آیا به ناظم نیاز داریم؟ (قسمت ۱)

«گل پرنده سبز» (green flowerbird) گیاهی ست که در قسمت های غربی استرالیا می روید و شکل عجیب و غریبی دارد. وقتی به آن نگاه میکنید شبیه به یک پرنده است. زیست شناسانی که بر روی این گل تحقیق کرده اند متوجه شده اند که گیاه از چنین ترفندی استفاده می کند تا خود را شبیه به پرنده کرده و به این ترتیب مانع جمع شدن حشرات موذی به خود شود! این وفق یافتن طبیعی می تواند براحتی دست مایه ی تصوراتی در مورد این موضوع شود که چنین کاری بدون «خلق» و «طراحی» امکان پذیر نیست. قطعا چنین سطحی از پیچیدگی نتیجه ی قوانین تصادفی و کور نیست. اولین سوالی که به ذهن خطور می کند این است که گیاه حتی از کجا می داند که یک پرنده چه شکلی است که خود را شبیه به آن کند؟ تنها حالتی که می توان آن را توضیح داد این است که گیاه طبق یک «طراحی» از پیش مشخص شده رشد کرده و به شکل کنونی خود رسیده باشد.«گل پرنده» البته تنها مورد در طبیعت نیست که چشم ناظر انسانی را به خود خیره و ما را در عمق پیچیدگی خود مقهور می کند. طبیعت برای چشم های تیزبین یک دانشمند پر است از چنین ظرافت هایی! از طرفی توضیح مساله به عنوان یک «طراحی» از پیش تعیین شده بیشتر از آنکه یک توضیح باشد یک میانبر ذهنی، تنبلی تفکر و وارد کردن عناصر غیر قابل توضیح بیشتر است. اما فراتر از آن چنین تصوری پیچیدگی و خلاقیت بی نظیر طبیعت در موقعیت های مختلف را با شباهت دادن آن به فرآیند خلق انسانی مبتذل و سطحی می کند. حالا سوال این است که چطور می توان چنین چیزی را فهم کرد؟به صورت سنتی می دانیم که «فرگشت» (evolution) توضیح چنین پدیده ای است. با این حال «فرگشت» را نمی توان به عنوان مکانیزمی ساده ناشی از «تصادف» و «انتخاب طبیعی» نگاه کرد. باید به چند نکته ی اساسی قبل از ساده انگاری نسبت به «فرگشت» توجه کرد. برخلاف تصور غالب، طبیعت به هیچ وجه از ایجاد کردن نظم فراری نیست «نظم» و «پیچیدگی» قاعده ی جهان است همچنان که تصادف و قوانین ساده هم قواعد دیگر دنیا هستند. تمام این ها در دو سر طیف پدیده های طبیعی اند. این تغییر دیدگاه اساسی کمک می کند که درک کنیم برخلاف قوانین ساده ی فیزیک که موقعیت های ساده مانند حرکت یک توپ یا شکستن پرتو نور را بررسی می کنند و قوانین آماری فیزیک مانند ترمودینامیک که موقعیت های کاملا «بی نظم» و «تصادفی» مانند یک گاز یا پلاسما را بررسی می کنند دسته ی سومی از قوانین وجود دارد که نشان می دهند که «نظم» در شکل پیچیدگی بخشی از طبیعت است و این «نظم» نیاز به ناظمی ندارد بلکه در دل خود فرآیند های طبیعی به وجود می آید.مهمترین این مثالِ پیچیدگی «حیات»، به عنوان حالت جدید ماده است. دقت کنید اینجا از استعاره ی حالت جدید ماده صحبت نمی کنیم بلکه به معنای دقیق ریاضی و فیزیک به «حیات» باید به عنوان حالت جدید از ماده نگاه کرد. در مدرسه می آموزیم که حالات ماده «مایع»، «گاز» و «جامد» است، در دانشگاه متوجه می شویم که حالت های دیگری هم از ماده مانند «پلاسما» و «ابررسانا» هم وجود دارند. ویژگی مشترک تمام این حالت های ماده این است که از مکانیک بسیار ساده ای مبتنی بر میانگین ها استفاده می کنند. دانستن میانگین سرعت یک مولکول هوا کافی است تا دمای آن فشار و بقیه خواص آن را متوجه شد. به عبارتی میانگین ها در این سیستم های ذره تمام اطلاعات آن سیستم را با خود دارند. اما فیزیکدان ها متوجه شدند که این حالت همیشه صادق نیست و حالت های خاصی از ماده وجود دارد که قابل توصیف با میانگین ها نیست. چنین حالاتی به اصطلاح «بحرانی» (critical) نام دارند. چنین حالاتی داری ویژگی منحصر بفردی هستند. در این حالات جدید ماده، ذرات قسمت های مختلف ماده نسبت به هم همبستگی (correlation) دارند. یعنی ویژگی های یک ذره در سیستم به ذرات دور تر وابسته است! یا به عبارتی بخش های مختلف سیستم همدیگر را «حس» می کنند. مهمترین نتیجه ی چنین حالتی این است که اطلاعات بسیار بهینه تر در چنین حالتی از ماده پخش می شود.دانشمندان در چند دهه ی اخیر مثال های زیادی از چنین حالات «بحرانی» در طبیعت پیدا کرده اند. یکی از مثال های جالب چنین حالتی مدلی معروف به Ising model است. در این مدل بسیار ساده هر ذره یک آهن رباست که دو حالت دارد «بالا» یا «پایین». وقتی تمام این ذرات یک سمت را نشانه میگیرند آهن ربای قوی ای خواهید داشت ولی وقتی ذرات به صورت تصادفی بالا یا پایین باشند اثر هم را خنثی کرده و خاصیت آهن ربایی از دست می رود. خودتان می توانید یک آهن ربا بردارید و داغ کنید اگر دما از حد مشخصی فراتر برود خاصیت آهن ربایی به طور کامل از دست می رود چون هر ذره به صورت تصادفی یک جهت می گیرد.مدل آیزینگ مجموعه ای از آهنرباهای کوچک استدما در این جا نقش کلیدی ای بازی میکند. وقتی دما پایین است ذرات جنبشی ندارند و همه در یک جهت قرار می گیرند. اما وقتی دما بالا میرود اثر جنبشی ناشی از گرما آنقدر زیاد می شود که ذرات نمی توانند به همسایگان خود اثر بگذارند و آن ها را با خود هم جهت کنند. تا این جای کار چیز عجیبی وجود ندارد اما به جای آنکه دما را سریع بالا ببریم سعی کنیم به آرامی این کار را بکنیم. نتیجه ی این کار این است که در یک دمای بحرانی ذرات شروع به ایجاد ساختار های منظمی می کنند. چنین ساختارهایی خوشه هایی هستند که نتیجه ی ارتباطات محلی هستند اما این ارتباطات محلی می توانند اثرات کلی روی سیستم بگذارند به این ترتیب سیستم قادر به نشان دادن الگوهای بزرگ تری می کند که به ظاهر ناشی از یک پیچیدگی هماهنگ شده است اما در واقع چنین حالتی نتیجه ی ریاضی ارتباطات است. مدل آیزینگ بسیار مطالعه شده و یکی از مثال های عالی برای درک این است که چگونه سیستم های ساده در نقاط «بحرانی» (به طور مثال دمای بحرانی) می توانند الگوسازی کنند.مدل ایزینگ وقتی دما را به تدریج به دمای بحرانی میرسانیمدر قسمت بعدی به جزییات بیشتر «بحرانی بودن» و اینکه چگونه چنین پدیده ای مسئول بیشتر پیچیدگی هایی که اطرافتان میبینید می پردازیم. آنگاه به گل پرنده هم میرسیم!