گفتار چهارم: سیستم خودسازمانده

گفتار چهارم: سیستم خودسازمانده^[1]

حیرتی گل کن، گر از تمثال او خواهی نشان         یعنی از آیینه ممکن نیست بیرون دیدنم

با که گویم؟ ور بگویم کیست تا باور کند           آن پری‌رویی که من دیوانه‌ی اویم منم

قانون دوم ترمودینامیک به ظاهر با برخی از تجربیات ملموس ما در تضاد است. طیفی از سیستم‌‌ها وجود دارند که رفتارشان، در نگاه اول، پیش‌‌بینی‌‌های قانون دوم ترمودینامیک را نقض می‌‌کند. یعنی در گذر زمان اطلاعاتشان به جای کم شدن زیاد می‌‌شود. این نظام‌ها خودسازمانده نامیده می‌‌شوند. سیستم‌‌های زنده مشهورترین نظام‌های خودسازمانده هستند.

ما می‌‌بینیم که جانداران در گذر زمان رشد می‌‌کنند و تکثیر می‌‌شوند و به این ترتیب نظم درونی خود را نه تنها از دست نمی‌‌دهند، که آن را زیاد هم می‌‌کنند. بچه‌‌ای که در زمان تولد چهار کیلو وزن دارد سیستمی با چهار کیلو ماده‌‌ی منظم است که ۳۷ درجه‌ی سانتیگراد دما دارد و به اندازه‌‌ی ژنوم یک انسان اطلاعات در هر سلولش ذخیره شده است. همین بچه وقتی بیست سال بعد به یک آدم بالغ تبدیل شد شصت، هفتاد کیلو ماده‌‌ی منظم را با همین دما و همین چگالی اطلاعات در خود جای می‌‌دهد و بنابراین مقدار کل اطلاعاتِ درونش بسیار افزایش یافته است. در واقع، در اینجا چهار کیلو ماده‌‌ی منظم به هفتاد کیلو ماده‌‌ی منظم تبدیل شده است و حتی اگر آموخته‌‌های علمی و معنوی آن بچه را هم حساب نکنیم، همین مقدار هم از نظر ترمودینامیکی دستاورد کمی نیست!

این مسئله، یعنی چگونگی زیاد شدن اطلاعات در سیستم‌‌های زنده، یکی از چالش‌های اصلی پیشاروی نظریه‌‌پردازان سیستمی بوده است. در اواسط دهه‌‌ی هشتاد، سه پاسخِ گوناگون برای این پرسش پیشنهاد شد:

الف) پریگوژین^[2]، که نماینده‌ی مکتب بروکسل در نظریه‌‌ی سیستم‌‌های پیچیده بود، به معادلات ریاضی غیرخطی علاقه‌ داشت. بحث او بر این حقیقت تمرکز یافته که سیستم‌‌هایی که اطلاعات خود را در مسیر زمان افزایش می‌‌دهند، حد و مرزهایی بسیار انعطاف‌‌پذیر دارند و مرتب در حال تبادل عناصرشان با محیط هستند. او این نظام‌ها را ساختارها یا سیستم‌‌های انتشاری^[3] ‌‌نامید. این سیستم‌‌ها با «چریدنِ» انرژی محیط، اطلاعات درونی خود را همگام با بی‌‌نظمی محیط افزایش می‌‌دهند. به بیان ساده‌‌تر، این سیستم‌‌ها به قیمت کاستن از نظمِ محیطشان خود را منظم می‌‌کنند. نمونه‌اش بدن جانداران است که ناگزیر است برای حفظ و گسترش سطح پیچیدگی خود، مدام از مواد غذایی موجود در محیطش استفاده کند.

ب) هواداران مکتب آلمانی نظریه‌‌ی سیستم‌‌های پیچیده (که توسط دانشمندی به نام هرمان هاکن^[4] بنیان نهاده شده) به رخدادهای فیزیکی به اندازه‌‌ی شواهد زیست‌‌شناختی و عصب‌‌شناسی علاقه نشان می‌‌دهند. دانشمندانی مانند لَندزبِرگ^[5] و لَیزر^[6] معتقدند که سیستم‌‌های یادشده در واقع اطلاعات را افزایش نمی‌‌دهند. از دید ایشان جریان یافتن انرژی از منبعی بزرگ مانند خورشید، چنان‌که در علم ترمودینامیک پیش‌‌بینی می‌‌شود، بی‌‌نظمی را در سطح کره‌‌ی زمین افزایش می‌‌دهد؛ اما در این میان، هسته‌‌های مقاومتی در برخی از سیستم‌‌های باز (جانداران) پدید می‌‌آید که در برابر افزایش آنتروپی درونشان مقاومت می‌‌کنند و بنابراین در مقایسه با محیطشان منظم‌‌تر دیده می‌‌شوند. از دید این دانشمندان نظم سیستم مفهومی نسبی است که باید در زمینه‌‌ی آنتروپی محیط فهمیده شود. یعنی ظهور قله‌هایی از پیچیدگی مثل گونه‌های جاندار، با عمق شدن دره‌هایی از بی نظمی در گرداگردشان جبران می‌شود.

پ) سومین پاسخ در این زمینه را دو دانشمند آمریکایی به نام‌های بروکز و وایلی داده‌‌اند. این دو در کتاب جالبشان به نام تکامل به مثابه آنتروپی^[7] شیوه‌‌ی جدیدی برای تعریف رابطه‌‌ی اطلاعات و آنتروپی پیشنهاد کرده‌‌اند. از دید ایشان آنتروپی همتای بخشی از فضای حالت است که توسط سیستم تسخیر/ تجربه نشده و نظم هم‌‌ارزِ بخشی است که توسط ساختارها و کارکردهای سیستم پوشانده شده است.

مبنای بحث این دو دانشمند نقدِ پیش‌فرضِ مرسومی است که مقدار آنتروپی بیشینه -یعنی حداکثر بی‌‌نظمی ممکن در یک سیستم- را ثابت فرض می‌‌کند. از دید ایشان مقدار آنتروپی کل با افزایش ابعاد فضای حالت و زیاد شدنِ درجه‌‌ی آزادی سیستم زیاد می‌‌شود. اگر به راستی این طور باشد، مشکلی برای حل کردن باقی نمی‌‌ماند. آنچه در افزایش نظم نظام‌های زنده تناقض‌‌آمیز است بر این پیش‌‌فرض استوار است که افزایش نظم به کاهشی مشابه در بی‌‌نظمی منتهی می‌‌شود و این پیش‌فرض از ثابت پنداشتنِ مقدار بیشینه‌‌ی آنتروپی سرچشمه گرفته است. اما اگر بیشینه‌‌ی آنتروپی با پیچیده‌‌تر شدن سیستم‌‌ها و افزایش ابعاد فضای حالتشان زیادتر شود -که می‌‌شود- مقدار نظم و بی‌‌نظمی می‌‌توانند همگام با هم افزایش یابند.

به بیان دیگر، قانون دوم ترمودینامیک در اینجا هم جاری است. چون سیستم تکاملی هرگز نمی‌‌تواند با سرعتی که فضای حالتش گسترش می‌‌یابد در آن منبسط شود. در نتیجه، با وجود پیچیده‌‌تر شدن سیستم و افزایش نظم درونی آن، همواره از امکاناتِ افزاینده‌‌ی پیرامونش در فضای حالت عقب می‌‌ماند و به این ترتیب بی‌‌نظمی کلی گیتی را، هم‌زمان با اطلاعات درونی خود،‌ افزایش می‌‌دهد. در این کتاب رویکرد سوم پذیرفته شده است و اطلاعات و آنتروپی بر مبنای الگوی توسعه‌‌ی سیستم در فضای حالتش تعریف می‌‌شوند.

1. self-organizing system ↑
2. Ilya Prigogine (1917-2003) ↑
3. Dissipative systems ↑
4. Hermann Haken (1927-) ↑
5. Joseph M. Landsberg () ↑
6. Judith Layzer ↑
7. Wiley and Brooks, 1989. ↑

ادامه مطلب: بخش پنجم: پیچیدگی – گفتار نخست: مفهوم پیچیدگی

رفتن به: صفحات نخست و فهرست کتاب