Teorija haosa: Ključ za nered?
Granica između stabilnosti i katastrofe je mnogo kompleksnija nego što se to da zaključiti naučnim metodama baziranim na njutnovskoj fizici, jer i nered ima svoja pravila - poručuju predstavnici teorije haosa, komentarišući aktuelni "atmosferski šok" koji je pogodio Planetu
U pokušajima da objasne šta se svetu dogodilo ovog leta, tokom kojeg su se ustaljene vremenske prilike okrenule naopako i zapretile "biblijskim potopom", jedan broj eksperata je stao na stanovište da osnovni uzrok nije globalno zagrevanje, već veoma kompleksan prirodni fenomen, poznat u nauci kao "velika osetljivost na početne uslove". Reč je o univerzalnoj pojavi, koju karakteriše pravilo da veoma male, takoreći zanemarljive, fizičke promene mogu da izazovu neslućene posledice u, naizgled, stabilnim sistemima. U meteorologiji ovaj fenemen je poznat kao "efekat leptira" i u praksi znači da neki efemerni prirodni proces, koji uskomeša vazduh u Pekingu danas, može bitno da izmeni olujne sisteme iznad Njujorka za mesec dana.
Neregularna strana prirode
U pitanju je jedan od osnovnih postulata takozvane teorije determinističkog haosa, koja, kako tvrde njeni zastupnici, "počinje tamo gde klasična nauka prestaje". Potonja je vekovima živela u jednoj posebnoj vrsti neznanja u vezi sa neredima u atmosferi, fluktuacijama raznih populacija živih bića, ili oscilacijama u srcu i mozgu.
Ta "neregularna" strana prirode, diskontinuirana, sklona greškama, bila je za nauku, kojoj je još od Aristotela, preko Galileja i Njtna, traganje za pravilnošču predstavljalo imperativ, u najmanju ruku - neprijatnost, eksperimentalna greška koja kvari "oštrinu slike". Logika terorije haosa je obrnuta: njome se traži put kroz nered i sugeriše da iza slučajnosti u složenim procesima postoje univerzalna pravila ponašanja. Inspiratori ove ideje bili su Anri Poenkare i Albert Ajnštajn, ali je njen razvoj započet tek krajem šezdesetih godina prošlog veka i to upravo u oblasti meteorologije.
[TABLE]
Savremeni vrači
To su bile godine prepune optimizma, ne samo u pogledu predskazivanja vremena, već i mogućnosti njegove modifikacije i kontrole. Dva tehnološka čuda su sazrevala uporedo - veštački satelit i kompjuter, a sa njima i ideje o geodezijskim kupolama i mogućnostima naučnika da izazovu ili zaustave kišu. Intelektualni otac ovih nadanja bio je Fon Nojman, koji je svoj prvi kompjuter sačinio sa krajnjim ciljem da se uspostavi precizna prognoza, a zatim i kontrola vremenskih prilika. Okružen meteorolozima, držao je zapanjujuća predavanja, koja su, osim pukog optimizma, sadržavala i neke konkretne matematičke postulate o kritičnim tačkama u složenim dinamičkim sistemima, na kojima je dovoljna minimalna intervencija da bi se izazvale krupne posledice.
Početkom osamdesetih godina, već je postojala ogromna i skupa birokratija, upregnuta u realizaciju Nojmanove misije, pre svega onog dela koji se odnosio na precizne vremenske prognoze. Vremenski podaci pristizali su iz sata u sat iz svih krejeva sveta, ali je Nojmanova ekipa po tačnosti prognoza ipak zaostajala za Evropskim centrom za srednjoročne meteorološke prognoze, smeštenim nedaleko od Londona. Na vrhuncu oduševljenja za zajedničko tržište, Evropa je započela trku sa Amerikom, objedinjujući svoje resurse i ljudske potencijale.
Činjenica da je baš meteorologija bila u pitanju, nije slučajna, jer su evropski stručnjaci izračunali da se svake godine postižu milijarde dolara uštede, zahvaljujući preciznim vremenskim prognozama. Ali, i najbolje američke i evropske prognoze bile su validne samo u roku od dva do tri dana. Za dalje od toga bile su spekulativne, a za periode duže od sedam dana - bezvredne. Uzrok je bila neka efemerna, ali nepredvidljiva, pojava u lokalnoj klimi, koja je mogla da izazove čitav dijapazon posledica na globalnom nivou.
"Efakat leptira"
Otkriće nije bilo novo, do njega se takođe došlo sredinom šezdesetih godina. Ali, za razliku od Nojmana, njegov idejni tvorac Edvard Lorenc, matematičar presvučen u meteorologa, u to vreme doživljen je kao "negativni junak", koji je svojim tezama "parao uši" optimistički zahuktaloj zapadnoj nauci. Naime, Lorencovo polazište baziralo se na pitanju koje je njegovim kolegama zvučalo apsurdno: da li postoji klima? Drugim rečima, imaju li vremenske prilike na našoj planeti ikakvu dugoročnu prosečnu vrednost?
Većina tadašnjh, ali i sadašnjih, meteorologa smatra da se odgovor na to pitanje podrazumeva: svako merljivo ponašanje, ma kakve bile njegove fluktuacije, mora imati neki svoj prosek. Ali, Lorenc je smatrao da to baš i nije tako jasno, ukazujući na činjenicu da se prosečne vremenske prilike u poslednjih 12 hiljada godina, bitno razlikuju od onih koje su vladale u prethodnom, ledenom dobu.
Iz toga su usledila i druga pitanja: da li je smena jedne klime drugom uzrokovana fizičkim razlozima? Ili zemlja ima jednu mnogo dugoročniju, stvarnu klimu, u kojoj su to samo "kratkotrajni" usponi i padovi? Da li je, čak, moguće da sistem kao što su atmosferske prilike naprosto nema ni jednu prosečnu tačku ka kojoj bi konvergirao?
Tragajući za odgovorima, Lorenc se fokusirao na nelinearne jednačine koje su - za razliku od matematičkih modela na kojima je bazirana klasična nauka i koji predstavljaju apsolutno pouzdan most od uzroka ka posledici - pokazivale da mala promena u početnim uslovima, izaziva, začas, ogromne razlike u izlaznom rezultatu.
Ubacivši jednačine u komjuter, dobio je grafičku predstavu koja je podsećala na krila leptira i jasno pokazivala jednu suptilnu geometrijsku strukturu u kojoj je poredak maskiran u nasumičnost. Uvidevši da je u njegovom modelu atmosferskih prilika usađeno još nešto osim slučajnosti, Lorenc je posvećivao sve više pažnje matematici onih sistema koji nikada ne pronalaze stabilno stanje i koji se uvek ponavljaju maltene tačno, ali nikada sasvim identično.
Ono što je kod Lorencovih kolega izazvalo posebno zaprepašćenje bila je činjenica da je on, pomoću matematičkih modela, na kompjuteru veoma uspešno imitirao i aperiodičnost i osetljivu zavisnost od inicijalnih uslova. Naučnici su se pitali kako je moguće da takvo bogatstvo i nepredvidivost izrastu iz jednog prostog determinističkog sistema?!
Naučnici "nomadi"
Uprkos činjenici da je dočekano "na nož" od strane akademskih krugova, ovo otkriće, poznato kao Lorencov atraktor ili "efekat leptira", pokrenulo je lavinu u naučnom svetu, koja se više nije mogla zaustaviti. Oko njegove teorije počeli su da se okupljaju eksperti iz različitih struka, optužujući dotadašnju nauku za redukcionizam i najavljujući jedan novi trend - posmatranje i proučavanje složenosti prirode kao celine. Novorođena teorija haosa je bila posebno zaslužna za ponovno približavanje matematike i fizike, koje su skoro tri decenije bile "u razvodu", jer su nakon Ajnštajnove teorije relativnosti počele da se razvijaju u različitim pravcima. Haos je direktno podstakao i masovnu upotrebu računara, do tada preziranu od vodećih matematičara i fizičara kao "mehanički način mišljenja".
[TABLE]
Put od pobunjenika do zvanično priznatih eksperata bio je težak i spor. Ali, zapanjujuća poruka koju je haos doneo svetu, da slučajne pojave mogu biti pod vlašću nekih zakona, drugačijih od onih koje poznajemo, produkovala je pristup da nepravilnosti nisu samo "kvarovi" na čistoti euklidovske geometrije, već često jedini ključ za suštinu neke stvari.
Ili, kako je o tome govorio čuveni matematičar Benza Mandelbort, koji je važio za "svaštara i nomada", pre nego što se izborio za zvanična priznanja svojih otkrića: "Kroz mnoge nauke sam išao zavirujući u njihove kante za otpatke, tragajući za haotičnim fenomenima za koje su se moje kolege karijeristi pravili da ne postoje, zato što sam pretpostavljao da ono za čim tragam nije izuzetak, nego da se pojavljuje na mnogo mesta".
Slično su razmišljali i matematičari i fizičari okupljeni u laboratoriji u Santa Kruzu, tragajući za odgovorima na pitanja odakle dolazi nasumičnost i da li je nepredvidivost moguće meriti? Uvideli su da postoji "čitavo jedno kraljevstvo fizičkog iskustva, koje se uopšte ne uklapa u važeću savremenu fiziku". Zapanjivala ih je mogućnost da regularan fizički sistem, koji je u klasičnoj fizici već odavno do kraja proučen, nakon jednog malog iskoraka u stranu, u drugačiji parametarski prostor, bude sagledan u potpuno drugačijem kontekstu - na koji se onih hiljade klasičnih analiza uopšte ne mogu primeniti!
Opovrgavanje konačne presude?
"Haosolozi" su utemeljili i drugačiji ugao u sagledavanju čuvenog Drugog zakona termodinamike. Kao što je poznato, to je loša naučna vest da Vaseljena predstavlja jednosmernu ulicu, koja neminovno završava u maksimalnoj entropiji. Drugi zakon termodinamike je presuda protiv koje nije moguće uložiti žalbu! Ali, fizičare okupljene oko teorije haosa, najpre je zanimalo pitanje kako je moguće da besciljni tokovi energije, kao nekakva bujica, nanesu život i inteligenciju u ovaj svet?
Utvrđeno je da nelinearni dinamički sistemi, takozvani čudni atraktori, kao što je Lorencov, osim što produkuju nepredvidljivost i povećanje entropije, proizvode i novu vrstu informacija tamo gde ih nikada nije bilo. Integrišući dostignuća teorije informacija u sopstvenu metodologiju, proučavaoci dinamike haosa su otkrili da neuredno ponašanje jednostavnih sistema može da bude kreativno, u smislu da generiše kompleksnost, bogato organizovane obrasce, ponekad stabilne a ponekad nestabilne, konačne ili beskonačne, ali uvek fascinantne - kao da su živi. Ili, kao što je fizičar Džejms Jork poručio svojim kolegama: "Haos je sveprisutan, haos je stabilan i strukturiran".
Fizika dinamičkih sistema sada se koristi i u astronomiji, biologiji, medicini, ekologiji, meteorologiji, ekonomiji i nizu drugih nauka, ali i za novi pogled na evoluciju. "Evolucija je haos sa povratnom spregom", kaže fizičar Džozef Ford. Tačno je da je Vaseljena jedna velika nasumičnost i stropoštavanje ka potpunom rasulu, ali i dokaz da nasumičnost koja se usmeri može proizvesti zaprepašćujuće novu složenost.
Ili, kao što je Lorenc odavno ustanovio, rasipanje i rasulo su tajni agenti poretka. "Bog se kocka sa Vaseljenom", nastavlja Ford, parafrazirajući proslavljenu Ajnštajnovu tvrdnju da Bog to ne čini, "ali u kockicama koje Bog baca, ponegde su skriveni mali tegovi. Kockanje je namešteno. Glavni zadatak fizike danas jeste da ustanovi kako se u tom kockanju događa 'prevara' i da te nameštenosti iskoristi za ljudske ciljeve".
Priroda operiše unutar nekih ograničenja, pa čak i nered u njoj je kanalisan u obrasce. Univerzum je kao novčić sa dve strane, tvrde haosolozi. Lice je red, iz koga niče nasumičnost, a naličje je nasumičnost, za koju se ispostavilo da ispod svoje površine krije sasvim drugačiji poredak - svoj sopstveni. Rešavanje njegovih zagonetki može da predstavlja novu šansu za pobedu ljudske kreativnosti nad destruktivnišću, nadaju se pobornici teorije haosa.
*Zorica Žarković
*