Sposób na chaos

Gdy zimą 1961 r. meteorolog Edward Lorenz na lampowym komputerze Royal McBee przeprowadzał długoterminową prognozę pogody, dla wygody wprowadził ponownie w połowie pracy maszyny skrócone dane liczbowe. Po przerwie na kawę, otrzymał wynik zasadniczo rozbieżny od przewidywanego. Nazwał to później "efektem motyla" - trzepot skrzydeł motyla w Buenos Aires może wywołać burzę w dowolnej części świata. Zależność ta jest nieprzewidywalna, mimo zdeterminowania. Możliwa jest jednak zawsze symulacja komputerowa, która częściowo opisze ten chaos.

Gdy zimą 1961 r. meteorolog Edward Lorenz na lampowym komputerze Royal McBee przeprowadzał długoterminową prognozę pogody, dla wygody wprowadził ponownie w połowie pracy maszyny skrócone dane liczbowe. Po przerwie na kawę, otrzymał wynik zasadniczo rozbieżny od przewidywanego. Nazwał to później "efektem motyla" - trzepot skrzydeł motyla w Buenos Aires może wywołać burzę w dowolnej części świata. Zależność ta jest nieprzewidywalna, mimo zdeterminowania. Możliwa jest jednak zawsze symulacja komputerowa, która częściowo opisze ten chaos.

W powszechnym doświadczeniu odbieramy świat (najbliższe otoczenie oraz odległy mikro- i makrokosmos) zawsze jakoś uporządkowany, mający strukturę i wyróżniony kierunek zmiany. Siebie samych też tak pojmujemy, zwłaszcza nasze działanie. To odczucie (o zmiennym i różnym natężeniu) towarzyszy nam przez większość życia, nadaje mu sens. W istotnej do niego dysproporcji stoi naukowy punkt widzenia formułowany przez współczesną fizykę, statystykę i teorię informacji. Mówi się w nich (z różnych punktów widzenia i na bazie różnych danych) o świecie wykazującym ogólną tendencję do bezwładu, czyli wzrostu entropii jako miary stopnia nieuporządkowania świata (wszelkiego systemu, układu).

Druga zasada termodynamiki, traktująca o układach izolowanych, jednoznacznie mówi o rosnącej ich dezorganizacji (nieuporządkowaniu), rosnącej nieokreśloności, tym większej, im stany układu są bardziej prawdopodobne. Łączy się to z rozproszeniem swobodnej energii układu (również organizmu) i takich jego parametrów, jak ciśnienie, temperatura, zmiany energii mechanicznej. Zmiany te wykazują nieodwracalną tendencję samorzutnego rozpraszania się, wyrównywania różnic, co określa się mianem wzrostu entropii.

W globalnych warunkach ziemskich nigdy nie zaobserwowano tendencji odwrotnej - malejącej entropii. I choć całkowita energia wewnętrzna układu (o czym mówi pierwsza zasada termodynamiki) nigdy nie zmieni się, to jednak układ nie będzie mógł wykonać żadnej pracy, ponieważ będzie się rozpraszał i dążył do równowagi. Aspekt ten został przez niektórych fizyków nazwany mianem "śmierci cieplnej świata", co wywołało liczne dyskusje, także poza fizyką - w filozofii, teologii.

Lecz już w samej fizyce (w ramach fizyki statystycznej) poradzono sobie poniekąd z paradoksalnym sensem twierdzenia o wzrastającej entropii, dopuszczając taką interpretację, w której w mikroskopowej skali świata możliwe są procesy wyznaczane przez malejącą entropię. Inaczej mówiąc, w pewnych obszarach świata, także (a nawet głównie) w obszarach działania człowieka, możliwe są przypadki (zjawiska, rzeczy, zdarzenia), w których stopień ich uporządkowania, organizacji wcale nie maleje, lecz przeciwnie - jest stały, a nawet wzrasta. Ma to miejsce zwłaszcza w układach otwartych, nie izolowanych, lecz połączonych z innymi wymianą energii czy informacji. O takich układach mówi biologia, także socjologia. Wielką rolę do odegrania ma w nich informacja, rozumiana jako odwrócenie entropii (tzw. negentropia, entropia ujemna). Jest ona miarą uporządkowania układu, jego organizacji, stopniem prawdopodobieństwa zajścia określonego zdarzenia.

Chaos czy porządek

Na obraz świata, w którym globalnie wzrastającej entropii towarzyszy jednocześnie lokalnie rosnąca organizacja i informacja, nakłada się jeszcze inny (nie mniej paradoksalny) obraz świata - chaotycznego i równocześnie uporządkowanego. Tworzy go również współczesna fizyka, opierająca się przy tym na starożytnych, religijnych mitach o wszechświecie, wyłaniającym się z chaosu.

Wielu fizyków uważa, że ścisłe zdeterminowanie zjawisk fizycznych jest pozorem stworzonym przez klasyczną fizykę newtonowską. Jest zauważalne tylko na powierzchni zjawisk, których głębsza natura jest niezdeterminowana i nie poddaje się opisowi ze strony dotychczasowych praw naukowych. Oba porządki rzeczy w istocie się nie wykluczają, lecz przenikają. Tam, gdzie dotychczas dostrzegano prostotę, pojawia się złożoność i nieprzewidywalność. Z kolei to, co było skomplikowane, staje się proste. Porządek i chaos współistnieją. Fizycy w związku z tym ukuli termin "chaosu deterministycznego", który można opisać bardzo wyrafinowaną matematyką chaosu, w której czołową rolę odgrywają fraktale. Jak pisze Ian Stewart: "Porządek może rodzić swój rodzaj chaosu. Pytanie dotyczy nie tyle tego, czy Bóg gra w kości, lecz jak Bóg gra w kości". Słowa o Bogu grającym w kości są parafrazą słynnego sformułowania Alberta Einsteina, który wierzył w zdeterminowanie wszechświata (w takim przypadku Bóg nie grałby w kości). Mimo jego autorytetu, spora część fizyków i filozofów przychyla się do zdania, iż chaos nie wyklucza porządku; możliwe jest opisanie chaosu.

Cyfrowe uporządkowanie chaosu

Norbert Wiener, twórca cybernetyki, określił rolę urządzeń technicznych jako sprzyjającą procesom antyentropijnym i wprowadzającą pewien porządek do chaosu wszechświata. Zwłaszcza maszyny liczące (wówczas jeszcze analogowo-cyfrowe, hybrydowe komputery) powodują, że w określonych obszarach ich użycia przez człowieka ma miejsce odwrócenie uniwersalnej tendencji wzrostu entropii i wprowadzenie nowych uporządkowanych struktur, wzrastającej ich organizacji, a tym samym znaczny wzrost informacji. Z tego powodu, stwierdzał Norbert Wiener, maszyny, które przyczyniają się do "lokalnego i chwilowego wzrostu informacji, mimo organizacji prymitywnej i niedoskonałej, stanowią wysepki malejącej entropii w obrębie systemu, w którym ma ona tendencję do wzrastania". Ta porządkująca rola maszyn cyfrowych jest zagwarantowana zasadami ich konstrukcji i regułami działania. Decydują o tym skończone układy scalone i prostota logiki symbolicznej, na której opiera się programowanie.

Przepływ sygnałów elektronicznych w układach scalonych dokonuje się według reguł logiki dwuwartościowej. Poszczególnym jej funktorom przypisano, na podstawie kodu binarnego, odpowiednie strumienie elektronów. Jak mówił David Bolter, autor książki Człowiek Turinga. Kultura Zachodu w wieku komputera, w ten sposób myśl logiczna ucieleśniona została w najdoskonalszej maszynie; komputer zrealizował marzenie logików o doskonale uporządkowanym świecie. Którego opis stale wymykał się różnym naukom. Nigdzie w świecie elektrony nie podporządkowują się tak dokładnym prawom, jak w logice ucieleśnionej w komputerze; wszędzie podlegają co najwyżej statystycznym, probabilistycznym prawom fizyki i matematyce chaosu. W komputerze jest inaczej. "Bramka w komputerze jest rzeczywiście ostateczną przyczyną przepływu elektronów, ostatecznym czynnikiem wywołanym przez inżyniera, który zaprojektował maszynę. Stworzony przez inżyniera świat logiczny przypomina wszechświat greckiego kosmologa. [...] W podobny sposób linie schematów obwodów komputera tworzą mapę świata uporządkowanego. Poza komputerem istnieje jedynie chaos, pył i różne niekorzystne wpływy, przed którymi musi się chronić ten delikatny wszechświat porządku i logiki, jeśli ma kontynuować swe działania".

Oprócz wewnętrznego uporządkowania maszyny cyfrowe wykazują również na zewnątrz działanie o dużym stopniu porządkowania chaosu. Komputery (zwłaszcza jeśli rozpatruje się je w połączeniu z ich konstruktorami i użytkownikami) stanowią z reguły układy otwarte. Ich istotą jest nieustanne przetwarzanie nowej informacji i łączenie jej z informacją poprzednią. Dzieje się tak zwłaszcza w sieciowych systemach komputerowych. Konkretnym przykładem jest Internet, który należy potraktować jako gigantyczną megamaszynę cyfrową o znaczącym antyentropijnym działaniu. Pod powierzchnią przypadkowej i nie uporządkowanej informacji, licznych infośmieci, znajduje się istotne zorganizowanie informacji w postaci wielodostępnych baz danych, inteligentnych narzędzi przeszukiwania, zindywidualizowanej edycji itp.

Komputery przyczyniają się do wzrostu zorganizowania otoczenia, w którym funkcjonują, ponieważ sterują pracą innych narzędzi i maszyn; udzielają im części swej porządkującej funkcji. Przetwarzając w swoim wnętrzu zadaną im informację, wpływają na wzrost informacji na zewnątrz. W morzu chaosu stanowią, nie tylko z teoretycznego, lecz również technicznego punktu widzenia, obszary wysokiej organizacji i uporządkowania. Pod tym względem ich rola jest większa niż wszystkich dotychczasowych urządzeń technicznych, jakie stworzył człowiek - druku, książki czy systemów zdalnej komunikacji (telegrafu, telefonu, telewizji). Każde z nich wprowadzało w fizyczny świat pewne uporządkowanie, dostarczało nowych informacji stanowiących podstawę organizacji technicznych czy społecznych. Maszyna cyfrowa pod tym względem wszystkie jednak przebija i dystansuje.

Dr Marek Hetmański jest pracownikiem UMCS w Lublinie.

E-mail: [email protected]

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200