שתף קטע נבחר
הכי מטוקבקות

    "חוקרים פרטיים": חוקים פשוטים בעולם מורכב

    תהליך הגילוי של חוקים קולקטיביים פשוטים יחסית, העומדים מאחורי ההתנהגות של מערכות מורכבות גדולות, הוא פלא גדול

     

    אילוסטרציה (צילום: shutterstock)
    זכוכית סדוקה. אילוסטרציה(צילום: shutterstock)

     

    חישבו על החבר הכי טוב שלכם. נניח שמישהו היה מצליח להבין לעומק, עד הסוף, את קשר החברות ביניכם. האם התובנות הללו על הקשר בין שני פרטים יכול היה ללמד אותנו כיצד תתנהג באופן קולקטיבי קבוצה גדולה של אנשים שדומים (יחסית) לך ולחברך? לשם דוגמה, האם היינו יכולים לחזות את תוצאות הבחירות בישראל מהבנת הקשר בין זוגות של ישראלים? נדמה לי שנסכים כי זה יהיה בלתי אפשרי; אבל מדוע? הסיבה העמוקה לכך היא שכאשר מספר רב של פרטים עושה משהו ביחד, באופן קולקטיבי, הם יוצרים מבנים ודפוסי השפעה שעשויים להיות שונים מאוד מאלו שמאפיינים זוגות (או שלשות או רביעיות) של פרטים. נראה, למעשה, שהם מצייתים לחוקים אחרים.

     

    חוקרים פרטיים - לכתבות הקודמות

     

    תופעות קולקטיביות כאלה, הקרויות תופעות מתהוות (emergent phenomena), מאפיינות כמעט כל אוסף גדול של פרטים (או יחידות) - יהיו אלה אטומים במוצק, מולקולות בנוזל, גרגיר חול בדיונה, תאים בגופנו או בני אדם במערכת חברתית - שמקיימים ביניהם יחסי גומלין. מה שמרתק ומפעים אותי במדע הוא הניסיון לחשוף חוקים פשוטים יחסית ששולטים במערכות מורכבות המכילות אינספור יחידות בסיסיות. הרבה פעמים אפשר לעשות זאת ללא כל צורך להתייחס לקיומן של היחידות הבסיסיות.

     

    למעשה, מדובר כאן בשאלה פילוסופית עמוקה; אחת הגישות המרכזיות והפורות במדע המודרני גורסת כי כדי להבין מערכת פיזיקלית עלינו לפרק אותה למרכיביה הבסיסיים ביותר ולקשרי המשיכה/דחייה ביניהם (גישה זו מכונה לעיתים רדוקציוניזם). תופעות מתהוות, המתרחשות במערכות המורכבת ממספר עצום של מרכיבים בסיסיים, קוראות במובן מסוים תיגר על הגישה הרדוקציוניסטית כיוון שנראה שכדי להבינן עלינו "לשכוח" את קיומן של יחידות בסיסיות קטנות מאוד, ולחפש חוקיות חדשה שמאפיינת את ההתנהגות הקולקטיבית של המערכת.

     

    פרופ' ערן בוכבינדר ()
    פרופ' ערן בוכבינדר

     

    חשבו על התבנית הנוצרת כשאבן פוגעת בחוזקה בלוח זכוכית, האם נוכל להבין את היווצרות תבנית זאת על ידי הבנה של הקשרים בין מספר קטן של אטומים המרכיבים את הזכוכית? האם נוכל להבין את צורתו של כתם קפה על המפה על ידי הבנה של הקשרים בין מספר קטן של מולקולות המרכיבות את נוזל הקפה? האם נוכל להבין את תבנית דיונות החול במדבר על ידי הבנה של הקשרים בין מספר קטן של גרגירי חול? הכוח המניע מאחורי המחקר שלי הוא ההכרה כי אין זה מן האפשר וכי עלי ועל חוקרים אחרים לגלות חוקים חדשים ופשוטים שיכולים להסביר ולחזות תופעות מורכבות במערכות גדולות.

     

    לגישה המדעית הזאת יש השפעה עצומה על חיינו. למשל, גילוי החוקים הקולקטיביים ששולטים בזרימת נוזלים אפשר לנו להבין את עקרונות התעופה, לבנות מדפסות הזרקת דיו מתקדמות ולאפיין את הפיזיולוגיה של כלי דם ומחלות הקשורות בהם. גילוי החוקים הקולקטיביים ששולטים בהתעוותות מוצקים מאפשר לנו לבנות מטוסים וגשרים, לתכנן חומרים חדשים עם תכונות עילאיות ולפתח שתלים אורתופדיים מתקדמים.

     

    בשנים האחרונות קבוצת המחקר שלי עשתה מאמצים גדולים כדי להשתמש בגישה הזאת לפתרון בעיות במגוון תחומים. למשל, חשפנו את העקרונות העומדים מאחורי התפשטות סדקים בחומרים, בדומה לדוגמת הזכוכית הסדוקה למעלה, גילינו חוקיות העומדת בבסיס תנועת ההחלקה שמובילה לרעידות אדמה, פענחנו את העקרונות ששולטים בתגובה של תאים לתנודות מחזוריות, כגון אלה המאפיינות פעימות לב או נשימה, והראנו כי עקרונות אלה יכולים לשמש מהנדסי רקמות ליצירת מבוקרת של כלי דם להשתלות.

     

    עבורי, תהליך הגילוי של חוקים קולקטיביים פשוטים יחסית, העומדים מאחורי ההתנהגות של מערכות מורכבות גדולות, הוא פלא גדול. בניגוד לחברות אנושית, בה הייחודיות והחד-פעמיות של האדם הפרטי שמולנו היא העיקר, בתהליך גילוי חוקים קולקטיביים אנו נדרשים להתעלם מן הפרטים הספציפיים של המערכת אותה אנו חוקרים, למעשה אנו מנסים למצוא איזשהו שלם הגדול מסכום חלקיו.

     

    פרופ' ערן בוכבינדר, המחלקה לפיסיקה כימית וביולוגית, מכון ויצמן למדע

     

    אתר הקבוצה: 

    http://www.weizmann.ac.il/chemphys/bouchbinder

     

    כתבות בנושא:

    רגע השבירה

    כך גדלים הנימים

     

    חוקרים פרטיים הוא מדור שבועי בערוץ המדע של ynet, שבו מסבירים חוקרים מדוע החליטו לעסוק בתחום המחקר שלהם. המדור נעשה בסיוע "האקדמיה הצעירה הישראלית ".  

     

     

    לפנייה לכתב/ת
     תגובה חדשה
    הצג:
    אזהרה:
    פעולה זו תמחק את התגובה שהתחלת להקליד
    מומלצים