Att ordna kaos

Människan är en fantastisk mönstersökare. Ur miljoner ljuspartiklar som träffar ögats näthinna vill och kan hon urskilja färger, former och rörelse. Men det finns en gräns bortom vilken vi inte längre ser någon ordning, det blir bara kaos. Hur ska vi då finna en bakomliggande struktur? Hur identifierar vi mönster i en ny och okänd värld? Eller, för att citera Platon: ”Hur ska du leta efter det som du inte vet vad det är? Hur ska du söka sådant som du inte känner till? Om du hittar det, hur vet du att det är vad du söker?”

– Det är just gränslandet mellan det perfekt ordnade och det fullständigt slumpmässiga som fångar människans intresse mest, tror Jim Crutchfield, fysiker vid University of California, Berkeley, i USA. Det beror på att händelserna vid gränsen har störst chans att överraska oss, att uppfattas som spännande.

Var finns då detta gränsland där ordning övergår i kaos? Det är troligt att det är vår hjärna som har en begränsad förmåga att upptäcka mönster och strukturer. Att det är den som sätter gränser. Så fort omgivningens grad av komplexitet överskrider denna förmåga uppfattar vi den som slumpmässig fast den inte alltid är det.

Mer är annorlunda

Jag träffar Jim Crutchfield på Forskningsrådsnämndens seminarium om konst och komplexitet i Abisko. Studierna om komplexitet är delvis arvtagare till kaosteorin från 1980-talet. Med hjälp av datorer kunde forskarna räkna ut att även några få enkla händelser kan leda till kaos, ett mycket komplext och helt oförutsägbart beteende.

Ett decennium senare vände man blicken mot komplexa system, dvs mycket stora system som består av många samverkande komponenter. Det kan vara finansiella marknader, myrstackar, människans immunsystem eller neuronernas nätverk i hjärnan. Vad som förenar dessa system är att de uppvisar ett kollektivt beteende som är kvalitativt annorlunda än vad beståndsdelarna skulle kunna åstadkomma var för sig. Redan för mer än ett kvartssekel sedan sammanfattade fysikern och Nobelpristagaren Philip Anderson en sådan framväxt av ordning och struktur med de kärnfulla orden ”more is different” – mer är annorlunda.

Gränslandets hemligheter

Från att beräkna hur kaos uppstår ur enkla villkor har alltså forskningen gått vidare till att söka efter den ordning som ofta döljs under en kaotisk yta. Numera finns det kraftfulla matematiska verktyg för att utforska komplexa system. De kan hjälpa oss att förstå det som vi inte instinktivt känner igen och att flytta fram gränsen mellan det som vi uppfattar som ordnat och det som verkar kaotiskt.

Matematiken går tillbaka många årtionden till ryssen Andrei Kolmogorov som lade grunden för beräkningar av sannolikheter och slumpmässiga processer. Också amerikanen Claude Shannon som skapade en matematisk teori för kommunikation är en förgrundsgestalt för dagens komplexitetsforskare. Ett av Shannons intresseområden var kryptologi, som bl a handlar om hur man bäst döljer information i en till synes meningslös röra av signaler.

– Det mest komplexa som människan deltar i är vanliga samtal, säger Jim Crutchfield. Hur kodar vi av meddelanden som andra människor lämnar till oss, hur kan vi egentligen förstå meningen med orden? Det är en verklig gåta.

Se den fantastiska bilden i Forskning & Framsteg nummer 7/98.