Prof. Ryszard Tadeusiewicz: Czy przyszłość jest naukowo przewidywalna?
Przed nami Sylwester, a potem zacznie się nowy rok. Nominalnie 2024, chociaż co do tego numeru można mieć wątpliwości, bo gdy papież Jan I w 525 roku nakazał numerowanie lat od roku narodzin Chrystusa i zlecił zakonnikowi Dionizjuszowi Mniejszemu ustalenie owego roku narodzin - to Dionizjusz pomylił się o 4 lata i rok, który nadchodzi, powinien mieć numer 2028.
Mniejsza jednak o numer. Chcielibyśmy wiedzieć, jaki będzie ten rok.
I tu wielu spogląda z nadzieją w stronę nauki. Może pomoże nam przewidzieć, co się wydarzy?
Ludzie oczekują, że nauka pomoże zrozumieć świat, a dzięki temu zrozumieniu - skuteczniej wpływać na to, w jakim kierunku biegną zdarzenia i co z nich wynika. Przeświadczenie, że świat nie funkcjonuje w sposób przypadkowy, lecz jest podporządkowany pewnym regułom, które istnieją, chociaż my ich nie znamy, zrodziło się w starożytnej Grecji. Uważa się, że jako pierwszy rzucił tę myśl Hezjod z Beocji 2700 lat temu. Uważał on, że to bogowie sprawili, iż świat, który początkowo był całkiem chaotyczny, został podporządkowany prawom, których nie znamy (bo któż może przeniknąć myśli bogów?), ale możemy próbować rozumowo je odgadnąć.
Myśli Hezjoda poszerzali kolejni filozofowie, między innymi Tales z Miletu, Platon, Ptolemeusz i inni, ale były to rozważania wyłącznie o tym, czy w świecie istnieje porządek, natomiast nie dawały one żadnych podstaw do tego, żeby ten porządek poznać i wykorzystać do przewidywania przyszłości. Dopiero w XVII wieku Newton zaproponował matematyczny opis procesów zachodzących w świecie i w ten sposób dał podstawy do naukowego prognozowania przyszłości. Jego równania różniczkowe pozwoliły zrozumieć ruch planet i przewidzieć ich zachowanie, a także opisać zjawiska mechaniczne, które zbadał Galileusz, a które okazały się przewidywalne na bazie teorii Newtona.
Sukcesy tej teorii spowodowały, że kolejni badacze coraz śmielej zaczęli stosować matematyczne opisy zjawisk przyrodniczych. Euler opisał ruch płynów, Lagrange zjawiska akustyczne, Fourier procesy cieplne, Navier i Stokes aerodynamikę i hydrodynamikę, Maxwell elektromagnetyzm...
Wydawało się, że jeszcze trochę, a matematyką opiszemy cały świat!
Równocześnie Leibnitz wyraził pogląd, że każde zjawisko ma przyczynę, która to zjawisko w pełni determinuje. Jeśli poznamy przyczynę i znamy prawo, według którego przyczyna wywołuje skutki - to potrafimy przewidzieć, jak zjawisko będzie przebiegać w przyszłości.
Upoważniło to Laplace’a do zuchwałego twierdzenia, że gdybyśmy znali położenie i prędkość wszystkich cząsteczek wszechświata, tobyśmy mogli przewidzieć wszystkie zdarzenia w całej bliższej i dalszej przyszłości.
Przez wiele lat przyrodnicy święcie wierzyli w to założenie, chociaż oczywiście nie mogli go sprawdzić w praktyce.
Pierwszym, który zasiał ziarno wątpliwości, był Poincare. Rozważając teorię systemów dynamicznych wykazał on, że w systemach tych może pojawić się zjawisko chaosu deterministycznego. Powoduje ono, że zachowanie niektórych systemów dynamicznych w niektórych okolicznościach jest pozornie przypadkowe i nieprzewidywalne, chociaż systemy te są opisane dokładnymi równaniami, w których elementu przypadkowości nie ma. Empirycznie potwierdził to Lorenz pokazując, jak radykalnie może zmienić się zachowanie systemu dynamicznego (modelu atmosfery ziemskiej) pod wpływem minimalnego nawet zakłócenia (tzw. efekt motyla).
Wydawało się, że chaos jest czymś wyjątkowym, a regułą są systemy stabilne. Tymczasem Kołmogorow, Arnold i Moser udowodnili, że jest odwrotnie: istnieją tylko nieliczne izolowane wyspy stabilności w oceanie wszechobecnego chaosu.
I jak w tych warunkach przewidywać przyszłość?