σελιδες

31/12/24

Google: Ασύλληπτες οι ταχύτητες υπολογισμού του νέου κβαντικού τσιπ, Willow

 Σε λιγότερο από πέντε λεπτά μπορεί το νέο κβαντικό τσιπ της Google, με το κωδικό όνομα Willow να εκτελέσει  μια πολύπλοκη μαθηματική διαδικασία, η οποία στο ταχύτερο υπερυπολογιστικό σύστημα του κόσμου θα απαιτούσε 10 επτάκις εκατομμύρια (septillion) χρόνια, όσο δηλαδή η ηλικία του σύμπαντος.

Η ανακοίνωση αυτή η οποία έγινε πριν μια ημέρα από το εργαστήριο κβαντικών υπολογιστών της Google αποτελεί ένα σημαντικό ορόσημο.

Όπως αναφέρει η Google, πρόκειται για ένα τεράστιο άλμα από το 2019, όταν η Google ανακοίνωσε ότι ο κβαντικός επεξεργαστής της θα μπορούσε να ολοκληρώσει μια μαθηματική εξίσωση σε τρία λεπτά, σε αντίθεση με 10.000 χρόνια σε έναν υπερυπολογιστή. Η IBM, τότε, αμφισβήτησε τον ισχυρισμό αυτό.

Αυτό, όμως, που είναι πιο σημαντικό είναι ότι μαζί με τις ισχυρότερες επιδόσεις, οι ερευνητές της Google βρήκαν επίσης έναν τρόπο να μειώσουν τα σφάλματα, κάτι που η Google αποκαλεί «μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην κβαντική πληροφορική».

Αντί για bits, τα οποία αντιπροσωπεύουν είτε το 1 είτε το 0, η κβαντική πληροφορική χρησιμοποιεί qubits, μια μονάδα που μπορεί να υπάρχει σε πολλαπλές καταστάσεις και να παίρνει τιμές ταυτόχρονα, όπως 1, 0 και οτιδήποτε ενδιάμεσα.

Όπως σημειώνει η Google, τα qubits είναι επιρρεπή σε σφάλματα επειδή «έχουν την τάση να ανταλλάσσουν γρήγορα πληροφορίες με το περιβάλλον τους». Ωστόσο, οι ερευνητές της Google ανακάλυψαν έναν τρόπο να μειώσουν τα σφάλματα εισάγοντας περισσότερα qubits σε ένα σύστημα και ήταν σε θέση να τα διορθώσουν σε πραγματικό χρόνο.

«Αυτό το ιστορικό επίτευγμα είναι γνωστό στον τομέα ως το “κάτω κατώφλι” - το να μπορούμε, δηλαδή, να μειώσουμε τα σφάλματα ενώ αυξάνουμε τον αριθμό των qubits», γράφει ο ιδρυτής της Google Quantum AI, Hartmut Neven στο blog της Google.

«Πρέπει να αποδείξεις ότι βρίσκεσαι στο κάτω κατώφλι για να παρουσιάσεις πραγματική πρόοδο στη διόρθωση σφαλμάτων, και αυτό ήταν μια εξαιρετική πρόκληση από τότε που η κβαντική διόρθωση σφαλμάτων παρουσιάστηκε από τον Peter Shor το 1995».

Το Willow, το οποίο διαθέτει 105 qubits, «έχει τώρα την καλύτερη απόδοση στην κατηγορία του», σύμφωνα με τον Neven.

Σημειώνεται ότι εκτός από την Google, η Microsoft, η Amazon και η IBM εργάζονται πάνω σε δικά τους συστήματα κβαντικών υπολογιστών.

Ο επόμενος στόχος της Google είναι να εκτελέσει έναν πρώτο χρήσιμο - πέραν του κλασικού -  υπολογισμό, ο οποίος θα αφορά κάποια εφαρμογή του πραγματικού κόσμου και τον οποίο οι τυπικοί υπολογιστές δεν μπορούν να επιτύχουν.

Στο μέλλον, αναφέρει ο Neven η κβαντική τεχνολογία θα είναι «απαραίτητη» για τη συλλογή δεδομένων εκπαίδευσης της Τεχνητής Νοημοσύνης, βοηθώντας τελικά στην «ανακάλυψη νέων φαρμάκων, στο σχεδιασμό πιο αποδοτικών μπαταριών για ηλεκτρικά αυτοκίνητα και στην επιτάχυνση της προόδου στη σύντηξη και στις νέες εναλλακτικές μορφές ενέργειας».

Το Μέλλον της Τεχνητής Νοημοσύνης: Από το AI στο AGI

 

Τι είναι το “12 Days of OpenAI”;

Αποτελεί μια πρωτοβουλία της OpenAI που ξεκίνησε για πρώτη φορά φέτος το 2024. Πρόκειται για ένα 12ήμερο πρόγραμμα ανακοινώσεων, εκδηλώσεων και κυκλοφοριών που πραγματοποιείται τον Δεκέμβριο, ακριβώς πριν από τις γιορτές των Χριστουγέννων.

Στόχος είναι να παρουσιάσει νέες τεχνολογίες, ενημερώσεις προϊόντων και ερευνητικές εξελίξεις της OpenAI.

Τι έκανε η OpenAI την τελευταία μέρα του «12 Days of OpenAI»;

Η OpenAI ανακοίνωσε το νέο της μοντέλο AGI, το o3, στις 20 Δεκεμβρίου 2024, κατά την τελευταία ημέρα της πρωτοβουλίας «12 Days of OpenAI».

Σύμφωνα με τον διευθύνοντα σύμβουλο, Σαμ Άλτμαν, η εταιρεία σχεδιάζει να διαθέσει το o3 mini μέχρι το τέλος Ιανουαρίου 2025, ενώ το πλήρες μοντέλο o3 αναμένεται να κυκλοφορήσει δημόσια έως τα τέλη Μαρτίου 2025.

Αυτές οι ημερομηνίες υποδηλώνουν ότι η OpenAI προγραμματίζει μια σταδιακή διάθεση του νέουν μοντέλου της, ξεκινώντας με το o3 mini και ακολουθώντας με το πλήρες o3, προκειμένου να διασφαλίσει την ομαλή ενσωμάτωσή τους και την αποτελεσματική αξιολόγηση της απόδοσής τους. Αυτές τις μέρες το ο3 περνά την αξιολόγηση απόδοσης και λογικό είναι περιμένουμε στις αρχές του Γενάρη του 2025 να δημοσιευτεί.

Τι είναι το AGI όπως το ο3 της OpenAI και τι διαφορές έχει με ένα ΑΙ σαν το Chat GPT 4 που οι περισσότεροι, λίγο ως πολύ, γνωρίζουμε;

Το o3 AGI της OpenAI διαφοροποιείται από το ChatGPT-4 και τα κλασικά AI σε αρκετές βασικές διαστάσεις, οι οποίες αφορούν τις δυνατότητές του, τον τρόπο λειτουργίας και την προσέγγισή του στη μάθηση και την επίλυση προβλημάτων. Ας δούμε λοιπόν μερικές λεπτομέρειες με παραδείγματα για να κατανοήσει και το ευρύ κοινό τις διαφορές.

Δυνατότητα Γενίκευσης (Generalization)

ChatGPT-4 όπως και άλλα «κλασικά» AI, εκπαιδεύονται σε τεράστιο όγκο δεδομένων και αποδίδουν καλά σε εργασίες που σχετίζονται με αυτά τα δεδομένα. Ωστόσο, δυσκολεύονται να αντιμετωπίσουν άγνωστες ή εντελώς νέες καταστάσεις.

Παράδειγμα: Ένα κλασικό AI μπορεί να αναγνωρίσει και να διακρίνει αντικείμενα ή έμβια όντα σε εικόνες (π.χ., ”Αυτός είναι ένας σκύλος”) επειδή έχει «δει» χιλιάδες εικόνες σκύλων κατά την εκπαίδευσή του.

Το o3 AGI: Σχεδιάστηκε για να επιλύει προβλήματα που δεν έχει δει ποτέ πριν, χρησιμοποιώντας γενική λογική και προσαρμοστικότητα.

Παράδειγμα: Εάν του δώσουμε έναν γρίφο με ασυνήθιστα σχήματα που δεν υπάρχουν στη βάση δεδομένων του, το o3 μπορεί να βρει τη λύση αναλύοντας τις σχέσεις μεταξύ των σχημάτων, ακόμα κι αν δεν έχει ξαναδεί κάτι παρόμοιο.

Αυτονομία και Προσαρμοστικότητα

ChatGPT-4 και Κλασικά AI: Χρειάζονται σαφείς εντολές και συνήθως εκτελούν μία εργασία τη φορά. Αν συναντήσουν κάτι εκτός της εξειδίκευσής τους, αποτυγχάνουν ή ζητούν περισσότερες πληροφορίες.

Παράδειγμα: Το ChatGPT-4 μπορεί να απαντήσει σε μια ερώτηση για τη φυσική, αλλά δεν μπορεί να σχεδιάσει μόνο του ένα νέο πείραμα αν δεν έχει τα απαραίτητα δεδομένα ή οδηγίες.

o3 AGI: Μπορεί να παίρνει αποφάσεις αυτόνομα και να προσαρμόζει τις ενέργειές του στις συνθήκες, ακόμα και αν αυτές αλλάξουν δραστικά.

Παράδειγμα: Εάν του ζητηθεί να σχεδιάσει έναν πύραυλο, αλλά στη μέση της διαδικασίας προκύψει ένας νέος περιορισμός (π.χ., χαμηλότερος προϋπολογισμός), το o3 θα προσαρμόσει το σχέδιό του χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση.

Κατανόηση Συμφραζομένων και Αφαίρεση

ChatGPT-4 και Κλασικά AI: Χρειάζονται σαφή συμφραζόμενα για να λειτουργήσουν σωστά. Δεν έχουν την ικανότητα να κατανοούν αφηρημένες έννοιες χωρίς πρόσθετη καθοδήγηση.

Παράδειγμα: Εάν ρωτήσετε το ChatGPT-4, ”Ποιο είναι το νόημα της ζωής;”, πιθανότατα θα δώσει μια γενική απάντηση βασισμένη σε γνωστές ιδέες, αλλά δεν θα μπορεί να συνδυάσει εντελώς νέες πληροφορίες για να δημιουργήσει μια βαθύτερη κατανόηση.

o3 AGI: Μπορεί να εξάγει αφαίρεση και να κατανοήσει βαθύτερες έννοιες, ακόμα και αν τα δεδομένα είναι περιορισμένα.

Παράδειγμα: Εάν του ζητηθεί να δημιουργήσει μια νέα φιλοσοφική θεωρία βασισμένη σε ασυνήθιστα δεδομένα, το o3 μπορεί να παράγει μια λογική, συνεκτική απάντηση.

Εκμάθηση από Εμπειρία (Few-shot και Zero-shot Learning)

ChatGPT-4 και Κλασικά AI: Χρειάζονται εκτεταμένη εκπαίδευση για να μάθουν νέες δεξιότητες. Δεν είναι τόσο καλοί στο “zero-shot learning” (όταν τους δίνεται μια νέα εργασία χωρίς εκπαίδευση) ή “few-shot learning” (όταν τους δίνονται μόνο λίγα παραδείγματα).

Παράδειγμα: Ένα κλασικό AI που μαθαίνει να παίζει σκάκι χρειάζεται εκατομμύρια παρτίδες για να βελτιωθεί.

o3 AGI: Μπορεί να μαθαίνει σχεδόν αμέσως από λίγα δεδομένα ή και χωρίς καθόλου προηγούμενη εμπειρία.

Παράδειγμα: Αν του δείξετε μόνο δύο κινήσεις ενός παιχνιδιού που δεν έχει ξαναδεί, το o3 μπορεί να κατανοήσει τους κανόνες και να αρχίσει να παίζει ανταγωνιστικά.

Αυτοδιόρθωση και Στρατηγική Σκέψη

ChatGPT-4 και Κλασικά AI: Δεν έχουν την ικανότητα να αυτοδιορθώνονται συστηματικά ή να αλλάζουν στρατηγική χωρίς εξωτερική καθοδήγηση.

Παράδειγμα: Αν το ChatGPT-4 κάνει λάθος σε έναν υπολογισμό, δεν έχει κάποιο εσωτερικό μηχανισμό για να το εντοπίσει και να το διορθώσει από μόνο του.

o3 AGI: Εντοπίζει τα λάθη του, αξιολογεί τις πιθανές αιτίες και αλλάζει προσέγγιση για να τα διορθώσει.

Παράδειγμα: Αν γράφει ένα πρόγραμμα και βρει ένα σφάλμα, το o3 μπορεί να το εντοπίσει, να το διορθώσει, και να βελτιστοποιήσει τον κώδικα χωρίς εξωτερική παρέμβαση.

Και αφού παραθέσαμε κάποια πιο κατανοητά παραδείγματα ας περάσουμε στο γενικό πλαίσιο διαφορών ενός AI όπως το Chat GPT 4 και του νέου ο3 AGI

Βασικές διαφορές ΑΙ και AGI

Επίπεδο Νοημοσύνης

Ένα AI όπως το ChatGPT (GPT-4), είναι ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης εξειδικευμένο σε συγκεκριμένες εργασίες, όπως η επεξεργασία κειμένων και η παραγωγή κειμένων. Αν και μπορεί να επιτελεί πολλές διαφορετικές εργασίες, βασίζεται σε δεδομένα εκπαίδευσης που έχουν περιορισμούς και δεν διαθέτει συνείδηση ή αυτονομία. Δεν μπορεί να αντιληφθεί ή να κατανοήσει το περιβάλλον με τον ίδιο τρόπο που το κάνει ο άνθρωπος.

AGI: Σκοπός του AGI είναι να δημιουργήσει μια γενική νοημοσύνη που θα είναι ικανή να κατανοεί και να εκτελεί οποιοδήποτε τύπο έργου, όπως κάνει ο άνθρωπος. Αυτό σημαίνει ότι το AGI θα έχει την ικανότητα να μαθαίνει και να προσαρμόζεται σε νέες καταστάσεις με τρόπο πιο ευέλικτο και αυτονομημένο από τα υπάρχοντα συστήματα AI.

Μάθηση και Προσαρμογή

Το ΑΙ χρησιμοποιεί εκπαίδευση σε δεδομένα και μπορεί να απαντά σε ερωτήσεις, να δημιουργεί κείμενα και να εκτελεί άλλες καθορισμένες εργασίες. Δεν έχει τη δυνατότητα να μάθει συνεχώς από το περιβάλλον ή να εξελιχθεί με τον ίδιο τρόπο που το κάνει ο άνθρωπος. Είναι ένα στατικό μοντέλο.

Το AGI αναμένεται να έχει δυνατότητες συνεχούς μάθησης και προσαρμογής. Θα μπορεί να εξελίσσεται από τις εμπειρίες του και να επεκτείνει τις ικανότητές του πέρα από τα προκαθορισμένα δεδομένα. Δηλαδή, το ARC AGI θα είναι πιο κοντά στην ανθρώπινη μάθηση.

Αυτονομία

Ένα ΑΙ λειτουργεί κυρίως βάσει των εισόδων που του δίνονται και παράγει εξόδους χωρίς να έχει πραγματική κατανόηση του κόσμου ή των καταστάσεων. Είναι ένα εργαλείο που εξαρτάται πλήρως από την ανθρώπινη καθοδήγηση.

Το AGI, αν εξελιχθεί σύμφωνα με της στόχους του έργου, θα είναι πιο αυτόνομο. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορεί να αναλαμβάνει πρωτοβουλίες, να θέτει στόχους και να εκτελεί εργασίες χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση, κάτι που το καθιστά πιο κοντά στην έννοια της γενικής νοημοσύνης.

Εφαρμογές και Πεδίο Χρήσης

Το ΑΙ χρησιμοποιείται για συγκεκριμένες εφαρμογές όπως η δημιουργία κειμένων, η εξυπηρέτηση πελατών, η ανάλυση δεδομένων και η βοήθεια με προγραμματισμό, αλλά πάντα με περιορισμούς σε ό,τι αφορά τις πιο περίπλοκες ή απρόβλεπτες καταστάσεις.

Το AGI αναμένεται να μπορεί να εφαρμοστεί σε πολύ ευρύτερο φάσμα εργασιών, όπως η έρευνα, η δημιουργία στρατηγικών, η λήψη αποφάσεων σε περίπλοκες καταστάσεις και άλλες εργασίες που απαιτούν ευφυΐα γενικού τύπου.

Σκοπός και Αντικείμενο

Ένα ΑΙ εστιάζει στην επεξεργασία γλώσσας και στην ικανότητα να παρέχει πληροφορίες, να συμμετέχει σε συζητήσεις και να εκτελεί καθορισμένα καθήκοντα.

Το AGI στοχεύει στη δημιουργία μιας τεχνητής νοημοσύνης που να μοιάζει περισσότερο με την ανθρώπινη νοημοσύνη και να μπορεί να εκτελεί οποιαδήποτε εργασία με την ίδια ευχέρεια που το κάνει ένα ανθρώπινο μυαλό.

Καταλαβαίνουμε λοιπόν πως ένα ΑΙ, όπως το GPT-4, αποτελεί ένα ισχυρό εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης που εκτελεί συγκεκριμένες εργασίες πολύ καλά, από την άλλη όμως το AGI, όπως το ο3 που ανακοίνωσε η OpenAI πριν λίγες μέρες, προσπαθεί να φτάσει ένα επόμενο επίπεδο νοημοσύνης που δεν περιορίζεται σε συγκεκριμένα καθήκοντα, αλλά μπορεί να αντιλαμβάνεται και να εξελίσσεται σε μια ευρύτερη γκάμα περιβαλλόντων και καταστάσεων.

Τι έκανε λοιπόν το νέο ο3 AGI στα δοκιμαστικά τεστ;

Πρώτα απ’ όλα να εξηγήσουμε για να γίνουμε κατανοητοί τι σημαίνει ο όρος benchmark στην τεχνητή νοημοσύνη (AI) και συγκεκριμένα στο πλαίσιο του ARC της OpenAI. βασικά ο όρος αναφέρεται σε μια μέθοδο μέτρησης ή δοκιμασία απόδοσης που χρησιμοποιείται για να αξιολογηθεί η ικανότητα ενός μοντέλου AI να εκτελεί συγκεκριμένα καθήκοντα ή να επιτυγχάνει ορισμένους στόχους.

Τι είναι το ARC Benchmark;

Το ARC (Αutonomous Research Competency) είναι ένα σύνολο δοκιμασιών ή benchmarks που έχει δημιουργηθεί από την OpenAI για να μετρήσει την πρόοδο προς την ανάπτυξη μιας Τεχνητής Γενικής Νοημοσύνης (AGI). Συγκεκριμένα, το ARC αναφέρεται σε μια σειρά από προβλήματα και αποστολές που απαιτούν από τη μηχανή να κατανοήσει και να λύσει καταστάσεις που ενδέχεται να περιλαμβάνουν πολύπλοκες λογικές, στρατηγικές και συνδυασμούς γνώσης.

Το νέο σύστημα AGI της OpenAI, γνωστό ως o3, σημείωσε σημαντική πρόοδο στο ARC-AGI benchmark, το οποίο αξιολογεί την ικανότητα ενός AI να προσαρμόζεται σε νέες, άγνωστες εργασίες. Συγκεκριμένα πέτυχε σκορ 75,7% υπό κανονικές συνθήκες υπολογιστικής ισχύος και 87,5% με αυξημένη υπολογιστική ισχύ, ξεπερνώντας προηγούμενα AI μοντέλα και φτάνοντας σε επίπεδα απόδοσης συγκρίσιμα με τον μέσο άνθρωπο, ο οποίος επιτυγχάνει περίπου 85% σε αυτό το τεστ. Ανατριχιαστικά αποτελέσματα, έτσι δεν είναι; Μα φυσικά και είναι!

Ας προσπαθήσουμε να διερευνήσουμε τώρα τις νέες δυνατότητες που φέρνει το νέο μοντέλο AGI, ο3 της OpenAI αλλά να ιχνηλατήσουμε και τους περιορισμούς

Δυνατότητες

  • Αρχιτεκτονική: Το o3 βασίζεται σε πιο εξελιγμένα μοντέλα υπολογιστικής λογικής, που του επιτρέπουν να μιμείται τις ανθρώπινες γνωστικές διαδικασίες.

  • Εκπαίδευση: Το o3 χρησιμοποιεί τεχνικές όπως meta-learning (εκμάθηση πώς να μαθαίνει) και reinforcement learning (μάθηση με ενίσχυση), προσανατολισμένες σε γενικές και όχι ειδικές εργασίες.

  • Διαχείριση Πόρων: Ενσωματώνει πιο προηγμένους αλγόριθμους που του επιτρέπουν να προσαρμόζει την κατανάλωση υπολογιστικών πόρων ανάλογα με τις ανάγκες της στιγμής.

Περιορισμοί

  • Η απόδοσή του εξαρτάται ακόμα από τη διαθεσιμότητα ποιοτικών δεδομένων.

  • Η αυτονομία του μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητα αποτελέσματα αν δεν ελέγχεται σωστά.

  • Η κατανόηση ορισμένων πολύπλοκων ή φιλοσοφικών εννοιών εξακολουθεί να περιορίζεται από την υπολογιστική λογική και όχι την ανθρώπινη εμπειρία.

Και με αυτά κι αυτά, κάπου εδώ πρέπει να βάλουμε τίτλους τέλους ή αυτό ήταν απλά η αρχή;

Κατέστη πλέον σαφές (ευχόμαστε) πως το o3 AGI αποτελεί κοσμογονία -σημείο καμπής- προς την κατεύθυνση της τεχνητής γενικής(γενικευμένης) νοημοσύνης (Artificial General Intelligence), διακρινόμενο από την ικανότητα γενίκευσης, την προσαρμοστικότητα και την αυτονομία του σε σχέση με τα «κλασικά»(sic) ΑΙ. Αντίθετα, μοντέλα όπως το ChatGPT-4 παραμένουν ισχυρά εργαλεία για συγκεκριμένες εφαρμογές, αλλά δεν έχουν την ίδια ευελιξία ή τη δυνατότητα να λειτουργούν σαν ένας γενικός, πολυδιάστατος νους.

Ο λόγος που γράφτηκαν όλα αυτά - κουραστικά για πολλούς- είναι πως πρέπει οι κοινωνίες να ενημερωθούν για όλη αυτή την επανάσταση στη τεχνολογία η οποία δεν αποτελεί μια απλή τεχνολογική εξέλιξη όπως πολλοί αντιλαμβάνονται ή βολεύονται να ισχυρίζονται -στηριζόμενοι στην άγνοια του μέσου ανθρώπου, αλλά μια νέα κοσμογονία που φτάνει (ή ξεπερνά) τον κόσμο που περιέγραψε ο Όργουελ στο 1984.

Ήδη από χθες -οι αργόσυρτες κρατικές δομές, κοινωνικοί φορείς, συντεταγμένες δομές αλλά και οι κοινωνίες- πρέπει να ανοίξουν μια δημόσια διαβούλευση, ένα διάλογο που θα θέτει τα όρια και το πλαίσιο λειτουργίας όλων αυτών των εργαλείων και να μην μένουν παρατηρητές απέναντι στην νέα εποχή της Τεχνητής Νοημοσύνης. Σήμερα 4 με 5 παγκόσμιοι τεχνολογικοί κολοσσοί εξελίσσουν, θέτουν τους κανόνες και τα όρια, κατά το δοκούν, στην Τεχνητή Νοημοσύνη, ανεξέλεγκτοι.

Η άγνοια των κοινωνιών απέναντι σε αυτό που συμβαίνει έχει δυο δρόμους: Είτε τη δαιμονοποίηση αυτών των επιτευγμάτων, είτε τη λατρευτική τους αποθέωση. Η γνώση από την άλλη οδηγεί στην «απομάγευσή» τους, στη σωστή κριτική και στη δημιουργία, εντέλει, του κανονιστικού πλαισίου και των ορίων λειτουργίας αυτής της -σε λίγο καιρό- υπεράνθρωπης Τεχνητής Νοημοσύνης.

29/12/24

Ο Νέος Ψηφιακός Κόσμος: "Μεσαίωνας Δυστοπίας ή Τεχνολογικός Διαφωτισμός";




Τι είναι τελικά η εντροπία;

 H ζωή είναι μια ανθολογία της καταστροφής. Ό,τι φτιάχνεις τελικά σπάει. Όλοι όσοι αγαπάτε θα πεθάνουν. Οποιαδήποτε αίσθηση τάξης ή σταθερότητας αναπόφευκτα καταρρέει. Ολόκληρο το σύμπαν ακολουθεί ένα θλιβερό ταξίδι προς μια βαρετή κατάσταση απόλυτης αταξίας.

Για να παρακολουθήσουν αυτή την κοσμική εξέλιξη οι φυσικοί χρησιμοποιούν μια έννοια που ονομάζεται εντροπία. Η εντροπία είναι το μέτρο της αταξίας και η δήλωση ότι η εντροπία συνεχώς αυξάνεται – γνωστή ως δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής – είναι από τις πιο ισχυρές εντολές της φύσης.

Μας στοιχειώνει η καθολική τάση προς την αταξία. Η τάξη είναι εύθραυστη. Χρειάζονται μήνες προσεκτικού σχεδιασμού και καλλιτεχνίας για να φτιάξεις ένα βάζο, αλλά μια στιγμή για να το σπάσεις με μια μπάλα ποδοσφαίρου. Περνάμε την ζωή μας προσπαθώντας να κατανοήσουμε έναν χαοτικό και απρόβλεπτο κόσμο, όπου οποιαδήποτε προσπάθεια να τον ελέγξουμε φαίνεται μάταιη. Ο δεύτερος νόμος απαιτεί ότι οι μηχανές δεν μπορούν ποτέ να έχουν απόδοση 100%, πράγμα που σημαίνει ότι όποτε αναδύεται κάποια δομή στο σύμπαν, στην ουσία η ενέργεια διασκορπίζεται περαιτέρω – είτε πρόκειται για ένα άστρο που τελικά εκρήγνυται είτε ένας ζωντανός οργανισμός που μετατρέπει την τροφή σε θερμότητα. Είμαστε, παρά τις καλύτερες προθέσεις μας, έρμαια της εντροπίας.

«Τίποτα στη ζωή δεν είναι σίγουρο εκτός από τον θάνατο, τους φόρους και τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής», έγραψε ο Seth Lloyd, ένας φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. Δεν μπορούμε να αποφύγουμε αυτή την μοίρα. Η αύξηση της εντροπίας είναι βαθιά συνυφασμένη με τις πιο βασικές εμπειρίες μας, εξηγώντας γιατί ο χρόνος ρέει προς το μέλλον και γιατί ο κόσμος φαίνεται ντετερμινιστικός και όχι κβαντομηχανικά αβέβαιος.

Η κινητήρια δύναμη της φωτιάς

Η έννοια της εντροπίας προέκυψε από μια προσπάθεια τελειοποίησης των μηχανών κατά τη διάρκεια της βιομηχανικής επανάστασης. Ένας 28χρονος Γάλλος στρατιωτικός μηχανικός ονόματι Sadi Carnot υπολόγισε την απόλυτη απόδοση μιας ατμοκίνητης μηχανής. Το 1824, δημοσίευσε ένα μικρό βιβλίο 118 σελίδων με τίτλο «Σκέψεις επί της κινητήριας δυνάμεως του πυρός» το οποίο επωλείτο στις όχθες του Σηκουάνα για 3 φράγκα και εξαντλήθηκε πολύ γρήγορα. Στο βιβλίο αυτό εισαγόταν έμμεσα για πρώτη φορά η έννοια της εντροπίας, μια ιδέα που θα ποσοτικοποιούσε τoν αδυσώπητo κατήφορο του σύμπαντος προς την φθορά.

Ο Sadi Carnot (1796-1832) σε ηλικία 17 ετών.
Η επίδρασή του στην φυσική σε σχέση με την ποσότητα των γραπτών του, συγκρίνεται με εκείνη του Évariste Galois (1811-1832) στα μαθηματικά και του Arthur Rimbaud (1854-1891) στην ποίηση.

Ο Carnot πέθανε από χολέρα σε ηλικία 36 ετών, οκτώ χρόνια μετά την δημοσίευση του βιβλίου του, το οποίο αγνοήθηκε σε μεγάλο βαθμό από την επιστημονική κοινότητα. Ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε το 1834 (δύο χρόνια μετά τον θάνατο του Carnot και δέκα χρόνια μετά τη δημοσίευση του βιβλίου του) από τον μηχανικό Émile Clapeyron κατάφερε τελικά να επιστήσει την προσοχή στο έργο του Carnot. Έτσι, μερικά χρόνια αργότερα χρησιμοποιήθηκε από τον Λόρδο Kelvin (o οποίος δυσκολεύθηκε πολύ να βρει αντίγραφο του βιβλίου του Carnot) και τον Rudolf Clausius για να ορίσουν τις έννοιες της απόλυτης θερμοκρασίας, της εντροπίας και να διατυπώσουν τον δεύτερο νόμο της Θερμοδυναμικής. Το 1890 δημοσιεύθηκε μια αγγλική μετάφραση του βιβλίου του Carnot από τον R.H. Thurston «Reflections on the Motive Power of Fire«.

Ο Carnot συνειδητοποίησε ότι η ατμομηχανή εκμεταλλεύεται την τάση της θερμότητας να ρέει από τα θερμά σώματα στα ψυχρά. Και σχεδίασε μια θερμική μηχανή με την μέγιστη απόδοση που μπορούσε να φανταστεί κανείς, θέτοντας ένα όριο στο κλάσμα της θερμότητας που μπορεί να μετατραπεί σε ωφέλιμο έργο, ένα αποτέλεσμα που σήμερα είναι γνωστό ως θεώρημα του Carnot. Η σπουδαιότερη δήλωσή του εμφανίζεται ως περιορισμός στην τελευταία σελίδα του βιβλίου: «Στην πράξη, δεν θα μπορέσουμε ποτέ να χρησιμοποιήσουμε όλη την κινητήρια δύναμη των καύσιμων υλικών». Κάποια ενέργεια θα διαχέεται πάντα μέσω τριβής, δονήσεων ή άλλης ανεπιθύμητης μορφής κίνησης. Η τελειότητα είναι ανέφικτη.

Διαβάζοντας το βιβλίο του Carnot μερικές δεκαετίες αργότερα, το 1865, ο Γερμανός φυσικός Rudolf Clausius εισήγαγε την έννοια της εντροπίας και στη συνέχεια διατύπωσε αυτό που έγινε γνωστό ως ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής: «Η εντροπία του σύμπαντος αυξάνεται».

Όμως, παρά την θεμελιώδη σημασία της, η εντροπία είναι ίσως η πιο διχαστική έννοια στη φυσική. Σύμφωνα με τον Lloyd: «Η εντροπία ήταν πάντα πρόβλημα. Η σύγχυση πηγάζει εν μέρει από τον τρόπο με τον οποίο ο όρος χρησιμοποιείται και διακινείται σε διάφορους τομείς- έχει παρόμοια, αλλά ξεχωριστή σημασία σε κάθε τομέα, από την φυσική έως τη θεωρία πληροφοριών, την οικολογία και την ψυχανάλυση. Αλλά για να κατανοήσουμε πραγματικά την έννοια της εντροπίας απαιτούνται κάποια βαθιά άβολα φιλοσοφικά άλματα.

Καθώς οι φυσικοί του περασμένου αιώνα εργάστηκαν για να ενώσουν φαινομενικά ανόμοια πεδία έριξαν στην έννοια της εντροπίας νέο φως, μετατόπισαν την συνήθη ερμηνεία της, από μέτρο της αταξίας σε μέτρο της άγνοιας. Η εντροπία δεν θεωρείται ως μια ιδιότητα εγγενής σε ένα σύστημα, αλλά ως μια ιδιότητα που σχετίζεται με έναν παρατηρητή που αλληλεπιδρά με το σύστημα. Αυτή η σύγχρονη άποψη φωτίζει τον βαθύ δεσμό μεταξύ της πληροφορίας και της ενέργειας, η οποία βοηθά τώρα να εγκαινιαστεί μια μίνι-βιομηχανική επανάσταση στις μικρότερες κλίμακες.

διαβάστε περισσότερα στο άρθρο του Zack Savitsky με τίτλο: «Τι είναι εντροπία; Ένα μέτρο για το πόσο λίγα γνωρίζουμε πραγματικά.» – https://www.quantamagazine.org/what-is-entropy-a-measure-of-just-how-little-we-really-know-20241213/

 

Related Posts with Thumbnails