Αυτο-οργάνωση

Φαινόμενα στη φύση και στην τεχνολογία τα οποία περιγράφουν την εμφάνιση πολυπλοκότητας κατά την οργάνωση μερών απλούστερων σε δομή περιγράφονται από τους όρους αυτο-συναρμολόγηση και αυτο-οργάνωση. Οι δύο αυτές έννοιες συχνά συγχέονται μεταξύ τους ως προς το ακριβές νόημα ενώ πολλές φορές μέσα στα πλαίσια κάποιων συγκεκριμένων πεδίων έρευνας θεωρούνται έως και ταυτόσημες. Ωστόσο δύο αρκετά περιεκτικοί ορισμοί δίνονται παρακάτω.

 Ο όρος αυτο-οργάνωση (self-organization) περιγράφει εν γένει τη συλλογική συμπεριφορά δομικών στοιχείων σαν αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ τους. Αναφέρουμε μερικά συστήματα από διάφορα γνωστικά αντικείμενα τα οποία εμφανίζουν το φαινόμενο αυτο-οργάνωσης: Η εμφάνιση αυθόρμητης μαγνήτισης των σιδηρομαγνητικών υλικών κάτω από μηδενικό μαγνητικό πεδίο σε χαμηλές θερμοκρασίες καθώς τα σπιν συγχρονίζονται μεταξύ τους. Η ομοιοστασία (homeostatis), η ιδιότητα ενός βιολογικού συστήματος να ρυθμίζει το εσωτερικό του περιβάλλον ώστε αυτό να διατηρείται σε μια σταθερή κατάσταση, μέσω πολλαπλών προσαρμογών δυναμικής ισορροπίας, που ελέγχονται από αλληλένδετους μηχανισμούς αυτορύθμισης. Εκδηλώνεται από το επίπεδο ενός κυττάρου μέχρι ολόκληρου του οργανισμού. Η συμπεριφορά σμήνους ή κοπαδιού όπου πουλιά ή ψάρια αντίστοιχα προσαρμόζουν δυναμικά τις θέσεις τους σχετικά μεταξύ τους ώστε να καταβάλλεται η λιγότερη προσπάθεια κατά τη διάσχιση του αέρα ή του νερού. Ο όρος αυτο-συναρμολόγηση (self-assembly) περιγράφει την αυτόνομη οργάνωση δομικών στοιχείων σε μοτίβα ή δομές χωρίς εξωτερική παρέμβαση και μπορεί να παρατηρηθεί σε όλες τις κλίμακες μεγεθών. Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμό αποτελεί υποσύνολο της αυτο-οργάνωσης. Παραδείγματα, η αυτο-συναρμολόγηση κβαντικών τελειών ή η εμφάνιση τάξης σε μοριακά συστήματα υγρών κρυστάλλων. Χαρακτηριστικό των διεργασιών αυτών είναι η έλλειψη κεντρικού ελέγχου πάνω στα μέρη. Αντίθετα ο έλεγχος της δομής είναι κατανεμημένος σε όλο το σύστημα. Όλα τα μέρη παρόλο που αλληλεπιδρούν μόνο τοπικά μεταξύ τους συνεισφέρουν εξίσου στην αυτο-οργάνωση του συστήματος. Επανερχόμενοι στο παράδειγμα της αυθόρμητης μαγνήτισης, τα σπιν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σε περιορισμένη χωρική έκταση. Ωστόσο, κάτω από το κρίσιμο σημείο, το τελικό υλικό ως όλον εμφανίζει μαγνήτιση, χαρακτηριστικό το οποίο δεν προκύπτει από κάποιο μεμονωμένο σπιν. Συνήθως δηλαδή, τα αυτοοργανούμενα συστήματα εμφανίζουν συνολικά νέες ιδιότητες σε κάθε επίπεδο οργάνωσης εν συγκρίσει με το αμέσως προηγούμενο επίπεδο ("αναδυόμενη συμπεριφορά"). Αφήνεται να εννοηθεί εδώ ότι η αυτο-οργάνωση και η αυτο-συναρμολόγηση μπορούν να παρατηρηθούν σε πολλαπλά επίπεδα. Δομές οι οποίες προκύπτουν με αυτο-οργάνωση των μερών ενός συστήματος αποτελούν τις δομικές μονάδες για εκ νέου αυτο-οργάνωση σε ανώτερο επίπεδο. Τέλος, διεργασίες αυτο-οργάνωσης κατά περίπτωση μπορεί να συνοδεύονται από φαινόμενα αυθόρμητης διάρρηξης συμμετρίας (spontaneous symmetry breaking) και μεταβολές φάσης (phase transitions) κατά το πέρασμα του συστήματος από την αρχική κατάσταση αταξίας στην οργανωμένη κατάσταση τάξης (όπως στο παράδειγμα της αυθόρμητης μαγνήτισης). F. Heylighen. The science of Self-Organization and adaptivity. Computational and Mathematical Theory of Organizations 5(3), 253-280, 1999 G. M. Whitesides, B. Grzybowski. Self-assembly at all scales. Science 295 (5564), pp. 2418-2421 The cellular slime molds (Investigations in the biological sciences), John Tyler Bonner, Princeton University Press, 1959