Στο συλλογικό φαντασιακό των δυτικών κοινωνιών η έρευνα της πραγματικότητας έχει αξία και νόημα μόνο στο μέτρο που μας αποκαλύπτει τους «αιώνιους» και «αμετάβλητους» νόμους της φύσης.
Φανταστείτε λοιπόν πόσο δυσάρεστη έκπληξη ήταν για τους σύγχρονους επιστήμονες αλλά και το ευρύτερο μορφωμένο κοινό, όταν διαπίστωσαν ότι, στις περισσότερες περιπτώσεις, ακόμη και η γνώση των βασικών νόμων δεν συνεπάγεται αυτομάτως την πλήρη κατανόηση των φυσικών ή των κοινωνικών φαινομένων ούτε και οδηγεί, κατ΄ ανάγκην, σε ασφαλείς προβλέψεις για τη μελλοντική τους συμπεριφορά.
Μήπως τελικά έχουν δίκιο όσοι υποστηρίζουν ότι η επιστήμη του εικοστού πρώτου αιώνα είτε θα γίνει «επιστήμη της πολυπλοκότητας» είτε θα πάψει να έχει πρωταγωνιστικό ρόλο στην ανθρώπινη ιστορία;

Από τη νεκροφιλική τάξη στη δημιουργική αταξία

→Δύσκολα θα μπορούσε κανείς να αρνηθεί ότι ζούμε σε έναν ιδιαίτερα πολύπλοκο και αβέβαιο κόσμο. Κι όμως, μέχρι πρόσφατα η επίσημη επιστημονική προπαγάνδα προσπαθούσε να μας πείσει ότι η αταξία είναι μόνο φαινομενική, ενώ η αβεβαιότητα και η τυχαιότητα όλων των σύνθετων φαινομένων απλώς μια ψευδαίσθηση, που οφείλεται αποκλειστικά είτε σε ανθρωποκεντρικές προκαταλήψεις είτε στη διανοητική μας σύγχυση. Είναι όμως έτσι;

Γράφει ο Σπύρος Μανουσέλης

Με αφορμή την παντελή αδυναμία πρόβλεψης των πρόσφατων φυσικών και κοινωνικοοικονομικών καταστροφών έχει, πιστεύουμε, ιδιαίτερο ενδιαφέρον να εξετάσουμε αν, και σε ποιο βαθμό, η σύγχρονη επιστημονική σκέψη είναι σε θέση να κατανοεί αφ’ ενός τη χαώδη και ενίοτε καταστροφική δυναμική της φύσης και αφ’ ετέρου τις νοητικές εμμονές και τις γνωσιακές προκαταλήψεις της ίδιας της επιστήμης, που, μέχρι πολύ πρόσφατα, την εμπόδιζαν να αναγνωρίζει -και ακόμη λιγότερο να κατανοεί- τον ρόλο των χαοτικών φαινομένων και την αποφασιστική σημασία τους στη διαμόρφωση και τη συντήρηση όλων των πολύπλοκων δομών.

Αιώνες τώρα καλλιεργείται η πεποίθηση ότι η ορθολογικότητα της ανθρώπινης σκέψης εξαρτάται αποκλειστικά από την ικανότητά της ή όχι να ερμηνεύει «αιτιοκρατικά» τα φαινόμενα που διερευνά, είτε αυτά είναι φυσικά είτε κοινωνικά. Ισως έτσι δικαιολογείται η επίμονη παραγνώριση και η συστηματική υποβάθμιση του ρόλου της πολυπλοκότητας από την επιστημονική σκέψη, για χάρη των πιο απλοϊκών ντετερμινιστικών εξηγήσεων.

Πάντως, όπως θα δούμε, η σχετικά πρόσφατη αναγνώριση του δημιουργικού ρόλου της αταξίας και της αυτοοργάνωσης στη διαμόρφωση των περισσότερων φυσικών φαινομένων συνεπάγεται τη ριζική αναθεώρηση όχι μόνο της κυρίαρχης, μέχρι πολύ πρόσφατα, επιστημονικής προσέγγισης, αλλά και του ίδιου του μοντέλου της επιστημονικής ορθολογικότητας.

Η έκπτωση από τον παράδεισο της γραμμικής αιτιότητας

Με ποια κριτήρια μπορούμε να αποτιμήσουμε την επιτυχία ή όχι μιας αιτιοκρατικής περιγραφής, ό,τι δηλαδή θεωρείται σήμερα ως μια επιστημονικά αποδεκτή εξήγηση; Ο ασφαλέστερος τρόπος είναι η μαθηματικοποίηση του προβλήματος. Και, ως γνωστόν, οι διαφορικές εξισώσεις αποτελούν αποδεδειγμένα τον πλέον επιτυχή τρόπο να «μεταφράζονται» στη γλώσσα των μαθηματικών οι γραμμικές, δηλαδή οι ντετερμινιστικές διασυνδέσεις μεταξύ αιτίας και αποτελέσματος.

Πράγματι, όπως απέδειξε τον 17ο αιώνα ο μέγας Νεύτων, εφαρμόζοντας τον διαφορικό λογισμό στην περιγραφή των φυσικών φαινομένων μπορούμε όχι απλώς να εξηγήσουμε νομοτελειακά (π.χ. με τον νόμο της βαρύτητας) τη δυναμική ορισμένων φυσικών φαινομένων στο παρελθόν, το παρόν και το μέλλον, αλλά και να ενοποιήσουμε φυσικά φαινόμενα τα οποία μέχρι τότε έμοιαζαν να είναι εντελώς ανεξάρτητα: από την πτώση ενός μήλου πάνω στη γη μέχρι την κίνηση ενός πλανήτη ή ενός δορυφόρου γύρω από τον Ηλιο.

Σύμφωνα με αυτό το γραμμικό-αιτιοκρατικό πρότυπο εξήγησης, μικρά αίτια προκαλούν πάντα μικρά αποτελέσματα, ενώ όλες οι σημαντικές ή οι μεγάλες αλλαγές που παρατηρούνται προκύπτουν, υποτίθεται, αποκλειστικά από την συσσώρευση πολλών μικρών αιτιών.

«Η επιστήμη εξακολουθεί να είναι η εξ αποκαλύψεως προφητική περιγραφή του κόσμου, όπως αυτός φαίνεται από ένα θεϊκό ή δαιμονικό σημείο αναφοράς». Με αυτό το καυστικό σχόλιο ο νομπελίστας Ιλια Πριγκοζίν (I. Prigogine) και η στενή συνεργάτις του Ιζαμπέλ Στέντζερς (I. Stengers) στιγματίζουν τις μεταφυσικές προϋποθέσεις και τις ιδεοληψίες της κλασικής φυσικής, δηλαδή της επιστήμης του Νεύτωνα, «του νέου Μωυσή, στον οποίο αποκαλύφθηκε η αλήθεια του κόσμου», όπως επισημαίνουν στο σπουδαίο βιβλίο τους «Τάξη μέσα από το Χάος» (ελλ. έκδ. Κέδρος).

Πράγματι, ήδη από τον 17ο αιώνα, την εποχή της διαμόρφωσης της νεότερης επιστημονικής μεθόδου από τους Γαλιλαίο, Καρτέσιο και Νεύτωνα, η κατανόηση και η τεχνολογική ιδιοποίηση του φυσικού κόσμου βασίστηκαν στην αναγωγιστική σκέψη και πρακτική: στην απλοποίηση των προβλημάτων μέσω των κατάλληλων μαθηματικών εργαλείων, και στη συστηματική αναγωγή των σύνθετων φαινομένων σε πιο απλά, τα οποία και θεωρούνταν ως «τα αίτια» των πρώτων.

Εντούτοις, από τότε ήταν γνωστό ότι πάρα πολλά φυσικά ή κοινωνικά φαινόμενα ήταν, και σε μεγάλο βαθμό παραμένουν ακόμη και σήμερα, μη προβλέψιμα. Τυπικά παραδείγματα είναι οι ξαφνικές μεταβολές του καιρού, οι καταστροφικοί σεισμοί, η εκδήλωση μιας ασθένειας ή η ταχύτατη διάδοση μιας επιδημίας, καθώς και οι σοβαρές χρηματοπιστωτικές κρίσεις ή οι μεγάλες ιστορικές και κοινωνικές αλλαγές.

Οπως, δυστυχώς, διαπιστώνουμε καθημερινά, η περιγραφή μέσω γραμμικών εξισώσεων των πολυάριθμων αιτιών ή της πολύπλοκης δυναμικής αυτών των φαινομένων είναι όχι μόνον απελπιστικά δύσκολη αλλά και παραπλανητική, ενώ και οι όποιες προβλέψεις μας σχετικά με τη μελλοντική τους εξέλιξη αποδεικνύονται εξίσου επισφαλείς και αβέβαιες.

Παρά τις επίμονες προσπάθειές της η «κλασική» επιστήμη απέτυχε να εξηγήσει νομοτελειακά αυτά τα φαινόμενα. Και το χειρότερο, η έρευνα στη Φυσική τον εικοστό αιώνα απέδειξε πως τόσο τα αόρατα μικροσκοπικά όσο και τα ορατά μακροσκοπικά συστήματα, αυτά δηλαδή που μελετούν οι αστροφυσικοί, οι γεωλόγοι, οι βιολόγοι, οι μηχανικοί, οι γιατροί, οι οικονομολόγοι, υπακούουν σε δύο τουλάχιστον θεμελιώδεις αρχές οργάνωσης:

1. Οι απλοί νόμοι δεν οδηγούν κατ’ ανάγκην σε απλές συμπεριφορές, και

2. Eλάχιστες και φαινομενικά ασήμαντες μεταβολές στις παραμέτρους που διαμορφώνουν ένα πολύπλοκο (δηλαδή μη γραμμικό) σύστημα, μπορεί να οδηγήσουν στο μέλλον σε τεράστιες μεταβολές στη δομή και τη συμπεριφορά του.

Φανταστείτε, λοιπόν, το σοκ και τις δραματικές συνέπειες που είχε η εντελώς απρόσμενη ανακάλυψη ότι οι απολύτως ντετερμινιστικοί φυσικοί νόμοι και οι πιο αυστηροί κανόνες οργάνωσης της φύσης οδηγούν κατά κανόνα σε εντελώς χαώδεις και εγγενώς μη προβλέψιμες συμπεριφορές.

Πρόκειται για το πολύ συνηθισμένο φαινόμενο που σήμερα περιγράφεται ως «ντετερμινιστικό χάος» (σημειώστε το οξύμωρο των δύο όρων), και παρατηρείται σε όλα τα πολύπλοκα συστήματα. Ερευνώντας μάλιστα τη συμπεριφορά τέτοιων πολύπλοκων δομών οι επιστήμονες κατέληξαν ότι είναι πάντα «μη γραμμική»: δεν μπορούμε να προβλέψουμε τη μελλοντική τους συμπεριφορά, ακόμη κι αν γνωρίζουμε επαρκώς τις αρχικές συνθήκες ή τις προγενέστερες καταστάσεις τους.

Η πρώτη «ντροπαλή» εμφάνιση του χάους

Αν θα ήθελε κανείς οπωσδήποτε να προσδιορίσει την ημερομηνία εισόδου της χαώδους δυναμικής στην επιστήμη της Φυσικής, θα έπρεπε να ανασύρει από τη σκόνη της Ιστορίας το πρωτοποριακό, αν και επί δεκαετίες λησμονημένο, έργο του Ζιλ-Ανρί Πουανκαρέ.

Ο μεγαλοφυής Γάλλος φυσικός και μαθηματικός δημοσίευσε το 1889 (!) μια εντυπωσιακή μελέτη με τον φαινομενικά αθώο τίτλο «Σχετικά με το πρόβλημα των τριών σωμάτων και τις εξισώσεις της δυναμικής». Σε 270 σκοτεινές σελίδες αυτός ο συντηρητικός επαναστάτης απέδειξε μαθηματικά ότι το μεγάλο όνειρο της «κλασικής» Φυσικής για την πλήρη πρόβλεψη της μελλοντικής συμπεριφοράς ενός σύνθετου φυσικού συστήματος, το οποίο αποτελείται μόνο από τρία αλληλεπιδρώντα σώματα, είναι καταδικασμένο να μείνει απραγματοποίητο, και όχι τόσο εξαιτίας πρακτικών αδυναμιών αλλά αντίθετα από εγγενή φυσικά αίτια.

Το πρόβλημα των «τριών σωμάτων» αποτελεί την πιο απλή εκδοχή του προβλήματος της αμοιβαίας αλληλεπίδρασης των «πολλαπλών σωμάτων», που επί έναν αιώνα αποτελούσε τον εφιάλτη της νευτώνειας δυναμικής. Για να μελετήσει αυτήν την ασύλληπτης δυσκολίας σπαζοκεφαλιά, ο Πουανκαρέ αποφάσισε να υιοθετήσει μια γεωμετρική ή ακριβέστερα μια τοπολογική προσέγγιση του προβλήματος, να αναλύσει δηλαδή τις τροχιές των τριών αλληλεπιδρώντων σωμάτων στον χώρο των φάσεων. Πρόκειται για έναν αφηρημένο μαθηματικό χώρο που αποδεικνύεται εξαιρετικά χρήσιμος και βολικός για την αναπαράσταση περίπλοκων δυναμικών αλληλεπιδράσεων.

Αναλύοντας υπομονετικά τα γραφήματα που προέκυπταν από την είσοδο ενός τρίτου σώματος, κατέληξε στο εξωφρενικό (για εκείνη την εποχή) συμπέρασμα ότι οι μακροχρόνιες προβλέψεις είναι αδύνατες διότι οι μαθηματικές εξισώσεις, δηλαδή οι σειρές που περιγράφουν τις τροχιές των τριών αλληλεπιδρώντων ουράνιων σωμάτων, όχι μόνο δεν συγκλίνουν σε κάποιες προκαθορισμένες θέσεις, αλλά αντίθετα αποκλίνουν!

Πρώτος λοιπόν ο Πουανκαρέ ανέδειξε πόσο ουτοπικό και πρακτικά ανεφάρμοστο ήταν το φιλόδοξο πρόγραμμα της «κλασικής» Φυσικής για την πλήρη ντετερμινιστική περιγραφή και την ασφαλή πρόβλεψη όλων των φυσικών φαινομένων. Ανοίγοντας έτσι το δρόμο -χωρίς ίσως να το συνειδητοποιεί και ο ίδιος- για την επέλαση του χάους στη σύγχρονη επιστημονική σκέψη.

Μια πεταλούδα μάς αποκαλύπτει τις ανεπάρκειες του ντετερμινισμού

Πώς όμως εξηγείται ότι χρειάστηκε να περάσουν πάνω από 60 χρόνια μέχρι να αρχίσουν οι φυσικοί να ανακαλύπτουν «εκ νέου» και να συνειδητοποιούν τις απρόσμενες επιστημονικές και φιλοσοφικές συνέπειες της πρωτοποριακής έρευνας του Ζιλ-Ανρί Πουανκαρέ;

Η απάντηση σε αυτό το φαινομενικά αθώο ερώτημα δεν είναι ούτε απλή ούτε προφανής. Και αυτό γιατί σε αυτήν τη συστηματική «παράλειψη» εμπλέκονται όχι μόνο οι συνήθεις συντηρητικές αντιδράσεις της επιστημονικής κοινότητας απέναντι στις ριζικά νέες προσεγγίσεις, αλλά και ο φόβος ότι η αποδοχή του χάους και της μη προβλεψιμότητας θα ανέτρεπε κάθε ελπίδα για μια απλή και ενιαία εξήγηση της φύσης. Ελπίδα που αποτέλεσε, και ώς έναν βαθμό αποτελεί ακόμη, τον θεμελιωτικό μύθο της επιστήμης.

Πιο συγκεκριμένα, η συνήθης απολογητική στρατηγική που υιοθετούν αρκετοί φυσικοί είναι να επικαλούνται την προσωρινή άγνοιά μας κάποιων «κρυφών παραμέτρων». Με άλλα λόγια, διατείνονται ότι η εξόφθαλμη αδυναμία μας να κατανοήσουμε ή να προβλέψουμε τέτοια πολύπλοκα φυσικά φαινόμενα δεν οφείλεται καθόλου στην απλοϊκή και απλουστευτική μέθοδο προσέγγισής τους αλλά στην παράλειψη κάποιας μεταβλητής, την οποία «απλώς» δεν λαμβάνουμε υπόψη μας επειδή την αγνοούμε.

Ωστόσο, η αποδοχή της εγγενούς αστάθειας των φυσικών, των βιολογικών αλλά και των κοινωνικών συστημάτων, ενώ επιβάλλει κάποιους οδυνηρούς περιορισμούς, ταυτόχρονα ανοίγει και νέες δυνατότητες στην ανθρώπινη γνώση. Τυπικό παράδειγμα μιας πολύπλοκης και μη γραμμικά αναδυόμενης συμπεριφοράς αποτελεί η πρόβλεψη του καιρού.

Ολοι γνωρίζουμε εμπειρικά ότι τον χειμώνα κάνει κρύο ενώ το καλοκαίρι ζέστη. Πολύ πιο δύσκολο είναι να καθορίσουμε εκ των προτέρων, δηλαδή να προβλέψουμε, τις ακριβείς καιρικές συνθήκες που θα εκδηλωθούν, ας πούμε, έπειτα από δεκαπέντε ή περισσότερες ημέρες. Και όμως, γνωρίζουμε αρκετά καλά από ποιες βασικές μεταβλητές εξαρτάται ο καιρός σε έναν τόπο τη δεδομένη χρονική στιγμή. Παρ΄ όλα αυτά ο χρονικός ορίζοντας για μια ασφαλή πρόβλεψη των καιρικών συνθηκών παραμένει απελπιστικά περιορισμένος.

Το γιατί συμβαίνει αυτό το ανακάλυψε το 1963 ο μαθηματικός-μετεωρολόγος Εντουαρντ Λόρεντζ (Edward N. Lorenz) όταν, θέλοντας να προσομοιώσει στον υπολογιστή ένα μοντέλο πρόβλεψης του καιρού, εισήγαγε τρία είδη δεδομένων -θερμοκρασία, πίεση του αέρα και ταχύτητα του ανέμου- υπό τη μορφή τριών συζευγμένων μεταξύ τους μη γραμμικών εξισώσεων που καθέ μια από αυτές περιγράφει τις τρεις μεταβλητές. Οι εξισώσεις είναι μεταξύ τους συζευγμένες επειδή τα αποτελέσματα κάθε εξίσωσης εισάγονται ως ακατέργαστα δεδομένα στις επόμενες εξισώσεις, δημιουργώντας έναν βρόχο ανάδρασης.

Ετσι, χωρίς να το γνωρίζει, ο Λόρεντζ επανέλαβε ό,τι είχε κάνει πριν από 60 χρόνια ο Πουανκαρέ. Και μάλιστα κατέληξε στα ίδια συμπεράσματα: όπως ακριβώς τα τρία ουράνια σώματα, έτσι και οι τρεις ανατροφοδοτούμενες καιρικές μεταβλητές μας αποκαλύπτουν την ύπαρξη ενός μη γραμμικού χαοτικού συστήματος, η συμπεριφορά του οποίου, έπειτα από κάποιο χρονικό διάστημα, είναι ουσιαστικά απρόβλεπτη. Μολονότι απλοποιημένο αυτό το καιρικό σύστημα είναι εξαιρετικά ευαίσθητο ακόμη και στις πιο ασήμαντες επιρροές. Ετσι, ακραία καιρικά φαινόμενα σε έναν τόπο μπορούν να πυροδοτηθούν από το φτερούγισμα μιας πεταλούδας σε κάποια μακρινή περιοχή!

Η επέλαση του χάους στη σύγχρονη Φυσική

Σε ό,τι αφορά ειδικότερα την επιστήμη της Φυσικής, η οποία αποτελούσε το γνωστικό και το μεθοδολογικό πρότυπο για κάθε άλλη «θετική» επιστήμη, η αναγνώριση αυτών των δύο ανυπέρβλητων περιορισμών της γνώσης μας, δηλαδή η διττή αδυναμία αναγωγής των φαινόμενων σε απλούστερα αίτια και της ασφαλούς πρόβλεψης, ήταν ένα επώδυνο επιστημολογικό σοκ. Σαν να μην έφτανε η θεμελιώδης «αρχή απροσδιοριστίας» της κβαντικής μικροφυσικής, τώρα επιβάλλεται να αποδεχτούμε κάποια σαφή και ανυπέρβλητα όρια στη γνώση και του μακρόκοσμου!

Πάντως, η πρώτη θεωρητική αποκρυστάλλωση της παντοδυναμίας της αταξίας, αλλά και της θεωρητικής και πρακτικής αδυναμίας να εξηγήσουμε την προέλευση της τάξης και της πολυπλοκότητας, διατυπώθηκε ήδη από τα μέσα του 19ου αιώνα με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Σύμφωνα με αυτόν, η αταξία στο ορατό Σύμπαν τείνει να μεγαλώνει επειδή η συνολική ενέργεια που περιέχει τείνει βαθμιαία να υποβαθμίζεται. Με άλλα λόγια, η συνολική «εντροπία» του Σύμπαντος μπορεί μόνο να αυξάνει με το πέρασμα του χρόνου.

Αν όμως ισχύει αυτός ο αδυσώπητος νόμος της υποβάθμισης της ενέργειας και άρα της μεγιστοποίησης της αταξίας, τότε πώς εξηγείται η ανάδυση και η εξέλιξη μέσα στο Σύμπαν εξαιρετικά πολύπλοκων φαινομένων, όπως π.χ. η γένεση και η εξέλιξη των γαλαξιών ή της ζωής, καθώς και η επιβίωση των ανθρώπων με τις περίπλοκες και εξαιρετικά ενεργοβόρες κοινωνίες τους;

Η αχίλλειος πτέρνα της «κλασικής» θερμοδυναμικής ήταν ότι ισχύει και εφαρμόζεται μόνο σε «κλειστά» και «απομονωμένα» συστήματα, δηλαδή σε ιδανικά συστήματα που δεν ανταλλάσσουν ύλη και ενέργεια με το περιβάλλον τους. Αντίθετα, όπως διαπίστωσαν κατά το δεύτερο ήμισυ του εικοστού αιώνα, ενώ αυτός ο νόμος έχει όντως καθολική ισχύ αφήνει πολλά περιθώρια και ελευθερίες για τη δημιουργία τοπικά πολύπλοκων δομών!

Χάρη στο πρωτοποριακό έργο του Ιλια Πριγκοζίν και της περίφημης σχολής των Βρυξελλών η πολυπλοκότητα έπαψε να θεωρείται αφηρημένη ή ασαφής έννοια που ταιριάζει μόνο στις πιο «ελαφρές» επιστήμες, όπως η Βιολογία, αντίθετα αναδείχτηκε σε πολύ συγκεκριμένη φυσική κατηγορία που περιγράφει, με τρόπο αναγκαστικά μη αναγωγιστικό, όλες εκείνες τις σύνθετες φυσικές δομές και διεργασίες που ενώ τις παρατηρούσαμε δεν διαθέταμε τα μέσα για να τις περιγράψουμε.

Μακριά από τη θερμοδυναμική ισορροπία, η οποία ισοδυναμεί με τον ενεργειακό θάνατο και την απόλυτη αταξία, η φύση μπορεί να αυτό-οργανώνεται και να πολυπλοκοποιείται, κοντολογίς να εξελίσσεται και να αποκτά ιστορία. Μια ακόμη επιβεβαίωση για το ότι η ισχύς των φυσικών νόμων δεν αποκλείει καθόλου -ούτε όμως και επιβάλλει νομοτελειακά!- την ανάδυση πολύπλοκων φυσικών δομών και απρόβλεπτων συμπεριφορών.

Στο επόμενο άρθρο μας θα εξετάσουμε πώς η προσέγγιση της πολυπλοκότητας επηρέασε τις πρόσφατες εξελίξεις στις επιστήμες τις ζωής, επιβάλλοντας νέες και ανοίκιες εξηγήσεις των πολύπλοκων βιολογικών φαινομένων.