Η θεωρία των πολύπλοκων συστημάτων θέλει να ρίξει τα τείχη ανάμεσα στη Φυσική, τη Βιολογία και τις Κοινωνικές Επιστήμες
Πέτρος Παπακωνσταντίνου
Στις αρχές του 19ου αιώνα, ο Γάλλος μαθηματικός Πιερ-Σιμόν Λαπλάς διατύπωσε την εξής αρχή: Αν υπήρχε μια διάνοια (ή ένας ηλεκτρονικός υπερ- υπολογιστής, θα λέγαμε σήμερα), η οποία θα γνώριζε τη θέση και την ταχύτητα κάθε συστατικού του Σύμπαντος, όπως και το σύνολο των δυνάμεων που ασκούνται μεταξύ αυτών των συστατικών, τότε η εν λόγω διάνοια θα μπορούσε να ανασκευάσει ολόκληρο το παρελθόν του Σύμπαντος και να προβλέψει με απόλυτη ακρίβεια το μέλλον του.
Πέτρος Παπακωνσταντίνου
Στις αρχές του 19ου αιώνα, ο Γάλλος μαθηματικός Πιερ-Σιμόν Λαπλάς διατύπωσε την εξής αρχή: Αν υπήρχε μια διάνοια (ή ένας ηλεκτρονικός υπερ- υπολογιστής, θα λέγαμε σήμερα), η οποία θα γνώριζε τη θέση και την ταχύτητα κάθε συστατικού του Σύμπαντος, όπως και το σύνολο των δυνάμεων που ασκούνται μεταξύ αυτών των συστατικών, τότε η εν λόγω διάνοια θα μπορούσε να ανασκευάσει ολόκληρο το παρελθόν του Σύμπαντος και να προβλέψει με απόλυτη ακρίβεια το μέλλον του.
Ένα Σύμπαν-ρολόι
Η αρχή αυτή συνόψιζε την εικόνα του κόσμου σύμφωνα με την κλασική Φυσική του Γαλιλαίου και του Νεύτωνα. Πρόκειται για την εικόνα ενός Σύμπαντος - ωρολογιακού μηχανισμού, που κυβερνάται από φυσικούς νόμους αυστηρά αιτιοκρατικούς. Αυτή η σκληρή αιτιοκρατία, ο «δαίμονας του Λαπλάς», εξοστράκισε κάθε ιερή ιδέα από τη Φύση, περιορίζοντας τον Θεό, το πολύ - πολύ, στο ρόλο του αδιάφορου ωρολογοποιού, που έφτιαξε τη συσκευή - Σύμπαν, την κούρδισε, την έθεσε σε λειτουργία και από τότε δεν ανακατεύτηκε ξανά στην εξέλιξή της.
Ένας δεύτερος «δαίμονας» ήταν εκείνος του σκληρού αναγωγισμού: Η τάση να αναλύουμε τα πολύπλοκα συστήματα σε όσο γίνεται απλούστερα «εξαρτήματα», από τη μελέτη των οποίων συνάγουμε συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του συνόλου. Ένας φυσικός οργανισμός διαιρείται σε όργανα, τα όργανα σε κύτταρα, τα κύτταρα σε χημικές ενώσεις, οι χημικές ενώσεις σε άτομα, τα άτομα σε ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια κ.ο.κ.
Ένας τρίτος «δαίμονας» ήρθε, ωστόσο, να κλονίσει τη στερεότητα του κλασικού οικοδομήματος γύρω στα 1865, λίγα χρόνια μετά την έκδοση του μνημειώδους έργου του Δαρβίνου «Η Καταγωγή των Ειδών», που θεμελίωσε τη θεωρία της εξέλιξης. Εκείνη τη χρονιά, ο Γερμανός φυσικός Ρούντολφ Κλαούζιους διατύπωσε εκείνο τον «καταραμένο», δεύτερο νόμο της Θερμοδυναμικής, ο οποίος, εν ολίγοις, μας λέει ότι όλα τα πράγματα εξελίσσονται προς τη φθορά, την αποδιοργάνωση, το θάνατο.
Είναι η πρώτη φορά που μια μορφή «εξέλιξης» εισέρχεται στον ανόργανο κόσμο - αλλά πόσο διαφορετική από εκείνη που διέπει την έμβια ύλη! Στην περίπτωση των ζωντανών οργανισμών, η εξέλιξη είναι η δημιουργική, κινητήρια δύναμη που οδηγεί στην εμφάνιση πιο σύνθετων ειδών από τα πιο απλά, τάξης από το χάος, φανταστικής ποικιλότητας από την μονότονη ομοιομορφία. Αντίθετα, στη Φυσική, η εξέλιξη εμφανίζεται καταστροφική: ο δεύτερος νόμος μας λέει ότι ένα σύστημα που δεν επικοινωνεί με το περιβάλλον έχει την τάση να εκφυλίζεται - όπως το σίδερο που σκουριάζει όταν δεν το συντηρούμε, ή το άρωμα που εξατμίζεται όταν ανοίγουμε τη φιάλη. Το μέλλον του Σύμπαντος είναι ο «θερμικός θάνατος», η κατάσταση της καταθλιπτικής ομοιογένειας. Υπό το πρίσμα της κλασικής Φυσικής, η ζωή εμφανίζεται ως αληθινό αίνιγμα και το χάσμα ανάμεσα στην ανόργανη και την έμβια ύλη αβυσσαλέο.
Το νέο βιβλίο του σπουδαίου Αμερικανού βιολόγου Στιούαρτ Κάουφμαν «Η επανεφεύρεση του Ιερού» επιχειρεί να μειώσει αυτό το χάσμα, εξορκίζοντας και τους «δαίμονες» της παραδοσιακής Φυσικής. Διευθυντής του Ινστιτούτου Πολυπλοκότητας και Πληροφορικής στην Αλμπέρτα του Καναδά, ο Κάουφμαν συνεχίζει την πρωτοποριακή προσπάθεια του Ιλια Πριγκοζίν και των συνεργατών του, που προσπάθησαν να υπερβούν τα όρια της παραδοσιακής Φυσικής μέσω της μελέτης πολύπλοκων συστημάτων, τόσο στην ανόργανη, όσο και στην έμβια ύλη.
Όπως κάθε νέα επιστήμη, η θεωρία της πολυπλοκότητας διακρίνεται πρωτίστως όχι για τις χειροπιαστές εφαρμογές, αλλά για τις καινούργιες της έννοιες, τον καινούργιο τρόπο να ατενίζουμε τον κόσμο: Η έννοια-κλειδί είναι η αυτοοργάνωση της ύλης, η ικανότητα συστημάτων που ανταλλάσσουν ενέργεια με το περιβάλλον να αναπτύσσουν και να τελειοποιούν περίπλοκες δομές. Ένα Σύμπαν πολύ περισσότερο δημιουργικό και ευφάνταστο από τον μονότονο, ωρολογιακό μηχανισμό του Λαπλάς. «Ο Θεός δεν είναι παρά το όνομα που έχουμε διαλέξει για την χωρίς όρια δημιουργικότητα στο φυσικό κόσμο, τη βιόσφαιρα και την ανθρώπινη δραστηριότητα», αποφαίνεται ο Κάουφμαν.
Ασφαλώς, η μελέτη των πολύπλοκων συστημάτων απέχει πολύ ακόμη από το να έχει πετύχει τους διακηρυγμένους στόχους της, τη διατύπωση, δηλαδή, γενικών νόμων που περνούν τη δοκιμασία της παρατήρησης και του πειράματος. Έχει ήδη δώσει, όμως, ένα οδηγητικό νήμα, ένα καινούργιο παράθυρο στον κόσμο, προσφέροντας έμπνευση στους πιο διαφορετικούς κλάδους των φυσικών επιστημών, από τη Χημεία μέχρι την Κοσμολογία.
Το Σύμπαν προτιμά την αυτοοργάνωση, δημιουργώντας μέσα από χαοτικές αλληλεπιδράσεις τον χωρόχρονο
Από την κλασική θεωρία της βαρύτητας κατά Νεύτωνα, μέχρι τη γενική θεωρία της σχετικότητας κατά Αϊνστάιν, το Σύμπαν εμφανιζόταν να υπακούει σε αυστηρά ντετερμινιστικούς νόμους, χωρίς κανένα βαθμό αβεβαιότητας - είναι γνωστή, άλλωστε, η παροιμιώδης ρήση του Αϊνστάιν «ο Θεός δεν παίζει ζάρια», ένας αφορισμός εναντίον των πιθανοκρατικών νόμων της Κβαντικής Φυσικής, στη θεμελίωση της οποίας, ωστόσο, και ο ίδιος είχε συμβάλει ουσιωδώς!
Ωστόσο, μια νέα προσέγγιση στα ανοιχτά προβλήματα της Κοσμολογίας από τους J. Ambjorn, J. Jurkiewicz και R. Loll στο τελευταίο τεύχος του περιοδικού Scientific American σκιαγραφεί ένα πιο «ελευθεριακό» Σύμπαν, που αυτοοργανώνεται, δημιουργώντας μέσα από χαοτικές αλληλεπιδράσεις τον ίδιο το χωρόχρονο, υπακούοντας μόνο σε ελάχιστους, στοιχειώδεις κανόνες της Κβαντικής Φυσικής. Οι συγγραφείς προτείνουν μια εναλλακτική μέθοδο στις μέχρι σήμερα επικρατέστερες μεθόδους που ακολουθεί η Κοσμολογία στην προσπάθειά της να συμφιλιώσει την Κβαντική Φυσική με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Είναι η πρώτη φορά, εξ όσων γνωρίζουμε, που γίνεται προσπάθεια να επεκταθούν οι έννοιες και οι μέθοδοι της θεωρίας της πολυπλοκότητας στο πεδίο της Κοσμολογίας.
ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ: Εφημερίδα Καθημερινή, 19-07-08
Η αρχή αυτή συνόψιζε την εικόνα του κόσμου σύμφωνα με την κλασική Φυσική του Γαλιλαίου και του Νεύτωνα. Πρόκειται για την εικόνα ενός Σύμπαντος - ωρολογιακού μηχανισμού, που κυβερνάται από φυσικούς νόμους αυστηρά αιτιοκρατικούς. Αυτή η σκληρή αιτιοκρατία, ο «δαίμονας του Λαπλάς», εξοστράκισε κάθε ιερή ιδέα από τη Φύση, περιορίζοντας τον Θεό, το πολύ - πολύ, στο ρόλο του αδιάφορου ωρολογοποιού, που έφτιαξε τη συσκευή - Σύμπαν, την κούρδισε, την έθεσε σε λειτουργία και από τότε δεν ανακατεύτηκε ξανά στην εξέλιξή της.
Ένας δεύτερος «δαίμονας» ήταν εκείνος του σκληρού αναγωγισμού: Η τάση να αναλύουμε τα πολύπλοκα συστήματα σε όσο γίνεται απλούστερα «εξαρτήματα», από τη μελέτη των οποίων συνάγουμε συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του συνόλου. Ένας φυσικός οργανισμός διαιρείται σε όργανα, τα όργανα σε κύτταρα, τα κύτταρα σε χημικές ενώσεις, οι χημικές ενώσεις σε άτομα, τα άτομα σε ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια κ.ο.κ.
Ένας τρίτος «δαίμονας» ήρθε, ωστόσο, να κλονίσει τη στερεότητα του κλασικού οικοδομήματος γύρω στα 1865, λίγα χρόνια μετά την έκδοση του μνημειώδους έργου του Δαρβίνου «Η Καταγωγή των Ειδών», που θεμελίωσε τη θεωρία της εξέλιξης. Εκείνη τη χρονιά, ο Γερμανός φυσικός Ρούντολφ Κλαούζιους διατύπωσε εκείνο τον «καταραμένο», δεύτερο νόμο της Θερμοδυναμικής, ο οποίος, εν ολίγοις, μας λέει ότι όλα τα πράγματα εξελίσσονται προς τη φθορά, την αποδιοργάνωση, το θάνατο.
Είναι η πρώτη φορά που μια μορφή «εξέλιξης» εισέρχεται στον ανόργανο κόσμο - αλλά πόσο διαφορετική από εκείνη που διέπει την έμβια ύλη! Στην περίπτωση των ζωντανών οργανισμών, η εξέλιξη είναι η δημιουργική, κινητήρια δύναμη που οδηγεί στην εμφάνιση πιο σύνθετων ειδών από τα πιο απλά, τάξης από το χάος, φανταστικής ποικιλότητας από την μονότονη ομοιομορφία. Αντίθετα, στη Φυσική, η εξέλιξη εμφανίζεται καταστροφική: ο δεύτερος νόμος μας λέει ότι ένα σύστημα που δεν επικοινωνεί με το περιβάλλον έχει την τάση να εκφυλίζεται - όπως το σίδερο που σκουριάζει όταν δεν το συντηρούμε, ή το άρωμα που εξατμίζεται όταν ανοίγουμε τη φιάλη. Το μέλλον του Σύμπαντος είναι ο «θερμικός θάνατος», η κατάσταση της καταθλιπτικής ομοιογένειας. Υπό το πρίσμα της κλασικής Φυσικής, η ζωή εμφανίζεται ως αληθινό αίνιγμα και το χάσμα ανάμεσα στην ανόργανη και την έμβια ύλη αβυσσαλέο.
Το νέο βιβλίο του σπουδαίου Αμερικανού βιολόγου Στιούαρτ Κάουφμαν «Η επανεφεύρεση του Ιερού» επιχειρεί να μειώσει αυτό το χάσμα, εξορκίζοντας και τους «δαίμονες» της παραδοσιακής Φυσικής. Διευθυντής του Ινστιτούτου Πολυπλοκότητας και Πληροφορικής στην Αλμπέρτα του Καναδά, ο Κάουφμαν συνεχίζει την πρωτοποριακή προσπάθεια του Ιλια Πριγκοζίν και των συνεργατών του, που προσπάθησαν να υπερβούν τα όρια της παραδοσιακής Φυσικής μέσω της μελέτης πολύπλοκων συστημάτων, τόσο στην ανόργανη, όσο και στην έμβια ύλη.
Όπως κάθε νέα επιστήμη, η θεωρία της πολυπλοκότητας διακρίνεται πρωτίστως όχι για τις χειροπιαστές εφαρμογές, αλλά για τις καινούργιες της έννοιες, τον καινούργιο τρόπο να ατενίζουμε τον κόσμο: Η έννοια-κλειδί είναι η αυτοοργάνωση της ύλης, η ικανότητα συστημάτων που ανταλλάσσουν ενέργεια με το περιβάλλον να αναπτύσσουν και να τελειοποιούν περίπλοκες δομές. Ένα Σύμπαν πολύ περισσότερο δημιουργικό και ευφάνταστο από τον μονότονο, ωρολογιακό μηχανισμό του Λαπλάς. «Ο Θεός δεν είναι παρά το όνομα που έχουμε διαλέξει για την χωρίς όρια δημιουργικότητα στο φυσικό κόσμο, τη βιόσφαιρα και την ανθρώπινη δραστηριότητα», αποφαίνεται ο Κάουφμαν.
Ασφαλώς, η μελέτη των πολύπλοκων συστημάτων απέχει πολύ ακόμη από το να έχει πετύχει τους διακηρυγμένους στόχους της, τη διατύπωση, δηλαδή, γενικών νόμων που περνούν τη δοκιμασία της παρατήρησης και του πειράματος. Έχει ήδη δώσει, όμως, ένα οδηγητικό νήμα, ένα καινούργιο παράθυρο στον κόσμο, προσφέροντας έμπνευση στους πιο διαφορετικούς κλάδους των φυσικών επιστημών, από τη Χημεία μέχρι την Κοσμολογία.
Το Σύμπαν προτιμά την αυτοοργάνωση, δημιουργώντας μέσα από χαοτικές αλληλεπιδράσεις τον χωρόχρονο
Από την κλασική θεωρία της βαρύτητας κατά Νεύτωνα, μέχρι τη γενική θεωρία της σχετικότητας κατά Αϊνστάιν, το Σύμπαν εμφανιζόταν να υπακούει σε αυστηρά ντετερμινιστικούς νόμους, χωρίς κανένα βαθμό αβεβαιότητας - είναι γνωστή, άλλωστε, η παροιμιώδης ρήση του Αϊνστάιν «ο Θεός δεν παίζει ζάρια», ένας αφορισμός εναντίον των πιθανοκρατικών νόμων της Κβαντικής Φυσικής, στη θεμελίωση της οποίας, ωστόσο, και ο ίδιος είχε συμβάλει ουσιωδώς!
Ωστόσο, μια νέα προσέγγιση στα ανοιχτά προβλήματα της Κοσμολογίας από τους J. Ambjorn, J. Jurkiewicz και R. Loll στο τελευταίο τεύχος του περιοδικού Scientific American σκιαγραφεί ένα πιο «ελευθεριακό» Σύμπαν, που αυτοοργανώνεται, δημιουργώντας μέσα από χαοτικές αλληλεπιδράσεις τον ίδιο το χωρόχρονο, υπακούοντας μόνο σε ελάχιστους, στοιχειώδεις κανόνες της Κβαντικής Φυσικής. Οι συγγραφείς προτείνουν μια εναλλακτική μέθοδο στις μέχρι σήμερα επικρατέστερες μεθόδους που ακολουθεί η Κοσμολογία στην προσπάθειά της να συμφιλιώσει την Κβαντική Φυσική με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Είναι η πρώτη φορά, εξ όσων γνωρίζουμε, που γίνεται προσπάθεια να επεκταθούν οι έννοιες και οι μέθοδοι της θεωρίας της πολυπλοκότητας στο πεδίο της Κοσμολογίας.
ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ: Εφημερίδα Καθημερινή, 19-07-08