ChúngTa.com

IV - Vượt ra ngoài quy giản luận: nghiên cứu sự phức tạp

Khái niệm "phức tạp" (complexity) mà tùy theo từng trường hợp có thể gọi cụ thể hơn là sự phức tạp, cái phức tạp hay tính phức tạp (hay phức tính) hiện chưa có được định nghĩa thống nhất. Trong chuyên đề "Vượt ra ngoài quy giản luận" đã nhắc đến ở trên, các chủ biên, trong khi dành cho các tác giả được mời viết được định nghĩa khái niệm này tùy theo lĩnh vực của họ, cũng đã đưa ra định nghĩa riêng của mình, cụ thể là "hệ phức tạp" (complex system) được hiểu là "hệ mà các tính chất của nó không được giải thích hoàn toàn bằng một sự hiểu biết về các bộ phận thành phần của nó". Định nghĩa này là một sự từ bỏ quy giản luận, nó hàm chứa sự cần thiết phải tính đến đồng thời các mức tổ chức khác nhau của vật chất - nguyên tử, phân tử, trung mô (mésoscopique), vĩ mô - không một mức nào trong số đó là cơ bản hơn các mức khác, và có thể, bằng "rút gọn", cho biết các tính chất của các mức khác.

Murray Gell-mann, một trong ba nhà vật lý hạt lớn nhất của thế kỷ XX ) giải Nobel về vật lý năm 1969, người đã mang lại vinh quang cho tư tưởng quy giản luận với lý thuyết quark đã tạo nên Mô hình chuẩn, đã nhìn thấy sau vật lý hạt, phức tạp là một vấn đề lớn của khoa học. Năm 1984, ông đã đóng góp vào việc thành lập Viện Santa Fe (Santa Fe Institute) tập họp các nhà toán học, khoa học máy tính, vật lý học, hóa học, sinh học thần kinh, miễn dịch học, sinh học tiến hóa, sinh thái học, khảo cổ học, ngôn ngữ học, kinh tế học, khoa học chính trị, sử học... ở đây người ta nhấn mạnh đến sự tương tác giữa những người nghiên cứu thuộc những lĩnh vực khác nhau và mọi người đều "có thể tự do suy nghĩ và trò chuyện, điều ràng buộc duy nhất chỉ là phải phù hợp với thực tế", theo đúng lời ông trong tập sách "The Third Culture”,(Nền văn hóa thứ ba).

Ông đã viết về suy nghĩ của ông về thế giới như sau: “Tôi cố tìm hiểu cái dây chuyền các quan hệ liên kết các định luật vật lý cơ bản chi phối mọi vật chất trong vũ trụ với diễn biến của các phần cấu thành (fabric) phức tạp phong phú chúng ta thấy xung quanh ta mà chúng ta là một bộ phận.

“Một cách để làm cho việc đó có thể xử lý được là nhìn vào thế giới trên quan điểm thông tin. Khi chúng ta làm như vậy, chúng ta sẽ thấy rằng mẫu hình (pattern) cơ sở là một sự phức tạp nổi lên từ những quy luật rất đơn giản, trật tự ban đầu và các động tác may rủi (operation of chance), cứ bản của vật lý học là các quy luật đơn giản đó

“Có những đại lượng khác nhau được gọil à “phức tạp”. Trong mỗi trường hợp, sự phức tạp của một sự vật (a thing) là phụ htuộc bối cảnh – nói cái thực hiện sự mô tả. Đặc biệt có một đại lượng mà tôi nghĩ là rất xứng đáng dành cho một cái tên – tôi gọi là “tính phức tạp hiệu dụng”. Một đại lượng có liên quan, mà tôi gọi là "[tính] phức tạp tiềm năng", cũng rất quan trọng. Chưa một đại lượng nào được xác định với sự chặt chẽ của toán học và đó là công việc tôi đang tiến hành. Một số đại lượng khác mà người ta gọi là “phức tạp” cũng đáng được thảo luận.

Nói đến “cái phức tạp” không có nghĩa là bỏ đi "cái đơn giản". Do đó, theo Gell-Mann, điều mà tôi muốn nói là đối tượng bao gồm sự nghiên cứu về tính đơn giản, tính phức tạp của các loại khác nhau, và những hệ thích nghi phức tạp với một sự xem xét nào đó cả các hệ không thích nghi phức tạp”.

Như vậy plectics là sự nghiên cứu về sự đơn giản và sự phức tạp. Nó bao gồm những cố gắng khác nhau định nghĩa sự phức sự phức tạp, sự nghiên cứu về các vai trò của đơn giản, phức tạp và thông tin cổ điển và lượng tử trong lịch sử củ vũ trụ, vật lý học của thông tin, sự nghiên cứu về động lực học phi tuyến, bao gồm lý thuyết hỗn loạn, các vật hút lạ và sự tự đồng dạng trong các hệ không thích nghi phức tạp trong khoa học vật lý, sự nghiên cứu về những hệ thích nghi phức tạp bao gồm sự tiến hóa hóa học tiền sinh học, sự tiến hóa sinh học, diễn biến của các sinh vật cá thể, sự hoạt động của các hệ sinh thái, sự vận hành của các hệ miễn dịch của các động vật có vú, sự học hỏi và tư duy, sự tiến hóa của các ngôn ngữ con người, sự hưng vong của các nền văn hóa con người, diễn biến của các thị trường, sự vận hành của các máy tính được thiết kế hoặc được lập trình để phát triển các chiến 1ượe để, thí dụ, chơi cờ hay giải quyết các vấn đề.

Báo cáo của chúng tôi không nhằm giới thiệu sự nghiên cứu về phức tạp mà nêu lên vấn đề này chỉ với mục đích lưu ý một xu hướng phát triển có thể góp Phần đáng kể làm dịch chuyển khuôn mẫu của khoa học hiện nay. Để minh họa, chúng ta hãy điểm qua một vài bài trong chuyên đề "Vượt ra ngoài quy giản luận" đã nói.

N. Goldenfeld và L.P. Kadanoff đã nói đến một số bài học đơn giản có thể rút ra từ những nghiên cứu đã có về sự phức tạp. Các nghiên cứu này không đưa ra những định luật vật lý mới nào cả, song chúng cung cấp một số bài học về cái cách tiếp cận thích hợp đối với các hệ phức tạp.

Phức tạp, theo các tác giả, có nghĩa là ta có cấu trúc với những biến đổi (variations). Một sinh vật sống chẳng hạn là phúc tạp vì nó có nhiều bộ phận hoạt động khác nhau, mỗi bộ phận hình thành do những biến đổi khi thực hiện cùng một mã di truyền. Nhìn vào dại dương hay bầu trời, ta thấy có một xu hướng tự nhiên nào đó về tạo thành cấu trúc trong thế giới vật chất. Hỗn loạn là hiện tượng cũng rất hay gặp. Hỗn loạn là sự phụ thuộc nhạy cảm của một kết quả cuối cùng vào các điều kiện ban đầu dẫn đến kết quả đó. Trong một thế giới hỗn loạn, ta khó có thể tiên đoán biến đổi nào sẽ xuất hiện tại một chỗ đã cho và vào một lúc đã cho. Sai số và bất định thường gia tăng theo thời gian theo kiểu hàm mũ.

Thế giới phức tạp là rất đáng quan tâm vì nó được cấu trúc hóa cao độ. Thế giới hỗn loạn là rất đáng quan tâm vì ta không biết sắp tới nó sẽ là như thế nào. Song thế giới cũng chứa những diễn biến đều đặn (regularities). Thí dụ như thời tiết thì rất phức tạp, song mùa đông bao giờ cũng kế tiếp mùa hạ, nghĩa là sự thay đổi của các mùa là có thế tiên đoán được. Thế giới của chúng ta vừa phức tạp vừa hỗn loạn. Do đó, bài học sơ đẳng là như sau: "Tự nhiên có thể sản sinh ra những cấu trúc phức tạp ngay trong những tình trạng đơn giản, và có thể tuân theo những định luật đơn giản ngay trong những tình trạng phức tạp".

Goldenfeld và Kadanoff cũng bàn đến triển vọng của lĩnh vực nghiên cứu về phức tạp. Trong vài năm trước mắt, lĩnh vực này sẽ phát triển trong phạm vi động lực học thống kê và nhằm tiến đến hiểu biết tốt hơn về các hệ vật lý kinh tế, xã hội và đặc biệt là các hệ sinh học. Khi khoa học chuyển sang cái phức tạp, cách nhìn nhận của nó sẽ hoàn toàn khác so với những cách nhìn nhận quen biết trước đây trong vật lý học. Cho tới hiện nay, vật lý học đi tìm các định luật cơ bản đúng với mọi lúc và ở mọi chỗ). Song mỗi hệ phức tạp lại có cái khác của nó và dường như không có những định luật tổng quát cho cái phức tạp. Như vậy, ta cần phải tìm ra "những bài học" (chứ không phải các định luật) mà với sự nhận thức và sự hiểu biết, có thể học được trong một hệ và áp dụng cho hệ khác. Có thể là các nghiên cứu trong vật lý học sẽ trở nên mang tính kinh nghiệm con người nhiều hơn. Như vậy, các tác giả chúng tôi đang dẫn, đã đi đến dự báo sự hình thành một cách tiếp cận mới - hoàn toàn mới đối với vật lý học - vượt ra ngoài khuôn mẫu hiện nay của khoa học.

C.Koch và G.Laurent đã bàn về não, hệ thống phức tạp nhất trong vũ trụ: 1,5 kilôgam chất nhũn, những nếp cuộn xoắn, khoảng 100 tỉ nơron thành phần, hàng nghìn tỉ (trillions) chỗ nối, nhiều nghìn km dây nối! Sự phức tạp của hệ thống này đã được xem xét trên bốn phương diện: chức năng, lịch sử tiến hóa, cấu trúc và lập mã. Câu hỏi đặt ra là: Sự phức tạp của não có quan hệ với lý do tồn tại của nó như thế nào? Sự việc nào có một chức năng là bảo vệ cá thể (hay dòng dõi của nó) trong hệ sinh thái riêng của nó và bảo đảm sự lan truyền của hệ gien của nó là sự khác biệt quan trọng nhất so với những hệ vật lý lớn khác, thí dụ như các thiên hà với hàng chục hay hàng trăm tỉ ngôi sao. Não thì có "mục đích", còn các kết tụ sao thì chỉ có sự tồn tại không thôi. Phải chăng điều này giải thích vì sao não lại phức tạp đến như vậy? Ta hãy xét xem não hoạt động như thế nào. Não ý thức thông qua nhiều thể thức khác nhau bằng cách trích ra những mẫu hình cần thiết (relevant patterns) (hình dạng, âm thanh, mùi vị… ) từ một môi trường ồn, không dừng (không từng và thường là không thể tiên đoán được. Não kiểm soát và điều phối chuyển động của các vật khớp nôi (tứ chi) cũng như các vật phụ thuộc mềm (rưỡi), tạo ra trí nhớ với thời gian tồn tại có thể lớn hơn rất nhiều thời gian sống của các phân tử giữ trí nhớ đó, và xây dựng nên những mô hình ẩn hay hiện về thế giới và động thái của chúng. Trên tất cả, não kiểm soát hành vi, các hệ quả của sự kiểm soát đó có thể là sinh sản, hình thành loài và tiến hoá. Bất kỳ một việc gì não thực hiện (thí dụ như nhận ra mùi) đều bao gồm nhiều thao tác nơron chưa hiểu được, thường được gọi là các "tính toán" (computations). Tính chất phức tạp của não chẳng làm ai phải ngạc nhiên vì rõ ràng là não có thể giải quyết được những nhiệm vụ phức tạp và nhiều mặt.

Mọi người đều nhất trí rằng não chính là biểu hiện của những hệ thích nghi phức tạp và não của Albert Enistein thì phức tạp hơn não của một con ruồi, song tính [độ] phức tạp của hệ thần kinh vẫn còn khó xác định một cách định lượng hay có ý nghĩa. Não của một con ong chẳng hạn, với khoảng một triệu nơron và những vi mạch rối ren khủng khiếp, có thể kiểm soát những hành vi rất tinh tế. Tỉ số (về khối lượng) não cơ thể của cá mập và cá đuối rất gần với cùng tỉ số đó của các động vật có vú và lớn hơn nhiều so với cá nhiều xương, các động vật lưỡng cư hay các loài bò sát. Kích thước của vỏ não mới ở cá voi có răng chuẩn hóa theo kích thước cơ thể của nó nằm cùng hàng với các loại linh trưởng và trên tất cả các loài có vú khác. Nếu lấy sự phức tạp ra mà xét thì các loại não này sẽ xếp thứ tự như thế nào đây ?

Bất kỳ một khái niệm thực tế nào về tính phức tạp của não đều cần phải chứa đựng: thứ nhất, tính phi tuyến cao độ, không dừng (không tĩnh) và bản chất thích nghi của các yếu tố nơron, và, thứ hai, mẫu hình không đồng đều và song song của các chỗ nối mà "trọng sổ' của chúng có thể dao động theo thời gian theo những cách có ý nghĩa về hành vi. Hiện nay thì điều hiển nhiên nhất có thể nói về chức năng của não trên phương diện "hệ phức tạp" có lẽ là sự tiếp tục áp dụng quy giản luận và nguyên tử hóa (chia nhỏ), tự thân chúng, sẽ ít có khả năng dẫn đến sự hiểu biết cơ bản. Mỗi bộ não là một tấm áo cà sa với những miếng chắp và cực kỳ không đồng đều. Để hiểu về chức năng của mỗi bộ phận của chiếc áo đó, ta cần phải có kiến thức chính xác về các phần cấu thành của nó và cả bối cảnh trong đó bộ phận ấy hoạt động.

Còn về ý thức và kinh nghiệm chủ quan thì như thế nào? Các tác giả đã nhắc đến công trình của G. Tononi và G.M. Edelman năm 1998 theo đó các hiện tượng này cũng có liên quan đến sự phức tạp của hệ thần kinh. Song chỉ có thời gian mới cho chúng ta biết có phải là ý thức xuất hiện từ não "phức tạp" hay không và, nếu đúng như vậy thì nó xuất hiện như thế nào. Khám phá về điều này sẽ là một khám phá lớn và vì vậy không thể dự báo được.

Cuối cùng, trước khi kết thúc mục này, chúng tôi dẫn thêm một bài nữa cũng trong chuyên đề đã nói - bài của W.B. Arthur, một thành viên của Viện San ta Fe,"Phức tạp và kinh tế".

Để bắt đầu, tác giả đã đề cập khái quát vấn đề nghiên cứu về sự phức tạp "những hệ với hàng loạt yếu tố thích nghi với hay phản ứng lại mẫu hình mà các yếu tố đó tạo ra". Các yếu tố đó có thể là các ô (cells) trong máy tự động, các tôn trong thủy tinh hoặc các tế bào trong một hệ miễn dịch, và chúng có thể phản ứng với các trạng thái của các ô lân cận, hoặc các mô men từ địa phương, hoặc nồng độ các tế bào B và T. Các yếu tố và các mẫu hình chúng đáp ứng ha đổi ừ bô cảnh này sang bôi cảnh khác. Song chúng cùng tạo ra. Thời gian tham gia vào đây một cách tự nhiên qua các quá trình điều hành và từ ấy đổi, khi kết tụ thay đổi, các yếu lại phản ứng lại. Do ngăn cản đạt tới một trạng thái tiệm cận hay cân bằng nào đó, các hệ phức tạp là những hệ trong quá trình không ngừng tiến hóa và mở ra theo thời gian.

Những hệ như nói trên xuất hiện một cách tự nhiên trong nền kinh tế. Các tác nhân kinh tế, là ngân hàng, người tiêu dùng, các hãng hay các nhà đầu tư, không ngừng điều chỉnh các nước đi thị trường, các quyết định mua, các giá cả và các dự báo cho tới tình trạng mà các nước đi, các quyết định, các giá cả hay các dự báo đó cùng nhau tạo ra. Song, không giống như các tôn trong thủy tinh sớm luôn luôn phản ứng theo một cách đơn giản với từ trường địa phương của chúng, các yếu tố kinh tế (các tác nhân con người) phản ứng lại một cách có chiến lược và có dự báo bằng cách xem xét các kết quả có thể đạt được do các hành vi mà chúng thực hiện. Tình hình này đã đưa thêm một lớp rắc rối cho kinh tế học không có trong các khoa học tự nhiên.

Lý thuyết kinh tế quy ước không nghiên cứu sự mở ra của các mẫu hình mà các tác nhân của nó đã tạo ra, mà đơn giản hóa các câu hỏi của nó để tìm ra những nghiệm giải tích. Nó đặt ra các câu hỏi, thí dụ như các yếu tố hành vi (các hành động, các chiến lược, các chờ đợi) nào là nhất quán với các mẫu hình kết tự mà các yếu tố hành vi này cùng nhau tạo ra. Kinh tế học quy ước chỉ chú ý đến các mẫu hình nhất quán, các mẫu hình không gây ra một phản ứng tiếp tục nào. Các nhà kinh tế học ở viện San ta Fe, Stanford, MIT, Chicago và các cơ sở nghiên cứu khác hiện đang tìm cách mở rộng: cách tiếp cận cần bằng trên đây với sự chuyển sang câu hỏi: các hành động, các chiến lược hay các chờ đợi có thể phản ứng nói chung như thế nào với các mẫu hình kết tụ mà chúng tạo ra. Kết quả sẽ không phải là một sự bổ sung thêm cho lý thuyết kinh tế tiêu chuẩn' mà là một lý thuyết ở mức ngoài cân bằng, tổng quát hơn: kinh tế học [về sự] phức tạp (complexity economies).

Loại các hệ thống nói trên sẽ đặc biệt hấp dẫn nếu chúng có chứa những yếu tố phi tuyến dưới dạng các phản hồi dương. Trong kinh tế học, phản hồi dương xuất hiện từ thu nhập tiếp tục tăng lên. Điều này trái với tinh tế học tiêu chuẩn giả định thu nhập giảm dần đề bảo đảm đạt tới cân bằng duy nhất và có thể tiên đoán được. Một khi chúng ta đã chấp nhận quan điểm phức tạp với sự nhấn mạnh vào sự tạo thành các cấu trúc chữ không phải hiện trạng đã cho thì các vấn đề về tiên đoán trong kinh tế sẽ khác đi. Thí dụ như sẽ không còn áp dụng được nữa giả định là các tác.nhân đều có thể thấy trước ở chừng mực nào đó mô hình nào là đúng đắn và mọi người đều "biết" là mọi người đều biết sử dụng mô hình đó. Vấn đề đang được nghiên cứu là điều gì sẽ xảy ra khi mà các mô hình dự báo là không rõ ràng và phải được hình thành một cách cá thể bởi các tác nhân không biết những chờ đợi của những người khác theo ý riêng của họ.

Sau hai thế kỷ nghiên cứu các mẫu hình Linh cân bằng không chú ý đến những điều chỉnh tiếp tục về hành vi, các nhà kinh tế học đang bắt đầu nghiên cứu sự nổi lên của các cấu trúc và sự mở' ra của các mẫu hình trong nền kinh tế. Kinh khóc phức tạp không phải là một sự ghép thêm tạm thời vào lý thuyết kinh tế tĩnh mà là một lý thuyết tổng quát hơn, một lý thuyết ở mức ngoai cân bằng. Cách tiếp cận của nó đang ảnh hưởng đến mọi bộ môn của kinh tế học: lý thuyết trò chơi, lý thuyết tiền tệ và tài chính, học hỏi (laearning) trong kinh tế, lịch sử kinh tế, sự tiến hóa của các mạng lưới thương mại, sự ơn định của nền kinh tế, chính trị. Nó giúp chúng ta hiểu các hiện tượng như sự bất ổn định thị trưởng, sự xuất hiện các độc quyền, sự tồn tại dai dẳng của nạn nghèo, sự hiểu biết này sẽ giúp chúng ta giải quyết các hiện tượng đó. Nó nhắc nhở người ta rằng các chính sách sẽ thành công tốt( dẹp hơn nếu như các chính sách đó ảnh hưởng đến các quá trình hình thành các cấu trúc kinh tế chứ không phải là ép buộc để có các kết quả tĩnh.

Từ góc độ ngoài cân bằng, các mẫu hình kinh tế đôi. khi cũng rơi vào các trường hợp cân bằng thuần nhất của kinh tế học tiêu chuẩn. Song thường thì chúng luôn luôn thay đổi, có diễn biến không ngừng đổi mới và có những hiện tượng nổi lên. Sự phức tạp do đó vẽ ta một nền kinh tế không phải là tất định, không phải là không thể tiên đoán dược và cũng không có tính cơ giới, mà là một quá trình phụ thuộc, hữu cơ và luôn luôn tiến hóa.

V - Kết luận

Có nhiều luận đề được bàn cãi xung quanh vấn đề sự chuyển dịch của khuôn mẫu khoa học - một cuộc cách mạng khoa học thực sự có thể diễn ra trong thế kỷ XXI. Mặc dầu hướng vào sự quan tâm chung về khả năng của một cuộc cách mạng khoa học mới, chúng tôi chỉ có thể, trong báo cáo này, giới hạn sự tìm hiểu của mình ở một luận đề, tuy không quá hẹp, song rõ ràng chỉ là một phần của một tổng thể rộng lớn hơn rất nhiều. Những kết luận có thể rút ra, do đó, nếu không phải là ít chắc chắn, thì chắc chắn cũng sẽ là còn thiếu một độ sâu nào đó.

Sự nghiên cứu về "sự phức tạp", mặc dầu được đề cập chỉ ở một vài lĩnh vực và các lĩnh vực đó chỉ được nói đến một cách sơ lược, đã gây một ấn tượng khá mạnh là nhiều vấn đề quan trọng mà con người đang quan tâm (sự xuất hiện của ý thức từ não) sẽ chỉ được giải quyết trên cơ sở những cách tiếp cận mới không quy giản, có tính tổng thể hay toàn cục. Những cách tiếp cận mới vượt ra ngoài quy giản luận còn có thể là cơ sở của một sự phát triển mới của những lý thuyết tiêu chuẩn, thí dụ như lý thuyết kinh tế cân bằng, với những kết quả hết sức quan trọng (sự gia tăng không giới hạn của thu nhập).

Cùng với những cách tiếp cận mới đang được áp dụng và phát triển, đã xuất hiện những cái nhìn mới về thế giới. Do sự hạn chế của phạm vi được xét trong báo cáo, chúng tôi không thể nói một cách tổng quát về cái nhìn mới đang hình thành. Để có một ý niệm nào đó về vấn đề này, bài học sơ đẳng mà Goldenfeid và Kadanoff đã đưa ra có thể có một giá trị tổng quát nào đó, chúng tôi nhắc lại như sau: " Tự nhiên có thể sản sinh ra những cấu trúc phức tạp ngay trong những tình trạng đơn giản, và có thể tuân theo những định luật đơn giản ngay trong những tình trạng phức tạp".

Đây không chỉ là một bài học rút ra từ sự nghiên cứu (vẫn chỉ là bước đầu) về sự phức tạp mà có lẽ là một cái nhìn mới về thế giới hoặc ít nhất cũng một mặt nào đó trong cái nhìn mới tổng quát về thế giới.

Kết luận của Goldenfeld và Kadanoff (được rút ra từ sự xem xét các vấn đề vật lý) "Những nghiên cứu trong vật lý học có thể sẽ trở nên mang tính kinh nghiệm con người nhiều hơn" có lẽ cũng có tính tổng quát. Nó có thể là đúng đối với sự nghiên cứu khoa học nói chung và thể hiện mối quan hệ không thể tách rời giữa con người và thế giới mà nó quan sát.

Những cách tiếp cận mới đang được phát triển và những cái nhìn mới đang hình thành sẽ là một sự hướng dẫn quan trọng mà từ những kết quả "đáng chú ý" đã đạt được có thể sẽ xuất hiện những khám phá "lớn", những khám phá sẽ được gọi là “có tính chất cách mạng” khi mà cuộc cách mạng khoa học mới hoàn tất. Điều này chắc chắn sẽ xảy ra nhưng cái thời điểm xảy ra sẽ không thể nói trước được cho dù ta dành cho nó cả thế kỷ XXI này.