Πέθανε στα 86 του χρόνια ο Ilya Prigogine, νομπελίστας Χημείας για τις μελέτες του επί της πολυπλοκότητας

Ιούνιος 2003

Πέθανε σε ηλικία 86 ετών, στις 28 Μαΐου 2003 στις Βρυξέλες, ο δρ. Ilya Prigogine, ο οποίος βραβεύτηκε με το Νόμπελ της Χημείας το 1977 για τις απόψεις του επί της ανάπτυξης της ζωής οι οποίες αψηφούν τους κλασσικούς νόμους της φυσικής. Ειδικότερα για τη συμβολή του στη μελέτη της θερμοδυναμικής ανισορροπίας, στη θεωρία των δομών διασκορπισμού

Ο 2ος νόμος της θερμοδυναμικής λέει ότι σε κάθε μονωμένο φυσικό σύστημα, η τάξη μετατρέπεται βαθμιαία σε αταξία. Αλλά ο δρ Prigogine έδιξε ότι σε ένα σύστημα που τροφοδοτείται από μια πηγή ενέργειας - όπως π.χ είναι η Γη που δέχεται φως και θερμότητα από τον Ήλιο - μπορούν να αναπτυχθούν νέες, πιο περίπλοκες δομές. 

"Μας έδειξε έναν μηχανισμό με τον οποίο θα μπορούσαμε να εξηγήσουμε την ύπαρξη της ζωής στον φυσικό κόσμο" είπε η δρ. Linda E. Reichl, διευθύντρια του κέντρου έρευνας του πανεπιστημίου του Austin στο Texas, το οποίο φέρει το όνομα του Prigogine.  

O Prigogine επέκτεινε τη θερμοδυναμική θεωρία, που εξετάζει τις φυσικές ιδιότητες συστημάτων ύλης και ενέργειας, σε συστήματα που δεν βρίσκονται σε ισορροπία. Όπως απέδειξε, σε αυτές τις συνθήκες είναι δυνατόν να εμφανιστούν διατεταγμένες δομές που ονομάστηκαν δομές διασκορπισμού. Σε αντίθεση με τις δομές που βρίσκονται σε θερμοδυναμική ισορροπία, οι δομές διασκορπισμού δεν μπορούν να υπάρξουν ως αυτόνομα συστήματα, αλλά μόνο σε μια σχέση συμβίωσης με το περιβάλλον τους.

Παράδειγμα τέτοιων διαδικασιών είναι οι ζωντανοί οργανισμοί, οι οποίοι καταναλώνουν τη χημική ενέργεια των τροφών, παράγουν έργο και εκλύουν στο περιβάλλον τους θερμότητα, χωρίς οι ίδιοι να υποστούν αλλαγές. Ο σχηματισμός συστημάτων διασκορπισμού έδειξε ότι είναι δυνατόν να προκύψει τάξη από την αταξία, παρόλο που η πιθανότητα να συμβεί αυτό αυθόρμητα είναι απειροελάχιστη. Η περιγραφή των δομών διασκορπισμού από τον Prigogine οδήγησε σε σημαντικές ανακαλύψεις και εφαρμογές όχι μόνο στη Χημεία, αλλά και στη Βιολογία και τη μελέτη των κοινωνικών συστημάτων.

Σε μια συνέντευξή του το 1977 εξήγησε την έρευνά του με όρους δανεισμένους από την αναλογία μεταξύ δύο πόλεων, μιας αποκομμένης τελείως από τον έξω κόσμο, και μιας που αποτελεί έναν εμπορικό κόμβο.

H πρώτη πόλη, είπε, παριστάνει το κλειστό σύστημα της φυσικής και της Xημείας, η οποία πρέπει να σβήσει σύμφωνα με τον 2ο νόμο της Θερμοδυναμικής. H δεύτερη όμως πόλη είναι ικανή να αναπτυχθεί και να γίνει πιο περίπλοκη διότι αλληλεπιδρά με το περιβάλλον της.

Ο δρ. Prigogine πέρασε την περισσότερη ακαδημαϊκή του καριέρα ανάμεσα στο πανεπιστήμιο Austin στο Texas και στο πανεπιστήμιο Libre των Βρυξελλών. 

Τα μαθηματικά μοντέλα του δρ. Prigogine θα μπορούσαν επίσης να εφαρμοστούν σε προβλήματα τόσο διαφορετικά όσο η ανάπτυξη των πόλεων και η δυναμική των κυκλοφοριακά  μποτιλιαρισμένων δρόμων. Στηρίζονται στην θεμελίωση ενός νέου επιστημονικού πεδίου που είναι πια γνωστό στις μέρες μας ως Πολυπλοκότητα.  

Σε μια συνέντευξή του το 1977 μετά την αναγγελία της βράβευσής του με Νόμπελ, ο δρ Prigogine εξήγησε την έρευνά του με όρους δανεισμένους από την αναλογία μεταξύ δύο πόλεων, μιας αποκομμένης τελείως από τον έξω κόσμο, και μιας που αποτελεί έναν εμπορικό κόμβο. Η πρώτη πόλη, είπε, παριστάνει το κλειστό σύστημα της φυσικής και της Χημείας, η οποία πρέπει να σβήσει σύμφωνα με τον 2ο νόμο της Θερμοδυναμικής. Η δεύτερη όμως πόλη είναι ικανή να αναπτυχθεί και να γίνει πιο περίπλοκη διότι αλληλεπιδρά με το περιβάλλον της. 

Γεννημένος στη Μόσχα το 1917, ο  Ilya Prigogine έφυγε στη Γερμανία με την οικογένειά του το 1921 μετά την Ρωσική επανάσταση, και στη συνέχεια στο Βέλγιο το 1929. Πήρε το πτυχίο του και το μεταπτυχιακό του τίτλο στη Χημεία από το πανεπιστήμιο Libre των Βρυξελλών. Έγινε Βέλγος πολίτης το 1949.

Στη έρευνά του που ξεκίνησε μετά τον 2ο Παγκόσμιο πόλεμο, ο Ilya  Prigogine ανακάλυψε μαθηματικά μοντέλα τα οποία έδειχναν πως οι χημικές αντιδράσεις μπορούσαν να παράγουν πολύπλοκες μορφές που να μεταβάλλονται. Οι σχηματισμοί αυτοί που λέγονται "καταναλίσκουσες δομές," παρατηρήθηκαν πράγματι σε φυσικοχημικά πειράματα στα τέλη της δεκαετίας του 60. 

Το 1967, ο δρ. Prigogine έγινε καθηγητής της φυσικής και χημικής μηχανικής στο πανεπιστήμιο του Texas, όπου ξεκίνησε το κέντρο για τη θερμοδυναμική και τη στατιστική μηχανική. Σήμερα το κέντρο αυτό ονομάζεται: Κέντρο Ilya Prigogine για τη μελέτη της στατιστικής μηχανικής και των πολύπλοκων συστημάτων. 

Ο δρ. Prigogine έγραψε μόνος του ή σε συνεργασία με άλλους 20 βιβλία και περίπου 1000 ερευνητικά άρθρα. 

Κατά τον θάνατό του ο δρ. Prigogine ήταν διευθυντής του διεθνούς Ινστιτούτου Solvay για τη Φυσική και τη Χημεία, με έδρα τις Βρυξέλλες. 

Η οικογένεια του Ilya Prigogine αποτελείται από τη σύζυγό του Marina Prokopowicz, και τα  δύο του παιδιά,Yves και Pascal.

Οι απόψεις του Ilya Prigogine για το πώς εμφανίζεται η τάξη μέσα από το χάος

Η Φύση κατά την κλασική θεώρηση είναι ένα είδος μηχανικού αυτομάτου. Σήμερα ανακαλύπτουμε παντού αστάθειες, διακλαδώσεις, εξέλιξη. Αυτές οι διαπιστώσεις απαιτούν μια διαφορετική διατύπωση των νόμων της Φύσης που να συμπεριλαμβάνει την πιθανότητα και την άρση της χρονικής συμμετρίας. Σημαντικό ρόλο σε αυτή την αλλαγή θεώρησης παίζει η φυσική μακράν της ισορροπίας καθώς και η θεωρία των δυναμικών συστημάτων. Σε αυτά τα πλαίσια περιγραφής της φύσης, το μέλλον δεν είναι δεδομένο. Τα γεγονότα και οι καινοτομίες συμπεριλαμβάνονται στην περιγραφή των φυσικών διεργασιών

Σε ένα σύστημα σε ισορροπία, τα μόρια κινούνται άτακτα προς κάθε κατεύθυνση, σύμφωνα με τη στατιστική κατανομή Maxwell-Boltzmann. Εάν θερμάνουμε ένα αδρανές στρώμα υγρού στο κάτω μέρος, θα προκληθεί θερμική αταξία, που είναι χαοτική. Όταν το θερμάνουμε περαιτέρω, εάν το υγρό στρώμα είναι λεπτό, τότε θα σχηματιστούν στρόβιλοι. Αυτοί οι στρόβιλοι αποτελούν σχήματα οργάνωσης γνωστά ως κυψέλες του Benard, όπου δισεκατομμύρια μόρια συσχετίζονται, ώστε να μορφοδομηθούν οι στρόβιλοι. Συνεπώς τάξη δημιουργείται μακράν της ισορροπίας.

Αυτό το βλέπουμε σε πολλές περιπτώσεις. Όταν ήμουν νέος, είχα εντυπωσιαστεί πολύ από τη λεγόμενη θερμική διάχυση  Παραδείγματος χάριν, εάν θερμάνετε ένα ρευστό από τη μία πλευρά, παρατηρείτε διάχυση προς την άλλη πλευρά.

Παρόμοια σ' ένα μείγμα δύο διαφορετικών αερίων, με «γαλάζια» και «ερυθρά» μόρια που δεν αντιδρούν χημικά, τα «γαλάζια» μόρια συσσωρεύονται στη μία πλευρά ενώ τα «ερυθρά» μόρια στην άλλη. Σχηματίζεται δηλαδή μια οργάνωση που δεν μπορεί να προκύψει σε συνθήκες ισορροπίας όπου έχουμε ομογενές μείγμα «γαλάζιων» και «ερυθρών» μορίων.

Το ουσιώδες είναι ότι ο σχηματισμός δομών και η πολυπλοκότητα εκδηλώνονται μακράν της ισορροπίας μέσω μη αναστρέψιμων διεργασιών. Γι' αυτό πάντα θεωρούσα ότι η μη-αναστρεψιμότητα είναι η βάση των δομών που παρατηρούμε στο σύμπαν. Υπάρχει μεγάλη ποικιλία δομών: η δομή του Ήλιου, η δομή της Γης, οι γεωλογικοί σχηματισμοί που δημιουργήθηκαν μακράν της ισορροπίας με μη αναστρέψιμο τρόπο.

Το μυστήριο της ζωής κατά τον Ilya Prigogine

Η δομή της ζωής όπως τη γνωρίζουμε είναι αποτέλεσμα διακυμάνσεων μακράν της ισορροπίας. Είναι άγνωστο όμως ποιες διακυμάνσεις οδήγησαν στη ζωή. Μερικές είναι γενετικές. Ο γενετικός κώδικας είναι ο ίδιος παντού. Όμως υπάρχουν διαφορές μεταξύ του χιμπαντζή και του ανθρώπου.

Πιστεύεται ότι η γνώση του γονότυπου θα οδηγήσει στο φαινότυπο των διαφόρων μορφών ζωής, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Αυτή είναι πολύ αναγωγική αντίληψη. Πολλές μη αναστρέψιμες διεργασίες λαμβάνουν χώρα όχι μόνο κατά τη μεταγραφή της γενετικής πληροφορίας για το σχηματισμό του εμβρύου, αλλά και μετά τη γέννηση. Γι' αυτό χρειάζεται να αναπτυχθεί η μη γενετική βιολογία στη βάση της θεωρίας της πολυπλοκότητας. Δεν είναι αλήθεια, για παράδειγμα, ότι με την κλωνοποίηση έχουμε δύο πανομοιότυπους ανθρώπους, διότι μετά τη γέννηση αναπτύσσονται και διαφοροποιούνται. Έχουμε πολύ απλά παραδείγματα σχηματισμού δομών.

Δεν γνωρίζουμε όμως ακόμη την προέλευση της ζωής. Πολλοί πιστεύουν ότι προέρχεται από κάποιον άλλο πλανήτη. Δεν γνωρίζουμε όμως ούτε την προέλευση του σύμπαντος. Υπάρχει η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Τι είναι όμως η Μεγάλη Έκρηξη; Πρόκειται για μια μετάβαση από το πρωταρχικό κβαντικό κενό στην ύλη; Πολλοί αποδίδουν ιδιαίτερες λειτουργίες στη Μεγάλη Έκρηξη, ότι εμπεριέχει τα πάντα, κάθε πληροφορία ακόμη και αυτή τη συζήτηση. Αυτό δεν μοιάζει πιθανό.

Νομίζω ότι η ύλη και η ζωή εμφανίστηκαν από μια μη-αναστρέψιμη διαδοχή διεργασιών μακράν της ισορροπίας, που δημιουργήθηκαν από διακυμάνσεις του πρωταρχικού κβαντικού κενού και δημιούργησαν εντροπία. Η μη-αναστρεψιμότητα οδηγεί σε συλλογικές πιθανολογικές περιγραφές που δεν ανάγονται στις μεμονωμένες περιγραφές μέσω τροχιών ή μέσω κυματοσυναρτήσεων που γνωρίζουμε από την κλασική και κβαντική μηχανική αντίστοιχα. Η αναγωγή της συλλογικής περιγραφής, εφικτή για πολύ απλά συστήματα, είναι αδύνατη στα πολύπλοκα θερμοδυναμικά συστήματα και κατά μείζονα λόγο στο σύμπαν.

Το σύμπαν καθώς βλέπουμε αλλάζει, διαστέλλεται και μάλιστα με επιτάχυνση. Νομίζω ότι το βέλος του χρόνου επηρεάζει κάθε οντότητα που ενυπάρχει στο σύμπαν. Εσείς γερνάτε, εγώ γερνώ, τα δέντρα γερνούν, οι αστέρες γερνούν, αλλά με διαφορετικούς ρυθμούς. Ταυτόχρονα όμως με τη γήρανση υπάρχει πρόοδος και καινοτομία. Κανείς δεν αμφιβάλλει ότι ο Μιχαήλ 'Αγγελος ήταν ένας καινοτόμος, ένας δημιουργός. Επίσης και οι επιστήμονες.

Οι απόψεις αυτές περιέχονται στο βιβλίο του ΕΜΠ για τον Ilya Prigogine: "Είναι το Μέλλον Δεδομένο;"