Deep Simplicity: Bringing Order to Chaos and Complexity

by John Gribbin

Over the past two decades, no field of scientific inquiry has had a more striking impact across a wide array of disciplines–from biology to physics, computing to meteorology–than that known as chaos and complexity, the study of complex systems. Now astrophysicist John Gribbin draws on his expertise to explore, in prose that communicates not only the wonder but the substance of cutting-edge science, the principles behind chaos and complexity. He reveals the remarkable ways these two revolutionary theories have been applied over the last twenty years to explain all sorts of phenomena–from weather patterns to mass extinctions.

Grounding these paradigm-shifting ideas in their historical context, Gribbin also traces their development from Newton to Darwin to Lorenz, Prigogine, and Lovelock, demonstrating how–far from overturning all that has gone before–chaos and complexity are the triumphant extensions of simple scientific laws. Ultimately, Gribbin illustrates how chaos and complexity permeate the universe on every scale, governing the evolution of life and galaxies alike.

Genres: Science, Nonfiction, Physics, Philosophy, Mathematics, Business, Psychology

279 pages, Hardcover

First published January 1, 2004

About the author

John R. Gribbin is a British science writer, an astrophysicist, and a visiting fellow in astronomy at the University of Sussex. His writings include quantum physics, human evolution, climate change, global warming, the origins of the universe, and biographies of famous scientists. He also writes science fiction.

Reviews

[Mohammed Yusuf]

أشياء كبيرة تحدث نتيجة لحوادث صغيرة , هكذا كان لورنز يحاول تقريب الفكرة فقال مجازاً أن رفرفة فراشة في منطقة قد تقود لزلزال في منطقة أخرى , الكتاب علمي بكتابة أدبية جميلة

ولي بعد الملاحظات :

يبين هذا الكتاب التداخل الكبير بين علوم كالبيولوجيا و الرياضيات و الكيمياء مع الفيزياء ولا ننسى الانثروبولوجيا

من داخل الكتاب تلاحظ كيف أن كثير من النظريات تبدأ على أساس علمي مثلاً ومن ثم تصبح تعتمد على الطابع التخيلي ومن ثم إثبات هذا التخيل , حيث يحتاج الأمر لثقة بالنفس وتحديات كبيرة

هذه المعلومات عن الشواش والتعقيد التي تنبع من حوادث بسيطة يمكن تطبيقها في مجالات عديدة حتى ولو نظرية كالنظريات الأدبية مثلاً أو السياسية

القوانين التي تقوم عليها الكثير من العلوم تمت صياغتها في الأغلب منذ زمن بعيد والآن في زمننا مجرد تعديلات تجرى عليها ولكن بتطبيقات على مدى واسع

كثير من العلماء بالخصوص الفيزيائيين يرون الكون بناءاً على علمهم يتمثل ذلك حتى في الأشياء الصغيرة والعادية مثلاً يقول جريبين ( وهذا يعني بالنسبة لعالم الرياضيات أن جسم الحيوان عبارة عن أسطح كسرية مطوية في حجم محدود هو جسم الحيوان ) هذا حين يتحدث عن مسألة الأبعاد وإختلاف القياسات التي تعتمد على التقريب

الصورة الأدبية الجميلة والخيال كانا عنصرين فعالين في إعجابي بالكتاب مثلاً تشبيه ظاهرة إبتعاد الكويكبات حول المشترى عن الكوكب وعن مدارها ومن ثم عودتها إلى مدارها فيما يسمى بظاهرة الرنين بالأرجوحة جعلني أتخيلها بصورة أبسط وأجمل

الكتاب مبسط ولكن في نفس الوقت يعتمد على وجود خلفية حيث تحتاج كثير من المعلومات للرجوع لمعلومات أخرى في العادة



هنا بعض الصور المضحكة وجدتها أثناء بحثي على النت :

[ياسر]

“إنها البساطة التي تولِّد التعقد، مما يجعل الحياة ممكنة”
-مراي جلمان

الكتاب يتناول موضوعا شيقا جدا، وهو الفوضي وعلاقتها بالانتظام.. كلمتان متناقضتان ولكنهما مرتبطتان أكثر مما نعتقد..
من حركات الأجرام الفضائية للتنبؤ بالزلازل وانقراض الكائنات الحية، للتكاثر والتطور الدارويني.. كلها أمثلة على الانتظام عندما يخرج من العشوائية..

في سبعة فصول يحاول “جريبين” إظهار تلك العلاقة الوطيدة، فيبدأ بمحاولة وضع مفاهيم أساسية (الحالات الجاذبة، الزمن الدوري لبونكاريه، الموت الحراري للكون، وتأثير الفراشة)، وإظهار بسيط لتاريخ البحث في الموضوع، حتى ولو بطريقة غير مباشرة.. فيبدأ من جاليليو ونيوتن، وحتمية لابلاس في التنبؤ بالمستقبل.
ثم بعد ذلك ينتقل -في أكثر من فصل- لتوضيح العلاقة بين النقيضين “الفوضي” و”الانتظام” من خلال عدة أمثلة مثل الزلازل، فيوضح محاولات ريختر للتنبؤ بتكرار الزلازل، ثم يتجه للانقراض وفرصه، وبعدها لنظريات النشوء والارتقاء بالانتخاب الطبيعي.


تأثير الفراشة


يلي ذلك في الأخير، محاولات البحث عن حيوات في الفضاء بطرق متعددة، وعلاقة ذلك باستقرار الحياة على الأرض، أو بكلمات أخرى، يحاول إسقاط الظروف الأرضية في بدايات الحياة علس سطحها على حالات بعض الكواكب.

– الكتاب رحلة ممتعة جدا في مواضيع كثيرة يربطها حبل واحد وهو توضيح العلاقة بين الفوضى والانتظام، وكيف تحكم البساطة عالمنا.

-تقييم 3.5/5

“وإنما نحن خلقنا على هيئة هذا الكون”..

[Mohammed Khattab]

ما رأيناه في كل ذلك أنك يمكن أن تجد في نظم غير ذات معنى بالمرة مثل نقاط مياه تتساقط من صنبور بزمن دورة يساوى الوحدة، ويمكنك أيضا أن تجد نظما شواشية بها اضطرابات عشوائية، أى لا يوجد بها أي انتظام، والبنية كلها مدمرة. ولكن يوجد بين هذا وذاك بدءا بالبداية المملة، يزداد التعقد بالتدريج حتى يحدث الشواش؛ لذا فإن الأمور ذات المعنى فى الكون تحدث عند نهاية الشواش - تحديدا قبيل انهيار الانتظام ، هنا تجد الصنابير ( أو الشقوق التي تسرب ماء من خلالها) تسيل منها القطرات بمعدل غريب وساحر ، دوامات داخل دوامات تدور مكونة اشكالا رائعة، تشبه سطح تلافيف المخ المطوية طبقات فوق طبقات وهكذا.
--------------------------


من كل هذا نرى أنه لا يوجد شيء غير طبيعي او خاص بالنسبه للحياه في هذا الكون، و كما رأينا أنه من الطبيعي للنظم البسيطه ان تنظم نفسها بنفسها ذاتيا في شبكات على حافة الشواش، و بالتالي يمكن أن تظهر الحياة في اي لحظه..
إنها جزء من سلسلة متصلة من العمليات لا تمثل الحياه فيها أية قفزة.!
-----------------------------

و هكذا نرى أنه في وسط الشواش يوجد انتظام، وفي وسط الانتظام يوجد شواش.
🌿

[سعيد عبدالغنى]

لهضم بعض ما جاء فى الكتاب يلزمك خلفية من أغلب العلوم كالكيمياء والأحياء والرياضايات والانثروبيولوجيا وبالطبع الفيزياء.

[Mohamed]

بداية ما زلت لم انتهي تماماٌ من الكتاب لكن ساحدث الريفيو باستمرار الي حين اكتماله
موضوع الكتاب يمكن تلخيصه بالاقتباسة االتالية والتي وردت في نهاية مقمة الكتاب

"انها البساطة التي تولد التعقد , مما يجعل الحياة ممكنة "

في البداية الحديث المقارن بين مفاهيم الشواش والعشوائية في بداية عصر النهضة في الفيزياء والعلوم الطبيعية وبين المفاهيم المطورة عن الشواش كان رائعاٌ فبينما
الشواش كان يحكم العالم من خلال تدخلات الالهة وارادتها وتناسق الكون الذي يمكن تفسير انحرافاته بانها مجرد أمور يمكن للإرادة الإلهية حلها مثلما كان الحال مع مدار كوكب عطارد في حسابات نيوتن الميكانيكية للانحراف الحادث في المسار
وما بين الرؤية الجديدة العلمية للشواش واسهام أفكار مثل التكامل في حل مشاكل مثل اللانهاية التي طرحها زينون في مفارقاته الشهيرة

ويبدو ان الكاتب أراد ان يفتح الموضوع المتعلق بالنظرة الجديدة للشواش من خلال المشكلة الشهيرة المتعلقة بتصادم الثلاثة اجسام وهي معضلة واجهت الفيزيائيين كثيراٌ وما زالت بالمناسبة بعض جوانبها غير محلولة الي اليوم
ومبدأ انعاكسية سهم الزمن الذي يمكن تطبيقه في حالة تصادم جسيمين ولا يملك سوي ان ينهار اذا ما طبق في حالة ثلاثة اجسام

ثم الانتقال للحديث عن نظرية الحركة للغازات وهي المدخل الأول وسبب مادي كان كافياٌ لادراك مشكلات العشوائية وتعد النظرية مثالاٌ هام للغاية علي كيفية استخراج الانتظام من النظم العشوائية
ففكرة التصادمات العشوائية لبلايين الجزيئات تتضمن في شكلها الكلي حركة في وسط استمراري فلا يمكننا هنا معرفة كل معادلات الحركة لكل جزئ ولذا فالطرق الإحصائية في معالجة الأنظمة التي يتمثل فيها عدد كبير من الجسيمات
وهنا تتمكن منا مشكلة سهم الزمن وهو انه ذو اتجاه واحد
فمثلا تمنعنا الديناميكا الحرارية من افتراض انعكاس الزمن فمثلاٌ عندما نضع مكعباٌ من الثلج في درجة حرارة الغرفة العادية فانه مع مرور الوقت سيذوب ويتحول الي ماء سائل وهنا مسار الزمن في اتجاه واحد فلم نري يوماٌ ما ان الماء السائل في الغرفة قد تجمع ليكون ثلج في النهاية !!!

ومن هنا ومع ذكر الأمثلة المتعلقة بالمحرك البخاري وتحويل الطاقة الحرارية والكيميائية الي شغل وطاقة حركة مثل دائماٌ القانون الثاني للديناميكا الحرارية المتعلق بزيادة الانتروبي (ألفوضي) وانتقال الحرارة دائماٌ من الاسخن للابرد حجر زاوية مهم جداٌ في عالم النظم الديناميكية
حتي اننا سنجد ان الكثير من المحاولات الجادة التي كانت تحاول تفسير بعض الحقائق التي كان لا يمكن لقانون الديناميكا الحرارية الثاني ان يتحكم بها واجه بهجوم شديد من قبل مجتمع العلماء والفيزيائيين في تلك الفترة

ننتقل الي مفهوم الجاذب ونطرح مثال الكاتب عن الجاذب
فلو وضعنا كرة ملاصقة للجدار الداخلي لاناء (كحلة المحشي مثلاٌ !! ) فاننا سنجد الكرة سوف تتذبذب قليلاٌ وتدور ولكنها ستستقر في القاع في النهاية وتمثل النقطة المتمثلة في القاع في هذه الحالة "جاذب" النظام

وهنا يمكن ببساطة تصور وجود عودة للزمن
ولكن في حالة البندول الغير المثالي فانه سوف يتوقف بعد عدد معين من التذبذبات في وضع رأسي وهذه تعتبر الحالة الجاذبة بالنسبة للبنذول غير المثالي
وهنا يمكننا ملاحظة فكرة عدم احتواء النظام علي أي معلومات عن كيفية وصوله الي تلك الحالة !
أو بمعني أصح يمكننا القول بأنه لا توجد لدي النظام ذاكرة وفى الشواش يمكننا ان نقول ان النظام فقد الشروط الابتدائية له أي من أين يأتي
وحتي وصوله الي حالته النهائية الحالية
وهنا يظهر تساؤل مهم لدي
فهل هذا يعني ان عند زيادة مستوي التعقيد تزداد احتمالية فقد تأثير الشروط الابتدائية حسب المثال السابق ام فقدان الشروط الابتدائية هنا فقد معلوماتي وليس فقد لشئ يمكن ان يكون له دور مادي يلعبه !!
لانه في هذا الحالة هنا العديد من الحالات علي المستوي الكمي


في هذا الجزء سنتحدث عن عودة الشواش وهو عنوان الباب الثاني من الكتاب حيث نتحدث هنا عن مشكلة الحلول التقريبية بالطريقة التكرارية التي لا تعطينا حلول مقبولة بشكل جيد وبالأخص للمشكلات مثل حركة الثلاثة اجسام المذكورة مسبقاٌ
فكما درسنا جيداٌ المتتباعات في الرياضيات والمتسلسلات التي نضيف أرقاما الي ارقام الي ارقام ولكن الشرط هنا ان يكون سلوك الأرقام منضبط أي انها تؤؤل الي كمية منتهية فمثلا العدد باي (ط) وهو النسبة بين محيط الدائرة وقطرها يمكن ان نحصل عليه بأي دقة نريدها باستخدام المتسلسلات

المشكلة في الرياضيات هو ان المتسلسلات كلها لا تؤؤل الي كمية منتهية فمثلاٌ متسلسة مثل
1+2+3+4+6....etc
تؤؤل الي ما لانهاية

وانتقل الكاتب للحديث عن مفهوم الفراغ الطوري الذي صاغه العالم وليام هاملتون ومعناه قريب من فكرة لوحات إعلانات البورصة او إعلانات محطات القطارات او المطارات
بالنسبة لدراسة الميكانيكا وحركة الاجسام فبدلاٌ من استخدامنا الفراغ ثلاثي الابعاد (x,y,z( لوص موضع الجسم
ثم استخدامنا لفراغ ثلاثي الابعاد اخر لتعيين السرعة في الاتجاهات الثلاثة فاننا يمكننا استخدام فراغ تخيلي ثلاثي الابعاد يعطي كل موضع وسرعة الجسم معاٌ فاذا تعاملنا مع جسمين فيلزم لنا فراغ طوري من 12 بعداٌ فاذا اردنا استخدام تلك الفكرة لدراسة سلوك غاز ما في صندوق فسوف نحتاج الي استخدام عدد ابعاد اكبر من عدد الجزيئات بست مرات وهذا عدد خرافي !!
وهنا تتيح لنا فكرة معامل هاميلتون متابعة النظام وسلوكه مع الوقت دون حل كل المعادلات علي حدة فلنتصور مثلاٌ انا سكبنا ماء في الفراغ الطوري لقطعة ارض تحوي حفراٌ وتلال وجبال فسوف ينساب الماء في الوديان ويتجمع في الحفر العميقة التي تمثل النقطة الجاذبة للنظام
وبدون الدخول في ذكر لتفاصيل التبولوجيا التي اكمل الكاتب شرحها في باقي صفحات الفصل سأهتم بذكر الأفكار الأخرى الواردة وهي

الفكرة الأساسية التي ركز عليها الباب الثاني هو الهندسة الكسرية والأنظمة اللاخطية

الهندسة الكسرية هي بني هندسة مكونة من كسور ويمكن تعريفها بكونها جزء هندسي صغير جدا وغير منتظم ذو ابعاد لا متناهية الصغر

اما النظم اللاخطية فيجب علينا قبلها ان نتحدث عن مفهوم النظم الخطية فنحن جميعاٌ نعلم العلاقات الخطية فمثلاٌ اذا كان شخص ما خطوته هي متر واحد فحينها اذا مشي هذا الشخص خطوة واحدة فانه سيقطع مسافة قدرها واحد متر
وهكا عشر خطوات تعني 10 امتار في المسافة

اما في حالة فكرة العلاقات والنظم اللاخطية فدعنا ناخذ المثال الثاني
دعنا نفترض ان هناك الة تمشي في الخطوة الاولي مقدار مترين وتتضاعف كل خطوة فهذا يعني ان الخطوة الاولي تعني قطعها لمترين والثانية ل4 والثالثة 8 والرابعة 16 والخامسة 32 والسادسة 64 ,,,الخ خيث اننا سنجد في الخطوة الحادية عشر انه سيقطع 1024 متر
وهكذا نري ان معدل التغيير هو كبير جدا في حالة النظم اللاخطية


ولكن المشكلة في النظم اللاخطية تكمن في صعوبة التنبؤ بسلوكها فأي تغيير ولو بسيط في معلوماتنا عن حالتها الابتدائية يؤدي في النهاية الي خطأ كبير جدا في حساب الحالة النهائية كما هي الصعوبات المتعلقة بالتنبؤ بالطقس علي المدي الطويل وهي الفكرة الأساسية وراء فكرة ظاهرة الفراشة
وبالمناسبة القول المشهور عنها والذي قاله لورنتس في مؤتمر واشنطن 1972 عندما ذكر ان رفرفة جناح فراشة في البرازيل يمكن ان تؤدي الي إعصار في تكساس هو قول بلاغي لتقريب الأفكار فقط فهناك الكثير من التغيرات والعوامل التي تجعل هذا القول غير صحيح

وبقية الباب ما زال الكاتب يضع رابطاٌ بين النظم اللاخطية والهندسة الكسرية ويتحدث عن تطبيقاتها وتطرق أخيرا للحديث عن النظرية النسبية وانعكاسية سهم الزمان والحالات الابتدائية ودورها عند الفقدان بسبب الشواش
وقد تركني هذا الفصل أتساءل في النهاية
اذا كان من الممكن للشواش ان يتواجد في قلب النظم الخطية التي تتمثل في الاغلب من الاعداد الصحيحة كما يتمثل في حساسية النظم اللاخطية ؟

[Real Sciences]

للاطلاع على ما كتبناه في موقع العلوم الحقيقية عن كتاب البساطة العميقة: https://real-sciences.com/?p=4700

[Muntaser Ibrahim]

كعادة معظم الكتب العلمية المترجمة، فيه إصرار غريب على ترجمة كل كلمة علمية، مالهاش نظير متداول ف العربية للغة العربية القصحى العتيقة، هو عافية كده. فاكر مرة مصطفى إبراهيم فهمي حاول يجتهد ويترجم كلمة داونلود للعربية بشكل يحفظ معناها تماماً، المشكلة إن مفيش كلمة ف العربي بتعمل كده، لكن مصطفى فهمي إفتكس كلمة إسمها "التنزيل المرحلي المتتالي" تقريباً. فطبعاً إنتا بتضيع وقت محترم جداً في محاولة فهم معنى الكلمة دي وتعتقد إنها وصف لظاهرة علمية معقدة جداً، وفي الآخر تكتشف إن المترجم الفاضل يقصد الداونلود إللي إنتا بتعمله كل يوم عادي.

الكتاب نفسه كويس، أظن يعني، الترجمة زبالة.