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量子論と複雑系のパラダイムコミュの散逸構造論1960年代末イリヤ・プリゴジン

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コミュ内全体

エントロピーの法則だけに従えば、世界は停止しつつある。

なぜこの宇宙には秩序や構造があるのか?その創造はなぜなされるのか?

 原子は放っておけば、無秩序に向かうとされるが、実際には放って置かれている原子などあるのだろうか?

どこかおかしい……

 少なくとも生物学的な世界はますます成長し組織を失うのではなく、より組織化されつつあるではないか!

 こうした疑問を持ち続けた化学者がいた。イリヤ・プリゴジンである。物理学と生物学、可逆な時間と不可逆な時間、秩序と無秩序、偶然と必然を一つの枠組みにいれてその相互関係に注目するとき、雄大な理論が作られた。それは議論にあたいするのは当然だが、この場合はさらに強力で威厳のあるものとなった。彼はその研究である「散逸構造論」で1977年にノーベル化学賞を受賞した。相対性理論、量子論以来の最重要科学的発見とされている。

 

ニュートンのモデルも当時の知的ゆらぎから派生した「文化的散逸構造物」のひとつであった。

散逸構造論 

ビーカーの水が底から温められて、暖められた温水だけ赤く変色し、ゆらゆら対流が起こりはじめた姿を想像してみるといい。

ビーカーの水の中にインクを垂らしてみるといい。たちまちの内にいっぱいに広がり、決して自らは元の一滴にもどることはない。

この均質さの度合いをはかるのがエントロピーだ。

エントロピーの法則では、この均質に至るプロセスは初期状態を与えれば全ては予測できるとする決定論にある。

しかし、インクは自ら水全体に広がろうとしているのではない。ただランダムに動いているだけなのだ。ではなぜランダムな動きのな中から、増大という一方方向の規則性が生じるのか?

ランダムな運動は相互に打ち消しあい、残ったのもの方へ、その傾向を生じさせるのである。

つまり、増大するのは、増大する確率が高いだけであって、そのことはいつも逆の傾向も存在している可能性もあるのである。

このエントロピーに逆行し秩序を形成するシステムの可能性を「ゆらぎ」という。

無秩序と混沌の中に常にある「ゆらぎ」が「ポジティブ・フィードバック」を引き起こした時、「自己組織化」の過程を通して、混沌から秩序ある構造が自発的に生じてくるのである。そしてこれは同時に線形的決定論も崩壊させるものである。世界は決定論でもなく自由論でもなく、どちらにも働くことを示すものである。

開放系 

さて、もう一歩考えを進めてみる。

非平衡状態にあるほど、「ゆらぎ」による「自己組織化」の可能性が高い。

つまりエントロピーが増大すると、非可逆性が強くなる。

確かに系にわずかに含まれているゆらぎはビーカーのような閉鎖系の中ではごく短い時間でエントロピーに打ち消されてしまう。

では、ビーカーの無い開放形のシステムではどうなるのか?

そうお察しのとおり、非平衡状態が保たれるのである。

これには常にエントロピーの入力と出力の格差の部分に発生するもであり、静的状態が保たれるのでなく、動的なプロセスが保たれるのである。

内部でエネルギーを消費(散逸)させる為、散逸構造論と呼ばれる。

窓の外を見てごらん。ハリケーンがきているだろ?これも太陽からのエネルギーによって自己組織化するシステムである。つまり、自己組織化の原動力は自己強化にあるのである。つまり、ある環境下では、小さな影響は除去されずに、強化されさえするのである。


こうしたポジティブ・フィードバックとネガティブ・フィードバックの結合はパターンを生まざるを得ない。

例えば水を少しお盆に落としてみてごらん。これには重力を受けて広がろうとする力と、表面張力で水玉になろうとする第2の力が働いている。何回繰り返しても消して同じ水滴のはじけ方をしないのは、お盆の上のほんの小さな凹凸や空気中のほこりなのの微少な変化がポジティブ・フィーバックによって増幅されるからだ。



分子の対流/ 分子間の影響

古典的予測: 混沌とした衝突がランダムに起こり、中間的な色になる /
分子は互いに隣り合ったものにだけ影響すると考えられていた。

実際の観測: 分子の移動は規則的であり、ビーカーを上から覗けば赤い渦巻きの連続になる。/ 隣あわない分子にも影響をあたえ、ビーカーのなか全体として振る舞っていたのである。


この観測は、イリア・プリゴジンによって「散逸構造論」としてまとめあげらて、アインシュタインの相対性理論以来の現代科学の革新となり、1977年にノーベル化学賞を受賞した。



この観測は、より生物系にしか見られないと思われていた、自然に複雑な構造を構築するという力が、非生物にも現れるという驚異の発見であった。

そしてこの発見はいままで解明できなかった様々な問題を解き明かす鍵となったのである。


非生物系への鍵として: 宇宙創世の問題を解き明かす重大な鍵となり。

生物系への鍵として: 生物と非生物の境界線が非常に狭くなったことを意味し、生命発生の問題に重大な鍵となる。


この理論はその後エンリッヒ・ヤンツによって「自己組織化する宇宙」論に飛躍する。

自己組織化とは、自然に自発的に秩序形成することである。これは、ふたとうりのモードがある。

保存的自己組織化は古くから観測されていたが、散逸的自己組織化は、プリゴジンの「散逸構造論」1997年によって、証明されたばかりである。

これは、19世紀以来第2段階までしかなかった、エントロピーの法則に新たに第3段階を加え、古典的熱力学を大きく覆した。

第1領域
平衡系:分子の運動や熱の移動がゼロの状態。
まったく均質でエントロピーはゼロの状態

第2領域
保存的自己組織化:

分子の運動や熱の移動がおこっている状態。
全ては集から放へと常に拡散平衡へと向かう。

形あるものは全て壊れる。

結晶構造もシステム内の保存力のつりあいによって進行したものと考える。

第3領域
散逸的自己組織化:

分子の運動や熱の移動がおこっている状態。
ある分岐点をこすと、空間的、時間的に分子は離れていても秩序を形成する


 





従来Cの領域は例外として片付けられていたが、ここから全く新しい世界観が築かれたのである。

この発見の重要性は創造のプロセスの科学と読み直すことができ、科学が手を出せずにいた「生命の神秘」におおきく前進したのだ。 いままではベルグソンなどのように「純粋生命体(エラン・ヴィタル)」のように超自然的生命の存在を持ち出すしかなかったが、 ようやく新たなウィンドウが開かれた。


例えば、貴方の身体の細胞は、脳を除き数年で全部交換されている。しかしなぜ貴方は貴方という構造であり続けられるのか?

生命も外部からエネルギーを取り入れて、中でエントロピーを消費し、それを外部に代謝していくことによって、秩序を形成していくシステムといえる。したがって散逸構造といえる。

散逸構造論の発見は、人間機械説に終止符を打つものであり、同時に環境との一体化の重要性の再発見となった。

散逸構造論にはもうひとつ重要な「ゆらぎ」という概念がある。エネルギーの流れが複雑になるとある時点で、ゆらぎが生じ自己の系が破壊されるほどの変化を経過し、やがて、新たな系を再構築する。つまり生物は成長するにつれどんどん新しい構造が変化していくのである。すなわちこれは進化である。又ゆらぎが外部からももたらされる。

また生命に限らず社会構造にも応用は図られる。

コメント(20)

本当に雄大な理論です。この理論を知って科学に惚れました。
む・・・難しいげっそり
プラトテレスさんのお話を
もっとしっかりはっきりイメージ出来るといいのになあ泣き顔
そしてどんどん人間社会をよりよくするために応用出来ると
いいのになあ
やはり勉強が必要ですねぴかぴか(新しい)
この時点では、私の頭はお話についてくことが出来ません
もったいないことですよね・・・
ああ時間が欲しいダッシュ(走り出す様)
自己組織化の議論はとてもおもしろいですよね。
あるプロセスが新しいプロセスに接続していくという形でシステムとして現象が出現するってのは、ダイナミクスの新しい局面になってると思います。


ここからもう一段階踏み込んだシステムとして、産出の機構を入れたオートポイエーシスがたてられるわけですが、それもこれもプリゴジンの基礎があったからこそ!
『混沌からの秩序』の最終的な結論は疑問ですが、私自身プリゴジン大好きです☆
>しかし、インクは自ら水全体に広がろうとしているのではな
>い。ただランダムに動いているだけなのだ。ではなぜラン
>ダムな動きのな中から、増大という一方方向の規則性が生
>じるのか?

→ランダムな動きって言うのが理解不能です。
 インクを量子の振る舞いにまで還元した場合に生ずる
 量子力学に於けるの不確定性の事でしょうか?
 複雑系は一見ランダムに見えるだけで、それ自体は
 決定論的であると考えられますが、いかがでしょう?

>ランダムな運動は相互に打ち消しあい、残ったのもの方へ、
>その傾向を生じさせるのである。
>つまり、増大するのは、増大する確率が高いだけであって、
>そのことはいつも逆の傾向も存在している可能性もあるので
>ある。

→ランダムなのだから逆の可能性もあるとの論理展開ですが、
 そもそもランダムであるといえるのでしょうか?
 上記の様に決定論であると考えられる可能性があるので、
 無理があると思います。

「ゆらぎ」による「自己組織化」とありますが、
ゆらぎ自体も決定論的に発生すると考えられます。
また、ゆらぎから自己組織化が起こるロジックがよく
分りません。つーか、これは単なる「現象」としての認識ですよね。

確かにに自然界にはエントロピーを減少させる固体等の
存在はありますが、その原因は今のところまさに「神秘」ですね。複雑系自体が神秘的ですが。人間の文法で理解できるの
でしょうか?理性の限界があるんでしょうかね

まーよくわからんが、楽しいですね。
>複雑系は決定論…

カオス理論は決定論ですよね。関数が決定しているので…。ただ、瞬間瞬間で系のとる値はわかりますが、時間的幅をもった系の挙動を決定論的に演繹(予測)できないんですね。
複雑系のなかでも自己組織化の議論は非決定論です。ゆらぎから自己組織化へむかうプロセスが厳密に解明されてないのは、そこに創発の機構が含まれているからです。創発が起こると系の前史(それまでの秩序)は忘却されて、まったく新しい秩序がまさにそのことによって生成されます。決定論が決定論である理由、つまり秩序(関数)それ自体が自動的に設定される場面が、複雑系研究における自己組織化の議論です。
なので、創発によって決定される秩序は創発以前の系の状態からは決定論的に演繹できないんですね。
じゃあ、創発の機構はどうなってるんじゃ?と言うところは相変わらずの謎ですよね。


>理性の限界…

これに関しては、もはや人間の能力の限界かもですね。マッチを擦るときに、摩擦エネルギーが火に相転移する瞬間の内実は目には見えないですから。数学的な記述方法でも、時間的な幅をもった内容は記述できないですからね。あくまで、初期値と関数と解しかないですからアウトプットまでがブラックボックスになっちゃう。そこを記述できるような体系を誰かつくってくれるといいんですけどね〜。
おお、散逸構造論!
こんなトピックがあるなんて幸せです

ぼくは数学は弱いので理論的理解はさーっぱりですが、
その哲学や概念は激しく共感しています(というか事実ですが)
わくわくしますー
>ランダムな運動
作為的ではない(無作為な)運動という意味ではないでしょうか?

法則的な運動をしないという意味で考えると、後の文章と矛盾するので、無作為な運動と考えるほうが良いかと思います。

Wikipedia -ランダム
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%83%80%E3%83%A0
>作為的な現象
現象ではなく、運動でかまいませんか?

作為的な運動というのは存在します。
たとえば、インクを攪拌するなど。

インク自体は自主的に動くことはできませんが、第三者が作為的に運動に関与することは可能です。
>ハンセン34さん

今回の書き込みの中で不明なところがいくつか見受けられましたので質問をして見ます。
個人的には以下の言葉がわからない、あるいは多用な解釈が可能であり判断不可能だと思いました。

ランダムに動く必然性
ブラックボックス
ランダムな動きの決定論性

書き込みを拝見するにあたり、同じ言葉を複数の解釈で利用している可能性が見受けられ、そこがご自身の考えの整理を妨げているのかもしれません。
以上の点について、どのようにお考えか書いていただけると、とてもありがたいと思います。

それでは失礼します。
>ハンセン34さん
>一つの出来事を複数の言葉で。

理系(ではない自信はあるのですが/?)側からしてみれば、話し合う気があるのか、と激昂してしまいかねないほど危険な発言です(笑)

上記のことから、一つの出来事を複数の言葉で描写するのはやめたほうが良いかと思います。



>ランダムな運動
今までも主張してきているのですが「法則性のない運動」ではないですよ?
厳密に言えば「初期値鋭敏性を伴う運動」であって、「法則性のない運動」ではありません。
今回の例で言えば、多数の運動方程式によって表現されるだろうということが推測できます。

でも・・・トピックにある言葉は難しい言葉かもしれませんね。

「統一性のない固有の運動」とでも訳すべきでしょうか。

無作為の運動ですと、説明できていない部分もあるのは確かですので、考えないといけませんね。
ただ、法則性のない運動ではないのは事実です。


>数式で世界を記述
ラプラスですねー。個人的には好きです(笑)
だけど世界はランダムなほうが好きなんですよ。かっちりしたのはどうにも性が合わない。
世界は非可逆であり、相互干渉によって様々な様相を見せつつ変わっていく。

個人的には、そういうのが好きです。
説明はしづらいですが、福岡正信氏の自然農法の生態系の仕組みは、散逸構造論と似ている気がしていました。
冥福を祈ります。

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