Naturens egen arkitekt

Naturen er uforudsigelig. Men uforudsigeligheden har struktur og egne regler, som forskerne er begyndt at forstå og kunne bruge til noget.

Kompleksitet
Af Robin Engelhardt

Hvad har træer tilfælles med bjerglandskaber? Hvad har floder tilfælles med en ost? Hvad har trafikpropper tilfælles med neuroners aktivitet? Og hvad har aktiekurser tilfælles med en sandbunke?

Ville man spørge fysikeren Per Bak, professor på Niels Bohr Instituttet i København, så er ligheden mellem alle disse så forskellige ting den, at de er underlagt den samme fysik og de samme dynamiske principper som om naturen kun havde brug for en enkel arkitekt til at bestride alle sine mange konstruktionsopgaver med. Information har talt med Per Bak om denne nye videnskab, som bruger en masse flotte ord som kompleksitet og selvorganisering, men som er kronisk svær at anskueliggøre. Per Bak forsøger alligevel, og hans yndlingseksempel er sandbunken:

»Forstil dig en situation hvor man drysser sand på et bord. I begyndelsen lander sandkornene, hvor de vil, og de vekselvirker ikke med hinanden på nogen måde. Men efterhånden dannes der en bunke, og man begynder at få små laviner. Man kan ikke længere beskrive systemet som en gruppe af individuelle sandkorn, der ikke kender til hinandens eksistens, idet de begynder at vekselvirke med hinanden. Efterhånden som bunken bliver større og større, bliver lavinerne også større, og på et eller andet tidspunkt kan bunken ikke vokse længere. Den når det, vi kalder det kritiske punkt , eller den kritiske tilstand , og i denne tilstand vil man have laviner i alle størrelser. Man kan ikke længere beskrive de individuelle egenskaber, men man må skrive dynamikken på en holistisk måde.«

Naturens orden
Naturens uligevægtige byggeklodser organiseres ud fra ganske simple regler, og hvis man måler på egenskaberne og sætter dem i en tabel, så viser det sig, at de altid får den mere eller mindre samme matematiske form. Mere præcist har de den samme fordelingskurve . Ligesom Richterskalaen er en slags fordelingskurve for størrelsen af jordskælv, kan en hel masse andre fysiske og biologiske hændelser lægges på en lignende kurve.

Tanken er derfor, at der må foregå noget fysik, som er fælles for alle disse forskellige fænomener. »Man kan for eksempel tænke på biologien og evolutionen,« siger Bak.

 »Dér har vi ikke sandkorn, der vekselvirker, men biologiske individer, bakterier, virus og mennesker. Og måske er det også sådan, at dynamikken i evolutionen opererer i den kritiske tilstand , hvor vi har laviner af alle størrelser, og disse laviner er måske det, vi kalder masseudryddelsesepisoder, som da dinosaurerne forsvandt.«

Shit happens
Fysikere og kemikere har igennem historien vænnet sig til at betragte naturen som et ligevægtssystem, dvs. at de  ligeså snart man taler om ikke-ligevægtsfænomener som laviner, masseuddøen i biologien, børskrak eller jordskælv  har fornemmelsen af at være konfronteret med noget unormalt og skrøbeligt  i hvert fald noget, som ligger udenfor det normale  som en slags undtagelse, der bekræfter reglen.

Men her viser den nye videnskab det modsatte: Ikke-ligevægt er snarere reglen end undtagelsen. De fleste fænomener i naturens fysik  man kan nævne i flæng træernes vækst, floders spredning, bjergenes langsomme formation gennem erosion, men også evolutionen, økonomien, og mange andre vidensgrene, er som regel meget langt væk fra ligevægt, idet de er i en konstant vekselvirkning med omgivelserne. Og at de derfor opbygger sig selv til at være i en kritisk tilstand.

Life SOC's
Det var Per Bak, som fandt på et navn  en fællesbetegnelse  for alle disse mange systemer, og den betegnelse er selvorganiserende kritiske systemer eller, som han ynder at sige det på engelsk: self-organized criticality, forkortet SOC. Men hvad kan den forskning fortælle os andet end at sige, at det går galt alt sammen på et eller andet tidspunkt?

 »Man kan lave matematiske modeller for det. Men det er meget svært for disse modeller at forudse, hvad der vil ske. Desværre. For at forudse for eksempel, hvor det næste jordskælv vil komme, og hvor stort det vil være, må vi kende alle mulige detaljer i jordskorpen. Og måske, hvis der er en lille ændring i trykket eller en lille brist i jorden et eller andet sted, kan det ændre tingene totalt. Så i stedet for at få et lille jordskælv af størrelsesorden en (på Richterskalaen, red.), så får vi måske et kæmpe stort jordskælv af størrelsesorden syv, og vi kan ikke forudse det.«

»Vi kan altid bagefter beskrive, hvad det er, der er sket, men vi kan ikke forudse, hvad der vil ske. På samme måde med børsen: Vi får måske den idé, at vi  eftersom vi kan beskrive, hvordan et sammenbrud på børsen forekom  kunne have forhindret det. Men det er en illusion. Ændrer vi sådan et system et eller andet sted, får vi en helt anden udvikling. Det er uforudsigeligt.«

Netværksoptimering
Men én god tanke trænger sig på: Når nu naturens mange byggeklodser har det med at vekselvirke og ordnes på helt bestemte måder, og hvis man forstår, hvordan naturen gør, kan man måske også bruge det til at ordne menneskers forhold  vores måde at sammensætte og strukturere ting på. For det ser ud til, at naturen i mange henseender er i stand til at gøre det på den bedst mulige måde.

»Man kan for eksempel bruge det til at optimere netværk,« siger Bak. »Hvordan organiserer man et system, der kan levere pakker rundt i netværk af mennesker? Det viser sig, at sådanne netværk er mest effektive, når de er kritiske. Luftfartsselskabet South West Airline bruger således principper, som de har fået fra kompleksitetsteorien til at fordele pakker. Det er sket i samarbejde med et firma i USA, Bios, der ligger i Santa Fe, og som lever af at udnytte resultaterne af kompleksitetsforskningen. Det forbavser selv mig, at det kan lade sig gøre at lave en sådan virksomhed. Den er ledet af en kompleksitetsforsker Stuart Kauffman, og han har 50 mennesker ansat, som ikke laver andet end at bruge resultaterne fra kompleksitetsforskningen til at rådgive og vejlede selskaber som South West Airlines, Boeing, Proctor & Gamble, Nasdaq og andre virksomheder.« Om disse anvendelser er en konsekvens af SOC, og ikke af en dybdeanalyse af de enkelte virksomheder, er dog stadig et åbent spørgsmål.

Kritik af forskningen
For man kunne også bare kalde det hele for statistik . Når man f.eks. kaster to terninger, er udfaldet tilfældigt. Men kaster man to terninger mange gange, og tæller resultaterne op, vil der fremkomme en karakteristisk fordelingskurve (hvor udfaldet syv forekommer oftest, efterfulgt af otte og seks osv.) Med hensyn til laviner, masseuddøen og børskrak er sagen den samme, blot at der her ikke er tale om faste og uafhængige elementer (som de enkelte terninger og terningekast), men om dynamiske og vekselvirkende agenter.

Der findes også kritiske røster overfor denne forskning. Et af de typiske kritikpunkter overfor SOC er det faktum, at den postulerer en omnipotens, det vil sige at den bruges som en slags altmuligmand til at forklare verden, men at den i virkeligheden blot er en form for smart statistik , uden nogen kraft til at udsige noget om virkeligheden. Således bruges de statistiske målinger til at forklare, at »naturen opererer i et kritisk punkt«, hvilket igen bruges til at forklare statistikken. Cirkelslutningen er tydelig.

På spørgsmålet, om denne kritik har noget på sig, svarer Bak: »Ja, det er jo ikke bare en statistisk videnskab. Vi går jo ikke bare ud og måler og laver statistik på det, vi ser. Vi laver matematiske beskrivelser af, hvad der forekommer. Det er jo, hvad videnskaben altid gør: Dens formål er at beskrive, hvad vi ser, og så har vi forskellige måder at beskrive de ting på.«

»Det, du refererer til, er måske, at det er svært at forudse specifikt, hvad der kan ske i et bestemt system. Derfor er den måde, hvorpå vi sammenligner vores modelsystemer med, hvad der sker i verden, statistisk. Vi kan ikke forudsige, at der sker et sammenbrud på børsen i morgen klokken fem, eller at der vil ske et jordskælv i Afghanistan på torsdag. Men vi kan forklare statistikken over, hvorfor der er så mange jordskælv, og hvorfor de har den fordeling af størrelser.

Ja, hvorfor har de det?
»Fordi jordens skorpe opererer i et kritisk punkt. Det kan forklare statistikken af jordskælv. Det kan forklare tidsfordelingen af intervaller mellem jordskælvene,« siger Bak. Om det evindelige spørgsmål hvorfor hermed er endelig forklaret, er måske en smagssag. Per Bak mener i hvert fald, at det er fuldt ud tilfredsstillende, især fordi det hviler i sig selv: "Vi behøver ikke en udefra kommende mekanisme for at forstå disse har sammenbrud".

0 comments:

There was an error in this gadget