Samoorganizované kritično

PER BAK: How nature works – the science of self-organized criticality

Springer Verlag, New York, 1996, 212 stran

Tak už opět víme, jak pracuje příroda! Aspoň by se mohlo zdát, že to slibuje titul knihy dánského teoretického fyzika, nyní trvale v Brookhaven National Laboratory, nedaleko od New York City. Jeho profesionální kariéra, jak ji po střípcích předvádí čtenáři urostřed výkladu o zemětřeseních, lavinách a burzovních otřesech, byla zřejmě formována opozicí vůči gigantickým vědeckým projektům částicové fyziky, jaké se provozují právě v ústavech typu Brookhaven N.L. Jeho idea je vyhledávat nové jevy v přírodě (a společnosti) a postupným osekáváním přebytečného masa z nich ponechat jen tu základní kostru, která je odpovědná za nezvyklosti, jež pozorujeme. Úspěchu zde dosáhne nikoli ten, kdo má bambiliony dolarů na ještě výkonnější aparaturu, ale ten, kdo má oči otevřené a všimne si toho, co dosud všem zakrývala vědecká autocenzura. Oproti drahé vědě, zabývající se zpřesněním měření hmotnosti jedné částice o jedno desetinné místo, nastupuje laciná věda, která nemá apriorní ambice podat jedno velké vysvětlení všeho, ale ke každému jevu přistupuje s dětsky otevřenou naivitou. Takovéto Proč? tváří v tvář všední (ale roznodně ne banální – právě naopak!) zkušenosti jevů nás vede do pestrého světa vědecké plurality, v němž vysvětlování jedné věci jedním způsobem nijak nepřekáží tomu, abychom jinou věc vysvětlovali zcela odlišným způsobem. Přitom se nevzdáváme vědecké rigoróznosti (jen jsme nuceni z ní něco slevit, jako když smlouváme cenu na trhu), a už vůbec ne vědecké poctivosti.To, čeho se vzdáváme, je zběsilost vedoucí nás k získávání poznatků (často nicotných) za každou cenu. Mnozí si právě tuto zběsilost pletou s vážným zaujetím pro Pravdu, a to jak vážní zastánci vědy, tak její vážní odpůrci. Ve skutečnosti je věda živým organizmem se svými rašícími i usychajícími větvemi i s pupeny, v nichž je budoucí výhonek skryt v jakési neprohlédnutelné tajemné skořápce.

Per Bak se proslavil právě takovou levnou vědou: na jednoduchých modelech zkoumal samoorganizaci složitých systémů, sahajících od brusného papíru posouvaného po koberci po fungování mozku a sociálních vztahů. Našel při tom základní princip, kterým se tyto systémy řídí, a nazval jej samoorganizované kritično. Čtenář jeho knihy je vtažen do dramatického děje objevování, a pokud má jen trochu smysl pro „dobrodružství poznání“, bude se cítit jako v napínavém filmu. A poté, co knihu odloží, bude už trvale nasáklý pojmy jako „laviny“, „přerývaná rovnováha“, „dominový efekt“, a bude sám nacházet další aplikace Bakových myšlenek na jevy, které ho obklopují v běžném životě. Tolik jen můj osobní (a přiznávám, že ne nezaujatý) pocit z recenzované knihy.

Je paradoxní, že se vlastně svým názvem i faktografickým obsahem hlásí spíše k táboru hledačů Pravdy než vědecké plurality: máme tu konečně obecné vysvětlení, ne-li všeho, pak aspoň mnohého. Je ovšem třeba namítnout: kdo by odolal takovému pokušení, kdyby se během několika málo let a zcela nečekaně z úspěšného, ale jinak řadového vědce stal jedním z nejcitovanějších autorů, a to nikoli jen ve svém oboru – teoretické fyzice, ale v mnoha dalších – ekonomii, evoluční biologii, seizmologii... a když se o Bakových teoriích velmi pochvalně vyjádřil i americký viceprezident Al Gore?

Oč tedy vlastně v samoorganizovaném kritičnu, jak zní podtitul knihy, jde? Bakovy úvahy vycházejí z pozorování, že v přírodě a společnosti je statistická distribuce mnoha jevů dána téměř stejným zákonem: ať už jde o statistiku zemětřesení, frekvence anglických slov, změny sluneční aktivity, rozdělení velikostí lidských sídel (ve všech kulturách a regionech), vymírání druhů v průběhu geologických epoch, kolísání ceny bavlny, statistiku dopravních zácp v centru New Yorku, pokaždé nacházíme tentýž zákon matematicky vyjádřený mocninou. Pokud se díváme na obrázky popisující tyto děje, vidíme pokaždé charakteristické fraktální tvary. Může to být obrovská náhoda a také nemusí. Per Bak se svými spolupracovníky vsadil na druhou možnost a snažil se odhalit, co mají všechny tyto jevy společného, co vede k téměř totožné statistice. Jinými slovy, snažil se odpovědět na otázku, odkud se berou všechny ty prostoročasové fraktály. To, na co při tom on a jeho kolegové přišli, označili termínem samoorganizované kritično, a vysvětlují to příměrem k pískové kupě: sypu-li na pláži opatrně písek na hromádku, brzy se sklon hromádky nastaví na určitou „kritickou“ hodnotu. Takovýto sklon má však tu vlastnost, že přidání jednoho jediného zrnka nemusí způsobit nic, ale také může způsobit fatální lavinu, která zasáhne celou kupu.

Statistické rozložení lavin je vyjádřeno mocninou, stejně jako u všech reálných systémů jmenovaných výše. Ejhle: když pak srovnáme údaje s tím, co zaznamenali silničáři protahující dálnice v Himálaji, teorie souhlasí s praxí. Když tutéž myšlenku aplikujeme na celou krajinu, nejenže dostaneme prostorový fraktál krajinného profilu, ale i časový fraktál náhlých velkých i malých změn v průtoku řek. Katastrofické záplavy pak nejsou něčím, co vybočuje z normy, ale logickým důsledkem toho, že příroda sama se nastavila do kritického stavu, v němž sebemenší podnět může vyvolat jakkoli velkou lavinu (povodeň). To, že mnohem častější malé povodně nevnímáme jako povodně, je dáno prahem naší pozornosti: prostě si jich nevšimneme. Nicméně mechanizmus titěrných i katastrofických záplav je tentýž, daný samoorganizací do kritického stavu. Takto můžeme pokračovat dále a dále: dopravní systém se sám organizuje do stavu s libovolně velkými zácpami způsobenými libovolně malými podněty – a přitom průjezdnost silnice je v tomto stavu největší! V ekonomickém modelu je největší průměrná výkonnost právě v kritickém stavu, kde sebemenší krach malé firmy o dvou lidech může způsobit totální kolaps (ale v drtivé většině případů nezpůsobí nic). Jakákoli snaha uniknout této samoorganizaci (například plánovitým hospodařením) vede jen k nastavení jiného, neméně kritického stavu, a jak Bak poznamenává, ani Marx, ani předseda americké Federal Reserve s tím nepohnou.

Výčet dalších a dalších samoorganizovaných systémů by se mohl brzy stát nudnou historkou, jak je všechno stále stejné jako všechno ostatní, nebýt vypravěčského talentu Pera Baka, který každou další kapitolu zarámuje obrazem živého a napjatého vědeckého dění, ať už popisem svých setkání s velikány typu S. J. Goulda, nebo úvahami o hypotéze Gaia. Nechybějí stručné a (aspoň v jednom případě, kde to mohu potvrdit) trefné charakteristiky vědců, kteří se účastnili tohoto dramatického dění, jež dalo vzniknout novému interdisciplinárnímu oboru: vědě o samoorganizovaném kritičnu. Pro ty, kdo se tolik nezajímají o výsledky vědeckého bádání, ale spíš o filozofii vědy, může být tato kniha cenným autentickým svědectvím, jak skutečně vznikají nové myšlenky a jak si hledají cestu až k svému širokému uznání. (Jde samozřejmě o samoorganizovaný kritický proces, co jiného...ne?) I proto je cenné, že tato kniha vychází jen pár let poté, co se o samoorganizovaném kritičnu začalo mluvit poprvé. A jelikož úvahy v knize vedou až k otázkám po organizaci světa (včetně nás samých) vůbec, bylo by jistě užitečné, kdyby podněty v ní obsažené reflektovali (a jistě také kritizovali) i filozofové, tak jak to činili svého času s myšlenkami I. Prigogina. Srovnání s Prigoginem se mi v průběhu četby vynořilo několikrát. Tehdy šlo o to, pochopit, že samoorganizace v přírodě je vůbec možná, nyní o to, jak je možná taková samoorganizace, která vede ke komplexním (kritickým) strukturám. V tom Bak Prigogina překonává a odsouvá otázku Kde jsme se tu vzali? opět o něco dále. Už proto každému doporučuji si jeho knihu přečíst.