροφωτογραφία και τις καταδύσεις, είναι ερασιτέχνης πιλότος και ιστιοπλόος.

    Κεφάλαια της Ομιλίας

    00:00:21 Εισαγωγή – Χαιρετισμός

    00:03:47 Ομιλία

    00:55:37 Ερωτήσεις

    00:56:12 Στο υποθετικό σενάριο όπου θα σας καλούσαν για την πρώτη ή μία από τις αποστολές στον Άρη, πόσο έτοιμος θα νιώθατε για την αποστολή μετά από την εμπειρία σας;

    00:58:35 Υπάρχει κάποιος ιδιαίτερος δεσμός που έχει δημιουργηθεί ανάμεσα στους συμμετέχοντες σ’αυτήν την αποστολή; Είναι διαφορετικός αυτός ο δεσμός σε σχέση με το δέσιμο εκτός;

    00:59:53 Ποιο είναι το θερμοκρασιακό εύρος μεταξύ χειμώνα και καλοκαιριού;

    1:00:50 Υπάρχει κίνδυνος από άγρια ζωή, σε όσες περιοχές αυτή υπάρχει, στην Ανταρκτική;

    1:02:10 Υπάρχει προοπτική να επιστρέψετε σε μια παρόμοια μελέτη στο μέλλον; Η ως τώρα συλλογή δεδομένων από τέτοιες μελέτες δείχνουν ότι είναι απαραίτητες κι άλλες οι οποίες θα εξετάζουν ίσως κι άλλες παραμέτρους απο αυτές της μελέτης στην οποία συμμετείχατε;

    1:04:52 Ποιες χώρες έχουν βάσεις στην Ανταρκτική;

    1:06:20 Πως παράγεται η ηλεκτρική ενέργεια στους σταθμούς των αποστολών;

    1:08:00 Το Iντερνετ και οι επικοινωνίες είναι δορυφορικά;

    1:09:50 Επίλογος

  • ΜΙΑ ΣΥΝΤΟΜΗ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ

    ΜΙΑ ΣΥΝΤΟΜΗ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ

    Η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου. Credit: ESA and the Planck CollaborationΝίκος Αλεξίου

    Εκπαιδευτικός, Φυσικός, Υποψήφιος Διδάκτωρας ΕΚΠΑ

    Στο άρθρο αυτό παρουσιάζουμε μια σύντομη ιστορία της Κοσμολογίας, όπως αυτή διαμορφώθηκε τα τελευταία εκατό χρόνια και οδήγησε στην ανάδειξη της ως αιχμή του δόρατος στην ανάπτυξη της σύγχρονης έρευνας στη Φυσική. Από τη δημοσίευση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, μέχρι την ανακάλυψη της επιταχυνόμενης διαστολής του Σύμπαντος και από τα πρώτα μεγάλα τηλεσκόπια μέχρι τα σχέδια για διαστημικά συμβολόμετρα ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων, το ταξίδι ήταν μεγάλο και όμορφο αλλά συνεχίζεται ακόμα. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

    Κοιτάζοντας κανείς τον ανέφελο νυχτερινό ουρανό από κάποια ερημική παραλία ή κάποιο βουνό, κατά προτίμηση μια νύχτα χωρίς φεγγάρι, δεν μπορεί να μην γοητευτεί από το θέαμα των αστρικών σχηματισμών και της γαλαξιακής ζώνης. Χιλιάδες χρόνια τώρα οι άνθρωποι σε όλο τον κόσμο παρατηρούν αυτόν τον ίδιο ουρανό και πλάθουν ιστορίες και μύθους για τον σχηματισμό του Κόσμου. Και όμως! Τα μερικές χιλιάδες αστέρια που βλέπουμε με γυμνό μάτι αποτελούν μόνο ένα ασήμαντο μέρος του Σύμπαντος, όλα τους μέρη του δικού μας Γαλαξία που απαριθμεί περισσότερα από 200 δισεκατομμύρια αστέρια και είναι απλά, ένας από τους τρισεκατομμύρια γαλαξίες του Σύμπαντος.

    Η Κοσμολογία, o λόγος περί του Κόσμου, αποτελεί ένα διαρκώς διευρυνόμενο πεδίο έρευνας στη φυσική και αποτελεί κοινή παραδοχή πως κυοφορεί τις μελλοντικές επιστημονικές εξελίξεις στον τομέα. Παρόλα αυτά, μόλις έναν αιώνα πριν, η Κοσμολογία θεωρούνταν αντικείμενο που προσέγγιζε περισσότερο τη Φιλοσοφία ή και την Θεολογία. Για να φτάσουμε στο σημείο να έχουμε θεωρίες εξήγησης της δομής και της ιστορίας του Σύμπαντος ως ολότητας, έπρεπε να προηγηθεί η ανάπτυξη τηλεσκοπίων ολοένα αυξανόμενων δυνατοτήτων. Ορόσημο στην ιστορία της Κοσμολογίας αποτελεί η ανακάλυψη από τον Αμερικανό αστρονόμο Edwin Hubble, αρχικά της ύπαρξης άλλων γαλαξιών και στη συνέχεια της σχετικής απομάκρυνσης των γαλαξιών, της διαστολής δηλαδή του Σύμπαντος. Από τότε, ένα συναρπαστικό ταξίδι καινούργιων ανακαλύψεων αλλά και διατύπωσης θεωριών, για τις ιδιότητες και την εξέλιξη του Σύμπαντος, ξεκίνησε.

    ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΒΗΜΑΤΑ

    Ένα σημαντικό εργαλείο για τους ιστορικούς, αλλά και τους ιστορικούς της επιστήμης ειδικότερα, είναι η περιοδολόγηση της ιστορίας με βάση σημαντικά γεγονότα, που συνήθως αποτελούν σημεία τομής με την προηγούμενη κατάσταση. Η διάκριση περιόδων πάντα εμπεριέχει απλουστεύσεις και προσεγγίσεις αλλά ταυτόχρονα βοηθά στο να μελετηθεί πιο εύκολα και πιο αποτελεσματικά η ιστορία.

    Αν θέλαμε λοιπόν να ορίσουμε ένα σημείο ορόσημο για την ιστορία της Κοσμολογίας και την ανάδυση της ως επιστημονικού αντικειμένου, αυτό θα ήταν σίγουρα η δημοσίευση τον Νοέμβριο του 1915 της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας (ΓΘΣ) από τον Albert Einstein. Η εφαρμογή των εξισώσεων πεδίου του Einstein δυο χρόνια αργότερα οδήγησε και στα πρώτα μοντέλα για το Σύμπαν. Ο ίδιος ο Einstein ήταν από τους πρώτους που χρησιμοποίησαν τις εξισώσεις πεδίου της νέας του θεωρίας για τη βαρύτητα για να παρουσιάσει το δικό του μοντέλο. Το Σύμπαν του Einstein ήταν χωρικά κλειστό, στατικό και χρονικά άπειρο. Με την πρώτη ιδιότητα εξέλιπε και η ανάγκη για συνοριακές συνθήκες. Για να είναι ωστόσο στατικό, θα έπρεπε να υπάρχει ένας παράγοντας που να αναιρεί την τάση των σωμάτων που το απαρτίζουν να έλκονται μεταξύ τους. Ο παράγοντας αυτός είναι η περίφημη σταθερά λ, η κοσμολογική σταθερά (cosmological constant), στις εξισώσεις πεδίου του Einstein.

        \[ R_\mu_\nu-1/2\ g_\mu_\nu\ R-\lambda g_\mu_\nu=-8\pi GT_\mu_\nu \]

    με, λ=8ρπG, όπου ρ είναι η πυκνότητα της μάζας του Σύμπαντος, G η παγκόσμια βαρυτική σταθερά και Τμν , ο τανυστής ορμής – ενέργειας (Weinberg, 1989). Η κοσμολογική σταθερά, μπορούσε να θεωρηθεί ένας όρος που δρούσε ως αρνητική πίεση εξισορρόπησης της βαρύτητας. Το μοντέλο του Einstein βασιζόταν στην πίστη του πως σε μια συνεπή θεωρία σχετικότητας, η αδράνεια ενός σώματος δεν θα έπρεπε να σχετίζεται με τον χώρο αλλά με τη σχετική του θέση ως προς άλλα σώματα[1]. Επίσης, για να αποφύγει προβλήματα συνοριακών συνθηκών, πρότεινε ένα μοντέλο για ένα Σύμπαν χωρικά πεπερασμένο και κλειστό, με ομογενή κατανομή των μαζών σε αυτό (Einstein, 1917).

    Την ίδια εποχή, με τον Einstein, ο Willem de Sitter βασιζόμενος στις εξισώσεις πεδίου του πρώτου, παρουσίασε το δικό του μοντέλο για το Σύμπαν. Το μοντέλο του de Sitter ήταν μια μαθηματική κατασκευή χωρίς ύλη και αφορούσε ένα Σύμπαν επίσης στατικό στο οποίο η ύλη μπορούσε να προστεθεί αργότερα (Realdi, 2019).

    Και τα δύο αυτά μοντέλα βασισμένα, στην καινούργια θεωρία, δεν έτυχαν ευρείας αποδοχής από την, εξαιρετικά μικρή, κοινότητα των φυσικών που καταπιάνονταν με αυτά τα προβλήματα. Ο Arthur Eddington μάλιστα, έδειξε πως το στατικό Σύμπαν του Einstein ήταν εξαιρετικά ασταθές, και, έστω και μια μικρή διαταραχή στην πυκνότητά του, θα οδηγούσε στη διαστολή ή την κατάρρευση του.Εικόνα 1: Όρθιοι από αριστερά· Albert Einstein, Paul Ehrenfest, και Willem de Sitter. Στην πρώτη σειρά Arthur Eddington (αριστ.) και Hendrik Lorentz (δεξ.) Credits: H. van Batenburg – Credit: Leiden Archives.Στις αρχές τις δεκαετίας του 1920, ήταν ο Georges Lemaitre και ο Alexander Friedmann που διατύπωσαν τα πρώτα εξελικτικά μοντέλα για το Σύμπαν βασιζόμενοι στη ΓΘΣ. Και οι δύο θεωρούν πως το Σύμπαν έχει εξελιχθεί από ένα αρχικό στάδιο, το πρωταρχικό άτομο κατά Lemaitre, στο οποίο οι συνθήκες ήταν πολύ διαφορετικές από τις σημερινές.Εικόνα 2: Alexander Friedmann (1988 – 1925). Από τους πρωτοπόρους της μελέτης του Σύμπαντος. Η σημασία του έργου του, αναγνωρίστηκε εν πολλοίς μετά τον πρόωρο θάνατό του το 1925 από τύφο.Όλα τα παραπάνω μοντέλα στηρίζονταν σε διαφορετικές λύσεις των εξισώσεων πεδίου του Einstein και βασικές παραδοχές όπως η Κοσμολογική Αρχή[2] (Cosmological Principle). Την εποχή εκείνη το Σύμπαν ήταν ουσιαστικά ο Γαλαξίας μας ο οποίος από τις παρατηρήσεις δεν φαινόταν να εκτείνεται ή να συρρικνώνεται. Κι όμως, λίγα χρόνια αργότερα η κοσμοεικόνα μας άλλαξε δραστικά. Το 1925 ο Edwin Hubble έδειξε πως τα σπειροειδή νεφελώματα που παρατηρούσαν στον ουρανό, ανάμεσά τους και αυτό της Ανδρομέδας, βρίσκονται εξαιρετικά μακριά για να αποτελούν μέρος του Γαλαξία μας και πως πρόκειται στην πραγματικότητα για έξω-γαλαξιακά αστρικά συστήματα, παρόμοια με τον δικό μας Γαλαξία.

    Δεν πέρασαν, παρά μόνο λίγα χρόνια, ώστε ο Hubble να δημοσιεύσει το 1929 την επόμενη εντυπωσιακή του ανακάλυψη. Παρατηρώντας τα φάσματα εκπομπής 24 γαλαξιών έδειξε πως αυτά είναι μετατοπισμένα προς το ερυθρό, άρα απομακρύνονται από εμάς (τον Γαλαξία μας), και μάλιστα η ταχύτητα απομάκρυνσης είναι ανάλογη της απόστασης από τη Γη (Hubble, 1929). «Υπέροχα!» θα αναφωνούσαν κάποιοι. Αν όλοι οι γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς, έστω και έτσι επαναφέρουμε τον Γαλαξία μας στο κέντρο του Κόσμου. Η πραγματικότητα είναι βέβαια διαφορετική. Όλο το Σύμπαν διαστέλλεται και για αυτό όλοι οι γαλαξίες που το απαρτίζουν απομακρύνονται μεταξύ τους.Εικόνα 3: Το διάγραμμα ταχύτητας απομάκρυνσης – απόστασης για τους 24 γαλαξίες που μελέτησε αρχικά ο Edwin Hubble (μαύρα σημεία). (Hubble, 1929)Το ερώτημα της συσχέτισης της ταχύτητας κίνησης των έξω-γαλαξιακών νεφελωμάτων με την απόστασή τους από τη θέση της Γης είχε ερευνηθεί και τα προηγούμενα χρόνια από άλλους ερευνητές όπως ο Gustaf Stromberg, αλλά δεν είχαν δείξει κάποια συγκεκριμένη συσχέτιση (Stromberg, 1925). Και όπως αναφέραμε παραπάνω, η περίπτωση του διαστελλόμενου Σύμπαντος είχε ήδη περιγραφεί θεωρητικά, σε  ανεξάρτητες εργασίες, από τους Lemaitre και Friedman και επίσης είχε προβλεφθεί η μετατόπιση προς το ερυθρό των φασμάτων των μακρινών νεφελωμάτων (των μετέπειτα γαλαξιών) (Friedmann, 1999 και Lemaitre, 1927). Ωστόσο, η επιβεβαίωση μέσω των παρατηρήσεων αυτής της υπόθεσης υπήρξε ένα καθοριστικό, όσο και επαναστατικό βήμα, στην εξέλιξη της σύγχρονης Κοσμολογίας. Η μετάβαση από ένα αιώνιο και στατικό Σύμπαν, σε ένα, που εξελίσσεται και μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου, βρήκε αρκετές αντιδράσεις, μεταξύ των οποίων και του ίδιου του Edwin Hubble, ο οποίος προσπάθησε να αποδώσει τη μετατόπιση προς το ερυθρό, σε άλλα αίτια (Smith, 2019).

    ΤΟ ΠΡΩΤΑΡΧΙΚΟ ΑΤΟΜΟ ΚΑΙ ΤΟ BIG BANG

    Αν και οι συζητήσεις για το τέλος και την αρχή του κόσμου είχαν απασχολήσει και στο παρελθόν τους επιστήμονες, αυτό γινόταν κυρίως, αντιμετωπίζοντας το Σύμπαν, ως ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Η ΓΘΣ όμως εμφάνισε νέες δυνατότητες στην διατύπωση θεωριών κυρίως για τα αρχικά στάδια του Σύμπαντος. Η πρώτη αναφορά σε μια αρχική κατάσταση του Σύμπαντος ανήκει στον Friedmann, ο οποίος με δύο εργασίες το 1922 και το 1924, περιγράφοντας ένα ομογενώς διαστελλόμενο Σύμπαν, με μηδενική αρχική ακτίνα και σημερινή τιμή R=R0 σημειώνει:Ο χρόνος από τη δημιουργία του σύμπαντος, είναι το χρονικό διάστημα ανάμεσα στις στιγμές που το σύμπαν είχε ακτίνα R=0 και R=R0 · και ο χρόνος αυτός μπορεί να είναι άπειρος (Friedmann, 1999).Οι εργασίες του Friedmann, δημοσιευμένες στη Γερμανία, ενώ ο ίδιος ζούσε και εργαζόταν στη Σοβιετική Ένωση, δεν έγιναν άμεσα, ευρέως, γνωστές στην κοινότητα των φυσικών της εποχής. Ο Einstein πάντως ήταν γνώστης της ιδέας του για το διαστελλόμενο Σύμπαν και διαφωνούσε με αυτή.

    Ανεξάρτητα από τον Friedmann, ο Georges Lemaitre δημοσιεύει το 1927 τη δική του εκδοχή για ένα διαρκώς εκτεινόμενο Σύμπαν, βασιζόμενος και στα πρώτα αποτελέσματα για τις ταχύτητες των υπέρ-γαλαξιακών νεφελωμάτων από τους Hubble και Stromberg (Lemaitre, 1927). Ο Lemaitre περιγράφει ένα Σύμπαν με σταθερή μάζα, μη μηδενική κοσμολογική σταθερά και με διαρκώς αυξανόμενη ακτίνα. Η τελευταία αυξάνεται διαρκώς από μια αρχική τιμή, αλλά ο χρόνος που διαρκεί αυτή η αύξηση, όπως και στο μοντέλο του Friedmann, μπορεί να είναι άπειρος. Με την ιδέα του Lemaitre διαφωνούσε τόσο ο Einstein όσο και ο Arthur Eddington, ο οποίος αν και είχε δείξει την αστάθεια του στατικού Σύμπαντος του Einstein, θεωρούσε αποκρουστική την έννοια της αρχής του Σύμπαντος. Η άποψη του Lemaitre διατυπώνεται σε ένα σύντομο και περιγραφικό γράμμα στο περιοδικό Nature το 1931. Εκεί, εκκινώντας από τις ιδέες πως, πρώτον η ενέργεια του Σύμπαντος κατανέμεται σε διακριτά κβάντα και δεύτερον τα κβάντα ενέργειας διαρκώς αυξάνονται, καταλήγει στο συμπέρασμα πως σε προηγούμενο χρόνο, η ενέργεια θα ήταν κατανεμημένη σε πολύ λιγότερα, ακόμα και σε ένα κβάντο. Σε αυτό το πρωταρχικό άτομο οι έννοιες του χώρου και του χρόνου θα στερούνται νοήματος.Αν η έρευνα στη κβαντική θεωρία μελλοντικά στραφεί σε αυτή την κατεύθυνση, θα μπορούσαμε να συλλάβουμε την αρχή του Σύμπαντος στη μορφή ενός μόνο ατόμου, η ατομική μάζα του οποίου θα ήταν η ολική μάζα του Σύμπαντος. […] Η ιστορία του κόσμου δεν είναι κατ’ ανάγκη γραμμένη στο πρώτο άτομο όπως η φωνή σε ένα δίσκο φωνογράφου. Ολόκληρη η μάζα του Σύμπαντος μπορεί να είναι εκεί από την αρχή, αλλά η ιστορία του ίσως να γράφεται βήμα βήμα (Lemaitre, 1931).Τα μοντέλα εξέλιξης του Σύμπαντος υπό το φως της ανακάλυψης του διαστελλόμενου  σύμπαντος συνέχισαν να απασχολούν την κοινότητα των φυσικών. Ο επόμενος σημαντικός σταθμός, όμως, έρχεται μετά τον Β! Παγκόσμιο Πόλεμο από τον George Gamow. Ο Gamow προτείνει μια θεωρία εξέλιξης του Σύμπαντος που προέρχεται από μια αρχική κατάσταση εξαιρετικά υψηλής ενέργειας και πυκνότητας. Συνδυάζοντας τις γνώσεις του στην ΓΘΣ αλλά και την πυρηνική φυσική ο Gamow περιγράφει τα στάδια δημιουργίας των διάφορων στοιχείων από ένα τέτοιο αρχικό στάδιο και μάλιστα προβλέπει την αφθονία των νετρονίων και των πρωτονίων σε συνάρτηση με τον χρόνο (Gamow, 1948). Μερικά χρόνια αργότερα, το 1953, ο Gamow προβλέπει και την ύπαρξη μιας ακτινοβολίας υποβάθρου, απομεινάρι της εποχής που στο σύμπαν κυριαρχούσε ακόμα η ακτινοβολία, την οποία προσδιορίζει στους 7 βαθμούς Kelvin στην εποχή μας, λόγω της διαστολής του Σύμπαντος.Εικόνα 4: George Gamow (1904 – 1968). Από τους σημαντικότερους φυσικούς του 20ου αιώνα που διακρίθηκε σε πολλά και διαφορετικά πεδία. Υπήρξε ο πατέρας του Big Bang Theory.Η ΚΟΣΜΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ

    H θεωρία για την εξέλιξη του Σύμπαντος από τον Gamow έγινε ιδιαίτερα δημοφιλής μετά τη δεκαετία του 1960 ως Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης[3](Big Bang Theory, ΘΜΕ) όρος που χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα. Την ίδια χρονιά βέβαια, το 1948, παρουσιάστηκε από τους Fred Hoyle, Hermann Bondi και Thomas Gold μία εναλλακτική θεωρία για το Σύμπαν, αυτή της Σταθερής Κατάστασης (Steady State Theory, ΘΣΚ). Βασική αρχή αυτής της θεωρίας ήταν πως το Σύμπαν δεν είναι ομογενές και ισότροπο μόνο χωρικά, αλλά και χρονικά, δηλαδή φαίνεται το ίδιο όχι μόνο από οποιοδήποτε σημείο του, αλλά και οποιαδήποτε χρονική στιγμή. Για να ισχύει αυτή η διευρυμένη κοσμολογική αρχή και η πυκνότητα του Σύμπαντος να παραμένει σταθερή, συνεπάγεται πως υπάρχει κάποιος μηχανισμός δημιουργίας καινούργιας ύλης (Kragh, 2019). Η παραπάνω θεωρία παραβιάζει προφανώς την αρχή διατήρησης της ενέργειας αλλά, οι δημιουργοί της, το θεωρούσαν ένα μικρό τίμημα ώστε να αποκτήσουμε μια καλή κοσμολογική θεωρία.

    Η ΘΣΚ είχε αρκετή απήχηση για κάποια χρόνια και αυτό οφείλεται και στο γεγονός πως το πρώτο σύγγραμμα με τον όρο Κοσμολογία, γράφτηκε από τον Bondi το 1952 και αποτέλεσε οδηγό για τις σπουδές σε αυτό το πεδίο για περίπου δύο δεκαετίες. Στο βιβλίο δεν παρουσιαζόταν μόνο η ΘΣΚ αλλά ωστόσο κατείχε σημαντική θέση. Τονίζουμε την σημασία του πρώτου συγγράμματος Κοσμολογίας, καθώς, διαχρονικά, η δημιουργία των επιστημονικών κοινοτήτων συνδέεται με την ύπαρξη κοινών σημείων αναφοράς, όπως είναι η δημιουργία πανεπιστημιακών τμημάτων και η διδασκαλία με κοινά συγγράμματα.

    Αν και οι υποστηρικτές της ΘΣΚ ήταν αρκετοί και ένθερμοι, και υποστήριζαν πως η θεωρία εξηγεί καλύτερα τα παρατηρησιακά δεδομένα, μια τυχαία ανακάλυψη το 1965 θα έβαζε τέλος στην πορεία της. Στα εργαστήρια της εταιρείας Bell, οι Arno Penzias και Robert Wilson, πειραματίζονταν σε μια καινούργια κεραία μικροκυμάτων, η οποία λάμβανε σήματα μήκους κύματος εφτά εκατοστών, για να μπορέσουν να εγκαταστήσουν μια σύνδεση με επικοινωνιακούς δορυφόρους της εταιρείας. Ωστόσο, στις μετρήσεις τους έβρισκαν πάντα και προς όλες τις κατευθύνσεις μια ακτινοβολία μικροκυμάτων που δεν μπορούσε να προέρχεται από δορυφόρους. Οι Penzias και Wilson απομόνωσαν την ακτινοβολία αυτή και αναγνώρισαν το φάσμα της ως αντίστοιχο, όπως ενός μέλανος σώματος, με θερμοκρασία 3.5±1 Κ.

    H σημασία της ανακάλυψης αυτής δεν αναγνωρίστηκε αμέσως από τους Penzias και Wilson, οι οποίοι αν και προσδιόρισαν πως η ακτινοβολία δεν μπορεί να προέρχεται από τον γαλαξία μας, αδυνατούσαν να ερμηνεύσουν την προέλευσή της. Ωστόσο την ίδια περίοδο, λίγα χιλιόμετρα δυτικότερα, στο Πανεπιστήμιο του Princeton, μια άλλη ομάδα, υπό τον Robert Dicke, ανέπτυσσε ένα μοντέλο Μεγάλης Έκρηξης στο οποίο προβλεπόταν η ύπαρξη μιας Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου (Cosmic Microwave Background Radiation). Η γνωστοποίηση της ανακάλυψης των Penzias και Wilson ήρθε να επιβεβαιώσει αυτή την πρόβλεψη και να καθορίσει τον νικητή στη διαμάχη για το επικρατέστερο κοσμολογικό μοντέλο. Η ΘΣΚ δέχτηκε ένα ισχυρό πλήγμα από τις αστρονομικές παρατηρήσεις και από τότε ουσιαστικά εξαφανίστηκε. Η μορφή του φάσματος της ακτινοβολίας δεν συμφωνούσε πλήρως ούτε με τις προβλέψεις του Gamow μια δεκαετία νωρίτερα, ούτε με αυτές των Dicke, Peebles κ.α., ωστόσο αυτές οι διαφορές καλύφθηκαν στην πορεία με νέες παρατηρήσεις αλλά και την εισαγωγή της σκοτεινής ύλης (dark matter) ως σημαντικού συστατικού του Σύμπαντος.

    Η ανακάλυψη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου αποτελεί σταθμό στην ανάπτυξη της κοσμολογίας διότι πρώτον, αποτέλεσε μια επιβεβαίωση των θεωριών εξέλιξης του Σύμπαντος που είχαν διατυπωθεί ήδη, λειτουργώντας όπως ακριβώς η εύρεση απολιθωμάτων εξαφανισμένων οργανισμών για τη Θεωρία της Εξέλιξης (Evolution Theory). Δεύτερον, η μελέτη του φάσματός της έδωσε και εξακολουθεί και δίνει και σήμερα, σημαντικά δεδομένα για τη δομή και την εξέλιξη του Σύμπαντος και, επίσης, τρίτον, υπήρξε η αρχή και η βάση αυτού που ονομάζουμε σήμερα Κοσμολογία Ακριβείας (Precision Cosmology).

    «ΣΩΖΕΙΝ ΤΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ;»– ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ – ΠΛΗΘΩΡΙΣΜΟΣ – ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

    Η ΘΜΕ είχε σημαντικές επιτυχίες στην εξήγηση των παρατηρησιακών δεδομένων όπως, της διαστολής του Σύμπαντος, του τρόπου δημιουργίας των διάφορων στοιχείων και των συγκεντρώσεών τους, και φυσικά της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Όπως συμβαίνει όμως συχνά με διάφορες όμορφες και μαθηματικά άρτιες θεωρίες, υπάρχουν κάποια δεδομένα που λένε όχι, κάποιες παρατηρήσεις που δεν ταιριάζουν με τις θεωρητικά αναμενόμενες τιμές.

    Στο πεδίο της μελέτης της δομής του Σύμπαντος τα πρώτα τέτοια στοιχεία ήρθαν πολύ νωρίς, μερικά μόλις χρόνια από την ανακάλυψη άλλων γαλαξιών εκτός από τον δικό μας. Το 1933, ο αυστριακός αστρονόμος Fritz Zwicky, μελετώντας ομάδες γαλαξιών παρατήρησε πως οι γαλαξίες περιστρέφονται γύρω από το κέντρο μάζας της ομάδας τους με ταχύτητες μεγαλύτερες από αυτές που θα αναμενόταν εξ’ αιτίας της ορατής τους μάζας, σαν να υπήρχε μια ποσότητα ύλης αόρατης σε εμάς (Bertone & Hooper, 2018). Ο Zwicky υπολόγισε την ποσότητα αυτής της σκοτεινής ύλης[4], που χρειαζόταν ώστε να ερμηνευθεί η κίνηση των γαλαξιών και είδε πως υπερτερούσε κατά πολύ της φωτεινής ύλης των Γαλαξιών. Το αποτέλεσμα αυτό ήταν οπωσδήποτε εντυπωσιακό. Όσο για τη φύση αυτής της σκοτεινής ύλης, ο ίδιος εξηγεί σε δημοσίευση του 1937:[…] θα πρέπει να ξέρουμε το ποσό της σκοτεινής ύλης που είναι ενσωματωμένο στα νεφελώματα, με τη μορφή ψυχρών αστέρων, μικροσκοπικών αλλά και μακροσκοπικών σωμάτων και αερίων (Bertone & Hooper, 2018)Οι επόμενες σημαντικές ενδείξεις για την ύπαρξη άγνωστης ύλης στους γαλαξίες ήταν η μελέτη των καμπυλών των ταχυτήτων περιστροφής των αστέρων σε ένα γαλαξία. Μεταξύ άλλων, η Vera Rubin και ο Kent Ford μελετώντας τις ταχύτητες των αστέρων του γαλαξία της Ανδρομέδας, παρατήρησαν πως αυτές δεν μειώνονται καθώς αυξάνεται η απόσταση από το κέντρο του γαλαξία, όπου είναι συγκεντρωμένο και το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του. Η παρατήρηση αυτή ερχόταν σε αντίθεση με τις βασικές αντιλήψεις μας για το βαρυτικό πεδίο. Θα χρειαζόταν μια αύξηση στη μάζα του γαλαξία, όχι όμως κατανεμημένη στην κεντρική του περιοχή, για να εξηγηθούν οι επίπεδες καμπύλες της ταχύτητας περιστροφής. Οι Rubin και Ford[5] δεν προχώρησαν στο επόμενο βήμα, να υιοθετήσουν δηλαδή την ανάγκη ύπαρξης κάποιας μορφής σκοτεινής ύλης (de Swart, et al., 2017).Εικόνα 5: Οι ταχύτητες περιστροφής στον γαλαξία Μ31, ως συνάρτηση της απόστασής τους από το κέντρο. Η συνεχής γραμμή είναι η βέλτιστη προσαρμοσμένη καμπύλη. (Rubin & Ford, 1970).Για να μπορέσει να εισαχθεί όρος της σκοτεινής ύλης στα αστρονομικά και κοσμολογικά μοντέλα, έπρεπε να προηγηθεί ένα ακόμα στάδιο. Στη δεκαετία του 1970 η κοσμολογία, ως το αντικείμενο μελέτης του Σύμπαντος στην ολότητά του, κέρδιζε το ενδιαφέρον αρκετών επιστημόνων. Ένα από τα κύρια κοσμολογικά προβλήματα της εποχής ήταν ο καθορισμός της πυκνότητας της ύλης στο Σύμπαν. Αυτό με τη σειρά του θα καθόριζε αν ζούμε σε ένα κλειστό, ανοιχτό, ή επίπεδο Σύμπαν. Για αισθητικούς ή φιλοσοφικούς λόγους οι περισσότεροι επιστήμονες ήταν υπέρ ενός κλειστού Σύμπαντος. Η μετρούμενη πυκνότητα ύλης όμως, υπολειπόταν κατά περίπου 2 τάξεις μεγέθους από την κρίσιμη πυκνότητα, ώστε το Σύμπαν να χαρακτηριστεί ως κλειστό. Ήταν αυτή η ανάγκη που φώτισε τις ξεχασμένες εργασίες του Zwicky και τις πιο πρόσφατες των Rubin, Ford, κ.α.  και οδήγησε τους κοσμολόγους στην υιοθέτηση μιας σκοτεινής ύλης η οποία αυξάνει κατά πολύ τη μάζα των γαλαξιών άρα και τη μέση πυκνότητα ύλης του Σύμπαντος (de Swart, et al., 2017).Εικόνα 6: Η Vera Rubin, το 1974 μελετώντας ένα φάσμα στο Carnegie Institution,  Washington, D.C.Credit: NOIRLab/NSF/AURA.Η φύση της σκοτεινής ύλης, κάποιας μορφής ύλης δηλαδή, που αλληλεπιδρά μονάχα βαρυτικά με τη γνωστή μας ύλη, παραμένει μέχρι και σήμερα άγνωστη. Πολλά υποψήφια σωματίδια έχουν προταθεί ή και άλλες λύσεις, όπως η ύπαρξη αρχέγονων μαύρων τρυπών. Σε θεωρητικό επίπεδο, σωματίδια σκοτεινής ύλης έχουν προβλεφθεί μέσω του καθιερωμένου μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής, ωστόσο κανένα δεν έχει ανιχνευθεί ακόμα πειραματικά. Επίσης, είναι πολύ πιθανό η σκοτεινή ύλη, όπως και η γνωστή μας βαρυονική ύλη, να μην αποτελείται από ένα μόνο είδος σωματιδίων αλλά από πολλά. Η ύπαρξή της πάντως, βεβαιώνεται πια με διάφορους τρόπους, όπως η ύπαρξη φαινομένων βαρυτικών φακών και οι ανισοτροπίες στο φάσμα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Ακόμα και αν στο μέλλον δεχτούμε νέες ή τροποποιημένες θεωρίες βαρύτητας, φαίνεται πως η σκοτεινή ύλη έχει έρθει για να μείνει.

    Επόμενη σημαντική ιδέα για την εξέλιξη της σύγχρονης μελέτης του Σύμπαντος αποτέλεσε η εισαγωγή στη δεκαετία του 1980 ενός πληθωριστικού σταδίου (inflationary epoch) στην εξέλιξη του Σύμπαντος. Ένα από τα μεγάλα προβλήματα που αντιμετώπιζε η κοσμολογία της εποχής ήταν η εξαιρετική ομοιομορφία του Σύμπαντος. Ακόμα και περιοχές οι οποίες βρίσκονται τόσο μακριά μεταξύ τους που με βάση την ηλικία του Σύμπαντος δεν θα έπρεπε να έχουν προλάβει να αλληλεπιδράσουν αιτιακά μεταξύ τους παρουσιάζουν ακριβώς την ίδια εικόνα. Το παράδοξο αυτό, το επονομαζόμενο και πρόβλημα του ορίζοντα[6] (horizon problem) μπορεί να λυθεί με την εισαγωγή ενός σταδίου εξαιρετικά βίαιης, εκθετικής διαστολής του Σύμπαντος κατά τις πρώτες του στιγμές. Το στάδιο αυτό, που ονομάστηκε πληθωρισμός, προτάθηκε το 1981 από τον Alan Guth, αν και προηγούμενη συνεισφορά σε παρόμοιες ιδέες είχαν και άλλοι επιστήμονες τόσο από τις ΗΠΑ όσο και από την ΕΣΣΔ.[7] Το πληθωριστικό στάδιο, όπως αναφέρει ο Guth, λύνει δύο βασικά προβλήματα. Τόσο το πρόβλημα του ορίζοντα, στο οποίο αναφερθήκαμε παραπάνω, όσο και το πρόβλημα του επίπεδου Σύμπαντος που θα απαιτούσε μια καλά συντονισμένη (fine tuned) τιμή της σταθεράς του Hubble για να επιτευχθεί (Guth, 1981).

    Η εισαγωγή αυτού του σταδίου, στη διάρκεια του οποίου το νεαρό Σύμπαν υπόκειται σε μια διαδικασία ανάλογη μιας μετάβασης φάσης, έχει και άλλα παράπλευρα οφέλη όπως τη σύνδεση με τη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων και τις ενοποιητικές θεωρίες. Επίσης, εξηγεί την μη ύπαρξη μαγνητικών μονόπολων στο Σύμπαν. Ίσως το μεγαλύτερο όμως όφελος από τη θεωρία του Guth, είναι πως έφερε την κοσμολογία πιο κοντά στα ενδιαφέροντα των φυσικών στοιχειωδών σωματιδίων και υψηλών ενεργειών. Με αυτό τον τρόπο η κοινότητα της κοσμολογίας ανανεώθηκε τόσο σε ιδέες όσο και σε ανθρώπινο δυναμικό (Longair & Smeenk, 2019).

    Το μεγάλο πρόβλημα όμως παραμένει, πως είναι άγνωστο ποιο ήταν εκείνο το πεδίο που οδήγησε το πρώιμο Σύμπαν στο πληθωριστικό του στάδιο. Το συγκεκριμένο θέμα είναι αμφιλεγόμενο στους κόλπους της κοινότητας των φυσικών, αλλά η μελέτη του ξεφεύγει από τους στόχους αυτού του άρθρου[8].

    Ο τελευταίος, μέχρι τώρα, σημαντικός σταθμός στην εξέλιξη της κοσμολογίας είναι δίχως αμφιβολία η ανακάλυψη το 1998, την ίδια περίοδο από δύο ανεξάρτητες μεταξύ τους ομάδες, της επιταχυνόμενης διαστολής του Σύμπαντος. Το γεγονός αυτό ήρθε να βάλει τέλος στο ερώτημα για την ύπαρξη, ή μη, της περίφημης κοσμολογικής σταθεράς του Einstein. Η κοσμολογική σταθερά, όπως προκύπτει από τις εξισώσεις πεδίου της ΓΘΣ, είναι μη μηδενική και έχει μια θετική τιμή. Ο επιταχυνόμενος ρυθμός διαστολής του Σύμπαντος μας κάνει να υποθέτουμε πως υπάρχει κάτι στο Σύμπαν που λειτουργεί ως αρνητική πίεση, ως αντιβαρύτητα και κάνει το Σύμπαν να μην επιβραδύνει τη διαστολή του, παρά την ύπαρξη βαρυτικών δυνάμεων. Δυστυχώς, η φύση της σκοτεινής ενέργειας παραμένει πιο αμφίβολη ακόμα και από αυτή της σκοτεινής ύλης. Παραμένει άγνωστο αν οφείλεται σε κάποιο πεδίο, αν σχετίζεται με την ενέργεια κενού της κβαντικής θεωρίας πεδίου ή αν είναι απλά μια σταθερά της γεωμετρίας του Σύμπαντος, μια εγγενής ιδιότητά της (Longair & Smeenk, 2019).Εικόνα 7: Η κατανομή της ολικής ύλης-ενέργειας του Σύμπαντος σε σκοτεινή ενέργεια, σκοτεινή ύλη και βαρυονική ύλη. Credit: Astronomy: Roen Kelly, after NIST.Η ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ ΣΤΟΝ 21Ο ΑΙΩΝΑ – ΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ

    Ήδη από την ανακάλυψη της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου η κοσμολογία μπορεί να θεωρηθεί μια επιστήμη που βασίζεται στα παρατηρησιακά δεδομένα και όχι απλά σε θεωρητικά μοντέλα βασισμένα στις γνωστές και καλά εδραιωμένες θεωρίας της φυσικής. Στα χρόνια που πέρασαν από την ανακοίνωση της επιταχυνόμενης διαστολής του Σύμπαντος (Turner, 1999) όμως έχει συντελεστεί μια σπουδαία αύξηση του όγκου των δεδομένων και των μεθόδων παρατήρησης στην κοσμολογία. Η μελέτη του φάσματος της κοσμικής ακτινοβολίας από το πρόγραμμα COBE της NASA και του αντίστοιχου προγράμματος Planck της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος, τα δεδομένα από τα επίγεια αλλά και τα δορυφορικά τηλεσκόπια αλλά και οι καταγραφές του πρώτου συμβολόμετρου βαρυτικών κυμάτων (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – LIGO), έχουν οδηγήσει σε αυτό που ονομάζεται κοσμολογία ακριβείας (Turner, 2022).

    Όλα τα παραπάνω έχουν οδηγήσει στην ευρεία αποδοχή ενός Καθιερωμένου Προτύπου για την Κοσμολογία, του Λ-CDM, δηλαδή ενός μοντέλου που βασίζεται στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας και τη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων, με τις προσθήκες της σκοτεινής ύλης (Cold Dark Matter) και της σκοτεινής ενέργειας (με τη μορφή της κοσμολογικής σταθεράς – Λ). Το μοντέλο ΛCDM υποστηρίζεται πια από ένα τεράστιο πλήθος και διαφορετικού είδους παρατηρήσεων. Ορισμένα προβλήματα φυσικά παραμένουν, όπως η απόκλιση στις μετρήσεις της σταθεράς του Hubble καθώς και το πρόβλημα της κοσμολογικής σταθεράς. Τα ερωτήματα για τη φύση της σκοτεινής ύλης και, κυρίως, της σκοτεινής ενέργειας επίσης παραμένουν με τους επιστήμονες να ελπίζουν πως η έρευνα, τουλάχιστον για τη σκοτεινή ύλη, να αποδώσει σύντομα καρπούς.

    Μία άλλη μεγάλη μεταβολή που έχει συντελεστεί στην κοσμολογία τον 21ο αιώνα είναι η αύξηση του κύρους της και της θέσης της ανάμεσα στην κοινότητα των φυσικών. Αυτό αποτυπώνεται στον αριθμό των δημοσιεύσεων, στο πλήθος των επιστημόνων που ασχολούνται στον τομέα αλλά και στη χρηματοδότηση της έρευνας. Μόλις το 2022 μπήκε σε λειτουργία το James Webb Space Telescope, με κόστος κατασκευής και λειτουργίας δέκα δισεκατομμύρια δολάρια, που ήδη στέλνει παρατηρήσεις και δεδομένα για τις απόμακρες περιοχές του Σύμπαντος. Υπάρχουν επίσης σχέδια για την κατασκευή ενός διαστημικού συμβολόμετρου ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. Η παρατήρηση του Σύμπαντος μέσω των βαρυτικών κυμάτων, που επιτεύχθηκε στο LIGO το 2015, άνοιξε για πρώτη φορά ένα νέο παράθυρο θέασης του κόσμου, που οι επιστήμονες ευελπιστούν πως θα φωτίσει πολλές σκοτεινές περιοχές της γνώσης μας για τον κόσμο.

    ΕΠΙΛΟΓΟΣ

    Η πορεία της κοσμολογίας κατά τη διάρκεια των τελευταίων εκατό χρόνων άλλαξε δραστικά την εικόνα που έχουμε για τον Κόσμο. Παρά τις αναμφίβολες επιτυχίες της όμως, καθώς και την εξέλιξη της σε μια επιστήμη ακριβείας, δεν στερείται προβλημάτων και ανοιχτών ερωτημάτων που περιμένουν απάντηση. Ίσως, η επόμενη μεγάλη αλλαγή στη φυσική να κυοφορείται ήδη στους κόλπους της Κοσμολογίας και στις προσπάθειες ερμηνείας της δομής του Σύμπαντος.

    Ανάμεσα στις απαντήσεις που προτείνονται στο πλαίσιο της κοσμολογίας ανήκουν πολλές, όπως η θεωρία για το πολύ-Σύμπαν (Multiverse), που εγείρουν ερωτηματικά για τηνΕικόνα 8: Η θέση και η τροχιά του Διαστημικού Τηλεσκοπίου James Webb Credits: NASA, ESA, CSA, STScI. Η εικόνα δεν είναι υπό κλίμακα.επιστημονικότητά τους. Τέτοιου είδους θεωρίες μας κάνουν να αναρωτιόμαστε για τα όρια της επιστήμης και αν μπορεί να περιλαμβάνει θεωρίες που μπορούν να ερμηνεύσουν τα πάντα και για τον λόγο αυτόν, δεν μπορούν να διαψευστούν. Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει λοιπόν η Κοσμολογία και από την πλευρά της Φιλοσοφίας της Επιστήμης. Αλλά αυτό είναι ένα ζήτημα που θα πρέπει να το προσεγγίσουμε σε επόμενο άρθρο.

    ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Θα ήθελα να ευχαριστήσω τους Θόδωρο Αραμπατζή και Αντώνη Αντωνίου για τις χρήσιμες και εύστοχες παρατηρήσεις τους.

    ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

    [1] Οι ιδέες του Einstein για τη σχετικότητα του χώρου, του χρόνου αλλά και της αδράνειας ήταν επηρεασμένες από τις αντίστοιχες θέσεις του Ernst Mach.

    [2] Η Κοσμολογική Αρχή υποστηρίζει πως το Σύμπαν, σε μεγάλη κλίμακα, είναι ομογενές και ισότροπο. Είναι δηλαδή το ίδιο, και έχει τις ίδιες ιδιότητες από οποιοδήποτε σημείο, ή προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, το παρατηρούμε. Η κοσμολογική αρχή έχει τις ρίζες της στον Κοπέρνικο, για τον λόγο αυτόν συχνά εμφανίζεται και ως Κοπερνίκεια Αρχή, ο οποίος διατύπωσε την άποψη πως η Γη δεν κατέχει κάποια ξεχωριστή θέση στον Κόσμο. Η Κοσμολογική Αρχή επιβεβαιώνεται ισχυρά από τις σύγχρονες παρατηρήσεις.

    [3] Όπως αναπτύχθηκε και από τους Dicke, Peebles κ.α.

    [4] Έναν όρο που δεν χρησιμοποιεί πρώτος, αλλά έχει σε μεγάλο βαθμό πιστωθεί σε αυτόν.  Επίσης, ο λόγος της “σκοτεινής” προς την “φωτεινή” ύλη που υπολόγισε ο Zwicky, ήταν ιδιαίτερα αυξημένος εξ’ αιτίας λάθος παραμέτρων της εποχής, ωστόσο το πρόβλημα ήταν υπαρκτό.

    [5] Όπως και ο Kenneth Freeman που ανεξάρτητα έκανε παρόμοιες παρατηρήσεις την ίδια εποχή.

    [6] Ίσως κάποιος περίμενε, το πρόβλημα του ορίζοντα, να αφορά κάποιους γαλαξίες ή περιοχές που, όπως τις παρατηρούμε από τη Γη, βρίσκονται αντιδιαμετρικά στον ουράνιο θόλο. Αυτό δεν είναι ακριβές. Μπορεί να αφορά περιοχές που απέχουν μεταξύ τους ελάχιστες μόνο μοίρες στον ουράνιο θόλο. Κατά συνέπεια ο αριθμός των περιοχών που είναι αιτιακά ασύνδετες μεταξύ τους είναι τεράστιος. Ο Guth αναφέρει πως είναι της τάξης του ~1083 (Guth, 1981).

    [7] Ενδεικτικά αναφέρω τους Sidney Bludman, Andrei Linde, Yakov Zel’dovich

    [8] Για μια επισκόπηση του ζητήματος του πληθωρισμού, βλέπε (Steinhardt, 2011)ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    Bertone, G., and Hooper, D., 2018. History of Dark Matter. Reviews of Modern Physics, 90(4), p. 045002. doi: 10.1103/RevModPhys.90.045002

    de Swart, J., Bertone, G., and van Dongen, J., 2017. How Dark Matter Came to Matter. Nature Astronomy, 1. https://doi.org/10.48550/arXiv.1703.00013

    Einstein, A., 1917. Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie. Sitz. König. Preuss. Akad., pp. 142-152. Αγγλική μετάφραση διαθέσιμη ως ‘Cosmological considerations on the general theory of relativity’ στο https://einsteinpapers.press.princeton.edu/vol6-trans/433

    Friedmann, A., 1999. On the Possibility of a World with Constant Negative Curvature of Space. General Relativity and Gravitation 31, 2001–2008.  Translation from: Z. Physik 21, 326–332 (1924). https://doi.org/10.1023/A:1026755309811

    Gamow, G., 1948. The Evolution of the Universe. Nature 162 (4122), 680–682. doi:10.1038/162680a0

    Guth, A., 1981. Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems. Physical Review D 23(2), pp. 347-356. https://doi.org/10.1103/PhysRevD.23.347

    Hubble, E., 1929. A relation between distance and radial velocity among extra-Galactic Nebulae. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 15 3, 168-73. https://doi.org/10.1073/pnas.15.3.168

    Kragh, H., 2019. Steady-State Theory and the Cosmological Controversy. In H. Kragh, & M.S. Longair (Eds.), Oxford Handbook of the History of Modern Cosmology. Oxford: Oxford University Press https://doi.org/10.1093/oxfordhb/9780198817666.001.0001

    Lemaitre, G., 1927. A Homogeneous Universe of Constant Mass and Growing Radius Accounting for the Radial Velocity of Extragalactic Nebulae. Annales Soc. Sci. Bruxelles A 47, 49-59, Gen. Rel. Grav. 45 (2013) 8, 1635-1646. https://doi.org/10.1007/s10714-013-1548-3

    Lemaitre, G., 1931. The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory. Nature 127, p. 706. https://doi.org/10.1038/127706b0

    Longair, M., and Smeenk, C., 2019. Inflation, dark matter, and dark energy. In: H. Kragh & M. Longair, eds. The Oxford Handbook of the History. New York: Oxford University Press, pp. 425-464. https://doi.org/10.1093/oxfordhb/9780198817666.001.0001

    Realdi, M., 2019. Relativistic Models and the Expanding Universe. In H. Kragh, & M.S. Longair (Eds.), Oxford Handbook of the History of Modern Cosmology. Oxford: Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/oxfordhb/9780198817666.001.0001

    Rubin, V., and Ford, K., 1970. Rotation of the Andromeda Nebula from a Spectroscopic Survey of Emission Regions. Astrophysical Journal 159, p. 379. doi:10.1086/150317

    Smith, R., 2019. Observation and the Universe. In H. Kragh, & M.S. Longair (Eds.), Oxford Handbook of the History of Modern Cosmology. Oxford: Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/oxfordhb/9780198817666.001.0001

    Steinhardt, P., 2011. The Inflation Debate: Is the Theory at Heart of Modern Cosmology Deeply Flawed?. Scientific American 304, pp. 18-25. doi: 10.1038/scientificamerican0411-36

    Stromberg, G., 1925. Analysis of Radial Velocities of Globular Clusters and non-Galactic Nebulae. Astrophysical Journal 61, p. 353-362. doi: 10.1086/142897

    Turner, M., 1999. Cosmology solved? Maybe. Nuclear Physics B – Proceedings Supplements  72, p. 69–80. https://doi.org/10.48550/arXiv.astro-ph/9811366

    Turner, M., 2022. The Road to Precision Cosmology. Annual Review of Nuclear and Particle Science 72, pp. 1-33. https://doi.org/10.48550/arXiv.2201.04741

    Weinberg, S., 1989. The Cosmological Constant Problem. Reviews of Modern Physics 61(1), p. 1-23. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.61.1
    Νίκος Αλεξίου, Εκπαιδευτικός, Φυσικός, Υποψήφιος Διδάκτωρας ΕΚΠΑ

    Ο Νίκος Αλεξίου έχει σπουδάσει Φυσική στο Πανεπιστήμιο Αθηνών και εργάζεται ως εκπαιδευτικός στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Είναι κάτοχος μεταπτυχιακού διπλώματος ειδίκευσης στην Ιστορία και Φιλοσοφία της Επιστήμης και είναι υποψήφιος διδάκτορας της Ιστορίας και Φιλοσοφίας της Κοσμολογίας. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα εστιάζουν στην ιστορική πορεία των θεωρητικών οντοτήτων της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας ώστε να αποτελούν σήμερα αναπόσπαστο μέρος του Καθιερωμένου Κοσμολογικού Προτύπου, και των φιλοσοφικών προεκτάσεών τους.

  • Oμιλία Αναμαρίας Γκίνη: Στο Μονοπάτι των Υπερκαινοφανών Αστέρων

    Oμιλία Αναμαρίας Γκίνη: Στο Μονοπάτι των Υπερκαινοφανών Αστέρων

    Στο Μονοπάτι των Υπερκαινοφανών Αστέρων

    Περίληψη:

    Έχετε ποτέ αναρωτηθεί από πού προέρχονται τα στοιχεία που συνθέτουν τον άνθρωπο; Η απάντηση κρύβεται στους υπερκαινοφανείς αστέρες! Οι υπερκαινοφανείς αστέρες, γνωστοί και ως σούπερνοβα, είναι οι εκρήξεις αστέρων στο τέλος της ζωής τους. Σε αυτή την ομιλία, θα ανακαλύψουμε τα μυστικά των υπερκαινοφανών αστέρων, εξερευνώντας τους μηχανισμούς που οδηγούν σε αυτές τις εντυπωσιακές εκρήξεις και τον τρόπο με τον οποίο τα υπολείμματά τους επηρεάζουν τον κόσμο μας.Σύντομο Βιογραφικό

    Η Αναμαρία Γκίνη είναι υποψήφια διδάκτωρ του Πανεπιστημίου της Στοκχόλμης με κατεύθυνση στην Αστροφυσική. Ολοκλήρωσε τις προπτυχιακές σπουδές της στο Τμήμα Φυσικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και τις μεταπτυχιακές της σπουδές στο Τμήμα Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών.

    Κεφάλαια της Ομιλίας

    00:00:21 Εισαγωγή – Χαιρετισμός

    00:02:30 Ομιλία

    00:43:40 Ερωτήσεις

    00:43:50 Υπάρχουν νέοι αλγόριθμοι ή νέα συστήματα τα οποία σκανάρουν τις υπάρχουσες βάσεις δεδομένων για να ανακαλύψουν καινούργιους υπερκαινοφανείς που μπορεί να είχαν προηγουμένως ξεφύγει από την ανθρώπινη επισκόπηση;

    00:45:50 Έχει χρησιμοποιηθεί το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για την ανακάλυψη καινούργιων υπερκαινοφανών; Υπάρχουν άλλα τηλεσκόπια τα οποία είναι ίσως καλύτερα σχεδιασμένα γι’αυτόν τον σκοπό;

    00:48:05 Πόσο κοντά είναι οι κοντινότεροι υπερκαινοφανείς στη γη μας; Ο πιο μακρινός;

    00:49:25 Υπήρχε κάποια περίοδος στην ιστορία του σύμπαντος κατά τη διάρκεια της οποίας υπήρχε πολύ έντονη δραστηριότητα υπερκαινοφανών;

    00:51:25 Επίλογος

  • Oμιλία Αδριανού Γολέμη: Ο άνθρωπος ανάμεσα στα αστέρια – εμπειρίες από την ιατρική υποστήριξη στελεχωμένων διαστημικών αποστολών

    Oμιλία Αδριανού Γολέμη: Ο άνθρωπος ανάμεσα στα αστέρια – εμπειρίες από την ιατρική υποστήριξη στελεχωμένων διαστημικών αποστολών

    Το InScience.gr σας παρουσιάζει την ομιλία του Αδριανού Γολέμη με θέμα:

    Ο άνθρωπος ανάμεσα στα αστέρια – εμπειρίες από την ιατρική υποστήριξη στελεχωμένων διαστημικών αποστολών.

    Οι στελεχωμένες αποστολές στο Διάστημα αποτελούν ένα παγκόσμιο επίτευγμα. Οι αστροναύτες εργάζονται για μήνες μακριά από τον πλανήτη μας, διεξάγοντας έρευνα που αποσκοπεί στο να βελτιώσει την καθημερινότητά μας στη Γη.

    Από το 2000 και εξής υπάρχει συνεχής ανθρώπινη παρουσία σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη μας, στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Στις μέρες μας πληθαίνουν τα έθνη και οι ιδιωτικές εταιρείες που οργανώνουν στελεχωμένες αποστολές στο Διάστημα και ελπίζουμε να δούμε σύντομα την Ελλάδα μεταξύ τους.

    Επόμενος προορισμός η Σελήνη, όπου μέσα στα επόμενα χρόνια η ανθρωπότητα αναμένεται να επιστρέψει με μονιμότερη παρουσία από ότι στο παρελθόν, κατακτώντας και πάλι αυτό το νέο σύνορο.

    Όταν, όμως, ο άνθρωπος αφήνει τον πλανήτη Γη και βρίσκεται στο διαστημικό περιβάλλον, όλα σχεδόν τα συστήματα του οργανισμού του επηρεάζονται: η προσαρμογή στη βαρύτητα, η αυξημένη ακτινοβολία, οι επιπτώσεις της απομόνωσης στην ψυχολογία και οι αλλαγές των κιρκάδιων ρυθμών είναι μερικές μόνο από τις προκλήσεις που έχουν να αντιμετωπίσουν οι αστροναύτες.

    Στην παρουσίαση αυτή ανακαλύπτουμε τις στελεχωμένες αποστολές των αστροναυτών και την ιατρική υποστήριξή τους από τη Γη και συζητάμε για τις νέες προοπτικές που φέρνουν τον άνθρωπο ακόμη εγγύτερα στα αστέρια, με πολλαπλά οφέλη για τη ζωή στον πλανήτη μας

    Σύντομο Βιογραφικό

    Ο Αδριανός Γολέμης σπούδασε Ιατρική στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ). Στη συνέχεια παρακολούθησε το διεπιστημονικό πρόγραμμα Master on Space Studies του International Space University (ISU) στη Γαλλία και συνέγραψε τη διπλωματική του εργασία στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (European Space Agency – ESA).

    Επιλέχθηκε από την ESA για να στελεχώσει το Σταθμό Concordia στην Ανταρκτική, όπου και εργάστηκε για ένα έτος σε συνθήκες πλήρους απομόνωσης ως ιατρός, συλλέγοντας επιστημονικά δεδομένα και συνεισφέροντας στη μελέτη της επίδρασης ακραίων συνθηκών διαβίωσης στον ανθρώπινο οργανισμό και την ψυχολογία. Μετά το πέρας των στρατιωτικών του υποχρεώσεων, εργάστηκε ξανά ως γιατρός σε κλινικές μελέτες του γαλλικού Ινστιτούτου Διαστημικής Ιατρικής και Φυσιολογίας (MEDES) στην Τουλούζ.

    Από το 2018 εργάζεται για τη MEDES στην ιατρική ομάδα του Ευρωπαϊκού Κέντρου Αστροναυτών (European Astronaut Centre – EAC) της ESA, παρακολουθώντας την υγεία των αστροναυτών κατά την προετοιμασία πριν τη διαστημική αποστολή τους, για όσο χρόνο οι αστροναύτες βρίσκονται στο Διάστημα, καθώς και μετά την επιστροφή τους στη Γη.

    Το 2022 αποτέλεσε τον πρώτο Έλληνα που περνά με επιτυχία και τα έξι στάδια της διαδικασίας επιλογής Ευρωπαίων αστροναυτών που λαμβάνει χώρα κάθε περίπου 13 χρόνια (επίδοση top 0,1% ανάμεσα σε 22500 αιτούντες).

    Το 2023 εκλέχθηκε αντεπιστέλλον μέλος της Διεθνούς Ακαδημίας Αστροναυτικής (International Academy of Astronautics – IAA). Έχει συμμετάσχει σε παραβολικές πτήσεις και αποτελεί μέλος του Austrian Space Forum, οργανισμού που διεξάγει αποστολές σε διαστημικά ανάλογα. Συμβάλλει στην προώθηση της σημασίας της διαστημικής επιστήμης και τεχνολογίας, με 150 διαλέξεις ή συνεντεύξεις και παρουσία σε 14 επιστημονικά συνέδρια. Ασχολείται με την αστροφωτογραφία και τις καταδύσεις, είναι ερασιτέχνης πιλότος και ιστιοπλόος.

    Κεφάλαια της Ομιλίας

    00:00:19 Εισαγωγή – Χαιρετισμός

    00:04:40 Ομιλία

    00:51:38 Ερωτήσεις

    00:51:55 Υπάρχουν σχολές στις οποίες κάποιος μπορεί να σπουδάσει και να ειδικευθεί στην Διαστημική Ιατρική;

    00:54:04 Αντιμετωπίσατε πραγματικά δύσκολες στιγμές στην μέχρι τώρα ενασχόλησής σας με τις διαστημικές αποστολές. Αν ναι, θα μπορούσατε να μας αναφέρετε κάποιες;

    00:58:18 Τι συμβαίνει με τον διαστημικό τομέα στην Ελλάδα;

    01:00:32 Βασισμένοι στα αποτελέσματα των ως τώρα ερευνών πάνω στην υγεία των αστροναυτών, υπάρχει κάποιο χρονοδιάγραμμα για το πότε θα είναι εφικτά διαστημικά ταξίδια μακράς διαρκείας, σε προορισμούς όπως ας πούμε στον Άρη. Ή σε προορισμούς πού πιο μακρινούς όπως οι δορυφόροι του Δία και του Κρόνου; Η ακόμα και διαστρικά ταξίδια;

    01:03:29 Ποια ήταν η μεγαλύτερη πρόκληση για εσάς ως επιστήμονας και ως άνθρωπος κατά τη διάρκεια της μονοετούς εμπειρίας απομόνωσης που περάσατε;

    00:05:34 Πόσο αισιόδοξος είστε για τις διαστημικές αποστολές στην επόμενη δεκαετία, πενηνταετία και αιώνα;

    01:08:20 Ποιες είναι οι χρονικές περίοδοι στις οποίες το διαστημικό ταξίδι γίνεται επικίνδυνο για το άτομο/αστροναύτη; Υπάρχει κάποιο χαμηλό όριο πάνω από το οποίο οι επιπτώσεις γίνονται μη αντιστρέψιμες;

    01:12:01 Δεν θα ήθελα να αποπροσανατολίσω την συζήτηση αλλά για έναν γεωλόγο ποια ίσως θα ήταν τα βήματα για να ασχοληθεί με αυτό το χώρο (είτε ως πλανητικός γεωλόγος είτε και ως αστροναύτης)