در توییتر متخصصان حوزه پیچیدگی با هشتگ #ComplexityExplained در مورد مفهوم پیچیدگی توییت کردند و ماحصل توییتها تبدیل به دفترچهای شد در #شرح_پیچیدگی. دفترچهای برای توضیح مفهوم پیچیدگی بر اساس آرا صاحبنظران این حوزه!
در همایش پیوند در تابستان گذشته در مورد این حرف زدم که چگونه ایدههای برگرفته شده از فیزیک میتونن درک بهتری از شبکههای اجتماعی مثل فیسبوک به ما بدن. ویدیو این ارائه رو به همراه اسلایدها و فایل صوتی رو اینجا میذاریم. ما بقیه ارائهها رو هم در قسمت «سخنرانیها، دورههای آموزشی و کلاس درس» میتونید پیدا کنید!
تصمیم گرفتم تا جایی که میتوانم، مسیر یادگیری سیستمهای پیچیده را برای علاقمندانی که جرات یادگرفتن و شهامت حرکت کردن بیرون از مرزهای تعریف شده علوم را دارند را هموار کنم. برای شروع قصد دارم چند جلسه کلاس/سمینار در دانشگاه شهید بهشتی (تهران) برگزار کنم. ایده اصلی این جلسات لکچرهایی پیرامون مفاهیم اصلی سیستمهای پیچیده است بیآنکه وارد جزئیات ریز آن شوم. میخواهم طی این جلسات افراد با پیشزمینههای مختلف با ایدههای اصلی آشنا شوند.
فیزیک نیوتون و موضوعات مربوط به حساب دیفرانسیل و انتگرال که غالب تفکر علمی سه سده گذشته را تشکیل دادهاند بر این ایده استوار هستند که هر چه مقیاس فضایی یا زمانی یک سیستم فیزیکی را ریزتر و ریزتر کنیم، با سیستمی سادهتر، هموارتر و با جزئیات کمتری روبهرو میشویم. ملاحظات دقیقتری نشان میدهد که ساختار ریزمقیاس سیارات، مواد و اتمها بدون جزئیات نیست. با این وجود، برای بسیاری از مسائل، چنین جزئیاتی در مقیاسهای بزرگتر نامرتبط به حساب میآیند. از آنجا که این جزئیات مهم نیستند، فرموله کردن نظریهها به شیوهای که اصلا جزئیاتی وجود نداشته باشد منجر به همان نتایجی میشود که با در نظر گرفتن توصیف دقیقی از سیستم میتوان به آنها رسید.
میدانیم در رویارویی با سیستمهای پیچیده، هموار کردن پیدرپی سیستم در مقیاسهای ریزتر معمولا نقطه شروع مناسبی برای مطالعه سیستم به طور ریاضیاتی نیست. درک این موضوع، تغییر چشمگیری را در بنیادهای فکری ما به همراه داشته است.
در این سخنرانی ابتدا فرکتالها، به عنوان موجوداتی که در مقیاس ریزتر جزئیاتشان را از دست نمیدهند را معرفی میکنیم. سپس بیآنکه سراغ جعبه ابزار نظریه میدانهای کوانتومی رویم، ایده بازبهنجارش را به عنوان چارچوب جامعتری برای مطالعه رفتار سیستمها در مقیاسهای مختلف و چگونگی ارتباط این رفتارها مطرح میکنیم.
حدود۳۳۰ سال پیش، نیوتون با انتشار شاهکار خود، اصول ریاضی فلسفه طبیعی، نگاهی جدید نسبت به بررسی طبیعت را معرفی کرد. نگاه نیوتون به علم به کمک نظریه الکترومغناطیس که توسط مکسول جمع بندی و در نهایت توسط آلبرت اینشتین کامل شد، شالوده فیزیککلاسیک را بنا نهاد. انقلاب بعدی علم، توسط مکانیک کوانتومی رخداد. آنچه که مکانیک کوانتومی در قرن ۲۰ میلادی نشانه گرفت، مسئله موضعیت در فیزیک کلاسیک و نگاه احتمالاتی به طبیعت بود. نگاهی که سرانجام منجر به پارادایمی جدید در علم، به عنوان فیزیک مدرن شد. با این وجود، علیرغم پیشرفتهای خارقالعاده در فیزیک و سایر علوم، کماکان در توجیه بسیاری از پدیدهها ناتوان ماندهایم. پدیدههایی که همیشه اطرافمان حاضر بودهاند ولی هیچموقع قادر به توجیه رفتار آنها نبودهایم. بنابراین، میتوان به این فکر کرد که شاید در نگاه ما به طبیعت و مسائل علمی، نقصی وجود داشته باشد. به دیگر سخن، بعید نیست که مجددا نیاز به بازنگری در نگاهمان به طبیعت (تغییر پارادایم) داشته باشیم؛ عدهی زیادی معتقدند آنچه که در قرن ۲۱ام نیاز است، نگاهی جدید به مبانی علم است؛ نگاه پیچیدگی!
گاهی گفته میشود که ایده پیچیدگی، بخشی از چهارچوب اتحاد بخشی برای علم و انقلابی در فهم ما از سیستمهایی مانند مغز انسان یا اقتصاد جهانی است که رفتار آنها بهسختی قابل پیشبینی و کنترل است. به همین خاطر، سوالی مطرح میشود؛ آیا چیزی به عنوان «علم پیچیدگی» وجود دارد یا اینکه پیچیدگی متناظر با هر شاخهای از علم، دارای شیوه خاص خود است و مردم در رشتههای مختلف مشغول سر و کله زدن با سیستمهای پیچیده زمینه کاری خود هستند؟! به عبارت دیگر، آیا یک پدیده طبیعی مجرد به اسم پیچیدگی، به عنوان بخشی از یک نظریه خاص علمی در سیستمهای متنوع فیزیکی (شامل موجودات زنده) وجود دارد یا اینکه ممکن است سیستمهای پیچده گوناگونی بدون هیچ وجه مشترک وجود داشته باشند؟! بنابراین، مهمترین سوالی که در زمینه پیچیدگی میتوانیم بپرسیم این است که، به راستی پیچیدگی چیست؟ و در صورت وجود پاسخ مناسب به این پرسش، به دنبال این باشیم که آیا برای تمام علوم یک نوع پیچیدگی وجود دارد یا اینکه پیچیدگی وابسته به حوزه مورد مطالعه است!
در مورد تعریف پیچیدگی، هنوز اتفاق نظری بین متخصصان یک رشته خاص، مانند فیزیک، وجود ندارد، چه برسد به تعاریفی که در رشتههای متنوع مطرح میشود. این تعاریف در ادامه نقد و بررسی میشوند. با این وجود، مشترکات زیادی در بین تعاریف موجود وجود دارد که برای شروع بحث، مرور آنها خالی از لطف نیست:
برای ما، پیچیدگی به معنای وجود ساختار به همراه تغییرات است. (۱)
از یک جهت، سیستمپیچیده، سیستمی است که تحول آن شدیدا به شرایط اولیه و یا اختلالهای کوچک حساس است. سیستمی شامل تعداد زیادی قسمتِ مستقلِ درحالِ برهمکنش با یکدیگر که میتواند مسیرهای مختلفی برای تحولش را بپیماید. توصیف تحلیلی چنین سیستمی قاعتدا نیاز به معادلات دیفرانسیل غیرخطی دارد. از جهت دیگر، میتوانیم نگاهی غیررسمی داشته باشیم، به این معنا که اگر بخواهیم قضاوتی داشته باشیم، سیستم «بغرنج (complicated) » است و قابلیت اینکه دقیقا به طور تحلیلی یا نوع دیگری توصیف شود وجود نداشته باشد.(۲)
به طور کلی، صفت «پیچیده»، سیستم و یا مولفهای را توصیف میکند که فهم یا تغییر طراحی و/یا عملکرد آن دشوار باشد. پیچیدگی توسط عواملی چون تعداد مولفههای سازنده و روابط غیربدیهی بین آنها، تعداد و روابط غیربدیهی شاخههای شرطی، میزان تودرتو بودن و نوع ساختمان داده است. (۳)
نظریه پیچیدگی بیان میکند که جمعیت زیادی از اجزا، میتوانند به سمت تودهها خودسازماندهی کنند و منجر به ایجاد الگو، ذخیره اطلاعات و مشارکت در تصمیمگیری جمعی شوند. (۴)
پیچیدگی در الگوهای طبیعی نمایانگر دو مشخصه کلیدی است؛ الگوهای طبیعی حاصل از پردازشهای غیرخطی، آنهایی که ویژگیهای محیطی که در آن عمل میکنند یا شدیدا جفتشدهاند را اصلاح میکنند و الگوهای طبیعی که در سیستمهایی شکل میگیرند که یا باز هستند یا توسط تبادل انرژی، تکانه، ماده یا اطلاعات توسط مرزها از تعادل خارج شدهاند. (۵)
یک سیستم پیچیده، دقیقا سیستمی است که برهمکنشهای چندگانهای بین عناصر متفاوت آن وجود دارد. (۶)
سیستمهای پیچیده، سیستمهایی با تعداد اعضای بالایی هستند که نسبت به الگوهایی که اعضای آن میسازند، سازگار میشوند یا واکنش نشان میدهند. (۷)
در سالهای اخیر، جامعه علمی، عبارت کلیدی «سیستم پیچیده» را برای توصیف پدیدهها، ساختار، تجمعها، موجودات زنده و مسائلی که چنین موضوع مشترکی دارند را مطرح کرده است: ۱) آنها ذاتا بغرنج و تودرتو هستند. ۲) آنها به ندرت کاملا تعینی هستند. ۳) مدلهای ریاضی این گونه سیستمها معمولا پیچیده و شامل رفتار غیرخطی، بدوضع (ill-posed) یا آشوبناک هستند. ۴) این سیستمها متمایل به بروز رفتارهای غیرمنتظره (رفتارهاری ظهوریافته) هستند. (۸)
پیچیدگی زمانی آغاز میشود که علیت نقض میشود! (۹)
در مورد تعاریف فوق ابهاماتی وجود دارد؛ در (۱) باید ساختار و تغییرات را به درستی و دقت معنا کنیم. در (۲) باید به دنبال تلفیق سیستمهای پیچده و مفاهیمی چون غیرخطی، آشوبناک و بسذرهای بودن باشیم و به درستی مشخص کنیم که آیا این ویژگیها شرط لازم / کافی برای یک سیستم پیچیده هستند یا نه. (۳) و (۴) مفاهیم محاسباتی و موضوعاتی از علم کامپیوتر را مطرح میکند که به خودیخود مسائل چالشبرانگیزی هستند! (۵) ایده مرکزی غیرخطی بودن را مطرح میکند؛ در ادامه میبینیم با این که تعداد زیادی از سیستمهای پیچیده از ویژگی غیرخطی بودن تبعیت میکنند، با این وجود غیرخطی بودن نه شرط لازم و نه شرط کافی برای پیچیدگی است. در مورد (۶) و (۷) نیز باید تاکید کنیم که بسذرهای بودن و شامل اعضا/عناصر/مولفه/افراد زیادی بودن نیز شرط کافی برای پیچیدگی نیست. در ادامه خواهیم دید، تعریف (۸) که ایدهی پدیدارگی (ظهوریافتگی یا برآمدگی: Emergence) را مطرح میکند میتواند مفهومی بسیار گیجکننده باشد برای اینکه به کمک آن بتوانیم سیستمهای پیچیده را تمیز و تشخیص دهیم. در مورد تعریف (۹) باید بحث زیادی کنیم چرا که افراد زیادی در برابر نقص علیت ناراحت خواهند شد! به همین دلیل است که گاهی درک سیستمهای پیچیده برای مردم دشوار است. بنابراین با توجه به ابهامات تعاریف افراد مختلف در حوزههای گوناگون علم، بهتر از است که مفاهیم وابسته به پیچیدگی را بررسی کنیم.