Η "ιδιωτικοποίηση" των υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας

Στο Νήμα Επιστήμη #13: Η νέα έκθεση του IPCC για το κλίμα,σημαίνει πάλι πλανητικό συναγερμό. Το GPT-4 είναι εντυπωσιακότερο από το GPT-3, και ρίχνει καύσιμο στη συζήτηση για την "τεχνητή νοημοσύνη"

Όταν ασκούμε τάση σε ένα μεταλλικό σύρμα για να δημιουργήσουμε ηλεκτρικό ρεύμα, τα ηλεκτρόνια σε μικροσκοπικό επίπεδο αρχίζουν να μετακινούνται από άτομο σε άτομο, αλλά καθώς μετακινούνται, συγκρούονται με τα άτομα με αποτέλεσμα μια θερμική κίνηση που ανεβάζει τη θερμοκρασία του σύρματος ελαφρά. Στο σχολείο μαθαίνουμε πως το σύρμα έχει αντίσταση: ένα μέρος της ενέργειας που παρέχουμε μετατρέπεται σε άχρηστη θερμική ενέργεια, που από την οπτική γωνία ενός μηχανικού, συνιστά απώλεια ενέργειας. Εδώ και περισσότερα από 50 χρόνια, όμως, έχουν ανακαλυφθεί υλικά που όταν ψύχονται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, και σε συνθήκες υψηλής πίεσης, περνάνε σε μια ιδιαίτερη κατάσταση: τα ηλεκτρόνια δημιουργούν ζεύγη, κι αυτά τα ζεύγη μπορούν να κινούνται στο υλικό, όταν εφαρμοστεί τάση, χωρίς αυτού του είδους την τριβή, δηλαδή χωρίς σχεδόν καθόλου αντίσταση. Η κατάσταση αυτή λέγεται κατάσταση υπεραγωγιμότητας, είναι συνέπεια του μαγικού κόσμου της κβαντικής φυσικής, και μας επιτρέπει να κατασκευάζουμε, π.χ., τεράστια μαγνητικά πεδία, απόρροια ρευμάτων υψηλότατης έντασης, που μπορούν να περνάνε από το υπεραγώγιμο υλικό χωρίς να το λιώνουν. Πολλά επιτεύγματα της σύγχρονης επιστήμης, μεταξύ των οποίων και οι επιταχυντές στο CERN, δεν θα υπήρχαν χωρίς αυτή την τεχνολογία.

Ένας κύβος από μαγνητικό υλικό αιωρείται πάνω από έναν υπεραγωγό, όπως προβλέπεται από το φαινόμενο Meissner. Credits: Oak Ridge National Laboratory

Το όνειρο της Υπεραγωγιμότητας σε συνθήκες δωματίου

Το πρόβλημα όμως είναι ότι για να διατηρήσεις το υλικό σε τόσο χαμηλή θερμοκρασία απαιτούνται κρυογενικά συστήματα ψύξης, που εκτός του ότι είναι ευαίσθητα, απαιτούν και τεράστια ποσά ενέργειας για να λειτουργήσουν. Τα τελευταία χρόνια έχουν αρχίσει και εμφανίζονται μελέτες για συγκεκριμένα, προσεκτικά παρασκευασμένα υλικά, που εμφανίζουν το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες και σχετικά χαμηλότερες πιέσεις. Στις αρχές Μαρτίου δημοσιεύθηκε στο Nature, μια μελέτη γύρω από ένα νέο υλικό (βασισμένο στη σπάνια γαία Λουτήτιο, με προσμίξεις υδρογόνου και εμφυτεύσεις αζώτου), το οποίο εμφανίζει υπεραγώγιμο χαρακτήρα σε συνθήκες δωματίου (21 βαθμούς Κελσίου) και σχετικά χαμηλή πίεση (10 χιλιάδες φορές μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής). Πρόκειται για απολύτως θεαματικό εύρημα, που αν όντως επαληθευθεί, θα δημιουργήσει μια επανάσταση σε πολλούς τομείς και θα αλλάξει την όψη του κόσμου. Εφαρμογές εκτός εργαστηρίων συμπεριλαμβάνουν μεταφορά ενέργειας χωρίς απώλειες ανάμεσα μεταξύ απομακρυσμένων περιοχών - σημαντικότατο όταν η ενέργεια παράγεται μαζικά σε ηλιακά πάρκα π.χ. - κατασκευή κινητήρων, φθηνότερα και πιο αποδοτικά οχήματα με μαγνητική αιώρηση, υπεραγώγιμα ηλεκτρονικά κυκλώματα, σειρά από βελτιωμένες τεχνικές απεικόνισης στην ιατρική και πάρα πολλά άλλα. Εν συντομία, η υπεραγωγιμότητα σε συνθήκες δωματίου θα αλλάξει με βεβαιότητα οτιδήποτε λειτουργεί με ηλεκτρικό ρεύμα, και κατά συνέπεια, την όψη του ανθρώπινου πολιτισμού.

Αμφιβολίες για την εγκυρότητα των ευρημάτων

Ως συνήθως, φυσικά, υπάρχουν λόγοι να είναι κανείς επιφυλακτικός. Κατ’ αρχάς, η ομάδα που έκανε τη μελέτη, με ηγετική φυσιογνωμία τον Ranga Dias από το Rochester, είχε δημοσιεύσει το 2020, πάλι στο Nature, μια παρόμοια μελέτη για ένα άλλο υλικό που εμφάνιζε υπεραγωγιμότητα στους 15 βαθμούς Κελσίου! Αποδείχθηκε πως τα δεδομένα που δημοσίευσαν ήταν πειραγμένα (επισήμως, επεξεργασμένα με αδόκιμες τεχνικές που δεν δηλώθηκαν στη δημοσίευση) και το Nature, όχι οι συγγραφείς, αναγκάστηκε να αποσύρει το άρθρο εν μέσω κατακραυγής. Τη φορά αυτή οι έλεγχοι του Nature είναι φαίνεται εξονυχιστικοί. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς μια δεύτερη απόσυρση άρθρου από το περιοδικό, κάτι που θα έπληττε ανεπανόρθωτα όχι μόνο τη συγγραφική ομάδα αλλά και το ίδιο το Nature, που εγγυάται τον έλεγχο των δημοσιεύσεων. Τα δημοσιευμένα δεδομένα φαίνονται επαρκή, ανεξάρτητοι παρατηρητές προσκλήθηκαν να παραστούν στην πειραματική διαδικασία, οι ενδείξεις που παρέχονται δείχνουν ότι πράγματι το υλικό βρέθηκε σε υπεραγώγιμη κατάσταση κλπ. Παρ’ όλα αυτά, ορισμένοι ειδικοί στο χώρο της υπεραγωγιμότητας δηλώνουν πως δεν πρόκειται να πιστέψουν τίποτα “από όσα δημοσιεύουν αυτοί οι τύποι“ και θα περιμένουν ανεξάρτητα πειράματα να αναπαράγουν το αποτέλεσμα.

Start Up, πατέντες και δημόσιο χρήμα

Στο σημείο αυτό προκύπτει μια νέα δυσκολία. Όπως είναι προφανές, η παρασκευή ενός τέτοιου υλικού μυρίζει δισεκατομμύρια, και φυσικά ο Dias έχει ήδη ιδρύσει ένα Start Up, ονόματι Unearthy Materials (υπότιτλος “kickstarting the century of superconductivity“), που έχει ήδη, κατά τα λεγόμενα του Dias, (ή ελπίζει ότι θα έχει, δεν είναι ξεκάθαρο) συγκεντρώσει 20 εκατομμύρια δολάρια από επενδυτές όπως, μεταξύ άλλων, οι CEO του Spotify και της OpenAi που κατασκευάζει τo Chat-GPT. Κατά συνέπεια η παρασκευή του υλικού καλύπτεται από πατέντες, και άρα ορισμένα τμήματα είναι “ευαίσθητα“ και μη δημοσιεύσιμα.

“Θα ήμασταν ευτυχείς να μοιραστούμε ό,τι κάναμε, εφόσον δεν παραβιάζεται η νομοθεσία περί πνευματικής ιδιοκτησίας” είπε ο Dias . “Υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί, αλλά κάτι θα κανονίσουμε”.

Αυτό το “κάτι θα κανονίσουμε“ συνοψίζει τα αδιέξοδα που επιβάλλει η άμεση εμπλοκή της αγοράς στην επιστημονική έρευνα, μέσω των Start Ups και της νομοθεσίας πατεντών, έρευνας που, θυμίζουμε, επιτελείται με κρατικό χρήμα. Το Rochester είναι *ιδιωτικό* μη κερδοσκοπικό ίδρυμα μεν, πλην όμως το άφθονο χρήμα υπό τη μορφή βραβείων και ερευνητικών προγραμμάτων που καθιστούν δυνατή την χρηματοδότηση του εργαστηρίου και των ερευνητών προέρχεται από το National Science Foundation και το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, είναι δηλαδή εντελώς κρατικό.

Ένα άλλο ζήτημα είναι η θεωρητική κατανόηση του φαινομένου της υπεραγωγιμότητας σε υψηλές θερμοκρασίες. Η υπάρχουσα θεωρία περί υπεραγωγιμότητας, με τα ζεύγη ηλεκτρονίων που συμπεριφέρονται σαν ένα ενοποιημένο σωματίδιο, εξηγεί την ύπαρξη του φαινομένου μόνο στις χαμηλές θερμοκρασίες. Ξεκάθαρα, μια πολύ ειδική συνθήκη πρέπει να ισχύει στις υψηλότερες θερμοκρασίες, όπως δείχνει και το ότι το φαινόμενο παρατηρείται οριακά σε πολύ συγκεκριμένα υλικά. Μυθικές μορφές της φυσικής στερεού σώματος, όπως ο Philip Anderson, έχουν κατά καιρούς προτείνει περίπλοκες θεωρίες κβαντικής φύσεως. Αλλά για να προκύψει ένα μοντέλο που να εξηγεί το φαινόμενο ποσοτικά, είναι απαραίτητη η επίλυση κβαντικών εξισώσεων για έναν μεγάλο αριθμό ατόμων με πολύ συγκεκριμένη διάταξη, που είναι εκτός των υπολογιστικών δυνατοτήτων μας σήμερα. Το όνειρο να απομονώσει κανείς το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του φαινομένου και να αναλύσει τις εξισώσεις με τον, κατά το δυνατό, απλούστερο τρόπο ώστε να προβλέψει θεωρητικά την υπεραγωγιμότητα σε συνθήκες δωματίου, είναι το ιερό δισκοπότηρο της φυσικής στερεάς κατάστασης εδώ και πολλά χρόνια τώρα.

Διαβάστε:

• Quanta Magazine | Charlie Wood, Zack Savitsky: Room-Temperature Superconductor Discovery Meets With Resistance, (με τίτλο για Πούλιτζερ)

• New York Times | Kenneth Chang: New room temperature superconductor Offers Tantalizing Posibilities (αρχειοθετημένος σύνδεσμος)

Η νέα έκθεση του IPCC για την κλιματική αλλαγή

Όπως αναμενόταν το διεθνές πάνελ για την κλιματική αλλαγή (IPCC) δημοσίευσε την καινούρια προγραμματισμένη του έκθεση σύνθεσης. Τα συμπεράσματα προειδοποιούν πως σχεδόν με βεβαιότητα, ο πλανήτης θα υπερβεί το κατώφλι των 1,5 βαθμών υπερθέρμανσης μέχρι το 2030, με τα γνωστά καταστροφικά επακόλουθα, παρά τις πολιτικές εξαγγελίες ένθεν κακείθεν. Αυτό που μένει να δούμε είναι αν και κατά πόσο θα καταφέρουμε να αναστρέψουμε την κατάσταση μετά το 2030 και με τι ρυθμούς.

Προφανώς μια από τις προϋποθέσεις είναι η καθολική παύση χρήσης υδρογονανθράκων καθώς θα επιταχύνεται και η στροφή προς τις ήπιες μορφές ενέργειας. Επισημαίνεται ότι θα μπορούσαμε να περιορίσουμε τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα που προβλέπονται μέχρι το 2050 κατά 40-70%, τρώγοντας μαζικά λιγότερο κρέας, αποφεύγοντας τις πτήσεις με το αεροπλάνο, οικοδομώντας πόλεις φιλικές στο περπάτημα και το ποδήλατο κλπ κλπ. Η έκθεση καταδεικνύει πως είναι ζήτημα πολιτικών και όχι τόσο τεχνολογίας ή επιστήμης. Με τις υπάρχουσες νομοθετημένες δεσμεύσεις, η μέση θερμοκρασία του πλανήτη προβλέπεται να αυξηθεί κατά 2,8 βαθμούς μέχρι το 2100, σενάριο εξαιρετικά καταστροφικό.

Ο γ.γ. του ΟΗΕ, Antonio Guterres, ζητά από όλες τις χώρες του κόσμου να φτάσουν σε μηδενικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα μέχρι το 2050, και από τις αναπτυγμένες μέχρι το 2040, κάτι που απαιτεί σημαντικότατες επενδύσεις στις ήπιες μορφές ενέργειας και εξίσου σημαντική αποεπένδυση σε οτιδήποτε σχετίζεται με υδρογονάνθρακες. Αν όλα αυτά σας ακούγονται βαρετά, συνηθισμένα και ανέφικτα, είναι γιατί η νοοτροπία σε ολόκληρο τον πλανήτη φαίνεται να επιβεβαιώνει την πρόβλεψη ότι θα είμαστε το είδος που δεν έσωσε τον οικοσύστημά του γιατί κάτι τέτοιο θα ήταν οικονομικά επιζήμιο.

• The Conversation | Timothée Parrique: Economic growth is fuelling climate change – a new book proposes ‘degrowth communism’ as the solution

• Wired | Matt Simon: Warnings About Humanity’s Future Don’t Get More Dire Than This

GPT-4

Το έπος με τις νέες εκδόσεις του GPT συνεχίζεται, καθώς η OpenAI, πιστή στο ραντεβού της, δημοσίευσε την καινούρια έκδοση, το GPT-4. Δεν βλέπουμε τεράστιο ενθουσιασμό για τις βελτιώσεις, που εντοπίζονται κυρίως στην προσαρμογή σε γενικούς ηθικούς κανόνες πολιτικής ορθότητας καθώς και στην εξάλειψη της παραπληροφόρησης, αλλά και στη δυνατότητα στο χρήστη να παρέχει εικόνες ως input και στην παραγωγή κώδικα. Ήδη η προηγούμενη έκδοση, το Chat-GPT3 βελτιώθηκε αρκετά ώστε να απαντά στις ερωτήσεις-παγίδες π.χ. του Douglas Hofstader (αρχειοθετημένος σύνδεσμος), στις οποίες αρχικά απαντούσε με τρόπο διπλά ανίδεο: χωρίς να έχει καν ιδέα πως είναι ανίδεο. Μια άλλη βελτίωση που τέθηκε ως στόχος της έκδοσης είναι η επίτευξηκαλών ποσοστών επιτυχίας σε τυπικά αμερικάνικα τεστ γνώσεων και δεξιοτήτων, όπως τα διάφορα GRE. Τα πάει καλά, αλλά όχι σε όλα (εντάξει παραμένει εντυπωσιακή η επίδοσή του).

Από την άλλη πλευρά, όπως λέει κι ο CEO της OpenAI, Sam Altman, με εύσχημο τρόπο, αλλά και ο Gary Μarcus, πιο στοχευμένα, το σύστημα έχει τις ίδιες παθογένειες με την προηγούμενη έκδοση, παθογένειες που είναι συστημικές και δεν θα αντιμετωπιστούν χωρίς μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση στο μέλλον. Αυτό που ενόχλησε πολύ είναι η επιμονή της εταιρείας να κρατά κλειστά βασικά χαρακτηριστικά του μοντέλου που χρησιμοποιεί, σε σημείο που προτείνεται να μετονομαστεί σε ClosedAI. Η τακτική αυτή έρχεται σε αντίθεση με πρακτικές άλλων εταιρειών, όπως η Google, που προσφέρει συνήθως ανοιχτά τον κώδικά της (όχι σε κάθε περίπτωση, αλλά τουλάχιστον τον κώδικα γύρω από τον οποίον δημοσιεύει ερευνητικά άρθρα). Και επίσης παρεμποδίζει όλους εμάς από το να καταλάβουμε γιατί δουλεύει καλά, όταν δουλεύει, και γιατί αποτυγχάνει όταν αποτυγχάνει.

Το γενικότερο τοπίο στην Τεχνητή Νοημοσύνη δεν φαίνεται να βελτιώνεται από τις νέες αυτές εκδόσεις, και οι ανησυχίες του Noam Chomsky, που συζητήσαμε σε προηγούμενο τεύχος του Νήματος, σχετικά με την καθολική απουσία θεσμικού ελέγχου στο χώρο για την αντιμετώπιση της παραπληροφόρησης, δείχνουν να επιβεβαιώνονται μεταξύ άλλων, από κινήσεις της Microsoft όπως αυτή: μαζί με τους σχεδόν 10 χιλιάδες απολυμένους η εταιρεία ξήλωσε ολόκληρο τον τομέα περί ηθικής και κοινωνίας, που καθοδηγούσε την ομάδα τεχνητής νοημοσύνης.

Εντωμεταξύ το λανσάρισμα του Ernie Bot, Της κινέζικης απάντησης στο ChatGPT, από την Baidu, το κινέζικο Google, δεν εντυπωσίασε. Η ανάπτυξη των τσατ μποτς στην Κίνα αντιμετωπίζει άλλωστε και ευαίσθητα “πολιτικά” προβλήματα.

Διαβάστε

• Ένα άρθρο για τις επιπτώσεις της νέας τεχνολογίας στα όρια της γλώσσα και άρα, κατά Wittgenstein, στα όρια του κόσμου μας, με δομημένα συμπεράσματα, και μια έκπληξη στο φινάλε, από τον Jeremy Howard.

  • Fast AI | Jeremy Howard: GPT-4 and the uncharted territories of language

• Μια συνολική αποτίμηση, στο Nature, από επιστήμονες όλων των σχετικών κλάδων, των διαφορών από τις προηγούμενες εκδόσεις.

  • Nature | Katharine Sanderson: GPT-4 is here: what scientists think

Στα γρήγορα

• H NASA αποκάλυψε τις καινούριες διαστημικές στολές που θα χρησιμοποιηθούν στην αποστολή Αρτεμις ΙΙΙ, σχεδιασμένες από την εταιρεία Axiom Space, και είναι μαύρες και πορτοκαλί: αλλαγή υποδείγματος για τους σχεδιαστές κουστουμιών στις ταινίες επιστημονικής φαντασίας.

• Θανατηφόρος μύκητας διασπείρεται γρήγορα στις ΗΠΑ (σε ηλικιωμένους με ανοσοκαταστολή), επαναφέροντας το The Last of Us στο προσκήνιο.

• Οι χτύποι της καρδιάς μας φαίνεται να έχουν κάποια επίδραση στον τρόπο με τον οποίον αντιλαμβανόμαστε μικρά χρονικά διαστήματα, δείχνει μια ψυχολογική μελέτη, κατά την οποία καλωδιωμένοι φοιτητές φαίνεται να προσλαμβάνουν σύντομους ήχους ως λιγότερο ή περισσότερο σύντομους ανάλογα με το αν η καρδιά τους εκείνη τη στιγμή χτυπούσε γρηγορότερα ή βραδύτερα. Η ερωτική κατάσταση των φοιτητών δεν καταγράφηκε, δυστυχώς.

• Ο τεράστιος και ραγδαία αυξανόμενος αριθμός δορυφόρων σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη μας, πέρα από την αύξηση των επιτρόχιων “σκουπιδιών”, απειλεί εξαιτίας της φωτορύπανσης την ίδια την επίγεια αστρονομία, αλλά, όπως σημειώνουν αστρονόμοι από την Ισπανία, την Πορτογαλία και την Ιταλία και την σχέση μας με την παγκόσμια πολιτιστική κληρονομία του καθαρού νυχτερινού έναστρου ουρανού.

• Οι εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων δεκάδες και χιλιάδες έτη φωτός μακριά από τη Γη, επηρέασαν το κλίμα στη Γη και μέσω αυτού τα τελευταία 500 εκατομμύρια χρόνια την εξέλιξη των ειδών και την βιοποικιλότητα στον πλανήτη μας

• Στο μέλλον οι εκτυπωτές 3-D, πρόκειται να μαγειρεύουν - κατά τα λεγόμενα, νόστιμα - φαγητά

• Ο Ziyaad Bhorat, πολιτικός επιστήμονας που ασχολείται με θέματα τεχνολογίας και πολιτικών δικαιωμάτων μιλάει για το δικαίωμα της “Ελευθερίας από την Αυτοματοποίηση”