INLEIDING

SAMENVATTING

 

INLEIDING

Niet de eindbestemming is het doel, doch de reis op zich

 

Augustus 1999.
Varend op een ijsbreker langs de prachtige West-kust van Groenland, denk ik terug hoe ik eigenlijk aan dit boek begonnen ben. Ik heb hier tijd en ruimte om mijn gedachten de vrije loop te laten gaan. De boot vaart langs Nuuk, de hoofdstad van Groenland, waar nu ongeveer 15000 inwoners wonen. Dit is minder dan het Belgische dorp waar ik in woon. Nochtans is deze regio gekenmerkt door gebergten met bijna de oudste gesteenten die men op aarde kan vinden, ongeveer 3,8 tot 3,9 miljard jaar oud. Reizen doet alles relativeren.

Ik kom tot de vaststelling dat ik eigenlijk nooit echt "begonnen" ben aan dit boek. Ik heb nooit de idee gehad "nu ga ik een boek schrijven over de evolutie". De idee is zeer geleidelijk aan gegroeid, als het ware door een proces van "spontane zelforganisatie".
Na mijn studies als bio-ingenieur, en tijdens mijn studie als bedrijfskundig ingenieur, las ik het bekende boek van de Belgische Nobelprijswinnaar Ilya Prigogine getiteld "Orde uit Chaos". Na het lezen van dit boek was ik enigszins verward. Ik had net een lange en brede academische vorming achter de rug, en toch had ik door het lezen van één boek, de indruk dat ik meer geleerd had over de evolutie dan tijdens de verschillende cursussen die ik gedoceerd had gekregen. Bovendien had ik nog nooit van concepten als "zelforganisatie" en "orde uit chaos" gehoord.

De ideeën van Prigogine intrigeerden me zodanig, dat ik besloot hem een brief te schrijven, met de vraag of ik eventueel zijn seminarie in Brussel mocht bezoeken om een aantal ideeën door te praten. Enigszins tot mijn verbazing – ik had het niet verwacht – kreeg ik een zeer vriendelijke brief terug (de idee een brief te ontvangen van een Nobelprijswinnaar vond ik op zich al fascinerend). Hij stelde me voor om zijn seminarie te bezoeken, en met één van zijn medewerksters te praten. Zo gezegd zo gedaan, en na enkele weken bezocht ik zijn werkterrein aan de ULB te Brussel. Prigogine zelf heb ik niet ontmoet, doch gedurende enkele uren kreeg ik van een vriendelijke medewerkster een overzicht van het actuele onderzoek, en werd mijn nieuwsgierigheid enigszins getemperd.
Als ik er nu aan terugdenk, is dat wellicht de onbewuste start van dit boek, nu ongeveer 9 jaar geleden. Ik leg de nadruk op onbewust, omdat ik deze gebeurtenis op dat moment inschatte als een zeer interessante, doch tijdelijke fascinatie.

Sindsdien begon ik in mijn vrije tijd meer en meer boeken te lezen over evolutietheorieën, wellicht vanuit de nieuwsgierigheid welke baanbrekende concepten ik eventueel nog had gemist in mijn universitaire studies. Daarbij las ik boeken over biologische evolutie, evolutie vanuit filosofisch standpunt, vanuit biochemisch standpunt, vanuit het standpunt van de natuurkunde enzovoort.

Hierbij stootte ik nu en dan op een vraag die mij meer fundamenteel bezighield.

Eén van die fundamentele vragen was of de (biologische) evolutie gestopt of geremd is door de snelle ontwikkeling van de mens. Sommige biologische werken suggereerden dit inderdaad. Het was echter mijn diepe overtuiging dat dit niet zo was. Mijn intuïtie was dat sinds de snelle culturele evolutie van de mens, de mens precies een enorme invloed heeft gehad op de evolutie. Met andere woorden, de mens heeft de evolutie veel versneld. Enige boeken verder vond ik eindelijk een boek dat overeenkwam met mijn intuïtie, en dat beter dan ik had voor mogelijk hield mijn gevoel onder woorden bracht. Het was het boek "Living systems" van James Grier Miller. Het is een boek over "levende systemen", eerder dan over biologische evolutietheorie. Miller argumenteerde dat niet enkel een levende cel, zoals een bacterie of een pantoffeldiertje, of een organisme, zoals een vlieg of een olifant, maar ook groepen van organismen, of zelfs een maatschappij op zich als een levend systeem kunnen worden beschouwd. Dat boek dateert al van van 1979, en ik had na het na lang zoeken gevonden in de Antwerpse universitaire bibliotheek. Sinds het lezen van dit boek veranderde mijn leestactiek. Omdat ik weinig vrije tijd had, en ik enkel in mijn vrije tijd deze boeken kon lezen, besloot ik me te concentreren op boeken van grondleggers van bepaalde concepten of theorieën, eerder dan de actuele verder gevorderde wetenschappelijke werken te lezen. Ik had immers de ervaring dat in dergelijke "doorbraakwerken", de concepten het best uitgelegd waren. Zo haalde ik in de universitaire bibliotheek, de eerste werken over informatica, over cybernetica, enzoverder.

Het lezen ging met ups en downs, naargelang ik meer of minder tijd had. Geleidelijk groeide echter het besef dat een intrigerende hobby zich van mij meester had gemaakt, namelijk de uitdaging om een beter begrip te krijgen van de evolutie.

Vanuit mijn overtuiging dit per se een multidisciplinaire aangelegenheid was, las ik niet enkel boeken in de sfeer van biologie, scheikunde, filosofie, godsdienst en fysica, doch kwam ik ook tot meer exotische niches van de wetenschap. Van algemene systeemtheorie, systeemdynamica, cybernetica, tot semiotiek en biosemiotiek. Deze laatste 2 takken van de wetenschap waren mij volslagen onbekend hiervoor, en elke nieuwe stap op een onbekend terrein was voldoende om het vuur mijn nieuwsgierigheid verder aan te wakkeren.

Een tweede fundamentele overtuiging maakte zich van mij meester : een goede evolutietheorie moet een verklaring geven voor vrijwel alle fenomenen die we kunnen waarnemen. Ze moet een verklaring kunnen geven waarom een appel van een boom valt, waarom de golven op zee ontstaan, waarom de tropische vissen in koraalriffen zo mooi gekleurd zijn, maar ook waarom een menselijke maatschappij ontstaat of waarom de mens komt tot de constructie van steeds sneller rijdende auto’s.

Door deze diepe overtuiging ben ik voornamelijk gaan zoeken naar gelijkenissen tussen verschillende evolutieconcepten en theorieën, eerder dan naar de verschillen ; ik zocht een synthese, eerder dan een gedetailleerde analyse. Mijn interesse ging dus niet uit naar wat de verschillen zijn tussen een appel, een vlieg of een walvis, maar wel wat de gemeenschappelijke kenmerken van hun evolutie zijn. Om deze synthese te kunnen maken, kwam ik tot de vaststelling dat sommige terminologieën of begrippen misschien beter een verruimde of ietwat gewijzigde betekenis zouden krijgen. Het nadeel van deze denkwijze is wel dat ik generalistisch tewerk ben gegaan : mijn doel was niet om elke theorie tot in de details te kennen, doch ik stelde mij tevreden met de grote lijnen.

Door mijn job als ingenieur en manager in het hoofdkwartier van een grote farmaceutische onderneming, kwam ik tot de vaststelling dat de complexiteit in een multinationale onderneming enkel in goede banen kan geleid worden door grote hoeveelheden informatie. Hieruit groeide mijn derde fundamentele overtuiging : de rol van informatie is van cruciaal belang voor de evolutie.

Noch in de informatica, noch in de filosofie (met zijn nadruk op de scheiding tussen lichaam en geest), noch in de biologie (met zijn nadruk op de chemische aspecten van bijvoorbeeld DNA), noch in de cybernetica vond ik hiervoor een bevredigend antwoord. Gedurende jaren is mijn inzicht in de rol van informatie geleidelijk aan gerijpt : mijn langzame werkmethode had inderdaad het voordeel van de "lange gisting". Wellicht is het op dit vlak dat dit boek u het meest creatieve denkwerk kan presenteren, en ook hiervan is de subtitel afgeleid "van bit tot atoom en ecosysteem".

Pas na verschillende jaren tevergeefs zoekwerk stootte ik op de eerste boeken en artikels van geestesgenoten in dit domein. De geestesgenoten waren veelal actief op het vlak van de verruiming van de wetten van de thermodynamica, de "info-"dynamica of de (bio)-semiotiek. Wellicht doordat ik zolang deze uitgewerkte ideeën heb moeten missen, zijn mijn eigen originele ideeën in de loop der jaren ontwikkeld. Het was echter tegelijkertijd een geruststelling, maar ook een ontnuchtering toen ik boeken op dit domein begon te lezen. Enerzijds een ontnuchtering, omdat ik toch niet de eerste was die dit niemandsland had betreden. Anderzijds toch ook een geruststelling, omdat mijn spontane overtuiging werd bevestigd. Wat ik hier in dit werk beschrijf, is een synthese tussen mijn eigen ideeën op dit vlak, en reeds neergepende hersenspinsels.

Wellicht heeft ook hier mijn werk als ingenieur mij geholpen. Ik heb in mijn loopbaan tot nu toe aan verschillende projecten meegewerkt waar we een bedrijfsproces fundamenteel zijn gaan herdenken of "re-engineeren". Bij een dergelijke re-engeneering gaat men in verschillende stappen tewerk. In een eerste stap bestudeert men het proces of de activiteit zoals ze actueel is. In een tweede stap gaat men het proces volledig herdenken, vertrekkende van nul, om zo tot een volkomen originele en verbeterde versie te komen. Dit is wat men het "blue sky"-proces noemt. In de laatste stap komt dan de synthese tussen de actuele versie, en de "blue sky"-versie : men tracht een proces te implementeren dat zo dicht mogelijk het ideale proces benadert, doch rekening houdende met de beperkingen die er in de praktijk bestaan. Veelal leidt een dergelijke oefening inderdaad tot een werkelijke innovatie van het bestaande proces, en komt men tot oplossingen die men voorheen zelfs niet beschouwde.

Ook dit werk is het resultaat van een dergelijke "re-engeneering" oefening. Door mijn ervaring of "beroepsmisvorming" op het vlak van re-engeneering technieken, heb ik er niet voor teruggedeinst bepaalde ingeburgerde concepten opnieuw in vraag te stellen. Wellicht ben ik hierbij geholpen door enige naïviteit en overmoed, die het gevolg is van het feit dat ik niet beperkt ben door een specialistische voorkennis op een aantal van de betreden domeinen. Mijn gehanteerde vogelperspectief leidt wellicht tot een beter inzicht van het geheel, doch ik twijfel er niet aan dat de "resolutie" van sommige details voor specialisten op hun domein ontoereikend zal zijn. Het is immers inherent aan een vogelperspectief dat contrasten minder scherp worden, en details vager worden weergegeven. Op de voor- en nadelen van mijn benadering kom ik in mijn nawoord uitvoerig terug.

Een volgende vraag die mij bezighield was de vraag of onze evolutie, en ons huidig heelal, het beste is van alle mogelijke, of slechts één van de vele mogelijke evolutietrajecten. Op dit vlak situeert zich een vierde fundamentele overtuiging, die mijn werk sterk heeft beïnvloed : ik acht het uiterst onwaarschijnlijk dat onze evolutie de beste in zijn soort. Deze overtuiging stuurt onmiddellijk het denken in een volkomen andere richting. Als onze evolutie niet de beste is van de mogelijke evoluties, en er vele andere evolutietrajecten mogelijk zijn, wat is dan "de gemiddelde evolutie". Ik heb dus niet zozeer gezocht naar wat de drijvende krachten zijn in ons evolutietraject, doch wel wat de drijvende krachten zouden kunnen zijn in de vele mogelijke evolutietrajecten. Het is de lezer duidelijk dat dit een uiterst interessante vraag is, die blijvende intellectuele stimulans met zich meebrengt.
Ik heb het hierboven reeds gesteld : de fundamentele vragen die in de loop der jaren zijn opgekomen zijn allemaal heel complex.

Ik wil de lezer hierbij dan ook al onmiddellijk de illusie wegnemen dat ik zou geslaagd zijn hierop het beste antwoord te geven. De antwoorden op deze vragen omtrent "de gemiddelde evolutie, van bit tot atoom en ecosysteem" zijn wellicht plausibele antwoorden. Ze dienen echter verder onderzocht te worden volgens een strikt wetenschappelijke methode. Om die reden heb ik het model van de gemiddelde evolutie een "heuristisch" model genoemd : het is een concept, dat de toets met de praktijk nog moet doorstaan.

Al bij al is heeft deze uit de hand gelopen hobby mij de afgelopen jaren nog een stuk boeiender gemaakt. Ik heb zelf enorm veel bijgeleerd, en heb hiervan veel intellectuele voldoening gehad.

Op een bepaald moment werd mij duidelijk dat wellicht vele andere mensen zich dezelfde fundamentele vragen stellen, doch om één of andere reden niet zo ver gaan als ik in het zoeken naar een antwoord.

Toen ik mij hiervan bewust werd, zo een twee tot drie jaar geleden, heb ik besloten mijn reis van bit tot atoom en ecosysteem neer te schrijven. Het neerschrijven is, net als het rijpen van de ideeën, langzaam gegaan. Als gevolg hiervan zijn de verschillende hoofdstukken dikwijls als afzonderlijke entiteiten te lezen, die enigszins los staan van de voorgaande, doch wel de rode draad gemeenschappelijk hebben. Bovendien geef ik regelmatig samenvattingen van de betrokken paragrafen of hoofdstukken, wat de afronding van deze entiteiten verscherpt.

Aangezien ik mezelf beschouw als een jonge telg van de internetgeneratie, leek het me aangewezen om dit boek "virtueel" te publiceren op het internet. Dit in de hoop feedback te krijgen van andere individuen die deel uitmaken van dit zich nog vormende "globale brein", en zo op snelle wijze de bestaande concepten nog te verbeteren.
Aangezien ik een sterk visuele denkwijze heb, heb ik in elk hoofdstuk relatief veel grafische schema’s en grafieken opgenomen.

Zoals het internet in zijn geheel, waar elke "home-page" open staat voor iedereen die geïnteresseerd is, heb ik bovendien getracht een "open" boek te schrijven. Voor elk belangrijk concept heb ik de instapdrempel laag gehouden. Als gemiddeld profiel van de lezer stelde ik mij hier soms iemand voor met een economische vorming. Iemand met dus een basiskennis van de wetenschappelijke takken zoals chemie, biologie en natuurkunde, doch zonder specialistische kennis op deze domeinen. Belangrijker dan een diepgaande opleiding in deze domeinen is wellicht een open geest.

Een open geest om de reis die ikzelf heb gemaakt en neergeschreven, opnieuw te beleven. Meer nog, ik nodig u uit om zelf op ontdekking te gaan in deze virtuele wereld. Ik sta dan ook open voor alle feedback, die via het e-mail adres van deze website naar mij kan gestuurd worden.

Als motto voor deze reis zou ik dan ook suggereren "niet de eindbestemming is het doel, doch de reizen op zich".

Bij de start van uw duik in dit oneindige universum wens ik u dan ook een boeiende reis.

Yves Decadt

 

SAMENVATTING

DE GEMIDDELDE EVOLUTIE : VAN BIT TOT ATOOM EN ECOSYSTEEM

Yves Decadt, Maart 2000

De gemiddelde evolutie : een heuristisch model

1. VERSPREIDING IN DE EVOLUTIE

2. INFORMATIE ALS BRON VAN COMPLEXITEIT EN COHERENTIE IN DE EVOLUTIE

3. FLUXMAXIMALISATIE EN ATTRACTOREN IN DE GEMIDDELDE EVOLUTIE

3.1. Demping van variaties en het ontstaan van informatie en attractoren in de gemiddelde evolutie

3.2. Hiërarchische niveau’s in de gemiddelde evolutie

3.3. Fluxmaximalisatie en quasi-evenwicht : de link tussen microscopisch en macroscopisch gedrag

4. FUNDAMENTELE ONZEKERHEID IN DE GEMIDDELDE EVOLUTIE

5. CONCLUSIE

 

DE GEMIDDELDE EVOLUTIE :
VAN BIT TOT ATOOM EN ECOSYSTEEM

 

Yves Decadt, Maart 2000

De gemiddelde evolutie : een heuristisch model

In de evolutie van ons heelal hebben heel veel toevalligheden een bepalende rol gespeeld. Zelfs in die mate dat het onwaarschijnlijk is dat bijvoorbeeld de huidige fauna en flora zich opnieuw zou ontwikkelen indien de evolutie zich zou herhalen. Al het classificatiewerk van een bioloog als Linnaeus zou daardoor niet relevant zijn. Als Carl Linnaeus nog leefde, zou deze gedachte wellicht een ware nachtmerrie zijn.

Als het toeval een dergelijke belangrijke rol speelt in de evolutie, en we willen toch een inzicht krijgen in de basisprincipes van het evolutieproces, moeten we de rol van het toeval trachten te reduceren tot zijn relevante proporties. We zullen dit doen door het uitvoeren van een reusachtig gedachtenexperiment. In plaats van de vraag te stellen of de evolutie zich op dezelfde wijze zou kunnen herhalen, zullen we ervan uitgaan dat dit niet het geval (door de toevallige variaties). We zullen daarom een andere vraag stellen :

"Welke evolutiepatronen zouden we zien als we de evolutie een miljoen maal zouden herhalen ?"

Welke kenmerken van het evolutieproces zouden dan keer op keer terugkomen ?
Deze vraag is de basisvraag waar dit boek een antwoord op tracht te formuleren.

Op het einde van de negentiende eeuw constateerde de Amerikaanse wetenschapper en filosoof Charles Sanders Peirce (1839-1914) dat de "natuur de tendens heeft om gewoontes te vormen". Onder deze gewoontes bevinden zich niet enkel de natuurwetten die de ontwikkeling van de cosmos kunnen verklaren. Het ontstaan van de natuurwetten op zich moet immers kunnen verklaard worden, en ook de natuurwetten zijn langzaam ge-evolueerd.

Het is duidelijk dat onze zoektocht naar de "gewoontevorming" in de evolutie van het heelal sterk zal beïnvloed zijn door de context waarin we leven als mens op aarde en door de kennis die we tot op heden hebben verzameld. Niettegenstaande dit feit, is de aard van deze fundamentele vraag zodanig dat ze tot kritisch nadenken stemt over de werkelijk fundamentele aspecten van de evolutie. Alhoewel het antwoord beïnvloed zal zijn door de tijdsgeest, zullen we verplicht zijn om tot de kern van de zaak door te denken. Het resultaat van dit denkproces heb ik

"de gemiddelde evolutie"

genoemd.

Het model dat hier wordt voorgesteld is een "heuristisch model". Het maakt gebruik van bestaande puzzelstukken, om ze te combineren tot een vernieuwde versie van de puzzel. Niet zozeer de inhoud is vernieuwend, doch wel de compositie. Ik noem het een heuristisch model, omdat het open staat voor verdere ontwikkeling en evolutie. Het is het resultaat van een persoonlijke visie en is zeker niet te beschouwen als een pasklare en finale oplossing. Ik nodig de lezer dan ook uit mee te denken, gedurende het doornemen van dit werk.

Terug naar de index van de samenvatting

1. VERSPREIDING IN DE EVOLUTIE

"Alles stroomt" (Panta rei in het Grieks)

 

Verspreiding in de evolutie

Dit is een basisgedachte van de Griekse wijsgeer Heraclitus. Dit is ook de basis van het ganse evolutieproces.

Het enige constante en universele aan de evolutie is dat het een ononderbroken stroming van materie, energie en informatie is. Het universum kan niet worden gevat door het beschrijven van deelelementen ervan ; er kunnen immers continu nieuwe kenmerken ontstaan of ontdekt worden. Het universum is een onverdeeld en ononderbroken geheel. Elke beschrijving van een deel ervan, doet eigenlijk afbreuk aan de eigenheid van het totale.

Dit gezegd zijnde, zou ik eigenlijk consequent moeten zijn en stoppen met verdere beschrijvingen.

Ik zal echter toch doorgaan, omdat ik ervan uitga dat deze "evolutiestroom" toch beter kan begrepen worden, door het geven van een aantal complementaire beschrijvingen.

Beperking van de verspreiding

Wanneer we de omgeving rondomons bekijken, zien we tal van organisatievormen die sterk geordend zijn, en die ons weinig doen denken aan de continue toename van de verspreiding.

Bij de expansie van het universum, neemt de maximale potentiële verspreiding steeds toe. De werkelijke (gerealiseerde) verspreiding neemt ook steeds toe, doch met een kleinere snelheid. Zoals de onderstaande figuur aantoont, neemt het verschil tussen de werkelijke en de maximale verspreiding ook steeds toe. Het verschil tussen beide is de orde die we waarnemen, bijvoorbeeld onder de vorm van tastbare materie. Met andere woorden, naarmate de verspreiding in het heelal toeneemt, neemt ook de orde toe.

Beperking van de verspreiding (naar Layzer, 1984)

Een cruciale vraag die we zullen moeten stellen is wat de oorzaak is van deze orde. Hoe komt het dat de verspreiding gebeurt via tussenstadia van complexere organisatievormen, in plaats van onmiddellijk tot het maximale niveau van verspreiding te komen ?

Dat er een scala van min of meerdere complexere organisatievormen mogelijk zijn, is iets wat we in onze thuisbasis, het zonnestelsel, maar al te duidelijk kunnen waarnemen. We kunnen zeer complexe levende organisatievormen waarnemen, zoals bijvoorbeeld een internationaal bedrijf of een leger en éénvoudigere levensvormen zoals een bacterie.

De complexiteit en coherentie van de verschillende materiële verschijningsvormen verschilt zeer sterk

De niet levende vormen zijn veel minder complex, doch ze verschillen ook zeer sterk in de mate van verspreiding. Een gas is een typevoorbeeld van een materiële vorm die sterk verspreid is. De coherentie tussen de gasmolecules is heel laag. In een diamant daarentegen zijn de atomen heel sterk geordend (zeer coherent), wat de diamant heel sterk maakt, en wat ook zijn hoge mate van symmetrie verklaart. Nochtans is de complexiteit van een diamant veel lager dan die van een bacterie of een school vissen.


Wanneer we dus op zoek gaan naar de oorzaak van de beperking van de verspreiding, moeten we op zoek gaan naar de factoren die aanleiding geven tot de verschillen in coherentie en complexiteit van de verschillende verschijningsvormen rondom ons.

Terug naar de index van de samenvatting

 

2. INFORMATIE ALS BRON VAN COMPLEXITEIT EN COHERENTIE IN DE EVOLUTIE

 

Informatie krijgt een steeds belangrijker rol toebedeeld in de studie van de evolutie, zowel binnen de fysica als binnen de biologie.
De fysicus John Wheeler stelt dit heel extreem voor :" Het meest elementaire in de beschrijving van de fysica, is het het elementaire quantumfenomeen, waarbij een elementaire ja-nee vraag wordt ontwikkeld. Met andere woorden, elke fysische eenheid heeft zijn bestaan te danken aan bits, of elementaire ja-nee indicaties." Dit is bekend geraakt onder de vorm van zijn gevleugelde uitspraak "it from bit", waarmee hij wilde samenvatten dat alles gebaseerd is op informatie.
Ook in de biologie is de aandacht voor informatie sterk gestegen, zodanig dat er zelfs een aparte wetenschappelijke tak is ontstaan die de "bio-semiotiek" wordt genoemd, of de studie van de (ontwikking van) betekenis van signalen. De bioloog Jesper Hoffmeyer spreekt zelfs van de "semiotisering van de natuur", waarbij de natuur meer en meer wordt aanzien als een geheel dat gekenmerkt wordt door een uitwisseling van signalen (informatie). Vandaar dat ik aan de gevleugelde uitstpraak van Wheeler nog de stelling "fit from bit" zou willen toevoegen, waarmee ik bedoel dat ook de "survival of the fittest" in de biologie een proces is waar de plant of het dier dat de beste historische informatie weet te verzamelen en te gebruiken, ook de grootste kans heeft op overleving.
Dit boek verschilt van vele andere werken over evolutie door de nadruk die het legt op de invloed van informatie, vanwaar de titel "De gemiddelde evolutie : van bit tot atoom en ecosysteem". In vele klassieke werken wordt informatie voorgesteld als iets wat pas heel laat in de evolutie is ontstaan, nadat atomen en ecosystemen zijn ontstaan. Hier wordt een gewijzigde interpratie van het begrip informatie ingevoerd, waaruit volgt dat atomen en ecosystemen het gevolg zijn van het ontstaan van informatie...

Wat is informatie binnen de evolutiecontext ?

Op deze vraag wat informatie is in de evolutiecontext, kunnen we ons antwoord starten met een korte definitie :

Informatie is datgene wat betekenis heeft, binnen een bepaalde context.

De betekenis van informatie voor de evolutie is dat het de selectie-waarschijnlijkheid van bepaalde evolutiewegen doet toenemen en daardoor de verspreiding beperkt.

Dit geldt zowel voor de mens, als voor een stier, als voor een inktdruppel in een glas water, als voor een electron in een computerchip, als voor elk elementair deeltje in de evolutie. In essentie is er niks menselijk aan het begrip informatie.

 

Geïnformeerde variaties en geïnformeerde selecties in de evolutie

Als informatie zo belangrijk is voor de gemiddelde evolutie, is het nuttig eens dieper in te gaan op het ontstaan van informatie, en de invloed ervan op de evolutie.

In essentie is de evolutie een opeenvolging van variaties, waarbij nieuwe evolutiewegen worden gevormd, en selecties, waarbij bepaalde evolutiewegen worden geselecteerd.
Het totaal aantal mogelijke variaties komt overeen met de maximaal mogelijke verspreiding.

Nu is het zo dat zowel de variaties, als de selecties, als beide kunnen beïnvloed worden door informatie.

Verschillende selectieprincipes in de natuur

Indien er geen informatie aanwezig is in het systeem dat we beschouwen, krijgen we een volledig "blinde" evolutie, waarbij zowel de variatie als de selectie toevallig gebeuren. Het resultaat komt overeen met de maximale verspreiding, zoals we dit bijvoorbeeld in de atomen van een gas kunnen waarnemen.

Wanneer de toevallige variaties door de omgeving worden geselecteerd, spreken we van een "natuurlijke selectie" : dit is een proces dat door Darwin is ontdekt.

Vele variaties in de natuur zijn niet louter toevallig : bepaalde variaties blijken bevoordeeld te zijn ten opzichte van andere, door een proces van "zelf-organisatie". Bepaalde variaties krijgen daardoor een hogere waarschijnlijkheid om voor te komen, waardoor de kans op selectie ook hoger is. Deze variaties zijn als het ware geïnformeerd, terwijl de selectie in principe blind kan verlopen.
Aangezien de meeste ecosystemen zeer complex zijn, en natuurlijke selectie en zelforganisatie elkaar continu kunnen beïnvloeden en opvolgen, is het in de praktijk zelden mogelijk de effecten van beide duidelijk te onderscheiden. Vandaar dat het gezamelijke proces "zelforganisatie en natuurlijke selectie" wordt genoemd. Door de niet-lineaire en zelfversnellende processen eigen aan de zelforganisatie, leidt dit in sommige gevallen tot een "survival of the first", terwijl de natuurlijke selectie veelal gekenmerkt wordt door een "survival of the fittest". Het gezamelijke proces ligt aan de basis van de complexe fauna en flora zoals we die op aarde aantreffen, inclusief het ontstaan van de mens.

De mens is door zijn bewuste manier van denken in staat om geïnformeerde variaties zeer doeltreffend te combineren met geïnformeerde selecties, in proces dat ik verder de "artificiële constructie" zal noemen. De mens creëert artificiële variaties door bijvoorbeeld het uitvoeren van experimenten : in deze experimenten worden bepaalde factoren wel, en andere niet gevarieerd. De variaties zijn dus duidelijk geïnformeerd. Bovendien selecteert de mens het gewenste proces of product, op basis van selectiecriteria die veelal voor het uitvoering van het experiment zijn vastgelegd. Ook de selectie is dus geïnformeerd. Dit proces van artificiële constructie heeft geleid tot het onnoembare aantal "artefacten" die door de mens worden gebruikt, gaande van speren en bogen bij de primitievere mensen, tot de raketten om de ruimte te veroveren.

Omdat beide stappen, zowel de variaties als de selecties doelbewust gemanipuleerd en geïnformeerd zijn, is de mens in staat om zeer complexe en effectieve constructies te bouwen.

Het is intussen duidelijk dat het begrip "informatie" in deze evolutiecontext een ruimere betekenis krijgt dan deze van de gebruikelijke omgangstaal.

Terug naar de index van de samenvatting

 

3. FLUXMAXIMALISATIE EN ATTRACTOREN IN DE GEMIDDELDE EVOLUTIE

3.1. Demping van variaties en het ontstaan van informatie en attractoren in de gemiddelde evolutie

 

We hebben gezien dat informatie een cruciale rol speelt in de evolutie, door het beïnvloeden van zowel variaties als de selecties.

We moeten daarom logischerwijze de vraag stellen hoe deze informatie zelf eigenlijk ontstaat.

De evolutie is in essentie een stroom van materie en energie (de informatie voorlopig buiten beschouwing latende). Als bij een bepaald deelsysteem in de evolutie een variatie onstaat in de inkomende stroom van M/E, zal het systeem hierop reageren. Als het systeem uit verschillende partikels bestaat, zullen deze partikels deze variatie als een bijkomende "stress" ervaren. Vanaf een zekere kritische stress, zullen deze egoïstische partikels zodanig bewegen, dat ze de stress voor zichzelf trachten te minimaliseren. Het gevolg hiervan kan zijn dat ze in een bepaalde richting trachten te bewegen. Aangezien al de partikels even egoïstisch zijn, zullen ze allemaal de stress trachten te minimaliseren en allemaal in een bepaalde richting van minimale stress bewegen. Het gevolg zal zijn dat alle naburige partikels samen een coherente stress-minimaliserende beweging maken. Deze beweging zal voortduren tot de variatie volledig gedempt is.
Denken we bijvoorbeeld aan een regendruppel die in een plas valt. Bij het invallen van de druppel zullen de watermolecules op het plasoppervlak zich individueel proberen verwijderen van de invallende druppelmolecules (cfr. principe van Newton : actie leidt tot reactie). Aangezien alle betrokken watermolecules dit proberen doen, kunnen ze niet anders dan gezamelijk een gecoördineerde beweging maken. Dit zal zich uiten onder de vorm van golfjes die rondom de plaats van impact op en neer deinen, tot de energie van de invallende druppel volledig is gedempt. De individuele dempingsreactie van de "egoistische" partikels, heeft geleid tot een gezamelijk dempingspatroon van een grote groep molecules. Dit heeft dus geleid tot een macroscopisch zichtbaar dempingspatroon van de variatie, namelijk een reeks kringvormige golven. Om hiertoe te komen, is een vorm van "moleculaire communicatie", of moleculaire informatie-uitwisseling gebeurd tussen de betrokken watermolecules.
Elke keer dat er een regendruppel valt, zal dit proces zich herhalen. Het is een dempingspatroon met een verhoogde waarschijnlijkheid.

Dergelijke variatie-dempingspatronen met verhoogde waarschijnlijkheid zullen we verder "attractoren" noemen (letterlijk "aantrekkers", omdat het lijkt of de evolutie in een bepaalde richting wordt getrokken).
Wat we hier de vorming van "attractoren" noemen, komt overeen met het eerder vermelde inzicht van Charles Peirce dat de natuur een tendens heeft om "gewoontes" te vormen.
Aan de basis van de verhoogde waarschijnlijkheid van deze "evolutionaire gewoontes" ligt een bepaald type evolutionaire informatie.

Hierdoor wordt de verspreiding beperkt en krijgen we een macroscopisch samenhangend evolutiepatroon. De samenhang zullen we verder aanduiden met de term "coherentie", die complementair is met de term verspreiding.

Er zijn verschillende manieren om types informatie in te delen in klassen.
Binnen deze evolutionaire context zal ik verder 3 types informatie onderscheiden, voornamelijk op basis van de relatie die er bestaat tussen de betekenis van de informatie, en de drager van de informatie. Deze contextueel afhankelijke relatie tussen de betekenis van de informatie, en de drager ervan, wordt ook de code genoemd.
Deze drie types code liggen aan de basis van drie totaal verschillende types informatie, en drie verschillende types attractoren.

Het onderscheid tussen de Alfa-, Beta- en Gamma-codering is gebaseerd op een toenemende onafhankelijkheid tussen de betekenis van de informatie (I) en de drager ervan (M/E). Deze onafhankelijkheid is het hoogst voor de Gamma-codering, en het laagst voor de Alfa codering.

• Gamma-informatie
  
  Dit is de symbolische informatie, zoals deze in de menselijke taal wordt gebruikt, doch ook in de genetische code van het erfelijke materiaal van alle biologische wezens.
  De relatie tussen de betekenis van de symbolen, en de symbolen zelf is volledig conventioneel.
  
  Deze Gamma-informatie is de basis van alle Gamma-attractoren. Alle soorten levende systemen zijn het resultaat van de ontwikkeling van Gamma-attractoren, zoals op de aarde bijvoorbeeld de bacterïen, planten,dieren, mensen, menselijke organisaties en maatschappijen.
  Het is precies de grote onafhankelijkheid tussen symbolen en hun betekenis, die de oorzaak is van de complexiteit van de eruit volgende structuren. Door deze onafhankelijkheid kan er immers betekenis gevormd worden in 2 niveau’s (in de semiotiek wordt dit een "dubbele articulatie" (of "dubbele patroonvorming") genoemd. Zo heeft elk woord in een taal een betekenis op zich, doch de verschillende woorden kunnen ook op ontelbaar verschillende manieren gecombineerd worden tot zinnen met een andere betekenis.
  Dit is de kracht van dubbele articulatie.

Bij de volgende twee codes is de relatie tussen de betekenis van de informatie en drager ervan directer, en dit in hogere mate voor Alfa-informatie dan voor Beta-informatie.
Doordat er bij deze codes wel een min of meer directe relatie is tussen de informatie en de drager, is er geen "dubbele articalutie", en is de complexiteit van de structuren die eruit kan voortvloeien veel geringer.

• Beta-informatie
  
  Beta-informatie is proces-informatie. Dit wil zeggen dat bepaalde patronen in de tijd aan de basis liggen van de betekenis binnen de gegeven context.
  
  In het voorbeeld van de regendruppel die in de plas water valt, is de communicatie tussen de watermolecules het gevolg van een dynamisch proces : dit is dus een voorbeeld van Beta-informatie. De golven op het water zijn kenmerken van een Beta-attractor, of dempingspatroon met procesinformatie aan de basis. Het dynamisch patroon is niet los te koppelen van de betekenis die het heeft binnen de context.
  Andere voorbeelden van Beta-dempingspatronen zijn :
• alle dynamische patronen in vloeistoffen (vb. golven, wervelingen, laminaire stroming)
• de vorming van kuddes bij landdieren, of scholen bij vissen en vogels
• de structuur van wolken
• de zandduinen in een woestijn
• de regelmatige vertakkingen van een varenblad
• de zwarte/witte strepen op een zebra
• de kleurrijke patronen van vele tropische zeevissen die we aantreffen rond koraalriffen.

• Alfa-informatie
  
  Alfa-informatie is materie-afhankelijke informatie. Het is het gevolg van de ruimtelijke structuur en de vorm van de materie.
  De relatie tussen de betekenis van de informatie, en de drager ervan is dus zeer direct.
  
  Zo zijn hormonen, die in het lichaam van planten en dieren belangrijke communicatiefuncties vervullen, voorbeelden van Alfa-informatie. Hun ruimtelijke structuur is zodanig, dat ze als een sleutel op een slot in een bepaalde receptor van het lichaam passen. Van zodra ze binnen hun "target"structuur ingepast zijn, veroorzaken electrische of chemische signalen die een bepaalde boodschap (informatie) doorgeven in het lichaam of in de plant.
  
  Tot deze klasse van de Alfa-attractoren zal ik ook de basiskrachten rekenen (ik neem graag aan dat dit stof voor discussie is). De vorm van de krachtenvelden is immers bepalend voor de eruit voortvloeiende interactie. De context waarin deze Alfa-informatie betekenis heeft, is het ganse universum (in tegenstelling tot de meeste Gamma- en Beta-attractoren). Deze "universele informatie" van deze "universele attractoren" heeft betekenis in het ganse universum ; we zouden ook kunnen zeggen dat de context in dit geval het ganse universum is.
  

We zien dus dat de relatie tussen de betekenis en de drager van informatie is veranderd in de loop van de evolutie.
Aanvankelijk was er een directe relatie tussen de drager van de informatie, en de betekenis ervan. Deze zijn echter geleidelijk aan meer en meer van elkaar gedifferentieerd. Waar in de vroege evolutie de informatie als het ware onherkenbaar en onafscheidelijk zit ingebed in de materiële dragers, is dit niet meer het geval in de latere evolutie.
De afstand tussen de informatiedrager en zijn betekenis is, waardoor de ruimte voor interpretatie steeds is toegenomen. Om de betekenisverschillen als gevolg van interpretatie te beperken, zijn meer en meer conventies nodig. De betekenis komt dus pas echt tot stand, nadat een passende interpretatie is gegeven. Zo zullen we bijvoorbeeld later zien dat bij biologische wezens, de bevruchte eicel de informatie van het DNA moet interpreteren, om de betekenis er ten volle van tot expressie te brengen.

Attractoren leiden dus tot bepaalde evolutiestructuren die ver afstaan van de verspreiding die we als basisbeginsel van onze gemiddelde evolutie hebben aangenomen.
Ze leiden tot een toestand vergelijkbaar met een evenwichtstoestand, die echter ver verwijderd is van de stabiele evenwichtstoestand die bekomen wordt bij een totale verspreiding. We zullen daarom stellen dat attractoren gekenmerkt zijn door een toestand van "quasi-evenwicht".

Nochtans dient hierbij de belangrijke opmerking gemaakt : de verspreiding zelf is universeel, terwijl de de beperking van de verspreiding door de attractoren beperkt is tot de context waarbinnen de informatie een betekenis heeft. Precies echter door zijn structurerend effect, hebben we intuïtief de neiging om het belang van de orde van de structuren rondom ons te overschatten, en het belang van de algemene verspreiding te onderschatten. (Dit zal ook wel een typisch antroposofisch trekje zijn).
De beperking van de verspreiding door de attractoren is dus beperkt, doch ze is wel heel visibel.

De evolutiestructuren of evolutiepatronen die gevormd worden onder de invloed van attractoren, zal ik verder "interactoren" noemen. Het evolutietraject dat de interactor ondergaat, wordt verder de "interactie" genoemd.
Attractoren zijn de fenomenen van de "gemiddelde evolutie", terwijl de interactoren de subjecten zijn van één reële evolutie zijn, die reële interacties ondergaan.
De attractoren zijn te beschouwen als de "evolutionaire gewoontes", terwijl de interactoren de "spelers" zijn in de evolutionaire arena, die de gewoontes ondergaan.
Als gevolg van deze terminologie-uitbreiding kunnen we verder spreken van Gamma-informatie, Gamma-attractoren en Gamma-interactoren, enzoverder... De attractor is dus een eerder theoretische klasse van dempingspatronen (interactiepatronen) in de gemiddelde evolutie, terwijl de interactor en de interactie betrekking hebben op een reëel traject, in één herhaling van een evolutie. Opnieuw dient hier opgemerkt dat dit onderscheid een artificiële constructie is, opgebouwd om het begrip van de "gemiddelde evolutie" te verhogen. (Zo heeft Darwin ook de evolutie beschreven door de verklaring van "het ontstaan van de soorten" van planten en dieren. Deze "soorten" zijn ook artificiële begrippen die post-factum het begrijpen van de evolutie vergemakkelijken).

Zo is de gravitatiekracht een Alfa-attractor, doch een steen die valt onder invloed van de gravitatiekracht zal ik een interactor beschouwen. De genenpool en de ontwikkelingsinformatie van een kikkersoort komt overeen met een bepaald type Gamma-attractor, terwijl de boomkikker die ik vanuit mijn raam op een boom zie klimmen een interactor is. De gravitatiekracht is een universele Alfa-attractor, terwijl de circulatie van de aarde rond de zon een typische Alfa-interactie is, met de aarde en de zon als twee interactoren. De begrippen "attractor" en "interactor" zoals hierboven voorgesteld, laten dus toe zowel fysische als biologische fenomen binnen éénzelfde evolutionair begrippenkader te beschrijven.

Terug naar de index van de samenvatting

 

3.2. Hiërarchische niveau’s in de gemiddelde evolutie

Door het "egoïsme" van de interactoren in de evolutie, en hun continu streven om variaties te dempen, ontstaat een concurrentie voor hetzelfde doel. Hierdoor gaan de interactoren zich coherent of "in formatie" gedragen. Merkwaardig genoeg ligt "egoïsme" dus aan de basis van coherent gedrag.
Nu blijkt dat bij bepaalde variaties, die de "stressdrempel" van de interactoren overschrijdt, de demping tot een volledig nieuw macroscopisch gedrag leidt, zodat we moeten spreken van een "nieuw hiërarchisch niveau" in de evolutie.
Hiërarchische niveau’s zijn dus het gevolg van collectief gedrag van de interactoren in welbepaalde omstandigheden.

Uiteindelijk bestaat het universum uit een hiërarchisch netwerk van interactoren die continu met elkaar in interactie zijn. Elk verder ge-evolueerd of "hoger niveau" is opgebouwd uit een aantal lagere niveau’s.
Atomen zijn opgebouwd uit elementaire deeltjes, molecules zijn opgebouwd uit atomen, kristallen en biochemische systemen zijn gevormd uit molecules, planeten zijn condensaten van al dan niet gekristaliseerde molecules, sterrenstelsels bevatten miljoenen sterren, sterrenclusters bevatten ontelbare sterrenstelsels, levende cellen zijn opgebouwd uit celorganellen, levende organismen zijn opgebouwd uit cellen, groepen van levende organismen zijn gevormd uit levende individuen, enzovoort...

De hiërarchische opbouw van het netwerk in het universum is ontegensprekelijk en is alomtegenwoordig. Zoals elke klassificatie door de mens gemaakt, is echter ook deze indeling in hiërarchische lagen artificieel. In werkelijkheid is het universum een enorm complex netwerk waarin op elk ogenblik tussen alle niveau’s interacties zijn. De indeling in een aantal hiërarchische niveau’s is echter nuttig om te begrijpen hoe de evolutie werkt.

Transities in de evolutie leiden tot een hiërarchie van evolutieniveau’s

Op elk moment zijn in elk systeem vele interacties tegelijkertijd aan de gang. Elk niveau is echter gekenmerkt door "dominante interacties", die de organisatie binnen het welbepaalde niveau sterk beïnvloeden. Deze dominante interacties worden bepaald door de dominante informatie in het systeem.

Elk niveau wordt dus overstelpt door informatie, ook afkomstig van andere niveau’s. Doch er is slechts een bepaald type informatie dat betekenis heeft op dat specifieke niveau. Deze "dominante informatie" bepaalt de dominante interacties.

Elke transitie is voorafgegaan door een wijziging van de dominante informatie en interacties.

De basis voor deze transities is de meest fundamentele van alle symmetriebrekingen, namelijk deze waarbij nieuwe zelfbevorderende informatie ontstaat, en een nieuwe attractor. Naargelang de informatie complexer is van aard, kan ook de transitie complexer zijn, en dus ook de organisatie die eruit voortvloeit. Wanneer er zich verschillende opeenvolgende transities voordoen, kan een hiërchische structuur ontstaan.

 

Omdat de evolutie een continue stroom is, zullen we de hiërarchie in de evolutie beschouwen als het resultaat van transities. Men moet echter steeds voor ogen houden dat elke structuurklassificatie in zekere zin afbreuk doet aan het continue karakter van de evolutiestroom.

Wel zullen we zien dat naarmate de evolutie verder doorgaat, er attractoren zullen ontstaan die leiden tot interactoren met een steeds toenemende complexiteit. Deze toenemende complexiteit is gekenmerkt door een
- steeds toenemende specialisatie van de interactoren
- een steeds toenemend aantal hiërarchische niveau’s
- een steeds toenemende aanpassend vermogen : dit gaat van optimale aanpassing van de interactor aan de omgeving, tot een optimale aanpassing van de omgeving aan de interactor (mensen)
- een steeds toenemende zelfbevordering, en daardoor ook steeds toenemende demping van spontane variaties, en het veroorzaken van artificiële variaties die de zelfbevordering ondersteunen.

Het variatie-dempingsmodel van de gemiddelde evolutie

We zullen verder zien dat de maximale complexiteit zich niet voordoet bij een maximale coherentie van de stroom van materie, energie en informatie, doch wel in een intermediair gebied. In dit intermediaire gebied is immers een maximale wisselwerking tussen aanbrengen van nieuwe variaties ("innovatie"), met een verbetering van de interactoren tot gevolg en anderzijds een confirmatie van de onderliggende hiërarchische structuren, met andere woorden de "confirmatie" van de onderliggende basisstructuren. De "confirmatie" is een gevolg van het quasi-evenwicht, dat overeenkomt met een quasi-stabiele toestand.

Terug naar de index van de samenvatting

3.3. Fluxmaximalisatie en quasi-evenwicht : de link tussen microscopisch en macroscopisch gedrag

In de vorige paragrafen was ingegaan op de invloed van informatie op de vorming van attractoren en interactoren. In deze paragraaf zal een principe beschreven worden waarmee het ontstaan van informatie en attractoren beter kan verklaard worden : na de beschrijving van de kenmerken, gaan we dus dieper in op de oorzaak van deze fenomenen.
De inzichten van Charles Peirce indachtig, is het niet voldoende om te stellen dat "de natuur een tendens heeft om gewoontes te vormen", we zullen hier dus ook trachten na te gaan wat de oorzaak is van de vorming van deze "evolutionaire gewoontes" of attractoren.

• Het principe van de fluxmaximalisatie : de gewoonte van het collectief gedrag

Bij het verhogen van de stress op een groep interactoren, zullen deze aanvankelijk reageren door toename van de microscopische verspreiding.

Vanaf een kritisch punt zullen ze echter een nieuwe macroscopische organisatievorm vertonen, die bijvoorbeeld tot een transitie en een emergent hiërarchisch niveau kan leiden. De basis van dit collectief gedragspatroon in de gemiddelde evolutie zullen we verder aanduiden met "het principe van de fluxmaximalisatie" :

"Bij toevoer van M/E/I aan een systeem, zal eerst een microscopische dissipatie (verspreiding) van deze M/E/I optreden, die daarna - in de mate van het mogelijke - wordt omgezet in een macroscopische dissipatie, met fluxmaximalisatie tot gevolg."

Met flux wordt hier een coherente stroom van M/E en I bedoeld, binnen een bepaalde evolutionaire context. Een coherent stromingspatroon is dus een fluxpatroon.
Het principe van de flux-maximalisatie wijst er dus op dat onder stress-condities, de coherentie van de evolutiestroom in discrete kwantumstappen toeneemt, wanneer dit binnen de context mogelijk is.

Fluxmaximalisatie (principieel schema), of hoe het egoïstisch gedrag op micro-schaal tot con-currentie en coherentie op macroscopische schaal leidt.

Het principe van de fluxmaximalisatie ligt aan de basis van enkele belangrijke fenomenen die we in de "gemiddelde evolutie" kunnen waarnemen, zoals de hierboven beschreven transities.

Het verklaart immers de relatie tussen een microscopische demping van een stressfactor in de evolutie (meestal een wijziging, bijvoorbeeld verhoging van de E-toevoer) en de macroscopische demping.

Het principe van de fluxmaximalisatie zegt dat onder stress-condities (verhoogde M/E/I-toevoer), een ongeordende (niet coherente) verspreiding zal worden omgezet in een ge-ordende (coherente) verspreiding : in beide gevallen gaat het echter om verspreiding van de M/E/I-stroom. Met andere woorden : een niet (of relatief minder) geïnformeerde stroom wordt omgezet in een meer geïnformeerde stroom. Flux-maximalisatie ligt daardoor ook aan de basis van het onstaan en de toename van informatie, en de toename van complexiteit.

Fluxmaximalisatie is de fysische oorzaak en verklaring voor het ontstaan van informatie.

• Fluxmaximalisatie, quasi-evenwicht en attractoren

Bepaalde van deze fluxpatronen zullen een verhoogde waarschijnlijkheid op voorkomen hebben, en fungeren daardoor als attractoren voor de flux. Aangezien deze toestanden een verhoogde waarschijnlijkheid hebben om op te treden, zijn ze dus relatief stabieler. We zullen dit daarom een toestand van quasi-evenwicht noemen.


F luxmaximalisatie en quasi-evenwicht

Dit quasi-evenwicht is een evenwicht dat slechts kan blijven bestaan, zolang de toevoer van M/E/I aanhoudt.
- Valt deze toevoer volledig weg, dan valt de coherente flux weg, en komt het systeem terug naar een toestand van stabiel evenwicht.
- Valt de toevoer slechts gedeeltelijk weg, kan het systeem vervallen naar een quasi-evenwicht van een lager niveau, dat gedomineerd wordt door een andere attractor
- Verhoogt de toevoer van M/E/I, kan een attractor van een hoger niveau ontstaan, met als gevolg een quasi-evenwicht van een hoger niveau.

Elke wijziging van toevoer van de stroom van M/E/I naar het systeem toe, wordt dus tegengewerkt door een tegenstrijdige flux van het systeem zelf. Op deze wijze streeft het systeem (onbewust) naar zelf-behoud, wat op zijn beurt leidt tot de toestand van "quasi-evenwicht" rond de attractor.

Dit principe wordt voor M/E-stromen ook wel het "veralgemeend principe van de thermodynamica" (Unified Principle of Thermodynamics") genoemd, en werd door Kay en Schneider als volgt geformuleerd :
"Het thermodynamisch principe dat het gedrag van systemen regelt is het volgende. Van zodra ze verwijderd worden uit het (stabiel) evenwicht, zullen ze alle paden gebruiken die er beschikbaar zijn om de opgelegde gradiënt te beperken. Als deze gradiënt wordt verhoogd, dan verhoogt ook de capabiliteit van het systeem om de gradiënt te beperken". Met "gradiënt" wordt hier de mate van toevoer/afvoer van materie en energie door de omgeving van het systeem.

Dit principe zullen we ook aanduiden als het "principe van de gradiëntdissipatie" : deze gradiëntdissipatie is het belangrijkste thermodynamisch aspect van de fluxmaximalisatie.

Het zegt echter niks over het ontstaan en de invloed van informatie bij dit gedrag, en is daarom enger dan het principe van de fluxmaximalisatie.

Bovendien ben ik van mening dat dit principe ook voor informatiestromen werkt. Zo reageren complexe systemen (bijvoorbeeld levende systemen) ook op analoge wijze wanneer ze aan een informatie-overload worden blootgesteld.

Ik heb dit gedrag in het algemeen "flux-maximalisatie" genoemd, omdat de geordende flux de meest zichtbare component van het fenomeen is, die ook de oorzaak is van de orde die we rondom ons waarnemen. Een daling van de flux kan echter in bepaalde omstandigheden ook voorkomen.
Fluxmaximalisatie treedt op in balans met de toevoer van M/E/I. Het is dus geen absoluut extremumprincipe.

Het principe van de fluxmaximalisatie en het quasi-evenwicht heeft, naast het ontstaan van informatie en attractoren, nog andere belangrijke implicaties.

• Het impliceert ook de groei van populaties van interactoren.

Indien de interactoren zelf minder M/E/I verspreiden in de loop van de evolutie, en de totale populatie gekenmerkt is door een grotere verspreiding (maximalisatie van de flux) betekent dit dat de populatie is toegenomen. Dit impliceert dan op zijn beurt dat er voldoende instroom is van M/E/I, om de groei van de totale populatie te blijven "voeden". Dit hangt af van de draagkracht van de context waarin de populatie zich bevindt.
De theorie van de natuurlijke selectie gaat er bijvoorbeeld van uit dat de draagkracht van een ecosysteem steeds beperkt is. Daardoor hebben de meer "efficiënte" interactoren een grotere kans om te overleven, en zal de populatie van interactoren uiteindelijk aangerijkt worden met meer efficiënte individuen. In een initieel stadium van de evolutie is de draagkracht echter relatief onbeperkt, en kan de populatie van individuen snel groeien.

• Het impliceert het onstaan van hiërarchische structuren.

Bepaalde toestanden van quasi-evenwicht vertonen immers een dergelijke mate van stabiliteit, dat ze kunnen gebruikt worden als bouwstenen (interactoren) in een flux van een hoger niveau. Het ontstaan van deze bouwstenen laat toe de flux nog te verhogen, waardoor er een zichzelf versnellend effect wordt gecreëerd. Hoe verder verwijderd van het stabiel evenwicht, hoe meer niveau’s en paden de flux kan volgen om de coherentie van de verspreiding te verhogen.

We kunnen het gedrag van de fluxmaximalisatie en het quasi-evenwicht metaforisch vergelijken met het onstaan van een rivier in een heuvelachtig landschap. Wanneer het in een nieuwgevormd heuvelachtig landschap regent, zullen de regendruppels aanvankelijk individueel hun weg zoeken op de grond. Wanneer de hoeveelheid regen toeneemt, zullen zich op bepaalde plaatsten macroscopische geultjes vormen, waardoor de afvoer van water kan verhoogd worden ("de flux van het water wordt verhoogd"). Sommige van deze geultjes zullen uitgroeien tot bescheiden beken, terwijl andere kunnen uitgroeien tot grote stromen. Er zal uiteindelijk een evenwicht ontstaan tussen de toevoer van regen, en de kanalen die de regen kunnen afvoeren : dit is de toestand van het quasi-evenwicht. De aard en omvang van de macroscopische stromingspatronen die ontstaan, zijn dus in evenwicht met de stress die op de omgeving wordt uitgeoefend. Het is echter slechts een quasi-evenwicht : valt de toevoer van water immers stil, dan valt ook de macroscopische stroom stil en krijgen we een "stabiel" evenwicht.

Alfa-, Beta-, en Gamma-attractoren zijn drie verschillende types "rivierbeddingen" die onstaan voor de interactoren in de evolutiestroom, als gevolg van de fluxmaximalisatie. .

Wanneer we de eerste figuur van dit hoofdstuk opnieuw bekijken, waarbij we ons de vraag stelden wat de oorzaak is van het verschil tussen de actuele verspreiding en de maximale verspreiding, hebben we nu reeds een tipje van de sluier opgelicht.

De gemiddelde evolutie, een tipje van de sluier opgelicht.

De maximale verspreiding neemt toe, onder andere door de continu maximalisatie van de flux. Het principe van de fluxmaximalisatie ligt aan de basis van de geordende structuren die we waarnemen. Deze geordende structuren leiden echter op hun beurt tot een snellere verspreiding, en dus leveren hun bijdrage tot de fluxmaximalisatie. Fluxmaximalisatie is dus een zelfversnellend proces.

Terug naar de index van de samenvatting

 

4. FUNDAMENTELE ONZEKERHEID IN DE GEMIDDELDE EVOLUTIE

Informatie en energie zijn twee belangrijke kenmerken van de evolutiestroom. In de voorgaande paragrafen hebben we het belang benadrukt van informatie voor de gemiddelde evolutie. In de klassieke natuurwetenschappen, en de fysica in het bijzonder, is de rol van informatie immers tot in de twintigste eeuw stiefmoederlijk behandeld. Nochtans is het in ons huidige "informatietijdperk" voor iedereen duidelijk dat informatie een belangrijke invloed heeft op talrijke processen.

Wellicht is dit verschil in aandacht als volgt te verklaren. De energie is eerder te beschouwen als een kwantitatief kenmerk van de evolutiestroom, terwijl informatie eerder een kwalitatief kenmerk is. Sinds de zeventiende eeuw kent de wetenschap een grote vlucht door een voornamelijk kwantitatieve benadering van de evolutiestroom. Eénvoudige dynamische processen kunnen veelal kwantitatief beschreven worden in termen van de balans van instroom en uitstroom van energie, en talrijke wetenschappelijke realisaties en de eruit voortvloeiende artefacten zijn ontworpen op basis van deze kwantitatieve energie-relaties. Deze successen met de kwantitatieve benadering van energiestromen verlagen de behoefte aan kwalitatieve relaties op basis van informatie-kenmerken.

Wel is in het verleden meermaals getracht om de kwantitatieve benadering door te trekken naar het gebruik van informatie, door een vaste kwantitatieve relatie te zoeken tussen de hoeveelheid informatie en de hoeveelheid energie, meer bepaald dus een vaste relatie van de vorm :
1 bit Informatie= ? Joule Energie

Niemand is er tot nu toe in geslaagd deze vaste relatie te vinden. (Merk op dat Einstein er wel in geslaagd is een vaste relatie te vinden tussen hoeveelheid materie en hoeveelheid energie). Vandaar ook dat informatie nooit expliciet opduikt in de meeste kwantitatieve natuurkundige relaties. Ik ben van mening dat ook niemand ooit een vaste relatie zal vinden tussen energie en informatie, om de éénvoudige reden dat er geen vaste relatie bestaat. Ik kan hier onder andere volgende argumenten aanhalen :
- éénzelfde informatie kan worden opgeslagen op verschillende materiële dragers. Zo kunnen een compact disc of een boek dezelfde informatie bevatten. De energie nodig om deze informatie aan te brengen op de dragers, of te lezen van de dragers, zal echter sterk verschillen. Er is in dit geval geen vaste relatie tussen het gebruik van de informatie en de energie nodig voor het gebruik.
De Zwitser Ferdinand de Saussure (1857-1913), grondlegger van zowel de linguïstiek als de semiotiek, heeft steeds de onafhankelijkheid benadrukt tussen de betekenis van een signaal en de drager ervan. Nochtans bestaat volgens hem elk signaal (de kleinste éénheid met een betekenis, "sign" in het Engels), steeds uit een drager (die hij "the signifier" noemde = het M/E-aspect) en de betekenis (die hij "the signified" noemde = het I-aspect). Naarmate de relatie tussen betekenis en de drager minder direct wordt (zoals bij Gamma-informatie), wordt ook de interpretatie van de betekenis belangrijker.
- éénzelfde informatie kan gecodeerd zijn onder verschillende vormen, zelfs al maken deze gebruik van dezelfde informatiedrager (bijvoorbeeld een boek). Het woord voor "stoel" is in de Engelse taal anders dan in het Frans of Nederlands, hoewel deze talen gebruik maken van dezelfde letters. Het woord stoel in het Chinees of het Hebreeuws, zal nog meer verschillen, omdat deze talen geen gebruik maken van het alfabet als code voor de letters. De ene codering is dus efficiënter dan de andere, en dus ook de energie voor het gebruiken van de code zal verschillen.

Informatie heeft dus enkel betekenis binnen een bepaalde context (cfr. onze definitie van informatie), namelijk daar waar de dragers "erkende" informatiedragers zijn en daar waar de codes "erkend" zijn door een bepaalde conventie. Binnen welbepaalde, zeer specieke contexten is het misschien wel mogelijk de relaties tussen bits en Joules te maken. In de meeste gevallen echter zal dit niet het geval zijn, met als gevolg dat we informatie, in tegenstelling tot energie, niet kunnen gebruiken om universeel geldende kwantitatieve natuurwetten op te stellen.

Het feit dat er geen universele kwantitatieve relatie kan gelegd worden tussen M/E en I, betekent daarom echter niet dat de rol van informatie in ons universum onbelangrijk is.
Vanuit het standpunt van de gemiddelde evolutie verdient informatie, zoals eerder gedefinieerd, een ereplaats naast energie en materie in onze beschrijvingen van het universum. Dit is een stelling die in ons informatietijdperk wellicht in betere aarde zal vallen dan 300 jaar geleden.

We mogen echter de rol van informatie in de evolutie ook niet overschatten. Er is energie nodig om informatie te vormen, en bij de vorming van elke bit informatie zal onvermijdelijk energie verloren gaan, of verspreid worden, en niet meer bruikbaar zijn voor andere arbeid. Indien we over een onbeperkte hoeveelheid energie/materie zouden beschikken om informatie te vormen, zouden we wellicht alle vormen van verspreiding kunnen tegengaan. De evolutie zou dus volledig gestuurd, en zelfs omgekeerd kunnen worden. Aangezien deze voorwaarde niet is vervuld, is het universum dus steeds geplaagd met een permanent informatietekort : naarmate de verspreiding toeneemt, neemt ook de informatie toe, doch in mindere mate. Aangezien informatie de onzekerheid wegneemt over selecties in de evolutie, en aangezien we nooit over voldoende informatie kunnen beschikken, is de evolutie gekenmerkt door een permanente onzekerheid.
De evolutie is gekenmerkt door een fundamentele onzekerheid.

Deze fundamentele onzekerheid geldt zeker ook voor de mens : we zullen over bepaalde fenomenen wel wetmatigheden kunnen maken die tot belangrijke toepassingen en nuttige artefacten kunnen leiden. We zullen echter steeds informatie tekort komen om universeel geldende wetmatigheden te maken, die niet gebonden zijn aan beperkte contexten. Om die reden zullen ons bescheiden moeten opstellen, en genoegen nemen met twee types toegevingen, die zullen leiden tot twee types wetmatigheden :

- contextuele wetmatigheden : deze zijn enkel geldig binnen bepaalden contexten (bijvoorbeeld binnen de biologie, de fysica, de scheikunde). Zo is bijvoorbeeld Newtons mechanica niet meer toereikend bij snelheden die aan de lichtsnelheid grenzen.
- gemiddelde wetmatigheden : deze maken gebruik van kenmerken die uitgemiddeld zijn over verschillende herhalingen (in de tijd of in de ruimte). Bekende voorbeelden hiervan zijn de wetmatigheden van de statistische mechanica die ontwikkeld zijn door Boltzmann, en die de macroscopische kenmerken van een gas (bijvoorbeeld de druk) relateren met de gemiddelde microscopische beweging van bijvoorbeeld atomen in een gas. Een ander bekend voorbeeld is de kwantummechanische golfvergelijking van Schrödinger.
In elk geval is de conclusie dat een complete beschrijving van de evolutie van het universum niet mogelijk is, niet enkel omdat de mens onvoldoende kennis heeft over het universum, maar ook omdat onzekerheid een wezenlijk kenmerk is van het universum zelf. Er moet steeds gekozen worden voor een toegeving in een bepaalde richting. Het is intussen duidelijk voor de lezer dat het concept van "de gemiddelde evolutie" gebruik maakt van de tweede benadering. Er wordt een kwalitatieve relatie gezocht tussen gemiddelde microscopische gebeurtenissen en hun macroscopische effecten. Ik leg hierbij de nadruk op een kwalitatieve relatie, omdat ik de informatie een evenwaardige plaats wil geven naast de energie. Het concept van de gemiddelde evolutie is in de eerste plaats bedoeld om het begrip van de evolutiewijze te verhogen, over de klassieke wetenschappelijke domeinen heen (de ideeën zouden toepasbaar moeten zijn in biologie, chemie en fysica).

Terug naar de index van de samenvatting

 

5. CONCLUSIE

De voorgaande kerngedachten zijn op zich niet volledig nieuw. Ze zijn gebaseerd op drie wetenschappelijke denkpistes die voornamelijk in de twintigste eeuw zijn ontwikkeld :
1) Het principe van de fundamentele onzekerheid, dat de basis vormt voor de statistische mechanica en de quantummechanica ;
2) De uitgebreide wetten van de thermodynamica ;
3) Het inzicht dat informatie een fundamentele rol speelt in alle dynamische processen.
Ik heb ernaar gestreefd deze 3 fenomenen, die veelal onafhankelijk van elkaar worden behandeld, op een geïntegreerde wijze voor te stellen in het kader van een coherente evolutietheorie. In de volgende hoofdstukken zal dit denkpatroon meer in detail worden uitgewerkt. Het onderstaand schema vat de belangrijkste elementen samen.
Aan de linkerzijde van de figuur domineert de rol van het toeval, terwijl de rechterzijde gedomindeerd wordt door de rol van de gewoontevorming.

 

Figuur : "de gemiddelde evolutie"

Terug naar de index van de samenvatting