Worldviews Discussion Paper
Hubert Van Belle
De exacte wetenschap ziet de wereld als een autonoom systeem dat zelfstandig en uitgaande van een bepaalde begintoestand (‘big bang’) een reeks van toestandsveranderingen doorloopt. Deze evolutie leidt tot het structureren van de materie en het ontstaan van complexe organisatievormen. Men gaat er verder van uit dat de werkelijkheid aan een aantal wetmatigheden beantwoordt en dat de logica en de wiskunde uitstekende modellen beschikbaar stellen om deze wetten te beschrijven. Niet alles blijkt immers willekeurig, uniek en nieuw te zijn en men kan een aantal in ruimte en tijd terugkerende patronen onderkennen. Bovendien baseert men zich op de analytisch reductionistische methode om het gedrag van de systemen die deel uitmaken van de werkelijkheid te verklaren. Men herleidt het gedrag van een geheel tot de eigenschappen van de delen waaruit het bestaat en de wetmatigheden die de interacties tussen deze componenten kenmerken. Uiteindelijk worden de elementaire bouwstenen en de fundamentele wetten van de natuur als finale verklaring gezien.
In de systeembenadering beschouwt men de werkelijkheid als een web van relaties. Deze relaties leggen de verbanden vast tussen de grootheden die de betrokken objecten en de optredende fenomenen kenmerken. Men kan dit netwerk en de concentraties van interacties die erin voorkomen min of meer in detail bestuderen. Wordt de werkelijkheid op een hiërarchisch structurele manier bekeken dan is het mogelijk om een aantal lagen te onderkennen. Daarbij kan een onderscheid gemaakt worden tussen de lagere ‘harde’ lagen en de hogere ‘zachte’ lagen. De harde lagen zijn opgebouwd uit fysische elementen die duidelijk een hiërarchische structuur vormen. Achtereenvolgens vindt men bijvoorbeeld kwantumdeeltjes, atomen, moleculen, cellen, organen en organismen. De zachte lagen groeperen gedragspatronen en mentale processen die ermee samengaan. Ze zijn minder gemakkelijk af te lijnen dan de harde lagen. Men kan volgende lagen onderscheiden:
De organisatievormen met structuren en gedragingen die in een hogere laag te situeren zijn, hebben als geheel beschouwd een grotere complexiteit dan de vormen van organisatie die men op een lager niveau terugvindt.
In deze gelaagde visie op de werkelijkheid bevinden de deelstructuren zich op een lager niveau dan de globale structuren. De harde structurele lagen vormen het ‘platform’ voor de zachte gedragslagen. De lagere lagen bieden bijgevolg de mogelijkheidsvoorwaarden voor de hogere lagen. Om als goed substraat voor de bovenliggende lagen te kunnen fungeren dienen de onderliggende lagen voldoende stabiel en robuust te zijn. Ook in de zachte lagen kan men dus een zekere verstarring vaststellen. Tijdens het evolutieproces ontwikkelden zich eerst structuren in de lagere lagen van de werkelijkheid. Nadien ontstonden gedragpatronen die de hogere lagen van de werkelijkheid exploreren. Er opende zich een ruimte met ongekende mogelijkheden waarin de materiële beperkingen een kleinere rol spelen. Naarmate men hoger opklimt worden de regels minder star en neemt de onbepaaldheid toe. Er blijkt speelruimte te ontstaan voor vrijheid en autonomie.
De fysische structuren van de werkelijkheid zijn de dragers van processen die voor de transformatie, opslag en uitwisseling van materie, energie en informatie instaan. Deze processen worden bepaald door de eigenschappen van de structuren maar beïnvloeden op hun beurt de verdere ontwikkeling van deze structuren. In de natuur blijken constructieve, conservatieve en destructieve ‘krachten’ aan het werk te zijn. Ze leiden tot het ontstaan, het voortbestaan en de afbraak van organisatievormen en zijn dan ook verantwoordelijk voor de levenscycli die hun evolutie kenmerken. Globaal gezien kan men een evolutie naar organisatievormen met een toenemende verwevenheid en hoger niveau van complexiteit vaststellen. Er ontstaan structuren, dissipatieve structuren genoemd, die zich ver van hun ‘natuurlijk’ evenwicht bevinden. Ze blijven in een stationair evenwicht dankzij de voortdurende opname en afgifte van materie, energie en informatie. Zowel bij het doorgroeien naar een grotere organisatiegraad als het bestendigen van dergelijke structuren spelen feedback-mechanismen een grote rol. Het ontstaan van patronen in ruimte en tijd, zelforganisatie genoemd, kan aan positieve terugkoppeling toegeschreven worden. Dit mechanisme vormt eveneens de aanzet tot de ontwikkeling van complexere organisatievormen. Door negatieve terugkoppeling kunnen structuren zich tegen storende invloeden verdedigen en hun voortbestaan verzekeren.
Het beeld van een gelaagde werkelijkheid houdt ook het begrip emergentie in. Op de verschillende niveaus van de werkelijkheid duiken eigenschappen op, emergente eigenschappen genoemd, die blijkbaar niet tot de eigenschappen van de onderliggende lagen kunnen herleid worden. Emergentie wordt geassocieerd met het echt nieuwe, het creatieve en het niet gepredetermineerde in de natuur. Vaak geciteerde voorbeelden van emergente verschijnselen zijn leven, zelfbewustzijn en vrije wil. Een geheel is meer, of beter gezegd anders, dan de som van de delen waaruit het bestaat. Het is duidelijk dat men de interacties tussen de deelsystemen niet uit het oog mag verliezen. Deze vaststelling schijnt echter niet voldoende te zijn om het reductionistisch project van de exacte wetenschap volledig te redden. Zelfs indien de fundamentele wetten van de natuur in wezen de het gedrag van complexe systemen volledig bepalen dan is het daarom nog niet altijd mogelijk alle gedragpatronen die op hoog niveau opduiken reductionistisch te verklaren. De stellingen van Gödel en Turing betekenden het einde van het reductionistisch project van de wiskunde.
Volgens Gödel bestaan er binnen een consistent logisch systeem altijd goedgevormde uitspraken waarvan de geldigheid of ongeldigheid niet beslisbaar is. In de rekenkunde kunnen bijvoorbeeld steeds geldige stellingen geformuleerd worden die niet tot een axiomastelsel te herleiden zijn. Men een beperkt aantal axioma’s is men dan ook niet in staat om alle mogelijke geldige stellingen van de rekenkunde te onderbouwen. Er blijken ook problemen te bestaan die intrinsiek niet oplosbaar zijn. Dit is bijvoorbeeld het geval voor het stopprobleem bij computerprogramma’s. Turing toonde aan dat men geen algemeen algoritme kan vinden dat in staat is om te bepalen of een berekening al dan niet zal eindigen en resultaat opleveren. Ook de duur van de berekening is niet voorspelbaar. De hypothese dat het stopprobleem oplosbaar is leidt tot een contradictie en het gestelde beslissingsprobleem is onbeslisbaar. Uit de studie van ‘kunstmatig leven’ bij cellulaire automaten blijken gelijkaardige beperkingen. Op basis van de lokale regels kan men volgens Conway niet bepalen of een patroon dat in het ‘spel leven’ verschijnt na enige tijd terug zal verdwijnen of oneindig lang zal blijven voortbestaan. Eigenschappen die men tijdens simulaties ontdekt kunnen daarom nog niet algemeen verklaard en voorspeld worden. Gezien de grote rol die de wiskundige modellen in de fysica spelen botsen we hier blijkbaar ook op de grenzen van de reductionistische methode.
De voorspelbaarheid van complex systeemgedrag vanuit elementaire wetten blijkt bovendien beperkt te worden door een vorm van reductionistische onbepaaldheid. De studie van niet-lineaire systemen heeft de ogen van de wetenschapsmensen geopend voor de wereld van de complexe verschijnselen. Bij lineaire systemen is het gevolg van een externe beïnvloeding evenredig met de oorzaak. Bij niet-lineaire systemen is dit niet meer het geval en ontstaan er allerhande merkwaardige gedragspatronen. Er treden bijvoorbeeld plotse sprongen op indien men met catastrofaal gedrag te doen heeft. In het geval van bifurcaties kan de evolutie verschillende wegen opgaan zonder dat er een voorkeur blijkt. Bij chaotisch gedrag veroorzaken kleine oorzaken zeer grote gevolgen en is de evolutie zeer grillig en niet meer exact reproduceerbaar. Onder bepaalde omstandigheden wordt het gedrag van niet-lineaire systemen dus onvoorspelbaar. De evoluties verlopen niet meer continu en de causale ketens worden door onbepaaldheden verbroken. Zelfs vrij eenvoudige en deterministische systemen kunnen een gedrag vertonen waarvan het verloop wel door exacte formules kan weergegeven worden maar praktisch toch onvoorspelbaar is.
De grote droom van de exacte wetenschappen om de eigenschappen van de hogere lagen van de werkelijkheid volledig uit de eigenschappen van de lagere lagen af te leiden blijkt niet meer houdbaar. De overtuiging groeit dat men op de hogere niveaus van de werkelijkheid eigenschappen kan vinden die op de lagere niveaus niet voorkomen er blijkbaar ook niet toe kunnen gereduceerd worden. De elementaire wetten die de interacties tussen de elementen in rekening brengen schijnen niet te volstaan om de emergente eigenschappen te verklaren. De onderliggende lagen bieden wel de mogelijkheidsvoorwaarden voor het gedrag op hoog niveau maar blijken dit gedrag niet volledig te bepalen. Stabiele en robuuste onderlagen zorgen er voor dat de lagere lagen als het ware transparant zijn vanuit de hogere lagen gezien. De hogere lagen van de werkelijkheid zijn dan ook in een zekere mate onafhankelijk van de lagere lagen en er kunnen zich in de opeenvolgende lagen gedragspatronen ontwikkelen die een eigen karakter vertonen. Dit verklaart gedeeltelijk waarom de wetenschap de complexe werkelijkheid laag per laag beschrijft en daarbij een beroep doet op verschillende disciplines. De elementaire wetten leggen dus blijkbaar niet alles volledig vast en laten ruimte voor het onvoorspelbare, het onverwachte en het creatieve. Er kunnen zich daardoor nieuwe mogelijkheden ontvouwen die de wereld interessanter en boeiender maken.
De reductionistische visie op de wereld van de exacte wetenschappen verwerpt in feite ‘echte’ emergentie. Het gedrag in een bepaalde laag wordt volledig bepaald door het gedrag in de onderliggende lagen. De elementaire wetten kunnen in principe alle fenomenen verklaren. De globale eigenschappen zijn het resultaat van vele lokale interacties. Eenvoudige lokale interactieregels leiden tot het ontstaan van coherente globale gedragspatronen die als emergent beschouwd worden. Alleen ‘bottom-up’ causaliteit wordt dus aanvaard. Van enige invloed van het geheel op zijn delen kan er bijgevolg geen sprake zijn. Het inzicht groeit echter dat de elementaire wetten alleen niet volstaan om het gedrag van complexe organisatievormen volledig te beschrijven. We hebben reeds gewezen op het opduiken van emergente eigenschappen en het optreden van onbepaaldheden. Uit de studie van complexe systemen bestaande uit een groot aantal individuele ‘agents’ leidt men bovendien af dat het groepsgedrag een invloed op het gedrag van de individuen heeft. Dit blijkt duidelijk bij doelgerichte systemen waar de individuele objectieven ondergeschikt zijn aan de globale doelstellingen. De invloed van de hogere op de lagere lagen wordt ‘top-down’ causaliteit of ‘downward causation’ genoemd. In deze aangepaste visie wordt het gedrag in een bepaalde laag van de werkelijkheid mede bepaald door de bovenliggende lagen. Naast elementaire wetten spelen een aantal convergerende, integrerende en oriënterende principes een rol.
Er blijken in de natuur een aantal ‘preferenties’ te bestaan welke de evolutie beïnvloeden en de diversiteit die de elementaire wetten mogelijk maken inperken. Het is duidelijk dat om te blijven bestaan organisatievormen eigenschappen dienen te hebben en over middelen moeten kunnen beschikken die hun voortbestaan verzekeren. In een competitieve en onzekere omgeving met beperkte hulpbronnen kunnen alleen voldoende stabiele en robuuste vormen van organisatie overleven. Deze organisatievormen zijn in staat om hun structuur te verdedigen tegen allerhande desintegrerende invloeden en blijven functioneren in moeilijke omstandigheden. Na het verdwijnen van een ‘storing’ keren ze spontaan naar hun oorspronkelijke toestand terug. Daar ze bovendien de beschikbare middelen doelmatig kunnen inzetten zijn ze o.a. in staat om reserves op te bouwen en periodes van schaarste te overbruggen. De voorwaarden van stabiliteit en robuustheid kunnen vertaald worden in minima- en efficiëntie-eisen. Deze eisen vindt men als principes in diverse vormen en verschillende takken van de wetenschap terug. Omwille van hun algemeen karakter kan men dan ook stellen dat het om voorwaarden van duurzaamheid of om overlevingsdoelstellingen gaat die de totaliteit ‘van boven af’ aan al het bestaande oplegt. Ook normen en waarden kunnen als een vorm van ‘top-down’ causaliteit beschouwd worden.
Uit het voorgaande volgt dat de elementaire wetten niet volstaan om echte emergentie te verklaren en dat de emergente eigenschappen mede bepaald worden door ‘eisen van de totaliteit’. Men kan deze visie afwijzen en stellen dat ‘downward causation’ in feite ook het gevolg is van elementaire wetten. Indien het mogelijk was het gehele kader met de context in rekening te brengen zou men geen beroep meer moeten doen op ‘top-down’ causaliteit. Wie het bestaan van een reductionistisch onverklaarbare emergentie principieel afwijst zal echter in de praktijk toch verplicht zijn om het begrip aan te nemen. De werkelijkheid is zo complex en de ‘afstand’ tussen de hoogste en laagste lagen zo groot dat het in feite onmogelijk is om hoog niveau gedrag uit elementaire wetten af te leiden. Het is dan ook niet verwonderlijk dat men om de wereld te begrijpen voortdurend een beroep doet op de functie van de organisatievormen in het geheel en op het doel van hun optreden. Exact wetenschappelijke reductionistische verklaringen zijn niet teleologisch en verwijzen nooit naar een bedoeling of de betekenis. Alleen al om pragmatische redenen zal men echter verplicht worden een begrip zoals doelgerichtheid in te voeren om de globale oriëntatie in het gedrag van complexe organisaties te beschrijven.
Het geschetste beeld van de werkelijkheid dient nog aangevuld te worden met het algemeen kader. Er gelden een aantal algemene spelregels in de natuur die in behoudswetten vastgelegd zijn en met symmetrieën overeenstemmen. Symmetrieën zijn merkwaardige relaties die ongewijzigd (invariant) blijven bij bepaalde veranderingen (transformaties). Deze behoudswetten, symmetrieën of invarianten leggen in feite materiële beperkingen op aan het ganse gebeuren. Samenvattend kunnen we stellen dat de werkelijkheid kan beschouwd worden als een gelaagde structuur met emergente eigenschappen. De hogere lagen ontwikkelen een zekere onafhankelijkheid t.o.v. de lagere lagen. Het gedrag in een bepaalde laag wordt gekenmerkt door algemene principes, bottom-up causaliteit en top down causaliteit. Naarmate men hoger opklimt ontstaat in dit model meer ruimte voor vrijheid en creativiteit. In een beperkt kader vereist het nieuwe echter dikwijls het verdwijnen van het oude. Opbouw en afbraak, behoud en verandering zijn eigen aan de werkelijkheid. Ze leiden tot het zowel vreugdevol als pijnlijk proces van leven en dood.
17.07.1999
26.04.2002