”Liian vähä muutos voi olla aivan yhtä tuhoisaa kuin liika muutos. Vain kaaoksen reunalla monimutkaiset järjestelmät voivat kukoistaa.” –Michael Crichton, Kadonnut maailma
Jurassic Park –elokuva teki pikkupoika-minuun ja moneen muuhun lähtemättömän vaikutuksen. Valkokankaan dinosaurukset olivat täydellisiä dna:n ja kloonaamisen kansantajuistajia. Kirjan Kadonnut maailma -nimisessä jatko-osassa viljelty käsite ”kaaoksen reuna” puolestaan sai paljon vähemmän huomiota niin lasten kuin aikuistenkin keskuudessa. Rocktähtimäinen matemaatikko Ian Malcolm jäi dinosaurusten varjoon.
Itämeren ekosysteemi sijoittuu todennäköisesti kaaoksen reunalle abstraktissa, matemaattisessa mielessä. Nature-lehden artikkelissa vuodelta 2008 todistetaan, että eräs Itämeren planktonekosysteemi on kaoottinen. Amsterdamin yliopiston Elisa Benincàn ja Jef Huismanin johtamassa tutkimuksessa planktonia, matoja ja ötököitä kerättiin niin että ne muodostivat kokonaisia ravintoketjuja. Sitten niitä pidettiin laboratoriossa vakio-olosuhteissa. Sen sijaan, että ekosysteemi olisi hakeutunut tasapainoon ja eri lajien populaatiot vakiintuneet, populaatiot heilahtelivat voimakkaasti. Yksittäisten lajien populaatiot saattoivat heilahdella täysin ilman säännönmukaisuutta ja ajoittain jopa satakertaisiksi.
Kaoottiset järjestelmät, kuten Itämeren planktonekosysteemi ja kellopelimäinen aurinkokuntamme kiertoratoineen, voivat näyttää siltä, että ne ovat tasapainossa. Pienet häiriöt kasvavat niissä kuitenkin eksponentiaalisesti (aurinkokunnassa tämä tapahtuu erittäin hitaasti). Toisaalta häiriöt eivät näissä järjestelmissä ainakaan yleensä kasva rajattomasti.
Tasapainoajattelu on monille luontaista: jos järjestelmää ei häiritä ulkopuolelta, sen pitäisi hakeutua tasapainoon. Näin ei kuitenkaan välttämättä ole; useimmiten saattaa olla toisin. Esimerkiksi taloustieteessä on viime aikoina entistä enemmän yritetty ymmärtää lamoja, kriisejä ja korkeasuhdanteita paremmin luopumalla tasapaino-oletuksesta matemaattisissa malleissa.
Freeman Dyson mainitsee kaaoksen reunan yhdeksi aikamme tärkeimmistä tutkimusaiheista, josta tosin ei ole paljoa tietoa eikä tutkimusta. Dyson on yksi 1900-luvun merkittävimpiä fyysikoita ja edelleen aktiivinen. Hän oli mukana kvanttiteorian kehittämisessä ja oli Princetonin yliopistolla töissä jo 1940-50-luvun taitteessa, samaan aikaan Albert Einsteinin kanssa. Ainakin ansioluettelon ja kokemuksen perusteella hänet voidaan ottaa vakavasti. (hän puhuu tarkemmin heikosta kaaoksesta, joka kuitenkin lienee sama asia. Johtolangoissa on vielä yhteenpunottavaa)
Vaikuttaa siltä, että kaaos luonnossa on usein nimenomaan heikkoa. Olemme kaaoksen reunalla, joustamiskyvyttömän vakauden ja täydellisen sekasorron välissä. Ian Malcolmin filosofian mukaan tämä mahdollistaa sopeutumisen vaihtuvaan ympäristöön, kehittymisen, monimutkaisten järjestelmien kukoistuksen.
Kaaoksen reuna käsitteenä syntyi tutkittaessa soluautomaatteja. Soluautomaatit ovat yksinkertaisia laskennallisia malleja, joissa soluruudukko päivittyy jatkuvasti, usein yksinkertaisten sääntöjen mukaan. Soluautomaatteja on erilaisia. Toiset ovat taipuvaisia muodostamaan yksinkertaisia, stabiileja rakenteita toisten tuottaessa television lumisateen näköistä satunnaista kohinaa. Kaaoksen reunalla havaitaan yleensä monimutkaisimmat rakenteet.
Ensi viikolla alkavassa työpajassa Saksan Dresdenissä yritämme tuoda epätasapainojärjestelmien fysiikkaa ilmaston tutkimukseen. Monimutkaisten järjestelmien fysiikkaan erikoistuneella Max Planck -instituutilla on haasteena tasapainottelu järjestettyjen luentojen ja kaoottisemman ideoinnin välillä.
