Πώς η Στατιστική Φυσική αλλάζει τις ζωές μας

Του Γιάννη Συμεωνίδη

Η παγκόσμια επιστημονική ελίτ της στατιστικής φυσικής συγκεντρώθηκε αυτή την εβδομάδα στο Κολυμπάρι Χανίων όπου διεξήχθη το 7ο Διεθνές Συνέδριο Στατιστικής Φυσικής (Sigma Phi 2026). Ψυχή του συνεδρίου κι επικεφαλής της οργανωτικής του επιτροπής ήταν ο καθηγητής στο Πoλυτεχνείο του Τορίνο, Giorgio Kaniadakis.

Το συνέδριο τελεί υπό την αιγίδα της European Physical Society, ενώ υποστηρίζεται επιστημονικά από τρία ελληνικά επιστημονικά ιδρύματα, το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, το Πολυτεχνείο Κρήτης και το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος.

Η διοργάνωση, η οποία πραγματοποιήθηκε στο Avra Imperial Hotel, ξεκίνησε με τις απονομές  των διεθνών βραβείων SigmaPhi στους διακεκριμένους καθηγητές α) Efthimios Kaxiras (Harvard University, Cambridge, United States), β) David McComas (Princeton University, Princeton, United States) και γ) Constantino Tsallis (Centro Brasileiro de Pesquisas Fisicas, Rio De Janeiro, Brazil) για την πρωτοποριακή προσφορά τους στους κλάδους της «twistronics» στην νανοηλεκτρονική (Kaxiras), της  παρατηρησιακής ηλιακής φυσικής (McComas) και της εντροπίας συστημάτων εκτός ισορροπίας με συσχετίσεις μακράς εμβέλειας (Tsallis).

Για να σταθούμε μόνο στο πρώτο βραβείο του Έλληνα E. Kaxiras, η τεχνολογία twistronics (από τις λέξεις twist- στρίψιμο- και electronics- ηλεκτρονικά-) είναι ένας νέος, επαναστατικός κλάδος της φυσικής που μελετά πώς αλλάζουν οι ιδιότητες των διδιάστατων υλικών (για παράδειγμα γραφένιο) όταν περιστρέφουμε δύο ή περισσότερα πλέγματα των υλικών το ένα πάνω στο άλλο. Αντί να αλλάξουμε τη χημική σύνθεση ενός υλικού, αλλάζουμε απλώς τη γωνία περιστροφής των στρωμάτων του.

Τα highlights

Στα highlights του συνεδρίου ήταν και η ομιλία του Ιταλού νομπελίστα Giorgio Parisi, ο οποίος κέρδισε το βραβείο το 2021 για τη μελέτη πολύπλοκων συστημάτων και την εφαρμογή τους στην κατανόηση της κλιματικής αλλαγής.  Εκτός από τα πολύπλοκα συστήματα, έχει μελετήσει σε βάθος τη χρωμοδυναμική και την κίνηση των σμηνών πτηνών, όπως η διάσημη ⁠πτήση των ψαρονιών. Ο prof. Parisi όρισε αρχικά την πολύπλοκότητα ως τη δυνατότητα ενός συστήματος να συμπεριφέρεται με μεγάλη ποικιλία τρόπων χωρίς να χάνει την ταυτότητά του και στη συνέχεια περιέγραψε πώς η θεωρητική συνεισφορά του σε υλικά με μεγάλο βαθμό αταξίας (μαγνητικά γυαλιά με σπινς) εξελίχθηκε χρονικά συνεισφέροντας στη βάση των μοντέλων τεχνητώ νευρωνικών δικτύων. Τέλος, έκλεισε την ομιλία του υπογραμμίζοντας την “αναγκαιότητα” το βραβείο Νόμπελ φυσικής να επεκταθεί και σε άλλους τομείς της φυσικής, πέρα από αυτούς που επικεντρώνεται κατά βάση.

Αίσθηση προκάλεσαν, επίσης, οι παρουσιάσεις της καθηγήτριας Φυσικής στο UCL, Τιτσιάνα Ντι Ματέο για τις πρόσφατες μελέτες της στο χώρο της econophysics (συνδυασμός οικονομίας και φυσικής), του Στέφανο Μποκαλέτι (Πανεπιστήμιο Φλωρεντίας) για την θεωρητική κατανόηση  της πειραματικής παρατήρησης ότι δύο άγνωστοι άνθρωποι συνδέονται κατά μέσο όρο μέσω έξι άλλων ανθρώπων, καθώς και του Τέο Γκάιζελ (Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ), ο οποίος χρησιμοποίησε έργα τζαζ, Μότσαρτ και Μπαχ για να αποδείξει ότι σε κάθε μουσικό έργο υπάρχει μια προβλέψιμη χρονική παράμετρος και μετά έρχεται η ανατροπή.

Τέσσερις κύριες θεματικές ενότητες

Κατά τη διάρκεια του συνεδρίου, το οποίο ολοκληρώθηκε την Παρασκευή, ερευνητές από όλο τον κόσμο ανέλυσαν και θα αναλύσουν πώς οι θεμελιώδεις νόμοι της φυσικής, σε συνδυασμό με τις μεθόδους της στατιστικής φυσικής και την τεχνητή νοημοσύνη, επιστρατεύονται για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων της σύγχρονης κοινωνίας.

Ειδικότερα, το συνέδριο καλύπτει το πλήρες φάσμα της Στατιστικής Φυσικής μέσα από τέσσερις κύριες θεματικές ενότητες: Θεμέλια και Θεωρητικές Πτυχές, Εφαρμογές σε Φυσικά Συστήματα, Εφαρμογές σε Μη-Φυσικά Συστήματα και Στατιστική Μηχανική και Τεχνητή Νοημοσύνη (AI). Τα θέματα περιλαμβάνουν μαθηματικές έννοιες και μεθόδους, φορμαλισμούς, αυστηρά αποτελέσματα, ακριβείς λύσεις, συνδέσεις με τις μεθόδους της φυσικής υψηλών ενεργειών, τη θεωρία χορδών, την εντροπία των μελανών οπών, τις κοσμολογικές θεωρίες, τα κβαντικά συστήματα, τη μαλακή συμπυκνωμένη ύλη, τους υγρούς κρυστάλλους, τα πλάσματα, τα ρευστά, τις επιφάνειες και τις διεπιφάνειες, τα άτακτα και υαλοειδή συστήματα, τη διήθηση, τα υαλοειδή συστήματα σπιν, τα δομικά υαλοειδή συστήματα, τα εφαρμοσμένα δίκτυα, τη βιοφυσική, τη γονιδιωματική, το περιβάλλον, τα κλιματικά και γήινα μοντέλα, τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα που χρησιμοποιούν αρχές της φυσικής, τα νευρωνικά δίκτυα ως συστήματα σπιν, τα μοντέλα Hopfield, τις μηχανές Boltzmann και τη μηχανική μάθηση.

Την πρώτη ημέρα του συνέδριου όσοι βρεθήκαμε εκ του σύνεγγυς είχαμε την τύχη να απολαύσουμε ένα συναρπαστικό ταξίδι από τη βιολογία και τα κοινωνικά δίκτυα ως τη δομή της μουσικής, υπό τον συντονισμό του Τζουζέπε Κονσολίνι (Εθνικό Ινστιτούτο Αστροφυσικής Ιταλίας). Η επιστημονική συζήτηση στο Main Hall ανέδειξε την εντυπωσιακή διεύρυνση της στατιστικής μηχανικής σε πεδία που επηρεάζουν άμεσα την καθημερινότητα και την τεχνολογία.

Στο επίκεντρο των παρουσιάσεων βρέθηκε νέα θεωρία για τη λήψη αποφάσεων από τα κύτταρα σε πολυκυτταρικά συστήματα, καθώς και οι μέθοδοι αποκωδικοποίησης μηνυμάτων σε μη γραμμικές οπτικές ίνες. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον συγκεντρώνουν οι αναλύσεις για την πολυπλοκότητα των οικονομικών δεδομένων και τη δυναμική των επιφανειών των υλικών μακριά από την ισορροπία.

Η ημέρα ολοκληρώθηκε με δύο άκρως ενδιαφέρουσες προσεγγίσεις που ήδη αναφέραμε παραπάνω: τη μελέτη των στοχαστικών ιδιοτήτων σε μουσικές χρονικές σειρές και την επιστημονική απάντηση στο κλασικό ερώτημα γιατί υπάρχουν μόλις «έξι βαθμοί διαχωρισμού» ανάμεσα στους ανθρώπους στα κοινωνικά δίκτυα.

Στην πρώτη γραμμή των παρουσιάσεων βρέθηκαν, επίσης, οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, με αναλύσεις για την πρόβλεψη ακραίων μεσογειακών κυκλώνων, καθώς και η χρήση μαθηματικών πλαισίων για την κατανόηση της κοινωνικής εξέλιξης. Παραλλήλως, οι ερευνητές ανέδειξαν πρωτοποριακά μοντέλα που αφορούν τη νευρωνική δραστηριότητα, τη μη γραμμική μοντελοποίηση ασύμμετρων συστημάτων, αλλά και τις παγκόσμιες σχέσεις κλιμάκωσης σε σύνθετα δίκτυα φράκταλ, ανοίγοντας νέους δρόμους στη διαχείριση προβλημάτων τυχαίας βελτιστοποίησης.

Το μήνυμα

Στο φετινό συνέδριο οι συμμετοχές ξεπέρασαν κατά 30% αυτές του προηγούμενου συνεδρίου του 2023 τονίζοντας με έμφαση το αυξανόμενο ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας στην Στατιστική Φυσική και τις καινοτόμες εφαρμογές της σε ένα ευρύ φάσμα προβλημάτων που απασχολούν την κοινωνία μας. Αυτές εκτείνονται από την κλιματική αλλαγή και την πρόβλεψη των οικονομικών εξελίξεων μέχρι την κατανόηση της πολυπλοκότητας των κοινωνιών μας αλλά και των σύγχρονων υλικών συστημάτων.

Όπως, μάλιστα, μας τόνισαν οι διοργανωτές του συνεδρίου, αυτό τους δημιουργεί την πεποίθηση ότι το επόμενο συνέδριο θα είναι ακόμα επιδραστικότερο από τα προηγούμενα.