Category: ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ- ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ

  • 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. Μαρίας Παπαδοπούλου – «Η Τεχνητή Νοημοσύνη συναντά τις Ανθρωπιστικές Επιστήμες»

    Ομιλία Δρ. Μαρίας Παπαδοπούλου – «Η Τεχνητή Νοημοσύνη συναντά τις Ανθρωπιστικές Επιστήμες»

    Το InScience.gr σας παρουσιάζει την ομιλία της επίκουρης καθηγήτριας του Πανεπιστημίου Κρήτης, Δρ. Μαρίας Παπαδοπούλου με θέμα «Η ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ ΣΥΝΑΝΤΑ ΤΙΣ ΑΝΘΡΩΠΙΣΤΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ» , που διοργανώθηκε την Πέμπτη 12 Ιουνίου 2025.

    Περίληψη: Το TALOS AI4SSH είναι ένα νέο ερευνητικό εργαστήριο του Πανεπιστημίου Κρήτης, αφιερωμένο στην Τεχνητή Νοημοσύνη (ΤΝ) για τις Ανθρωπιστικές και Κοινωνικές Επιστήμες (SSH). Εδρεύει στο Κέντρο Ερευνών και Μελετών (ΚΕΜΕ-ΠΚ) στο Ρέθυμνο και υλοποιείται με τη χρηματοδότηση της Ευρωπαϊκής Ένωσης μέσω του προγράμματος TALOS ERA Chair. Υπό την καθοδήγηση του Καθηγητή Τεχνητής Νοημοσύνης Christophe Roche, το TALOS στοχεύει στην ενίσχυση της ψηφιακής τεχνογνωσίας ερευνητών/τριών και φοιτητών/τριών στις Ανθρωπιστικές και Κοινωνικές Επιστήμες, με έμφαση στις τεχνολογίες ΤΝ. Το Εργαστήριο ΤΑΛΩΣ επιδιώκει να ενισχύσει τη διασύνδεση της ΤΝ με την έρευνα και την εκπαίδευση στις Ανθρωπιστικές & Κοινωνικές Επιστήμες (ΑΚΕ), δημιουργώντας ένα δυναμικό οικοσύστημα καινοτομίας και συμβάλλοντας στην ανάπτυξη καινοτόμων ερευνητικών και εκπαιδευτικών πρωτοβουλιών. Προσφέρει καινοτόμα προγράμματα σπουδών στην ΤΝ για τις ΑΚΕ σε προπτυχιακό και μεταπτυχιακό επίπεδο, υβριδικά πρακτικά σεμινάρια (δείτε τα στο YouTube!), Ανοιχτά Διαδικτυακά Μαθήματα (MOOC), διδακτορικές και μεταδιδακτορικές υποτροφίες, καθώς και των υποτροφιών κινητικότητας (mobility grants) για την προσέλκυση κορυφαίων ερευνητών και την ενίσχυση των διεθνών και διεπιστημονικών συνεργασιών στο πεδίο της ΤΝ για τις ΑΚΕ.

    ΣΥΝΤΟΜΟ ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ: Η Δρ. Μαρία Παπαδοπούλου είναι Επίκουρη Καθηγήτρια στις Ψηφιακές Ανθρωπιστικές Επιστήμες και την Κλασική Φιλολογία στο Τμήμα Φιλολογίας (Τομέας Κλασικών Σπουδών) του Πανεπιστημίου Κρήτης. Διευθύνει το Εργαστήριο ΤΑΛΩΣ, το οποίο εστιάζει στην έρευνα στην ΤΝ και την καινοτομία στις Ανθρωπιστικές και Κοινωνικές Επιστήμες (ΑΚΕ). Έχει Διδακτορικό δίπλωμα στην Κλασική Φιλολογία από το Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών και Μεταπτυχιακό στη Γλωσσολογία από το Πανεπιστήμιο Lancaster (Ηνωμένο Βασίλειο). Έχει λάβει σημαντικές υποτροφίες και ερευνητική χρηματοδότηση, μεταξύ των οποίων: Marie Skłodowska-Curie Fellowship (Ευρωπαϊκή Ένωση) και Seeger Fellowship (Πανεπιστήμιο Princeton). Έχει εργαστεί στα Πανεπιστήμια Κοπεγχάγης και Σαβοΐας και είναι επισκέπτρια καθηγήτρια στα Πανεπιστήμια Liaocheng και Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (Κίνα). Η έρευνά της εστιάζει στην Ελληνιστική γραμματεία και τη σύνδεση ανθρωπιστικών επιστημών με την πληροφορική, αξιοποιώντας τις μεθόδους της ΤΝ για την ανάλυση των αρχαίων κειμένων. Έχει δημοσιεύσει πάνω από 40 επιστημονικά άρθρα σε αναγνωρισμένα περιοδικά, καθώς και το εγχειρίδιο «Δεξιότητες του 21ου Αιώνα και Ψηφιακές Ανθρωπιστικές Επιστήμες» (Αθήνα: Εκδόσεις Ηρόδοτος, 2023).

    Κεφάλαια της Ομιλίας

    00:00:21 Εισαγωγή – Χαιρετισμός

    00:04:16 Ομιλία

    00:55:30 Ερωτήσεις

    00:56:02 Τι σημαίνει σημασιολογική σήμανση και τι μεταδεδομένα;

    00:59:39 Ποιες ηθικές και κοινωνικές επιπτώσεις αναδύονται από τη χρήση αλγορίθμων ΤΝ σε ευαίσθητες ανθρωπιστικές εφαρμογές (π.χ. ψηφιακή κληρονομιά, γλωσσολογία);

    01:03:47 Πώς μπορεί το πρόγραμμα TALOS AI4SSH να αξιοποιήσει τεχνικές επεξεργασίας φυσικής γλώσσας για την ψηφιακή αποκατάσταση και ανάλυση αρχαιοελληνικών κειμένων;

    01:05:22 Θα μπορούσε το Εργαστήριο Τάλως να συνάψει μνημόνιο συνεργασίας με σχολείο όπου διδάσκονται μαθητές/μαθήτριες Ομάδας Προσανατολισμού Ανθρωπιστικών Σπουδών;

    01:06:50 Με ποιον τρόπο τα MOOCs που προσφέρει το TALOS μπορούν να γεφυρώσουν το έλλειμμα γνώσης μεταξύ ΑΕΙ και επαγγελματιών των Ανθρωπιστικών & Κοινωνικών Επιστημών;

    01:08:59 Ποιος είναι ο αντίκτυπος των υποτροφιών κινητικότητας (mobility grants) του TALOS στην προσέλκυση κορυφαίων διεθνών ερευνητών και στην ανάπτυξη διεθνών συνεργασιών στον χώρο της AI4SSH;

    01:12:00 Επίλογος

    ΔΙΑΦΑΝΕΙΕΣ ΤΗΣ ΟΜΙΛΙΑΣ

  • ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ ΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑΣ – Πώς ο οργανισμός καταπολεμά τις ασθένειες, ασκεί έλξη στους άλλους ανθρώπους και μας ορίζει ως άτομα

    ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ ΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑΣ – Πώς ο οργανισμός καταπολεμά τις ασθένειες, ασκεί έλξη στους άλλους ανθρώπους και μας ορίζει ως άτομα

    ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

    DANIEL M. DAVIS

    Μετάφραση: Χριστίνα Ευτύχη
    Επιστημονική επιμέλεια: Αναστάσιος Ε. Γερμενής
    Σχεδίαση εξωφύλλου: Ιάκωβος Ουρανός

    ISBN 978-618-230-122-7
    Διαστάσεις: 14 x 21 cm
    Αριθμός σελίδων: 392
    Τιμή: € 24
    Έτος έκδοσης: 2025Περιγραφή

    Τα περισσότερα γονίδια του ανθρώπου είναι κοινά σε όλους μας. Υπάρχει όμως ένα σύνολο γονιδίων —τα γονίδια συμβατότητας— που παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές από άτομο σε άτομο, προσδίδοντας στον καθένα μας μια μοναδική μοριακή υπογραφή. Τα γονίδια αυτά όχι μόνο καθορίζουν την ευαισθησία μας σε ένα ευρύ φάσμα ασθενειών αλλά επηρεάζουν επίσης τους ποικίλους τρόπους με τους οποίους τις καταπολεμούμε.

    Στο βιβλίο αυτό, ο διακεκριμένος ανοσολόγος Daniel M. Davis αφηγείται την αξιοθαύμαστη ιστορία της ανακάλυψης των γονιδίων συμβατότητας και το πώς δεκαετίες υπομονετικής επιστημονικής έρευνας, διανθισμένες με στιγμές αληθινής έμπνευσης, αποκάλυψαν τον τρόπο λειτουργίας τους. Σκιαγραφεί τα πορτρέτα επιστημόνων που δούλεψαν σκληρά για να ξεκλειδώσουν τα μυστικά των γονιδίων αυτών και μοιράζεται μαζί μας μοναδικές ιστορίες ασθενών που επέζησαν από σοβαρές νόσους. Καταλήγοντας, διατυπώνει μια σειρά από συναρπαστικά συμπεράσματα, όπως π.χ. ότι βρίσκουμε τους άλλους περισσότερο ή λιγότερο γοητευτικούς ανάλογα με τα γονίδια συμβατότητάς τους, ότι η καλωδίωση μεταξύ ορισμένων νευρώνων του εγκεφάλου μας συντηρείται ή διαταράσσεται ανάλογα με τη δράση των γονιδίων συμβατότητας και ότι τα γονίδια αυτά ενδεχομένως επηρεάζουν την πιθανότητα ενός ζευγαριού για επιτυχημένη κύηση. Όπως φαίνεται, λοιπόν, ένας μικρός αριθμός κληρονομήσιμων γονιδίων μπορεί να ασκεί σημαντική επίδραση σε βαθύτατα προσωπικές και καθοριστικές για τη ζωή μας αποφάσεις.

    Η επιστήμη δεν υπήρξε ποτέ πιο μυστηριώδης ή συναρπαστική απ’ ό,τι στην προσπάθεια αποκάλυψης της ανθρώπινης φύσης — και το ξεκλείδωμα των μυστικών των γονιδίων συμβατότητας θα έχει αναμφίβολα σημαντικό αντίκτυπο στην ιατρική πρακτική του 21ου αιώνα.Bιογραφικά Συγγραφέα

    Ο Daniel M. Davis είναι Καθηγητής Ανοσολογίας στο Imperial College του Λονδίνου, επικεφαλής του τομέα Επιστημών του Ανθρώπου. Διδάκτορας φυσικής από το Πανεπιστήμιο του Strathclyde, στη Γλασκώβη, ασχολήθηκε για πρώτη φορά με το ανθρώπινο ανοσιακό σύστημα ως μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Πανεπιστήμιο Harvard. Μέλος της βρετανικής Ακαδημίας Ιατρικών Επιστημών από το 2011, έχει δημοσιεύσει πάνω από 145 επιστημονικές εργασίες, μεταξύ των οποίων και άρθρα στα περιοδικά Nature, Science και Scientific American. Από τις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης κυκλοφορούν επίσης τα βιβλία του Η κομψή θεραπεία: Δαμάζοντας τις φυσικές άμυνες του ανθρώπινου οργανισμού (2020˙ The Beautiful Cure: Harnessing Your Body’s Natural Defences, 2018) και Το αθέατο σώμα: Πώς η νέα επιστήμη του ανθρώπινου σώματος αλλάζει τον τρόπο της ζωής μας (2024˙ The Secret Body: How the New Science of the Human Body Is Changing the Way We Live, 2021).

  • WOLFGANG PAULI – Απαγορευτική αρχή και κβαντομηχανική – Διάλεξη Νόμπελ, 13 Δεκεμβρίου, 1946

    WOLFGANG PAULI – Απαγορευτική αρχή και κβαντομηχανική – Διάλεξη Νόμπελ, 13 Δεκεμβρίου, 1946

    Μετάφραση: Βαρβάρα Πετανίδου

    «…για την ανακάλυψη της Απαγορευτικής Αρχής, γνωστής και ως Αρχής του Pauli σύμφωνα με τον Born, η κβαντική μηχανική μας δίνει μόνο μια στατιστική περιγραφή». (Από την προσφώνηση στην τελετή απονομής του βραβείου Nobel, 13 Δεκεμβρίου 1946)»Η ιστορία της ανακάλυψης της «απαγορευτικής αρχής», για την οποία μου απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 1945, ξεκινάει από τα φοιτητικά μου χρόνια στο Μόναχο. Ενώ, στο σχολείο της Βιέννης, είχα ήδη αποκτήσει κάποιες γνώσεις κλασικής φυσικής και της νέας, τότε, θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν, στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου ο Sommerfeld, με εισήγαγε στη φυσική της δομής του ατόμου – που είναι κάπως παράξενη από την άποψη της κλασικής φυσικής. Δεν ξέφυγα από το σοκ που βίωσε κάθε φυσικός, συνηθισμένος στον κλασικό τρόπο σκέψης, όταν έμαθε για πρώτη φορά το «βασικό αξίωμα της κβαντικής θεωρίας» του Μπορ. Εκείνη την εποχή υπήρχαν δύο προσεγγίσεις στα δύσκολα προβλήματα που συνδέονταν με το κβάντο της δράσης. Η πρώτη ήταν μια προσπάθεια να μπει μια αφηρημένη τάξη στις νέες ιδέες, αναζητώντας ένα κλειδί για τη μετάφραση της κλασικής μηχανικής και της ηλεκτροδυναμικής σε κβαντική γλώσσα που θα αποτελούσε μια λογική γενίκευση αυτών. Προς αυτή την κατεύθυνση κινήθηκε η «αρχή της αντιστοιχίας» του Bohr. Ο Sommerfeld, ωστόσο, προτίμησε, ενόψει των δυσκολιών που εμπόδιζαν τη χρήση της έννοιας των μοντέλων της κινηματικής, μια άμεση ερμηνεία, όσο το δυνατόν πιο ανεξάρτητη από τα μοντέλα, των νόμων των φασμάτων μέσω ακεραίων αριθμών, ακολουθώντας, όπως έκανε κάποτε ο Kepler στην έρευνά του για το πλανητικό σύστημα, μια εσωτερική αίσθηση της αρμονίας. Και οι δύο μέθοδοι, που δεν μου φαίνονταν ασυμβίβαστες, με επηρέασαν. Η σειρά των ακέραιων αριθμών 2, 8, 18, 32… που αντιστοιχούν στα μήκη των περιόδων στο φυσικό σύστημα των χημικών στοιχείων, συζητήθηκε με ζήλο στο Μόναχο, συμπεριλαμβανομένης της παρατήρησης του Σουηδού φυσικού Rydberg, ότι οι αριθμοί αυτοί έχουν την απλή μορφή 2n2, αν το n παίρνει όλες τις ακέραιες τιμές. Ο Sommerfeld προσπάθησε ιδιαίτερα να συνδέσει τον αριθμό 8 με τον αριθμό των γωνιών ενός κύβου.

    Μια νέα φάση της επιστημονικής μου ζωής άρχισε, όταν συνάντησα για πρώτη φορά προσωπικά τον Niels Bohr. Αυτό συνέβη το 1922, όταν έδωσε μια σειρά από προσκεκλημένες διαλέξεις στο Γκέτινγκεν, στις οποίες ανέφερε τις θεωρητικές έρευνές του σχετικά με το περιοδικό σύστημα των στοιχείων. Θα υπενθυμίσω μόνο εν συντομία ότι η ουσιαστική πρόοδος που σημειώθηκε από τις θεωρήσεις του Bohr εκείνη την εποχή ήταν η εξήγηση, μέσω του σφαιρικά συμμετρικού ατομικού μοντέλου, του σχηματισμού των ενδιάμεσων στοιβάδων του ατόμου και των γενικών ιδιοτήτων των σπάνιων γαιών. Το ερώτημα, ως προς το γιατί όλα τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο στη θεμελιώδη του κατάσταση δεν ήταν δεσμευμένα στην εσωτερική στιβάδα, είχε ήδη επισημανθεί από τον Bohr ως θεμελιώδες πρόβλημα, στα προηγούμενα έργα του. Στις διαλέξεις του στο Γκέτινγκεν ασχολήθηκε ιδιαίτερα με την συμπλήρωση αυτής της εσωτερικότερης στιβάδας Κ στο άτομο του ηλίου και την ουσιαστική σύνδεσή της με τα δύο διακριτά φάσματα του ηλίου, το φάσμα του ορθο- και το φάσμα του παρα-ηλίου. Ωστόσο, καμία πειστική εξήγηση για το φαινόμενο αυτό δεν μπορούσε να δοθεί με βάση την κλασική μηχανική. Μου έκανε μεγάλη εντύπωση ότι ο Bohr εκείνη την εποχή, και σε μεταγενέστερες συζητήσεις, αναζητούσε μια γενική εξήγηση που θα έπρεπε να ισχύει για την συμπλήρωση κάθε στιβάδας ηλεκτρονίων και στην οποία ο αριθμός 2 θεωρούνταν εξίσου σημαντικός με τον αριθμό 8 σε αντίθεση με την προσέγγιση του Sommerfeld.

    Ακολουθώντας την πρόσκληση του Bohr, πήγα στην Κοπεγχάγη το φθινόπωρο του 1922, όπου κατέβαλα σοβαρή προσπάθεια να εξηγήσω το λεγόμενο «ανώμαλο φαινόμενο Zeeman», όπως ονόμαζαν οι φασματοσκόποι, ένα είδος διαχωρισμού των φασματικών γραμμών σε μαγνητικό πεδίο που διαφέρει από την κανονική τριπλέτα. Από τη μία πλευρά, ο ανώμαλος τύπος διαχωρισμού διεπόταν από όμορφους και απλούς νόμους και ο Landé είχε ήδη καταφέρει να βρει τον απλούστερο διαχωρισμό των φασματοσκοπικών όρων από τον παρατηρούμενο διαχωρισμό των γραμμών. Το πιο θεμελιώδες από τα αποτελέσματά του ήταν, με τον τρόπο αυτό, η χρήση των ημιακέραιων αριθμών ως μαγνητικών κβαντικών αριθμών για τα φάσματα διπλασιασμού των αλκαλικών μετάλλων. Από την άλλη πλευρά, o ανώμαλος διαχωρισμός ήταν δύσκολα κατανοητός από τη σκοπιά του μηχανικού μοντέλου του ατόμου, δεδομένου ότι πολύ γενικές παραδοχές σχετικά με το ηλεκτρόνιο, χρησιμοποιώντας την κλασική θεωρία καθώς και την κβαντική θεωρία, οδηγούσαν πάντα στην ίδια τριπλέτα. Μια πιο λεπτομερής διερεύνηση αυτού του προβλήματος μου άφησε την αίσθηση ότι ήταν ακόμη πιο απρόσιτο. Γνωρίζουμε τώρα ότι εκείνη την εποχή βρισκόταν κανείς αντιμέτωπος ταυτόχρονα με δύο λογικά διαφορετικές δυσκολίες. Ένα βασικό πρόβλημα ήταν η απουσία μιας γενικής αρχής ή «κλείδας» για τη μετάφραση ενός δεδομένου μηχανικού προτύπου στη κβαντική θεωρία. Οι προσπάθειες να επιτευχθεί αυτό μέσω της κλασικής μηχανικής για την περιγραφή των στάσιμων κβαντικών καταστάσεων απέβησαν μάταιες. Η δεύτερη δυσκολία ήταν η άγνοιά μας σχετικά με το κατάλληλο κλασικό πρότυπο, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να προκύψει, έστω και θεωρητικά, ένας ανώμαλος διαχωρισμός των φασματικών γραμμών που εκπέμπονται από ένα άτομο μέσα σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Επομένως, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι δεν μπόρεσα να βρω μια ικανοποιητική λύση του προβλήματος εκείνη τη στιγμή. Κατόρθωσα, ωστόσο, να γενικεύσω την ανάλυση των όρων του Landé για πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία2, μια περίπτωση η οποία, ως αποτέλεσμα του μαγνητο-οπτικού μετασχηματισμού (φαινόμενο Paschen-Back), είναι από πολλές απόψεις απλούστερη. Αυτή η πρώιμη εργασία είχε αποφασιστική σημασία για την εύρεση της απαγορευτικής αρχής.

    Πολύ σύντομα, μετά την επιστροφή μου στο Πανεπιστήμιο του Αμβούργου, το 1923, έδωσα εκεί την εναρκτήρια διάλεξή μου ως ιδιώτης διδάσκων (Σ.τ.Μ.: Γερμανικά στο κείμενο. Privatdozent) για το Περιοδικό Σύστημα των Στοιχείων. Το περιεχόμενο αυτής της διάλεξης δεν μου φάνηκε αρκετά ικανοποιητικό, καθώς το πρόβλημα της πλήρους συμπλήρωσης των ηλεκτρονικών στοιβάδων δεν είχε διευκρινιστεί περαιτέρω. Το μόνο σαφές πράγμα, ήταν ότι πρέπει να υπάρχει μια στενότερη σχέση αυτού του προβλήματος με τη θεωρία της δομής των πολλαπλοτήτων. Προσπάθησα, λοιπόν, να εξετάσω ξανά, με κριτική σκέψη, την απλούστερη περίπτωση της δομής των διπλών γραμμών των φασμάτων των αλκαλίων. Σύμφωνα με την τότε ορθόδοξη άποψη, την οποία είχε υιοθετήσει και ο Bohr στις ήδη αναφερθείσες διαλέξεις του στο Göttingen, μια μη μηδενική στροφορμή του ατομικού πυρήνα υποτίθεται ότι ήταν η αιτία αυτής της δομής των διπλών γραμμών.

    Το φθινόπωρο του 1924 δημοσίευσα μερικά επιχειρήματα εναντίον αυτής της άποψης, την οποία απέρριψα οριστικά ως λανθασμένη και πρότεινα αντί αυτών, την παραδοχή μιας νέας κβαντικής θεώρησης της ιδιότητας του ηλεκτρονίου, την οποία αποκάλεσα «μη κλασικά περιγράψιμo δίτιμο χαρακτήρα»3. Εκείνη την εποχή εμφανίστηκε μια εργασία του Άγγλου φυσικού Stoner4, η οποία περιείχε, εκτός από βελτιώσεις στην ταξινόμηση των ηλεκτρονίων σε υποομάδες, την ακόλουθη ουσιώδη παρατήρηση: για µια δεδοµένη τιµή του κύριου κβαντικού αριθµού, ο αριθµός των ενεργειακών επιπέδων ενός και µόνο ηλεκτρονίου στο φάσµα των αλκαλίων µετάλλων σε εξωτερικό µαγνητικό πεδίο, είναι ο ίδιος µε τον αριθµό των ηλεκτρονίων στην συμπληρωμένη στιβάδα των σπάνιων αερίων που αντιστοιχεί σε αυτόν τον κύριο κβαντικό αριθµό.

    Με βάση τα προηγούμενα αποτελέσματά μου σχετικά με την ταξινόμηση των φασματικών όρων σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο, η γενική διατύπωση της απαγορευτικής αρχής έγινε σαφής για μένα. Η θεμελιώδης ιδέα μπορεί να διατυπωθεί με τον ακόλουθο τρόπο: οι περίπλοκοι αριθμοί των ηλεκτρονίων σε πλήρως κατειλημμένες υποομάδες ανάγονται στον απλό αριθμό ένα, αν η διαίρεση των ομάδων δίνοντας τις τιμές των τεσσάρων κβαντικών αριθμών ενός ηλεκτρονίου προχωρήσει τόσο πολύ ώστε να αρθεί κάθε εκφυλισμός. Μια εντελώς μη εκφυλισμένη ενεργειακή στάθμη είναι ήδη «κατειλημμένη», αν καταλαμβάνεται από ένα μόνο ηλεκτρόνιο- καταστάσεις που έρχονται σε αντίθεση με αυτό το αξίωμα πρέπει να αποκλείονται. Η έκθεση αυτής της γενικής διατύπωσης της απαγορευτικής αρχής έγινε στο Αμβούργο την άνοιξη του 19255, αφού μπόρεσα να επαληθεύσω ορισμένα πρόσθετα συμπεράσματα σχετικά με το ανώμαλο φαινόμενο Zeeman σε πιο περίπλοκα άτομα κατά τη διάρκεια μιας επίσκεψης στο Tübingen με τη βοήθεια του φασματοσκοπικού υλικού που συγκεντρώθηκε εκεί.

    Με εξαίρεση τους ειδικούς στην ταξινόμηση των φασματικών όρων, οι φυσικοί δυσκολεύονταν να κατανοήσουν την απαγορευτική αρχή, δεδομένου ότι ο τέταρτος βαθμός ελευθερίας του ηλεκτρονίου δεν είχε κανένα νόημα από την άποψη ενός μοντέλου. Το κενό καλύφθηκε από την ιδέα των Uhlenbeck και Goudsmit για το σπιν του ηλεκτρονίου6, η οποία κατέστησε δυνατή την κατανόηση του ανώμαλου φαινομένου Zeeman υποθέτοντας απλώς ότι ο κβαντικός αριθμός σπιν ενός ηλεκτρονίου είναι ίσος με 1/2 και ότι το πηλίκο της μαγνητικής ροπής προς τη μηχανική στροφορμή έχει για το σπιν τιμή διπλάσια από εκείνη της συνήθους τροχιάς του ηλεκτρονίου. Από τότε, η απαγορευτική αρχή έχει συνδεθεί στενά με την ιδέα του σπιν. Παρόλο που στην αρχή αμφέβαλλα έντονα για την ορθότητα αυτής της ιδέας λόγω του κλασικού-μηχανικού χαρακτήρα της, τελικά στράφηκα σε αυτήν από τους υπολογισμούς του Thomas7 σχετικά με το μέγεθος του διαχωρισμού της διπλής γραμμής. Από την άλλη πλευρά, οι προηγούμενες αμφιβολίες μου, καθώς και η προσεκτική έκφραση «κλασικά μη περιγράψιμο δίτιμο χαρακτήρα» γνώρισαν μια ορισμένη επαλήθευση κατά τη διάρκεια των μεταγενέστερων εξελίξεων, αφού ο Bohr μπόρεσε να δείξει με βάση την κυματομηχανική ότι το σπιν του ηλεκτρονίου δεν μπορεί να μετρηθεί με πειράματα που μπορούν να περιγραφούν κλασικά (όπως, για παράδειγμα, η εκτροπή μοριακών δεσμών σε εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία) και επομένως πρέπει να θεωρηθεί ως μια ουσιαστικά κβαντομηχανική ιδιότητα του ηλεκτρονίου8,9.

    Οι μετέπειτα εξελίξεις καθορίστηκαν από την εμφάνιση της νέας κβαντομηχανικής. Το 1925, την ίδια χρονιά που δημοσίευσα την εργασία μου για την απαγορευτική αρχή, ο De Broglie διατύπωσε την ιδέα του για τα υλικά κύματα και ο Heisenberg τη νέα μηχανική μητρών, ενώ τον επόμενο χρόνο ακολούθησε γρήγορα η κυματομηχανική του Schrödinger. Είναι προς το παρόν περιττό να τονιστεί η σημασία και ο θεμελιώδης χαρακτήρας αυτών των ανακαλύψεων, πολύ περισσότερο όταν οι ίδιοι αυτοί οι φυσικοί έχουν εξηγήσει, εδώ στη Στοκχόλμη, το νόημα των κορυφαίων ιδεών τους10. Ούτε ο χρόνος μου επιτρέπει να παρουσιάσω λεπτομερώς τη γενική επιστημολογική σημασία του νέου κλάδου της κβαντομηχανικής, πράγμα που έχει γίνει, μεταξύ άλλων, σε μια σειρά άρθρων του Bohr, χρησιμοποιώντας εδώ την ιδέα της «συμπληρωματικότητας» ως νέα κεντρική έννοια11. Θα υπενθυμίσω μόνο, ότι οι προτάσεις της κβαντομηχανικής αφορούν μόνο τις δυνατότητες και όχι τις πραγματικότητες. Έχουν τη µορφή «Αυτό δεν είναι δυνατόν» ή «Είτε αυτό είτε εκείνο είναι δυνατόν», αλλά ποτέ δεν µπορούν να πουν «Αυτό θα συµβεί πραγµατικά τότε και εκεί». Η πραγματική παρατήρηση εμφανίζεται ως ένα γεγονός εκτός του εύρους περιγραφής μέσω φυσικών νόμων και επιφέρει γενικά μια ασυνεχή επιλογή από τις διάφορες δυνατότητες που προβλέπονται από τους στατιστικούς νόμους της νέας θεωρίας. Μόνο αυτή η εγκατάλειψη των παλαιότερων αξιώσεων, για μια αντικειμενική περιγραφή των φυσικών φαινομένων, ανεξάρτητη από τον τρόπο παρατήρησής τους, κατέστησε δυνατή την επαναφορά της εσωτερικής συνέπειας της κβαντικής θεωρίας, η οποία στην πραγματικότητα είχε χαθεί μετά την ανακάλυψη του κβάντου δράσης από τον Planck. Χωρίς να συζητήσω περαιτέρω την αλλαγή στάσης της σύγχρονης φυσικής απέναντι σε έννοιες όπως η «αιτιότητα» και η «φυσική πραγματικότητα» σε σύγκριση με την παλαιότερη κλασική φυσική, θα συζητήσω πιο συγκεκριμένα στη συνέχεια τη θέση της απαγορευτικής αρχής στη νέα κβαντομηχανική.

    Όπως έδειξε για πρώτη φορά ο Heisenberg12 , η μηχανική κυμάτων οδηγεί σε ποιοτικά συμπεράσματα διαφορετικά για σωματίδια του ίδιου είδους (για παράδειγμα για ηλεκτρόνια) σε σχέση με σωματίδια διαφορετικών ειδών. Ως συνέπεια της αδυναμίας διάκρισης τού ενός από πολλά όμοια σωματίδια, οι κυματοσυναρτήσεις που περιγράφουν το σύνολο ενός συγκεκριμένου αριθμού όμοιων σωματιδίων στον γενικευμένο χώρο καταστάσεων, διαχωρίζονται αυστηρά σε διαφορετικές κατηγορίες συμμετρίας που δεν μπορούν ποτέ να μετασχηματιστούν από τη μία στην άλλη μέσω εξωτερικών διαταραχών. Ο όρος «γενικευμένος χώρος καταστάσεων» περιλαμβάνει τον βαθμό ελευθερίας του σπιν, ο οποίος περιγράφεται στην κυματοσυνάρτηση ενός μεμονωμένου σωματιδίου από έναν δείκτη με πεπερασμένο μόνο αριθμό δυνατών τιμών. Για τα ηλεκτρόνια ο αριθμός αυτός είναι ίσος με δύο. Ο χώρος διαμόρφωσης Ν ηλεκτρονίων έχει, επομένως, 3 Ν διαστάσεις και Ν δείκτες «διπλών τιμών». Μεταξύ των διαφόρων κατηγοριών συμμετρίας, οι σημαντικότερες (οι οποίες άλλωστε για δύο σωματίδια είναι οι μόνες) είναι η συμμετρική, στην οποία η κυματοσυνάρτηση δεν αλλάζει την τιμή της, όταν οι συντεταγμένες χώρου και σπιν δύο σωματιδίων μετατίθενται αμοιβαία, και η αντισυμμετρική κατηγορία, στην οποία για μια τέτοια μετάθεση, η κυματοσυνάρτηση αλλάζει το πρόσημό της. Σε αυτό το στάδιο της θεωρίας τρεις διαφορετικές υποθέσεις αποδείχθηκαν λογικά δυνατές σχετικά με το πραγματικό σύνολο πολλών ομοειδών σωματιδίων στη Φύση.

    I.    Το σύνολο είναι ένα μείγμα όλων των τύπων συμμετρίας.

    II.   Εμφανίζεται μόνο η περίπτωση συμμετρικών σωματιδίων.

    III.  Εμφανίζεται μόνο η περίπτωση αντισυμμετρικών σωματιδίων.

    Όπως θα δούμε, η πρώτη υπόθεση δεν πραγματοποιείται ποτέ στη Φύση. Επιπλέον, μόνο η τρίτη υπόθεση είναι σύμφωνη με την απαγορευτική αρχή, αφού μια αντισυμμετρική συνάρτηση που περιέχει δύο σωματίδια στην ίδια κατάσταση είναι ταυτοτικά μηδενική. Η υπόθεση ΙΙΙ μπορεί, επομένως, να θεωρηθεί ως η ορθή και γενική διατύπωση της απαγορευτικής αρχής, σύμφωνα με την κυματομηχανική. Αυτή η δυνατότητα ισχύει πράγματι για τα ηλεκτρόνια.

    Η κατάσταση αυτή μου φάνηκε απογοητευτική από μια σημαντική άποψη. Ήδη στην αρχική μου εργασία είχα τονίσει το γεγονός ότι δεν ήμουν σε θέση να δώσω μια λογική αιτία για την απαγορευτική αρχή ή να την εξάγω από γενικότερες υποθέσεις. Είχα πάντοτε την αίσθηση, και την έχω ακόμη και σήμερα, ότι αυτό είναι μια ανεπάρκεια. Βέβαια, στην αρχή ήλπιζα ότι η νέα κβαντομηχανική, με τη βοήθεια της οποίας ήταν δυνατόν να εξαχθούν τόσοι πολλοί ημι-εμπειρικοί τυπικοί κανόνες που χρησιμοποιούνταν τότε, θα εξαγάγει με αυστηρότητα και την απαγορευτική αρχή. Αντί γι’ αυτήν υπήρχε για τα ηλεκτρόνια ακόμη μια απαγόρευση: όχι πια συγκεκριμένων καταστάσεων, αλλά ολόκληρων τάξεων καταστάσεων, δηλαδή η απαγόρευση όλων των τάξεων που διαφέρουν από την αντισυμμετρική. Η εντύπωση ότι η σκιά κάποιας ατέλειας έπεσε πάνω στο λαμπρό φως της επιτυχίας της νέας κβαντομηχανικής, μου φαίνεται αναπόφευκτη. Θα επανέλθουμε σε αυτό το πρόβλημα όταν θα συζητήσουμε τη σχετικιστική κβαντομηχανική, αλλά επιθυμούμε να δώσουμε πρώτα έναν απολογισμό περαιτέρω αποτελεσμάτων της εφαρμογής της κυματομηχανικής σε συστήματα πολλών ομοειδών σωματιδίων.

    Στην εργασία του, την οποία συζητάμε, ο Heisenberg, μπόρεσε επίσης να δώσει μια απλή εξήγηση για την ύπαρξη των δύο διακριτών φασμάτων του ηλίου που ανέφερα στην αρχή αυτής της διάλεξης. Πράγματι, εκτός από τον αυστηρό διαχωρισμό των κυματοσυναρτήσεων σε τάξεις συμμετρίας ως προς τις συντεταγμένες χώρου και τους δείκτες σπιν μαζί, υπάρχει και ένας προσεγγιστικός διαχωρισμός σε τάξεις συμμετρίας ως προς τις συντεταγμένες χώρου μόνο. Ο τελευταίος ισχύει μόνο, εφόσον μπορεί να παραμεληθεί μια αλληλεπίδραση μεταξύ του σπιν και της τροχιακής κίνησης του ηλεκτρονίου. Με αυτόν τον τρόπο τα φάσματα παρα- και ορθο-ηλίου θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως μέρη της τάξης των συμμετρικών και αντισυμμετρικών κυματοσυναρτήσεων αντίστοιχα, μόνο ως προς τις συντεταγμένες χώρου. Έγινε σαφές ότι η ενεργειακή διαφορά μεταξύ των αντίστοιχων επιπέδων των δύο τάξεων δεν έχει καμία σχέση με τις μαγνητικές αλληλεπιδράσεις, αλλά με μια νέου τύπου, πολύ μεγαλύτερης τάξης μεγέθους, η οποία ονομάζεται ενέργεια ανταλλαγής.

    Πιο θεμελιώδη σημασία έχει η σύνδεση των τάξεων συμμετρίας με γενικά προβλήματα της στατιστικής θεωρίας της θερμότητας. Όπως είναι γνωστό, η θεωρία αυτή οδηγεί στο αποτέλεσμα ότι η εντροπία ενός συστήματος δίνεται (εκτός από έναν σταθερό παράγοντα) από τον λογάριθμο του αριθμού των κβαντικών καταστάσεων ολόκληρου του συστήματος σε μια λεγόμενη ενεργειακή στοιβάδα. Θα περίμενε κανείς, αρχικά, ότι ο αριθμός αυτός θα έπρεπε να είναι ίσος με τον αντίστοιχο όγκο του πολυδιάστατου χώρου φάσεων διαιρεμένου με hf , όπου h είναι η σταθερά του Planck και f ο αριθμός των βαθμών ελευθερίας ολόκληρου του συστήματος. Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι για ένα σύστημα N ομοειδών σωματιδίων, έπρεπε ακόμη να διαιρέσει κανείς αυτό το πηλίκο με το N! προκειμένου να λάβει μια τιμή για την εντροπία, σύμφωνα με τη συνηθισμένη αρχή της ομοιογένειας ότι η εντροπία πρέπει να είναι ανάλογη της μάζας για μια δεδομένη εσωτερική κατάσταση του υλικού. Με αυτόν τον τρόπο, μια ποιοτική διάκριση μεταξύ όμοιων και ανόμοιων σωματιδίων είχε ήδη προαποφασιστεί στη γενική στατιστική μηχανική, μια διάκριση την οποία ο Gibbs προσπάθησε να εκφράσει με τις έννοιες της γενικής και της ειδικής φάσης. Υπό το πρίσμα του αποτελέσματος της κυματομηχανικής σχετικά με τις τάξεις συμμετρίας, αυτή η διαίρεση δια N! , που είχε ήδη προκαλέσει πολλές συζητήσεις, μπορεί εύκολα να ερμηνευθεί με την αποδοχή μιας από τις υποθέσεις μας II και III, σύμφωνα με τις οποίες η μια τάξη συμμετρίας εμφανίζεται στη Φύση. Η πυκνότητα των κβαντικών καταστάσεων ολόκληρου του συστήματος γίνεται τότε, πραγματικά, μικρότερη κατά έναν παράγοντα N! σε σύγκριση με την πυκνότητα που έπρεπε να αναμένεται σύμφωνα με μια υπόθεση του τύπου Ι που δέχεται όλες τις τάξεις συμμετρίας.

    Ακόμη και για ένα ιδανικό αέριο, στο οποίο η ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων μπορεί να παραληφθεί, πρέπει να αναμένονται αποκλίσεις από τη συνήθη καταστατική εξίσωση για τον λόγο ότι μόνο μία κατηγορία συμμετρίας είναι δυνατή, μόλις το μέσο μήκος κύματος De Broglie ενός μορίου αερίου γίνει μιας τάξης μεγέθους συγκρίσιμης με τη μέση απόσταση μεταξύ δύο μορίων, δηλαδή για μικρές θερμοκρασίες και μεγάλες πυκνότητες. Για την αντισυμμετρική κατηγορία, οι στατιστικές συνέπειες έχουν εξαχθεί από τους Fermi και Dirac13, ενώ για τη συμμετρική κατηγορία το ίδιο είχε γίνει ήδη πριν από την ανακάλυψη της νέας κβαντομηχανικής από τους Einstein και Bose14. Η πρώτη περίπτωση μπορούσε να εφαρμοστεί στα ηλεκτρόνια ενός μετάλλου και να χρησιμοποιηθεί για την ερμηνεία των μαγνητικών και άλλων ιδιοτήτων των μετάλλων.

    Μόλις ξεκαθαρίστηκαν οι τάξεις συμμετρίας για τα ηλεκτρόνια, προέκυψε το ερώτημα ποιες είναι οι τάξεις συμμετρίας για τα άλλα σωματίδια. Ένα παράδειγμα για σωματίδια με συμμετρικές κυματοσυναρτήσεις μόνο (υπόθεση ΙΙ) ήταν ήδη γνωστό εδώ και πολύ καιρό, και συγκεκριμένα τα φωτόνια. Αυτό δεν είναι μόνο μια άμεση συνέπεια της εξαγωγής από τον Planck της φασματικής κατανομής της ενέργειας της ακτινοβολίας στη θερμοδυναμική ισορροπία, αλλά είναι επίσης απαραίτητο για τη δυνατότητα εφαρμογής των κλασικών πεδιακών εννοιών στα φωτεινά κύματα στο όριο όπου ένας μεγάλος, και όχι επακριβώς καθορισμένος αριθμός φωτονίων, υπάρχει σε μια ενιαία κβαντική κατάσταση. Σημειώνουμε ότι η συμμετρική τάξη για τα φωτόνια εμφανίζεται μαζί με την ακέραια τιμή 1 για το σπιν τους, ενώ η αντισυμμετρική για το ηλεκτρόνιο εμφανίζεται μαζί με τη μισή ακέραια τιμή 1/2 για το σπιν.

    Ωστόσο, το σημαντικό ζήτημα των κατηγοριών συμμετρίας για τους πυρήνες έπρεπε ακόμη να διερευνηθεί. Φυσικά η κατηγορία συμμετρίας αναφέρεται εδώ και στην αμοιβαία μετάθεση τόσο των συντεταγμένων χώρου, όσο και των δεικτών σπιν δύο όμοιων πυρήνων. Ο δείκτης σπιν μπορεί να πάρει 2Ι+1 τιμές αν Ι είναι ο κβαντικός αριθμός σπιν του πυρήνα που μπορεί να είναι είτε ακέραιος, είτε ημιακέραιος. Μπορώ να συμπεριλάβω την ιστορική παρατήρηση ότι ήδη από το 1924, πριν ανακαλυφθεί το σπιν του ηλεκτρονίου, πρότεινα να χρησιμοποιηθεί η παραδοχή του πυρηνικού σπιν για να ερμηνευθεί η υπέρλεπτη υφή των φασματικών γραμμών15. Η πρόταση αυτή συνάντησε από τη μια έντονες αντιδράσεις από πολλές πλευρές, αλλά επηρέασε από την άλλη τους Goudsmit και Uhlenbeck στον ισχυρισμό τους για την ύπαρξη του σπιν του ηλεκτρονίου. Μόνο μερικά χρόνια αργότερα η προσπάθειά μου να ερμηνεύσω την υπέρλεπτη υφή κατάφερε να επιβεβαιωθεί οριστικά, πειραματικά, με έρευνες στις οποίες συμμετείχε και ο ίδιος ο Zeeman και οι οποίες έδειξαν την ύπαρξη ενός μαγνητο-οπτικού μετασχηματισμού της υπέρλεπτης υφής, όπως το είχα προβλέψει. Από τότε η υπέρλεπτη υφή των φασματικών γραμμών έγινε μια γενική μέθοδος προσδιορισμού του πυρηνικού σπιν.

    Προκειμένου να προσδιοριστεί πειραματικά και η κατηγορία συμμετρίας των πυρήνων, χρειάστηκαν άλλες μέθοδοι. Η πιο βολική, αν και όχι η μόνη, συνίσταται στη διερεύνηση των συνεχών φασμάτων που εμφανίζονται σε ένα μόριο με δύο όµοια άτοµα 16. Θα μπορούσε εύκολα να εξαχθεί ότι στη θεμελιώδη κατάσταση της ηλεκτρονιακής δομής ενός τέτοιου μορίου οι καταστάσεις με άρτιες και περιττές τιμές του κβαντικού αριθμού περιστροφής είναι συμμετρικές και αντισυμμετρικές αντίστοιχα για μια αμοιβαία μετάθεση των χωρικών συντεταγμένων των δύο πυρήνων. Περαιτέρω, υπάρχουν μεταξύ των (2Ι+1)2 καταστάσεων σπιν του ζεύγους των πυρήνων, (2Ι+1)Ι καταστάσεις συμμετρικές και (2Ι+1)Ι καταστάσεις αντισυμμετρικές ως προς τα σπιν, αφού οι (2Ι+1)Ι καταστάσεις με δύο σπιν στην ίδια κατεύθυνση είναι αναγκαστικά συμμετρικές. Ως εκ τούτου, προέκυψε το συμπέρασμα: αν η συνολική κυματοσυνάρτηση των χωρικών συντεταγμένων και του σπιν των πυρήνων είναι συμμετρική, ο λόγος του στατιστικού βάρους των καταστάσεων με άρτιο κβαντικό αριθμό περιστροφής προς το στατιστικό βάρος των καταστάσεων με περιττό κβαντικό αριθμό περιστροφής δίνεται από το (Ι+1)/Ι . Στην αντίστροφη περίπτωση μιας αντισυμμετρικής συνολικής κυματοσυνάρτησης των πυρήνων, ο ίδιος λόγος είναι Ι/(Ι+1) . Οι μεταβάσεις μεταξύ μιας κατάστασης με άρτιο και μιας άλλης κατάστασης με περιττό κβαντικό αριθμό περιστροφής θα είναι εξαιρετικά σπάνιες, καθώς μπορούν να προκληθούν μόνο από μια αλληλεπίδραση μεταξύ των τροχιακών κινήσεων και των σπιν των πυρήνων. Επομένως, ο λόγος των στατιστικών βαρών των περιστροφικών καταστάσεων με διαφορετική ομοτιμία θα οδηγήσει σε δύο διαφορετικά συστήματα συνεχών φασμάτων με διαφορετικές εντάσεις, οι γραμμές των οποίων εναλλάσσονται.

    Το αποτέλεσμα της πρώτης εφαρμογής αυτής της μεθόδου ήταν ότι τα πρωτόνια έχουν σπιν 1/2 και πληρούν την απαγορευτική αρχή, όπως ακριβώς και τα ηλεκτρόνια. Οι αρχικές δυσκολίες για την ποσοτική κατανόηση της ειδικής θερμότητας των μορίων υδρογόνου σε χαμηλές θερμοκρασίες εξαλείφθηκαν με την υπόθεση του Dennison17, ότι σε αυτή τη χαμηλή θερμοκρασία η θερμική ισορροπία μεταξύ των δύο παραλλαγών του μορίου υδρογόνου (ορθο-Η2: περιττοί κβαντικοί αριθμοί περιστροφής, παράλληλα σπιν πρωτονίων- παρα-H2: άρτιοι κβαντικοί αριθμοί περιστροφής, αντιπαράλληλα σπιν) δεν είχε επιτευχθεί ακόμη. Ως γνωστόν, η υπόθεση αυτή επιβεβαιώθηκε αργότερα, από τα πειράματα των Bonhoeffer και Harteck και του Eucken, τα οποία έδειξαν τη θεωρητικά προβλεπόμενη αργή μετατροπή της μιας παραλλαγής στην άλλη.

    Μεταξύ των κατηγοριών συμμετρίας για άλλους πυρήνες, εκείνες με διαφορετική ομοτιμία του μαζικού τους αριθμού M και του ατομικού τους αριθμού Z είναι ιδιαίτερου ενδιαφέροντος. Αν θεωρήσουμε ένα σύνθετο σύστημα αποτελούμενο από αριθμούς Α1, Α2, . . . διαφορετικών στοιχείων, καθένα από τα οποία πληροί την απαγορευτική αρχή, και έναν αριθμό S στοιχείων με συμμετρικές καταστάσεις, πρέπει να περιμένουμε συμμετρικές ή αντισυμμετρικές καταστάσεις αν το άθροισμα ΑΙ + Α2 + . . . είναι άρτιο ή περιττό. Αυτό ισχύει ανεξάρτητα από την ομοτιμία του . Παλαιότερα θεωρήθηκε πως οι πυρήνες αποτελούνται από πρωτόνια και ηλεκτρόνια, οπότε M είναι ο αριθμός των πρωτονίων, M-Z ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα. Τότε έπρεπε να αναμένεται ότι η ομοτιμία του Z καθορίζει την τάξη συμμετρίας ολόκληρου του πυρήνα. Ήδη, εδώ και αρκετό καιρό, είναι γνωστό το αντιπαράδειγμα του αζώτου που έχει σπιν I=1 και συμμετρικές καταστάσεις18. Μετά την ανακάλυψη του νετρονίου, οι πυρήνες θεωρήθηκαν, ωστόσο, ότι αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια κατά τρόπο, ώστε ένας πυρήνας με μαζικό αριθμό M και ατομικό αριθμό Z να αποτελείται από Z πρωτόνια και M-Z νετρόνια. Στην περίπτωση που τα νετρόνια θα είχαν συμμετρικές καταστάσεις, θα έπρεπε και πάλι να περιμένουμε ότι η ομοτιμία του ατομικού αριθμού Z καθορίζει την τάξη συμμετρίας των πυρήνων. Εάν, ωστόσο, τα νετρόνια ικανοποιούν την απαγορευτική αρχή, θα πρέπει να αναμένεται ότι η ομοτιμία του M καθορίζει την τάξη συμμετρίας : για ένα άρτιο M, θα πρέπει να έχουμε πάντα συμμετρικές καταστάσεις, για ένα περιττό M, αντισυμμετρικές. Ο τελευταίος κανόνας επιβεβαιώθηκε από το πείραμα χωρίς εξαίρεση, αποδεικνύοντας έτσι ότι τα νετρόνια ικανοποιούν την απαγορευτική αρχή .

    Το σημαντικότερο και απλούστερο κρίσιμο παράδειγμα για έναν πυρήνα με διαφορετική ομοτιμία M και Z είναι το βαρύ υδρογόνο ή δευτερόνιο με M = 2 και Z = 1, το οποίο έχει συμμετρικές καταστάσεις και σπιν I = 1 , όπως αποδεικνύεται από τη διερεύνηση των ταινιωτών φασμάτων ενός μορίου με δύο δευτερόνια19. Από την τιμή του σπιν I του δευτερονίου μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το νετρόνιο πρέπει να έχει ημιακέραιο σπιν . Η απλούστερη δυνατή υπόθεση ότι το σπιν του νετρονίου είναι ίσο με 1/2, όπως ακριβώς και το σπιν του πρωτονίου και του ηλεκτρονίου, αποδείχθηκε σωστή.

    Υπάρχει η ελπίδα ότι περαιτέρω πειράματα με ελαφρείς πυρήνες, ιδίως με πρωτόνια, νετρόνια και δευτερόνια, θα μας δώσουν επιπλέον πληροφορίες για τη φύση των δυνάμεων μεταξύ των συστατικών των πυρήνων, η οποία, προς το παρόν, δεν είναι ακόμη αρκετά σαφής. Ήδη, όμως, τώρα μπορούμε να πούμε ότι οι αλληλεπιδράσεις αυτές είναι θεμελιωδώς διαφορετικές από τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Η σύγκριση μεταξύ της σκέδασης νετρονίου-πρωτονίου και της σκέδασης πρωτονίου-πρωτονίου έδειξε ακόμη ότι οι δυνάμεις μεταξύ αυτών των σωματιδίων είναι ίδιες κατά προσέγγιση, δηλαδή ανεξάρτητες από το ηλεκτρικό τους φορτίο. Αν έπρεπε να ληφθεί υπόψη μόνο το μέγεθος της ενέργειας αλληλεπίδρασης, θα έπρεπε συνεπώς να αναμένεται ένα σταθερό δι-πρωτόνιο ή M = 2, Z = 2 με σχεδόν την ίδια ενέργεια σύνδεσης με το δευτερόνιο. Μια τέτοια κατάσταση δεν επιτρέπεται, ωστόσο, από την απαγορευτική αρχή σύμφωνα με την εμπειρία, επειδή η κατάσταση αυτή θα αποκτούσε μια κυματοσυνάρτηση συμμετρική ως προς τα δύο πρωτόνια. Αυτό είναι μόνο το απλό παράδειγμα της εφαρμογής της απαγορευτικής αρχής στη δομή των σύνθετων πυρήνων, για την κατανόηση των οποίων η αρχή αυτή είναι απαραίτητη, διότι τα συστατικά αυτών των βαρύτερων πυρήνων, τα πρωτόνια και τα νετρόνια, την ικανοποιούν.

    Προκειμένου να προετοιμαστούμε για τη συζήτηση πιο θεμελιωδών ζητημάτων, θέλουμε να τονίσουμε εδώ έναν νόμο της Φύσης που ισχύει γενικά, δηλαδή τη σχέση μεταξύ σπιν και τάξης συμμετρίας. Η ημιακέραια τιμή του κβαντικού αριθμού σπιν συνδέεται πάντα με αντισυμμετρικές καταστάσεις (απαγορευτική αρχή), μια ακέραια τιμή σπιν συνδέεται πάντα με συμμετρικές καταστάσεις. Ο νόμος αυτός ισχύει όχι μόνο για πρωτόνια και νετρόνια, αλλά και για πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Επιπλέον, μπορεί εύκολα να φανεί ότι ισχύει και για σύνθετα συστήματα, αν ισχύει για όλα τα επιμέρους συστατικά τους. Αν αναζητήσουμε μια θεωρητική εξήγηση αυτού του νόμου, πρέπει να περάσουμε στη συζήτηση της σχετικιστικής κυματομηχανικής, αφού είδαμε ότι σίγουρα δεν μπορεί να εξηγηθεί από τη μη σχετικιστική κυματομηχανική.

    Αρχικά εξετάζουμε τα κλασικά πεδία20, τα οποία, όπως τα μονόμετρα μεγέθη, τα διανύσματα και οι τανυστές, μετασχηματίζονται σε σχέση με τις περιστροφές στον συνήθη χώρο σύμφωνα με μια μονοσήμαντη αναπαράσταση της ομάδας περιστροφής. Μπορούµε, στη συνέχεια, να ονοµάσουµε τα πεδία αυτά εν συντοµία «μονοσήμαντα» πεδία. Εφόσον δεν λαμβάνονται υπόψη αλληλεπιδράσεις διαφορετικών ειδών πεδίου, μπορούμε να υποθέσουμε ότι όλες οι συνιστώσες του πεδίου θα ικανοποιούν μια κυματική εξίσωση δεύτερης τάξης, επιτρέποντας την υπέρθεση επίπεδων κυμάτων ως γενική λύση. Η συχνότητα και ο κυματικός αριθμός αυτών των επίπεδων κυμάτων συνδέονται με έναν νόμο, ο οποίος, σύμφωνα με τη θεμελιώδη παραδοχή του De Broglie, μπορεί να προκύψει από τη σχέση μεταξύ ενέργειας και ορμής ενός σωματιδίου που ισχύει στη σχετικιστική μηχανική, με διαίρεση διά ενός σταθερού παράγοντα ίσου με τη σταθερά του Planck h διαιρεμένη με 2π. Επομένως, θα εμφανιστεί στις εξισώσεις του κλασικού πεδίου, μια νέα σταθερά μ με διάσταση αντίστροφου μήκους, με την οποία η μάζα ηρεμίας m στην σωματιδιακή εικόνα συνδέεται με τη σχέση m=hμ/c, όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό. Από την υποτιθέμενη ιδιότητα της μονοσήμαντης τιμής του πεδίου, προκύπτει το συμπέρασμα ότι ο αριθμός των πιθανών επίπεδων κυμάτων για δεδομένη συχνότητα, αριθμό κυμάτων και κατεύθυνση διάδοσης είναι πάντα περιττός, για μη μεταβαλλόμενο μ. Χωρίς να υπεισέλθουμε σε λεπτομέρειες του γενικού ορισμού του σπιν, μπορούμε να θεωρήσουμε αυτή την ιδιότητα της πόλωσης των επίπεδων κυμάτων ως χαρακτηριστική για πεδία τα οποία, ως αποτέλεσμα της κβάντωσής τους, δίνουν ακέραιες τιμές σπιν.

    Οι απλούστερες περιπτώσεις μονοσήμαντων πεδίων, είναι το βαθμωτό πεδίο και ένα πεδίο που αποτελείται από ένα τετράνυσμα και έναν αντισυμμετρικό τανυστή, όπως τα δυναμικά και οι δυνάμεις πεδίου στη θεωρία του Maxwell. Ενώ το βαθμωτό πεδίο ικανοποιεί απλώς τη συνήθη κυματική εξίσωση δεύτερης τάξης στην οποία πρέπει να συμπεριληφθεί ο όρος που είναι ανάλογος του μ2, το άλλο πεδίο πρέπει να ικανοποιήσει εξισώσεις που οφείλονται στον Proca και αποτελούν γενίκευση των εξισώσεων του Maxwell οι οποίες προκύπτουν στην ειδική περίπτωση όπου μ = 0. Είναι ικανοποιητικό ότι για αυτές τις απλούστερες περιπτώσεις μονοσήμαντων πεδίων, η πυκνότητα ενέργειας είναι μια θετικά ορισμένη τετραγωνική μορφή των πεδιακών μεγεθών και των πρώτων παραγώγων τους σε ένα ορισμένο σημείο. Για τη γενική περίπτωση των µονοσήµαντων πεδίων µπορεί τουλάχιστον να επιτευχθεί, ότι η συνολική ενέργεια που προκύπτει µετά την ολοκλήρωση στο χώρο είναι πάντα θετική.

    Οι συνιστώσες του πεδίου μπορούν να θεωρηθούν είτε πραγματικές, είτε μιγαδικές. Για ένα μιγαδικό πεδίο, εκτός από την ενέργεια και την ορμή του πεδίου, μπορεί να οριστεί ένα τετράνυσμα το οποίο ικανοποιεί την εξίσωση συνέχειας και μπορεί να ερμηνευτεί ως το τετράνυσμα του ηλεκτρικού ρεύματος. Η τέταρτη συνιστώσα του καθορίζει την πυκνότητα του ηλεκτρικού φορτίου και μπορεί να λάβει τόσο θετικές, όσο και αρνητικές τιμές. Είναι πιθανό τα φορτισμένα μεσόνια που παρατηρούνται στις κοσμικές ακτίνες να έχουν ακέραια σπιν και έτσι να μπορούν να περιγραφούν από ένα τέτοιο σύνθετο πεδίο. Στην ειδική περίπτωση των πραγματικών πεδίων, αυτό το τετράνυσμα του ρεύματος είναι ταυτοτικά μηδέν.

    Ιδιαίτερα, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιότητες της ακτινοβολίας στη θερμοδυναμική ισορροπία στην οποία δεν παίζουν κανένα ρόλο οι συγκεκριμένες ιδιότητες των πηγών του πεδίου, φάνηκε να δικαιολογείται, αρχικά, η παράβλεψη της αλληλεπίδρασης του πεδίου με τις πηγές, κατά την τυπική διαδικασία κβαντισμού του πεδίου. Αντιμετωπίζοντας αυτό το πρόβλημα, έγινε προσπάθεια να εφαρμοστεί η ίδια μαθηματική μέθοδος μετάβασης από ένα κλασικό σύστημα σε ένα αντίστοιχο σύστημα που διέπεται από τους νόμους της κβαντομηχανικής, η οποία ήταν τόσο επιτυχής κατά τη μετάβαση από την κλασική μηχανική των υλικών σημείων στην κυματομηχανική. Δεν πρέπει να ξεχνάμε, ωστόσο, ότι ένα πεδίο μπορεί να παρατηρηθεί μόνο με τη βοήθεια της αλληλεπίδρασής του με σώματα δοκιμής, τα οποία είναι με τη σειρά τους και τα ίδια πηγές του πεδίου.

    Τα αποτελέσματα της τυπικής διαδικασίας κβαντισμού των πεδίων ήταν, εν μέρει, πολύ ενθαρρυντικά. Τα κβαντισμένα πεδία κυμάτων μπορούν να χαρακτηριστούν από μια κυματοσυνάρτηση, η οποία εξαρτάται από μια άπειρη ακολουθία (μη αρνητικών) ακεραίων, ως μεταβλητές. Καθώς η συνολική ενέργεια και η συνολική ορμή του πεδίου και επίσης, στην περίπτωση των μιγαδικών πεδίων, το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο του αποδεικνύονται γραμμικές συναρτήσεις αυτών των αριθμών, μπορούν να ερμηνευθούν ως ο αριθμός των σωματιδίων που υπάρχουν σε μια συγκεκριμένη κατάσταση ενός μεμονωμένου σωματιδίου. Χρησιμοποιώντας μια ακολουθία γενικευμένων χώρων καταστάσεων με διαφορετικό αριθμό διαστάσεων που αντιστοιχούν στις διαφορετικές δυνατές τιμές του συνολικού αριθμού των παρόντων σωματιδίων, θα μπορούσε εύκολα να αποδειχθεί ότι η περιγραφή του συστήματός μας με μια κυματοσυνάρτηση που εξαρτάται από ακέραιους αριθμούς, είναι ισοδύναμη με ένα σύνολο σωματιδίων με κυματοσυναρτήσεις συμμετρικές στους χώρους διαμόρφωσής τους.

    Επιπλέον, οι Bohr και Rosenfeld21 απέδειξαν στην περίπτωση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, ότι οι σχέσεις αβεβαιότητας που προκύπτουν για τις μέσες τιμές των εντάσεων του πεδίου σε πεπερασμένες περιοχές του χωροχρόνου από τους τυπικούς κανόνες μετάθεσης αυτής της θεωρίας, έχουν άμεσο φυσικό νόημα εφόσον οι πηγές μπορούν να αντιμετωπιστούν κλασικά και η ατομική τους δομή μπορεί να αγνοηθεί. Τονίζουμε την ακόλουθη ιδιότητα αυτών των κανόνων μετάθεσης: όλα τα φυσικά μεγέθη σε δύο χωροχρονικά σημεία , για τα οποία το τετράνυσμα της ευθείας που τα ενώνει είναι χωρικό, μετατίθενται μεταξύ τους. Αυτό είναι πράγματι απαραίτητο για φυσικούς λόγους, διότι οποιαδήποτε διαταραχή από μετρήσεις σε ένα χωροχρονικό σημείο P1, μπορεί να φτάσει μόνο σε τέτοια χωροχρονικά σημεία P2, για τα οποία το διάνυσμα P1P2, είναι χρονικό, δηλαδή για τα οποία c(t1-t2 ) > r12 (όπου r12 η χωρική απόσταση των δύο σημείων). Τα σημεία P2 με διάνυσμα P1P2 που είναι χωρικό, για τα οποία c(t1-t2 ) > r12, δεν μπορούν να προσεγγιστούν από αυτή τη διαταραχή και τότε οι μετρήσεις στα Pκαι Pδεν μπορούν ποτέ να αλληλοεπηρεαστούν.

    Αυτή η συνέπεια, κατέστησε δυνατή τη διερεύνηση της δυνατότητας ύπαρξης σωματιδίων με ακέραιο σπιν, τα οποία θα υπάκουαν στην απαγορευτική αρχή. Τέτοια σωματίδια θα μπορούσαν να περιγραφούν από μια ακολουθία γενικευμένων χώρων καταστάσεων με διαφορετικές διαστάσεις και κυματοσυναρτήσεις αντισυμμετρικές στις συντεταγμένες αυτών των χώρων, ή ακόμα, από μια κυματοσυνάρτηση που εξαρτάται από ακέραιους αριθμούς όπου και πάλι πρέπει να ερμηνευθεί ως ο αριθμός των σωματιδίων που υπάρχουν σε συγκεκριμένες καταστάσεις, ο οποίος τώρα μπορεί να πάρει μόνο τις τιμές 0 ή 1. Οι Wigner και Jordan22 απέδειξαν ότι και σε αυτή την περίπτωση μπορούν να οριστούν τελεστές που είναι συναρτήσεις των συνηθισμένων χωροχρονικών συντεταγμένων και οι οποίοι μπορούν να εφαρμοστούν σε μια τέτοια κυματοσυνάρτηση. Οι τελεστές αυτοί δεν πληρούν πλέον κανόνες μετάθεσης: αντί για τη διαφορά, το άθροισμα των δύο πιθανών γινομένων δύο τελεστών, που διακρίνονται από τη διαφορετική τάξη των παραγόντων τους, καθορίζεται τώρα από τις μαθηματικές συνθήκες που πρέπει να πληρούν οι τελεστές. Η απλή αλλαγή του πρόσημου σε αυτές τις συνθήκες αλλάζει εντελώς το φυσικό νόημα του φορμαλισμού. Στην περίπτωση της απαγορευτικής αρχής δεν μπορεί ποτέ να υπάρξει μια οριακή περίπτωση όπου οι τελεστές αυτοί μπορούν να αντικατασταθούν από ένα κλασικό πεδίο. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον φορμαλισμό των Wigner και Jordan μπόρεσα να αποδείξω, υπό πολύ γενικές υποθέσεις, ότι μια σχετικιστικά αναλλοίωτη θεωρία που περιγράφει συστήματα ομοειδών σωματιδίων με ακέραιο σπιν που υπακούουν στην απαγορευτική αρχή, θα οδηγούσε πάντα στη μη μεταβλητότητα των φυσικών μεγεθών που συνδέονται με ένα χωρικό διάνυσμα23. Αυτό θα παραβίαζε τη λογική φυσική αρχή που ισχύει για σωματίδια με συμμετρικές καταστάσεις. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, με το συνδυασμό των ισχυρισμών της σχετικιστικής αναλλοίωτης κατάστασης και των ιδιοτήτων της κβάντωσης του πεδίου, θα μπορούσε να γίνει ένα βήμα προς την κατεύθυνση κατανόησης της σύνδεσης του σπιν και της τάξης συμμετρίας.

    Η κβάντωση των μονοσήμαντων μιγαδικών πεδίων με ένα μη μηδενικό τετράνυσμα του ηλεκτρικού ρεύματος δίνει περαιτέρω το αποτέλεσμα, ότι πρέπει να υπάρχουν σωματίδια τόσο με θετικό, όσο και με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και ότι μπορούν να εξαϋλωθούν και να δημιουργηθούν σε ένα εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο22. Αυτή η δημιουργία και η εξαΰλωση ζεύγους που προβλέπεται από τη θεωρία, καθιστά αναγκαία τη σαφή διάκριση της έννοιας της πυκνότητας φορτίου και της πυκνότητας σωματιδίων. Η τελευταία έννοια δεν εμφανίζεται σε μια σχετικιστική κυματική θεωρία, ούτε για πεδία που φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, ούτε για ουδέτερα πεδία. Αυτό είναι ικανοποιητικό, αφού η χρήση της εικόνας των σωματιδίων και των σχέσεων αβεβαιότητας (για παράδειγμα από τον ανάλυση νοητικών πειραμάτων του τύπου μικροσκοπίου ακτίνων-γ) δίνει επίσης το αποτέλεσμα ότι ένας εντοπισμός του σωματιδίου είναι δυνατός μόνο με περιορισμένη ακρίβεια24 . Αυτό ισχύει τόσο για τα σωματίδια με ακέραιο όσο και με ημιακέραιο σπιν. Σε μια κατάσταση με μέση τιμή ενέργειας E, που περιγράφεται από ένα κυματοπακέτο με μέση συχνότητα ν = E/h, ένα σωματίδιο μπορεί να εντοπιστεί μόνο με σφάλμα Δx > hc/E ή Δx > c/ν. Για τα φωτόνια, προκύπτει ότι το όριο για τον εντοπισμό είναι το μήκος κύματος- για ένα σωματίδιο με πεπερασμένη μάζα ηρεμίας m και χαρακτηριστικό μήκος μ-1= ℏ/mc, το όριο αυτό είναι στο σύστημα ηρεμίας του κέντρου του κυματοπακέτου που περιγράφει την κατάσταση των σωματιδίων που δίνεται από την σχέση Δx > ℏ/mc ή Δx > μ-1.

    Μέχρι τώρα έχω αναφέρει μόνο εκείνα τα αποτελέσματα της εφαρμογής της κβαντομηχανικής σε κλασικά πεδία τα οποία είναι ικανοποιητικά. Είδαμε ότι τα συμπεράσματα αυτής της θεωρίας για τους μέσους όρους της έντασης του πεδίου σε πεπερασμένες περιοχές του χωροχρόνου έχουν άμεση σημασία, ενώ αυτό δεν ισχύει για τις τιμές της έντασης του πεδίου σε ένα ορισμένο σημείο. Δυστυχώς, στην κλασική έκφραση της ενέργειας του πεδίου υπεισέρχονται μέσοι όροι των τετραγώνων των εντάσεων του πεδίου πάνω σε τέτοιες περιοχές, οι οποίοι δεν μπορούν να εκφραστούν με τους μέσους όρους των ίδιων των εντάσεων του πεδίου. Αυτό έχει ως συνέπεια η ενέργεια μηδενικού σημείου του κενού που προκύπτει από το κβαντισμένο πεδίο να γίνεται άπειρη, αποτέλεσμα που συνδέεται άμεσα με το γεγονός ότι το εξεταζόμενο σύστημα έχει άπειρο αριθμό βαθμών ελευθερίας. Είναι σαφές, ότι αυτή η ενέργεια μηδενικού σημείου δεν έχει καμία φυσική πραγματικότητα, για παράδειγμα δεν είναι η πηγή ενός βαρυτικού πεδίου. Τυπικά, είναι εύκολο να αφαιρέσει κανείς σταθερούς άπειρους όρους οι οποίοι είναι ανεξάρτητοι από την εξεταζόμενη κατάσταση και δεν αλλάζουν ποτέ- παρ’ όλα αυτά μου φαίνεται ότι, ήδη, αυτό το αποτέλεσμα είναι μια ένδειξη ότι θα χρειαστεί μια θεμελιώδης αλλαγή στις έννοιες που διέπουν την παρούσα θεωρία των κβαντισμένων πεδίων.

    Προκειμένου να αποσαφηνίσω ορισμένες πτυχές της σχετικιστικής κβαντικής θεωρίας συζήτησα εδώ, διαφορετικά από την ιστορική σειρά των γεγονότων, πρώτα τα μονότιμα πεδία. Ήδη νωρίτερα ο Dirac25 είχε διατυπώσει τις σχετικιστικές κυματικές εξισώσεις του που αντιστοιχούν σε υλικά σωματίδια με σπιν 1/2 χρησιμοποιώντας ένα ζεύγος των λεγόμενων σπινόρων με δύο συνιστώσες ο καθένας. Εφάρμοσε τις εξισώσεις αυτές στο πρόβλημα ενός ηλεκτρονίου σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Παρά τη μεγάλη επιτυχία της θεωρίας αυτής στην ποσοτική εξήγηση της λεπτής υφής των ενεργειακών επιπέδων του ατόμου του υδρογόνου και στον υπολογισμό της διατομής σκέδασης ενός φωτονίου από ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο, υπήρχε ένα αποτέλεσμα της θεωρίας αυτής που προφανώς ερχόταν σε αντίθεση με την εμπειρία. Η ενέργεια του ηλεκτρονίου μπορεί να έχει, σύμφωνα με τη θεωρία, τόσο θετικές όσο και αρνητικές τιμές και, σε εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία, θα έπρεπε να συμβαίνουν μεταβάσεις από καταστάσεις με το ένα πρόσημο της ενέργειας, σε καταστάσεις με το αντίθετο πρόσημο. Από την άλλη πλευρά, υπάρχει στη θεωρία αυτή ένα τετράνυσμα που ικανοποιεί την εξίσωση της συνέχειας με μια τέταρτη συνιστώσα που αντιστοιχεί σε μια πυκνότητα, η οποία είναι σίγουρα θετική.

    Μπορεί να αποδειχθεί ότι υπάρχει παρόμοια κατάσταση για όλα τα πεδία, τα οποία, όπως και οι σπίνορες, μετασχηματίζονται για περιστροφές στο συνηθισμένο χώρο σύμφωνα με αναπαραστάσεις με δύο συνιστώσες, αλλάζοντας έτσι το πρόσημό τους για μια πλήρη περιστροφή. Θα ονομάσουμε εν συντομία τέτοιες ποσότητες «δίτιμες». Από τις σχετικιστικές κυματικές εξισώσεις τέτοιων ποσοτήτων μπορεί κανείς πάντα να εξάγει ένα τετράνυσμα διγραμμικό στις συνιστώσες του πεδίου, το οποίο ικανοποιεί την εξίσωση συνέχειας και για το οποίο η τέταρτη συνιστώσα, τουλάχιστον μετά την ολοκλήρωση στο χώρο, δίνει μια ουσιαστικά θετική ποσότητα. Από την άλλη πλευρά, η έκφραση για τη συνολική ενέργεια μπορεί να έχει τόσο το θετικό, όσο και το αρνητικό πρόσημο.

    Υπάρχει κάποιο μέσο για να μετατοπιστεί το αρνητικό πρόσημο από την ενέργεια πίσω στην πυκνότητα του τετραδιανύσματος; Με αυτόν τον τρόπο η τελευταία θα μπορούσε και πάλι να ερμηνευτεί ως πυκνότητα φορτίου σε αντίθεση με την πυκνότητα σωματιδίων και η ενέργεια θα γινόταν θετική, όπως θα έπρεπε να είναι. Γνωρίζετε ότι η απάντηση του Dirac ήταν, ότι αυτό θα μπορούσε πράγματι να επιτευχθεί με την εφαρμογή της απαγορευτικής αρχής. Στη διάλεξή που έδωσε εδώ στη Στοκχόλμη10, εξήγησε ο ίδιος την πρότασή του για μια νέα ερμηνεία της θεωρίας του, σύμφωνα με την οποία στο πραγματικό κενό όλες οι καταστάσεις αρνητικής ενέργειας θα πρέπει να είναι κατειλημμένες και μόνο οι αποκλίσεις αυτής της κατάστασης της μικρότερης ενέργειας, δηλαδή οι οπές στη θάλασσα αυτών των κατειλημμένων καταστάσεων, υποτίθεται ότι είναι παρατηρήσιμες. Είναι η απαγορευτική αρχή που εγγυάται τη σταθερότητα του κενού, στο οποίο όλες οι καταστάσεις αρνητικής ενέργειας είναι κατειλημμένες. Επιπλέον, οι οπές έχουν όλες τις ιδιότητες σωματιδίων με θετική ενέργεια και θετικό ηλεκτρικό φορτίο, τα οποία σε εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία μπορούν να παραχθούν και να εξαϋλωθούν κατά ζεύγη. Αυτά τα προβλεπόμενα ποζιτρόνια, τα ακριβή κατοπτρικά είδωλα των ηλεκτρονίων, έχουν πράγματι ανακαλυφθεί πειραματικά.

    Η νέα ερμηνεία της θεωρίας προφανώς εγκαταλείπει αρχικά τη θέση του προβλήματος του ενός σώματος και εξετάζει εξαρχής ένα πρόβλημα πολλών σωμάτων. Δεν μπορεί πλέον να ισχυριστεί κανείς ότι οι σχετικιστικές κυματικές εξισώσεις του Dirac είναι οι μόνες δυνατές, αλλά αν θέλει κανείς να έχει σχετικιστικές εξισώσεις πεδίου που αντιστοιχούν σε σωματίδια, για τα οποία είναι γνωστή η τιμή 1/2 του σπιν τους, πρέπει οπωσδήποτε να υποθέσει τις εξισώσεις Dirac. Αν και είναι λογικά δυνατό να κβαντώσουμε αυτές τις εξισώσεις όπως τα κλασικά πεδία, πράγμα που θα έδινε συμμετρικές καταστάσεις ενός συστήματος που αποτελείται από πολλά τέτοια σωματίδια, αυτό θα ήταν σε αντίθεση με το αξίωμα ότι η ενέργεια του συστήματος πρέπει στην πραγματικότητα να είναι θετική. Το αξίωμα αυτό ικανοποιείται από την άλλη πλευρά, αν εφαρμόσουμε την απαγορευτική αρχή και την ερμηνεία του Dirac για το κενό και τις οπές, η οποία ταυτόχρονα αντικαθιστά τη φυσική έννοια της πυκνότητας φορτίου με τιμές και των δύο πρόσημων με την μαθηματική αφαίρεση της πυκνότητας θετικά φορτισμένων σωματιδίων. Ένα παρόμοιο συμπέρασμα ισχύει για όλες τις σχετικιστικές κυματικές εξισώσεις με δίτιμες ποσότητες ως συνιστώσες πεδίου. Αυτό είναι το άλλο βήμα (ιστορικά αυτό που προηγήθηκε) προς την κατεύθυνση της κατανόησης της σχέσης μεταξύ του σπιν και της τάξης συμμετρίας.

    Μπορώ μόνο να σημειώσω εν συντομία, ότι η νέα ερμηνεία του Dirac για τις κενές και κατειλημμένες καταστάσεις αρνητικής ενέργειας μπορεί να διατυπωθεί πολύ κομψά με τη βοήθεια του φορμαλισμού των Jordan και Wigner που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η μετάβαση από την παλαιά στη νέα ερμηνεία της θεωρίας μπορεί, πράγματι, να υλοποιηθεί απλώς με την ανταλλαγή της έννοιας ενός από τους τελεστές, με εκείνη του ερμητιανού συζυγούς του, αν αυτοί εφαρμόζονται σε καταστάσεις αρχικά αρνητικής ενέργειας. Το άπειρο «μηδενικό φορτίο» των κατειλημμένων καταστάσεων αρνητικής ενέργειας είναι τότε, τυπικά ανάλογο με την άπειρη ενέργεια μηδενικού σημείου των κβαντισμένων μονότιμων πεδίων. Το πρώτο δεν αντιστοιχεί επίσης σε καμία φυσική πραγματικότητα και δεν αποτελεί την πηγή ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

    Παρά την τυπική αναλογία μεταξύ της κβάντωσης των μονότιμων πεδίων που οδηγούν σε σύνολα ομοειδών σωματιδίων με συμμετρικές καταστάσεις και των σωματιδίων που πληρούν την απαγορευτική αρχή και περιγράφονται από δίτιμα φυσικά μεγέθη-τελεστές, που εξαρτώνται από τις συντεταγμένες χώρου και χρόνου, υπάρχει φυσικά η θεμελιώδης διαφορά ότι για τα τελευταία δεν υπάρχει οριακή περίπτωση, όπου οι μαθηματικοί τελεστές μπορούν να αντιμετωπιστούν όπως τα κλασικά πεδία. Από την άλλη πλευρά μπορούμε να αναμένουμε ότι οι δυνατότητες και οι περιορισμοί για τις εφαρμογές των εννοιών του χώρου και του χρόνου, οι οποίες βρίσκουν την έκφρασή τους στις διαφορετικές έννοιες της πυκνότητας φορτίου και της πυκνότητας σωματιδίου, θα είναι οι ίδιες για φορτισμένα σωματίδια με ακέραιο και με ημιακέραιο σπιν.

    Οι δυσκολίες της παρούσας θεωρίας γίνονται πολύ χειρότερες, αν ληφθεί υπόψη η αλληλεπίδραση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου με την ύλη, αφού τότε εμφανίζονται οι γνωστοί απειρισμοί σχετικά με την ενέργεια ενός ηλεκτρονίου στο δικό του πεδίο, η λεγόμενη ιδιοενέργεια, ως αποτέλεσμα της εφαρμογής του συνήθους φορμαλισμού διαταραχών σε αυτό το πρόβλημα. Η ρίζα αυτής της δυσκολίας φαίνεται να είναι το γεγονός ότι ο φορμαλισμός της κβάντωσης του πεδίου έχει άμεσο νόημα μόνο εφόσον οι πηγές του πεδίου μπορούν να θεωρηθούν ως συνεχώς κατανεμημένες, υπακούοντας στους νόμους της κλασικής φυσικής, και εφόσον χρησιμοποιούνται μόνο μέσοι όροι των μεγεθών του πεδίου σε πεπερασμένες περιοχές του χωροχρόνου. Τα ίδια τα ηλεκτρόνια, ωστόσο, είναι ουσιαστικά μη κλασικές πηγές πεδίου.

    Στο τέλος αυτής της διάλεξης, µπορώ να εκφράσω την κριτική µου άποψη, ότι µια σωστή θεωρία δεν πρέπει να οδηγεί ούτε σε άπειρες ενέργειες µηδενικού σηµείου, ούτε σε άπειρα µηδενικά φορτία, ότι δεν πρέπει να χρησιµοποιεί µαθηµατικά τεχνάσµατα για την αφαίρεση απειροτήτων ή ιδιοµορφιών, ούτε πρέπει να εφευρίσκει έναν «υποθετικό κόσµο» που είναι µόνο µια µαθηµατική φαντασία πριν να είναι σε θέση να διατυπώσει τη σωστή ερµηνεία του πραγµατικού κόσµου της φυσικής.

    Από την πλευρά της λογικής, η έκθεσή μου για την «Απαγορευτική Aρχή και Kβαντομηχανική» δεν έχει κανένα συμπέρασμα. Πιστεύω ότι θα είναι δυνατόν να γραφτεί το συμπέρασμα μόνο αν δημιουργηθεί μια θεωρία που θα προσδιορίζει την τιμή της σταθεράς λεπτής υφής και θα εξηγεί έτσι την ατομική δομή του ηλεκτρισμού, η οποία είναι μια τόσο ουσιαστική ιδιότητα όλων των ατομικών πηγών ηλεκτρικών πεδίων που εμφανίζονται πραγματικά στη Φύση.

    ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Το πορτραίτο του Pauli φιλοτέχνησε ο εικαστικός Χρήστος Αλαβέρας από τη Θεσσαλονίκη.ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    1. Landé, A., 1921. Über den anomalen Zeemaneffekt (Teil I). Z. Physik, 5, 231, https://doi.org/10.1007/BF01335014 ; R. Ladenburg, R., and Reiche, F., 1923. Absorption, Zerstreuung und Dispersion in der Bohrschen Atomtheorie. Naturwiss., 11584, https://link.springer.com/article/10.1007/BF01554355.

    2. Pauli, W., 1923. Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes. Z. Physik,  16, 155, https://doi.org/10.1007/BF01327386.

    3. Pauli, W., 1925. Über den Einfluß der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Elektronenmasse auf den Zeemaneffekt. Z. Physik, 31, 373, https://doi.org/10.1007/BF02980592.

    4. Stoner, E., C., 1924. The distribution of Electrons among Atomic Levels.Phil. Mag., 48, 719,
    https://doi.org/10.1080/14786442408634535

    5. Pauli, W., 1925. Über den Zusammenhang des Abschlusses der Elektronengruppen im  Atom mit der Komplexstruktur der Spektren. Z. Physik, 31, 765, https://doi.org/10.1515/9783112596609-017.

    6. Uhlenbeck, G.E., and Goudsmit, S.A., 1925. Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons. Naturwiss., 13, 953, http://dx.doi.org/10.1007/BF01558878; 1926. Spinning Electrons and the Structure of Spectra. Nature, 117, 264, https://doi.org/10.1038/117264a0.

    7. Thomas, L.,H., 1926. The Motion of the Spinning Electron. Nature, 117, 514, https://doi.org/10.1038/117514a0 and 1927. I. The kinematics of an electron with an axis. Phil. Mag., 3, 1, https://doi.org/10.1080/14786440108564170. Συγκρίνετε επίσης με το Frenkel, J., 1926. Die Elektrodynamik des rotierenden Elektrons. Z. Physik, 37, 243,  https://doi.org/10.1007/BF01397099.

    8. Rapport du Sixième Conseil Solvay de Physique, Paris, 1932, pp. 217-225.

    9. Για αυτό το πρώιμο στάδιο της ιστορίας της αρχής της απροσδιοριστίας, βλ. επίσης τη σημείωση του συγγραφέα στο Pauli, W., 1946. Remarks on the History of the Exclusion Theory. Science, 103, 213, https://doi.org/10.1126/science.103.2669.213, η οποία εν μέρει συμπίπτει με το πρώτο μέρος της παρούσας διάλεξης.

    10. Οι διαλέξεις κατά την απονομή του βραβείου Νόμπελ των Heisenberg, Schrödinger και Dirac, έχουν περιληφθεί στο Die moderne Atomtheorie, Leipzig, 1934, https://katalog.bibliothek.kit.edu/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=764635. Σε ελληνική απόδοση μπορείτε να τις διαβάσετε από τις σχετικές αναρτήσεις του InScience πατώντας πάνω στους συνδέσμους εδώ στα ονόματα των αντίστοιχων επιστημόνων.

    11. Tα άρθρα του Bohr έχουν συγκεντρωθεί στον τόμο Atomic Theory and the Description of Nature, Cambridge University Press, 1934. Δείτε επίσης του άρθρο του Bohr, N., 1933. Light and Life*.Nature, 131, 421, 457, https://doi.org/10.1038/131457a0.

    12. Heisenberg, W., 1926. Mehrkörperproblem und Resonanz in der Quantenmechanik. Z. Physik, 38, 411, https://doi.org/10.1007/BF01397160 and Über die Spektra von Atomsystemen mit zwei Elektronen. Z. Physik, 39, 499, https://doi.org/10.1007/BF01322090.

    13. Fermi, E., 1926. Zur Quantelung des idealen einatomigen Gases. Z. Physik, 36, 902,  https://doi.org/10.1007/BF01400221. Dirac, P. A. M., 1926. On the theory of quantum mechanics. Proc. Roy. Soc. London, A 112, 661, https://doi.org/10.1098/rspa.1926.0133.

    14. Bose, S. N., 1924. Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese. Z. Physik 26, 178,  https://doi.org/10.1007/BF01327326 and Wärmegleichgewicht im Strahlungsfeld bei Anwesenheit von Materie. Z. Physik, 27, 384, https://doi.org/10.1007/BF01328037. Einstein, A., 1924. Berl. Ber., 261; 1925. Einstein: The First Hundred Years, Berl. Ber., 1, 18.

    15. Pauli, W., 1924. Zur Frage der theoretischen Deutung der Satelliten einiger Spektrallinien und ihrer Beeinflussung durch magnetische Felder. , 12, 741, https://doi.org/10.1007/BF01504828.

    16. Heisenberg, W., 1927. Mehrkorperprobleme und Resonanz in der Quantenmechanik II. Physik, 41, 239, http://dx.doi.org/10.1007/BF01391241, Hund, F., 1927. Zur Deutung der Molekelspektren. II. Z. Physik, 42, 93, https://doi.org/10.1007/BF01397124.

    17. Dennison, D. M., 1927. A note on the specific heat of the hydrogen molecule. Proc. Roy. Soc. London, A 115, 483, https://doi.org/10.1098/rspa.1927.0105.

    18. Kronig, R.d.L., 1928. Der Drehimpuls des Stickstoffkerns. Naturwiss.,16, 335, https://doi.org/10.1007/BF01505425. Heitler, W., und Herzberg, G., 1929. Gehorchen die Stickstoffkerne der Boseschen Statistik?. Naturwiss.,17, 673. https://doi.org/10.1007/BF01506505.

    19. Lewis, G. N., and Ashley, M. F., 1933. The Spin of Hydrogen Isotope. Phys. Rev., 43, 837, https://doi.org/10.1103/PhysRev.43.837.2. Murphy, G. N., and Johnston, H., 1934. The Nuclear Spin of Deuterium. Phys. Rev., 45, 550, and 46, 95 https://doi.org/10.1103/PhysRev.46.95.

    20. Compare for the following the author’s report in Pauli, W., 1941. Relativistic Field Theories of Elementary Particles. Rev. Mod. Phys., 13, 203, https://doi.org/10.1103/RevModPhys.13.203 in which older literature is given. See also Pauli, W. and Weisskopf, V., 1934. The Quantization of the Scalar Relativistic Wave Equation. Helv. Phys. Acta, 7, 809.

    21. Bohr, N., and Rosenfeld, L., 1933. Danske Videnskab. Selskab. Nat. Fys. Medd., 12, 8

    22. Jordan, P. and Wigner, E., 1928. Über das Paulische Äquivalenzverbot. Z. Physik, 47, 631, https://doi.org/10.1007/BF01331938. Συγκρίνετε επίσης με το Fock, V., 1932. Konfigurationsraum und zweite Quantelung. Z. Physik, 75, 622, https://doi.org/10.1007/BF01344458.

    23. Pauli, W., 1936. Théorie quantique relativiste des particules obéissant à la statistique de Einstein=Bose. Inst. Poincaré, 6, 137, http://eudml.org/doc/79000; 1940. The Connection Between Spin and Statistics. Phys. Rev., 58, 716, https://doi.org/10.1103/PhysRev.58.716.

    24. Landau, L., Peierls, R., 1931. Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die relativistische Quantentheorie. Z. Physik, 69, 56, https://doi.org/10.1007/BF01391513. Συγκρίνετε επίσης με το in Handbuch der Physik, 24, Μέρος 1, 1933, Κεφ. Α , § 2 .

    25. Dirac, P. M. A., 1928. The quantum theory of the electron. Proc. Roy. Soc., A117, 610, https://doi.org/10.1098/rspa.1928.0023.

  • ΟΛΑ ΞΕΚΙΝΗΣΑΝ ΠΑΡΑ ΠΟΛΥ ΑΠΛΑ – Οι τέσσερις φυσικές αρχές που διαμόρφωσαν τον έμβιο κόσμο

    ΟΛΑ ΞΕΚΙΝΗΣΑΝ ΠΑΡΑ ΠΟΛΥ ΑΠΛΑ – Οι τέσσερις φυσικές αρχές που διαμόρφωσαν τον έμβιο κόσμο

    ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

    RAGHUVEER PARTHASARATHY

    Μετάφραση: Μαριλένα Παπαϊωάννου
    Επιστημονική επιμέλεια: Νίκος Μοσχονάς

    ISBN 978-618-230-110-4
    Διαστάσεις: 17 x 24 cm
    Αριθμός σελίδων: 360
    Τιμή: € 22
    Έτος έκδοσης: 2025Περιγραφή

    Ένα αιλουροειδές που κυνηγά διαφέρει πλήρως ως προς τη μορφή και τη λειτουργία του από ένα δέντρο βαθιά ριζωμένο στο έδαφος. Ένας άνθρωπος διαφέρει πάρα πολύ από ένα βακτήριο ή μια ζέβρα. Κι όμως, παρά την εκθαμβωτική ποικιλομορφία του, ο έμβιος κόσμος στηρίζεται σε μια ομάδα ενιαίων φυσικών αρχών που διαπλάθουν τη μορφή και τη συμπεριφορά κάθε πλάσματος μέσα σε αυτόν.

    Σε αυτό το βιβλίο ο Raghuveer Parthasarathy εξηγεί με ποιον τρόπο τέσσερις θεμελιώδεις έννοιες —η αυτοσυγκρότηση, τα ρυθμιστικά κυκλώματα, η προβλέψιμη τυχαιότητα και η υπό κλίμακα αύξηση— διέπουν τη μηχανή της ζωής από τα μικροσκοπικά μόρια έως τους γιγαντιαίους ελέφαντες. Περιγράφει, επίσης, πώς η βιοφυσική αποκαλύπτει τους μηχανισμούς ποικίλων φαινομένων, π.χ. γιατί τα άκρα μας σχηματίζονται στις σωστές θέσεις και όχι κάπου αλλού ή γιατί οι άνθρωποι χρειάζονται πνεύμονες ενώ τα μυρμήγκια όχι. Επιπλέον, διερευνά το ενδεχόμενο επιστημονικών προόδων που θα μας επέτρεπαν να εφαρμόσουμε σε ζωντανούς οργανισμούς δυνητικά σωτήριες αν και αμφιλεγόμενες τεχνολογίες, όπως η γονιδιακή επεξεργασία, η ανάπτυξη με-μονωμένων οργάνων και η μηχανική οικοσυστημάτων.

    Το Όλα ξεκίνησαν πάρα πολύ απλά, με δεκάδες πρωτότυπες ακουαρέλες και σχέδια του συγγραφέα, είναι μια συναρπαστική περιήγηση στη νέα επιστήμη της βιοφυσικής, η οποία κυριολεκτικά μεταμορφώνει την κατανόησή μας για τη ζωή πάνω στη Γη.Ο Raghuveer Parthasarathy (Ράγκουβηρ Παρτασάραδυ) είναι Αμερικανός φυσικός Ινδικής καταγωγής, τακτικός καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον (ΗΠΑ) και μέλος των ινστιτούτων Μοριακής Βιολογίας και Επιστήμης Υλικών στο ίδιο πανεπιστήμιο. Απόφοιτος του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϋ και εταίρος της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής, έχει πλούσιο ερευνητικό έργο που αφορά κυρίως τη χρήση πρωτοποριακών μεθόδων οπτικής μικροσκοπίας στη μελέτη του μικροβιώματος του εντέρου. Το Όλα ξεκίνησαν πάρα πολύ απλά είναι το πρώτο του βιβλίο.

  • Παρουσίαση του βιβλίου «Η δίκη του Γαλιλαίου»

    Παρουσίαση του βιβλίου «Η δίκη του Γαλιλαίου»

    To InScience σας παρουσιάζει το βιβλίο «Η ΔΙΚΗ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ». Συμμετέχουν ο συγγραφέας Κώστας Γαβρόγλου Ομότιμος Καθηγητής του Πανεπιστημίου της Αθήνας, ο Θόδωρος Αραμπατζής, Καθηγητής Ιστορίας και Φιλοσοφίας της Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Αθήνας και ο Κωνσταντίνος Ταμπάκης, Κύριος Ερευνητής στην Ιστορία των Επιστημών και της Τεχνολογίας στο Ινστιτούτο Ιστορικών Ερευνών του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών. Η παρουσίαση διοργανώθηκε την Πέμπτη 8 Μαΐου 2025.

    Περίληψη:

    Μέσα από τη συζήτηση με τους δύο συνομιλητές, θα γίνει ένας σχολιασμός της περιόδου από τις πρώτες τηλεσκοπικές ανακαλύψεις του Γαλιλαίου το 1609 μέχρι και την ολοκλήρωση της Δίκης το 1633. Στόχος είναι η ανάδειξη του πλαισίου στο οποίο διαδραματίζονται οι επιστημονικές, φιλοσοφικές, θεολογικές, πολιτικές και ιδεολογικές διαμάχες της εποχής, που καταλήγουν στη Δίκη.

    Το βιβλίο περιέχει, επίσης, και ένα κεφάλαιο για τη Ζωή της Δίκης μετά τη Δίκη, στο οποίο σκιαγραφούνται οι σημαντικότερες εξελίξεις στη διάρκεια των 350 ετών από το τέλος της Δίκης, όταν πολλοί λόγιοι θέλησαν να υπερασπιστούν τον Γαλιλαίο, ενώ άλλοι θέλησαν να επιχειρηματολογήσουν πως η Εκκλησία έπραξε καλώς.

    Στο βιβλίο προβάλλεται η θέση πως το πρόβλημα για την Καθολική Εκκλησία δεν ήταν τόσο η θεολογικά αιρετική άποψη της κίνησης της Γης, όσο το ό,τι, μία νέα κοσμολογία, θα οδηγούσε σε ένα νέο τρόπο θέασης της φύσης. Και τότε ο αριστοτελισμός, ο οποίος είχε ήδη δεχτεί πολλά πυρά, θα κατέρρεε. Μαζί του, θα κατέρρεε και το σύστημα ιδεών που αποτελούσε το υπόβαθρο της τεράστιας κοινωνικής εξουσίας των φιλοσόφων και θεολόγων. Οι αστρονόμοι, οι μαθηματικοί, και οι τεχνίτες, θα άρχιζαν να διαδραματίζουν κυρίαρχο ρόλο. Θα άλλαζαν οι κοινωνικοί συσχετισμοί, με νέες κοινωνικές διαστρωματώσεις. Αυτά ήθελε να αποφύγει η εκκλησιαστική εξουσία τον 17ο αιώνα, και οι παραδοσιακές ερμηνείες των Γραφών τής έδιναν το καλύτερο άλλοθι για να μην αλλάξει η τάξη των πραγμάτων.

    ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ

    Ο Κώστας Γαβρόγλου γεννήθηκε το 1947 στην Κωνσταντινούπολη, όπου και ολοκλήρωσε τις εγκύκλιες σπουδές του. Συνέχισε τις σπουδές του στην Αγγλία, στα Πανεπιστήμια Lancaster, Cambridge και στο Πανεπιστήμιο του Λονδίνου (Imperial College) από όπου και έλαβε το διδακτορικό του στη θεωρητική φυσική.

    Εργάστηκε στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, στα πανεπιστήμια Βοστώνης, Harvard, MIT, Cambridge, Pennsylvania και Istanbul Technical University, στο ΕΜΠ και στο Πανεπιστήμιο Αθηνών.

    Σήμερα είναι ομότιμος καθηγητής ιστορίας των επιστημών του Πανεπιστημίου Αθηνών.

    Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα είναι η ιστορία της φυσικής και της χημείας του 19ου και 20ού αιώνα. Μερικά από τα βιβλία του είναι Neither Physics nor Chemistry: A history of quantum chemistry (μαζί με την Ana Simoes) (M.I.T. Press, 2011), History of Artificial Cold: Scientific, Technological and Cultural Aspects (Springer Publishers, 2014), Τα Κοινά της Παιδείας: σκέψεις για το παρελθόν και μέλλον του κυβερνητικού εγχειρήματος της αριστεράς, (Θεμέλιο 2021).

    Από τις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης κυκλοφορούν τα βιβλία «Το παρελθόν των επιστημών ως ιστορία (2004)», «Το Πανεπιστήμιο Αθηνών και η Ιστορία του 1837-1937» (μαζί με τον Βαγγέλη Καραμανωλάκη και τη Χάιδω Μπάρκουλα), ενώ μαζί με τον Θόδωρο Αραμπατζή επιμελήθηκαν τα βιβλία «Ο Αϊνστάιν και η Σχετικότητα» (2005) και «Η κρίση στη φυσική και η Δημοκρατία της Βαϊμάρης – Η πολιτισμική ιστορία της κβαντικής θεωρίας» (2012).

    Το 2020 έλαβε το βραβείο Gustav Neuenschwander της Ευρωπαϊκής Εταιρείας Ιστορίας των Επιστημών για το σύνολο του έργου του.

    Το 2015 εκλέχθηκε βουλευτής Επικρατείας του ΣΥ.ΡΙ.Ζ.Α. και την περίοδο 2016-2019 διετέλεσε Υπουργός Παιδείας, Έρευνας και Θρησκευμάτων.

    Ερωτήσεις

    1:01:28 – Χρησιμοποιήθηκαν για τη συγγραφή του βιβλίου πηγές που δεν είχαν αξιοποιηθεί έως σήμερα στη βιβλιογραφία;

    1:03:09 – Ο Γαλιλαίος στις εργασίες του παραπέμπει σε αρχαίες πηγές για τις οποίες πίστευε πως πιθανόν να στήριζαν τα συμπεράσματα του;

    1:04:42 – Το έργο του Γαλιλαίου «έφτασε» στην Ανατολική Ορθόδοξη Εκκλησία; Αν ναι, ποια ήταν η αντίδραση της;

    1:08:32 – Στη συζήτηση έγινε αρκετές φορές αναφορά στο Τάγμα των Ιησουιτών. Τα υπόλοιπα Τάγματα της Καθολικής Εκκλησίας έμεναν μακρυά από από τις επιστημονικές αντιπαραθέσεις;

    1:10:55 – Πώς ακριβώς αντέδρασε η ευρωπαϊκή διανόηση στην καταδίκη του Γαλιλαίου;

    1:15:00 – Μετά το πέρας της δίκης η στάση του Γαλιλαίου μπορεί να θεωρηθεί μετάνοια ή στρατηγική υποχώρηση;

    ​​1:17:12 – Ο Γαλιλαίος συχνά παρουσιάζεται σαν μια ατομικότητα απέναντι σε ένα σύστημα εξουσίας. Εάν τον δούμε όμως, όπως μας προτείνει ο Μπιατζόλι ή ο Φαγιεράμπεντ, σαν κομμάτι ενός άλλου συστήματος της αυλής των Μεδίκων και κατά συνέπεια ως μέρος του λόγου μιας αναδυόμενης αστικής τάξης μπορεί να μας προσδώσει μια νέα οπτική της δίκης.

    1:19:12 – Υπάρχει κάποια αναφορά σε σκέψεις του Γαλιλαίου να εγκαταλείψει την Ιταλία πριν τη δίκη;

    1:20:13 – Ο κ. Γαβρόγλου αναφέρθηκε σε έναν Borgia, ο οποίος έγραψε επιστολή εναντίον του Πάπα. Ήταν ο Caspar Borgia, ένας εκ των τριών της επιτροπής που δεν υπέγραψε την καταδίκη;

    1:22:11 – Με αφορμή την αναφορά του κ Γαβρόγλου ότι ο Γαλιλαίος ήταν «καβγατζής» και ότι δεν είχε νόημα να μην αξιοποιήσει την υποστήριξη των Ιησουιτών. Υπάρχει περίπτωση, εν μέρει, να οφείλεται στο ότι οι Ιησουίτες ενίσχυαν το κύρος των Μαθηματικών, ενώ ο Γαλιλαίος ήθελε να θεωρηθεί Φιλόσοφος;

    1:25:19 – Τελικά, ήταν μια δίκαιη δίκη;

  • ΤΟ ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΑΝΑΔΕΙΚΝΥΕΙ ΤΙΣ ΡΙΖΕΣ ΤΩΝ ΝΕΥΡΩΝΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

    ΤΟ ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΑΝΑΔΕΙΚΝΥΕΙ ΤΙΣ ΡΙΖΕΣ ΤΩΝ ΝΕΥΡΩΝΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

    Ο δρόμος προς τα σύγχρονα θαύματα της μηχανικής μάθησης στρώθηκε με ιδέες από τη στατιστική μηχανική και τα συλλογικά φαινόμενα.

    Johanna L. Miller


    Μετάφραση: Δημήτρης Κούλος

    Επιμέλεια μετάφρασης: Νικόλ Σαρλά, Βασίλης Λεμπέσης

    Επιστημονική επιμέλεια: Βασίλης Λεμπέσης«Ό,τι δίνεις παίρνεις».[1] Σύμφωνα με το παλιό ρητό της επιστήμης των υπολογιστών, αυτό που λαμβάνεις από έναν υπολογιστή δεν είναι καλύτερο από αυτό που του δίνεις. Και φαίνεται να υπονοεί ότι καθώς οι υπολογιστές δεν μπορούν να σκεφτούν μόνοι τους, δεν μπορούν ποτέ να κάνουν κάτι πιο εξεζητημένο από αυτό για το οποίο ρητώς τους έχει δοθεί εντολή.

    Όμως, το τελευταίο φαίνεται να μην είναι πλέον αληθές. Τα νευρωνικά δίκτυα –αρχιτεκτονικές των υπολογιστών εμπνευσμένες από τον ανθρώπινο εγκέφαλο, στις οποίες τα σήματα διέρχονται μέσα από κόμβους που ονομάζονται τεχνητοί νευρώνες– έχουν παράγει τα τελευταία χρόνια κύματα εκπληκτικών αποτελεσμάτων. (Βλ. για παράδειγμα σελ. 17 αυτού του τεύχους.) Οι μεμονωμένοι νευρώνες εκτελούν μονάχα τους πλέον στοιχειώδεις υπολογισμούς. Όμως, όταν συγκεντρώνονται σε αρκετά μεγάλους αριθμούς και όταν τροφοδοτούνται με αρκετά δεδομένα προς εκπαίδευση, αποκτούν δυνατότητες που, φαινομενικά από το πουθενά, θυμίζουν απροσδόκητα την ανθρώπινη νοημοσύνη.

    Οι φυσικοί δεν είναι ανοίκειοι με την ιδέα της ανάδυσης απροσδόκητων φαινομένων μέσα από απλούστερα δομικά στοιχεία. Μερικά στοιχειώδη σωματίδια και οι κανόνες των αλληλεπιδράσεών τους συνδυάζονται για να δώσουν σχεδόν το σύνολο του ορατού κόσμου: υπεραγωγοί, πλάσματα και όλα τα ενδιάμεσα. Γιατί κάποια προσέγγιση της φυσικής στην αναδυόμενη πολυπλοκότητα να μην εφαρμοστεί και στα νευρωνικά δίκτυα;

    Πράγματι εφαρμοζόταν –και συνεχίζει να εφαρμόζεται– όπως αποδεικνύεται από το φετινό (2024) βραβείο Νόμπελ Φυσικής, το οποίο απονέμεται στον John Hopfield του Πανεπιστημίου του Πρίνστον και στον Geoffrey Hinton του Πανεπιστημίου του Τορόντο. Ξεκινώντας στις αρχές της δεκαετίας του 1980, ο Hopfield έθεσε τα εννοιολογικά θεμέλια για μια θεώρηση που να βασίζεται στη φυσική του ζητήματος της επεξεργασίας πληροφοριών η οποία εμπνέεται από την λειτουργία του εγκέφαλου· ο Hinton ήταν στην πρώτη γραμμή της προσπάθειας δεκαετιών για την αξιοποίηση αυτών των ιδεών για να αναπτύξει αλγορίθμους που χρησιμοποιούνται σήμερα από τα μοντέλα νευρωνικών δικτύων.

    ΥΑΛΩΔΗΣ ΜΝΗΜΗ

    Στην αρχή δεν ήταν καθόλου προφανές ότι τα νευρωνικά δίκτυα θα γίνονταν τόσο ισχυρά. Μόλις το 2011, τα πιο εντυπωσιακά επιτεύγματα στην τεχνητή νοημοσύνη επιτυγχάνονταν από μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση. Ο υπολογιστής Watson της IBM, που νίκησε τον Ken Jennings και τον Brad Rutter στο Jeopardy!,[2] δεν ήταν ένα νευρωνικό δίκτυο καθώς είχε προγραμματιστεί ρητώς με κανόνες για την επεξεργασία της γλώσσας, την ανάκτηση πληροφοριών και τη λογική σκέψη. Και πολλοί ερευνητές πίστεψαν ότι αυτός ήταν ο δρόμος για να δημιουργήσουν χρήσιμες μηχανές τεχνητής νοημοσύνης.

    Αντίθετα, η πρώιμη εργασία για τα νευρωνικά δίκτυα ήταν μια έρευνα που καθοδηγούνταν από την περιέργεια, εμπνευσμένη περισσότερο από πραγματικούς εγκεφάλους παρά από τους υπολογιστές και τις εφαρμογές τους. Αλλά η φύση της διεπιστημονικής σύνδεσης ήταν δυσδιάκριτη. «Τα ερωτήματα που διατύπωσε ο Hopfield δεν είναι άσχετα με πράγματα που απασχολούσαν τους νευροεπιστήμονες», λέει ο William Bialek από το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. «Όμως δεν πρόκειται για “εφαρμογή της φυσικής στο τάδε ζήτημα’’· μάλλον πρόκειται για την εισαγωγή μιας ολόκληρης θεώρησης που απλώς δεν υπήρχε προηγουμένως».

    Μέχρι τη δεκαετία του 1980, οι νευροεπιστήμονες γνώριζαν ότι ο εγκέφαλος αποτελείται από νευρώνες, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους μέσω συνάψεων και εναλλάσσονται μεταξύ περιόδων υψηλής και χαμηλής ηλεκτρικής δραστηριότητας (στην καθομιλουμένη, “πυροδότηση” και “μη πυροδότηση”), και μελετούσαν συστήματα λίγων νευρώνων για να κατανοήσουν πώς η πυροδότηση ενός νευρώνα επηρέαζε εκείνους με τους οποίους συνδεόταν. «Κάποιοι αντιμετώπιζαν τους νευρώνες με όρους λογικών πυλών, όπως στην ηλεκτρονική», λέει ο Jay McClelland του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ.

    Σε μια εργασία-ορόσημο του 1982, ο Hopfield υιοθέτησε μια διαφορετική προσέγγιση.[3] Στη φυσική, υποστήριξε, πολλές σημαντικές ιδιότητες συστημάτων μεγάλης κλίμακας είναι ανεξάρτητες από τις λεπτομέρειες μικρής κλίμακας. Σε όλα τα υλικά μπορούν να διαδοθούν ηχητικά κύματα, για παράδειγμα, ανεξάρτητα από το πώς ακριβώς αλληλεπιδρούν τα άτομα ή τα μόριά τους. Οι μικροσκοπικές δυνάμεις μπορεί να επηρεάζουν την ταχύτητα του ήχου ή άλλες ακουστικές ιδιότητες, αλλά η μελέτη των δυνάμεων μεταξύ τριών ή τεσσάρων ατόμων αποκαλύπτει ελάχιστα για το πώς αναδύεται η έννοια των ηχητικών κυμάτων.

    Με αυτόν τον τρόπο, δημιούργησε ένα μοντέλο ενός δικτύου νευρώνων, με γνώμονα περισσότερο την υπολογιστική και μαθηματική απλότητα παρά τον νευροβιολογικό ρεαλισμό. Το μοντέλο, γνωστό σήμερα ως δίκτυο Hopfield, αναπαρίσταται στο Εικ. 1. (Το σχήμα δείχνει ένα δίκτυο πέντε νευρώνων για την ευκολία της απεικόνισης· ο Hopfield προσομοίωνε δίκτυα 30 έως 100 νευρώνων). Κάθε νευρώνας μπορεί να βρίσκεται στην κατάσταση 1 ( πυροδότηση), ή στην κατάσταση 0 (μη πυροδότηση).

    Η σύνδεση κάθε νευρώνα με όλους τους άλλους προσομοιωνόταν μέσω σταθερών σύζευξης που θα μπορούσαν να έχουν οποιαδήποτε θετική ή αρνητική τιμή, ανάλογα με το αν κάθε σύναψη ευνοεί ή όχι τους νευρώνες να πυροδοτούν ταυτόχρονα.

    Αυτή είναι ακριβώς η ίδια μορφή με εκείνη ενός υαλώδους σπιν (spin glass), ένα γνωστό <<ακανθώδες>> σύστημα από τη φυσική συμπυκνωμένης ύλης. (Βλέπε Physics Today, Δεκέμβριος 2021, σ. 17.) Σε αντίθεση με ένα σιδηρομαγνήτη, στον οποίο οι σταθερές σύζευξης είναι όλες θετικές και το σύστημα έχει μια σαφή θεμελιώδη κατάσταση με όλα του τα σπιν ευθυγραμμισμένα, ένα υαλώδες σπιν δεν έχει σχεδόν ποτέ μια κατάσταση που να ικανοποιεί όλες τις ενεργειακές προτιμήσεις των σπιν του ταυτόχρονα. Το ενεργειακό του τοπίο είναι πολύπλοκο, με πολλά τοπικά ενεργειακά ελάχιστα.Εικ. 1. Ένα δίκτυο Hopfield, τυπικά ισοδύναμο με ένα υαλώδες σπιν, λειτουργεί ως συνειρμική μνήμη: Όταν παρουσιάζεται μια κατάσταση που ανακαλείται μερικώς, χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο μείωσης της ενέργειας για να συμπληρώσει τα κενά. Οι αναμνήσεις αποθηκεύονται στην ισχύ των συζεύξεων μεταξύ των κόμβων. Όταν ο John Hopfield έδειξε ότι με τον κατάλληλο στατιστικό συνδυασμό στην ισχύ συζεύξεων το δίκτυο μπορούσε να αποθηκεύσει πολλές αναμνήσεις ταυτόχρονα, έθεσε τις βάσεις για τη σκέψη των νευρωνικών δικτύων με βάση τη φυσική. (Σχήμα από τον Freddie Pagani· φωτογραφία λαγού από τον JM Ligero Loarte/Wikimedia Commons/CC BY 3.0.)Ο Hopfield υποστήριξε ότι το τοπίο θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως μνήμη, με κάθε μια από τις διατάξεις που ελαχιστοποιούν την ενέργεια να χρησιμεύει ως μια κατάσταση που πρέπει να κρατηθεί στη μνήμη. Και παρουσίασε έναν κομψό τρόπο ρύθμισης των τιμών των σταθερών σύζευξης –εμπνευσμένο από αυτό που συμβαίνει στις πραγματικές συνάψεις– έτσι ώστε η μνήμη να αποθηκεύει οποιαδήποτε επιθυμητή συλλογή καταστάσεων.

    Αλλά το δίκτυο Hopfield είναι θεμελιωδώς διαφορετικό από μια συνηθισμένη μνήμη υπολογιστή. Σε έναν υπολογιστή, κάθε στοιχείο των δεδομένων που πρόκειται να αποθηκευτεί κωδικοποιείται ως συμβολοσειρά από άσους και μηδενικά σε ένα συγκεκριμένο σημείο και ανακαλείται πηγαίνοντας πίσω σε αυτό το σημείο και διαβάζοντας τη συμβολοσειρά. Σε ένα δίκτυο Hopfield, όλα τα στοιχεία αποθηκεύονται ταυτόχρονα στις τιμές των σταθερών της σύζευξης ολόκληρου του δικτύου. Και μπορούν να ανακληθούν συνειρμικά, δίνοντας στο δίκτυο ένα σημείο εκκίνησης που μοιράζεται μόνο μερικά χαρακτηριστικά με μία από τις καταστάσεις που θυμάται και επιτρέποντάς του να «ηρεμήσει» στο πλησιέστερο ενεργειακό ελάχιστο. Τις περισσότερες φορές, θα ανακαλέσει την επιθυμητή μνήμη. (Βλέπε επίσης τα άρθρα του Haim Sompolinsky, Physics Today, Δεκέμβριος 1988, σ. 70, και του John Hopfield, PHYSICS Today, Φεβρουάριος 1994, σ. 40).

    Και τα δύο αυτά είναι γεγονότα που συμβαίνουν στους πραγματικούς εγκεφάλους. « Ήταν πειραματικά γνωστό ότι σε ανώτερα ζώα η εγκεφαλική δραστηριότητα ήταν καλά διασκορπισμένη και ενέπλεκε πολλούς νευρώνες», λέει ο Hopfield. Και η συνειρμική μνήμη είναι κάτι που έχετε βιώσει άμεσα, αν έχετε θυμηθεί ποτέ ένα τραγούδι που έχετε ξανακούσει, αφού ακούσατε ένα τυχαίο απόσπασμά του.

    Το μοντέλο του Hopfield ήταν μια τεράστια απλοποίηση ενός πραγματικού εγκεφάλου. Οι πραγματικοί νευρώνες είναι ουσιαστικά δυναμικοί, δεν χαρακτηρίζονται από στατικές καταστάσεις και οι πραγματικές συζεύξεις των νευρώνων δεν είναι συμμετρικές. Αλλά, κατά κάποιον τρόπο, αυτές οι διαφορές ήταν χαρακτηριστικά, όχι σφάλματα: έδειξαν ότι η συλλογική, συνειρμική μνήμη ήταν ένα αναδυόμενο φαινόμενο μεγάλης κλίμακας, ανθεκτικό σε λεπτομέρειες μικρής κλίμακας.

    ΜΑΘΑΙΝΟΝΤΑΣ ΠΩΣ ΝΑ ΜΑΘΑΙΝΕΙΣ

    «Όχι μόνο ο Hopfield είναι ένας πολύ καλός φυσικός, αλλά και το μοντέλο Hopfield είναι από μόνο του εξαιρετική φυσική”, λέει ο Leo van Hemmen, από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου. Παρ΄όλα αυτά, η διατύπωσή του το 1982 άφησε πολλά ενδιαφέροντα ανοιχτά ερωτήματα. Ο Hopfield είχε επικεντρωθεί σε προσομοιώσεις για να δείξει πώς το σύστημα «ηρεμεί» σε ένα ενεργειακό ελάχιστο· θα μπορούσε το μοντέλο να δεχθεί μια πιο στιβαρή αναλυτική αντιμετώπιση; Πόσες καταστάσεις θα μπορούσε να θυμάται το μοντέλο και τι θα συνέβαινε αν υπερφορτωνόταν; Υπήρχαν καλύτεροι τρόποι καθορισμού του μεγέθους των σταθερών σύζευξης από αυτόν που πρότεινε ο Hopfield;

    Αυτές τις ερωτήσεις, και άλλες, ανέλαβε μια πληθώρα ερευνητών με σπουδές στη φυσική, οι οποίοι εμπνεύστηκαν από το έργο του Hopfield και εισήλθαν στον τομέα των νευρωνικών δικτύων κατά τη δεκαετία του 1980. «Οι φυσικοί είναι ευπροσάρμοστοι, περίεργοι και αλαζόνες –με θετικό τρόπο», λέει ο Eytan Domany, του Ινστιτούτου Επιστημών Weizmann στο Ισραήλ. «Είναι πρόθυμοι να μελετήσουν διεξοδικά και στη συνέχεια να καταπιαστούν με ένα πρόβλημα που δεν έχουν ξαναδεί, αν είναι ενδιαφέρον. Και όλοι είναι ενθουσιασμένοι με την κατανόηση του εγκεφάλου».

    Ένα άλλο μέρος της γοητείας ήταν ο τρόπος με τον οποίο ο Hopfield είχε πάρει ένα παραδοσιακό πρόβλημα φυσικής και το είχε αντιστρέψει. «Στα περισσότερα προβλήματα ενεργειακού τοπίου, σας δίνονται οι μικροσκοπικές αλληλεπιδράσεις και ρωτάτε: Ποια είναι η βασική κατάσταση; Ποια είναι τα τοπικά ελάχιστα; Ποιο είναι ολόκληρο το τοπίο;», λέει ο Haim Sompolinsky, του Εβραϊκού Πανεπιστημίου της Ιερουσαλήμ. «Η εργασία του 1982 έκανε το αντίθετο. Ξεκινάμε με τις βασικές καταστάσεις που θέλουμε: τις αναμνήσεις. Και ρωτάμε: Ποιες είναι οι μικροσκοπικές αλληλεπιδράσεις που θα τις υποστηρίξουν ως βασικές καταστάσεις;»

    Από εκεί και πέρα, ήταν ένα μικρό εννοιολογικό άλμα το να ρωτήσουμε: τι γίνεται αν οι ίδιες οι τιμές των σταθερών σύζευξης μπορούν να εξελιχθούν στο δικό τους ενεργειακό τοπίο; Δηλαδή, αντί το σύστημα να είναι προγραμματισμένο εκ των προτέρων με παραμέτρους για την κωδικοποίηση συγκεκριμένων μνημών, να μπορεί να αυτοβελτιώνεται με τη μάθηση;

    Η μηχανική μάθηση σε νευρωνικά δίκτυα είχε δοκιμαστεί και στο παρελθόν. Το perceptron –μια συσκευή που μοιάζει με νευρωνικό δίκτυο και ταξινομεί εικόνες σε απλές κατηγορίες, όπως κύκλους και τετράγωνα– χρονολογείται από τη δεκαετία του 1950. Όταν του δόθηκε μια σειρά από εικόνες για εκπαίδευση και ένας απλός αλγόριθμος για την επικαιροποίηση των συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων του, μπορούσε τελικά να μάθει να ταξινομεί σωστά ακόμη και εικόνες που δεν είχε ξαναδεί.

    Αλλά το perceptron δεν λειτουργούσε πάντα καθώς με τον τρόπο που ήταν δομημένο το δίκτυο, μερικές φορές δεν υπήρχε κανένας τρόπος να ρυθμιστούν οι τιμές των σταθερών σύζευξης για να εκτελέσει την επιθυμητή ταξινόμηση. «Όταν συνέβαινε αυτό, θα μπορούσατε να επαναλαμβάνετε (την λειτουργία) για πάντα και ο αλγόριθμος δεν θα συνέκλινε ποτέ», λέει ο van Hemmen. «Αυτό ήταν ένα μεγάλο σοκ». Χωρίς μια κατευθυντήρια αρχή για την χάραξη μιας πορείας προς τα εμπρός, το πεδίο είχε βαλτώσει.

    ΒΡΙΣΚΟΝΤΑΣ ΚΟΙΝΟ ΤΟΠΟ  

    Ο Hinton δεν ήρθε στα νευρωνικά δίκτυα έχοντας υπόβαθρο στη φυσική. Αλλά ο συνεργάτης του, Terrence Sejnowski –ο οποίος είχε πάρει το διδακτορικό του από τον Hopfield το 1978– είχε τέτοιο υπόβαθρο. Μαζί, επέκτειναν το δίκτυο Hopfield σε κάτι που ονόμασαν μηχανή Boltzmann, η οποία επέκτεινε σημαντικά τις δυνατότητες του μοντέλου χρησιμοποιώντας ξεκάθαρα έννοιες της στατικής φυσικής.[4]

    Στις προσομοιώσεις του ο Hopfield το 1982, είχε ουσιαστικά διερευνήσει το καθαρό έργο του υαλώδους σπιν σε μηδενική θερμοκρασία επιτρέποντας στο σύστημα να εξελίξει την κατάστασή του μόνο με τρόπους που θα μείωναν τη συνολική του ενέργεια. Με αυτόν τον τρόπο, όποια κι αν ήταν η αρχική κατάσταση, κατέληγε σε ένα κοντινό τοπικό ενεργειακό ελάχιστο και παρέμενε εκεί.

    «Ο Τέρι και εγώ αρχίσαμε αμέσως να σκεφτόμαστε τη στοχαστική εκδοχή, με μη μηδενική θερμοκρασία», λέει ο Hinton. Αντί για έναν ντετερμινιστικό κανόνα μείωσης της ενέργειας, χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο Monte Carlo που επέτρεπε στο σύστημα να μεταπηδά περιστασιακά σε μια κατάσταση υψηλότερης ενέργειας. Δοθέντος αρκετού χρόνου, μια στοχαστική προσομοίωση του δικτύου θα εξερευνούσε ολόκληρο το ενεργειακό τοπίο και θα κατέληγε σε μια κατανομή πιθανοτήτων Boltzmann, με όλες τις καταστάσεις χαμηλής ενέργειας –ανεξάρτητα από το αν είναι τοπικά ενεργειακά ελάχιστα– να αντιπροσωπεύονται με υψηλή πιθανότητα.

    «Και το 1983, ανακαλύψαμε έναν πολύ όμορφο τρόπο για τη μάθηση», λέει ο Hinton. Όταν το δίκτυο τροφοδοτούνταν με δεδομένα για εκπαίδευση αυτά αναβάθμιζαν επαναληπτικά την τιμή των σταθερών σύζευξης, έτσι ώστε οι καταστάσεις των δεδομένων να έχουν υψηλή πιθανότητα στην κατανομή Boltzmann.[5] Επιπλέον, όταν τα εισερχόμενα δεδομένα είχαν κάτι κοινό –όπως οι εικόνες με τον αριθμόν 3 στην Εικ. 2– τότε άλλες καταστάσεις υψηλής πιθανότητας θα μοιράζονταν τα ίδια κοινά χαρακτηριστικά.Εικόνα 2. Η ΜΗΧΑΝΗ BOLTZMANN επεκτείνει το δίκτυο Hopfield με δύο τρόπους: Επαυξάνει το δίκτυο για να συμπεριλάβει και κρυμμένους κόμβους (φαίνονται στο κέντρο του δικτύου με γκρι χρώμα) που δεν εμπλέκονται στην κωδικοποίηση δεδομένων και λειτουργεί σε μη μηδενική πραγματική θερμοκρασία, έτσι ώστε ολόκληρος ο χώρος των διατάξεων να μπορεί να χαρακτηριστεί από μια κατανομή πιθανοτήτων Boltzmann. Ο Geoffrey Hinton και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν έναν τρόπο εκπαίδευσης της μηχανής Boltzmann ως γενετικού μοντέλου: Όταν της παρουσιάζονταν ως εισροές διάφορα στοιχεία που είχαν όλα ένα κοινό χαρακτηριστικό, παρήγαγε περισσότερα στοιχεία του ίδιου τύπου. (Σχήμα από τον Freddie Pagani.)Το βασικό συστατικό για την εύρεση αυτού του είδους κοινών στοιχείων ήταν η επαύξηση του δικτύου, ώστε να περιλαμβάνει περισσότερους κόμβους από αυτούς που κωδικοποιούν τα δεδομένα. Αυτοί οι κρυφοί κόμβοι, που απεικονίζονται με γκρι χρώμα στην Εικ.2, επιτρέπουν στο σύστημα να καταγράφει συσχετίσεις υψηλότερου επιπέδου μεταξύ των δεδομένων.

    Κατ’ αρχήν, η μηχανή Boltzmann θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μηχανική αναγνώριση ενός χειρόγραφου ή για τη διάκριση μεταξύ κανονικών και έκτακτων συνθηκών σε μια εγκατάσταση όπως ένας σταθμός παραγωγής ενέργειας. Δυστυχώς, ο αλγόριθμος μάθησης της μηχανής Boltzmann είναι απαγορευτικά αργός για τις περισσότερες πρακτικές εφαρμογές. Παρέμεινε θέμα ακαδημαϊκής έρευνας, αλλά δεν βρήκε μεγάλη χρήση στον πραγματικό κόσμο –μέχρι που έκανε μια εκπληκτική επανεμφάνιση αρκετά χρόνια αργότερα.

    ΠΩΣ ΔΟΥΛΕΥΟΥΝ ΤΑ ΔΙΚΤΥΑ

    Περίπου την ίδια εποχή, ο Hinton εργαζόταν με τον γνωστικό επιστήμονα David Rumelhart πάνω σε έναν άλλο αλγόριθμο μάθησης, ο οποίος θα γινόταν το μυστικό της επιτυχίας σχεδόν όλων των σημερινών νευρωνικών δικτύων: οπισθοδιάδοση (backpropagation).[6] Ο αλγόριθμος αναπτύχθηκε για ένα διαφορετικό είδος αρχιτεκτονικής δικτύου, που ονομάζεται δίκτυο πρόσθιας τροφοδότησης (feedforward network), όπως φαίνεται στην Εικ.3. Σε αντίθεση με το δίκτυο Hopfield και τη μηχανή Boltzmann, με τις αμφίδρομες συνδέσεις μεταξύ των κόμβων, τα σήματα σε ένα δίκτυο πρόσθιας τροφοδότησης ρέουν προς μία μόνο κατεύθυνση: από ένα επίπεδο νευρώνων εισόδου, μέσω κάποιου αριθμού κρυφών επιπέδων, στην έξοδο. Μια παρόμοια αρχιτεκτονική είχε χρησιμοποιηθεί στο πολυεπίπεδο perceptron.

    Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να εκπαιδεύσετε ένα δίκτυο πρόσθιας τροφοδότησης για την ταξινόμηση εικόνων. Του δίνετε μια εικόνα ενός κουνελιού και θέλετε να παράγει το μήνυμα εξόδου «Αυτό είναι ένα κουνέλι». Αλλά κάτι δεν πάει καλά και αντ’ αυτού λαμβάνετε το μήνυμα εξόδου «Αυτό είναι χελώνα». Πώς μπορείτε να επαναφέρετε τα πράγματα στη σωστή πορεία; Το δίκτυο μπορεί να έχει δεκάδες ή εκατοντάδες –ή σήμερα, τρισεκατομμύρια– συνδέσεις μεταξύ κόμβων που συμβάλλουν στην έξοδο, η καθεμία με το δικό της αριθμητικό βάρος. Συνεπώς ο αριθμός των τρόπων που υπάρχουν για να τους ρυθμίσετε όλους, ώστε να προσπαθήσετε να πάρετε την έξοδο που θέλετε, είναι ασύλληπτος.

    Η οπισθοδιάδοση λύνει αυτό το πρόβλημα μέσω του αλγόριθμου καθοδικής πορείας κατά μήκος της κλίσης (gradient descent): Πρώτα, ορίζετε μια συνάρτηση σφάλματος που προσδιορίζει πόσο απέχει η έξοδος που πήρατε από την έξοδο που θέλετε. Στη συνέχεια, υπολογίζετε τις μερικές παραγώγους της συνάρτησης σφάλματος με κριτήριο κάθε ένα από τα ενδοκομβικά βάρη –ένα απλό θέμα επανειλημμένης εφαρμογής του αλυσιδωτού κανόνα του λογισμού. Τέλος, χρησιμοποιείτε αυτές τις παραγώγους για να προσαρμόσετε τα βάρη με τρόπο που να μειώνει το σφάλμα.Εικ. 3. Ένα δίκτυο πρόσθιας τροφοδότησης, εκπαιδευμένο με οπισθοδιάδοση, είναι η βασική δομή των νευρωνικών δικτύων που χρησιμοποιούνται σήμερα. Περνώντας αριθμητικά σήματα από ένα επίπεδο εισόδου μέσω κρυφών επιπέδων σε ένα επίπεδο εξόδου, τα δίκτυα πρόσθιας τροφοδότησης εκτελούν λειτουργίες που περιλαμβάνουν την ταξινόμηση εικόνων και την παραγωγή κειμένου. (Εικόνα από τον Freddie Pagani· φωτογραφία κουνελιού από τον JM Ligero Loarte/Wikimedia Commons/CC BY 3.0· χαϊκού που δημιουργήθηκε από τον GPT-4, OpenAI, 22 Οκτωβρίου 2024).Μπορεί να χρειαστούν πολλές επαναλήψεις για να περιοριστεί το σφάλμα αρκετά κοντά στο μηδέν –και θα θέλετε να βεβαιωθείτε ότι το δίκτυο δίνει το σωστό αποτέλεσμα για πολλά εισερχόμενα δεδομένα, όχι μόνο για ένα. Αλλά αυτά τα βασικά βήματα χρησιμοποιούνται για την εκπαίδευση όλων των ειδών των δικτύων, συμπεριλαμβανομένων των ταξινομητών εικόνων βάσει επαλήθευσης-της-γενικής-ιδέας και των μεγάλων γλωσσικών μοντέλων, όπως το ChatGPT.

    Η μέθοδος του αλγόριθμου καθοδικής πορείας κατά μήκος της κλίσης είναι διαισθητικά κομψή και δεν ήταν καινούρια εννοιολογικά. «Αλλά έπρεπε να συγκεντρωθούν πολλά στοιχεία για να λειτουργήσει η ιδέα της οπισθοδιάδοσης», λέει ο McClelland. «Δεν μπορείτε να πάρετε την παράγωγο κάποιου πράγματος αν αυτό δεν είναι παραγωγίσιμο». Οι πραγματικοί νευρώνες λειτουργούν λίγο-πολύ σε διακριτές καταστάσεις ενεργοποίησης και απενεργοποίησης, και το αρχικό δίκτυο Hopfield, η μηχανή Boltzmann και το perceptron ήταν όλα διακριτά μοντέλα. Για να λειτουργήσει η οπισθοδιάδοση, ήταν απαραίτητο να μεταβούμε σε ένα μοντέλο στο οποίο οι καταστάσεις των κόμβων μπορούν να πάρουν ένα συνεχές φάσμα τιμών. Αλλά αυτά τα δίκτυα συνεχών τιμών είχαν ήδη εισαχθεί, μεταξύ άλλων σε μια εργασία του Hopfield το 1984.[7]

    Μια δεύτερη καινοτομία έπρεπε να περιμένει για καιρό. Η οπισθοδιάδοση λειτούργησε καλά για δίκτυα με μερικά μόνο επίπεδα. Αλλά όταν ο αριθμός των επιπέδων πλησίαζε τα πέντε ή και περισσότερα –ένας ασήμαντος αριθμός για τα δεδομένα της εποχής– ορισμένες από τις επιμέρους παραγώγους ήταν τόσο μικρές που η εκπαίδευση διαρκούσε πολύ ώστε πρακτικά να ήταν ανέφικτη.

    Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, ο Hinton βρήκε μια λύση, η οποία περιλάμβανε την παλιά του μηχανή Boltzmann –ή μάλλον μια λεγόμενη περιορισμένη εκδοχή της, στην οποία οι μόνες συνδέσεις είναι αυτές μεταξύ ενός κρυμμένου νευρώνα και ενός ορατού (μη κρυμμένου) νευρώνα.[8] Οι περιορισμένες μηχανές Boltzmann (Restricted Boltzmann Machines, RBM) είναι εύκολο να μοντελοποιηθούν υπολογιστικά, επειδή κάθε ομάδα νευρώνων –ορατών και κρυφών– θα μπορούσε να επικαιροποιηθεί ταυτόχρονα και τα αριθμητικά βάρη σύνδεσης θα μπορούσαν να ρυθμιστούν όλα μαζί σε ένα μόνο βήμα. Η ιδέα του Hinton ήταν να απομονώσει ζεύγη διαδοχικών επιπέδων σε ένα δίκτυο πρόσθιας τροφοδότησης, να τα εκπαιδεύσει σαν να επρόκειτο για RBM για να προσεγγίσει τα αριθμητικά βάρη και, στη συνέχεια, να συντονίσει το σύνολο του δικτύου χρησιμοποιώντας οπισθοδιάδοση.

    «Ήταν κάπως άκομψο, αλλά δούλεψε και ο κόσμος ενθουσιάστηκε», λέει ο Graham Taylor, του Πανεπιστημίου του Guelph στον Καναδά, ο οποίος πήρε το διδακτορικό του υπό την επίβλεψη του Hinton το 2009. «Ήταν πλέον δυνατό να εκπαιδεύσουμε δίκτυα με πέντε, έξι, επτά επίπεδα. Οι άνθρωποι τα αποκαλούσαν «βαθιά» δίκτυα και άρχισαν να χρησιμοποιούν τον όρο βαθεία μάθηση (deep learning).

    Το τέχνασμα με τις RBM δεν χρησιμοποιήθηκε για πολύ. Η υπολογιστική ισχύς εξελισσόταν τόσο γρήγορα –ιδιαίτερα με τη συνειδητοποίηση ότι οι μονάδες επεξεργασίας γραφικών (GPU) ήταν ιδανικά κατάλληλες για τους υπολογισμούς που απαιτούνταν για τα νευρωνικά δίκτυα– ώστε μέσα σε λίγα χρόνια, ήταν δυνατό να επιτευχθεί οπισθοδιάδοση σε ακόμη μεγαλύτερα δίκτυα από την αρχή, χωρίς να απαιτούνται RBM.

    «Αν η μάθηση μέσω RBM δεν είχε συμβεί, θα είχαν εμφανιστεί οι GPU ούτως ή άλλως;» αναρωτιέται ο Taylor. «Αυτό είναι συζητήσιμο. Αλλά ο ενθουσιασμός γύρω από τις RBM άλλαξε το τοπίο: οδήγησε στην επιστράτευση και εκπαίδευση νέων φοιτητών και σε νέους τρόπους σκέψης. Νομίζω πως, τουλάχιστον, δεν θα είχε συμβεί με τον ίδιο τρόπο».

    O, ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΚΑΙΝΟΥΡΙΟ ΕΙΝΑΙ ΠΑΛΙΟ

    Τα σημερινά δίκτυα χρησιμοποιούν εκατοντάδες ή χιλιάδες επίπεδα, αλλά η μορφή τους είναι ελάχιστα διαφορετική από εκείνη που περιέγραψε ο Hinton. «Έμαθα για τα νευρωνικά δίκτυα από βιβλία της δεκαετίας του 1980», λέει ο Bernhard Mehlig, του Πανεπιστημίου του Γκέτεμποργκ στη Σουηδία. «Όταν άρχισα να τα διδάσκω, συνειδητοποίησα ότι τα περισσότερα δεν είναι καινούργια. Είναι, επί της ουσίας, παλιά πράγματα». Ο Mehlig σημειώνει ότι σε ένα εγχειρίδιο που έγραψε, το οποίο εκδόθηκε το 2021, το πρώτο από τα τρία μέρη αφορά στον Hopfield και το δεύτερο στον Hinton.

    Τα νευρωνικά δίκτυα επηρεάζουν πλέον έναν τεράστιο αριθμό ανθρώπινων προσπαθειών, εμπλέκονται στην ανάλυση δεδομένων, στις αναζητήσεις στο διαδίκτυο και στη δημιουργία γραφικών. Είναι ευφυή; Είναι εύκολο να απορρίψει κανείς το ερώτημα αυτό χωρίς πολύ σκέψη. «Πάντα υπήρχαν πολλά πράγματα που οι μηχανές μπορούσαν να κάνουν καλύτερα από τους ανθρώπους», λέει ο Sankar Das Sarma του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ. «Αυτό δεν έχει καμία σχέση με το να γίνουνε άνθρωποι. Το ChatGPT είναι εντυπωσιακά καλό σε ορισμένα πράγματα, αλλά σε πολλά άλλα δεν πλησιάζει καν ένα μωρό δύο ετών».

    Μια ενδεικτική σύγκριση είναι το τεράστιο χάσμα δεδομένων μεταξύ των σημερινών νευρωνικών δικτύων και των ανθρώπων.[9] Ένας εγγράμματος 20 ετών μπορεί να έχει διαβάσει και ακούσει μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια λέξεις στη ζωή του μέχρι τώρα. Αντίθετα, τα μεγάλα γλωσσικά μοντέλα εκπαιδεύονται σε εκατοντάδες δισεκατομμύρια λέξεις, αριθμός που αυξάνεται με κάθε νέα έκδοση. Όταν συνυπολογίσετε το γεγονός ότι το ChatGPT έχει το πλεονέκτημα μιας εμπειρίας ζωής χίλιες φορές μεγαλύτερης από εσάς, οι ικανότητές του μπορεί να φαίνονται λιγότερο σαν νοημοσύνη. Ίσως όμως να μην έχει σημασία αν η τεχνητή νοημοσύνη αποτυγχάνει σε κάποιες εργασίες, αν είναι καλή στον σωστό συνδυασμό άλλων.

    Οι Hinton και Hopfield έχουν και οι δύο αναφερθεί στους κινδύνους της ανεξέλεγκτης τεχνητής νοημοσύνης. Ανάμεσα στα επιχειρήματά τους είναι η ιδέα ότι μόλις οι μηχανές γίνουν ικανές να αναλύουν τους στόχους σε επιμέρους στόχους, θα συμπεράνουν γρήγορα ότι μπορούν να κάνουν σχεδόν κάθε εργασία ευκολότερη για τον εαυτό τους, εδραιώνοντας τη δική τους δύναμη. Και επειδή τα νευρωνικά δίκτυα είναι συχνά επιφορτισμένα με τη συγγραφή κώδικα για άλλους υπολογιστές, το να σταματήσει η ζημιά δεν είναι τόσο απλό όσο το να τραβήξει κανείς την πρίζα από μια μεμονωμένη μηχανή.

    «Υπάρχουν επίσης άμεσοι κίνδυνοι που αντιμετωπίζουμε αυτή τη στιγμή», λέει ο Mehlig. «Υπάρχουν κείμενα γραμμένα από υπολογιστή και ψεύτικες εικόνες που χρησιμοποιούνται για να ξεγελάσουν τους ανθρώπους και να επηρεάσουν τις εκλογές. Νομίζω ότι μιλώντας για την κατάκτηση του κόσμου από τους υπολογιστές, οι άνθρωποι παίρνουν λιγότερο σοβαρά τους άμεσους κινδύνους».

    ΤΙ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΚΑΝΟΥΝ ΟΙ ΦΥΣΙΚΟΙ;

    Μεγάλο μέρος της ανησυχίας προέρχεται από το γεγονός ότι είναι πολύ λίγα γνωστά για το τι πραγματικά κάνουν τα νευρωνικά δίκτυα: Πώς μέσα από δισεκατομμύρια πολλαπλασιασμούς πινάκων καταλήγουμε να είμαστε σε θέση να βρίσκουμε πρωτεϊνικές δομές ή να γράφουμε ποίηση; «Οι άνθρωποι στις μεγάλες εταιρείες ενδιαφέρονται περισσότερο για την παραγωγή εσόδων, παρά για την κατανόηση», λέει ο Das Sarma. «Η κατανόηση απαιτεί περισσότερο χρόνο. Η δουλειά των θεωρητικών είναι να κατανοούν τα φαινόμενα, και αυτό είναι ένα τεράστιο φυσικό φαινόμενο που εκκρεμεί να κατανοηθεί από εμάς. Οι φυσικοί πρέπει να ενδιαφέρονται γι’ αυτό».

    «Είναι δύσκολο να μην είσαι ενθουσιασμένος με αυτό που συμβαίνει και είναι δύσκολο να μην

    παρατηρήσουμε πως δεν καταλαβαίνουμε», λέει ο Bialek. «Αν θέλετε να πείτε ότι τα πράγματα είναι αναδυόμενα, ποια είναι η παράμετρος τάξης και τι είναι αυτό που έχει αναδυθεί; Η φυσική έχει έναν τρόπο να κάνει αυτό το ερώτημα πιο συγκεκριμένο. Θα αποφέρει αυτή η προσέγγιση γνώση; Θα το δούμε».

    Προς το παρόν, τα μεγαλύτερα ερωτήματα εξακολουθούν να είναι κατακλυσμιαία. «Αν υπήρχε κάτι προφανές που θα ερχόταν στο μυαλό μας, θα υπήρχε μια ορδή ανθρώπων που θα προσπαθούσαν να το λύσουν», λέει ο Hopfield. «Αλλά κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει επειδή κανείς δεν ξέρει από πού να ξεκινήσει».

    Ωστόσο, μερικά ερωτήματα μικρότερης κλίμακας είναι πιο εύκολα αντιμετωπίσιμα. Για παράδειγμα, γιατί η οπισθοδιάδοση μειώνει το σφάλμα του δικτύου κοντά στο μηδέν με τέτοια αξιοπιστία, αντί να «κολλάει» σε υψηλά τοπικά ελάχιστα, όπως κάνει το δίκτυο Hopefield; «Υπήρξε μια πολύ καλή εργασία πάνω σε αυτό πριν από μερικά χρόνια από τον Surya Ganguli στο Στάνφορντ», λέει η Sara Solla του Πανεπιστημίου Nortwestern. «Διαπίστωσε ότι τα περισσότερα υψηλά ελάχιστα είναι στην πραγματικότητα σαγματικά σημεία[10]: Είναι ένα ελάχιστο σε πολλές διαστάσεις, αλλά υπάρχει πάντα μία στην οποία δεν είναι. Έτσι, αν συνεχίσετε να προσπαθείτε, τελικά θα βρείτε τη διέξοδο».

    Όταν οι ερευνητές με εκπαίδευση φυσικού εργάζονται σε τέτοια προβλήματα, εξακολουθούν να ασχολούνται με τη φυσική; Ή έχουν αφήσει τη φυσική πίσω τους για κάτι άλλο; Αν η «φυσική» ορίζεται ως η μελέτη του φυσικού, υλικού κόσμου, αυτό αναμφισβήτητα θα απέκλειε τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, τα οποία μέχρι τώρα είναι εξ ολοκλήρου αφηρημένες, ανθρώπινες κατασκευές με ελάχιστη ομοιότητα με τους βιολογικούς νευρώνες. «Δεν φτιάχνουμε αεροπλάνα που κουνάνε τα φτερά τους», λέει η Solla. «Και η οπισθοδιάδοση είναι ένας εντελώς μη ρεαλιστικός μηχανισμός σε έναν πραγματικό εγκέφαλο. Ο κατασκευαστικός στόχος είναι να φτιάξουμε μια μηχανή που να λειτουργεί. Η φύση μας δίνει κάποια εικόνα, αλλά η καλύτερη λύση δεν είναι απαραίτητα να την αντιγράψουμε».

    Πρέπει, όμως, η φυσική να ορίζεται αποκλειστικά από το αντικείμενό της; «Στα διεπιστημονικά πεδία, αυτό που κάνει τη διαφορά μεταξύ των επιστημονικών κλάδων –μαθηματικών, πληροφορικής και φυσικής– είναι οι μέθοδοι και οι νοοτροπίες τους», λέει η Francesca Mignacco από το Πρίνστον. «Είναι συμπληρωματικές, αλλά διαφορετικές. Τα μοντέλα των νευρωνικών δικτύων είναι τόσο πολύπλοκα που είναι δύσκολο να επιτευχθούν αυστηρές μαθηματικές περιγραφές. Αλλά η στατιστική φυσική διαθέτει ακριβώς τα εργαλεία για να αντιμετωπίσει την πολυπλοκότητα των συστημάτων υψηλής διάστασης. Προσωπικά, ποτέ δεν σταμάτησα να θέτω ερωτήματα μόνο και μόνο επειδή μπορεί να είναι ή να μην είναι φυσική».

    «Η φυσική περιορίζεται μόνο από την επινοητικότητα των ανθρώπων που εφαρμόζουν μεθόδους της φυσικής σε συστήματα στον πραγματικό κόσμο», λέει ο Hopfield. «Μπορείτε να είστε προκατειλημμένοι με αυτό ή μπορείτε να υποδεχθείτε την εφαρμοσμένη φυσική. Εγώ είμαι ένας από τους φιλόξενους».

    ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Reproduced from Nobel Prize highlights neural networks’ physics roots. The road to the modern machine-learning marvels was paved with ideas from statistical mechanics and collective phenomena. Physics Today 77 (12), 12–16 (2024); (https://doi.org/10.1063/pt.qjmx.snxw) with the permission of the American Institute of Physics.ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

    [1] Μετάφραση του ρητού στην αγγλική «Garbage in, garbage out» [ΣτΕ].

    [2] Τηλεπαιχνίδι γνώσεων [ΣτΜ].

    [3] Hopfield, J., J., 1982. Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79, 2554, 1982. https://www.pnas.org/doi/pdf/10.1073/pnas.79.8.2554

    [4] Fahlman, S., Ε., Hinton, G., E., and Sejnowski, T. J., 1983. Massively Parallel Architectures for Al: NETL, Thistle, and Boltzmann Machines, in Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence, 3, Association for the Advancement of Artificial Intelligence, 1983, p. 109. https://aaai.org/papers/00109-aaai83-087-massively-parallel-architectures-for-al-netl-thistle-and-boltzmann-machines/

    [5] Ackley, D., H., Hinton, G., E., Sejnowski, T., J., 1985. A learning algorithm for Boltzmann machines. Cogn. Sci. 9, 147. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0364021385800124

    [6] Rumelhart, D., E., Hinton, G., E., and Williams, R. J., 1986. Learning representations by back-propagating errors. Nature 323, 533. https://www.nature.com/articles/323533a0

    [7] Hopfield, J., J., 1984. Neurons with graded response have collective computational properties like those of two-state neurons. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 3088. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.81.10.3088

    [8] Hinton, G., E., 2002. Training Products of Experts by Minimizing Contrastive Divergence. Neural Comput. 14, 1771. https://direct.mit.edu/neco/article-abstract/14/8/1771/6687/Training-Products-of-Experts-by-Minimizing?redirectedFrom=fulltext; Hinton, G., E., Osindero, S., Teh, Y.,-W., 2006. A fast learning algorithm for deep belief nets. Neural Comput. 18, 1527. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16764513/

    [9] Frank, M., C., 2023. Bridging the data gap between children and large language models. Trends Cogn. Sci. 27, 990. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364661323002036

    [10] Κρίσιμα σημεία στην επιφάνεια της γραφικής παράστασης μιας συνάρτησης, όπου οι μερικές παράγωγοι προς όλες τις κατευθύνσεις έχουν την τιμή μηδέν, τα οποία δεν είναι τοπικά ακρότατα (μέγιστα ή ελάχιστα) [ΣτΜ].

    Ιαπωνική ποιητική φόρμα [ΣτΕ].

  • Το θαύμα του ανθρώπινου σώματος – Το πιο συναρπαστικό θέμα της ζωής: εσείς

    Το θαύμα του ανθρώπινου σώματος – Το πιο συναρπαστικό θέμα της ζωής: εσείς

    Eκδόσεις ΚΑΤΟΠΤΡΟ

    Jean Paul Schutten

    Μετάφραση – Επιστημονική επιμέλεια:
    Αζαρίας Καραμανλίδης

    ISBN: 978-618-5493-25-7

    Σκληρόδετο, Α/Μ, 160, σελ., 21 × 27 εκ.,

    26,00 € (χωρίς ΦΠΑ),

    Έτος έκδοσης: 2024

    Έτος έκδοσης: 2024Δυο λόγια για το βιβλίο

    • Το ότι έχετε μία μύτη, δύο χέρια και πεντε δάχτυλα σε κάθε πόδι το ξέρετε ήδη, αλλά γνωρίζετε επίσης ότι το σώμα σας έχει συνολικά 206 οστά, περίπου 86 δισεκατομμύρια εγκεφαλικά κύτταρα και περισσότερα από 30 τρισεκατομμύρια άλλα κύτταρα; Επιπλέον, ότι μέσα και πάνω στο σώμα σας υπάρχουν 100 τρισεκατομμύρια βακτήρια που σας κρατούν υγιείς; • Γιατί ο εγκέφαλός σας είναι τόσο μεγάλος; Και τι είναι η μακρόχρονη και τι η βραχύχρονη μνήμη; Σε τι σας βοηθά ο ύπνος, και πόσες ώρες πρέπει να κοιμάστε; • Γιατί δεν μπορείτε να διαλέξετε ποιον ερωτεύεστε; Και πώς μπορείτε να καταλάβετε ότι κάποιος είναι ερωτευμένος μαζί σας; Τι είναι οι ορμόνες; Και ποιος ο αντίκτυπός τους στο σώμα σας, στις επιθυμίες σας, στη συμπεριφορά σας; Αληθεύει ότι αυτές επηρεάζουν επίσης την πορεία του κόσμου και της ιστορίας —ότι σε αυτές οφείλονται διαφωνίες και πόλεμοι; • Τι υπάρχει μέσα στα κύτταρά σας; • Γιατί ένας μικροσκοπικός ιός μπορεί να καταστρέψει ένα ολόκληρο κύτταρο; Ποιοι, αλήθεια, είναι οι αμυντικοί μηχανισμοί του σώματός σας; Γιατί η θερμοκρασία του σώματος σας είναι πάντοτε 37 βαθμοί Κελσίου; • Ποιος είναι ο ρόλος του αίματος; Γνωρίζετε ότι για να διατηρείστε στη ζωή χρειάζεστε 3 εκατομμύρια νέα ερυθρά αιμοσφαίρια το δευτερόλεπτο; Και ότι η καρδιά σας είναι μια μηχανή που καθημερινά εκτελεί περίπου 100.000 παλμούς και διακινεί σχεδόν 8.000 λίτρα αίματος σε όλο το σώμα σας. Πώς μπορείτε να γυμνάσετε τον καρδιακό μυ σας; • Γιατί θα έπρεπε να βουρτσίζετε τα δόντια σας προτού φάτε; • Γιατί είναι κρίμα να πετάτε τα ούρα σας; • Γιατί είναι καλό να αγκαλιάζεστε; • Γιατί η Κλεοπάτρα έριχνε δηλητήριο στα μάτια της; • Τι ξέρετε για τα ωοκύτταρα, τα σπερματοζωάρια και τον γεννητικό κύκλο της γυναίκας; • Και τι πιστεύετε, είναι πιθανό μελλοντικά η ιατρική έρευνα να οδηγήσει στην ανάπτυξη τεχνητών οργάνων ώστε να μην πεθαίνουμε από ασθένειες ή γηρατειά;

    Αυτά είναι μερικά από τα δεκάδες ερωτήματα που απαντιούνται στο εντυπωσιακό και διασκεδαστικό αυτό βιβλίο για όσους νεαρούς και ενήλικους αναγνώστες επιθυμούν να βαθύνουν τις γνώσεις τους στη δομή και στη λειτουργία του ανθρώπινου σώματος, περιδιαβαίνοντας τα πεδία της ανθρωπολογίας, της ιατρικής και της ψυχολογίας.

    Το βιβλίο κυκλοφορεί ήδη σε 9 ευρωπαϊκές γλώσσες (Ολλανδικά, Γερμανικά, Γαλλικά, Ιταλικά, Νορβηγικά, Πολωνικά, Ισπανικά, Βουλγαρικά και Ελληνικά), στα Ρωσικά, στα Κινεζικά, στα Κορεατικά και στα Τουρκικά, έχει δε τιμηθεί με πολλά βραβεία. Ο συγγραφέας και η εικονογράφος έχουν λάβει πολλές τιμητικές διακρίσεις για το συνολικό έργο τους.

    Το 2024 κυκλοφόρησαν τα άλλα δύο βιβλία της σειράς, (1) Το μυστήριο της ζωής: Ένα ταξίδι στα βάθη της ιστορίας μας και (2) Τα μυστικά του Σύμπαντος: Πώς τα πάντα προέκυψαν από το τίποτε.

    Τα περιεχόμενα του βιβλίου

    Προκαταρκτικά —Ένα ολόκληρο βιβλίο μόνο για εσάς

    1. ΤΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΣΑΣ, ΑΛΗΘΙΝΑ ΘΑΥΜΑΤΑ
    • Το μεσοκυττάριο υγρό
    • Το ένα κύτταρο διαφέρει από το άλλο • Γιατί το κύτταρό σας χρειάζεται φύλακες
    • Στο κύτταρό σας
    • Γιατί υπάρχουν μικρές μηχανές στο κύτταρό σας; • Γιατί έχετε μονάδες παραγωγής ενέργειας στο κύτταρό σας;
    • Στο αρχηγείο του κυττάρου σας
    • Το DNA σας είναι το αφεντικό σας
    • Συναγερμός, συναγερμός!!!
    • Οι ιοί είναι ρομποτικοί νίντζα • Γιατί ένας μικροσκοπικός ιός μπορεί να καταστρέψει ένα ολόκληρο κύτταρο; • Γιατί τρέχει η μύτη σας;
    • Στο υπόλοιπο του κυττάρου σας
    • Γιατί κανείς δεν μπορεί να πει ότι είστε τεμπέληδες; • Γιατί η θερμοκρασία του σώματός σας είναι πάντοτε 37 βαθμοί Κελσίου;
    1. ΤΟ ΣΩΜΑ ΣΑΣ ΑΠΟ ΕΞΩ ΚΑΙ ΑΠΟ ΜΕΣΑ
    • Σε ένα νεκροταφείο στη μέση της νύχτας
    • Γιατί ο Ανδρέας Βεσάλιος έκλεβε πτώματα; • Ένας μυς δεν είναι ποτέ μόνος του • Γιατί χρειάζεστε τα οστά σας για να κινηθείτε;
    • Μέσα στο σώμα σας
    • Το να τεμαχίζει κανείς πτώματα είναι πιο δύσκολο από ό,τι φαίνεται • Γιατί χρειάζεται μία ημέρα για να εξέλθει η τροφή από το σώμα σας;
    1. ΥΛΙΚΟ ΓΙΑ ΣΚΕΨΗ
    • Στην αίθουσα ελέγχου του σώματός σας
    • Γιατί είναι ανόητο να ζωγραφίζουμε καρδούλες; • Ο εγκέφαλος δεν είναι υπολογιστής; • Τα έντερά σας είναι πιο έξυπνα από ό,τι νομίζετε
    • Στα δύο πρώτα επίπεδα του εγκεφάλου σας
    • Γιατί ο εγκέφαλός σας είναι τόσο μεγάλος; • Γιατί ξεχνάτε τα ευχάριστα και όχι τα δυσάρεστα;
    • Στο υψηλότερο επίπεδο
    • Γιατί οι πίθηκοι δεν είναι καλοί στα μαθηματικά; • Όλοι έχουμε έναν δολοφόνο μέσα μας
    • Στα θεμέλια του εγκεφάλου σας
    • Γιατί μερικές φορές η δράση προηγείται της σκέψης;
    • Στους μαιάνδρους της μνήμης σας
    • Γιατί νομίζετε ότι έχετε ξεχάσει διάφορα πρόσωπα και γεγονότα;
    • Στο ερμάριο των παράξενων πραγμάτων του εγκεφάλου σας
    • Γιατί μπορεί να είστε τυφλοί παρότι τα μάτια σας λειτουργούν τέλεια; • Κάποιος μπέρδεψε το κεφάλι της γυναίκας του με το καπέλο του
    • Στο αρσενικό/θηλυκό μέρος του κεφαλιού σας
    • Γιατί δεν μπορείτε να διαλέξετε ποιον ερωτεύεστε; • Κορίτσια και αγόρια: παρόμοια και διαφορετικά
    • Η θυρίδα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου του σώματός σας
    • Γιατί είστε κουρασμένοι το βράδυ; • Γιατί ορισμένες αθλήτριες μοιάζουν με άντρες;
    • Όταν το κεφάλι σας μετατρέπεται σε αίθουσα χημείας
    • Η υψηλή ατμοσφαιρική πίεση μπορεί να ξεκινήσει έναν πόλεμο • Γιατί καμιά φορά έχετε τη διάθεση να τακτοποιήσετε το δωμάτιό σας;
    • Στο ανθρωπάκι μέσα στο κεφάλι σας
    • Γιατί δεν μπορείτε να αποφασίσετε σχεδόν τίποτε μόνοι σας; • Μπορείτε να έχετε τον έλεγχο των ορμονών σας;
    • Στην καθημερινή ζωή
    • Το σώμα σας δεν μπορεί να πει ψέματα • Γιατί μπορείτε να καταλάβετε αν κάποιος είναι ερωτευμένος μαζί σας;
    • Σε μια πυτζάμα
    • Γιατί κοιμόμαστε; • Τρώμε περισσότερο όταν κοιμόμαστε λιγότερο
    • Στο κρεβάτι
    • Ο ύπνος έχει πολλές πτυχές
    1. ΑΝΑΒΟΥΝ ΤΑ ΑΙΜΑΤΑ
    • Στο κάστρο του κόμη Δράκουλα
    • Κάθε κύτταρο του αίματος είναι ένας πραγματικός ήρωας • Γιατί ένα αιματικό κύτταρο έχει δικαίωμα να νιώθει κουρασμένο;
    • Στο αίμα σας
    • Χρειάζεστε 3 εκατομμύρια νέα ερυθροκύτταρα το δευτερόλεπτο • Γιατί δεν αιμοραγείτε μέχρι να χάσετε όλο το αίμα σας;
    • Σε ένα αφτί με φλεγμονή
    • Γιατί έχετε αμυγδαλές στον λαιμό σας; • Γιατί παθαίνετε λοιμώξεις του αφτιού; Γιατί τα μάτια σας είναι πρησμένα το πρωί;
    • Πανικός
    • Η καρδιά σας είναι μια πολύ ιδιαίτερη μηχανή • Γιατί έχετε πεταλούδες στο στομάχι όταν είστε ερωτευμένοι;
    • Στην καρδιά σας
    • Δεν μπορείτε να υπαγορεύσετε στην καρδιά σας να λειτουργεί
    • Στα αγγεία σας
    • Γιατί οι χειρουργοί φορούν παράξενες κάλτσες;
    • Στο νοσοκομείο
    • Γιατί δεν βλέπετε ηλικιωμένους αθλητές στους Ολυμπιακούς Αγώνες; • Γιατί η άσκηση μειώνει τον κίνδυνο εμφάνισης καρδιακών παθήσεων;
    1. ΟΙ ΠΝΕΥΜΟΝΕΣ
    • Εισπνοή, εκπνοή, εισπνοή, εκπνοή…
    • Πρέπει να χρησιμοποιείτε τους πνεύμονές σας έξυπνα • Γιατί το στόμα σας μοιάζει με κιθάρα;
    • Στους πνεύμονές σας
    • Γιατί είστε ελαφρύτεροι από ό,τι νομίζετε; • Οι τρίχες της μύτης είναι πολύ χρήσιμες • Γιατί το κάπνισμα δεν είναι υγιεινό;
    1. Η ΚΟΙΛΙΑ ΣΑΣ ΚΑΙ ΤΑ ΕΚΑΤΟΜΜΥΡΙΑ ΔΙΣΕΚΑΤΟΜΜΥΡΙΩΝ ΤΩΝ ΚΑΤΟΙΚΩΝ ΤΗΣ
    • Στην κοιλιά του κυρίου Φαταούλα
    • Ο οισοφάγος μπορεί να σας βοηθήσει να φάτε ένα αεροπλάνο • Είστε αυτό που τρώτε
    • Στο στόμα σας
    • Γιατί θα έπρεπε να βουρτσίζετε τα δόντια σας προτού φάτε;
    • Στο στομάχι σας και πέρα από αυτό
    • Το στομάχι σας συμπεριφέρεται σαν δολοφόνος
    1. ΔΕΡΜΑ ΚΑΙ ΤΡΙΧΕΣ
    • Στις τρίχες
    • Γιατί κακομεταχειρίζεστε το δέρμα σας; • Ο ρατσισμός είναι ηλίθιος
    • Στο δέρμα σας
    • Γιατί καταλήγετε στην ηλεκτρική σκούπα; • Γιατί ζαρώνουν τα δάχτυλά σας όταν μένουν πολλή ώρα μέσα στο νερό;
    1. ΟΣΜΗ, ΓΕΥΣΗ, ΟΡΑΣΗ, ΑΚΟΗ
    • Όλα είναι μια αντιληπτική πλάνη
    • Γιατί τα κουλουράκια δείχνουν φρέσκα όταν φοράτε ακουστικά; • Γιατί μερικές φορές είναι καλύτερα να μην το βλέπεις για να το πιστέψεις;
    • Τίποτε δεν είναι καλύτερο από μια αγκαλιά
    • Γιατί είναι καλό να αγκαλιάζεστε; • Ένα παυσίπονο μπορεί να δράσει σε όλο το σώμα • Η φαγούρα και ο πόνος δεν σχετίζονται μεταξύ τους
    • Δέκα χιλιάδες διαφορετικές μυρωδιές
    • Η μύτη σας δεν είναι κάτι για το οποίο πρέπει να είστε υπερήφανοι • Γιατί μπορείτε να γευτείτε τις φράουλες ακόμη και αν δεν υπάρχουν;
    • Στην κουζίνα
    • Οι γεύσεις είναι αμφισβητήσιμες • Γιατί στα γενέθλιά σας πρέπει να κερνάτε τον εαυτό σας μπρόκολο;
    • Η όραση
    • Γιατί οι γάτες βλέπουν καλύτερα από εσάς στο σκοτάδι; • Γιατί η Κλεοπάτρα έριχνε δηλητήριο στα μάτια της;
    • Σε ισορροπία
    • Μπορείτε να ακούσετε μια καρφίτσα να πέφτει; • Γιατί η ισορροπία είναι σαν την έκτη αίσθησή σας;
    1. ΤΡΕΧΕΙΣ, ΠΗΔΑΣ, ΠΕΤΑΣ, ΒΟΥΤΑΣ, ΠΕΦΤΕΙΣ, ΣΗΚΩΝΕΣΑΙ ΞΑΝΑ ΚΑΙ ΞΑΝΑ
    • Στάση προσοχής
    • Τρελαθείτε για λίγο • Γιατί οι μέδουσες δεν κάνουν ποτέ βαράκια;
    • Στο γυμναστήριο
    • Πρέπει να γυμνάζετε τους μυς σας αν θέλετε να γίνετε δυνατοί
    • Ζωντανός
    • Το κρανίο θα έπρεπε να συμβολίζει τη ζωή • Τα οστά είναι πιο δυνατά από το σκυρόδεμα
    • Σε κίνηση
    • Γιατί χρειάζεστε τα δάχτυλα των ποδιών όταν χαιρετάτε με το χέρι;
    1. ΓΙΑ ΤΗ ΖΩΗ
    • Έγκυος
    • Η ζωή ενός σπερματοζωαρίου δεν είναι ρόδινη
    • Στη μήτρα
    • Ξέρουμε αν ένα ωάριο μπορεί να γίνει μεγάλος πιανίστας;
    • Η επόμενη ημέρα
    • Το ότι πεθαίνουμε δεν είναι τόσο κακό

    ΕυρετήριοO συγγραφέας

    Ο Jan Paul Schutten (γεν. 1970) είναι διάσημος Ολλανδός συγγραφέας μη μυθοπλαστικών βιβλίων για παιδιά και νεαρούς αναγνώστες. Σπούδασε επιστήμες επικοινωνίας στην Ουτρέχτη και κατόπιν εργάστηκε ως κειμενογράφος σε διαφημιστική εταιρεία. Το 2002 εξέδωσε το πρώτο του παιδικό βιβλίο, Ruik eens wat ik zeg (Μύρισε όσα λέω), το οποίο γνώρισε τόση επιτυχία ώστε εκείνος εγκατέλειψε τη δουλειά του στη διαφημιστική εταιρεία και αφιερώθηκε εξ ολοκλήρου στη συγγραφή. Έκτοτε έχει εκδώσει περισσότερα από σαράντα βιβλία στις Κάτω Χώρες, με έμφαση στην ιστορία, στη Φύση και στην επιστήμη, τα οποία έχουν μεταφραστεί σε πολλές γλώσσες και έχουν κερδίσει πολλά βραβεία, χαρακτηριζόμενα ως «βιβλία της χρονιάς».

  • ΠΙΣΩ ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΠΛΟ Ο μαθηματικοί του 20ού αιώνα

    ΠΙΣΩ ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΠΛΟ Ο μαθηματικοί του 20ού αιώνα

    ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

    ΤΕΥΚΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛΙΔΗΣ

    Μετάφραση: Κρίτων Ηλιόπουλος

    ISBN 978-618-230-091-6

    Διαστάσεις: 17 x 24 cm
    Αριθμός σελίδων:
    352

    Τιμή: € 20

    Έτος έκδοσης: 2024Περιγραφή

    «Πρέπει να μάθουμε, και θα μάθουμε!» αναφώνησε ο Ντάβιντ Χίλμπερτ το 1930, στην ομιλία για την αναγόρευσή του σε επίτιμο πολίτη της γενέτειράς του. Ίσως η αισιοδοξία του να ήταν υπέρμετρη· ίσως, πάλι, απλώς να απηύθυνε πρόσκληση προς τους νεότερούς του επιστήμονες να συνεχίσουν να αναζητούν τη γνώση, όπως άλλωστε έκανε και ο ίδιος σε όλη του τη σταδιοδρομία. Στην αναζήτηση αυτή αναφέρεται και το βιβλίο τούτο — στο κυνήγι της μαθηματικής γνώσης, αλλά και στους ανθρώπους πίσω από αυτό.

    Τα μαθηματικά του 20ού αιώνα είναι ένα θαυμαστό ψηφιδωτό από καινούργιες ιδέες και νέες εφαρμογές των παλαιότερων, μεταξύ των οποίων ιδέες και θεωρίες που, ενώ δεν συμφωνούν με την ανθρώπινη διαίσθηση, σε πολλές περιπτώσεις βρήκαν εφαρμογή στην καθημερινότητά μας.

    Το βιβλίο αυτό όμως, περισσότερο από οτιδήποτε άλλο, είναι ένας φόρος τιμής στους ανθρώπους στους οποίους χρωστάμε τούτη τη γνώση. Κι αν το στερεότυπο που πολλοί έχουν στο μυαλό τους για τους μαθηματικούς είναι εκείνο του μοναχικού και εκκεντρικού επιστήμονα, εδώ θα βρείτε μια πλειάδα χαρακτήρων — άλλων εξωστρεφών και παιχνιδιάρηδων, άλλων ασκητικών, άλλων βασανισμένων, άλλων απλώς κατατρεγμένων από τα τρομακτικά γεγονότα που σημάδεψαν τον αιώνα που πέρασε.

    Όπως είπε και ο ίδιος ο Χίλμπερτ, ας ανασηκώσουμε το πέπλο, κι ας δούμε πώς συνυφαίνονται η ιστορία, η ανθρώπινη φύση και η μαθηματική ευφυΐα, και με ποιον τρόπο όλα αυτά έχουν επηρεάσει άμεσα τον τρόπο με τον οποίο ζούμε, σκεφτόμαστε και αντιλαμβανόμαστε την παγκόσμια γλώσσα της φύσης σήμερα.

    Περιεχόμενα

    Πρόλογος 

    Εισαγωγή – Η belle époque των μαθηματικών
    Ανρί Πουανκαρέ – Γκέοργκ Κάντορ

    1. Αυτός που τόλμησε να ανασηκώσει το πέπλο (Ντάβιντ Χίλμπερτ)
      2. Η ολέθρια αυτοαναφορικότητα (Κουρτ Γκαίντελ)
      3. Μηχανές του νου (Άλαν Τιούρινγκ)
      4. Και η πληροφορία έγινε μέγεθος (Κλωντ Σάννον)
      5. Ένας κοσμοπολίτης πανεπιστήμονας (Τζων φον Νόυμαν)
      6. Εβραία και γυναίκα σε έναν ανδροκρατούμενο, αντισημιτικό κόσμο (Έμμυ Ναίτερ)
      7. Η τριανδρία του μέτρου (Ανρί Λεμπέγκ – Εμίλ Μπορέλ – Ρενέ Μπαιρ)
      8. Ex oriente lux (Κωνσταντίνος Καραθεοδωρή)
      9. Τα αστέρια της Λουζιτανίας (Αντρέι Κολμογκόροφ – Ντμίτρι Εγκόροφ – Νικολάι Λούζιν – Πάβελ Αλεξάντροφ – Βλαντίμιρ Άρνολντ)
      10. Επαναστάτες και δικτάτορες (Νικολά Μπουρμπακί)
      11. Βίοι παράλληλοι (Σρινιβάσα Ραμάνουτζαν – Αλεξάντρ Γκρότεντικ)
      12. Χαοτικές διαδρομές (Μπενουά Μάντελμπροτ – Γκαστόν Ζυλιά – Έντουαρντ Λόρεντζ – Μίτσελ Φαϊγκενμπάουμ – Στήβεν Σμέηλ)
      13. Τα δισέγγονα του Διόφαντου (Τζούλια Ρόμπινσον – Γιούρι Ματιγιάσεβιτς)
      14. Τα μεγάλα προβλήματα (Άντριου Ουάιλς – Γκριγκόρι Πέρελμαν – Χρίστος Παπακυριακόπουλος – Πωλ Έρντος – Άλαν Μπέηκερ)
      15. Όρια και προοπτικές

    Γενική Βιβλιογραφία
    Εισαγωγικά αποσπάσματα
    Αναφερόμενα έργα
    Ευρετήριο ονομάτων
    Bιογραφικό Συγγραφέα

    O Τεύκρος Μιχαηλίδης είναι διδάκτωρ μαθηματικών του Πανεπιστημίου Pierre et Marie Curie (Paris VI). Από το 1980 έως το 2021 εργάστηκε ως μαθηματικός στη μέση εκπαίδευση. Από το 1998 δραστηριοποιείται στον χώρο της «μαθηματικής λογοτεχνίας»· έχει γράψει δώδεκα κι έχει μεταφράσει πενήντα ένα βιβλία που σχετίζονται με τα μαθηματικά, και απευθύνονται στο ευρύ κοινό. Έργα του έχουν εκδοθεί σε οκτώ ξένες γλώσσες. Για το σύνολο του ερευνητικού και εκπαιδευτικού του έργου, η γαλλική κυβέρνηση του έχει απονείμει τον τίτλο του Chevalier dans l’ordre des palmes académiques. Είναι ιδρυτικό μέλος της ομάδας «Θαλής + Φίλοι», η οποία έχει ως στόχο το γεφύρωμα του χάσματος ανάμεσα στα μαθηματικά και τις υπόλοιπες πολιτιστικές δραστηριότητες.

  • Αλγόριθμοι της Αντίστασης

    Αλγόριθμοι της Αντίστασης

    ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΡΟΠΗ

    Tiziano Bonini & Emiliano Treré

    Μετάφραση: Ελένη Τσατσαρώνη 

    Επιμέλεια – Διόρθωση: Τραϊανός Μάνος

    ISBN: 978-618-5895-00-6
    Διαστάσεις: 16 Χ 23
    Αριθμός σελίδων:
    348
    Τιμή: € 2
    0 + ΦΠΑ 6%

    Έτος έκδοσης: 2024Περιγραφή

    Το βιβλίο «Αλγόριθμοι της Αντίστασης: Η καθημερινή πάλη ενάντια στην εξουσία της πλατφόρμας» εξετάζει πώς εργαζόμενοι, influencer και ακτιβιστές οικειοποιούνται και χρησιμοποιούν τους αλγορίθμους που ελέγχουν τις ζωές μας, αναπτύσσοντας τακτικές αλγοριθμικής αντίστασης;

    Οι αλγόριθμοι βρίσκονται πλέον παντού γύρω μας, εισχωρώντας σταδιακά σε ολοένα και περισσότερες πτυχές της καθημερινότητάς μας. Σε αντίθεση με πολλές απόψεις που παρουσιάζουν την εξουσία των πλατφορμών ως ψυχρή και μονολιθική, το βιβλίο Αλγόριθμοι της Αντίστασης υπογραμμίζει ότι τα άτομα μπορούν να αντιστέκονται στους αλγορίθμους σε διάφορα πεδία. Βασιζόμενοι σε πλούσιο εθνογραφικό υλικό που συνέλεξαν από τον Παγκόσμιο Βορρά και τον Παγκόσμιο Νότο, o Tiziano Bonini και o Emiliano Treré εξετάζουν τους τρόπους με τους οποίους τα άτομα οικειοποιούνται και αναδρομολογούν τους αλγορίθμους, προκειμένου να επιτύχουν τους στόχους τους σε τρία πεδία της καθημερινότητας: την περιστασιακή εργασία, τις πολιτισμικές βιομηχανίες και την πολιτική.

    Αναλύοντας ένα μεγάλο εύρος πρακτικών, οι Bonini και Treré αποκαλύπτουν το ηθικό πρόταγμα που είναι κοινό σε όλες και όλους τους χρήστες των πλατφορμών – από τους διανομείς μέχρι τους καλλιτέχνες και από τους influencer μέχρι τα κοινωνικά κινήματα: να αντισταθούμε στην εξουσία των πλατφορμών και να χρησιμοποιήσουμε την εμπρόθετη δράση μας για να συμβάλουμε στην ανάπτυξη ενός εναλλακτικού αλγοριθμικού πολιτισμού.Bιογραφικά Συγγραφέων

    Tiziano Bonini ( Τιτσιάνο Μπονίνι ) (1977). Έναι Διδάκτωρ στα Μέσα Επικοινωνίας και Δημόσιας Σφαίρας στο Πανεπιστήμιο της Σιένα, ( 2008 ), είναι Αναπληρωτής Καθηγητής στις Σπουδές Μέσων Ενημέρωσης στο Τμήμα Κοινωνικών, Πολιτικών, Γνωστικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο της Σιένα. Τα τρέχοντα ερευνητικά του ενδιαφέροντα είναι η πολιτική οικονομία των ψηφιακών πλατφορμών και των πολιτιστικών βιομηχανιών

    Emiliano Treré ( Εμιλιάνο Τρερέ ) Είναι Λέκτορας στο Cardiff’s School of Journalism, Media and Culture, και πρώην Αναπληρωτής Καθηγητής στο Αυτόνομο Πανεπιστήμιο του Querétaro, Μεξικό (2011-2016).  Η έρευνά μου πραγματεύεται το ζήτημα του ψηφιακού ακτιβισμού από θεωρητική σκοπιά σε σχέση με κρίσιμα ζητήματα πολιτισμού και ταυτότητας από τη μια πλευρά και με την ανάπτυξη θεωρητικών πλαισίων που σχετίζονται με τις θεωρίες των μέσων αλλαγής ως διαμεσολάβηση, οικολογίες μέσων και διαμεσολάβηση από την άλλη. Γνωρίζοντας άπταιστα τρεις γλώσσες, είμαι διεθνώς αναγνωρισμένος ως «γέφυρα» μεταξύ των «σχολών σκέψης» της Δύσης και της Λατινικής Αμερικής στις μελέτες των μέσων ενημέρωσης, της επικοινωνίας και του κοινωνικού κινήματος. Από τον Νοέμβριο του 2018, ενεργώ ως αντιπρόεδρος του τμήματος «Επικοινωνία και Δημοκρατία» του ECREA (Ευρωπαϊκή Ένωση Έρευνας και Εκπαίδευσης στην Επικοινωνία).

    Κριτικές

    «Η εξαιρετική ανάλυση των Bonini και Treré σχετικά με το πώς οι χρήστες παλεύουν με την αλγοριθμική εξουσία αποτελεί έναν θαυμάσιο οδηγό για τη δυναμική που κινεί το οικοσύστημα των πλατφορμών. Απαραίτητο ανάγνωσμα για όσους ενδιαφέρονται για τις κοινωνικοτεχνικές διεργασίες των σύγχρονων μέσων.»

    ― José van Dijck, Καθηγητής Μέσων και Ψηφιακών Κοινωνιών, Πανεπιστήμιο Ουτρέχτης, συγγραφέας του The Culture of Connectivity, συν-συγγραφέας του The Platform Society

    «Ένας ύμνος στην ανθρώπινη πρωτοβουλία και ανθεκτικότητα απέναντι σε μια ολοένα και πιο διεισδυτική αλγοριθμική κουλτούρα. Οι Bonini και Treré αναλύουν τους πολλούς τρόπους με τους οποίους η αντίσταση είναι εφικτή.»

    ― William Uricchio, Καθηγητής Συγκριτικών Μέσων, MIT, συν-συγγραφέας του Collective Wisdom

    «Βασισμένο σε πλούσια επιτόπια έρευνα, ψηφιακή εθνογραφία και συνεντεύξεις στην Ινδία, την Κίνα, το Μεξικό, την Ιταλία και την Ισπανία, αυτό το βιβλίο παρέχει μια βαθιά διορατική εξερεύνηση του πώς οι εργαζόμενοι σε πλατφόρμες, οι δημιουργοί και οι ακτιβιστές εμπλέκονται τακτικά με τους αλγόριθμους των πλατφορμών.»

    ― Thomas Poell, Καθηγητής Δεδομένων, Πολιτισμού & Ιδρυμάτων, Πανεπιστήμιο Άμστερνταμ, συν-συγγραφέας των The Platform Society και Platforms and Cultural Production