Coveney Peter, Highfield Roger - Granice złożoności. Poszukiwania porządku w chaotycznym świecie.doc

Powrót do spisu KIPPIN
PRZEDRUK

PETER COVENEY, ROGER HIGHFIELD
GRANICE ZŁOŻONOŚCI. POSZUKIWANIA PORZĄDKU W CHAOTYCZNYM ŚWIECIE
(Frontiers of Complexity. The Search for Order in a Chaotic World / wyd. orygin.: 1995)

SPIS TREŚCI:

Przedmowa
Podziękowania
Prolog

1. Tajemna sztuka
2. Kod artysty
3. Paleta artysty
4. Natura źródłem inspiracji
5. Ewoluujące odpowiedzi
6. Artyzm natury
7. Życie znane
8. Życie możliwe
9. Magiczny warsztat
10. Panorama
Dodatek: Czytanie w myślach

Przypisy
Słowniczek
Bibliografia
Indeks osobowy

Wkładka

Spis Treści / Dalej

PRZEDMOWA

Gdy bohater sztuki Moliera Mieszczanin szlachcicem dowiedział się, co znaczy słowo "proza", zdał sobie sprawę, że od czterdziestu lat nieświadomie mówił prozą. Podobnie, czytając Granice złożoności, zrozumiałem, że od kilkudziesięciu lat zajmuję się złożonością, nie wiedząc nawet, w jak wspaniałym towarzystwie przebywam. Z moich doświadczeń wynika, że w medycynie, gdzie obserwacje mają zasadnicze znaczenie, złożoność zjawisk można zrozumieć, przynajmniej częściowo, wielokrotnie obserwując cały organizm lub ich populację w różnych warunkach, starając się przy tym zarejestrować i zbadać jak najwięcej zmiennych. Na przykład w badaniach chorób stopniowo gromadzimy wiedzę na temat wpływu bardzo licznych czynników na organizm chorego, genetycznie uwarunkowanej podatności na chorobę oraz oddziaływań między czynnikami zewnętrznymi, organizmem i otoczeniem. Natomiast w podejściu redukcjonisrycznym, tradycyjnie stosowanym w fizyce, chemii i biologii molekularnej, obmyślamy takie eksperymenty, które upraszczają badanie zjawiska wskutek eliminacji niemal wszystkich zmiennych. Opisujemy wtedy zjawiska, odwołując się do najprostszych elementów układu.

Badania wirusa żółtaczki typu B (HBV) i jego oddziaływań są dobrym przykładem nauki obserwacyjnej. HBV powoduje pierwotny nowotwór wątroby, jeden z na)powszechniej występujących rodzajów nowotworów. Jednak nie wszyscy, którzy mieli kontakt z wirusem, stają się chronicznie zarażeni i nie wszyscy chronicznie zarażeni chorują na raka. Wewnętrzne i zewnętrzne czynniki, które określają, czy dana osoba ulegnie zarażeniu i zachoruje, wywierają na siebie wpływ i zależą od czasu. HBV ma do czynienia z innymi wirusami atakującymi wątrobę, takimi jak HIV, pierwotniakami powodującymi malarię i zapewne jeszcze jakimiś mikroorganizmami. Te oddziaływania wpływają na prawdopodobieństwo infekcji i choroby. Czynniki genetyczne, wiek i płeć również mają duże znaczenie. Na dokładkę ryzyko zachorowania na raka zwiększają pewne czynniki środowiskowe, takie jak aflatoksyna (środek rakotwórczy, wytwarzany przez grzyby rozkładające żywność), żelazo, arszenik i zapewne jeszcze inne. Kolejną komplikacją jest oddziaływanie czynników genetycznych ze środowiskowymi.

Wirus wytworzył zaskakująco inteligentne strategie maksymalizacji szans przetrwania bez zabijania gospodarza, tak aby mógł zostać przekazany następnej ofierze, najczęściej podczas stosunku seksualnego. Bardzo często zarażeniu ulegają dzieci podczas porodu i w okresie niemowlęctwa. Szczególnie sprytne są metody stosowane przez wirus w celu przechytrzenia ludzkiego układu odpornościowego. Wirus stosuje "zasłonę dymną" z obficie wytwarzanych antygenów powierzchniowych, aby przeciwdziałać reakcji immunologicznej; organizm uczy się tolerować antygen wirusa, dzięki czemu ten może długie lata istnieć i reprodukować się w wątrobie gospodarza, który żyje dalej, nieświadom zagrożenia. To tylko jedna z "inteligentnych" sztuczek wirusa.

Zebrane dane nie pozostawiają cienia wątpliwości, że potrzebny jest tu model uwzględniający złożone i zależne od czasu oddziaływania między znanymi i nieznanymi zmiennymi. Jednak konwencjonalne metody budowania modeli niezbyt się nadają do tak złożonego problemu, wymagającego przyjęcia bardzo wielu założeń. Czy nauka o złożoności stwarza nadzieję, iż uda się skonstruować dynamiczne i ewolucyjne modele, opisujące tę sytuację? Autorzy Granic zlożoności przekonują nas, że tak jest w istocie, gdyż obecnie uczeni rozważają inne złożone problemy: prawdziwe problemy, z jakimi mamy do czynienia w rzeczywistym świecie, nie zaś konstrukcje "doświad-czalników", pozbawione bogactwa, które cechuje naturę. Książka ta stwarza nadzieję, że złożone problemy okażą się rozwiązywalne. Można w niej znaleźć również przykłady metod syntezy i analizy, które coraz częściej stosują biolodzy i uczeni zajmujący się naukami medycznymi, zmuszeni do radzenia sobie z kłopotliwym bogactwem zmiennych.

Autorzy mówią także o pokusach redukcjonizmu. Tradycyjna nauka, zgodnie z greckim ideałem, uwielbia prostotę, harmonię, symetrię i inne atrybuty czystego piękna. Według pewnych interpretacji, Platon uczył, że widzialny świat nie jest tak rzeczywisty, jak jego istota ukryta za złożonością zjawisk, rzeczą zaś filozofa jest poznanie tej istoty. Nauki empiryczne usiłują poznać tę istotę, tworząc obraz świata, wywodzący się z doświadczeń, ale maksymalnie uproszczony. Na przykład nauki redukcjonłstyczne, zainteresowane cząstkami elementarnymi i ich oddziaływaniami lub też genami i molekułami ważnymi w biologii, umożliwiły – zwłaszcza w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat – ogromny wzrost naszej wiedzy między innymi dlatego, że pozwoliły stworzyć narzędzia i metody nieznane w przeszłości. W układach nieliniowych całość jest jednak czymś więcej niż prostą sumą części. Takie układy można zrozumieć jedynie wtedy, gdy badamy ich zachowanie "globalne", a nie tylko szczegółowo analizujemy detale ich budowy. Niewykluczone, że w naukach takich jak medycyna właśnie złożoność jest kluczem do rozwiązania istniejących problemów. Gdy wskutek choroby układ biologiczny źle funkcjonuje, pełna znajomość złożoności organizmu pozwala na interwencję w różnych jego miejscach. Warto znać "prawdziwą" przyczynę choroby, to znaczy jeden istotny element, który ją spowodował, ale często nie można jej wykryć lub jest ona fikcją, wymyśloną przez badacza, który chciałby uzyskać proste rozwiązanie złożonego problemu. Jak można się przekonać, czytając tę książkę, inżynierowie i uczeni zajmujący się zastosowaniami nauki są ludźmi pragmatycznymi, doskonale pamiętającymi, że "lepsze jest wrogiem dobrego". Badania zjawisk na granicy między chaosem i porządkiem, gdzie zdaniem niektórych kryje się klucz do zrozumienia problemów natury, zapewne nie doprowadzą do znalezienia ścisłych rozwiązań, ale otrzymane wyniki dadzą się zastosować w praktyce i pozwolą na zrozumienie tych procesów.

W tej książce czytelnicy znajdą wiele ekscytujących rzeczy. Na przykład Boska gra narodziła się jako matematyczna zabawa, w której obowiązywały proste reguły, ale doprowadziła do powstania konstrukcji, wykazujących cechy żywych układów, takich jak wirtualne ryby, rozpraszające się na widok wirtualnego rekina, i wirtualne pszczoły, zdradzające upodobanie do takich samych kwiatów jak rzeczywiste pszczoły. Innym przykładem jest wykorzystanie DNA do wykonywania skomplikowanych obliczeń oraz konstrukcja sztucznego życia, czyli programów komputerowych zachowujących się jak żywy organizm. Te cechy można przy tym przekazać robotom, które pracują w odległych miejscach, takich jak kratery aktywnych wulkanów, powierzchnia Księżyca lub Marsa, i które wyglądają jak owady zaprojektowane przez inteligentnego projektanta, choć ich zadaniem jest badanie natury.

W ramach takich badań sztucznego życia uczeni konstruują również programy ewolucyjne, które pozwalają, aby opisywane przez nie "biomorfy" konkurowały o przeżycie – na przykład walcząc o dostęp do pamięci i o czas obliczeniowy komputera. Proces ten różni się od ewolucji naturalnej tym, że to uczony określa reguły przeżycia. Wobec tego twórczy naukowiec odgrywa rolę boga w stworzonym przez siebie świecie. Podczas pierwszej konferencji na temat sztucznego życia w Los Alamos w 1987 roku Richard Dawkins, zoolog z Oksfordu, przedstawił swój program Ślepy zegarmistrz, symulujący ewolucję różnych uporządkowanych form, przy czym to Dawkins dokonywał selekcji, kierując się względami estetycznymi. Thomas Ray i inni opracowali programy, w których wskutek ewolucji powstają najrozmaitsze struktury bez interwencji celowo działającego twórcy.

Ludzkość ma powody, żeby czuć niepokój z powodu twórczej "arogancji" uczonych. Ich pomysły mogą łatwo podsycić obawy, jakie dwa wieku temu wzbudził potwór Yictora Franken-steina. Nie brakuje współczesnych artykulacji takich koncepcji. Znany krystalograf Bernal stwierdził, że ludzie nie zadowolą się naśladowaniem znanych form życia, lecz spróbują Je ulepszyć. Biolog molekularny, jeden z bohaterów filmu i książki Park jurajski, tworząc dinozaury, nie zadowolił się prostym kopiowaniem dawnych stworzeń na podstawie odnalezionego DNA. Zamiast tego dodał geny przyspieszające rozwój, spróbował stworzyć populację, składającą się z osobników jednej płci, i usiłował zmienić ich sposób poruszania, tak aby lepiej pasowały do wyobrażeń publiczności. Te pomysły były skazane na niepowodzenie między innymi dlatego, że zbyt słabo rozumiemy wpływ, jaki nauka wywiera na środowisko.

Krytyk i eseista Gilbert Highet pisze o Hiobie, który podczas wielkiej burzy uświadamia sobie potęgę sił przyrody. Badania złożoności, nawet jeśli nie doprowadzą do znalezienia w pełni satysfakcjonujących rozwiązań, powinny uświadomić reduk-cjonistom, że niezależnie od tego, ile zbiorą szczegółowych informacji i jak ogólne teorie stworzą, zawsze coś pozostanie za granicą obecnej wiedzy. Każde doświadczenie, jakie wykonujemy w celu sprawdzenia hipotezy, prowadzi do nowych pytań. Tajemnice przyrody nie mają granic, podobnie jak nasze pragnienie ich poznania. Badania nad złożonością stwarzają okazję, żeby zatrzymać się choć na chwilę, przyjrzeć globalnym oddziaływaniom między elementami podstawowymi – cząstkami elementarnymi, atomami, genami – i stworzyć syntezę, wykraczającą poza granice poszczególnych dziedzin nauki. Tylko w ten sposób możemy uzyskać pełny obraz natury.

Barach Blumberg
laureat Nagrody Nobla

PODZIĘKOWANIA

Minęło już niemal dziesięć lat od chwili, kiedy podczas nocnej rozmowy o naturze czasu i jego związkach z ewolucją złożonych układów po raz pierwszy pomyśleliśmy, że moglibyśmy napisać razem książkę. W taki sposób powstała Strzatka czasu, która ukazała się w 1990 roku i została już przetłumaczona na ponad tuzin języków. Granice złożoności to jej kontynuacja. Omawiamy tu dokładniej i szerzej pojęcia, z którymi zetknęliśmy się w Strzałce czasu, a szczególnie złożoność, samoorganizację i sztuczne życie.

Kompozycja książki jest podporządkowana tym głównym koncepcjom, tak aby nie zostały one przesłonięte przez opowieści o osobach, które wzięły udział w ich tworzeniu. Staraliśmy się również umieścić omawiane idee w ogólnym kontekście, przedstawiając historyczny rozwój odpowiednich dziedzin nauk przyrodniczych, techniki i matematyki. W miarę możliwości unikaliśmy specjalistycznego żargonu i całkowicie zrezygnowaliśmy z matematyki. Numerowane przypisy, przeznaczone dla czytelników głębiej wprowadzonych w naukę, ukryte są na końcu książki; tam też znajdują się szczegółowe odnośniki do literatury naukowej oraz rozmaite dziwaczne lub fascynujące wiadomości, z których podania nie potrafiliśmy zrezygnować. Czytelnicy zainteresowani dalszym poszerzaniem swej wiedzy o omawianych problemach mogą skorzystać z obszernej bibliografii. Wielu czytelnikom zapewne ułatwi lekturę słowniczek terminów naukowych.

Jesteśmy ogromnie zobowiązani osobom, które pomogły nam w czasie pracy nad książką. Bardzo dziękujemy Maxowi Hastlngsowi, redaktorowi "The Daily Telegraph", który umożliwił Rogerowi Highfleldowi skorzystanie ze stypendium w Balliol College w Oksfordzie w 1994 roku. Podczas pobytu na uniwersytecie Highfield często korzystał z pomocy i wsparcia Barucha Blumberga, będącego wówczas dyrektorem Balliol. Atmosfera nauki na najwyższym poziomie, jaką jest przesycone Laboratorium Schlumbergera, była dla Petera Coveneya źródłem inspiracji.

Wielu kolegów nie szczędziło czasu, żeby wyjaśnić nam różne problemy i dostarczyć informacji. Jesteśmy szczególnie wdzięczni Johnowi Billinghamowi, który wielokrotnie przeczytał cały maszynopis, i Bruce'owl Boghosianowl za długie dyskusje i wiele celnych sugestii. Chcielibyśmy również serdecznie podziękować Baruchowi Blumbergowi za częste słowa zachęty, komentarze i napisanie przedmowy.

Jesteśmy bardzo wdzięczni wielu osobom za twórczą krytykę pierwszej wersji książki. Oto ich lista: Len Adleman, Shara Amin, Steve Appleby, Michael Arbib, Robert Axelrod, Par Bak, Gary Barker, Mark Bedau, Colin Blakemore, Tim Bliss, Grego-ry Chaitin, Dave Cliff, Francis Crick, Jim Crutchfield, Derek Denton, David Deutsch, Rodney Douglas, Gerald Edelman, Manfred Eigen, Jose-Luls Fernandez, Brlan Goodwin, Geof-frey Hinton, Andrew Hodges, John Holland, Xiaoping Hu, Gerald Joyce, Stuart Kauffman, James Lake, Chris Langton, Wil-liam Latham, Ralph Linsker, Seth Lloyd, James Lovelock, Lulgl Luisi, Paul Mcllroy, Misha Mahowald, Carlo Maley, Chri-stof von der Malsburg, Norman Margolus, Mario Markus, Robert May, David Miller, Melanie Mitchell, Denis Noble, Martin Nowak, Leslie Orgel, Oliver Penrose, Roger Penrose, Edmund Rolls, Steven Rosę, Riitta Salmelin, Antoine Schlijper, Terry Sejnowski, David Sherrington, Karl Sims, Olaf Sporns, Oliver Strimpel, Doron Swade, Harry Swinney, Jim Tabony, John Taylor, Roger Traub, Lotfl Zadeh i Semir Zeki.

Jesteśmy również bardzo zobowiązani licznym osobom, które dostarczyły nam informacji lub zgodziły się na rozmowę z nami. Byli to: Igor Aleksander, Anthony Arak, Wallace Broec-ker, Rodney Brooks, Marilyn Butler, John Conway, Malcolm Cooper, Elena Coveney, Richard Dawkins, Dań Dennett, Rodney Douglas, Tim Dowling, Karl Friston, Peter Fromherz, Hugo de Garis, Murray Gell-Mann, John Habgood, Danny Hills, Peter Hilton, Rufus Johnston, Julian Lewin, Robert Littell, Chri-stopher Longuet-Higgins, Sindey Nagel, Tom Ray, Urs Ribary, John Searle, Hava Siegelmann, Tom Stoppard, Demetri Terzo-poulos, Tom Toffoli, Giulio Tononi, Paul Verschure, Peter Walde, James Watson, Gerard Weisbuch i Stephen Wolfram.

Wiele osób zapoznało się z fragmentami tej książki i zechciało wskazać nam liczne niejasności, wymagające poprawy. Do osób tych należą: Samira Ahmed, Oscar Bandtlow, Julia Brookes, Jon Dagley, Richard Dały, Andre Emerton, Allan Evans, Heather Gething, Ronald i Doris Highfield, David Johnson, Mehul Khimasia, Tony Manzi, Sarnia Nehme i Keir Novik. Mehul i Keir pomogli nam również zrobić korektę.

Rzecz jasna, wyłącznie my ponosimy odpowiedzialność za wszystkie błędy, jakie pozostały. Wymienione tu osoby nie zawsze zgadzają się z naszymi poglądami wyrażonymi w książce.

Jesteśmy bardzo zobowiązani autorom rysunków i zdjęć, które dostarczyli między innymi William Latham, Mario Markus, Karl Sims, Nick Waters i Michael Whiteley. Dziękujemy pracownikom Laboratorium Daresbury oraz Davidowi Stuartowi i jego współpracownikom z Wydziału Biologii Molekularnej Uniwersytetu w Oksfordzie za zdjęcie struktury wirusa pryszczycy (choroba racic i pyska).

Następujące osoby i instytucje zgodziły się udostępnić nam materiały ilustracyjne, za co jesteśmy bardzo wdzięczni: American Association for the Advancement of Science, J. Balde-schwieler, Gary Barker, British Telecom, Rodney Brooks, Peter Coveney, "Current Biology", "The Daily Telegraph", Richard Dawkins, Geral Edelman, J.-L. Fernandez, Hugo de Garis, Jo-seph Harrington, Martin Harvey, Institute for Advanced Study, Gerald Joyce, Włlliam Latham, Norman Margolus, Mario Markus, Kevan Martin, Peter Newmark, Denis Noble, Martin Nowak, Przemysław Prusinkiewicz, Thomas Ray, Julius Rebek, Riitta Salmelin, Science Museum w Londynie, Kenneth Sho-walter, Karl Sims, Jakop Skipper (autor C-Zbo), David Stuart, Demetri Terzopoulos, Manuel Yelarde, Nick Waters, Michael Whiteley, Andrew Wuensche i Semir Żaki. Alan Gilliland i Ri-chard Burgess, graficy z "The Daily Telegraph", wykonali liczne rysunki.

Dziękujemy również sekretarce Gulshan Chunara z "The Daily Telegraph" za niezawodną pomoc; Johnowi Brockmano-wi, który namówił nas do napisania tej książki; naszym redaktorom, Joelle Delbourgo i Andrei Schulz z Nowego Jorku oraz Julianowi Loosowi z Londynu. Do nadania ostatecznej postaci naszemu dziełu szczególnie przyczyniła się Andrea Schulz. Chcielibyśmy także wyrazić wdzięczność Susanne McDadd, która odegrała ważną rolę w początkowym okresie pracy nad tą książką oraz pomagała nam podczas pisania Strzałki czasu. Przede wszystkim dziękujemy jednak Samii i Julii za wyrozumiałość, jaką nam okazały podczas kolejnego długiego i wyczerpującego przedsięwzięcia.

marzec 1995
Peter Coveney,
Laboratorium Schlumbergera w Cambridge
Roger Highfield,
"The Daily Telegraph"

PROLOG

Trudno byłoby sobie wyobrazić dwóch bardziej odmiennych ludzi niż John von Neumann i Alan Mathison Tu-ring. Johnnie był światowcem, uwielbiał opowiadać dowcipy i przebywać w towarzystwie kobiet.l Chodził w eleganckich garniturach, lubił pikantne historyjki i przyjęcia. Alan Turing był nieśmiałym, choć sympatycznym samotnikiem, znanym jako "Prof. Zazwyczaj nosił podniszczone sportowe marynarki, a poza tym miał żółte zęby, brudne paznokcie i się jąkał.2 Obaj uczeni poznali się, gdy Turing miał dwadzieścia trzy lata. Na ostatnie Boże Narodzenie przed spotkaniem poprosił mamę o pluszowego misia, któremu nadał imię Porgy.3

Tych dwóch mężczyzn, których dzieło ma dla nas zasadnicze znaczenie, łączyło bardzo niewiele. Alan Turing urodził się 23 czerwca 1912 roku w domu opieki w pobliżu Paddington w Londynie. Von Neumann miał wówczas osiem lat i mieszkał na Węgrzech; jego edukacją zajmowali się prywatni nauczyciele, zaangażowani przez bogatego ojca. Jednak od spotkania w Cambridge w 1935 roku Turinga i von Neumanna połączyła wspólna wizja, twór ich niezwykłej inteligencji. W ciągu następnej dekady obaj niezależnie stworzyli matematyczne, logiczne i fizyczne podstawy działania i budowy elektronicznych komputerów cyfrowych.

Ich nazwiska są teraz nierozdzielnie związane z maszyną, która wpływa na wszystkie aspekty naszego codziennego życia: bez niej nie byłoby telekomunikacji, procesorów tekstu, elektronicznych kas sklepowych, programowalnych odtwarzaczy kaset wideo, filmowych efektów specjalnych, Internetu – listę tę można ciągnąć w nieskończoność. Bity elektronicznej informacji okrążają świat, przenosząc dane techniczne, decyzje handlowe, polityczne groźby, rozkazy otwarcia ognia i słowa miłości, umożliwiając wideo-konferencje i długie nocne rozmowy.

Alan Turing i John von Neumann

Turing i von Neumann podjęli również pionierskie badania złożonych układów, od turbulentnych przepływów do myślących mózgów. Prace te mają zasadnicze znaczenie dla nauki o złożoności, której celem jest opis całego lasu, a nie poszczególnych drzew, wydobycie jedności z różnorodności, wyjaśnienie organizacji i uporządkowania, czy to w przelotnej chmurze, czy też w nowej, inspirującej myśli. Nie jest przypadkiem, że komputer cyfrowy – dzieło tych ludzi – stanowi najważniejsze narzędzie takich badań, ponieważ matematyczne równania opisujące układy złożone są zazwyczaj zbyt skomplikowane, aby można je było rozwiązać za pomocą papieru i ołówka. Strategia żerowania mrówek, prądy konwekcyjne w zbiorniku podgrzanego oleju, nieregularne skurcze chorego ludzkiego serca to tylko kilka spośród bardzo wielu przykładów złożonych układów, których nie moglibyśmy symulować bez pomocy komputera cyfrowego.

Ich wizja sięgała jednak dalej niż tylko do komputerowych symulacji. Zainteresowania logiką, komputerami i biologią doprowadziły von Neumanna do wymyślenia samoreprodukującego się automatu; chciał wykazać, że maszyna jest zdolna do spełniania jednej z podstawowych funkcji żywych organizmów. W ten sposób von Neumann stał się założycielem nauki o sztucznym życiu, jednej z najbardziej fascynujących dziedzin współczesnych badań. Nadrzędną ambicją Turinga było skonstruowanie sztucznego "mózgu"; uważał on, że rozwój komputerów doprowadzi pewnego dnia do realizacji jego marzeń. W słynnej pracy z 1950 roku Turing sformułował operacyjną definicję inteligencji, na tyle ogólną, by obejmowała zarówno obiekty biologiczne, jak i komputery.4 Prace na temat komputerów oraz ich związków z mózgiem w pełni uzasadniają nazwanie Turinga ojcem sztucznej inteligencji.

Turing był przekonany, że uczenie się jest warunkiem koniecznym inteligencji, zarówno naturalnej, jak i sztucznej. Z tego powodu w ostatnich latach życia poświęcił wiele uwagi strukturze mózgu żywych stworzeń i działaniu ogromnych zbiorów komórek mózgu (neuronów) w procesach uczenia się. To doprowadziło go do zagadnienia morfogenezy, czyli rozwoju struktur biologicznych, na przykład takich jakie można zaobserwować w budowie stokrotek. To była jednak ostatnia faza rozkwitu jego wspaniałej kariery naukowej. Podczas dochodzenia policyjnego w sprawie włamania do jego domu Turing musiał ujawnić, że jest homoseksualistą, ta zaś orientacja seksualna nie była wówczas w Anglii tolerowana. W 1952 roku Turing pisał do przyjaciela, że został oskarżony o wykroczenia seksualne. Uważał, że kładzie to cień na jego badania naukowe, czego dobitnym wyrazem był sylogizm, jakim zakończył list: "Turing wierzy, że maszyny myślą. Turing sypia z mężczyznami. Wobec tego maszyny nie myślą".5 Podczas rozprawy przyznał się do winy, otrzymał wyrok w zawieszeniu i na polecenie sądu musiał się poddać "organoterapii" – kuracji hormonalnej, która miała stłumić jego "nienaturalne" pragnienia seksualne. Wszelkie nadzieje na nawiązanie współpracy z von Neumannem natychmiast wyparowały, gdyż Turing nie mógł otrzymać amerykańskiej wizy. Walka z konformizmem okazała się ponad siły Turinga. Siódmego czerwca 1954 roku, w najzimniejsze i najbardziej deszczowe Zielone Świątki, jakie zdarzyły się w ciągu pięćdziesięciu lat, czterdziestodwuletni Alan Turing zjadł kilka kęsów jabłka, które wcześniej nasączył cyjankiem.6

Turing był anonimowym bohaterem angielskiego wywiadu z czasów wojny. Miał niezwykły talent do łamania szyfrów, nie tylko szyfru natury, ale również szyfru stosowanego przez niemieckie maszyny Enigma. Rządy Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych do dziś nie zezwoliły na ujawnienie metod, którymi posłużył się Turing, ale jeden z jego kolegów stwierdził, że praca Turinga w dziedzinie łamania szyfrów stanowiła największy wkład pojedynczej osoby w zwycięstwo Sprzymierzonych.7 Praca ta posłużyła również jako punkt startu w jego planach budowy komputera. Jednak jego niezwykły, logiczny umysł nie mógł już dłużej znosić perspektywy dalszego życia w nieprzyjaznym i nierozumnym świecie.

Turing umarł jako człowiek napiętnowany i uznany za potencjalne zagrożenie dla bezpieczeństwa kraju. Von Neumann został członkiem wielu komitetów w amerykańskim systemie wojskowym; odegrał ważną rolę nie tylko w pracy nad konstrukcją komputerów cyfrowych, ale również w projektowaniu bomby wodorowej i rakiet międzykontynentalnych. Von Neumann nie dał się zdominować swej nowej ojczyźnie, lecz sam zaczął w niej odgrywać dominującą rolę.8 W 1956 roku w Białym Domu prezydent Eisenhower udekorował go Medalem Wolności. Było to jedno z ostatnich publicznych wystąpień von Neumanna – nie miano już wówczas żadnych wątpliwości, jak się skończy wyniszczająca go choroba.9 "Chciałbym pożyć dłużej, żeby zasłużyć na ten honor" – zauważył podczas ceremonii. "Och, będzie pan z nami jeszcze długo" – odpowiedział prezydent.

Von Neumann wziął udział w uroczystości, siedząc w fotelu na kółkach. Tego roku na wiosnę miał wygłosić w Yale wykłady im. Silimana, ale znalazł się w tym czasie w Szpitalu Waltera Reeda w Waszyngtonie. Chorował na raka. Niemal już na łożu śmierci napisał dwa wykłady, które zostały później opublikowane w The Computer and the Brain. W tej książce von Neumann wyraził przekonanie, że matematyka jest językiem wtórnym, wywodzącym się z pierwotnego języka centralnego układu nerwowego.10 Dopóki był w stanie pracować, usiłował określić ów język neuronów. Jednak 8 lutego 1958 roku jego życie dobiegło końca. Podobnie jak Turing, von Neumann zmarł, nim dokończył swoje dzieło.

Eisenhower miał jednak rację: wizje von Neumanna i Turinga są z nami; i właśnie pamięci obu uczonych poświęcamy tę książkę.

Wstecz / Spis Treści / Dalej

ROZDZIAŁ 1
TAJEMNA SZTUKA

Bóg zawarł w prawach Natury tajemną sztukę,
tak aby chaos przemienił się w doskonały system świata.
IMMANUEL KANT
Powszechna historia naturalna i teoria nieba1

Gdy oglądamy świat w ogromnym powiększeniu, widzimy wyłącznie niewyobrażalną liczbę cząstek, tańczących pod dyktando sil elementarnych. Wszędzie wokół nas – i w nas samych – atomy oscylują, zderzają się między sobą i krążą. Przy każdym oddechu wciągamy w płuca ogromną ilość cząsteczek tlenu i azotu. W ziarnkach piasku pod naszymi stopami wibruje sieć krystaliczna zbudowana z atomów. W naszych komórkach liczne enzymy mozolą się nad wydobyciem ze związków chemicznych użytecznej energii. Mimo to uważamy Wszechświat za jeden harmonijny układ, czyli – jak mówili Grecy – za kosmos. W dzisiejszych czasach nowa dziedzina nauki usiłuje wyjaśnić, dlaczego Wszechświat jest czymś więcej niż tylko sumą swych części i jak te części łączą się ze sobą, tworząc nadrzędne struktury. Nauka o złożoności stanowi próbę wydobycia porządku z kosmicznego chaosu. Odkrywa ona zadziwiające związki między rozlicznymi wynikami uczonych, którzy zajmują się badaniami w zdumiewająco odmiennych dziedzinach.

Francuscy uczeni badają, jak w mieszaninie związków chemicznych spontanicznie pojawiają się plamy i paski, niezwykle podobne do wzorów, jakie widzimy w umaszczeniu zwierząt, na skrzydłach owadów i muszlach mięczaków. W mieszaninie zachodzą zsynchronizowane reakcje chemiczne. Wydaje się, że niezliczone cząsteczki dokładnie wiedzą, co i kiedy mają zrobić, żeby powstał kolorowy wzór. Wymaga to "komunikacji" między miriadami cząsteczek.

Na wschodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych w sieci setek tysięcy sztucznych komórek nerwowych zachodzą uporządkowane procesy elektryczne. Nikt nie powiedział sieci, jak ma się zachowywać: jej twórcy określili tylko kilka prostych reguł, rządzących komunikacją między komórkami. Stopniowo jednak komórki organizują się tak, że różne zadania są realizowane przez różne grupy komórek sieci. Co uderzające, sieć integruje się na podobny sposób jak komórki ludzkiego ciała, przetwarzające informację wizualną.

Na przedmieściach San Diego biolodzy molekularni usiłują powtórzyć proces, dzięki któremu w trakcie ewolucji – trwającej całe eony – powstali ludzie. Uczeni wywołują mutacje i śledzą ewolucję bilionów molekularnych wariacji na temat naturalny, badają kawałek genetycznego kodu, którego optymalizacja zajęła naturze miliardy lat. "Ewolucja w probówce" sprawia, że już po kilku dniach fragment ten koduje enzym zdolny do przyspieszenia nowego procesu chemicznego, który zapewne pomoże uratować komuś życie.

W Kioto pewien ekolog wpatruje się w szereg kolorowych pasków na ekranie komputera. Tęcza pasków ewoluuje, a jej stan odzwierciedla sekwencje kodu programu komputerowego, podlegającego mutacjom; sekwencje te przetrwały walkę o miejsce w pamięci maszyny. Konkurujące programy stale ewoluują; po kilku tysiącach pokoleń powstaje niezwykle różnorodna menażeria, przypominająca bujne życie w tropikalnych lasach deszczowych.

Tysiące mil od Kioto, w Oksfordzie, fizycy badają zjawisko frustracji, które pozwala wyjaśnić dziwne własności magnetyczne pewnych stopów. W normalnym życiu źródłem frustracji są: niepotrzebna biurokracja, czepianie się szczegółów, jałowy opór. Frustracja magnetyczna to rezultat konfliktów między siłami międzyatomowymi. Jeśli zrozumiemy ten konflikt, będziemy w stanie nie tylko wyjaśnić magnetyczne własności stopów, ale również lepiej pokierować rozkładem obciążenia globalnej sieci telekomunikacyjnej i odsłonić tajemnice działania pamięci.

Wszyscy ci uczeni badają różne przejawy tego samego zjawiska – złożoności, owej "tajemnej sztuki", przeczuwanej przez Kanta. W makroskopowym świecie nie brakuje złożonych układów i procesów, takich jak rytuały religijne, przelotne uczucia, melodie, bagna, światowe krachy na giełdzie i deszczowe niedzielne popołudnia. Złożoność jest nieodłączną cechą natury, a nie tylko skutkiem kombinacji wielu prostych procesów zachodzących na bardziej elementarnym poziomie.2

W ramach nauki pojęcie złożoności sygnalizuje nowy sposób myślenia o zbiorowym zachowaniu wielu podstawowych, lecz oddziałujących elementów – mogą to być atomy, cząsteczki, neurony lub bity w komputerze. Mówiąc ściślej, zgodnie z naszą definicją, nauka o złożoności zajmuje się badaniem makroskopowych zbiorów elementów obdarzonych zdolnością do ewolucji w czasie. Ich oddziaływania powodują wystąpienie uporządkowanych zjawisk kolektywnych – tak zwanych własności emergencyjnych, które dają się opisać wyłącznie na wyższym poziomie niż używany do opisu elementów składowych. W tym sensie całość jest czymś więcej niż tylko sumą swych części, podobnie jak obraz van Gogha to coś znacznie więcej niż tylko zbiór śmiałych pociągnięć pędzlem. To samo można powiedzieć o ludzkim społeczeństwie, wzburzonym morzu lub elektrochemicznej aktywności neuronów w mózgu. Trafnej myśli nie można opisać jako sekwencji zdarzeń w pojedynczej komórce mózgu, a gwałtownego wiru w turbulentnym oceanie nie uda się nam wyjaśnić, analizując ruch pojedynczych cząsteczek wody. I na odwrót, długookresowe zachowanie zaledwie trzech kuł na stole bilardowym jest nieprzewidywalne, choć doskonale znamy równania rządzące ich ruchem.3

Konwencjonalna nauka często nie dostrzega związków między frustracją w metalach, zmianami cen akcji na giełdzie i wieloma innymi złożonymi zjawiskami. W dzisiejszych czasach większość uczonych ogranicza się do szczegółowych badań jakiegoś specyficznego zagadnienia w wąskiej dziedzinie nauki, na przykład zajmując się pienistą strukturą rozkładu materii we Wszechświecie, zmniejszaniem się liczebności populacji ślimaków Partul...