لغز كيفية ظهور النظام واسع النطاق في الأنظمة المعقدة

يُظهر النظام المعقد ظهوره، وفقًا للإطار الجديد، من خلال تنظيم نفسه في تسلسل هرمي من المستويات التي يعمل كل منها بشكل مستقل عن تفاصيل المستويات الأدنى. يقترح الباحثون أن نفكر في الظهور كنوع من “البرمجيات في العالم الطبيعي”. تمامًا كما يعمل برنامج الكمبيوتر المحمول الخاص بك دون الحاجة إلى تتبع جميع المعلومات المجهرية حول الإلكترونات الموجودة في دوائر الكمبيوتر، فإن الظواهر الناشئة محكومة بقواعد كبيرة الحجم تبدو قائمة بذاتها، دون الالتفات إلى ما تفعله الأجزاء المكونة.

باستخدام شكلية رياضية تسمى الميكانيكا الحسابية، حدد الباحثون معايير لتحديد الأنظمة التي لديها هذا النوع من البنية الهرمية. لقد اختبروا هذه المعايير على العديد من الأنظمة النموذجية المعروفة بعرض ظواهر من النوع الناشئ، بما في ذلك الشبكات العصبية والأتمتة الخلوية على غرار لعبة الحياة. وفي الواقع، فإن درجات الحرية، أو المتغيرات المستقلة، التي تلتقط سلوك هذه الأنظمة على المقاييس المجهرية والعيانية، لها بالضبط العلاقة التي تتنبأ بها النظرية.

لا تظهر أي مادة أو طاقة جديدة على المستوى العياني في الأنظمة الناشئة غير الموجودة مجهريًا بالطبع. بل إن الظواهر الناشئة، من البقع الحمراء العظيمة إلى الأفكار الواعية، تتطلب لغة جديدة لوصف النظام. وقال كريس أدامي، الباحث في الأنظمة المعقدة في جامعة ولاية ميشيغان: “ما فعله هؤلاء المؤلفون هو محاولة إضفاء الطابع الرسمي على ذلك”. “إنني أشيد تمامًا بفكرة جعل الأشياء رياضية.”

الحاجة إلى الإغلاق

جاء روزاس في موضوع الظهور من اتجاهات متعددة. كان والده قائدًا موسيقيًا مشهورًا في تشيلي، حيث درس روزاس الموسيقى وعزفها لأول مرة. قال: “لقد نشأت في قاعات الحفلات الموسيقية”. ثم تحول إلى الفلسفة، ثم حصل على شهادة في الرياضيات البحتة، مما منحه “جرعة زائدة من التجريدات” التي “عالجها” بدرجة الدكتوراه في الهندسة الكهربائية.

منذ بضع سنوات، بدأ روساس بالتفكير في السؤال المحير حول ما إذا كان الدماغ عبارة عن جهاز كمبيوتر. ضع في اعتبارك ما يحدث في الكمبيوتر المحمول الخاص بك. يقوم البرنامج بإنشاء مخرجات يمكن التنبؤ بها وقابلة للتكرار لمجموعة معينة من المدخلات. ولكن إذا نظرت إلى الفيزياء الفعلية للنظام، فلن تتبع جميع الإلكترونات مسارات متطابقة في كل مرة. قال روزاس: “إنها فوضى”. “لن يكون الأمر هو نفسه تمامًا.”

يبدو أن البرنامج “مغلق”، بمعنى أنه لا يعتمد على الفيزياء التفصيلية للأجهزة الإلكترونية الدقيقة. يتصرف الدماغ إلى حد ما بهذه الطريقة أيضًا: هناك اتساق في سلوكياتنا على الرغم من أن النشاط العصبي ليس متطابقًا أبدًا في أي ظرف من الظروف.

اكتشف روساس وزملاؤه أنه في الواقع هناك ثلاثة أنواع مختلفة من الإغلاقات المشاركة في الأنظمة الناشئة. هل يمكن التنبؤ بمخرجات جهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بك بشكل أكبر إذا استثمرت الكثير من الوقت والطاقة في جمع المعلومات حول جميع الحالات الدقيقة – طاقات الإلكترون وما إلى ذلك – في النظام؟ عموما لا. وهذا يتوافق مع حالة إغلاق إعلامي: كما قال روزاس، “كل التفاصيل الموجودة أسفل الماكرو ليست مفيدة للتنبؤ بالماكرو.”

ماذا لو كنت لا تريد فقط التنبؤ بالنظام بل التحكم فيه، فهل تساعد المعلومات ذات المستوى الأدنى في ذلك؟ مرة أخرى، عادةً لا: التدخلات التي نقوم بها على المستوى الكلي، مثل تغيير كود البرنامج عن طريق الكتابة على لوحة المفاتيح، لا تصبح أكثر موثوقية من خلال محاولة تغيير مسارات الإلكترون الفردية. إذا لم تضيف المعلومات ذات المستوى الأدنى أي سيطرة إضافية على النتائج الكلية، فإن المستوى الكلي هو كذلك مغلقة سببيا: إنها وحدها التي تسبب مستقبلها.