فیزیک، مغز انسان و آینده؛ آیا عصر پیشتازی فیزیک به پایان رسیده است

هوش مصنوعی می‌تواند در آینده‌ای نه چندان دور، در فیزیک نظری نیز کاربرد داشته باشد.

دکتر شان کارول (Sean Carroll) یک فیزیکدان نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا است. وی علاوه بر پژوهش در حوزه کیهان شناسی، به مباحث فسلفی و معنای زندگی نیز توجه داشته و به تازگی کتابی با عنوان «تصویر بزرگ» در مورد منشا زندگی، معنای زندگی و کیهان نگاشته است. دکتر کارول در مصاحبه‌ای با نشریه نیوساینتیست نظرات خود را در مورد  برخی اکتشافات بزرگ در حوزه فیزیک، روند رشد این رشته و نیز کاربردهای احتمالی هوش مصنوعی در این علم بیان کرده است.

آیا قرار گرفتن فیزیک در صدر اخبار و توجه مردم، آن هم به خاطر اکتشافاتی نظیر بوزون هیگز و یا امواج گرانشی برایتان لذتبخش است؟

بله. جالب است، زیرا فیزیکدانان با شاخه‌هایی نظیر کوانتوم مکانیک و طراحی بمب اتمی و نیز فناوری‌هایی دیگر، به نوعی قدرت را در قرن بیستم در دست داشتند. بیشترین قدرت سیاسی و نیز دانش در فیزیک خلاصه می‌شد. با این وجود اکنون زمانه تغییر یافته و زیست شناسان در حال دزدیدن این قدرت از ما هستند. علم زیست شناسی با سرعت بسیار زیادی در حال پیشرفت است و تاثیر به مراتب بیشتر و مستقیم‌تری بر زندگی ما دارد. اما این پیشرفت‌ها (برای نمونه ویرایش ژنی) می‌تواند شمشیری دولبه باشد. البته این یافته‌ها در زیست شناسی از یک جهت در راستای فیزیک است، زیرا به نوعی کاربرد یافته‌های فیزیک در زندگی روزمره به شمار می‌روند. با این احوال کسی نگران کاربردهای بوزون هیگز و یا امواج گرانشی نیست.

در قرن جاری، زیست شناسی از نظر پیشرفت از فیزیک پیشی گرفته است.

این یافته‌ها و اکتشافات در فیزیک، نتیجه اثبات برخی قضایای ریاضیاتی هستند. آیا باید هم‌چنان از ریاضی به عنوان راهنمایی در پژوهش‌های فیزیکی استفاده کنیم؟

این طور نیست که ریاضی صرفا به عنوان راهنمایی برای درک طبیعت به کار رود، بلکه خودش یک نوع متدولوژی علمی نیز به شمار می‌رود. نکته بسیار مهم این است که همه اینها نشان می‌دهد که جهان اطراف را می‌توان فهمید و سازوکارش را کشف کرد. برخی بر این باورند که طبیعت اساسا رازآلود و غیرقابل شناسایی است و برخی دیگر نیز بر این باورند که طبیعت از نظمی مشخص پیروی می‌کند. این یافته‌های مهم علمی به ما یادآوری می‌کند که مغز کوچک ما انسان‌ها از توانایی بالایی برای پیش‌بینی‌هایی بسیار فراتر و پیچیده‌تر از طبیعتی که در دسترس‌مان قرار دارد برخوردار است.

به نظر شما، در دهه آینده با چه اکتشافاتی روبرو خواهیم بود؟

پیش‌بینی آینده این دهه غیرممکن است. شاید بتوانیم شواهدی در مورد انبساط کیهان در نخستین لحظات پس از مهباگ بیابیم و یا ماده تاریک را کشف کرده و ذرات دیگری را که خارج از مدل استاندارد فیزیک هستند کشف کنیم. در دو سال آینده ممکن است با یک یا چند تا از این اکتشافات روبرو شویم. همچنین داده‌های به دست آمده از شتاب دهنده سرن نشان می‌دهد که شاید در آستانه کشف ذره‌ای جدید باشیم. البته هنوز اطلاعات دقیقی در این زمینه ندارم.

کشف امواج گرانشی حدود یک قرن پس از معرفی نظریه امواج گرانشی روی داد. آیا نظریات جدید مطرح شده در فیزیک برای اثبات نیازمند چنین بازه زمانی هستند؟

دقیقا! بخش اندکی از سابقه دانش بشر به این پرسش‌های عمیق و گسترده اختصاص دارد و به همین دلیل زمان زیادی برای اثبات آنها نیاز است. اکتشاف امواج گرانشی به دلایل بسیار، امری بسیار ارزشمند بود. از دهه ۱۹۸۰ بود که دانشمندان، توجه جدی‌تری به امواج گرانشی داشتند و پیش از ساخت نخستین مرکز شناسایی امواج گرانشی، می‌دانستند که شاید این مرکز از حساسیت لازم برای مشاهده این امواج برخوردار نباشد که البته این طور هم بود. این اکتشاف مهم فقط به خاطر پافشاری افرادی که به وجود این امواج باور داشتند روی نداد؛ بلکه کسانی که زندگی خود را وقف شناسایی آن کردند نیز نقش مهمی در آن داشتند.

بسیاری از نظریه ها در فیزیک شاید پس از گذشت چندین دهه به اثبات برسند.

با توجه به اینکه برای اثبات برخی ایده‌های تئوریک عملا امکان آزمایش وجود ندارد، چطور می‌توان از اتلاف وقت برای بررسی نظریه‌هایی که در نهایت بی‌ثمر هستند جلوگیری کرد؟

چنین امکانی وجود ندارد. تابستان امسال قرار است در اجلاسی شرکت کنم که در آن، بزرگان فیزیک قرار است در مورد این مساله صحبت کنند که آیا دانش کیهان شناسی مسیر درستی را در مورد شناسایی جهان‌های چندگانه، ابطال پذیری نظریه‌ها و مواردی از این دست در پیش گرفته است یا خیر. هم اکنون وقت زیادی را بر روی گرانش کوانتومی صرف می‌کنم. فکر می‌کنم بتوانیم به چیزهای جدیدی در مورد پیوند فضا-زمان دست یابیم. با این وجود شاید همه این تلاش‌های ما در نهایت بی نتیجه و نادرست از آب درآید.

آیا این حس که ممکن است عمرتان را برای چیزی نادرست هدر دهید برایتان آزاردهنده نیست؟

شاید! ولی پژوهش‌هایی که تاکنون انجام داده‌ام برایم جذاب‌تر است. در کیهان شناسی مدرن، به نقطه‌ای می‌رسیم که تفسیری که از فیزیک کوانتوم داریم می‌تواند در نتیجه نهایی تاثیرگذار باشد. اگر بخواهیم مفاهیمی نظیر پیوند فضا-زمان را درک کنیم، دیدگاهی که نسبت به کوانتوم مکانیک داریم اهمیت زیادی دارد. بحث‌هایی که شاید مواردی فلسفی در مورد سرشت واقعیت به نظر برسد و قرنهاست که در میان انسان‌ها جریان دارد، در تفسیر برخی پدیده‌های فیزیکی اهمیت زیادی دارد. این دیدگاه‌ها می‌تواند پاسخ پرسش‌ها در مورد کیهان‌شناسی و نیز فیزیک ذرات را تغییر دهد.  تجربه خودم نشان داده است که تفسیر جهان‌های چندین گانه یک تفسیر ساده، دقیق و نیز خلاصه برای این مسایل است.

آیا فکر می‌کنید هوش مصنوعی بهتر از انسان می‌تواند به گسترش علم فیزیک کمک کند؟

چرا که نه! مغز انسان تجمعی از اتم‌ها و ذراتی است که بر اساس قانون فیزیک با هم برهمکنش دارند. به همین دلیل هیچ دلیلی وجود ندارد که تجمعی مشابه از اتم‌ها و ذرات نتواند کارکردی مشابه و یا بهتر از مغز نداشته باشد. مدتهاست که از رایانه برای حل معادلات مختلف استفاده می‌کنیم. اما حوزه فیزیک نظری پیچیدگی‌هایی دارد که دربردارنده سطحی بالاتر از خلاقیت و منطق است و هوش مصنوعی هنوز از این سطح از توانایی برخوردار نیست.

هوش مصنوعی می تواند در  آینده در فیزیک نظری نیز کاربرد داشته باشد.

پس حرفه شما به عنوان یک فیزیکدان نظری فعلا از گزند هوش مصنوعی در امان است؟

بله. درست است. با این وجود مطمئن نیستم نسل بعدی فیزیکدانان نظری از این مصونیت برخوردار باشند.

The Difference Between Physics & Biology

You can break up the world of science into many different areas of study. Two of the best known areas include physics and biology. However, each field has its own points of interest and differs greatly from the other. Learning the key differences between physics and biology plays a vital role in deciding which course of study to choose.

Physics versus Biology

In the study of biology you look at the inner workings of living organisms. This includes everything from the interactions and communities created by multiple organisms to the inner workings of an animal’s anatomy. Physicists, on the other hand, study the forces of the world around you. They look at everything from the tiny interactions between two electrons rotating around a nucleus to the force of gravity that makes earth rotate on its axis.

Subfields: Biology

You can divide biology into different subfields. Biologists study the living world, but the purpose of their study can take one of many different routes. A few of the subfields of biology include evolutionary biology and marine biology. Evolutionary biologists study the origins of life and, depending on what you believe, mankind’s journey from a single-celled organism to human being. Marine biologists study the organisms present in aquatic environments; this can include anything from tiny organisms such as plankton to large mammals such as whales.

Subfields: Physics

Like biology, physics has many different subareas of study. Most of these areas strive for scientific reasoning by looking at the forces that surround life. A few different areas of physics include astrophysics, particle physics, optical physics and acoustic physics. Astrophysicists look at stars, planets and the forces that allow them to work together in the universe. Particle physicists study the tiny interactions between particles and atoms. Optical physicists examine the attributes of light and lasers while acoustical physicists consider sound. Like biology, physics has many other subfields of study. However, the pursuit and purpose of the subfields of physics differ drastically from the subfields of biology.

Contributions: Biology

Biology and physics have both made tremendous contributions to the world. Most of the notable contributions in biology came in the field of medicine. Through the study of biology, Jonas Salk created a vaccination for polio. Other notable contributions in biology include Charles Darwin’s theory of evolution and James Watson and Francis Crick’s work involving the structure of DNA.

Contributions: Physics

The works of notable physicists like Galileo Galilei and Johannes Kepler allowed later physicists to send men to the moon and better understand the workings of the universe. In 1665, Isaac Newton discovered the concept of gravity. Newton’s discovery led to many important breakthroughs in physics, such as Einstein’s theory of Relativity. Contributions in the world of physics come in a different variety than those in biology, but they have led to just as many important results for mankind.

Majors That Involve Biology

Jen Saunders

Biology is a natural science that involves the study of living organisms with a focus on their structure, formation, growth, distribution, taxonomy and evolution. Biology is used in a variety of fields and industries, and as expected, numerous college majors involve the study of biology. If you have a passion for biological science and a desire to secure a career rooted in this subject, you may want to learn about the various degrees that involve biology.

Marine Biology

Just as the name suggests, marine biology is the study of life in oceans and seas. All animal and plant forms ranging from microscopic plankton to great white sharks concern the field. Several marine biology schools offer the major, and one of the more famous is the Scripps Institution of Oceanography in La Jolla, California. The institute offers over 45 undergraduate courses including a major in marine biology that can easily lead to completing the Bachelor of Science in marine biology. The Scripps Institution places an emphasis on contemporary environmental issues and teaches the accoutrements of marine biology with the goal to help future scientists understand earth-system evolutions, climate, dynamics and sustainability in order to help protect the oceans.

Forensic Science

Forensic scientists use biology to identify living organisms; they can examine dirt and plant matter clinging to dead bodies and determine where a body was located before it was dumped. They can also examine bite marks and tell what animal caused it. When students major in forensic science, they must take several biology classes. Some forensic science programs even offer a concentration in biology, such as the B.S. offered through San Jose State University. Their four-year biology road map includes a variety of biology classes that educate the top biological forensic scientists in the industry.

Zoology

A zoology major focuses on the scientific study of the structure, behavior, physiology, classification and distribution of all animals. Wildlife biology is a science used by zoologists to help study animals and classify them according to their physiology and molecular makeup. Zoologists collect biological data and specimens for further analysis in order to help preserve species, prevent diseases and to store for future research. Some zoologists take veterinary courses in order to provide health care to sick or wounded animals. Many schools, including the University of Florida, offer courses in physiology and molecular biology of animals to students going after the zoology major and to those in degree programs with an emphasis on veterinary medicine.

Premed

If you want to go to medical school to become a doctor, you will need to declare a premed major in college. As doctors must be fluent in the physical and molecular makeup of the human anatomy, biology is a subject heavily focused on in the premed curriculum. Georgetown College offers a premed major that requires students to take a solid year of biology classes in their freshman year. Some of these classes include organismal diversity, general microbiology, pathenogenic bacteriology and immunology, vertebrate anatomy and embryology, genetics and molecular biology, cell biology and many other biological subjects.

Dissertation Topics in Biological Anthropology

Anthony Fonseca

Dissertations in biological anthropology need to look both backward into history and forward into the future of research possibilities. Your first challenge when choosing a topic will be to find one on which no Ph.D. candidate has previously written. But as The British Association for Biological Anthropology (BABAO) points out, this is a field that studies a range of fascinating topics in areas like human evolution, primatology, human genetics, evolutionary medicine and human behavioral ecology.

Evolution

One area of study that will offer a wealth of topics is evolutionary biology. Research that applies evolutionary perspectives to a phenomenon like socioendocrinology (the study of the relationship between social behavior and behavior as dictated or influenced by hormones) will prove insightful and important in the field. Other studies could include surveys of specific cultures that are faced with indigenous diseases. You could also pursue a topic that has a popular culture bent, such as a study of the evolutionary perspectives of morning sickness or vegetarianism. Other cutting-edge research currently being pursued includes ascertaining ancestry from studying the femur or looking at dogs as models for human evolution; topics that continue these studies would be valuable.

Cultural or Geographical

Topics that border more on the soft sciences would include dissertations that take a cultural or geographical angle. For example, you could look at specific geographic areas of the world to see how certain phenomena affect them. One good example would be examining chimpanzee conservation in areas where mining is important. Other topics would include research into the ecological knowledge of geographically and culturally isolated fishermen, or studies of food as a cultural institution in indigenous cultures, or the influence of ethnic cultures in urban areas (like Miami or San Antonio) where they are known to have a huge impact.

Animals

Some anthropological dissertation will be attractive to Ph.D. students who want to study animal life. This type of research would look at a culture as a gestalt principle or a whole, taking into account the symbiotic relationships of plants, animals and humans. Topics in this area would include very straightforward studies of the biomechanical or communicative utterance similarities of primates and humans, or environmental impact studies that look at the effects of ranching (a human activity) on a specific animal community in a specific geographic area. Other topics could include a conservationist perspective in studies of animal populations like Atlantic or Pacific sharks or Amazonian wild squirrel monkeys.

Plants

Finally, dissertations that examine the relationship between human and plant life add great value to the field of anthropology, as well as tangential fields like biology and environmental studies. For example, dissertations can research the efficacy of genetically modified rice as a method to end hunger, particularly if these studies take an evolutionary perspective. Other topics along these lines would include social movements and scientific forestry, or effects of forest fragmentation (when forests get carved up either by natural or man-made means), the role of the local food movement in farming in certain parts of the United States, or even the efficacy of introducing ethnobotany into third world cultures.