Entropie en Rising Flow

De ‘werkdoelstelling’ van dit blog is een apparaat te vinden om vooruit te kunnen voorspellen of een bedrijf op de langere termijn levensvatbaar is of niet. Om dat te kunnen doen moet de thermometer erin: het zoeken is naar één of andere parameter die bepalend of op zijn minst indicatief is voor de levensvatbaarheid, of er, zo gezegd, ‘leven in zit’. Mijn uitgangspunt voor deze post is dat een andere manier om datzelfde aan te duiden de ‘mate van levendheid’ van het systeem is. Als die bekend zou zijn, dan is dat een indicatie van de levensvatbaarheid – en met excuses voor de semantiek.

Ik verwacht dan van zo’n parameter dat als die bijvoorbeeld hoger is en er meer leven in het systeem zit, het meer kans maakt om op de lange termijn te overleven. En vice versa, hoe lager des te minder. Dus is er een meetbare parameter te definiëren voor een onderneming die dat geheim prijsgeeft? In deze post, nummer 4 van 7 in deze conversatie, doe ik een eerste onderzoek naar deze vraag, overigens niet in de waan dat ik meteen met een antwoord op de proppen zal kunnen komen, en ik begin bij het begrip entropie.

Entropie bestaat voor open systemen en niet voor geïsoleerde systemen. In een natuurlijk thermodynamisch proces vindt een toeneming plaats van de som van de van de entropieën van de participerende systemen. Materie en energie verspreiden zich over de (deel)systemen als die niet (langer meer) van elkaar gescheiden zijn. De entropie binnen het heelal neemt weliswaar toe omdat de entropieën in deelsystemen toenemen, maar de totale energie en materie in het heelal zijn constant, het wisselt niets uit met haar omgeving. De afspraak is dat natuurwetten altijd en overal gelden en vandaar dus dat die 2-de wet geen natuurwet is, maar wel een empirische wet en wel met een enorme geldingskracht.

Dit is een voorbeeld van toenemende entropie: een bak is gescheiden met een uitschuifbare tussenwand. De ene kant van de bak is gevuld met water en de andere met inkt. Als de wand wordt verwijderd dan vermengen het water en de inkt zich tot een homogeen water-inkt mengsel. ‘Ontmengen’ is lastig en de kans dat dat vanzelf gaat is extreem klein. Datzelfde geldt voor het ‘ontbakken’ van een spiegelei overigens en het ontpoepen van paardenmest.

Stel je omgekeerd twee containers met gas van gelijke temperatuur voor die naast elkaar staan. De containers staan met elkaar in verbinding via een soort afstandbedienbaar kattenluik. Steeds als er een molecuul is dat sneller is dan gemiddeld in vat A en dat in de richting van het kattenluik gaat dan opent een duiveltje (zie: James Clerk Maxwell, Maxwell’s demon) het luik. Het theoretische resultaat is dat de gemiddelde snelheid (en daarmee de temperatuur) van de moleculen in A daalt en die in B stijgt: de entropie neemt af. Om dat te kunnen doen, gesteld dat het kattenluik frictieloos is, is meting van de snelheden van de moleculen nodig en een administratie van de kandidaat-moleculen en de gegevens van hun positie en snelheid. Het is theoretisch bewezen dat de energie die het kost – en die dus van buiten moet worden ingevoerd – om bits uit de administratie te wissen als de geheugenruimte ‘op’ is equivalent is aan de energie die gemoeid gaat met entropie productie.

In tegenstelling tot alle andere natuurwetten is een gevolg van de werking van de 2-de wet van de thermodynamica dat er (in natuurkundig opzicht op macro-schaal) onomkeerbare processen bestaan die ook nog eens leiden tot een situatie van wanorde, of eigenlijk dat de productie van wanorde onomkeerbaar is. En dat leidt op zijn beurt tot een ‘tijdpijl’. Dat begrip is in 1928 als volgt geïntroduceerd door Arthur Stanley Eddington:

“Let us draw an arrow arbitrarily. If as we follow the arrow we find more and more of the random element in the state of the world, then the arrow is pointing towards the future; if the random element decreases the arrow points towards the past. That is the only distinction known to physics. This follows at once if our fundamental contention is admitted that the introduction of randomness is the only thing which cannot be undone. I shall use the phrase ‘time’s arrow’ to express this one-way property of time which has no analogue in space.”

Eddington noteert er de volgende punten bij:

  • Zij wordt actief herkend door het menselijk bewustzijn
  • De mens herkent dat het omkeren van de tijdpijl sommige processen onzinnig c.q. onlogisch zou maken (bijvoorbeeld het ontbakken ei)
  • Zij komt niet voor in de natuurkunde, behalve wat betreft de organisatie van meerdere individuen (deeltjes of dingen dus)

Eddington komt tot de conclusie dat in de natuurkunde de tijdpijl alleen geldig is voor entropie (productie). De gangbare zienswijze is dus dat tijdpijl die in de richting van maximale wanorde wijst. In zijn Diesrede in 2005 stelde Frans Saris, toen decaan van de faculteit wis- en natuurkunde in Leiden, dat dat uitgangspunt aangepast kan worden naar: ‘de tijdpijl wijst in de richting van maximale bewegingsvrijheid’.

Kelly beschrijft het in ‘Out of Control’ als volgt, ik heb het zo gelaten, want ik kan dat niet verbeteren:

From the crack of the big bang a hot universe runs down for ten billion years or so. About two-thirds along into its history something clicks, and an insatiable force begins hijacking the slipping heat and order into local areas of higher order. The remarkable thing about this hijacker is that (a) it is self-sustaining and (b) it is self-reinforcing: the more of it around, the more it makes of itself.

Two currents are thus born out of the white flash. One runs downhill all the way. This force begins as a wild hot party and fizzes out into silent coldness. This dive is Carnot’s depressing Second Law, a ghoulish rule if ever there was one: all order will eventually succumb to chaos, all fire will die, all variety goes bland, all structure will eventually extinguish itself.

The second current runs in parallel, but with the opposite effect. It diverts the heat before the heat disperses (since disperse it must) and extracts order out of disorder. It borrows the failing energy and raises the ante into a rising flow.

The rising flow uses its short moment of order to snatch whatever dissipating power it can to build a platform upon which to extract the next round of order. It saves nothing and spends all. It invests all the order it has to amplify the next round of complexity, growth, and order. In this way it taps chaos to breed antichaos. We call it life.

The rising flow is a wave: a slight rise amid a degrading sea of entropy; a sustainable crest always falling upon itself, forever in the state of almost-toppled.

The wave is a moving edge thoughout the universe, a thin line between the plunging sides of chaos. One side slopes away to frozen gray solidness, the other slips into overexcited black gaseousness. The wave is the eternally moving moment between the two – the eternal liquid. The gravity of entropy cannot be defied; but as the crest forever falls, biological order rides it down like a surfer.

The order accumulated by the rising wave serves as a plank to extend itself, using energy from outside, into the next realm of further order. As long as Carnot’s force flows downhill and cools the universe, the rising flow can steal heat to flow uphill in places, building itself high by pulling on its bootstraps.

Like a pyramid scheme, or building a castle in the air, the game of leveraging order as a means to buy more order is a game that’s got to keep expanding or collapse. Our collective history as living beings is the story of a trickster who has found a foolproof gimmick and is pulling a fast one  – and getting away with it so far.’

Hij levert dan meteen de volgende kritiek op dit bovenstaande verhaal:
1) Te poëtisch. Laten we hopen dat er een wetenschappelijke falsifieerbare wet voor wordt gevonden
2) Te doelgericht: ‘it smells of progress’. Het heeft de schijn dat er een onzichtbare kracht aan het werk is die in toenemende mate geavanceerde mechanismes oplevert om zichzelf in stand te houden, met als lelijke uitwas de ideeën van de sociale evolutie. Sterker nog: het heeft de schijn van religie! De geologische periodes van evolutie hebben de ‘white protestant male’ boven aan de voedselketen opgeleverd?

Maar als dat dan niet het doel van evolutie is, wat is het dan als het een doel heeft? Heeft leven een doel, een richting, of zwerft het rond? Is er verandering zonder vooruitgang?

Om dat meteen maar op te ruimen: alle organismes die op dit moment bestaan, zijn het gevolg van dezelfde periode aan evolutie, dus een mens is in zijn omgeving even ver geëvolueerd als een luipaard of een E. Coli. Er is geen bijzondere reden waarom nou net een mens aan de top van de evolutionaire ontwikkeling zou moeten staan, volgens dezelfde logica kan het met dezelfde kracht van argumenten ook een andere soort zijn. Die ‘progress’, vooruitgang dus, veronderstelt een geplande en vooropgezette verbetering ten opzichte van het vorige meetpunt. En dat is de crux: dat plan, die vooropzet, is er niet. Evolutie is een een ontstaansproces dat zijn weg blijkt te vinden zonder dat er een doel of een planning aan ten grondslag ligt. In Kelly’s woorden: ‘it doesn’t matter what you do as long as you make it’.

Om het dan nog even scherper te slijpen: het proces van evolueren is dus lokaal niet doelgericht, maar is er ook geen geen globale richting aan? Daar ligt het complexer: het lijkt erop dat deterministische systemen inderdaad teleologisch kunnen zijn. Misschien niet in de zin van een vooropgezet plan, maar wel in de zin van een neiging of een tendens om in  een bepaalde richting te bewegen. Kelly geeft de volgende lijst van mogelijke elementen die in de richting in dat proces toenemen:

1) Onomkeerbaarheid: als in één of andere niche leven ontstaat dan verdwijnt het er niet meer uit. Als een kenmerk van een levend organisme wordt uitgevonden, dan wordt dat niet meer ‘onuitgevonden’. Nu dat leven in computers is geïnfiltreerd, is het niet waarschijnlijk dat het er weer uit verdwijnt

2) Complexiteit: dat begrip is, hoewel herkenbaar, lastig te omschrijven: alle levensvormen zijn eenvoudig begonnen en zijn daarna complexer geworden zoals in ingewikkelder

3) Diversiteit: in de Burgess Shale zijn fossiele resten te vinden van wat in de evolutie biologie de Cambrian Explosion wordt genoemd: een enorme toeneming van, onderling sterk uiteenlopende, soorten met allerlei fantastische kenmerken. Het gros van deze prachtige uitvindingen bestaat niet meer in levende vorm. Waarom is er dan toch sprake van een toenemende diversiteit? Echt belangrijke uitvindingen komen maar weinig voor (een oog, een nieuw stofwisselingssysteem, een nieuw zenuwstelsel, een jet-engine) en als zo iets plaatsvindt dan overleven er daarvan weinig of één. Op dat blijkbaar nuttige thema ontstaat dan een hele serie aan variaties. Op dit moment bestaan er meer van zulke soorten die fundamenteel van elkaar verschillen dan ooit tevoren.

4) Specialisatie: leven begint als één eenvoudig, vaag, vormeloos element en wordt in de tijd meer gefixeerd in een ‘wolk’ van precieze, inflexibele, machinachtige structuren. Als ze éénmaal gedifferentieerd zijn dan gaan ze vrijwel nooit terug naar een algemenere vorm en éénmaal gespecialiseerd gaan ze vrijwel nooit terug naar een algemene vorm. Het aantal gespecialiseerde levensvormen neemt toe, het aantal specialisaties neemt toe en de mate van specialisatie neemt toe. De mate van detail neemt toe.

5) Onderlinge afhankelijkheid: op een geologische tijdschaal is de tendens dat nieuwe levensvormen meer van andere levensvormen afhankelijk worden dan direct van wat de aarde te bieden heeft. Evolutie vergroot de afstand van organismes tot dode materialen en verkleint de afstand tot andere organismes: het verbindt leven op zichzelf.

6) Evolueerbaarheid: de meest succesvolle soorten ontwikkelen niet alleen kemerken die de kans om te overleven vergroten maar ook de kans op toekomstige evolutionaire stappen vergroot (Richard Dawkins). Eén of andere evolutionaire stap levert een plaform op voor ander toekomstige (en op dat moment onbekende) evolutionaire stappen. Net als de evolutie van fysieke kenmerken (die overleven op de korte termijn bevorderen) hangt dit niet van één enkel genetisch kenmerk af: het succes is verborgen in de samenhang van de fysieke  (dan wel sociale) kenmerken die het gevolg zijn van het genetisch landschap.

Kelly komt tot de conclusie dat het proces dat individuen selecteert, zelf evolueert. De richting van die evolutie is zichzelf en dat selectieproces verandert of actualiseert zichzelf continu. Leven is het substraat voor dat proces.

En wat winnen we hier nou allemaal mee, of eigenlijk: wat wint het universum met deze aanpak om de entropie te bestrijden? Het antwoord hierop is: nieuwe mogelijkheden zo ver het oog reikt.

Complexe Adaptieve Systemen (CAS) kunnen zelf-organisatie en ‘emergent behaviour’ produceren. In plaats van een proces dat leidt tot wanorde, leidt het tot een proces waardoor de orde toeneemt in verhouding tot een ‘click’ eerder. En bekeken vanuit een helicopter geldt dat ook voor bedrijven, dan wel zou je mogen verwachten van bedrijven dat dit geldt, dan wel is dat ‘raison d’être’ voor het bestaan ervan. Namelijk om orde te scheppen en met nieuwe dingen te komen. En dat zo mogelijk voor langere tijd.

Er van uitgaande dat deze processen gelden voor allerlei groepen van individuele elementen – en dus voor het samenstel van mensen, machines en desgewenst ‘memes’ – , betekent het bovenstaande dat de tijdpijl in een systeem van onderneming + omgeving niet vooruit wijst maar achteruit? Of dat deze organiserende processen de 2-de wet verslaan in het maximaliseren van de bewegingsvrijheid van alles dat eraan onderhevig is? Is dat goed nieuws en is dus entropie de maatstaf waarnaar ik zoek?

Dat zou wel fijn zijn, want dan kon ik aan de slag. Tegelijkertijd blijft een oplossing dan nog steeds ongewis, omdat entropie zelf niets betekent. Er is geen directeur van een bedrijf die zich actief inzet om ‘de entropie van zijn bedrijf eindelijk op een gepast niveau te brengen’, of een beursanalist die een rating aanpast omdat ‘de entropie van fonds X te hoog is’. Er moet meer zijn.

Ik vermoed dat dat te maken heeft met het produceren (en blijkbaar met het vernietigen) van informatie: wordt vervolgd.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.