Khoa học về phức tạp và đổi mới tư duy

Từ nhiều thế kỷ nay, theo một “khung mẫu” chung của “tư duy cơ giới” mà các yếu tố chủ yếu là quan điểm phân tích, giả thuyết về tínhtất địnhtrong các quan hệ nhân-quả giữa các hiện tượng, với việc sử dụng rộng rãi các phương pháp toán học trên các mô hìnhtuyến tínhvà các phép suy luận duy lýcủa lôgích hình thức, v.v..., nhiều “lý thuyết khoa học” không những trong các lĩnh vực của vật lý và tự nhiên, mà cả trong các lĩnh vực của kinh tế, xã hội đã lần lượt ra đời và được phát triển mạnh mẽ, cung cấp cho con người những kiến thức phong phú để phát triển sản xuất và công nghệ, cải thiện liên tục các cách thức tổ chức và quản lý kinh tế, xã hội, đưa nền kinh tế và xã hội toàn cầu đến bước phát triển và chuyển biến hiện nay. Tuy nhiên, khung mẫu tư duy cơ giới đã quy giản cách nhìn, cách hiểu của con người về thực tế vào những mô hình tất định tuyến tính và quan điểm phân tích, kiểu tư duy đó đã càng ngày càng được chứng tỏ là không còn thích hợp khi nhận thức của con người chuyển sang một giai đoạn mới với những yêu cầu hiểu biết về thực tế vốn rất phức tạp một cách đầy đủ và sâu sắc hơn. Và để đáp ứng những yêu cầu nhận thức đó, khoa học cần phải vượt qua những giới hạn của tư duy cơ giới để tìm kiếm một “khung mẫu” mới cho mình. Quá trình tìm kiếm và thay đổi đó được đánh dấu bởi những sự kiện quan trọng như sự ra đời của thuyết tương đối và cơ học lượng tử trong các thập niên đầu của thế kỷ 20, sự phát minh các định lý Gödel về tính không đầy đủ của các hệ toán học hình thức vào thập niên 1930, sự ra đời của các lý thuyết về hệ thống, về thông tin, về điều khiển học vào cuối thập niên 1940, sự phát hiện hiện tượng “hỗn độn tất định” và do đó sự ra đời lý thuyết hỗn độn vào thập niên 1970, và sau đó sự hình thành hướng nghiên cứu về “phức tạp” và các “hệ thống thích nghi phức tạp” vào giữa những năm 1980; đó là chưa kể nhiều biến chuyển và đổi thay trong các lý thuyết về sinh học, sinh thái học, kinh tế học, v.v… Những đổi thay đó mang nhiều nét đặc thù thuộc riêng từng chuyên ngành, nhưng cũng đã bắt đầu cùng góp phần tạo nên những nét chung của một “khung mẫu tư duy” mới mà ngày nay nhiều tác giả đã quen gọi là “tư duy hệ thống”.

Trong một bài viết trước đây,[1]tôi đã trình bày một số suy nghĩ về tư duy hệ thống và đổi mới tư duy nói chung. Trong bài này tôi xin tự hạn chế vào một vài hiểu biết về các quan điểm tư duy được rút ra từ các nghiên cứu gần đây về các đối tượng phức tạp để tiếp tục đóng góp vào việc đổi mới tư duy. Phức tạplà nội dung chủ yếu của khoa học hệ thống hiện đại; các hệ thống thực tế trong tự nhiên, vũ trụ, trong cuộc sống, trong kinh tế, trong xã hội loài người, về bản chất đều là những hệ thống phức tạp, vượt ra ngoài khả năng nhận thức của tư duy cơ giới; vì vậy, khoa học về phức tạptuy đang trong giai đoạn hình thành cũng đã được các nhà khoa học đặt nhiều kỳ vọng, xem đó sẽ là khoa học của thế kỷ 21. 

Đối tượng của khoa học này là các hệ thống phức tạp, theo nghĩa là các hệ thống bao gồm rất nhiều thành phần vận động và tương tácvới nhau và với môi trường theo nhiều kiểu quan hệ, chủ yếu là các quan hệ phi tuyến; vì các hệ thống như vậy không thể được nhận thức bằng tư duy phân tích nên chúng cần được nghiên cứu từ quan điểm toàn thểcủa tư duy hệ thống, lấy các thuộc tính hợp trộicủa toàn thể, chứ không phải các thuộc tính riêng lẻ của các thành phần, làm đối tượng nghiên cứu chính. Từ mấy thế kỷ nay, tuân theo hình mẫu Newton về vũ trụ, bằng con đường phân tích ta đã tìm hiểu được khá sâu về thuộc tính của các thành phần như của một hạt cơ bản, một nguyên tử, một phân tử, một tế bào, một nơ-ron,…; nhưng nay đã đến lúc ta không phải chỉ muốn hiểu một vật, một phân tử, một hạt cơ bản, một tế bào, một nơ-ron,…làm gì, mà là cần hiểu hàng nghìn hàng triệu vật như vậy cùng làm gì.Từ nhiều nghiên cứu và khảo sát ở các lĩnh vực khác nhau người ta nhận thấy rằng các thuộc tính hợp trội của các hệ thống trong toàn thể thường được hình thành qua quá trình hoạt động liên kết và tương tác giữa các  thành phần, và thực chất của các hoạt động đó là làm tăng năng lực thích nghicủa các thành phần của hệ thống cũng như của hệ thống với môi trường, nên trong thời gian gần đây, một loại mô hình có tên là “các hệ thống thích nghi phức tạp” (complex adaptive systems) đã được đề xuất và được sử dụng rộng rãi như là mô hình chung của các hệ thống phức tạp của khoa học về phức tạp hiện nay. Các hệ thống thích nghi phức tạp đã được nghiên cứu có thể là các hệ được mô hình hoá từ thực tế, hoặc cũng có thể là các hệ hình thức, nhân tạo như các ôtômat mạng lưới, các mạng nơ-ron hình thức, v.v… Sự liên kết giữa các thành phần trong các hệ thống này thường được quy ước là giữa các thành phần lân cận nhau, các tương tác địa phương được xét có thể là đơn giản nhưng chủ yếu phải là phi tuyến. Mặc dầu với những giả thiết đơn giản hoá đó, các hệ thống thích nghi phức tạp đã được nghiên cứu cũng đã có những hành vi khác xa với những hệ thống động lực tuyến tính mà ta quen nghiên cứu trong các lý thuyết cổ điển theo khung mẫu của tư duy cơ giới. Ở đây, phương pháp nghiên cứu cũng không thể hạn chế trong phạm vi của các phương pháp phân tích định lượng và suy luận theo lô gích hình thức, mà phải được bổ sung thêm, thậm chí  phải sử dụng chủ yếu các phương pháp mô phỏng (bằng máy tính) và các suy luận, phán đoán một cách định tính, kể cả các cảm nhận trực giác. 

Những kết quả nghiên cứu thu được của khoa học về phức tạp trong vài ba thập niên gần đây tuy chưa đầy đủ, nhưng cũng đã rất phong phú, có thể cung cấp cho chúng ta nhiều căn cứ để có những tư duy đổi mới, sau đây là một vài điều cốt yếu:

• Cái quan trọng nhất ở một hệ thống là các thuộc tính hợp trộicủa nó. Các thuộc tính hợp trội được tạo nên do sự liên kết và tương tác của các thành phần. Các mối liên kết và tương tác đó hình thành nên mạng lưới các dòng vào, dòng ra của sự trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin bên trong hệ thống và giữa hệ thống với môi trường. Các thuộc tính hợp trội làm nên các đặc tính của trật tự và tổ chứccủa từng hệ thống. 

• Các dòng vào, ra của sự trao đổi nói trên hình thành nên nhiều vòng liên hệ phản hồicủa hệ thống. Một vòng liên hệ phản hồi đi từ một đầu ra đến một đầu vào, được gọi là âmnếu nó làm giảm bớt tác động của đầu vào, và là dươngnếu nó làm tăng thêm tác động đó. Các vòng phản hồi âm có tác dụng duy trì tính cân bằng và ổn định của hệ thống, và ngược lại, các vòng phản hồi dương thường có tác dụng phá vỡ tính cân bằng và ổn định của hệ thống. Các hệ động lực tuyến tính thường có trạng thái cân bằng và có khả năng được điều khiển về trạng thái cân bằng đó một cách ổn định, còn đối với các hệ phức tạp có nhiều tương tác phi tuyến tạo nên các dòng phản hồi dương thì thường không có các trạng thái cân bằng để nó hướng tới một cách ổn định. Lý thuyết hỗn độn cho ta biết rằng các hệ động lực phi tuyến thường có các “tập hút hỗn độn”, tức là các tập hút không phải là những điểm cân bằng cũng không phải là các tập hữu hạn điểm mà hệ thống bị hút tới một cách tuần hoàn. Tính “hỗn độn” của các hệ động lực phi tuyến được đặc trưng bởi tính “phụ thuộc nhậy cảm vào điều kiện ban đầu” và tính “không dự đoán được”, là các tính chất mà các hệ tuyến tính không có.

• Các hệ thống phức tạp thường chứa trong nó cả những thành phần tuân theo các luật động lực tuyến tính và những thành phần tuân theo các luật động lực phi tuyến, do đó có cả những dòng phản hồi âm và dương, tạo nên những hành vi địa phương rất đa dạng và khác nhau rồi tương tác với nhau để làm nên hành vi phức tạp của toàn hệ thống. Có thể có nhiều dạng hành vi toàn thể phức tạp rất khác nhau của hệ thống, trong đó có ba dạng đáng chú ý nhất là: (1) dạng cân bằng, ổn định, có thể dự đoán được, đó là trường hợp khi hệ là tuyến tính, có tập hút là một điểm cân bằng; (2) dạng có nhiều tập hút lạ, hỗn độn ở mức cục bộ, nhưng đồng thời vẫn có những yếu tố cân bằng và ổn định ở mức toàn thể; và (3) dạng hành vi ở trong trạng thái “hỗn độn sâu” hay khủng hoảng, không còn có khả năng giữ được một sự cân bằng ổn định nào nữa. Dạng thứ nhất là dạng quy giản về mô hình các hệ thống tuyến tính đã được nghiên cứu nhiều trong phạm vi tư duy cơ giới, khó có thể thích hợp cho việc nghiên cứu các hệ thống phức tạp trong thực tế hiện nay. Ở một cực đoan khác, dạng thứ ba là dành cho các hệ thống khi rơi vào hỗn độn và khủng hoảng, chỉ còn có ngẫu nhiên và hỗn loạn thống trị, khi trật tự cũ đã tan rã nhưng chưa hình thành được một trật tự mới thay thế; tuy nhiên đối với các hệ thích nghi phức tạp thì rơi vào dạng hành vi đó cũng có nghĩa là rơi vào một giai đoạn chuyển tiếp để cho mầm non của một trật tự mới chớm nở và phát sinh từ trong tan vỡ của trật tự cũ. Dạng hành vi thứ hai là dạng phổ biến nhất đối với các hệ thích nghi phức tạp, khi trật tự cũ chưa mất, nhưng hệ đã có nhiều yếu tố gây nên hỗn độn, đòi thay đổi trật tự cũ và cạnh tranh nhau, làm cho hệ trở nên bất định, không chắc chắn, khó mà tiên đoán được xu thế phát triển; trạng thái đó thường được gọi là ở bên bờ hỗn độn(at the edge of chaos); đó cũng là môi trường làm nẩy nở các hoạt động tích cực của những yếu tố sáng tạo, đổi mới, những khả năng thích nghi, để góp phần làm nên những hợp trội tạo thành trật tự mới của hệ thống. 

• Đối với các hệ thống thích nghi phức tạp, không có các trạng thái cân bằng ổn định, không có trật tự nào là ổn định lâu dài, do đó trạng thái gần như thường xuyên của hệ thống là ở bên bờ hỗn độn, tại đó các thành phần của hệ thống tương tác với nhau, có cạnh tranh, có hiệp tác, vận dụng các năng lực thích nghi,… để rồi tạo nên trật tự mới, đặc trưng bởi những thuộc tính mới, hệ thống chuyển sang một giai đoạn ổn định tạm thời trong trật tự mới, rồi tiếp tục các hoạt động tương tác mới, và sẽ lại dẫn đến một trạng thái “ở bên bờ hỗn độn” mới, v.v… Toàn bộ quá trình đó ta gọi chung là quá trình tiến hoácủa hệ thống. Ta hy vọng rằng, từng là nguồn gốc tạo nên các loài theo học thuyết tiến hoá Darwin, tiến hoá với cơ chế thích nghi cũng là nguồn gốc tạo nên các trật tự mới, các trình độ tổ chức mới của các hệ phức tạp trong tự nhiên cũng như trong kinh tế, xã hội. 

• Tuy nhiên, nếu trong học thuyết tiến hoá sinh học, cơ chế thích nghi chủ yếu được thể hiện bằng các hình thức cạnh tranh sinh tồn và chọn lọc tự nhiên, qua chọn lọc tự nhiên mà giữ lại những gì có khả năng thích nghi nhất và loại bỏ những gì không có khả năng đó, thì theo khoa học về phức tạp hiện nay, cơ chế thích nghi được hiểu rộng hơn theo nghĩa là tăng cường khả năng họcđể nâng cao năng lực sáng tạo và đổi mới và thực sự tìm kiếm được cho mình giải pháp thích nghi với những đòi hỏi của tình hình để tiếp tục tồn tại và phát triển trong xu thế trật tự mới của hệ thống. Thích nghi là học, bởi vì không có một thực thể sống, một tổ chức nào trong thế giới, trong vũ trụ chúng ta chịu đứng yên để cho bất kỳ một luật cạnh tranh và chọn lọc nào đó loại bỏ và huỷ diệt, mà luôn học để tìm cách thích ứng, tồn tại và phát triển. Họclà tích luỹ thêm hiểu biết, kinh nghiệm, học từ những từng trải của bản thân mình, học từ giao tiếp với đối tác, v.v…, và như vậy, học là để nâng cao thêm chất lượng của tính tổ chức và trật tự trong bản thân mình, và do đó góp phần cùng nâng cao phẩm chất của tính trật tự và tổ chức của toàn hệ thống. Và vì vậy, tiến hoá không chỉ là một quá trình chắt lọc cái này và loại  bỏ  cái  kia (và cũng là làm nghèo đi cái phong phú chung của toàn thể), mà tiến hoá về thực chất là đồng tiến hoá, trình độ trật tự và tổ chức của cái toàn thể tăng lên trong sự tăng lên của tính đa dạng và chất lượng tổ chức của các thành phần. Ngày nay, trong nhiều lĩnh vực ta thường nghe nói đến việc tìm các chiến lược “thắng/thắng” hay các bên cùng thắng thay cho chiến lược “ai thắng ai”, chính là theo tinh thần đó của tiến hoá.

• Tiến hoá là một quá trình liên tục làm tăng thêm độ phức tạp toàn thể của hệ thống, bằng việc làm nẩy sinh thêm nhiều yếu tố mới, nhiều mối tương tác mới, tạo thêm khả năng xuất hiện nhiều thuộc tính hợp trội mới; tuy nhiên nếu đối với các hệ tuyến tính, đích đến có thể là một trạng thái cân bằng ổn định, ta có thể nói đến việc dự đoán và điều khiển hệ thống tiến đến mục đích đó, thì nói chung đối với các hệ thích nghi phức tạp (phi tuyến), mục tiêu là bất định theo nghĩa không xác định được trước một cách chắc chắn, không dự đoán được, mọi thành phần của hệ thống luôn luôn ở trong tình trạng đứng trước một miền đất chưa khai phá, chưa có sẵn bản đồ, do đó luôn cần có một tầm nhìn và những năng lực thích nghi, sáng tạo, tự vạch đường mà đi, tự bươn chải trong môi trường của những khả năng cạnh tranh và hiệp tác, v.v…, để rồi cùng nhau sáng tạo nên những chất lượng mới của những thuộc tính hợp trội mới, của trật tự mới. Trật tự mới, tổ chức mới là do các thành phần liên kết, tương tác với nhau mà cùng tạo thành, chứ không phải được lập nên do một mệnh lệnh nào từ bên ngoài, ở bên trên quyết định. Như vậy, các trật tự do hợp trội mà thành, các thuộc tính do hợp trội mà có, trước hết là sản phẩm của bottom-up, từ dưới lên, chứ không phải là do top-down, từ trên xuống.  Bottom-up là thực chất của dân chủ, là việc tôn trọng quyền của bên dưới, của các thành viên, được tự do suy nghĩ và hành động, tự do lựa chọn tương lai riêng cho mình, và tự do lựa chọn cả những giải pháp liên kết, cạnh tranh và hiệp tác, tự do sáng tạo và thích nghi,…; và trật tự tạo thành sẽ là kết quả hợp trội của tổng thể các ý chí và hành động của tất cả các thành viên của hệ thống. 

Trên đây là trình bày sơ lược một vài đặc điểm của các hệ thống thích nghi phức tạp. Đó là các kết quả được rút ra từ những khảo sát trên các hệ thống thực tế, hoặc từ những quan sát thực nghiệm trên các mô hình của các hệ thống nhân tạo được mô phỏng bằng máy tính, v.v… kết hợp với những suy luận định tính và những cảm nhận trực giác của người nghiên cứu; có thể trên đường đi đến những kết luận đó có sử dụng đây đó những suy luận định lượng và những lập luận phân tích của khoa học truyền thống nhưng không là cơ bản, do vậy nói chung các kết luận đó không có các chứng minh chặt chẽ như đối với các định lý toán học. Nhưng ta nhớ rằng khi đã xem là cần thiết phải vượt ra ngoài khuôn khổ của khung mẫu tư duy cơ giới thì cũng có nghĩa là ta đã chấp nhận con người khó có thể đạt được các “chân lý khách quan” và khoa học; đối với chúng ta, không nhằm tìm kiếm các “chân lý khách quan” xa vời đó, mà là tìm kiếm các lời giải cho những bài toán mà ta cần giải quyết trong cuộc sống của mình. Và, với cách hiểu đó thì ta hy vọng rằng những kết quả nghiên cứu về các hệ thống thích nghi phức tạp nói chung và những điều trình bày trên đây nói riêng có thể giúp ta có thêm căn cứ để đổi mới tư duy của chúng ta về những vấn đề thực tế mà chúng ta gặp phải trong cuộc sống.