Deel dit artikel

vorig jaar overleed ilya prigogine, de belgische nobelprijswinnaar chemie die wetenschap opvatte als luisteren naar poëzie. de invloed van zijn werk sterkt zich uit tot alle terreinen van de wetenschap, van fysica en geografie tot politicologie. isabelle stengers, die lang met hem heeft samenwerkt, schetst het wetenschappelijke avontuur van de vader van de chaostheorie.

Prigogine: een dialoog met de natuur

Isabelle Stengers

Ilya Prigogine vertelde graag dat hij al sinds zijn jeugd geboeid was door filosofie en hij citeerde vaak uit L’évolution créatrice van Henri Bergson. Voor hem was het wetenschappelijk denken namelijk geworteld in een intense belangstelling voor alle menselijke creaties, gaande van muziek tot de voorwerpen en de oude beeldjes die hij verzamelde: over elk exemplaar wist hij gevoelvol en met respect te vertellen en zo toonde hij aan zijn toehoorders dat de mensheid door middel van gemeenschappelijke vragen verbonden blijft doorheen de tijd. Hij heeft dan ook altijd gemeend dat de geschiedenis van de wetenschappen deel uitmaakte van het menselijk avontuur en in die hoedanigheid werd gevoed door de ideeën en de overtuigingen van de wetenschappers. De vooruitgang van de wetenschappen was dus niet te danken aan een wetenschappelijke methode die garant stond voor objectiviteit, maar wel aan de uniciteit van het wetenschappelijke creatieve werk. Zo schreef Prigogine dat wetenschap een ‘poëtisch’ luisteren naar de natuur is, waarbij ‘de poëet’ net zoals zijn Griekse etymon wordt beschouwd als een ambachtsman, actief in plaats van contemplatief.

Naar Prigogines mening moesten wetenschappers het avontuur van de echte dialoog aangaan

Naar Prigogines mening moesten wetenschappers het avontuur van de echte dialoog aangaan, met name door nieuwe en pertinente vragen te stellen en die aan nauwgezette experimentele verificaties te onderwerpen. Deze dialoog was noodzakelijkerwijze een open dialoog omdat hij aansloot bij de vragen die voor elke periode belangrijk blijven. Terwijl de grootheid van de fysica voor veel natuurkundigen berust op haar ‘revolutionaire’ karakter, dit wil zeggen op de kracht waarmee ze wijdverbreide evidenties ontkent, benadrukte Prigogine haar affirmatieve en creatieve kwaliteiten, en haar openheid voor nieuwe verrijkingen. Dat de fysici uit het verleden een deterministische wereldvisie verdedigden, betekende helemaal niet dat het determinisme een rationeel voordeel bezat, maar eerder dat het tot de culturele erfenis behoorde van een traditie die werd bepaald door de figuur van God als alwetende schepper. Prigogine hamerde er voortdurend op dat die tijd achter ons lag.

Sinds Darwin hebben we immers geleerd om de natuur te zien als een evolutie en beschavingen als historische producten. Dat de fysica nog steeds de ‘pijl der tijd’ ontkent, of temporaliteit afdoet als een kwestie van waarschijnlijkheid, betekent niet dat ze superieur is tegenover andere wetenschappen maar eerder dat haar theorieën tekortschieten. Prigogine onderstreepte dat deze ontoereikendheid zware gevolgen had: de incoherentie tussen de definities van de ‘fysische realiteit’, enerzijds, en de wordingslogica uit de overige wetenschappen, anderzijds, veroorzaakte namelijk een culturele crisis, omdat de fysica, die toch beweerde het ultieme begrijpen van de wereld te formuleren, de vragen en de interesses van onze tijd tot illusies maakte.

Ter illustratie van dit probleem citeerde Prigogine vaak de woorden die Einstein schreef naar aanleiding van het overlijden van zijn vriend Michele Besso ‘Michele heeft deze vreemde wereld iets vroeger verlaten dan ikzelf. Dat heeft geen belang. Voor ons, overtuigde natuurkundigen, is het onderscheid tussen verleden, heden en toekomst slechts een illusie, ook al is het een taaie illusie Prigogine vroeg zich af hoe men een onderscheid kon ontkennen waarzonder het menselijk bestaan geen enkele zin had, met inbegrip van het bestaan van de fysicus en zijn meetprocédés, want niemand kan deze laatste beschrijven los van het verschil dat ze instellen tussen verleden en toekomst. ‘We zijn de kinderen van de tijd en niet zijn ouders’, herhaalde hij, en om het menselijk avontuur waardig te zijn, moest de fysica wegen vinden om dit op haar eigen manier te affirmeren.

Doordat Prigogine koos voor een wetenschappelijk avontuur dat zich niet afsloot voor de vragen, de verwondering en de twijfels van het menselijk avontuur, heeft hij aan de fysica iets anders – en ongetwijfeld méér – gevraagd dan veel natuurkundigen uit de twintigste eeuw. In zijn beleving stond de zogehete moderne wetenschap, drie eeuwen oud, nog in de kinderschoenen, en maakte de radicale onvoorspelbaarheid van haar geschiedenis elke uitspraak in verband met de natuur of met de grenzen van de wetenschappelijke kennis onmogelijk. Prigogine was desalniettemin de eerste om te bevestigen dat de geschiedenis aan ‘rigoureuze vereisten’ onderworpen is: ‘Maar beperkingen elimineren de creativiteit niet, ze zijn er juist uitdagingen voor’.

Vanuit dit vertrouwen in de wetenschappelijke creativiteit heeft Prigogine een originele en moedige positie ingenomen. Hij beschreef graag de gechoqueerde reactie van zijn oudere collega’s – het zoekende brein van de naoorlogse fysica – toen ze vernamen dat hij zijn onderzoek aan ‘macroscopische’ fysica wou wijden, en dan nog aan die oude thermodynamica. Hoe kon deze jonge collega, waarvan het talent en de ambitie voor iedereen duidelijk waren, zich afwenden van de zoektocht naar het oneindig kleine om systemen te bestuderen waar miljarden en miljarden deeltjes met elkaar interageren? Was alles wat over die systemen viel te weten niet al gedefinieerd door de negentiende-eeuwse fysica? Was het geheel van de fenomenale regelmatigheden niet reeds op perfect bevredigende wijze geïnterpreteerd dankzij het gebruik van approximaties, die de brug mogelijk maken van het gedrag van een individuele atoom of molecule naar dat van grote populaties?

Veel jonge wetenschappers zouden teruggekrabbeld zijn bij de stelling dat het geheel van de kenbare wereld ‘uit hetzelfde bestaat als dat wat al doorgrond is, alleen in een complexere vorm’; Ilya Prigogine volhardde. Hij heeft vaak gezegd dat het een voordeel was in Brussel te kunnen werken want in de Verenigde Staten zou de druk ongetwijfeld te groot zijn geweest: hij zou er de lange jaren van ingespannen werk die nodig waren om inzicht te verwerven in de ver uit evenwicht verkerende systemen, niet hebben kunnen volbrengen. Voor de tijdgenoten van de jonge Prigogine was het domein van de niet-evenwichtsprocessen slechts het domein van de voorlopigheid en volstond het te wachten tot het systeem zijn evenwicht had bereikt. Volgens Prigogine, daarentegen, was precies dit domein van de fysico-chemie pertinent voor levende wezens, omdat de evenwichtstoestand voor hen gelijk staat met de dood. De natuurkunde moest dus leren bestuderen en beschrijven wat er zich afspeelt in niet-evenwichtstoestanden, want op de een of andere manier zou de orde van het levende zijn wortels vinden in de fysico-chemische gedragsprocessen die net tot haar onderzoeksdomein behoren.

Hoe kon deze jonge collega zich afwenden van de zoektocht naar het oneindig kleine?

De werken die Prigogine in 1977 de Nobelprijs voor chemie hebben opgeleverd, toonden niet enkel aan dat in een niet-evenwichtstoestand coherente gedragingen kunnen plaatsvinden, die de naam ‘dissipatieve structuren’ meekregen, maar ze hebben ook de manier veranderd waarop een thermodynamisch systeem wordt gedefinieerd. De overgang van de evenwichts- naar de niet-evenwichtsthermodynamica heeft immers geleid tot het opgeven van het basisconcept van de thermodynamica, zijnde de toestandsfunctie met als extremum een stabiele toestand (een evenwichtstoestand of een stationaire bijna-evenwichtstoestand, die, zoals Prigogine in 1945 aantoonde, gekenmerkt wordt door een minimale entropieproductie, compatibel met de vereisten die het systeem uit evenwicht houden). Welnu, het is de toestandsfunctie die aan de basis lag van de associatie tussen het tweede principe van de thermodynamica – het principe dat natuurlijke processen de entropie doen toenemen of constant houden – en de evolutie naar een toestand van onwaarneembare activiteit, een toestand van ‘maximale wanorde’: elke evolutie die, eens deze toestand bereikt was, zou hebben geleid tot het verlaten ervan, zou dan een inbreuk op het tweede principe betekend hebben. Het feit dat in systemen uit evenwicht een dergelijke functie niet meer gedefinieerd kan worden, brengt met zich mee dat het tweede principe de stabiliteit van een toestand niet meer rechtstreeks kan garanderen. Wat nu telt is het contrast tussen regimes van stabiele en instabiele activiteit, en dat contrast hangt nauw samen met de kinetica van de dissipatieve, dit wil zeggen entropieproducerende, processen. Daar waar de evolutie naar de evenwichtstoestand de diversiteit van thermodynamische systemen reduceert tot één en dezelfde homogeniteit zonder observeerbare activiteit, toont het domein van de ver uit evenwicht verkerende processen de verschillende regimes van activiteit waartoe ieder systeemtype in staat is.

Tegenwoordig heeft de instabiliteitsvraag het geheel van de natuurwetenschappen veroverd, met inbegrip van het domein van de klassieke dynamica, dat eveneens met noties uit de chaostheorie wordt geassocieerd. Deze diepgaande mutatie is onlosmakelijk verbonden met de berekeningskracht van de computer, die nu systemen kan verkennen waar de interacties in belangrijke mate niet-lineair zijn. De transformatie heeft het geloof van Prigogine in de creativiteit van het wetenschappelijk avontuur bevestigd. De ‘algemeengeldendheid’ van de oude wetenschap was te wijten aan haar eigen begrenzingen, met name de eenvoud van de systemen die ze kon beschrijven. Wanneer deze limieten worden overstegen, ontdekt de wetenschapper niet ‘hetzelfde als in de eenvoudige systemen, in een complexere vorm’ maar de noodzaak om nieuwe vragen te creëren, nieuwe benaderingen van een gecompliceerde wereld, die van een tot dan toe ongekende rijkdom is.

Het succes dat de door hem mee gevormde inzichten te beurt viel, was voor Prigogine echter geen eindpunt want het volstond niet om de incoherentie van de natuurwetenschappen te overstijgen. Op basis van het tweede principe veronderstelt de thermodynamica per definitie irreversibiliteit. Hoe kan men dan begrijpen dat deze irreversibiliteit geen intrinsieke betekenis heeft binnen de ‘fundamentele wetten’ van de fysica? Vanuit de mening dat de wetenschap over de ver uit evenwicht verkerende processen hem niet meer nodig had, heeft Prigogine zich, na zijn Nobelprijs, dan ook aan een ander probleem gewijd, dat hij al jaren parallel met zijn thermodynamisch onderzoek bestudeerde: een probleem dat Ludwig Boltzmann had nagelaten, verslagen door de geschiedenis. Boltzmann was er niet in geslaagd aan te tonen dat ‘de pijl der tijd’ – het verschil tussen verleden en toekomst – niet ‘illusoir’ is, dit wil zeggen voortkomend uit het approximatieve karakter van de beschrijving, die, mocht ze wel ‘compleet’ zijn, dezelfde symmetrie in de tijd zou bezitten als het individueel gedrag van de betrokken deeltjes. Voor Prigogine was het falen van Boltzmann een drama, niet alleen voor Boltzmann zelf, maar voor de fysica in het algemeen. Ook hier moest hij ingaan tegen de stroom en een dossier heropenen dat de meeste andere fysici als afgesloten beschouwden.

Prigogine herhaalde vaak hoe blij hij was dat hij in het begin van zijn carrière, in de jaren vijftig, niet had kunnen overzien waar dit probleem hem zou brengen, want anders zou hij er net als Boltzmann ongetwijfeld voor teruggedeinsd zijn. Hij heeft zijn onderzoek echter kunnen voortzetten dankzij nieuwe ontwikkelingen in verband met dynamische instabiliteit en chaos, maar ook omdat hij ertoe werd gedwongen door het feit dat zijn voorstellen op grote weerstand stuitten. Bij evolutievergelijkingen was symmetrie in de tijd immers niet zomaar een willekeurige eigenschap: in de twintigste eeuw was het het ideale synoniem geworden van de perfecte analyse waaraan niets kan ontsnappen.

De moeilijkheid die gepaard gaat met elke poging om de temporele symmetrie ter discussie te stellen, is dat deze symmetrie, die verondersteld wordt tot een complete en perfecte beschrijving te leiden, bij de geringste approximatieve benadering verloren gaat. Dit zorgt er enerzijds voor dat velen het nutteloos vinden verder te gaan dan benaderingen, voor zover die bevredigend zijn, maar anderzijds valt, zodra een hypothese iets weg heeft van een benadering, het volgende verdict: ‘het inbrengen van de pijl der tijd is weer het gevolg van approximaties’ – en dit zelfs in de nieuwe context van chaotische systemen. Prigogine en zijn medewerkers hebben in de jaren tachtig aangetoond dat de perfecte beschrijving geen fysische beschrijving meer is omdat ze een oneindig precies gedefinieerde begintoestand vergt – wat men misschien zou kunnen verwachten van de God van de natuurkundigen, maar door geen enkele eindige observator, zelfs niet door de fameuze demon van Laplace, gerealiseerd kan worden. De overheersende reactie was echter: ‘zelfs als we ze niet kunnen definiëren, bestaan er toch banen, of het dynamisch systeem nu stabiel of instabiel is’.

In deze polemische context heeft Prigogine uiteindelijk de wijze geformuleerd waarop de draagwijdte van de definitie van banen en van de kwantumgolffunctie gecontesteerd kon worden en hun algemeengeldendheid ontkend: hij durfde beweren dat ze slechts van toepassing waren op de stabiele systemen waarvoor ze zijn geformuleerd. De ‘generalisatie’ van de dynamica die door Prigogine en zijn medewerkers de laatste jaren werd beschreven, benadrukt het sterke contrast tussen systemen die men, althans bij een eerste benadering, kan isoleren en die zich lenen tot een in de tijd symmetrische beschrijving, en systemen die niet geïsoleerd kunnen worden omdat ze in ‘voortdurende interactie’ met hun omgeving zijn. Deze situatie geldt voor een atoom in interactie met zijn veld, of voor deeltjes die continu in botsing treden, en komt in de natuur dus het vaakst voor: in deze gevallen dringt de pijl der tijd zich op (‘een voorstelling die onvermijdelijk beheerst wordt door waarschijnlijkheid en door de verbreking van de temporele symmetrie’).

‘Tijd en bestaan zijn met elkaar verbonden omdat bestaan een vorm van participeren is’

‘Tijd en bestaan zijn met elkaar verbonden omdat bestaan een vorm van participeren is’: diegenen die Prigogine dit hebben horen zeggen kunnen zich over het algemeen niet voorstellen hoeveel noeste arbeid, moed, vertrouwen en doorzetting deze woorden uiteindelijk mogelijk hebben gemaakt. Voor Prigogine ging het om de pertinentie van de dialoog tussen fysica en natuur: het idee dat de pijl der tijd ‘ontspruit’ aan een realiteit die hem miskent, was slechts een retorisch kunstje; de irreversibiliteit moest een fundamentele betekenis krijgen of anders zouden niet alleen de menselijke ervaring maar ook het geheel van levende en historische processen die getuigen van de tijdsdimensie, verwezen worden naar het rijk der illusies. Prigogine eiste dus van de weg die hij had gekozen, de fysica, dat ze haar roeping tot dialoog met de natuur waardig was en niet oordeelde op basis van haar eigen tekortkomingen: op die manier werkte hij aan de culturele dialoog waarvan hij droomde.

Isabelle Stengers publiceerde met Ilya Prigogine onder meer Order Out of Chaos. Man’s Dialogue with Nature (New York: Bantam Books 1984) en The End of Certainty: Time, Chaos and the New Laws of Nature (New York: The Free Press 1997.)

Isabelle Stengers is als filosoof verbonden aan de Université Libre de Bruxelles.