Khi bạn đạt đến giới hạn, hãy học cách đặt câu hỏi khác nhau

Khi bạn đạt đến giới hạn, hãy học cách đặt câu hỏi khác nhau

Nói chuyện với các học sinh trung học chuẩn bị cho kỳ thi khoa học của họ, và có lẽ bạn sẽ nghe thấy hai điều: họ sợ vật lý và tương đối thoải mái với sinh học. Thật kỳ lạ, điều này trái với quan điểm của hầu hết các nhà nghiên cứu.

Nói chuyện với các học sinh trung học chuẩn bị cho kỳ thi khoa học của họ, và có lẽ bạn sẽ nghe thấy hai điều: họ sợ vật lý và tương đối thoải mái với sinh học. Thật kỳ lạ, điều này trái với quan điểm của hầu hết các nhà nghiên cứu. Các zeitgeist khoa học là vật lý là dễ dàng. Sự đơn giản của nó đến từ khả năng tạo ra các lý thuyết tinh thể có khả năng dự đoán mạnh mẽ, cho mọi thứ từ sự tồn tại của các hạt hạ nguyên tử cho đến cách ánh sáng uốn quanh các ngôi sao. Sinh học, mặt khác, khó khăn hơn nhiều để chắt lọc vào các định lý và phương trình toán học thanh lịch. Vì lý do này, một số nhà tư tưởng nổi tiếng có lập luận rằng các tế bào và rừng khó hiểu hơn các hố đen xa xôi và khó quan sát.

Nhưng có lẽ không có thứ gọi là kỷ luật dễ hay khó. Có lẽ chỉ có những câu hỏi dễ và khó. Chỉ sinh học dường như rất khó vì nó đã được xác định bởi một loạt các câu hỏi rất khó. Chỉ vật lý dường như dễ dàng bởi vì nhiều thế kỷ nỗ lực của các nhà tư tưởng sâu sắc sâu sắc đã tạo ra một bộ câu hỏi có thể trả lời.

Điều làm cho sinh học trở nên thách thức, trớ trêu thay, là sự gần gũi của chúng ta với nó. Hãy tự hỏi: ai là người 'dễ hiểu' hơn - một người lãng mạn hay đồng nghiệp? Sự thân mật của chúng tôi với sinh học - cũng như tâm lý học và khoa học xã hội - đã khiến chúng tôi thẩm vấn những hiện tượng này với kiến ​​thức sâu sắc đã có trong tay. Chúng tôi đặt câu hỏi rất chi tiết, và sau đó chúng tôi ngạc nhiên bởi những câu trả lời có vẻ bí ẩn hoặc mâu thuẫn.

Khi đi bộ xuyên rừng, chúng ta có thể quan sát những hình dạng khác thường của tán lá trên cây phong. Điều đó có thể khiến chúng ta tự hỏi tại sao lá có thùy, tại sao chúng chuyển sang màu đỏ vào mùa thu, loài côn trùng nào sống trong lứa lá và cách chúng phân hủy và cho đất ăn. Những câu hỏi này rất phức tạp, bất chấp sự tự nhiên mà chúng ta hỏi chúng. Ngược lại, không gian rộng lớn lạnh lẽo và sự nhỏ bé không thể nhận ra của quark rất xa lạ với chúng ta đến nỗi chúng ta tự hào - ít nhất là ban đầu - nói những điều đơn giản nhất về những thực thể này, thậm chí chỉ để chứng minh rằng chúng tồn tại.

Sự gần gũi đôi khi cũng làm chậm sự hiểu biết của chúng ta trong vật lý. Câu hỏi về cách các hành tinh di chuyển là một trong những nỗi ám ảnh lâu đời nhất của loài người, và chạy qua nhiều thần thoại khác nhau. Tuy nhiên, nhờ vào khả năng tự hấp thụ của loài chúng ta, lý thuyết lâu đời về các vòng tuần hoàn đã đặt nhầm Trái đất vào trung tâm của Vũ trụ - một sai lầm tồn tại trong khoảng thời gian 2,000. Khi câu hỏi được trừu tượng hóa thành các vấn đề về lực, khối lượng và trọng lực trong vật lý Newton, chuyển động hành tinh trở nên dễ dự đoán và dễ hiểu hơn nhiều.

Vẫn còn rất nhiều câu hỏi khó cho các nhà vật lý giải đố. Nếu vật lý xác định danh tiếng của nó về việc dự đoán ngọn lửa mặt trời tiếp theo có thể gây trở ngại cho viễn thông trên Trái đất, thì nó sẽ được xem là một môn học phức tạp và khó khăn hơn nhiều. Tại sao? Bởi vì mô hình hóa nhiều cơ chế tạo ra động lực học của bề mặt Mặt trời - tất cả các quá trình hấp dẫn, điện từ, nhiệt và hạt nhân có liên quan - rất khó khăn. Đối với chuyển động hành tinh, chúng ta có thể có được một bức tranh đủ tốt về quỹ đạo của một hành tinh bằng cách nhận ra rằng khối lượng của Mặt trời cho phép chúng ta bỏ qua ảnh hưởng của các thiên thể khác. Nhưng nếu chúng ta thực sự muốn tham gia vào những chi tiết này, chúng ta sẽ sớm thấy rằng chúng ta không thể dự đoán chính xác chuyển động của ba cơ thể có khối lượng bằng nhau. Tương tự như vậy, với lý thuyết hỗn loạn, chúng tôi đã học được rằng chúng ta chỉ có thể đoán sơ bộ về vị trí cụ thể của hai con lắc có chuyển động được ghép với nhau. Tuy nhiên, chúng ta không thể nói chắc chắn rằng con lắc sẽ ở đâu.

Pnhững câu hỏi mà chúng ta yêu cầu về sinh học chỉ là quá khó. Làm thế nào để chúng ta cứu một cuộc sống cá nhân? Tại sao cái bluejay này hơi tối hơn cái kia? Nhưng chỉ vì chúng ta đòi hỏi nhiều hơn từ sinh học không có nghĩa là chúng ta không thể đặt ra những câu hỏi dễ hơn một chút. Trên thực tế, vẽ dựa trên vật lý 'dễ dàng' có thể giúp chúng ta tìm ra cách để tìm những câu hỏi đó Các nhà vật lý đặc biệt giỏi trong việc tìm kiếm các hiện tượng phổ biến, quy mô lớn áp dụng trên nhiều hệ thống và đó có thể là kết quả của các cơ chế chia sẻ đơn giản.

Lấy ý tưởng của nhân rộng sinh học. Khái niệm này xuất phát từ những quan sát ban đầu rằng tốc độ trao đổi chất của động vật có vú phụ thuộc vào dự đoán và phi tuyến tính vào kích thước cơ thể thông qua một sức mạnh của pháp luật. Một định luật lũy thừa là một mối quan hệ toán học cho chúng ta biết một tính năng thay đổi bao nhiêu khi kích thước của hệ thống tăng theo các bậc độ lớn (nghĩa là bằng bội số của một số nhất định, thường là 10). Vì vậy, khi khối lượng cơ thể của một sinh vật tăng gấp đôi 1,000, các nguyên tắc nhân rộng sinh học dự đoán chính xác rằng tốc độ trao đổi chất của nó sẽ tăng gấp khúc 100.

Nhưng làm thế nào cùng một toán học có thể áp dụng cho một cái gì đó đơn giản như lực hấp dẫn giữa hai vật thể và quá trình suy đoán lộn xộn trên các môi trường sống khác nhau? Trong vật lý, các định luật điện chỉ ra các cơ chế và đối xứng được chia sẻ hoạt động trên tất cả các quy mô. Trong sinh học, của chúng ta nghiên cứu - cũng như cái đó của Geoffrey B West, James H Brown và Brian J Enquist - cho thấy cơ chế cơ bản trong công việc là cấu trúc và dòng chảy của các mạng lưới mạch máu. Nó chỉ ra rằng các mạch máu có xu hướng bao phủ cơ thể một cách hiệu quả và cung cấp tài nguyên cho tất cả các tế bào của sinh vật trong khi làm giảm căng thẳng cho tim. Cái nhìn sâu sắc đơn giản này đã cho ra đời một loạt các lý thuyết thành công đang sử dụng ý tưởng về cấu trúc sinh học được tối ưu hóa để dự đoán các hiện tượng như phân phối cây trong rừng, chúng ta cần bao lâu ngủ, tốc độ tăng trưởng của một khối u, lớn nhất và nhỏ nhất kích thước của vi khuẩncây cao nhất có thể trong bất kỳ môi trường nào

Tuy nhiên, sinh học cũng có thể làm phát sinh những câu hỏi độc đáo của riêng nó. Ví dụ, như các đồng nghiệp của chúng tôi Jessica FlackDavid Krakauer tại Viện Santa Fe đã chỉ ra, khả năng xử lý thông tin và ra quyết định của các tác nhân (như linh trưởng, tế bào thần kinh và nấm nhầy) dẫn đến các loại phản hồi, khả năng thích ứng và nguyên nhân độc đáo khác với các hệ thống vật lý thuần túy. Vẫn còn phải xem nếu sự phức tạp bổ sung của các hệ thống sinh học có thể được giải thích bằng cách mở rộng trên các quan điểm lấy cảm hứng từ vật lý như lý thuyết thông tin. Có thể là nghiên cứu về sinh học và các hệ thống phức tạp nói chung sẽ tiến triển một ngày tới những câu hỏi khó có thể vượt qua - hoặc việc đọc lại những câu hỏi xuất sắc sẽ dẫn đến việc loại bỏ những thách thức hiện tại. Điều này có thể chỉ ra một con đường dẫn đến câu trả lời dễ dàng hơn, như Charles Darwin đã làm bằng cách cải tổ các câu hỏi về nguồn gốc và sự đa dạng của cuộc sống về mặt chọn lọc và biến đổi tự nhiên.

Khi bạn đạt đến giới hạn, hãy học hỏi những câu hỏi khác nhau: Độ phức tạp của các hệ thống được đo dọc theo hai trục
Độ phức tạp của các hệ thống được đo dọc theo hai trục: 1) chi tiết và độ chính xác cần thiết của mô tả khoa học; 2) số lượng các cơ chế được kết hợp trong một hiện tượng cụ thể. Các ngành khoa học khó nhất đặt câu hỏi chi tiết về các hệ thống bao gồm nhiều cơ chế.

Trong của mình bài viết "Khác biệt hơn" (1972), nhà vật lý Philip Anderson đã nhấn mạnh những nguy hiểm của việc cố gắng giảm mọi thứ xuống mức độ vi mô nhất. Thay vào đó, ông tập trung vào các bước nhảy trong sự phức tạp xảy ra ở các quy mô khác nhau của các hiện tượng tự nhiên - chẳng hạn như chuyển từ cơ học lượng tử sang hóa học. Tuy nhiên, độc giả thường bỏ qua lập luận của ông rằng các lý thuyết hiệu quả nên dựa trên các khối xây dựng giải thích các cơ chế cơ bản của một hệ thống - ngay cả khi các khối xây dựng đó là các thực thể tương đối lớn hoặc trung bình.

Dựa trên quan điểm sau này, lập luận của chúng tôi là chúng tôi không biết nếu lỗ đen đơn giản hơn rừng. Chúng tôi không thể biết, cho đến khi chúng ta có một lý thuyết hiệu quả chung giải thích sự tồn tại của rừng hoặc cho đến khi chúng ta có thể quan sát động lực chi tiết nhất của sự sụp đổ và bốc hơi của hố đen. Một tuyên bố về độ phức tạp tương đối không thể được đưa ra mà không xác định kỹ loại câu hỏi mà chúng tôi đang hỏi cho mỗi hệ thống. Có thể có một số loại câu hỏi nhất định trong đó kiến ​​thức của chúng tôi sẽ gặp khó khăn, nhưng thường thì đó là về những câu hỏi chúng tôi đặt ra hơn là về chính các hệ thống.

Vật lý có thể khó khăn và sinh học có thể dễ dàng thôi. Mức độ khó phụ thuộc nhiều hơn vào những câu hỏi đang được hỏi hơn là trên lĩnh vực.

Trong khoa học hệ thống phức tạp, những tiến bộ lớn thường được thực hiện tại giao diện giữa hai quan điểm này. Một hướng đi trước là giải quyết các câu hỏi dễ trước, sau đó sử dụng câu trả lời của chúng tôi để cố gắng tìm các nguyên tắc hữu ích khi nói đến các câu hỏi và lý thuyết chi tiết hơn. Có thể là bằng cách bắt đầu với những câu hỏi dễ, chúng ta có thể từ từ 'xây dựng' cho những câu hỏi khó.

Hoặc, theo hướng ngược lại, quan sát sự tương đồng kỳ lạ của các hiện tượng giữa các ngành có thể khiến chúng ta phải tìm kiếm các cơ chế và nguyên tắc hoàn toàn mới. Điều này đôi khi sẽ đòi hỏi một viễn cảnh ít chi tiết hơn, trừu tượng hơn - những gì đồng nghiệp John Miller của chúng tôi, trích dẫn của nhà vật lý đoạt giải Nobel, ông Murray Gell-Mann, thảo luận trong cuốn sách của mình Một cái nhìn thô lỗ về tổng thể (2016). Những cái nhìn thô thiển này - bị ép buộc bởi sự xa xôi của vật lý, và bị che khuất bởi sự gần gũi của sinh học - sẽ mang lại nhiều hiểu biết sâu sắc và đơn giản hóa hơn trong khoa học trong những năm tới.

Giới thiệu về Tác giả

Chris Kempes là giáo sư tại Viện Santa Fe, làm việc tại giao điểm của vật lý, sinh học và khoa học trái đất.

Van Savage là giáo sư về sinh thái học, sinh học tiến hóa và sinh học tại Đại học California, Los Angeles.

Bài viết này ban đầu được xuất bản tại thời gian dài vô tận và đã được tái bản dưới Creative Commons. Được xuất bản cùng với Viện Santa Fe, Đối tác chiến lược của Aeon.Bộ đếm Aeon - không xóa

Sách liên quan

{amazonWS: searchindex = Books; Keywords = giải quyết vấn đề đổi mới; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}