رفتن به نوشته‌ها

نویسنده: عباس ک. ریزی

فیزیک آماری و علوم کامپیوتر:
سیستم‌های پیچیده، علم شبکه‌ و پدیده‌های بحرانی

abbas.sitpor.org

من آدم متوسطی هستم، آیا می‌تونم دکتری بخونم؟

شاید توی ایران هنوز هم یدک کشیدن عنوان «دکتر‌» خیلی جالب باشه. اما بیرون از ایران بیشتر از هر چیزی یک جور شغل کم‌درآمد دانشگاهی حساب میشه. برای بعضی‌ها هنوز دانشگاه، معبد مقدس یا زمین بازی هیجان‌انگیزیه. برای بعضی اما دانشگاه محل گذره. این ویدیو مربوط به این نیست که چی خوبه یا چی بده؛ چه چیزی درسته یا غلطه. قرار نیست ارزش خاصی به دکتری خوندن یا نخوندن بدیم یا این‌که بگیم در واقع دکتری باید چه شکلی باشه یا چه خروجی تولید کنه. این ویدیو اصلا به این نمی‌پردازه که جایگاه علم در جامعه کنونی کجاست. اصلا پرسش‌هایی شبیه به این رو نشونه نگرفته. این ویدیو نگاهی به شرایط موجوده برای کسی که می‌خواد وارد مسیری بشه به اسم دکتری. چیزی که بین سه تا پنج سال معمولا طول می‌کشه و برای بیشتر آدم‌ها قبل از ۳۰ سالگی شروع میشه.

همین‌طور نگاه کنید به:

مدل سازی مداخله‌های دارویی و غیردارویی برای کنترل همه‌گیری‌ها

واکسیناسیون فراگیریکی از مهم‌ترین مداخله‌های دارویی برای مقابله با همه‌گیری بیماری‌ها است. مدل‌های کلاسیک همه‌گیرشناسی وجود آستانه‌‌ای برای میزان واکسیناسیون جامعه‌ای برای رسیدن به ایمنی جمعی را پیش‌بینی می‌کنند. تلاش برای واکسینه کردن ۷۰٪ جامعه نمونه‌ای از استفاده از پیش‌بینی‌های این قبیل مدل‌هاست. با این وجود داده‌های دنیاگیری کوید-۱۹ خلاف این ادعا را نشان داده است. چرا رسیدن به آستانه ایمنی جمعی حتی با داشتن کارآمدترین واکسن‌ها در ایجاد ایمنی و جلوگیری از انتقال بیماری تبدیل به امری چالش‌برانگیز شده است؟!

دربخش نخست این سخنرانی، با در نظر گرفتن توپولوژی شبکه تماس، توزیع واکسن، همبستگی بین افراد واکسینه شده و کارآمدی واکسن‌ها در ایمنی و جلوگیری، آستانه ایمنی جمعی و اندازه همه‌گیری را به دست آوردیم. نشان‌ دادیم که حتی با وجود کارآمدترین واکسن‌ها، اندازه‌ همه‌گیری تابع یکنوایی از میزان هوموفیلی در رفتار افراد در واکسینه‌شدن است و به خاطر وجود هوموفیلی، رسیدن به ایمنی جمعی می‌تواند کاملا غیرممکن باشد. در قسمت دوم این ارائه با معرفی یک مداخله غیردارویی به نام «رهگیری تماس» به عنوان روشی موثر و کم‌هزینه در کنترل شیوع بیماری‌ها، به کم و کیف اثربخشی این مداخله بر یک همه‌گیری پرداختیم.

🔗 مقاله‌ها

اسلایدها

انتروپی

انتروپی یکی از سهل ممتنع‌ترین مفاهیم فیزیکه. همه فکر می‌کنند که می‌دونند چیه و همه هم‌زمان درست نمی‌دونند که چیه! مسئله انتروپی و پیکان زمان هنوز جزو مسائل حل نشده در فیزیکه. قانون دوم ترمودینامیک ارتباط تنگاتنگی با این مفهوم داره و از قضا این قانون، جای پای خیلی محکمی توی فیزیک داره. برای همین انتظار می‌ره که بدونیم انتروپی چیه، نه؟! بعضی‌ها به اشتباه قانون دوم رو تفسیر به زیاد شدن بی‌نظمی می‌کنن که لزوما درست نیست.

انتروپی یک کمیت قابل اندازه‌گیری و یک متغیر جفت‌شده (همیوغ) برای دما در ترمودینامیکه. از طرف دیگه، به واسطه توسعه مکانیک آماری، تعریف‌های جدیدتر با فرمول‌بندی‌هایی بر اساس توزیع‌های آماری برای بیان انتروپی یک سامانه بر اساس حالت‌هایی که می‌تونه داشته باشه ارائه شده. وصل کردن فیزیک آماری به نظریه اطلاعات معمولا با کارهای جینز شناخته میشه. اما از لحاظ مفهومی و فلسفه علمی، آزمایش فکری شیطانک مکسول برای اولین بار این درک رو ایجاد کرد که اطلاعات یک کمیت فیزیکیه.

Leonard Susskind, Statistical Mechanics (Spring, 2013), Lec. 7: Entropy vs. reversibility
Leonard Susskind

I will try to explain the second law to the best of my ability. There should be lots of questions which I will try to answer. I know a little bit about the second law; it may be two or three people in the world who know more, but I’ve never met any, so we’ll talk a little about the second law [and] what it means

Leonard Susskind, Statistical Mechanics (Spring, 2013), Lec. 7: Entropy vs. reversibility

دنبال کردن تغییرات انتروپی به صورت نظری یا تجربی در فیزیک تعادلی و غیرتعادلی متفاوته. برخلاف انتظار ما، اندازه‌گیری تغییرات انتروپی در تعادل می‌تونه کار خیلی سختی در آزمایشگاه باشه. در فیزیک دور از تعادل، روابط افت‌وخیز چارچوب به نسبت معقولی برای مطالعه انتروپی به ما میده.

انتروپی برای همگردی (ensemble) از چیزها معنی داره. انتروپی یک مولکول چندان چیز معنا داری نیست، بلکه انتروپی‌حالت‌هایی که یک مولکول می‌تونه داشته باشه عبارت معنی داریه. با نگاه کردن به فرمول شنون هم خیلی راحت میشه دید که برای یک توزیع خاص میشه انتروپی تعریف کرد. مثال دیگه، که یک مثال فیزیکی نیست، صحبت کردن در مورد انتروپی شبکه‌های پیچیده است. انتروپی یک شبکه می‌تونه منجر به گمراهی مخاطب بشه. چون مشخص نیست که این انتروپی به توزیع درجه اون شبکه برمی‌گرده یا همگردی از گراف‌ها یا چی!؟ مثلا قاعده انتروپی بیشینه برای همگردی از گراف‌ها با چگالی یال ثابت منجر به مدل اردوش رنیی میشه. این مدل، شبکه‌ای با توزیع درجه پواسونی میده که اون توزیع، توزیع بیشترین انتروپی نیست!

نکته بعدی اینه که انتروپی یک کمیت فردیه (subjective) به این معنا که ربطی به قوانین بنیادی طبیعت و برهمکنش ذرات با هم نداره. معمولا کسایی که بعد از گذروندن درس مکانیک کلاسیک وارد درس مکانیک آماری تعادلی میشن با این سوال رو به رو میشن که طبق تعریف، لگاریتم حجم فضای فاز (در یک انرژی خاص) برابر با انتروپیه. از طرف دیگه قضیه لیوویل می‌گه که برای یک سامانه طی زمان، هندسه فضای فاز عوض میشه ولی حجمش نه! پس یعنی انتروپی ثابت می‌مونه! آیا این مشکلی داره؟! اول اینکه قانون دوم ترمودینامیک میگه که انتروپی یک سامانه بسته در حد ترمودینامیکی تقریبا هیچ‌موقع کم نمیشه، یعنی $\mathrm{d}s$ یا صفره یا مثبت. پس کی $\mathrm{d}s>0$ هست؟ ایده اصلی اینه که انتروپی یک کمیت وابسته به سامانه و ناظره. در واقع انتروپی رو طی فرایند درشت‌-دانه‌‌بندی اندازه‌گیری می‌کنیم و این ما (ناظر) هستیم که انتروپی رو زیاد می‌کنیم!

خلاصه خیلی مهمه که در چه شرایطی و برای چه سامانه‌ای (اندازه و نوع برهمکنش‌ها) داریم صحبت می‌کنیم. انتروپی می‌تونه خیلی خیلی موضوع ظریفی باشه خصوصا وقتی که دور از تعادل هستیم. در سامانه‌های کوچیک مثلا انتروپی می‌تونه کم یا زیاد بشه. برای دونستن بیشتر به اینجا و اینجا نگاه کنید.

برای مطالعه بیشتر:

جایزه چرخ برای بهترین وبسایت علمی

سیتپـــــور برنده جایزه چرخ برای بهترین وبسایت علمی سال ۱۴۰۰ شد. جایزۀ چرخ، جایزه‌ای برای بزرگداشت و سپاسگزاری از چهره‌های علم و فناوری در ایران هست. این جایزه تقدیم می‌شود به تیم نویسندگان سیتپور برای سال‌ها تلاش برای روایتگری در علم.

برای جزئیات بیشتر این ویدیو رو ببینید:

در مورد جایزه چرخ، زبان فارسی و وبلاگ‌نویسی علمی

در مورد روایتگری در علم و وبلاگ‌نویسی بیشتر بخوانید:

هایزنبرگ – علم، جنگ و سیاست

هایزنبرگ که به اصل عدم قطعیتش معروف است، فیزیکدان آلمانی بود که در توسعه فرمول‌بندی ماتریسی مکانیک کوانتومی نقش بسزایی داشت. در زمان جنگ دوم، او جزو آن دسته از فیزیکدانانی بود که در آلمان ماند و با این‌که عضو حزب نازی نشد ولی نقش کلیدی در برنامه هسته‌ای آلمان ایفا کرد. هایزنبرگ غیر از علم، علاقه‌ زیادی به موسیقی کلاسیک داشت و پیانیست چیره‌دستی هم بود. خودش تعریف می‌کند که زمستان ۱۹۳۷، در عصر سردی که برای نواختن قطعه‌ای از بتهوون به خانه بوکینگ رفته بوده، یکی از حضار جوان مجلس دست او را گرفته و از انزوای عمیقی بیرونش کشیده و بعدها مادر هفت فرزندش شده! هایزنبرگ از آن فیزیکدانانی است که برای نسل ما قطعا منبع الهام خواهد بود.

این روزها که دومرتبه جنگ گریبانگیر اروپا شده، ماجرای زندگی پر فراز و نشیب هایزنبرگ به عنوان دانشمند برجسته‌ای که طعم تلخ درد و رنج جنگ را چشیده حتی اگر برای ما خالی از حکمت باشد، قطعا خالی از لطف نیست! «جزء و کل» نام کتابی است که در آن هایزنبرگ ماجرای زندگی‌اش را در خلال گفت‌وگوهایی با افراد سرشناس تاریخ تعریف می‌کند. خط زمانی ماجرا از سال ۱۹۲۰ شروع می‌شود و رفته‌رفته به جنگ دوم و شکل‌گیری و به‌کارگیری فیزیک مدرن می‌رسد. هایزنبرگ در این کتاب نه تنها به سراغ فیزیک که به ارتباط آن با فلسفه، تاریخ، سیاست، زبان، شیمی و زیست‌شناسی هم می‌رود. آن‌چه که این کتاب را برای من متمایز می‌کند نوع روایت هایزنبرگ از زندگی یک فیزیکدان یا یک انسان است. او خاطراتش را در قالب مجموعه‌ای از گفت‌وگوها به‌گونه‌ای تعریف می‌کند که موقع خواندن کتاب این حس متبادر می‌شود که گویی با یک فنجان چایی در حال گوش دادن به خاطرات یک پیر دانا هستی! این کتاب هم فال است و هم تماشا؛ هم درس زندگی است و هم یک روایت‌ هیجان‌انگیز برای خواندن!

جزء و کل سال‌ها پیش توسط حسین معصومی همدانی ترجمه و توسط نشر دانشگاهی منتشر شده. در ادامه، سه بخش از این کتاب که مربوط به جنگ و سیاست است آمده:

  • درس‌هایی در سیاست و تاریخ (۱۹۲۴ – ۱۹۲۲)
  • رفتار فردی در مواجهه با مصائب سیاسی (۱۹۴۱ – ۱۹۳۷)
  • مباحثات علمی و سیاسی (۱۹۵۷ – ۱۹۵۶)

دنیای این روزهای علم، قسمت ۲: علم یک محصول اجتماعی است!

علم یک محصول اجتماعیه چون توسط آدم‌ها ایجاد میشه. ارزش‌ آثار علمی، در بلند مدت، با گذر زمان و پشت سر گذاشتن آزمون‌های مختلف مشخص میشه. هیلبرت در جایی میگه گالیله احمق نبود که خودش رو به خاطر برملا شدن یک حقیقت علمی به کشتن بده چون علم، بر خلاف دین، نیازی به شهادت نداره و خورشید پشت ابر باقی نمی‌مونه. اما این برملا شدن چه شکلی انجام میشه؟! چه قدم‌هایی برداشته میشه تا یک حقیقت علمی جایگاه خودش رو بالاخره پیدا کنه؟!

با این‌که حقیقت پشت پرده باقی نمی‌مونه و در نهایت به واسطه آزمایش (تجربه) حقیقت برملا میشه اما این‌که دقیقا چه زمانی این اتفاق می‌افته بستگی داره به جامعه علمی. در عمل، پذیرفته یا رد شدن یک نظریه علمی در کوتاه مدت به شدت به نظر اهل اون علم بستگی داره. در کوتاه مدت (زمانی از مرتبه عمر یک نسل)، ملاحظات اجتماعی می‌تونه بر فعالیت‌های علمی به شدت سایه بندازه. فیزیک چیزیه که فیزیکدون‌ها انجامش میدن، برای همین زمانی که نظریه جدیدی در فیزیک مطرح میشه، اقبال قاطبه دانشمندان اون حوزه تاثیر جدی بر سرعت پذیرفته شدن یا نشدن اون نظریه داره. نباید فراموش کنیم که در علم، فرایندها کند هستند و سنجیدن یک نظریه جدید با آزمایش یا سایر یافته‌ها می‌تونه به شدت زمان‌بر باشه. همین‌طور این‌که یک کشف جدید چقدر و چگونه بر سرنوشت علم اثر می‌ذاره چیزیه که گذر زمان مشخصش می‌کنه. به همین خاطر، در طول عمر یک دانشمند، خیلی راحت ممکنه که ارزیابی‌ یا داوری‌ درستی از کاری که کرده حاصل نشه!

در آثار توماس کوهن و پاول فایرابند میشه دید که نیروی پیشران انقلاب‌های علمی هم لزوما مسائل منحصرا علمی یا فنی نبوده. قانون نانوشته‌ای وجود داره که علم با هر مجلس ختم پیشرفت می‌کند! نقل قول مشهوری از ماکس پلانک هست که:

یک حقیقت علمی جدید با متقاعد کردن مخالفان خود پیروز نمی شود… این اتفاق این‌گونه رقم می‌خورد که مخالفان آن نظریه در نهایت می‌میرند و نسل جدیدی رشد می‌کند که با آن آشناست!

—ماکس پلانک، زندگی‌نامه علمی، ۱۹۵۰
Science progresses one funeral at a time
Feynman, R.P. Simulating physics with computers
Int J Theor Phys 21, 467–488 (1982). https://doi.org/10.1007/BF02650179

به عنوان مثال با این‌که امروزه ما بولتسمان رو از چهره‌های موثر در فیزیک آماری می‌دونیم، ایشون در زمان حیاتش توسط همکارهاش زیاد جدی گرفته نمی‌شد. بولتسمان در حالی که از افسردگی و احتمالا اختلال دوقطبی رنج می‌برد در ۶۲سالگی خودکشی کرد. اما زمان زیادی از فوتش نگذشته بود که مشارکتش در توسعه مکانیک آماری در جوامع علمی به نیکی مطرح شد. مثال دیگه لوئی باشولیه است. او اولین کسی بود که با حل معادله گرما در سال ۱۹۰۰، پنج سال قبل از آینشتین، حرکت براونی رو مدل سازی کرد. باشولیه حتی تا ۱۹۰۹ شغل دانشگاهی گیرش نیومد. این روزها هم معمولا همه سهم کشف ریاضیات حرکت براونی رو به آینشتین میدن! حواسمون باشه که امروز حتی اگه کسی در مورد باشولیه هم حرفی بزنه در زندگی دنیوی اون دیگه فرقی ایجاد نمیشه چون در قید حیات نیست! قاعدتا افراد دیگه‌ای هم هستند که در تاریخ کارهای مهمی انجام دادند و به دلایل مختلف اسمی ازشون باقی نمونده. ما فقط آمار افرادی رو داریم که در رقابت روزگار اسمی ازشون به جا مونده.

یک مثال جالب دیگه آرنولد زومرفلده. زومرفلد نقش زیادی در تربیت نسلی از فیزیکدون‌ها داشت. طوری که ۷ نفر از کسایی که باهاش کار کردن موفق به دریافت جایزه نوبل شدن. افرادی مثل هایزنبرگ، پائولی، دِبای، بته، پاولینگ و رابی. در ضمن شاید براتون جالب باشه که علامت انتگرال کانتور «∮» برای اولین بار در یکی از مقاله‌های زومرفلد معرفی شد! خلاصه با این‌که ایشون خیلی فیزیکدون تاثیرگذاری بود اما هیچ موقع موفق به دریافت جایزه نوبل نشد. بزرگوار ۸۱ مرتبه (بیشتر از هر فیزیکدان دیگه‌ای) کاندید این جایزه شده بود ولی خب هیچ موقع قرعه به اسم ایشون در نیومد چون کمیته نوبل هر دوره روی شخص دیگه‌ای اجماع نظر داشتن؛ چنین است رسم سرای جفا/نباید کزو چشم داری وفا! البته این چیزی از ارزش‌های زومرفلد کم نمی‌‌کنه درست مثل اسکار نبردن آلفرد هیچکاک!

اما این جور عناوین و دستاوردها می‌تونن بر زندگی افراد در زمان حیاتشون تاثیر قابل توجهی بذارن. خصوصا در دنیای امروز که علم حالت تجاری پیدا کرده و شغل‌های دانشگاهی درگیر کارنامه کاری مورد تایید همکاران شما شده. برای همین اعتماد جامعه علمی به شما و حسن یا سوء شهرت مقطعی می‌تونه تاثیر بسزایی در زندگی حرفه‌ای افراد داشته باشه خصوصا روی تازه‌کارها! مثلا کنت ویلسون تا قبل از اینکه در دانشگاه کرنل استاد تمام بشه هیچ مقاله چاپ شده‌ای نداشت ولی به خاطر حمایتی که از طرف هانس بته داشت تونست توی جایگاه باقی بمونه. ناگفته نمونه که ویلسون، فقط چند سال بعد موفق به دریافت جایزه نوبل در فیزیک به خاطر کارش روی بازبهنجارش شد.

برای مطالعه بیشتر

زمانی که ویسلون برنده جایزه نوبل در فیزیک شد، بته مانند پدری سرافراز در مراسم حضور داشت. منبع