هوش مصنوعی «چالش غیرممکن» باستان‌شناسی را حل کرد: بازخوانی اولین طومار کامل هرکولانیوم

برای اولین بار در نزدیک به دو هزاره، یک طومار کربنی‌شده کامل از شهر باستانی رومی هرکولانیوم، بدون باز شدن فیزیکی، از ابتدا تا انتها خوانده شده است. محققان با ترکیب میکروتوموگرافی اشعه ایکس با انرژی بالا و یادگیری ماشینی، موفق شدند حدود ۱٫۴ متر متن پیوسته یونانی باستان را از یک توده پاپیروس سوخته و مهر و موم شده که با نام PHerc.

۱۶۶۷ شناخته می‌شود، استخراج کنند. این سند بازیابی‌شده، که یک رساله فلسفی رواقی مربوط به قرن دوم پیش از میلاد است، مهم‌ترین نقطه عطف در باستان‌شناسی دیجیتال تا به امروز محسوب می‌شود و ثابت می‌کند که صدها طومار باقی‌مانده و خوانده‌نشده را می‌توان بدون تخریب رمزگشایی کرد.

این موفقیت که توسط «چالش وزوویوس» و محققان دانشگاه کنتاکی اعلام شد، پارادوکس فیزیکی اساسی را حل می‌کند که قرن‌ها گریبان‌گیر متخصصان کلاسیک بوده است. هنگامی که کوه وزوویوس در سال ۷۹ پس از میلاد فوران کرد، گرمای شدید کتابخانه «ویلای پاپیروس‌ها» را کربنیزه کرد. طومارها تنها به این دلیل باقی ماندند که به زغال شکننده تبدیل شدند.

برای بیش از ۲۰۰ سال، تلاش برای باز کردن فیزیکی آن‌ها به معنای تماشا کردن خرد شدنشان به خاکستر بود. خط لوله محاسباتی جدید، دسترسی فیزیکی را از دسترسی متنی جدا می‌کند: اثر باستانی در یک گاوصندوق مهر و موم شده باقی می‌ماند، در حالی که محتوای آن به صورت ریاضی استخراج می‌شود.

موضوع این دستاورد، PHerc. ۱۶۶۷، یک بازمانده آسیب‌دیده است. سوابق تاریخی مربوط به سال ۱۷۸۲ آن را به عنوان یک شیء فشرده اما عمدتاً دست‌نخورده توصیف می‌کنند. با این حال، تلاش‌های فیزیکی بعدی برای باز کردن آن – که آخرین بار در دهه ۱۹۸۰ انجام شد – باعث شد لایه‌های بیرونی آن جدا شده و متلاشی شوند.

آنچه امروز باقی مانده، تنها هسته داخلی فشرده است که فقط ۸ سانتی‌متر ارتفاع و ۲ سانتی‌متر عرض دارد. با این حال، از این قطعه به شدت آسیب‌دیده، خط لوله دیجیتال ۲۲ ستون متن پیوسته را بازیابی کرد.

استخراج متن از یک توده کربنی ذوب‌شده نیازمند یک سازوکار سه‌مرحله‌ای است که با شتاب‌دهنده‌های ذرات آغاز می‌شود. از آنجایی که طومارها متراکم و محکم پیچیده شده‌اند، اشعه ایکس پزشکی استاندارد نمی‌تواند با وضوح کافی به آن‌ها نفوذ کند.

در عوض، محققان از میکروتوموگرافی اشعه ایکس با کنتراست فاز در «تأسیسات تابش سنکروترون اروپا» (ESRF) در گرنوبل فرانسه و «منبع نور الماس» در بریتانیا استفاده کردند. این پرتوهای پرانرژی، هندسه سه‌بعدی داخلی طومار را در مقیاس میکروسکوپی ترسیم می‌کنند و موقعیت دقیق هر لایه پاپیروس تاب‌خورده و فشرده را ثبت می‌کنند.[1][2]

مرحله دوم، هندسه محاسباتی است. داده‌های اشعه ایکس حجم عظیمی از وکسل‌ها (پیکسل‌های سه‌بعدی) تولید می‌کنند. الگوریتم‌های نرم‌افزاری باید لایه‌های مارپیچی پاپیروس را در این حجم ردیابی کنند و آن‌ها را به عنوان سطوح سه‌بعدی صریح بازسازی نمایند. هنگامی که یک ورقه پیوسته در فضای سه‌بعدی نقشه‌برداری شد، نرم‌افزار آن را به صورت ریاضی به یک صفحه دوبعدی صاف می‌کند و عملاً طومار را روی صفحه نمایش «باز می‌کند» در حالی که شیء فیزیکی دست‌نخورده باقی می‌ماند.

مرحله نهایی و دشوارترین مرحله، یافتن جوهر است. نویسندگان هرکولانیوم از جوهر مبتنی بر کربن ساخته شده از دوده و آب استفاده می‌کردند. از آنجایی که جوهر دقیقاً از همان ماده‌ای ساخته شده است که پاپیروس کربنی‌شده روی آن قرار دارد، در اسکن‌های اشعه ایکس به صورت کنتراست روشن ظاهر نمی‌شود. برای حل این مشکل، محققان مدل‌های یادگیری ماشینی را آموزش دادند تا تغییرات ساختاری میکروسکوپی در الیاف پاپیروس – تغییرات ظریف در ضخامت یا بافت – را که ناشی از اعمال جوهر قبل از سوختن طومار است، شناسایی کنند.[2]

قدرت شواهد این روش به شدت محدود شده است تا از «توهم‌زایی» (Hallucinations) جلوگیری شود. اجزای یادگیری ماشینی زبان یونانی باستان را نمی‌دانند و از مدل‌های زبان بزرگ برای حدس زدن کلمات گمشده بر اساس زمینه استفاده نمی‌کنند. تنها وظیفه آن‌ها تقویت شواهد فیزیکی ضعیف جوهر در تصاویر دوبعدی صاف‌شده است. خروجی یک نقشه بصری از آثار جوهر است که سپس متخصصان پاپیروس‌شناسی آن را تفسیر و ترجمه می‌کنند. این امر تضمین می‌کند که متن بازیابی‌شده یک اندازه‌گیری فیزیکی مستقیم از اثر باستانی است، نه یک پیش‌بینی هوش مصنوعی مولد.[2]

متن حاصل از PHerc. ۱۶۶۷ یک رساله فلسفی ناشناخته در مورد اخلاق است. متخصصان پاپیروس‌شناسی آن را به عنوان یک اثر رواقی شناسایی کرده‌اند که در مورد طبیعت انسان، انگیزه و پیشرفت اخلاقی بحث می‌کند. آخرین ستون حفظ‌شده به صراحت از آریستوکریون (Aristocreon)، برادرزاده و شاگرد کریسیپوس (Chrysippus)، فیلسوف برجسته رواقی، نام می‌برد. این شواهد داخلی، همراه با زبان و مضامین، تاریخ نگارش آن را به طور مطمئن به قرن دوم پیش از میلاد می‌رساند.

توانایی خواندن ۲۲ ستون پیوسته، نشان‌دهنده یک تغییر تحول‌آفرین در نحوه تعامل محققان با کتابخانه هرکولانیوم است. پیش از این، تلاش‌های بازخوانی مجازی تنها کلمات جداگانه یا بخش‌های کوچکی از متن را بازیابی کرده بود، مانند جایزه بزرگ چالش وزوویوس در سال ۲۰۲۴ که تقریباً ۲۰۰۰ کاراکتر را استخراج کرد. اکنون، محققان می‌توانند استدلال‌های فلسفی پایدار را در چندین صفحه دنبال کنند و با طومارها به عنوان آثار ادبی کامل برخورد کنند، نه پازل‌های باستان‌شناسی تکه‌تکه.

این خط لوله در حال حاضر برای متون دیگر نیز در حال مقیاس‌بندی است. در کنار خوانش کامل PHerc. ۱۶۶۷، تیم بازیابی بیش از ۷۰ ستون متن از PHerc. ۱۷۲ را که در کتابخانه بادلین آکسفورد نگهداری می‌شود، اعلام کرد و آن را به عنوان «درباره رذایل، کتاب ۱» اثر فیلودموس، فیلسوف اپیکوری، شناسایی کرد. آن‌ها همچنین عنوان PHerc. ۱۳۹ را بازیابی کردند و آن را به عنوان «درباره خدایان، کتاب ۸» اثر فیلودموس شناسایی کردند، که ثابت می‌کند این اثر حداقل تا هشت جلد ادامه داشته است.[1]

با وجود این موفقیت، محدودیت‌های قابل توجهی باقی مانده است. فرآیند بازخوانی مجازی هنوز از نظر محاسباتی بسیار پرهزینه است و به دخالت دستی شدید نیاز دارد، به ویژه در مرحله «بخش‌بندی» (Segmentation) که در آن لایه‌های سه‌بعدی پاپیروس ردیابی می‌شوند. چالش وزوویوس یک برنامه جامع با هدف خودکارسازی این استخراج سطح منتشر کرده است تا نیروی کار دستی مورد نیاز برای هر طومار کاهش یابد. با نرخ پردازش فعلی، تکمیل کل کتابخانه چندین سال طول خواهد کشید.

اهمیت خودکارسازی این فرآیند بسیار زیاد است. بیش از ۶۰۰ طومار بازنشده در مجموعه ناپل باقی مانده است که تنها کتابخانه دست‌نخورده‌ای است که از جهان کلاسیک باقی مانده است. با اثبات یک روش غیرمخرب، محققان آماده‌اند تا حجم بی‌سابقه‌ای از اندیشه‌های باستانی را آشکار سازند و به طور بالقوه آثار گمشده شعر، تاریخ و فلسفه را که از زمان فرود آمدن خاکستر در سال ۷۹ پس از میلاد خاموش بوده‌اند، بازیابی کنند.