Μια νέα επιστήμη εξορκίζει παλιούς δαίμονες Η θεωρία των πολύπλοκων συστημάτων θέλει να ρίξει τα τείχη ανάμεσα στη Φυσική, τη Βιολογία και τις Κοινωνικές Επιστήμες
Του Πετρου Παπακωνσταντινου
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.
Ενα 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.
Ενας 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. Ενας 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.
Ενας 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.
Οπως 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.
Ενα 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. Εχει 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 Americaσκιαγραφεί 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.
http://news.kathimerini.gr/4dcgi/_w_articles_world_1_19/07/2008_278268
=========
Το Προσωπο: Ιλια Πριγκοζίν Από το χάος στην τάξη
Θεμελιωτής της θεωρίας της πολυπλοκότητας, ο Ιλια Πριγκοζίν (1917- 2003) αναγνωρίζεται ως εκ των πρωτοπόρων της τελευταίας μεγάλης, επιστημονικής επανάστασης του εικοστού αιώνα, η οποία τροποποίησε ουσιωδώς τον τρόπο που σκεπτόμαστε θεμελιώδεις έννοιες, όπως ο χρόνος, το χάος και η τάξη.
Γεννήθηκε στη Μόσχα λίγους μήνες πριν από την Οκτωβριανή Επανάσταση.
Η οικογένειά του δεν έβλεπε με καλό μάτι το σοβιετικό καθεστώς και εγκαταστάθηκε αρχικά στη Γερμανία, το 1921, και τελικά στο Βέλγιο, το 1929. Ο Ιλια Πριγκοζίν ακολούθησε την επιστήμη του πατέρα του, τη Χημεία και το 1959 έγινε διευθυντής του διάσημου, διεθνούς Ινστιτούτου Σολβέ.
Το 1977, τιμήθηκε με το Βραβείο Νομπέλ στη Χημεία για τις πρωτοποριακές έρευνές του γύρω από τις «καταναλωτικές δομές» (dissipative structures), οι οποίες έθεσαν τα πρώτα θεμέλια για την υπέρβαση του χάσματος μεταξύ Φυσικής και Βιολογίας, των νόμων της ανόργανης και εκείνων της έμβιας ύλης.
Κεντρική θέση στο επιστημονικό οικοδόμημα και στους φιλοσοφικούς προβληματισμούς του Πριγκοζίν κατέχει η έννοια του χρόνου.
Στην κλασική Μηχανική του Νεύτωνα, αλλά και στη σύγχρονη, Κβαντική Φυσική, οι νόμοι της Φύσης εμφανίζονται ως «χρονικά αντιστρέψιμοι», δεν διακρίνουν, δηλαδή, το παρελθόν από το μέλλον.
Ωστόσο, σειρά φαινομένων όπως η διάχυση ενός αερίου, η ραδιενεργός διάσπαση ενός πυρήνα, η έκρηξη μιας βόμβας ή και η πορεία ενός οργανισμού από τη γέννηση στην ωριμότητα και τελικά στον θάνατο, είναι μη αντιστρέψιμες διαδικασίες.
Ο Πριγκοζίν ανέλαβε το εξαιρετικά φιλόδοξο εγχείρημα να επαναδιατυπώσει τους βασικούς νόμους της Φυσικής ενσωματώνοντας, τρόπον τινά, το «βέλος του χρόνου» - μια έμπνευση που συνεχίζει να γονιμοποιεί ερευνητικές προσπάθειες της Σχολής των Βρυξελλών, την οποία ίδρυσε ο μεγάλος επιστήμονας.
http://news.kathimerini.gr/4dcgi/_w_articles_world_1_19/07/2008_278266
Του Πετρου Παπακωνσταντινου
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.
Ενα 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.
Ενας 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. Ενας 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.
Ενας 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.
Οπως 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.
Ενα 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. Εχει 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 Americaσκιαγραφεί 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.
http://news.kathimerini.gr/4dcgi/_w_articles_world_1_19/07/2008_278268
=========
Το Προσωπο: Ιλια Πριγκοζίν Από το χάος στην τάξη
Θεμελιωτής της θεωρίας της πολυπλοκότητας, ο Ιλια Πριγκοζίν (1917- 2003) αναγνωρίζεται ως εκ των πρωτοπόρων της τελευταίας μεγάλης, επιστημονικής επανάστασης του εικοστού αιώνα, η οποία τροποποίησε ουσιωδώς τον τρόπο που σκεπτόμαστε θεμελιώδεις έννοιες, όπως ο χρόνος, το χάος και η τάξη.
Γεννήθηκε στη Μόσχα λίγους μήνες πριν από την Οκτωβριανή Επανάσταση.
Η οικογένειά του δεν έβλεπε με καλό μάτι το σοβιετικό καθεστώς και εγκαταστάθηκε αρχικά στη Γερμανία, το 1921, και τελικά στο Βέλγιο, το 1929. Ο Ιλια Πριγκοζίν ακολούθησε την επιστήμη του πατέρα του, τη Χημεία και το 1959 έγινε διευθυντής του διάσημου, διεθνούς Ινστιτούτου Σολβέ.
Το 1977, τιμήθηκε με το Βραβείο Νομπέλ στη Χημεία για τις πρωτοποριακές έρευνές του γύρω από τις «καταναλωτικές δομές» (dissipative structures), οι οποίες έθεσαν τα πρώτα θεμέλια για την υπέρβαση του χάσματος μεταξύ Φυσικής και Βιολογίας, των νόμων της ανόργανης και εκείνων της έμβιας ύλης.
Κεντρική θέση στο επιστημονικό οικοδόμημα και στους φιλοσοφικούς προβληματισμούς του Πριγκοζίν κατέχει η έννοια του χρόνου.
Στην κλασική Μηχανική του Νεύτωνα, αλλά και στη σύγχρονη, Κβαντική Φυσική, οι νόμοι της Φύσης εμφανίζονται ως «χρονικά αντιστρέψιμοι», δεν διακρίνουν, δηλαδή, το παρελθόν από το μέλλον.
Ωστόσο, σειρά φαινομένων όπως η διάχυση ενός αερίου, η ραδιενεργός διάσπαση ενός πυρήνα, η έκρηξη μιας βόμβας ή και η πορεία ενός οργανισμού από τη γέννηση στην ωριμότητα και τελικά στον θάνατο, είναι μη αντιστρέψιμες διαδικασίες.
Ο Πριγκοζίν ανέλαβε το εξαιρετικά φιλόδοξο εγχείρημα να επαναδιατυπώσει τους βασικούς νόμους της Φυσικής ενσωματώνοντας, τρόπον τινά, το «βέλος του χρόνου» - μια έμπνευση που συνεχίζει να γονιμοποιεί ερευνητικές προσπάθειες της Σχολής των Βρυξελλών, την οποία ίδρυσε ο μεγάλος επιστήμονας.
http://news.kathimerini.gr/4dcgi/_w_articles_world_1_19/07/2008_278266
Σχόλια