Sığırcıklar ve karmaşıklık

Geçenlerde sosyal medyada gördüğüm bir fotoğraf ve altındaki yorum çok ilgimi çekti. Fotoğraftaki sığırcık sürüsü, fotoğrafın çekildiği açıdan adeta büyük bir kuş silueti oluşturuyordu. Alttaki yorum da, küçük bir kuş olan sığırcıkların sürü halinde birleşip büyük bir kuş görüntüsü oluşturarak yırtıcıları uzak tuttuğuydu.  

Tabi ki durum tam olarak böyle değildi. Sığırcıklar özellikle akşam gün batımına yakın zamanlarda sürü haline gelerek muhteşem uçuş gösterileri yapar. Bütün sürü dalgalanır, titreşir, değişik şekiller oluşturur ve bunu ahenkle yapar. Bu fotoğraf da, sürünün "hava dansı" sırasında çekilmiş bir an sadece. Yani sürünün büyük bir kuşa benzeme çabası değil, tıpkı bulutları köpek veya tavşana benzetmemiz gibi, uçuş sırasında tesadüfen yakalanmış bir görüntü.

Benim kuşlara ve kuş fotoğrafçılığına (ilgilisi için bağlantı) olan ilgimin başlamasında büyük etkisi olan bir fotoğraf da tesadüfen sığırcıkları konu alıyordu. 2005 senesinde bir kitapçıdan, Natural History Museum ve BBC Wildlife Magazine tarafından düzenlenen vahşi yaşam fotoğraf yarışmasında, son 20 yılda sergilenen fotoğrafların yayınlandığı "Bambaşka Bir Dünya" isimli kitabı almıştım. Fotoğraflar beni büyülemişti adeta. Daha sonra vahşi yaşam fotoğrafçılarını takip etmeye başladım. Aynı dönemde, yine bu yarışmada 2005 yılının kazananları açıklanmıştı. Özellikle yarışmanın birincisi İtalyan Manuel Presti tarafından çekilen siyah beyaz fotoğraf çok etkileyiciydi: Bir gökdoğan sığırcık sürüsünün içine dalarken, sığırcıkların kenara doğru açıldığı görülüyordu.

Peki sığırcıklar neden böyle davranıyordu ve bu neden önemliydi?

Sığırcık sürülerinin dans hareketleri genelde sonbahar-kış mevsimlerinde, gün batımından öne meydana gelir ve yüzbinlerce birey içerebilir. Bu olayın amacına ilişkin yaygın görüş,  sürünün soğuk mevsimlerde geceyi geçirmek amacıyla tünemeden önce, tünek alanının üzerinde kalabalık olarak uçarak ısı depolaması ve alanın güvenli olduğundan emin olmasıdır. Bu dans esnasında sürüye saldıracak olan bir yırtıcı kuşun başarılı olması da oldukça zordur. Çünkü sürü çok hızlı yön ve şekil değiştirerek yırtıcının hedef belirlemesini imkansız hale getirir.

Bilim insanlarının merakını uyandıran ise bu hava dansının hangi mekaniklerle düzenlendiğidir. Birçok araştırmacı sürülerin video görüntülerini inceleyip istatistiksel yöntemlerle bu hareketlerin düzenini anlamaya çalışmış. Çalışmalarda ortaya konulan önemli bir bulgu, her bir sığırcığın etrafındaki 7 bireyin hareketlerinden etkilenerek yön ve hız değiştirdiğidir. Bu şekilde de bütün sürünün dalgalanma hareketi yaptığı öne sürülmekte. Yapılan hiçbir çalışmada sürünün hareketini yönlendiren merkezi bir karar alıcıya rastlanamamış. 

Sığırcık sürülerini inceleyenler arasında önemli bir isim de var: Nobel komitesi tarafından, "fiziksel sistemlerde atom ölçeğinden gezegen ölçeğine kadar düzensizlik ve dalgalanmaların etkileşiminin keşfine" katkılarından dolayı 2021 Nobel Fizik Ödülüne layık görülen İtalyan fizikçi Giorgio Parisi. Parisi ve ekibinin 2010 yılında yayınladıkları makalede sığırcık sürülerinin hareket dinamikleri inceleniyordu. Konuyu biraz daha incelediğimde işler oldukça ilginçleşmeye başladı, zira dünyanın önde gelen fizikçilerinden birinin kuş sürülerine olan ilgisi doğa sevgisiyle açıklanamazdı.

Karmaşıklık

Fizikçi Stephen Hawking, "Sanırım bir sonraki (21.) yüzyıl karmaşıklığın yüzyılı olacak." demişti. Karmaşıklık (complexity), birçok farklı tanımı yapılmakla birlikte kısaca, birbiriyle ve çevresiyle ilişkili, davranışı öngörülemeyen dinamik sistemler olarak tanımlanabilir. Karmaşık sistemlere örnek olarak kuantum mekaniği, insan bilinci, sinir sistemi, bağışıklık sistemi, sermaye piyasaları ve meteorolojik sistemler verilebilir. Bu sistemlerde ortaya çıkan belirme (emergence), sistemi oluşturan öğeleri ayrı ayrı olarak inceleyerek saptanamaz. Örneğin beyin hücrelerimizi mikroskopta incelemek kişiliğimiz hakkında bilgi vermez; borsaların iniş ve çıkışları işlem yapanları inceleyerek öngörülemez; mevcut meteorolojik veriler her zaman doğru hava tahmini yapmaya yetmez (Bkz: Kelebek Etkisi); tek bir sığırcığın uçuşu sürünün hareketlerini bilmemizi sağlamaz. Karmaşık sistemlerin özelliği, sistemi oluşturan öğelerin birbirleriyle ve çevreyle sürekli bilgi alışverişi halinde olması ve sistemin sürekli bir değişkenlik göstermesidir.

Karmaşık sistemlere "basit" bir örnek vermek amacıyla biz de kendimize bir deney düzeneği kurabiliriz. Bir futbolcunun, engebeli toprak bir arazide topa vurduğunu düşünün. Aynı topa, aynı yöne ve aynı kuvvette vuruyor. Arazi engebeli olduğu için her topun aynı yere gitmeyeceğini, hatta futbolcunun vuruş yönü ve gücünde de küçük farklılıklar olabileceğini düşünürüz. Bu açıdan bakıldığında sonuç oldukça belirsizdir ve topun nereye gideceği konusunda bahse girmeye kimse istekli olmaz. Fakat tepeye kayıt yapan bir kamera koyar ve futbolcuya 1 milyon vuruş yaptırırsak, görüntülerde topların belli bir bölgede yoğunlaştığını görürüz. Bunun sonucunda da istatistiksel bir bilgi ortaya çıkar. Artık topun nereye gideceği konusunda bahse girmek için daha rahat hissederiz. 

21. yüzyıla kadar bilim insanları dünyayı anlamak için Pisagor, Newton ve Einstein gibi devlerin denklemlerini kullandılar. Fakat artık bu denklemler içinde bulunduğumuz kuantum çağında yetersiz kalıyor çünkü cevap aranan soruların değişkenleri öngörülemiyor. Bilim belirsizliği tek gerçek olarak kabul etmiş durumda ve buna göre kendini yeniden konumluyor.

Parisi, uluslararası kuruluşlardan sağladığı milyon dolarlık fonlar sayesinde çalıştığı projelerde atom altı parçacıklardan tutun da doğa olaylarına ve ekonomik sistemlere kadar birçok alanda formüller üretiyor. Bunları yaparken de "süper bilgisayarlar" kullanıyor çünkü sistemi oluşturan öğe sayısı arttıkça belirsizlik artar ve süper bilgisayarların sağladığı yüksek hesaplama gücüne ihtiyaç duyulur. Amaç karmaşık sistemleri modelleyip simüle etmek ve istatistik çıkarabilmek. 

Gelecekte karmaşıklık hesaplamaları kuantum bilgisayarlar ile yapılacak. Sınırsız hesaplama gücü ve bilginin birleşimi de mutlak gücü doğuracak. Kauntum bilgisayarların babası sayılan fizikçi Richard Feynman, "Doğa klasik değildir ve doğayı simüle etmek istiyorsanız kuantuma indirgemeli ve bu şekilde modellemelisiniz. İnanın bana bu inanılmaz büyük bir meydan okumadır. İnsanlığın karşılaştığı çözümü en zor sorun." sözünü söyledikten yaklaşık 40 yıl sonra Google kuantum bilgisayarla hidrojen molekülünü, IONQ da su molekülünü simüle etti. Görünen o ki, kuantum bilgisayarlar hızlı bir şekilde hayatımıza girmeye başlıyor. Kuantum bilgisayarlara 2021'de yaklaşık 25 milyar USD yatırım yapıldığı tahmin ediliyor.

Kuantum hesaplamalar sayesinde edinilebilecek mutlak güce bir örnek verelim. Bir ülkedeki tüm sosyal medya hesaplarını, ekonomik verileri, insanların harcama eğilimlerini, toplumsal olayları, yapılan anket verilerini eşzamanlı olarak takip edebilen bir kuantum bilgisayarın, yapılacak genel seçim sonuçlarını çok yüksek tutarlılıkla tahmin edebileceğini düşünmek çok da bilimkurgu sayılmaz. Bu gücün maddi karşılığını ölçebilmek mümkün bile olamaz. Bu olasılık ülkelerin geleceğini belirleyebilir.

Bu konu hakkında yazınca bilimkurgu üstadı Isaac Asimov'u da anmadan geçmek olmaz. Asimov efsanevi Vakıf serisinde böyle bir olguya yer vermiştir. Romanda, Hari Seldon adlı matematikçi psikotarih isimli bir bilim yaratır. Psikotarih toplumların geleceğini öngören bir istatistik bilimidir. Tahminlerinin isabetli olması için toplumu oluşturan birey sayısının çok yüksek olması ve incelenen toplumun bu öngörülerden haberinin olmaması gerekir. Karmaşık sistemlerin aksine, psikotarihte sistemdeki öğe sayısı arttıkça öngörü isabeti artar. Asimov psikotarihi şöyle ifade eder: "Vakıf’ı yazarken esas olarak, psikotarih bilimi dediğim şeyi ifade etmeye çalıştım. Bu bir anlamda determinizm ile özgür irade arasındaki mücadeleydi. Diğer taraftan büyük bir kapsam olarak galaksiyi konu edinen bir hikâye yazmak istedim. Bunu yapmak için Roma İmparatorluğu’nu alıp onu çok daha geniş bir çerçevede yorumladım. Bu yüzden üçlemedeki toplumsal sistem Roma İmparatorluk sistemine çok benzer; hikâyemin çatısı buydu."

Özetle, karmaşıklık geleceğin bilimi ve potansiyeli devrimsel nitelikte. Bu alana maddi ve beşeri yatırım yapanlar hayallerinin ötesinde kazanımlar elde edecek gibi görünüyor. Gelişmeleri dikkatle takip etmeye devam...

Murat İstektepe

Mart 2022