Acesta este un film despre o întrebare foarte simplă:
Cum am ajuns aici?
Acestea sunt elementele și compușii
din care este alcătuită fiecare ființă umană.
Sunt incredibil, aproape jenant de obișnuite.
De fapt, aproape 99% din corpul uman este un amestec de aer, apă,
cărbune și calcar, cu ușoare urme de elemente mai exotice
cum ar fi fier, zinc, fosfor și sulf.
De fapt, am estimat că substanțele din care este făcut un om obișnuit,
costă câteva lire.
Dar într-un fel sau altul,
câteva mii de miliarde din acești atomi foarte obișnuiți
au conspirat miraculos
și s-au organizat în ființe umane care trăiesc, respiră și gândesc.
Cum s-au adunat laolaltă minunile creației
din aceste elemente de construcție atât de simple,
este cu siguranță cea mai intrigantă întrebare pe care ne-o putem pune.
Ați putea crede că răspunsul este dincolo de domeniul științei.
Dar această teorie e pe cale să se schimbe.
Pentru prima oară eu cred
că știința a dat la o parte religia și filosofia
îndrăznind să abordeze aceste chestiuni fundamentale.
Acest film este povestea unor serii de descoperiri bizare și interconectate
care au dezvăluit fața ascunsă a naturii.
Această întrețesere a naturii în legi ale ei fundamentale și foarte simple
are puterea de a fi impredictibilă.
Este vorba de felul în care materia moartă
care fără niciun scop sau plan,
poate crea în mod spontan o frumusețe nemaipomenită.
Este vorba despre modul în care aceleași legi
care fac Universul să fie haotic și impredictibil
pot transforma simpla țărână în ființe umane.
Este vorba de descoperirea că există o legătură stranie și neașteptată
între ordine și haos.
Traducerea: Dappon (dappon1959.wordpress.com)
VIAȚA SECRETĂ A HAOSULUI
Lumea naturii este extraordinară, înfloritoare, forfotitoare și dezordonată.
Este o învălmășeală de forme neobișnuite și pete.
Tiparele lor nu sunt niciodată perfect regulate
și se pare că nu se repetă niciodată identic.
Ideea că toată această neorânduială,
tot acest haos este susținut, perfect determinat de legi matematice,
și că putem descoperi care ar putea fi aceste legi,
vine în contradicție cu cele mai dragi și prețioase intuiții ale noastre.
Așadar nu e de mirare că primul om care și-a luat sarcina spectaculoasă
de a descâlci matematica misterioasă a naturii
a avut o minte extrem de neobișnuită și deosebită.
A fost în același timp un mare om de știință și un erou tragic.
S-a născut în 1912, la Londra.
Numele lui era Alan Turing.
Alan Turing a fost un om remarcabil
unul dintre cei mai mari matematicieni care au trăit vreodată.
A descoperit multe din ideile fundamentale
care stau la baza funcționării calculatoarelor moderne.
De asemenea, în timpul celui de-Al Doilea Război Mondial,
a lucrat aici, la Bletchley Park, în apropiere de Milton Keynes de azi,
la ceea ce pe vremea aceea era un proiect guvernamental secret
numit Stația X (Station X)
care avea ca scop decriptarea codurilor militare germane.
Spărgătorii de coduri "Stația X" s-au dovedit a fi extrem de eficienți,
iar contribuția lui Turing a fost crucială.
Munca depusă de el pentru a decripta codurile navale ale germanilor
a salvat mii de vieți ale aliaților și a fost un punct de cotitură în război.
Dar decriptarea codurilor a fost doar un aspect al geniului lui Turing,
doar o parte din abilitatea sa supranaturală de a vedea tipare
care sunt ascunse nouă, celorlalți oameni.
Pentru Turing, lumea naturii a oferit codurile perfecte.
Și pe toată durata vieții sale,
a fost incredibil de aproape de a le descifra.
Turing era un om foarte original.
Și și-a dat seama că există posibilitatea ca
niște ecuații matematice simple ar putea descrie
aspecte ale lumii biologice.
Și nimeni nu se gândise la asta până atunci.
Dintre toate misterele naturii, cea care l-a fascinat cel mai mult pe Turing
a fost ideea că ar putea exista un fundament matematic
pentru inteligența umană.
Turing a avut motive personale să creadă lucrul acesta.
E vorba de moartea acestui tânăr, Christopher Morcom,
care... Ei bine, Alan Turing era homosexual...
și care a avut un impact emoțional imens asupra vieții lui în clipa aceea.
Christopher Morcom a murit din senin,
iar Alan Turing a fost, evident, foarte tulburat emoțional din această cauză.
Dar se poate observa că a vrut să pună asta
într-un context intelectual, într-un context științific.
Iar întrebarea pe care voia s-o pună în acest context a fost:
"Ce se întâmplă cu mintea? Ce este ea?"
Turing a fost convins
că matematica poate fi folosită pentru a descrie sistemele biologice
și, în cele din urmă, inteligența.
Această fascinație va duce la crearea calculatoarelor moderne,
iar mai târziu, la o idee radicală din viața lui Turing.
Idea că o simplă descriere matematică
poate fi atribuită unui proces misterios care are loc într-un embrion.
Procesul se numește morfogeneză și este foarte asemănător unui puzzle.
La început, toate celulele din embrion sunt identice.
Apoi, după cum arată această secvență în care e filmat embrionul unui pește,
celulele încep să se grupeze
și în același timp să devină diferite între ele.
Cum se întâmplă lucrul aceasta?
Fără o concepție, fără o coordonare centrală?
Cum se face că celulele care inițial sunt identice
știu să devină, să zicem, piele,
în timp ce altele devin o parte a unui ochi?
Morfogeneza este un exemplu spectaculos
a ceea ce se cheamă autoorganizare.
Și înainte de Turing,
nimeni n-a avut nici cea mai mică idee despre cum se întâmplă asta.
Bazele chimice ale morfogenezei de A. M. Turing
Apoi, în 1952, Turing a publicat în această lucrare a sa
prima explicație matematică din lume a morfogenezei.
Îndrăzneala abruptă a acestei lucrări a fost cutremurătoare.
În ea, Turing a folosit o ecuație matematică,
una de felul celor întâlnite în lucrările de astronomie sau fizică atomică,
pentru a descrie un proces viu.
Nimeni nu mai făcuse așa ceva.
Crucial, ecuația lui Turing a descris, pentru prima oară,
cum un sistem biologic se poate autoorganiza.
Ea a arătat că ceva omogen, lipsit de caracteristici,
poate dezvolta particularități.
Unul dintre lucrurile uimitoare cu privire la activitatea lui Turing
a fost acela că, începând cu descrierea unui proces foarte simplu,
guvernat de ecuații foarte simple,
punând laolaltă aceste ecuații, apare brusc complexitatea.
Ca o consecință naturală, a apărut dintr-odată tiparul.
Și cred în multe privințe că lucrul acesta a fost extrem de neașteptat.
În esență, ecuația lui Turing a descris ceva foarte obișnuit,
dar la care nimeni nu s-a gândit într-un contex biologic până atunci.
Gândiți-vă la felul în care o adiere de vânt mișcă nisipul
creând o multitudine de forme.
Boabele de nisip se autoorganizează în unde, valuri și dune.
Asta se întâmplă chiar dacă boabele de nisip sunt, practic, identice
și nu au nicio idee despre formele din care vor face parte.
Turing a susținut că într-o formă absolut similară,
elementele chimice dintr-un embrion
pot determina ca celulele acestuia să se autoorganizeze
și să formeze diferite organe.
Acestea sunt mâzgălelile lui Turing
despre cum ar putea avea loc acest proces.
Ele arată cum elementele chimice complet lipsite de formă dintr-o supă,
se pot metamorfoza în aceste bule și pete ciudate.
În lucrarea sa, el își rafinează crochiurile
pentru a arăta cum ecuațiile sale pot crea în mod spontan semne distinctive
asemănătoare cu cele de pe pielea animalelor.
Turing a arătat în stânga și-n dreapta aceste imagini întrebând:
"Nu seamănă cu desenele de pe pielea unei vaci?"
Și toți răspundeau ceva de genul, "Ce tot vorbește omul ăsta?"
Dar în realitate, el știa ce face.
Pentru că, da, ele arătau într-adevăr ca desenele de pe pielea unei vaci,
iar acesta este motivul pentru care vacile au petele alea.
Deci într-un domeniu în care matematica n-a mai fost folosită până atunci,
formarea tiparelor în biologie sau a semnelor distinctive ale animalelor,
dintr-odată s-a deschis o ușă
și am putut vedea că matematica poate fi folositoare în acest domeniu.
Așadar chiar dacă ecuațiile exacte ale lui Turing nu explicau totul,
ele sunt primele exemple de teorii matematice
care au arătat că există posibilitatea ca astfel de lucruri să se întâmple.
Desigur, acum știm că morfogeneza este mult mai complicată
decât procesul descris prin ecuațiile lui Turing.
De fapt, mecanismul exact despre cum moleculele de ADN din celulele noastre
interacționează cu celelalte elemente chimice,
este în continuare aprig dezbătut de către oamenii de știință.
Dar ideea lui Turing că orice fenomen are la bază
un proces matematic simplu a fost cu adevărat revoluționară.
Eu consider că lucrarea lui Alan Turing este, probabil, piatra unghiulară
în toată această teorie despre cum funcționează morfogeneza.
Ea ne furnizează un mecanism,
ceva ce Darwin nu a făcut, prin care se formează aceste tipare.
Firește, Darwin ne spune că odată ce ai un tipar
și acesta este deja imprimat în gene, el poate fi sau nu transmis mai departe
în funcție de circumstanțe.
Dar ceea ce nu face el, e că nu explică de unde provine acest tipar, mai întâi.
Acesta e adevăratul mister.
De aceea, ceea ce a făcut Turing
a fost să ofere pe neașteptate un mecanism chimic accesibil pentru asta.
Și a fost extraordinar.
Turing a fost extrem de atras de o idee măreață și foarte cutezătoare.
Din nefericire, nu putem decât să facem speculații
despre felul în care mintea lui extraordinară a dezvoltat ideea sa.
Pentru că la scurt timp după ce și-a publicat lucrarea despre morfogeneză,
un eveniment tragic, dar care putea fi evitat, i-a distrus viața.
După munca depusă ca spărgător de coduri la Bletchley Park,
ați putea presupune că Turing a fost onorat
de țara pentru care a făcut atât de multe ca s-o apere.
Lucrul acesta nu este câtuși de puțin adevărat.
Ceea ce s-a întâmplat cu el după război, a fost o mare tragedie
și unul dintre cele mai rușinoase capitole din istoria științei britanice.
În același an în care Turing și-a publicat lucrarea despre morfogeneză,
a avut o scurtă aventură cu un bărbat pe nume Arnold Murray.
Aventura a mers prost,
iar Murray a fost implicat într-un furt din casa lui Turing.
Dar în momentul în care Turing a anunțat spargerea la poliție,
a fost arestat și el, împreună cu Murray.
La tribunal, acuzatul a declarat că Turing,
a profitat de educația sa universitară ca să-l corupă pe Murray.
Turing a fost condamnat pentru indecență scabroasă.
Judecătorul l-a pus apoi pe Turing în fața unei alegeri cumplite.
Se putea duce la închisoare,
sau putea să accepte un tratament injectabil cu hormoni feminini
pentru a-l vindeca de homosexualitatea sa.
A ales tratamentul din pricina căruia a ajuns la o spirală a depresiei.
În data de 8 iunie 1954,
trupul neînsuflețit al lui Turing a fost găsit în uscătorul casei sale.
Ar fi murit cu o zi înainte, mușcând dintr-un măr
în care a pus cianură ca să-și curme viața.
Alan Turing a murit la doar 41 de ani.
Această pierdere este incalculabilă pentru știință.
Turing n-a aflat niciodată că ideea lui va inspira
o întreagă și nouă abordare matematică a biologiei,
și că oamenii de știință vor descoperi că ecuații ca acelea ale lui
vor explica realmente multe forme care apar la organismele vii.
Privind în urmă, știm acum că Turing a îmbrățișat ideea
că minunile creației provin din cele mai simple legi.
El a făcut, probabil pe neașteptate,
primul pas către un nou tip de știință.
Următorul pas în această poveste a fost la fel de neașteptat,
și în multe feluri, la fel de tragic ca al lui Turing.
În prima parte a anilor '50,
cam în perioada apariției lucrării lui Turing despre morfogenoză,
un strălucit chimist rus pe nume Boris Belusov
a început propriile cercetări în chimia naturii.
Mult în spatele cortinei de fier,
într-un laborator al Ministerului Sovietic al Sănătății
a început să cerceteze felul în care trupurile noastre
extrag energia din zahăr.
La fel ca Turing, Belusov lucra la un proiect personal,
imediat după ce și-a încheiat o carieră distinsă de cercetător științific militar.
În laboratorul lui,
Belusov a preparat după o formulă un amestec de substanțe chimice
pentru a simula o parte a procesului de absorbție a glucozei în organism.
Amestecul de substanțe chimice din fața lui
se prezenta transparent și incolor în timp ce era agitat.
De îndată ce a adăugat ultima substanță chimică,
întreaga soluție și-a schimbat culoarea.
Ei bine, nu acesta este lucrul ieșit din comun.
Dacă amestecăm cerneală în apă, aceasta își schimbă culoarea.
Dar pe urmă, s-a întâmplat ceva care nu avea absolut niciun sens.
Amestecul de substanțe a început să devină din nou transparent.
Belusov a fost uluit.
Substanțele chimice se pot combina și pot intra în reacție.
Dar ele n-ar trebui să fie capabile să revină în starea inițială,
de dinainte de a fi amestecate, fără o intervenție exterioară.
Poți ajunge de la un amestec de substanțe incolore la unul colorat, da.
Dar ești sigur că nu vor deveni ca înainte?
Și totul a devenit și mai ciudat.
Substanțele chimice ale lui Belusov
nu numai că au revenit spontan la culoarea inițială,
ele oscilau!
Se schimbau din colorate în transparente și invers,
ca și cum ar fi fost puse în mișcare de un fel de metronom chimic nevăzut.
Cu o grijă meticuloasă, Belusov a repetat experimentul iar și iar.
S-a întâmplat la fel, de fiecare dată.
Amestecul său trecea de la transparent la colorat și invers în mod repetat.
A descoperit ceva ce părea aproape magic,
un proces fizic care părea să încalce legile naturii.
Fiind convins că descoperise ceva de o importanță uriașă,
Belusov a așternut pe hârtie descoperirile sale,
nerăbdător să le împărtășească cu întreaga lume.
Dar când a trimis lucrarea sa unei renumite reviste științifice ruse,
a primit un răspuns total neașteptat și descurajant.
Editorul revistei i-a spus că descoperirea din laboratorul său
era pur și simplu imposibilă,
că sfida legile fundamentale ale fizicii.
Singura explicație era că Belusov făcuse o greșeală în experimentul său,
iar lucrarea pur și simplu nu merita să fie publicată.
Aceasta respingere l-a distrus pe Belusov.
Profund insultat de insinuările că lucrarea sa a fost superficială,
și-a abandonat experimentele.
Curând după aceea, a renunțat complet la activitatea științifică.
Tragica ironie a fost că, despărțit de cortina de fier,
Belusov n-a auzit niciodată de lucrarea lui Turing.
Căci dacă ar fi auzit, totul ar fi fost confirmat.
S-a dovedit că substanțele chimice oscilante ale lui Belusov,
departe de a sfida legile fizicii,
erau de fapt un exemplu real din natură
de aplicare exactă a ecuațiilor anticipate de Turing.
Dacă aceste legături nu păreau evidente la prima vedere,
alți cercetători au demonstrat
că dacă lași diferite substanțe chimice folosite de Belusov
nemișcate într-un vas Petri,
în loc să oscileze pur și simplu, ele se autoorganizează în forme.
De fapt, ele depășesc petele și dungile la care a ajuns Turing
pentru a crea structuri și tipare uimitor de frumoase
din nimic.
Cel mai surprinzător și mai neașteptat lucru despre reacția Belusov-Jabotinski
este că cineva a descoperit un sistem
care reproduce în esență ecuațiile lui Turing.
Și astfel, de la ceea ce părea o soluție extrem de anostă,
s-a ajuns la aceste uluitoare tipare de unde, caneluri și spirale.
Acum, aceste ecuații nu mai sunt în niciun caz știință abstractă.
Felul în care substanțele chimice ale lui Belusov
se mișcă asemenea unor valuri coordonate
este identic cu felul în care celulele inimii unui om
sunt coordonate ca ea să bată.
Pieile de animale și bătăile inimii.
Se pare că autoorganizarea se manifestă peste tot în lumea naturii.
Atunci de ce era comunitatea științifică din perioada lui Turing și Belusov
atât de neinteresată, ostilă chiar,
față de o idee atât de uimitoare și de frumoasă?
Ei bine, motivul era cât se poate de omenesc.
Celor mai mulți oameni de știință pur și simplu nu le-a plăcut.
Lor li se părea că aceasta se opune științei
și a tuturor descoperirilor sale.
Ca să schimbi această perspectivă
e nevoie de o descoperire de-a dreptul șocantă și total neașteptată.
În esență, la începutul secolului XX,
oamenii de știință vedeau Universul
ca pe un dispozitiv gigantic, complicat și mecanic.
Ca pe acest planetariu la o scară extraordinar de mare.
Ideea era că Universul este o mașinărie gigantică și complexă
care se supune sistematic legilor matematice.
Dacă cunoșteai legile cu care mașina a fost configurată să pornească,
pe măsură ce învârteai de manivelă din nou și din nou,
aceasta urma să se comporte într-un mod total predictibil.
Pe vremea lui Isaac Newton,
când oamenii descopereau legile care guvernau Universul,
aceștia au venit cu metafora unui univers de tip mecanism de ceasornic.
Universul arăta ca o mașinărie
care a fost setată să pornească imediat după creație
și doar să respecte regulile și să ticăie fără întrerupere.
Și fiindcă era o mașinărie complicată, aveau să se întâmple lucruri complicate.
Dar odată ce ai setat-o să funcționeze, face mereu același lucru,
iar mesajul pe care oamenii l-au dedus din asta
a fost acela că orice lucru descris prin legi matematice
trebuie să fie, în principiu, extrem de simplu.
Dacă descoperi matematica care descrie un sistem,
vei putea apoi anticipa cum se va comporta acel sistem.
Aceasta era ideea cea mare!
A început cu legea gravitației a lui Newton
care poate fi folosită pentru a stabili cum se mișcă o planetă
în jurul soarelui.
Oamenii de știință au descoperit curând multe alte ecuații asemănătoare.
Fizica newtoniană părea a fi asemenea globului de cristal suprem.
Aceasta susținea posibilitatea ispititoare
că viitorul poate fi, în principiu, cunoscut.
Cu cât sunt mai minuțioase măsurătorile tale de astăzi,
cu atât mai bine poți anticipa ce se va întâmpla mâine.
Dar newtonianismul a avut o consecință periculoasă.
Dacă un sistem matematic simpatic
care a funcționat în mod similar cu planetariul meu,
a devenit uneori impredictibil,
cercetătorii au presupus că o forță dăunătoare din exterior a cauzat asta.
Poate a intrat praf în el? Poate s-au uzat zimții?
Sau poate că l-a modificat cineva?
În general, avem tendința să credem că dacă vedem un comportament atipic
la unele probleme la care lucrăm,
acesta trebuie să fie rezultatul unor influențe externe aleatorii,
nu poate fi generat din interior.
Nu este o parte intrinsecă a problemei,
ci a fost produs de altceva, din exterior.
Privită din acest punct de vedere,
întreaga idee a autoorganizării pare absurdă.
Ideea că tipare precum cele descoperite de Turing sau Belusov
pot apărea din senin, fără nicio influență exterioară,
era un subiect complet tabu.
Singura modalitate ca autoorganizarea să fie acceptată
a fost ca gândirea newtoniană dominantă să se prăbușească.
Dar lucrul acesta era foarte puțin probabil.
La urma urmei, la sfârșitul anilor 60,
aceasta ne-a dat toate minunile erei moderne.
- Frumos. Frumos. - Nu-i așa că e extraordinar?
Magnifică pustietate!
Dar apoi, în același timp cu misiunea pe lună,
un mic grup de oameni de știință, susținători înfocați ai newtonianismului,
în mod cu totul inexplicabil, au descoperit ceva care nu era în regulă.
Nu era deloc în regulă.
În a doua jumătate a secolului XX,
s-a găsit un diavol în detalii.
Un diavol care, în cele din urmă, a spulberat visul newtonian
și ne-a azvârlit literalmente în haos!
Ironia face că evenimentele care i-au forțat pe oamenii de știință
să ia autoorganizarea în serios
a fost descoperirea unui fenomen cunoscut sub denumirea de haos.
Haos este unul dintre cuvintele foarte des folosite în engleză,
dar în știință are un înțeles foarte precis.
Acesta spune că un sistem descris complet prin ecuații matematice
este mai mult decât posibil să fie impredictibil
fără absolut nicio interferență din exterior.
Există înțelegerea greșită și larg răspândită că haosul este, să zicem așa,
un fenomen foarte familiar, că totul e complicat.
Vreau să spun că nătângul haotic din Jurasik Park avea această confuzie.
E ceva mult mai simplu și în același timp mult mai complicat decât atât.
Spune că unele ecuații sau legi foarte, foarte simple,
care nu nimic aleatoriu în ele,
care sunt complet determinate, (și știm totul despre această regulă)
se pot dovedi a fi complet impredictibile.
Haosul este una dintre cele mai nepoftite descoperiri ale științei.
Omul care a obligat comunitatea științifică să o ia în seamă
a fost meteorologul american Edward Lorenz.
În prima parte a anilor 60,
el a încercat să găsească ecuațiile matematice
care ar putea ajuta să prevadă vremea.
La fel ca toți contemporanii săi,
a crezut că, în principiu,
sistemul vremii nu se deosebește de planetariul meu.
Un sistem mecanic care poate fi descris și anticipat matematic.
Dar s-a înșelat.
Când Lorenz a notat ceea ce păreau a fi niște ecuații matematice simple
care descriu mișcările curenților de aer,
acestea nu au dus la rezultatele la care se aștepta el.
Ele n-au dus în niciun fel la o predicție utilă.
A fost ca și cum cea mai ușoară adiere de vânt dintr-o zi oarecare
ar fi putut spune cu claritate, că o lună mai târziu
va fi o zi cu furtună de zăpadă sau perfect senină.
Cum poate un simplu sistem
care funcționează ca mecanismul unui ceasornic, la fel ca planetariul meu,
să devină impredictibil?
Totul depinde de felul în care e configurat,
cum sunt conectate angrenajele.
În esență, în anumite circumstanțe,
cea mai mică diferență în poziția de start a zimților,
diferență mult prea mică pentru a putea fi măsurată,
poate deveni tot mai mare și mai mare cu fiecare învârtire a manivelei.
Cu fiecare pas făcut în proces,
sistemul se deplasează din ce în ce mai mult
de locul în care te așteptai tu să ajungă.
Lorenz a prins această idee radicală într-o convorbire telefonică celebră:
"Poate bătaia din aripi a unui fluture în Brazilia"
"să provoace o tornadă în Texas?"
Aceasta a fost o imagine puternică și evocatoare,
și peste câteva luni, o nouă expresie a intrat în limbajul nostru:
The butterfly effect. (NT. Efectul fluturelui)
Și efectul fluturelui, caracteristica tuturor sistemelor haotice,
a început să ia amploare pretutindeni.
La începutul anilor 70, un tânăr australian pe nume Robert May
studia o ecuație matematică
care modela felul în care populația de animale
s-a schimbat de-a lungul timpului.
Dar și aici s-a strecurat efectul fluturelui.
Schimbările mici, imposibil de măsurat
în frecvența cu care se reproduc animalele,
pot avea uneori consecințe uriașe asupra populației lor globale.
Numărul lor poate crește sau scădea dramatic, fără niciun motiv evident.
Ideea că o ecuație matematică
îți dă puterea de a prezice cum se comportă un sistem, a murit.
Într-un anumit fel, acesta este sfârșitul visului newtonian.
Cand am absolvit eu, convingerea era că,
pe măsură ce dobândim tot mai multă putere de calcul,
vom fi capabili să rezolvăm un set tot mai complicat de ecuații.
Dar această teorie nu este în mod obligatoriu adevărată.
Poți avea cea mai simplă ecuație la care te poți gândi,
cu nimic aleatoriu în ea, unde cunoști totul,
și totuși, dacă aceasta
se comportă astfel încât îți dă soluții haotice,
atunci n-o să poți afla niciodată punctul de plecare cu o acuratețe suficientă.
Secole de certitudine științifică s-au evaporat în doar câțiva ani.
Adevărul despre universul de tip orologiu s-a dovedit a fi doar o iluzie.
Ceva ce părea o certitudine logică
s-a dovedit a fi mai degrabă un act de credință.
Și cel mai rău lucru, adevărul era chiar în fața noastră în tot acest timp.
Pentru că haosul este pretutindeni.
Se părea că impredictibilitatea
este un dat genetic prezent în fiecare aspect al lumii în care trăim.
Clima globală se poate schimba în mod dramatic în doar câțiva ani.
Bursa de valori se poate prăbuși fără niciun avertisment.
Putem fi șterși de pe fața pământului peste noapte
și nu există nimic care să poată schimba lucrul acesta.
Din nefericire, trebuie să vă spun că toate acestea sunt adevărate.
Și totuși, nu are niciun sens să fiți speriați de haos.
Acesta este prezent în legile fundamentale ale fizicii.
Și n-avem încotro, trebuie să acceptăm că acesta este un adevăr despre viață.
Ideea de haos a avut într-adevăr un impact puternic
pe parcursul unei perioade de 20 sau 30 de ani
pentru că a schimbat modul în care abordau toți cercetătorii știința.
L-a schimbat până în punctul în care au uitat
chiar și faptul că au crezut cu totul altceva.
Ceea ce a făcut haosul, a fost să ne arate
că posibilitățile inerente din matematica simplă sunt
mult mai largi și mai generale decât ne-am fi putut imagina.
Așadar un univers de tip orologiu
se poate comporta, totuși, într-un mod mult mai complex și mai variat
decât ne-am putea imagina.
Descoperirea haosului
a fost un adevărat punct de cotitură în istoria științei.
Pe măsură ce visul newtonian se spulbera,
savanții au început să privească mult mai favorabil
lucrările lui Turing și ale lui Belusov despre formarea spontană a tiparelor.
Și poate cel mai important lucru,
pe măsură ce făceau asta, au realizat ceva de-a dreptul uluitor:
că există o legătură foarte adâncă și neașteptată,
o conexiune realmente cosmică,
între puterea ciudată a naturii de a se autoorganiza
și urmările haotice ale efectului fluturelui.
Dintre ei, Turing, Belusov, May și Lorenz
au descoperit diferite fațete ale aceleiași idei mărețe.
Au descoperit că lumea naturii poate fi extrem de imprevizibilă.
Dar exact aceleași lucruri care o fac imprevizibilă
îi permit de asemenea să-și creeze tipare și structuri.
Ordine și haos.
Se pare că cele două sunt mult mai adânc legate
decât ne-am fi putut imagina noi vreodată.
Așadar cum de este posibil asta?
Ce au în comun fenomene aparent diferite
cum ar fi tiparele din substanțele chimice ale lui Belusov și vreme?
Mai întâi, ambele sisteme se comportă în moduri extrem de complicate,
ambele se bazează pe legi matematice surprinzător de simple.
În al doilea rând, aceste legi au o proprietate unică,
o proprietate la care adesea ne referim ca la o împerechere sau un feedback.
Pentru a vă ilustra ceea ce vreau să spun,
pentru a vă ilustra că atât haosul cât și ordinea pot apărea de capul lor,
de la un simplu sistem cu feedback,
voi face ceea ce la prima vedere pare a fi un experiment banal.
Acest ecran din spatele meu este conectat la camera care mă filmează.
Dar în același timp, camera filmează și ecranul pe care apar eu.
Asta creează o buclă cu imagini multiple ale mele apărând pe ecran.
Acesta este un exemplu clasic de buclă de feedback.
Obținem o imagine într-o imagine într-o imagine.
La început, pare destul de previzibil.
Dar dacă mărim imaginea filmată,
încep să se întâmple niște lucruri foarte ciudate.
Primul lucru pe care-l observ este că obiectul pe care îl filmez
încetează să mai semene cu ceea ce apare acum pe ecran.
Mici schimbări în mișcarea chibritului
se amplifică foarte repede,
pe măsură ce bucla se întoarce de la cameră la ecran și înapoi la cameră.
Deci chiar dacă pot descrie matematic fiecare pas din proces,
tot nu pot anticipa
cum niște schimbări atât de mici în pâlpâirea flăcării
vor ajunge să fie redate în imaginea finală.
Aceasta este manifestarea efectului fluturelui.
Dar acum vine partea magică.
Doar cu un impuls extrem de fin aplicat sistemului,
încep să apară aceste tipare ciudate sau mai degrabă frumoase.
Același sistem care se bazează pe legile simple ale feedbackului,
produce și haos, și ordine.
Aceeași matematică generează un comportament haotic
și un comportament structurat.
Asta schimbă complet toate convingerile tale.
Ideea că există regularități în natură,
iar apoi, total separate de acestea,
există iregularități, iar acestea sunt doar două lucruri diferite,
nu este deloc adevărată.
Acestea sunt două extremități ale unui spectru de comportament
care pot fi generate de același tip de ecuații matematice.
Și este cel mai exact lucru pe care-l știm în clipa de față
despre matematica naturii.
Eu cred că unul din cele mai importante lucruri preluate din munca lui Turing,
din descoperirile din chimie, biologie și altele,
este că, în cele din urmă, formarea tiparelor par să aibă
o legătură extrem de strânsă cu formarea Universului.
Și că, de fapt, necesită niște procese extrem de simple și de obișnuite
cum ar fi difuzia, frecvența reacțiilor chimice,
iar interacțiunea dintre ele dă naștere în mod natural unor tipare.
Așadar tiparele există peste tot, doar așteaptă să se formeze.
Începând cu anii 70, din ce în ce mai mulți oameni de știință
au început să îmbrățișeze ideea că haosul și tiparele
își găsesc expresia în legile de bază ale Universului.
Dar un cercetător, mai mult decât oricare altul,
a adus o nouă înțelegere fundamentală
a acestei idei uimitoare și adesea încâlcite.
Era un personaj pitoresc și oarecum nonconformist.
Numele lui este Benoit Mandelbrot.
Benoit Mandelbrot n-a fost un copil obișnuit.
El a sărit peste primii doi ani de școală,
și fiind un evreu într-o Europă sfâșiată de război,
educația lui a fost întreruptă.
A fost în cea mai mare parte autodidact sau instruit de rudele sale.
N-a învățat niciodată, în mod oficial, alfabetul,
și n-a trecut dincolo de tabla înmulțirii cu cinci.
Dar la fel ca Alan Turing,
Mandelbrot avea un dar de a vedea tiparele ascunse ale naturii.
Putea vedea legi acolo unde noi, ceilalți, vedeam anarhie.
Putea vedea forme și structuri
acolo unde noi, ceilalți, vedeam doar o dezordine fără formă.
Și mai presus de toate, putea vedea că un tip nou și ciudat de matematică
stătea la temelia întregii naturi.
Scopul de o viață al lui Mandelbrot
era să găsească o bază matematică simplă
pentru cele mai aspre și neregulate forme ale lumii reale.
Mandelbrot lucra pentru IBM
și nu era într-un mediu academic obișnuit.
Lucra la o mulțime de probleme neobișnuite
despre iregularitățile din natură, de pe piețele financiare, de peste tot.
Eu cred că la un moment dat a început să înțeleagă că tot ce făcea
era parte din aceeași imagine de ansamblu.
Și era un om destul de original și de neobișnuit
încât să realizeze că întregirea acestei imagini era ceea ce-și dorea de fapt.
Lui Mandelbrot i s-a părut total anormal
că matematicienii au petrecut secole la rând
ca să contemple forme idealizate cum ar fi linii drepte sau cercuri,
și încă fără să aibă un mod sistematic și adecvat
pentru a descrie asperitățile și formele neregulate
care predomină în lumea reală.
Să luăm această pietricică!
Este o sferă sau un cub?
Sau poate puțin din amândouă?
Dar dacă ar fi să luăm ceva mult mai mare?
Uitați-vă la bolta din spatele meu!
De la distanță, arată ca un semicerc.
Dar de aproape, observăm că este curbată și încovoiată.
Așadar ce formă are?
Mandelbrot s-a întrebat dacă există ceva unic
care să definească toate formele felurite din natură.
Oare suprafața pufoasă a norilor, rămurișul copacilor, râurile,
marginile încrețite ale liniei țărmurilor,
au în comun aceeași particularitate matematică?
Ei bine, da.
În mod inerent, aproape toate formele din lumea naturii
au la bază un principiu numit autosimilaritate.
Acest principiu descrie tot ceea ce se repetă în aceeași formă iar și iar
la o scară din ce în ce mai mică.
Un exemplu concludent îl constituie ramurile copacilor.
Ele se ramifică iar și iar,
repetând acest proces simplu iar și iar,
la o scară din ce în ce mai mică.
Același principiu al ramurilor se aplică în structura plămânilor noștri
și în felul în care vasele de sânge sunt distribuite în tot corpul.
Descrie chiar și felul în care fluviile se despart în râuri mai mici.
Iar natura poate repeta în felul asta tot felul de forme.
Uitați-vă la acest broccoli Romanesco!
Structura lui globală este alcătuită dintr-o serie de conuri repetate
la o scară din ce în ce mai mică.
Mandelbrot a realizat că autosimilaritatea
este baza unui tip nou geometrie.
I-a dat chiar și un nume: fractal.
Aceasta este o observație destul de simplă.
Dar ce-ar fi dacă ai putea reprezenta această proprietate a naturii
prin matematică?
Ce-ar fi dacă ai putea să-i prinzi esența printr-un desen?
Cum ar arăta acea imagine?
Ai putea folosi un set simplu de legi matematice
ca să faci un desen astfel încât să nu pară a fi făcut de om?
Răspunsul vine de la Mandelbrot
care și-a luat un loc de muncă la IBM în prima parte a anilor 50
pentru a avea acces la o putere de calcul incredibilă
și pentru a-și alimenta obsesia cu matematica naturii.
Înarmat cu o nouă familie de supercalculatoare,
a început să cerceteze
o ecuație mai degrabă curioasă și ciudat de simplă la prima vedere
care să poată desena forme extrem de neobișnuite.
Ceea ce urmează să vă arăt
este una dintre cele mai remarcabile imagini matematice
descoperite vreodată.
Epopeea nu-și face propria dreptate.
Aceasta este mulțimea lui Mandelbrot.
A fost numită amprenta personalității lui Dumnezeu.
Iar când vom începe s-o explorăm, veți înțelege de ce.
La fel ca la arbori sau la broccoli,
cu cât studiezi mai atent această imagine,
cu atât mai multe detalii vei vedea.
Fiecare formă din mulțime conține un număr infinit de forme mai mici,
de "bebeluși Mandelbrot" care continuă la nesfârșit.
Și toată această complexitate provine de la o ecuație incredibil de simplă.
Această ecuație are o proprietate foarte importantă:
Se "alimentează" din ea însăși.
La fel ca la bucla video,
fiecare semnal de ieșire devine semnal de intrare pentru următoarea buclă.
Acest feedback susține faptul că o ecuație incredibil de simplă
poate produce o imagine de o complexitate infinită.
Lucrul cu adevărat fascinant
este că mulțimea lui Mandelbrot nu e doar un capriciu matematic bizar.
Proprietatea fractalilor ei de a fi identici la orice scară
oglindește un principiu fundamental al ordinii din natură.
Tiparele lui Turing, reacțiile lui Belusov
și fractalii lui Mandelbrot
sunt indicatoare care ne conduc la un principiu natural de bază.
Când ne uităm la complexitatea naturii,
suntem tentați să ne întrebăm: "De unde provine?"
Există ceva în mintea noastră care ne spune
că complexitatea nu poate proveni din simplitate,
trebuie să provină din ceva complicat.
Noi conservăm complexitatea.
Însă ceea ce ne spune matematica în acest domeniu
este că legi naturale foarte simple pot crea obiecte extrem de complexe.
Și dacă te uiți la un obiect, acesta pare complex
și te gândești la legile care l-au generat. E simplu.
Așadar același lucru este și complex și simplu
din două puncte de vedere diferite.
Iar asta înseamnă că trebuie să regândim complet
relația dintre simplitate și complexitate.
Sistemele complexe se pot fundamenta pe legi simple.
Aceasta e marea revelație.
Și este o idee uimitoare.
Se pare că se aplică peste tot în lumea noastră.
Uitați-vă la stolurile de păsări!
Fiecare pasăre se supune unor reguli foarte simple.
Dar stolul luat în întregime face lucruri incredibil de complicate.
Evită obstacole, navighează peste planetă
fără a avea vreun lider sau vreun plan conștient, măcar.
Dar lucrul cel mai surprinzător cu privire la comportamentul acestui stol
este că e imposibil să prezici cum se va comporta el.
Nu repetă niciodată întocmai ceea ce face,
nici măcar în circumstanțe aparent identice.
Exact ca în cazul reacției lui Belusov.
De fiecare dată când se produc, tiparele rezultate sunt ușor diferite.
Pot părea la fel, dar nu sunt niciodată identice.
La fel se întâmplă cu buclele video sau cu dunele de nisip.
Știm că ele vor produce un anumit tip de tipar,
dar nu putem anticipa formele exacte.
Marea întrebare este:
Poate abilitatea naturii să transforme simplitatea în complexitate
în acest mod misterios și imprevizibil?
Poate explica de ce există viața?
Poate explica cum un Univers plin de praf obișnuit
se poate transforma în ființe umane?
Cum poate materia moartă să dea naștere inteligenței?
La început, s-ar putea crede că asta este dincolo de posibilitățile științei.
Dacă legile naturii sunt cu adevărat impredictibile,
ar trebui să renunțăm pur și simplu?
Categoric, nu! De fapt, dimpotrivă.
Interesant este că răspunsul la această problemă se află în lumea naturii.
Peste tot în jurul nostru există un proces
care proiectează aceste sisteme imprevizibile și complexe
și le îmbunătățește ca să realizeze lucruri aproape miraculoase.
Acest proces se numește evoluție.
Evoluția a construit aceste tipare. Le-a luat drept ingrediente brute.
Le-a combinat în diverse moduri,
le-a supus unor experimente ca să vadă ce merge și ce nu,
a păstrat lucrurile care funcționează și apoi a construit pe ele.
Este un proces complet inconștient, dar de fapt asta se întâmplă.
Oriunde vă uitați, puteți vedea evoluția
folosind tiparele de autoorganizare ale naturii.
Inimile noastre folosesc reacțiile de tip Belusov
pentru a-și regla bătăile.
Vasele noastre de sânge sunt organizate asemenea fractalilor.
Chiar și celulele creierului nostru interacționează pe baza unor legi simple.
Modul în care evoluția rafinează și îmbogățește sistemele complexe
este una din cele mai intrigante idei din știința modernă.
În teza mea de doctorat în filosofie am fost interesat să descopăr
cum interacționează sistemele complexe cu evoluția.
Așadar pe de o parte avem sisteme care
aproape că se autoorganizează ca sisteme complexe
astfel încât să manifeste o ordine la care nu ne-am fi așteptat,
dar pe de altă parte,
mai trebuie să avem evoluția care interacționează cu aceste sisteme
pentru a crea ceva care e cu adevărat adaptat la mediul înconjurător.
Puterea lipsită de rațiune a evoluției, dar totuși creativă,
în a dezvolta și crea sisteme complexe,
este cu adevărat incredibilă.
Însă ea operează la o scară cosmică a timpului.
De la prima formă de viață pe Pământ până la noi, din ziua de astăzi,
a fost nevoie de aproape trei miliarde și jumătate de ani.
Dar acum avem în mâinile noastre
un dispozitiv care poate simula acest proces
la o scară mult mai mică a timpului.
Ce este invenția despre care vorbesc?
Ei bine, se prea poate să stați toată ziua în fața unei astfel de invenții.
Desigur, este vorba de calculator.
Calculatoarele din ziua de azi pot efectua miliarde de calcule pe secundă.
Iar asta le dă puterea de a face ceva foarte special.
Ele pot simula evoluția.
Mai precis, calculatoarele pot folosi principiile evoluției
pentru a-și modela și rafina propriile programe
în același mod în care lumea naturală se folosește de evoluție
ca să creeze și să perfecționeze organisme vii.
Astăzi, cercetătorii din domeniul calculatoarelor,
au descoperit că acest software elaborat
poate rezolva probleme care-i depășesc și pe cei mai inteligenți oameni.
Un lucru special pe care l-am descoperit în cercetările noastre inițiale
a fost cât de puternică este evoluția
ca sistem, ca algoritm, ca să creeze ceva foarte complex,
să creeze ceva foarte adaptabil.
Scopul lui Torsten și al echipei lui
nu este altul decât să se folosească de evoluția puterii calculatoarelor
pentru a crea un creier virtual
care să controleze un trup virtual.
Pentru început, au creat 100 de creiere aleatorii.
După cum vedeți, nu erau foarte grozave.
Evoluția a preluat atunci controlul.
Calculatorul a selectat creierele
care erau sensibil mai capabile să-și miște trupurile
și le-au făcut să se dezvolte.
Algoritmul îi selectează apoi pe "indivizii" care se comportă cel mai bine
și le permite să-și creeze "vlăstari".
GENERAȚIA 5
Cei care se mișcau cel mai bine din generația următoare
au fost selectați să creeze la rândul lor vlăstari, și așa mai departe.
GENERAȚIA 10 În mod uimitor, după doar 10 generații,
deși erau încă puțin nesiguri, indivizii puteau să umble.
În cele din urmă, în mod miraculos, te trezești cu ceva care funcționează.
Lucrul puțin înfricoșător e că nu știi de ce funcționează și cum funcționează.
Te uiți la creierul acela și nu ai nicio idee despre ce se întâmplă,
pentru că evoluția l-a optimizat în mod automat.
După douăzeci de generații, evoluția a transformat asta...
în asta.
Dar aceste ființe create de calculator au depășit curând etapa mersului.
Ele au evoluat astfel încât să facă lucruri
care sunt practic imposibil de programat în mod convențional.
Ele reacționează realist la evenimente neașteptate.
Ca atunci când sunt lovite sau cad, de exemplu.
Chiar dacă noi am programat acești algoritmi,
ceea ce se întâmplă de fapt când lucrează cu viața,
noi nu mai putem controla
și se întâmplă lucruri la care nu ne așteptam niciodată.
Și ai un sentiment foarte ciudat că tu ai creat algoritmii aceia,
dar apoi ei fac tot felul de lucruri de capul lor.
Un proces la care nu se gândea nimeni despre încercările și erorile evoluției
a creat aceste ființe virtuale
care se pot mișca și pot reacționa în timp real.
Ceea ce vedem aici este dovada adusă de un experiment fantastic
despre puterea creativă a sistemelor bazate pe legi simple.
Urmărind cum calculatoarele pot dezvolta în mod inconștient programe
pentru a face lucruri pe care niciun om nu le-ar putea programa conștient,
este un exemplu fantastic despre puterea autoorganizării.
Aceasta demonstrează că evoluția este și ea
la fel ca alte sisteme pe care le-am întâlnit,
un sistem bazat pe legi simple și pe feedback
din care complexitatea a apărut în mod spontan.
Gândiți-vă la asta!
O lege simplă este că organismele trebuie să se reproducă
cu câteva mutații întâmplătoare din când în când.
Feedbackul vine de la mediul înconjurător
care favorizează mutațiile cele mai potrivite.
Rezultatul este o complexitate și mai mare
produsă fără a fi gândită sau proiectată.
Lucrul interesant e că se poate ajunge la un nivel mai înalt de organizare.
Odată ce ai aceste organisme care au de fapt tipare în ele,
acestea pot fi selectate sau respinse de procese,
ceea ce reprezintă feedbackul esențial.
De aceea, evoluția în sine, întreaga scară a lui Darwin,
este, într-o anumită măsură, și a lui Turing,
cu feedbackuri care se produc în timpul diferitelor procese.
Și aceasta este esența acestei povești.
Legi simple, la care nu te-ai fi gândit,
au puterea de a crea sisteme incredibil de complexe
fără o gândire conștientă.
În acest sens, aceste ființe create de calculator
sunt sisteme autoorganizate,
exact ca acela pe care Belusov l-a observat
apărând din substanțele chimice ale lui.
Exact ca sistemele din dunele de nisip,
din mulțimile lui Mandelbrot,
din plămânii noștri, din inimile noastre, din vreme
și din geografia planetei noastre.
Designul nu are nevoie de un designer activ care să intervină.
Este o parte inerentă a Universului.
Unul din lucrurile care îi fac pe oameni să nu se împace
cu această idee a tiparelor formate spontan,
este că, într-un fel sau altul, nu e nevoie de un creator.
Dar poate că ceea ce ar face un designer cu adevărat inteligent
este să trateze Universul ca pe o simulare gigantică
unde să setezi niște condiții inițiale oarecare
și să lași pur și simplu să se întâmple toate lucrurile în mod spontan,
în toată splendoarea și frumusețea lor.
Matematica formării tiparelor arată că același tip de tipar poate să apară
într-o gamă enormă de sisteme variate: fizice, chimice sau biologice.
Undeva, adânc înăuntru, ele apar din cauza aceluiași considerent matematic.
Implicit, în tot ce se întâmplă
există aceste tipare frumoase pe care le vedem peste tot.
Cred că lucrul acesta e greu de înțeles.
Așadar care e lecția supremă pe care o putem învăța din toate acestea?
Ei bine, e lecția că toată complexitatea Universului,
toate bogățiile lui infinite
provin din legi simple și lipsite de rațiune,
repetate la nesfârșit.
Dar nu uitați! Pe cât de puternic este acest proces,
pe atât de inerent de imprevizibil este el.
Așadar, cu toate că pot să vă mărturisesc
că viitorul va fi nemaipomenit,
pot să vă spun de asemenea, cu certitudine științifică,
ca n-am nicio idee despre ceea ce ne rezervă el.
* servit de latimp.eu & pefelie.org *