Γιατί οι μαύρες τρύπες είναι απλούστερες από τα δάση

* Το άρθρο του βασιλικού αστρονόμου του Ηνωμένου Βασιλείου, μέλους του κολεγίου Τρίνιτι του Κέιμπριτζ, συνιδρυτή του Κέντρου Μελέτης Υπαρξιακού Κινδύνου του πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, συγγραφέα και μέλους της Βουλής της Λόρδων, Martin Rees δημοσιεύτηκε στο Aeon. Τo Αeon, είναι διαδικτυακό περιοδικό, που θέτει μεγάλα ερωτήματα, αναζητώντας φρέσκες απαντήσεις και μια νέα οπτική στην κοινωνική πραγματικότητα, την επιστήμη, τη φιλοσοφία και τον πολιτισμό. Το NEWS 24/7 αναδημοσιεύει κάθε εβδομάδα μια ιστορία για όσους λατρεύουν την πρωτότυπη σκέψη πάνω σε παλιά και νέα ζητήματα.

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν είπε ότι “το πιο ακατανόητο πράγμα για το Σύμπαν είναι ότι είναι κατανοητό”. Είχε δίκιο να εκπλήσσεται. Οι ανθρώπινοι εγκέφαλοι εξελίχθηκαν να γίνουν προσαρμόσιμοι, αλλά η υποκείμενη νευρική αρχιτεκτονική μας ελάχιστα έχει αλλάξει από τότε που οι πρόγονοί μας περιπλανιόντουσαν στη σαβάνα και αντιμετώπιζαν τις προκλήσεις που παρουσίαζε η ζωή σε αυτήν. Είναι σίγουρα αξιοσημείωτο ότι αυτοί οι εγκέφαλοι μάς επέτρεψαν να κατανοήσουμε τη κβαντική φυσική και το σύμπαν, έννοιες που απέχουν πολύ από τον “λογικό”, καθημερινό κόσμο στον οποίο εξελισσόμαστε.

Αλλά νομίζω ότι η επιστήμη θα σταματήσει να εξελίσσεται κάποια στιγμή. Υπάρχουν δύο λόγοι για τους οποίους αυτό μπορεί να συμβεί. Το αισιόδοξο είναι ότι τακτοποιούμε και κωδικοποιούμε συγκεκριμένους τομείς (όπως η ατομική φυσική) στο σημείο που δεν μπορούμε να πούμε κάτι περισσότερο. Μια δεύτερη, πιο ανησυχητική πιθανότητα είναι ότι θα φτάσουμε στα όρια του τι μπορεί να κατανοήσει ο εγκέφαλός μας. Μπορεί να υπάρχουν έννοιες, ζωτικής σημασίας για την πλήρη κατανόηση της φυσικής πραγματικότητας, για τις οποίες δεν γνωρίζουμε περισσότερα από έναν πίθηκο που αντιλαμβάνεται τον Δαρβινισμό ή τη μετεωρολογία. Μερικές πληροφορίες μπορεί να χρειαστεί να περιμένουν μια μετανθρώπινη νοημοσύνη.

Η επιστημονική γνώση είναι στην πραγματικότητα εκπληκτικά “σποραδική” – και τα βαθύτερα μυστήρια συχνά βρίσκονται εκεί κοντά. Σήμερα, μπορούμε να ερμηνεύσουμε πειστικά μετρήσεις που αποκαλύπτουν δύο μαύρες τρύπες που συγκρούονται μεταξύ τους περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός από τη Γη. Εν τω μεταξύ, έχουμε σημειώσει μικρή πρόοδο στη θεραπεία του κοινού κρυολογήματος, παρά τα μεγάλα άλματα στην επιδημιολογία. Το γεγονός ότι μπορούμε να είμαστε σίγουροι για τα μυστηριακά και μακρινά κοσμικά φαινόμενα, και σαστίζουμε από καθημερινά πράγματα, δεν είναι τόσο παράδοξο όσο φαίνεται. Η αστρονομία είναι πολύ απλούστερη από τις βιολογικές και ανθρώπινες επιστήμες. Οι μαύρες τρύπες, αν και φαίνονται εξωτικές για εμάς, είναι από τις απλές οντότητες στη φύση. Μπορούν να περιγραφούν με ακρίβεια με απλές εξισώσεις.

Πώς λοιπόν ορίζουμε την πολυπλοκότητα; Το ερώτημα του κατά πόσο η επιστήμη μπορεί να προχωρήσει, εν μέρει εξαρτάται από την απάντηση. Κάτι κατασκευασμένο από λίγα άτομα δεν μπορεί να είναι πολύ περίπλοκο. Τα μεγάλα πράγματα, επίσης, δεν πρέπει να είναι περίπλοκα. Παρά την απεραντοσύνη του, ένα αστέρι είναι αρκετά απλό – ο πυρήνας του είναι τόσο ζεστός που τα σύνθετα μόρια διαλύονται και δεν μπορούν να υπάρξουν χημικές ουσίες, οπότε αυτό που μένει είναι βασικά ένα άμορφο αέριο ατομικών πυρήνων και ηλεκτρονίων. Εναλλακτικά, σκεφτείτε έναν κρύσταλλο αλατιού, που αποτελείται από άτομα νατρίου και χλωρίου, συμπιεσμένα μαζί ξανά και ξανά για να δημιουργηθεί ένα επαναλαμβανόμενο κυβικό πλέγμα. Εάν πάρετε ένα μεγάλο κρύσταλλο και τον κόψετε, υπάρχει μικρή αλλαγή στη δομή έως ότου διαλυθεί στην κλίμακα των μεμονωμένων ατόμων. Ακόμα κι αν είναι τεράστιος, ένας κύβος αλατιού δεν μπορεί να χαρακτηριστεί περίπλοκος.

Τα άτομα και τα αστρονομικά φαινόμενα – τα πολύ μικρά και τα πολύ μεγάλα – μπορούν να είναι αρκετά βασικά. Όλα ενδιάμεσα είναι που γίνονται δύσκολα. Τα πιο σύνθετα απ’ όλα είναι τα ζώντα πράγματα. Ένα ζώο έχει εσωτερική δομή σε κάθε κλίμακα, από τις πρωτεΐνες σε μεμονωμένα κύτταρα μέχρι τα άκρα και τα κύρια όργανα. Αν τεμαχιστεί δεν υπάρχει με τον ίδιο τρόπο που ένας κρύσταλλος αλατιού συνεχίζει να υπάρχει όταν κόβεται. Πεθαίνει.

Η επιστημονική κατανόηση μερικές φορές προβλέπει ιεραρχία, ταξινομημένη σαν τους ορόφους ενός κτιρίου. Όσοι ασχολούνται με πιο περίπλοκα συστήματα είναι ψηλότερα, ενώ αυτοί με τα πιο απλά ακολουθούν. Τα Μαθηματικά βρίσκονται στο υπόγειο, ακολουθούν η σωματιδιακή φυσική, μετά η υπόλοιπη φυσική, μετά η χημεία, μετά η βιολογία, μετά η βοτανική και η ζωολογία, και τέλος οι συμπεριφοριστικές και οι κοινωνικές επιστήμες (με τους οικονομολόγους, χωρίς αμφιβολία, να διεκδικούν το ρετιρέ).

Η “σειρά” των επιστημών δεν είναι αμφιλεγόμενη, αλλά είναι αμφισβητήσιμο εάν οι “επιστήμες στο ισόγειο” – ειδικότερα η σωματιδιακή φυσική – είναι πραγματικά βαθύτερες ή πιο συναρπαστικές από τις άλλες. Κατά μία έννοια, σαφώς είναι. Όπως εξηγεί ο φυσικός Στίβεν Βάινμπεργκ στο Dreams of a Final Theory (1992), όλα τα επεξηγηματικά βέλη δείχνουν προς τα κάτω. Εάν, σαν ένα επίμονο μικρό παιδί, συνεχίζετε να ρωτάτε “Γιατί, γιατί, γιατί;”, καταλήγετε στο επίπεδο των σωματιδίων. Οι επιστήμονες είναι σχεδόν όλοι απλουστευτικοί κατά την λογική του Βάινμπεργκ. Αισθάνονται σίγουροι ότι όλα, όσο περίπλοκα και αν είναι, είναι μια λύση στην εξίσωση του Σρέντινγκερ – η βασική εξίσωση που διέπει τον τρόπο συμπεριφοράς ενός συστήματος, σύμφωνα με την κβαντική θεωρία.

Αλλά μια αναγωγική εξήγηση δεν είναι πάντα η καλύτερη ή η πιο χρήσιμη. “Περισσότερα είναι διαφορετικά”, όπως είπε ο φυσικός Φίλιπ Άντερσον. Όλα, ανεξάρτητα από το πόσο περίπλοκα – τροπικά δάση, τυφώνες, ανθρώπινες κοινωνίες – είναι φτιαγμένα από άτομα και υπακούουν στους νόμους της κβαντικής φυσικής. Αλλά ακόμη και αν αυτές οι εξισώσεις θα μπορούσαν να λυθούν για τεράστια συσσωματώματα ατόμων, δεν θα προσφέρουν την εξήγηση που αναζητούν οι επιστήμονες.

Τα μακροσκοπικά συστήματα που περιέχουν τεράστιο αριθμό σωματιδίων εκδηλώνουν “αναδυόμενες” ιδιότητες που είναι καλύτερα κατανοητές από νέες, που δεν είναι δυνατό να απλουστευθούν, έννοιες, κατάλληλες για το επίπεδο του συστήματος. Η δραστικότητα, η γαστριδίωση (όταν τα κύτταρα αρχίζουν να διαφοροποιούνται στην εμβρυϊκή ανάπτυξη), το αποτύπωμα και η φυσική επιλογή είναι όλα παραδείγματα. Ακόμη και ένα φαινόμενο τόσο μη αινιγματικό όσο η ροή του νερού σε σωλήνες ή ποτάμια είναι καλύτερα κατανοητό όσον αφορά το ιξώδες και την αναταραχή, παρά τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατόμων. Οι ειδικοί στη μηχανική ρευστών δεν νοιάζονται ότι το νερό αποτελείται από μόρια H2O. Μπορούν να καταλάβουν πώς τα κύματα “σπάνε” και τι κάνει ένα ρεύμα να είναι ασταθές, μόνο επειδή θεωρούν το υγρό ως συνεχές.

Οι νέες έννοιες είναι ιδιαίτερα σημαντικές για να κατανοήσουμε πραγματικά περίπλοκα πράγματα – για παράδειγμα, μεταναστευτικά πουλιά ή ανθρώπινους εγκεφάλους. Ο εγκέφαλος είναι ένα σύνολο κυττάρων. Ένας πίνακας είναι ένα σύνολο χημικών χρωστικών ουσιών. Αλλά αυτό που είναι σημαντικό και ενδιαφέρον είναι πώς δημιουργείται το μοτίβο και η δομή καθώς ανεβαίνουμε τα επίπεδα, αυτό που μπορεί να ονομαστεί αναδυόμενη πολυπλοκότητα.

Έτσι, ο αναγωγισμός είναι αληθινός από μια άποψη. Αλλά σπάνια ισχύει με μια χρήσιμη έννοια. Μόνο περίπου το 1% των επιστημόνων είναι φυσικοί σωματιδίων ή κοσμολόγοι. Το άλλο 99% εργάζεται σε “υψηλότερα” επίπεδα της ιεραρχίας. Στηρίζονται στην πολυπλοκότητα του αντικειμένου τους και όχι σε τυχόν ελλείψεις στην κατανόηση της υποπυρηνικής φυσικής.

Στην πραγματικότητα, λοιπόν, η ομοιότητα μεταξύ επιστήμης και ενός κτιρίου είναι πραγματικά αρκετά μικρή. Η δομή ενός κτιρίου τίθεται σε κίνδυνο από αδύναμα θεμέλια. Αντίθετα, οι επιστήμες “υψηλότερου επιπέδου” που ασχολούνται με πολύπλοκα συστήματα δεν είναι ευάλωτες από μια ανασφαλή βάση. Κάθε επίπεδο της επιστήμης έχει τις δικές του ξεχωριστές εξηγήσεις. Τα φαινόμενα με διαφορετικά επίπεδα πολυπλοκότητας πρέπει να γίνουν κατανοητά με όρους διαφορετικών, μη ανατρέψιμων εννοιών.

Μπορούμε να αναμένουμε τεράστια πρόοδο σε τρία επίπεδα: τα πολύ μικρά, τα πολύ μεγάλα και τα πολύπλοκα. Παρ’ όλα αυτά – και αναλαμβάνω την ευθύνη – τι προαίσθημά μου είναι ότι υπάρχει ένα όριο σε αυτό που μπορούμε να καταλάβουμε. Οι προσπάθειες για την κατανόηση πολύπλοκων συστημάτων, όπως οι ίδιοι οι εγκέφαλοί μας, μπορεί να είναι οι πρώτες που έφτασαν σε τέτοια όρια. Ίσως πολύπλοκα συσσωματώματα ατόμων, είτε εγκεφάλων είτε ηλεκτρονικών μηχανών, δεν μπορούν ποτέ να γνωρίζουν όλα όσα πρέπει να γνωρίζουν για τον εαυτό τους. Και μπορεί να συναντήσουμε ένα άλλο εμπόδιο αν προσπαθήσουμε να ακολουθήσουμε τα βέλη του Βάινμπεργκ προς τα κάτω: αν αυτό οδηγεί στο είδος της πολυδιάστατης γεωμετρίας που προβλέπουν οι θεωρητικοί των χορδών. Οι φυσικοί μπορεί να μην καταλάβουν ποτέ τη θεμελιώδη φύση του διαστήματος και του χρόνου, επειδή τα μαθηματικά είναι πολύ δύσκολα.

Ο ισχυρισμός μου ότι υπάρχουν όρια στην ανθρώπινη κατανόηση αμφισβητήθηκε από τον Ντέιβιντ Ντόιτς, έναν διακεκριμένο θεωρητικό φυσικό που πρωτοστάτησε στην έννοια της “κβαντικής πληροφορικής”. Στο προκλητικό και εξαιρετικό βιβλίο του The Beginning of Infinity (2011), λέει ότι οποιαδήποτε διαδικασία είναι, στη θεωρία, υπολογιστική. Αυτό είναι αλήθεια. Ωστόσο, το να μπορείς να υπολογίζεις κάτι δεν είναι το ίδιο με την κατανόηση του. Το όμορφο μοτίβο μορφόκλασμα γνωστό ως σύνολο Μάντελμπροτ περιγράφεται από έναν αλγόριθμο που μπορεί να γραφτεί σε μερικές γραμμές. Το σχήμα του μπορεί να σχεδιαστεί ακόμη και από έναν υπολογιστή χαμηλών επιδόσεων:

Αλλά κανένας άνθρωπος που μόλις του δόθηκε ο αλγόριθμος δεν μπορεί να απεικονίσει αυτό το πολύ περίπλοκο μοτίβο με την ίδια έννοια που μπορεί να απεικονίσει ένα τετράγωνο ή έναν κύκλο.

Ο πρωταθλητής σκακιού Γκάρι Κασπάροφ υποστηρίζει στο Deep Thinking (2017) ότι το “άνθρωπος και μηχανή” είναι πιο ισχυρό από το καθένα μόνο του. Ίσως με την αξιοποίηση της ενισχυτικής συμβίωσης μεταξύ των δύο θα γίνουν νέες ανακαλύψεις. Για παράδειγμα, θα γίνει προοδευτικά πιο συμφέρουσα η χρήση προσομοιώσεων υπολογιστών παρά η εκτέλεση πειραμάτων στην ανάπτυξη ναρκωτικών και στην επιστήμη των υλικών. Το κατά πόσον οι μηχανές θα μας ξεπεράσουν τελικά σε ποιοτικό βαθμό – και ακόμη και οι ίδιες θα το αντιληφθούν – είναι μια πραγματική διαμάχη.

Η αφηρημένη σκέψη από βιολογικούς εγκεφάλους έχει στηρίξει την εμφάνιση όλου του πολιτισμού και της επιστήμης. Όμως, αυτή η δραστηριότητα, η οποία εκτείνεται το πολύ σε δεκάδες χιλιετίες, πιθανότατα θα είναι σύντομος πρόδρομος των ισχυρότερων διανοούμενων της μετανθρώπινης εποχής – που εξελίχθηκε όχι από την δαρβινική επιλογή αλλά μέσω του “έξυπνου σχεδιασμού”. Το ζήτημα αν το μακροπρόθεσμο μέλλον βρίσκεται στους οργανικούς μετανθρώπους ή σε ηλεκτρονικά υπερφυή μηχανήματα είναι θέμα συζήτησης. Αλλά θα ήμασταν αδικαιολόγητα ανθρωποκεντρικοί να πιστεύουμε ότι η πλήρης κατανόηση της φυσικής πραγματικότητας βρίσκεται στην αντίληψη της ανθρωπότητας και ότι δεν θα παραμείνουν αινίγματα για να προκαλέσουν τους μακρινούς απογόνους μας.