Hỗn độn là gì? Lời giải thích từ một nhà khoa học hệ thống phức hợp

HỖN ĐỘN LÀ GÌ? LỜI GIẢI THÍCH TỪ MỘT NHÀ KHOA HỌC HỆ THỐNG PHỨC HỢP

Mitchell Newberry

Những thay đổi rất nhỏ, giống như cánh bướm vỗ, có thể được khuếch đại xuống phía hạ lưu trong một hệ thống hỗn độn. Catherine Falls Commercial/Khoảnh khắc qua Getty Images

Sự Hỗn độn [Chaos] gợi lên hình ảnh đám khủng long chạy như điên trong Công viên kỷ Jura, hay đứa con mới biết đi của bạn tôi đang phá nát phòng khách.

Trong một thế giới hỗn độn, bạn không bao giờ biết điều gì sẽ xảy ra. Luôn có chuyện này chuyện kia xảy ra mọi lúc mọi nơi, được thúc đẩy bởi bất kỳ loại xung lực ngẫu nhiên nào.

Nhưng sự Hỗn độn có ý nghĩa sâu xa hơn trong mối quan hệ với vật lý và khoa học khí hậu, nó liên quan việc làm thế nào những hệ thống xác định – như thời tiết hoặc hành vi của một đứa trẻ mới biết đi - về cơ bản là không thể đoán trước được.

Vật lý học giải cứu kinh tế học

VẬT LÝ HỌC GIẢI CỨU KINH TẾ HỌC

Damien Challet, CentraleSupélec

Sử dụng những hệ thống phức hợp để mô tả sự bất ổn của nền kinh tế, đề xuất những mô hình mới và ngăn ngừa một số cuộc khủng hoảng: đó là thách thức mà một số nhà kinh tế và nhà vật lý phải đối mặt. Để làm được việc đó, cách tiếp cận đa ngành của họ dẫn đến việc sử dụng những công cụ của tâm lý học, khoa học thần kinh và vật lý thống kê.

Các mô hình hiện tại không nắm bắt được sự phức hợp của kinh tế học.

Nếu có một lĩnh vực phức tạp, thì đó là kinh tế học. Các cuộc khủng hoảng kinh tế và tài chính đã góp phần làm giảm niềm tin của các chính trị gia và công chúng vào các mô hình kinh tế. Và vì một lý do đúng đắn: những mô hình các ngân hàng trung ương, vào thời điểm cuộc khủng hoảng năm 2008, đã không tính đến ảnh hưởng của các thị trường tài chính lên nền kinh tế thực và, dù thế nào đi nữa, các mô hình tài chính thường dùng cũng không mô tả các cuộc khủng hoảng. Phải nói rằng dòng chính kinh tế thống trị, được gọi là tân cổ điển, xóa bỏ tính phức tạp kinh tế và động thái của nó khi xem chúng ta như những chiếc máy tính tất cả giống hệt nhau và hoàn hảo. Nói tóm lại, chúng ta là những con người duy lý, đến đỗi kết quả những ngẫm nghĩ của chúng ta sẽ luôn luôn là kết quả tối ưu.

Thuật toán nào cho dữ liệu nào?

THUẬT TOÁN NÀO CHO DỮ LIỆU NÀO?

Florent Krzakala, Đại học Sorbonne, và

Lenka Zdeborová, CNRS

Làm thế nào để tìm kiếm thông tin thích đáng trong một tập hợp lớn các dữ liệu thoạt nhìn có vẻ lộn xộn? Vấn đề nan giải này, mang tính quyết định trong thời đại của dữ liệu lớn, được nhìn nhận theo một cách mới, nhờ sự tương tự với các giai đoạn chuyển pha, được nghiên cứu trong vật lý thống kê.

Một phần quan trọng của thế giới chúng ta bị các thuật toán chi phối, thứ đang kiểm soát những cơ sở hạ tầng lớn và đưa ra những quyết định tối ưu. Tuy nhiên, những lý do cơ bản cho sự thành công của chúng ngày càng bí ẩn, khi nhiệm vụ, mà các thuật toán này phải hoàn thành, ngày càng trở nên phức tạp hơn, đặc biệt trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI). Chúng ta cũng đang bước vào một kỷ nguyên mà những phương pháp phát hiện bằng thuật toán, từ một lượng lớn các dữ liệu, chắc chắn sẽ đóng một vai trò trội nhất trong các khám phá khoa học. Nhưng chúng ta cần phải có một lượng dữ liệu lớn cỡ nào để tìm ra một cách hiệu quả một tín hiệu thích đáng trong một tập hợp lớn các dữ liệu thoạt nhìn có vẻ hỗn độn? Câu hỏi này về tính phức hợp của thuật toán nằm ở trung tâm của lý thuyết phức hợp tính toán.

Liệu có thể mô hình hoá xã hội hay không? + Bảng phả hệ cái nhìn “phức hợp” về xã hội

LIỆU CÓ THỂ MÔ HÌNH HÓA XÃ HỘI HAY KHÔNG?

Pablo Jensen, phòng thí nghiệm vật lý của trường École Normale Supérieure ở Lyon

Giống như hình ảnh một đám đông khán giả, một hệ thống phức hợp được hình thành từ nhiều yếu tố tương tác lẫn nhau mà không cần sự phối hợp trung tâm.

Cả đến cấu trúc xã hội có vẻ cũng đáp ứng định nghĩa về một hệ thống phức hợp. Ví dụ các nhà tin học và các nhà khoa học xã hội đang nỗ lực sử dụng những kỹ thuật mô hình hóa toán học để giải thích và dự đoán các hành vi xã hội. Nhưng tính phức hợp của con người chống lại việc xây dựng các mô hình ổn định.

Sự tương tác “tự phát” giữa các “yếu tố” – con người – không có một kế hoạch tổng thể được hình thành trước, đã cho phép xuất hiện một cách nhìn “phức hợp” về xã hội, được xác thực bởi hai ví dụ cụ thể, một thuộc lý thuyết thuần túy và một sử dụng các dữ liệu thực.

Sự ra đời của một lý thuyết ở ngã tư các ngành khoa học

SỰ RA ĐỜI CỦA MỘT LÝ THUYẾT Ở NGÃ TƯ CÁC NGÀNH KHOA HỌC

Philippe Pajot

Sự xuất hiện của khoa học các hệ thống phức hợp phát sinh ban đầu từ các công trình nghiên cứu về sự hỗn độn. Cách tiếp cận đa ngành này đối với nhiều hệ thống tương tác lẫn nhau cho phép tiếp cận vô số cách đặt vấn đề, các khoa học cứng và các khoa học nhân văn, liên quan đến dịch tễ học, lịch sử học, kinh tế học, sinh thái học...

Hiện tượng nhiều nghĩa của thuật ngữ “phức hợp” làm cho mọi định nghĩa về một “hệ thống phức hợp” là gì trở nên càng mơ hồ hơn. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu đồng ý với định nghĩa sau đây: “Đó là một hệ thống được cấu thành bởi một lượng lớn các yếu tố tương tác lẫn nhau mà không có sự phối hợp trung tâm, không có một kế hoạch do một kiến ​​trúc sư thiết kế, và tự động dẫn đến sự xuất hiện của các ‘cấu trúc phức hợp’, có nghĩa là những cấu trúc bền vững với các mô thức có nhiều cấp độ về không gian và thời gian”, theo mô tả của Alain Barrat từ Trung tâm Vật lý lý thuyết của Marseille.

Hỗn độn

HỖN ĐỘN

Chaos

Thuật ngữ hỗn độn được áp dụng cho một hành vi của những chuỗi thời gian mà những giá trị nối tiếp nhau rất bị nhiễu, không dự báo được trong lúc chúng lại biến hoá trong một không gian bị chặn và chuỗi sinh ra bởi một động thái hoàn toàn tất định, nghĩa là không có chỗ cho ngẫu nhiên. Tuy nhiên, ý cho rằng những chuyển động thất thường có thể do một quá trình tất định sinh ra không phải là một ý mới và khiá cạnh mới của hiện tượng này nằm ở bản chất và tính chất của động thái này: động thái này phải là phi tuyến tính và có bậc tự do thấp, nghĩa là có sự can dự của rất ít biến (hai hay ba biến đủ để sinh ra hỗn độn). Đặc tính chính của động thái này là tính nhạy cảm với những điều kiện ban đầu: hay hiệu ứng bươm bướm: một thay đổi vi phân của những điều kiện ban đầu có thể có những hệ quả lớn trên quĩ đạo. Chính xác hơn, một nhiễu loạn nhỏ có thể kéo theo một phân kì kiểu hàm mũ của quĩ đạo. Hiện tượng này là nguồn gốc của vấn đề không thể dự báo mà các lí thuyết gia về hỗn độn phải đối mặt: tính không chính xác (vả lại không thể tránh được) trong việc hiểu biết những điều kiện ban đầu ngăn cấm mọi dự báo ngắn hạn của chuỗi.

Tìm trật tự trong hỗn loạn

TÌM TRẬT TỰ TRONG HỖN LOẠN

Hàn Thuỷ 

... Bươm bướm luồn hoa lơ lửng lượn,
Chuồn chuồn đạp nước ngẩn ngơ bay...

Khúc Giang, Đỗ Phủ
(trích trong Đỗ Phủ, nhà thơ dân đen của Phan Ngọc)

1. Con bướm vỗ cánh ở Bắc Kinh...

Đời người ngắn ngủi. Kỳ trước^[1] đã giới thiệu con chuồn chuồn, kỳ này xin hầu chuyện con bươm bướm. Không phải con bươm bướm mộng ảo trong giấc mơ Trang Tử, cũng không phải con bướm cảnh đẹp chóng qua trong cuộc đời đầy đau khổ của Đỗ Phủ. Ở đây chỉ xin nói tới con bươm bướm của nhà khí tượng học người Mỹ Edward Lorenz, một con bươm bướm thứ ba sẽ đi vào kinh điển. Con bướm này thực tế hơn, cánh vỗ của nó chỉ đón chào một ngành khoa học mới vừa ra đời: lý thuyết của sự hỗn loạn, mà Lorenz đi tiên phong khoảng đầu những năm 60. Dĩ nhiên bài báo này chỉ có tham vọng giới thiệu vài cuốn sách hay, phổ biến chủ đề “hỗn loạn”.

Những phức tạp trong cõi trung mô (II): Ổn định, phát triển và phát sinh hình thái

Những phức tạp trong cõi trung mô (II)

ỔN ĐỊNH, PHÁT TRIỂN VÀ PHÁT SINH HÌNH THÁI

Hàn Thuỷ

1. Bốn cái dịch lý của ông Aristote

Trước khi giới thiệu những cuốn sách phổ biến khoa học mới về ổn định cấu trúc, tăng trưởng hình hài và phát sinh hình thái trong thế giới tự nhiên, xin trở về đại sư tổ Aristote, với một số khái niệm bao quát do ông tổng hợp từ những người đi trước và phát triển có hệ thống. Những khái niệm ấy ngày nay đã trở thành xương thịt của tinh thần khoa học Tây phương, người gốc Đông phương nhiều khi không thấm hết và không hiểu tại sao mỗi khi trong khoa học có vấn đề (như hiện nay), người ta lại muốn đọc lại tư tưởng Hy Lạp, nhất là Aristote. Dĩ nhiên ở đây chỉ tóm tắt những điều cơ bản nhất cần nói đến, theo sự hiểu biết của người viết, những điều này nếu đọc từ những tác phẩm gốc của Aristote thì rất dài và phức tạp, vì thế không thể đoan quyết chủ thuyết của ông về thế giới tự nhiên đích thực là như trình bày, nếu bạn muốn tìm về từ nguồn xin đọc chẳng hạn như Lịch sử khoa học Hy Lạp của Geoffrey E.R. Lloyd^[1], và Bài giảng vật lý của Aristote^[2]. Vả lại những thuật ngữ và khái niệm mà các nhà khoa học ngày nay nói rằng thừa hưởng từ Aristote cũng đã được mài dũa qua nhiều đời, do đó ý nghĩa của từ ngữ dù muốn dù không cũng đã khác, vì những cách mạng trong khoa học một phần cũng là những cách mạng trong các khái niệm này, hoặc phủ định, hoặc làm cho hoàn chỉnh hơn.

Những phức tạp trong cõi trung mô

NHỮNG PHỨC TẠP TRONG CÕI TRUNG MÔ

Hàn Thủy 

Giữa đất trời còn chứa nhiều những thứ^[1]

Không có trong giấc mộng triết gia

Shakespeare, Hamlet, Hồi I, cảnh V 

Cõi trung mô là cái chi mô? xin tạm dùng chữ trung mô (mésoscopique) để chỉ cái phạm vi ở giữa cõi vi mô (microscopique), vô cùng nhỏ, và cõi vĩ mô (macroscopique), vô cùng lớn; tóm lại có thể gọi là cái cõi đời thường, trong đó đầy rẫy những vấn đề. Khoa học ngày nay vẫn tiếp tục đi sâu vào vi mô và vĩ mô để tìm đến tận cùng những quy luật cơ bản của thế giới tự nhiên. Nhưng một hy vọng nảy ra từ thời cổ điển, cho rằng khi đã hiểu được những gì sâu kín và cao xa nhất thì có thể từ đó lý giải mọi vấn đề trong đời thường, đến ngày nay hình như bế tắc. Người ta thấy rằng việc khảo sát những hiện tượng trong cõi trung mô cần đến những phương pháp đặc thù, tuy rằng những quy luật của tự nhiên, dù ở phạm vi nào đi nữa, cũng không thể mâu thuẫn với nhau.

Bài này tiếp tục những lần trước, giới thiệu một giấc mộng mới của khoa học: nghiên cứu về sự phức tạp. Như thế cũng đủ ngông cuồng, vì làm sao nói một cách đơn giản về sự phức tạp? vì vậy trước tiên cần phá giải cái nghịch lý này: nếu có thể giải thích một cách đơn giản về một vấn đề cụ thể được coi là phức tạp thì nó đã... hết phức tạp! Nhưng tham vọng của những nghiên cứu về sự phức tạp không phải để giải quyết mọi khó khăn phức tạp cụ thể, mà nhằm bàn về sự phức tạp nói chung, với hy vọng sẽ có ích trên từng vấn đề cụ thể. Bàn một cách khoa học có nghĩa là giới hạn rõ phạm vi nghiên cứu, phân loại theo định tính (qualitative), rồi tiến tới định lượng (quantitative). Đây là một cách tiếp cận đã trở nên cần thiết trước những thách đố quá lớn lao của thời đại: bảo vệ môi sinh, giải quyết nạn nhân mãn, khủng hoảng kinh tế tiếp tục trong một thế giới phát triển không đồng đều..., năng lượng, tiền tệ, giáo dục, thể chế chính trị, v.v.. Mọi thứ đều liên kết chằng chịt với nhau, nghiên cứu những quan hệ đã trở nên quan trọng hơn đi sâu vào từng phạm vi, cái năng động và không ổn định đã trở nên quan trọng hơn sự thăng bằng khô cứng và ảo tưởng. Chưa nói đến những câu hỏi nghìn đời của tôn giáo và triết học: từ đâu nảy sinh sự sống, từ đâu nảy sinh bản năng, ý thức trí tuệ? mà hiện nay một số nhà khoa học tấp tểnh muốn trả lời – ở mức độ giả thuyết –. Những vấn đề này xin hẹn dịp khác sẽ đề cập.