Câteva fragmente din cea mai recentă carte semnată de James Gleick și publicată în limba română: bestsellerul Haos. Nașterea unei noi științe

Biologii cu înclinații matematice din secolul XX au creat o disciplină – ecologia – care dădea la o parte zgomotul și culoarea vieții reale și trata populațiile ca sisteme dinamice. Ecologii foloseau instrumentele elementare ale fizicii matematice pentru a descrie fluxurile și refluxurile vietăților. O singură specie care se înmulțește într-un loc cu hrană limitată, mai multe specii care concurează pentru existență, epidemii care se răspândesc în populațiile-gazdă – toate acestea puteau fi izolate, dacă nu în laboratoare, măcar în mintea teoreticienilor biologiei.

În apariția haosului ca știință nouă, în anii 1970, ecologiștii aveau să joace un rol special. Se foloseau de modele matematice, dar rămâneau conștienți că acestea nu erau decât aproximații vagi ale lumii reale care pulsează de viață. În mod ironic, faptul că își cunoșteau limitările le-a permis să recunoască importanța unor idei pe care matematicienii le consideraseră simple ciudățenii interesante. Dacă ecuațiile regulate produceau comportamente neregulate, era un semnal de alarmă pentru ecologi. Ecuațiile aplicate la biologia populațiilor erau echivalente elementare ale modelelor folosite de fizicieni pentru frânturile lor de univers. Dar complexitatea fenomenelor reale studiate de științele vieții depășea orice se putea găsi în laboratorul unui fizician. Modelele matematice ale biologilor tindeau să fie caricaturi ale realității, la fel și cele ale economiștilor, demografilor, psihologilor și urbaniștilor, atunci când aceste științe imprecise au încercat să trateze cu mai multă rigoare studiul sistemelor care se schimbă în timp. Standardele erau diferite. Pentru un fizician, un sistem de ecuații ca al lui Lorenz era atât de simplu încât părea aproape transparent. Pentru un biolog, chiar și ecuațiile lui Lorenz păreau descurajator de complexe – tridimensionale, mereu variabile și inabordabile analitic.

Nevoia a dat naștere unui alt stil de lucru pentru biologi. Echivalarea descrierilor matematice cu sistemele reale trebuia să urmărească o altă direcție. Un fizician care analizează un sistem anume (de exemplu, două pendule unite de un arc) începe prin a alege ecuațiile potrivite. Preferabil, le caută într-un manual; dacă nu sunt acolo, găsește ecuațiile potrivite pornind de la principiile primare. Știe cum funcționează pendulele și arcurile. Apoi rezolvă ecuațiile, dacă poate. Biologul, dimpotrivă, nu ar putea niciodată să deducă pur și simplu ecuațiile potrivite doar gândindu-se la o anumită populație de animale. Ar trebui să colecteze date și să încerce să găsească ecuații care produc rezultate similare. Ce se întâmplă dacă pui o mie de pești într-un iaz, cu o sursă de hrană limitată? Ce se întâmplă dacă mai adaugi și cincizeci de rechini cărora le place să mănânce doi pești pe zi? Ce se întâmplă cu un virus care ucide într-un anumit ritm și se răspândește într-un anumit ritm, în funcție de densitatea populației? Oamenii de știință au idealizat astfel de întrebări pentru a le putea aplica formule precise.

De multe ori, funcționa. Biologia populațiilor ne-a învățat multe despre istoria vieții, despre cum interacționează prădătorii cu prada, despre ce efect are o schimbare în populația unei țări asupra răspândirii bolilor. Dacă un anumit model matematic câștiga teren brusc, ajungea la un echilibru sau se stingea, ecologii puteau intui ceva despre împrejurările în care ar face același lucru o populație sau o epidemie reală.

O simplificare utilă era reprezentarea lumii în intervale de timp discrete, ca o limbă de ceas care sare înainte secundă de secundă, în loc să alunece constant. Ecuațiile diferențiale descriu procese care se schimbă uniform în timp, dar sunt ecuații greu de calculat. Ecuațiile mai simple – „ecuațiile diferențiale” – se pot folosi pentru procese care sar de la o stare la alta. Din fericire, multe populații de animale își desfășoară viața în cicluri anuale ordonate. Schimbările de la un an la altul sunt, adesea, mai importante decât schimbările dintr-un continuum. Spre deosebire de oameni, multe insecte, de exemplu, se limitează la un singur sezon de reproducere, astfel încât generațiile lor nu se suprapun. Pentru a prevedea mărimea populației de fluturi care dă naștere omizilor păroase ale stejarului în primăvara următoare sau amploarea epidemiei de pojar în iarna următoare, ecologul nu ar avea nevoie să cunoască decât cifra corespunzătoare pentru anul în curs. Un facsimil de la un an la altul nu produce decât o umbră a complexității sistemului, dar în multe aplicații reale umbra aceasta furnizează toate informațiile de care are nevoie un om de știință.

Matematica ecologiei este față de matematica lui Steve Smale ce sunt cele Zece Porunci față de Talmud: un set adecvat, dar nu prea complicat, de reguli funcționale. Pentru a descrie schimbările prin care trece o populație într-un an, biologul folosește o formulare pe care o poate urmări cu ușurință și un elev de liceu.

[…]

În anii 1980, „haos” și „teorie” erau cuvinte care nu păreau să încapă nici în aceeași cameră, darămite în aceeași propoziție. Când prietenii au auzit că mă documentam pentru o carte despre haos (și că avea de-a face cu știința), am primit priviri derutate și sprâncene ridicate. Mult mai târziu, o prietenă mi-a spus că rămăsese cu impresia că scriam despre „gaz”. După cum spune și subtitlul, haosul era o știință nouă – stranie, parcă extraterestră, fascinantă și greu de acceptat.

Câte se pot schimba în 20 de ani! Ideile haosului au fost adoptate și însușite, nu doar de știința general acceptată, ci și de cultură în general. Totuși destui oameni de știință încă văd haosul ca pe un domeniu straniu, parcă extraterestru, fascinant și greu de acceptat.

Am auzit toți de haos, măcar puțin. „Încă nu mi-e clar ce e cu haosul”, spune personajul Laurei Dern în filmul din 1993 Jurassic Park, pentru ca personajul lui Jeff Goldblum (care se recomandă drept „haotician”) să poată explica fermecător: „Studiază doar imprevizibilitatea în sisteme complexe… Dacă un fluture bate din aripi la Beijing, ai ploaie în loc de soare în Central Park din New York.” Deja Efectul Fluturelui era pe cale să devină un clișeu în cultura pop: a inspirat cel puțin două filme, o intrare din Bartlett’s Quotations, un videoclip și mii de pagini web și bloguri. (Doar locurile se schimbă: fluturele bate din aripi în Brazilia, Peru, China, California, Tahiti și America de Sud, iar ploaia/uraganul/tornada/furtuna apare în Texas, Florida, New York, Nebraska, Kansas și Central Park.) După marile uragane din 2006, Physics Today a publicat un articol cu titlul „Battling the Butterfly Effect” („Cum combatem Efectul Fluturelui”), în care dădea vina, în glumă, pe batalioane de fluturi: „Ne vine brusc în minte imaginea unor tabere de antrenament pentru lepidoptere teroriste.”

[…]

În vremurile entuziaste de început, cercetătorii descriau haosul drept a treia revoluție a secolului în domeniul științelor fizice, după relativitate și mecanica cuantică. Acum înțelegem mai clar faptul că haosul este inseparabil de relativitate și de mecanica cuantică. Fizica e numai una.

Ecuațiile fundamentale ale relativității generale sunt neliniare – ceea ce, după cum deja știm, este deja un semnal că în apropiere pândește haosul. „Nu toată lumea este familiarizată cu metodele haosului”, spune Janna Levin, astrofizician și cosmolog la Facultatea Barnard de la Universitatea Columbia. „Fizica teoretică, în special, se bazează pe ideea simetriilor fundamentale”, observă ea. „De aceea cred că fizicienilor teoreticieni le-a fost greu să accepte această schimbare de paradigmă.” Simetriile și grupurile de simetrie tind să producă ecuații rezolvabile – de aceea funcționează atât de bine. Asta dacă funcționează.

Ca relativist, Levin se ocupă de cele mai mari întrebări ale lumii noastre. (De exemplu, Universul este finit sau doar foarte mare? Studiile ei sugerează că este doar mare sau – ca să ne exprimăm tehnic – topologic compact și multiconectat.) Cercetând originea Universului, Levin a ajuns vrând-nevrând să lucreze cu haosul și a întâmpinat împotriviri. „Când mi-am făcut publică lucrarea, a generat o reacție absurd de violentă”, spune ea. Ceilalți considerau haosul potrivit doar „pentru sisteme fizice complicate și materiale – nu pentru terenul pur, necomplicat și virtual al fizicii fundamentale”.

[…]