home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1995 / TIME Almanac 1995.iso / time / 022293 / 0222300.000 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1994-03-25  |  8.6 KB  |  173 lines

  1. <text id=93TT0974>
  2. <title>
  3. Feb. 22, 1993: Life, The Universe And Everything
  4. </title>
  5. <history>
  6. TIME--The Weekly Newsmagazine--1993               
  7. Feb. 22, 1993  Uncle Bill Wants You                  
  8. </history>
  9. <article>
  10. <source>Time Magazine</source>
  11. <hdr>
  12. SCIENCE, Page 62
  13. </hdr>
  14. <body>
  15. <p>The new field of complexity may explain mysteries from the stock 
  16. market to the emergence of...
  17.      LIFE, THE UNIVERSE AND EVERYTHING
  18. </p>
  19. <p>By MICHAEL D. LEMONICK--With reporting by J. Madeleine Nash/Chicago
  20. </p>
  21. <p>     If the basic rules of chemistry are any guide, life should
  22. not exist. Scientists showed in the 1950s that shooting an electric
  23. spark through a soup of chemicals--thus simulating lightning
  24. strikes on the primordial planet earth--could produce simple
  25. organic compounds. But complex, self-reproducing chemicals like
  26. dna? They shouldn't have arisen in a trillion years. At an even
  27. deeper level, the second law of thermodynamics dictates that
  28. the universe should inexorably move toward disorganization.
  29. Cups of tea always cool off; they never spontaneously get hotter.
  30. Iron rusts, but rust never turns into iron.
  31. </p>
  32. <p>     Yet over the eons, a chaotic universe organized itself into
  33. stars and galaxies and planets. And at least one planet, our
  34. own, is now bursting with life in bewildering varieties, filled
  35. with organisms that have arrayed themselves into ecosystems,
  36. communities and complex societies. How did this happen? That
  37. is the question posed by a brand-new field of science known
  38. as complexity.
  39. </p>
  40. <p>     The central idea is that self-organization is almost inevitable
  41. in a wide range of systems, both natural and man-made. The consistent
  42. shape of sand dunes marching across a desert, the evolution
  43. of complicated body parts such as eyes and kidneys, the equilibrium
  44. between supply and demand in a functioning economy and the existence
  45. of life itself--all these may be expressions of this single
  46. principle.
  47. </p>
  48. <p>     The theory is compelling enough to have spawned its own research
  49. center, the Santa Fe Institute in New Mexico. And while some
  50. scientists dismiss complexity as just a trendy buzz word used
  51. to attract grant money, the field has drawn not only young hotshots
  52. but also Nobel laureates in physics, including Philip Anderson
  53. and Murray Gell-Mann, and Economics laureate Kenneth Arrow.
  54. </p>
  55. <p>     Complexity has been around for more than a decade, and its roots
  56. go back even further, but it is surging in popularity thanks
  57. largely to two popular books. They are, confusingly, Complexity,
  58. by M. Mitchell Waldrop, and Complexity, by Roger Lewin; both
  59. authors formerly wrote for the journal Science. Like James Gleick's
  60. wildly successful 1987 book Chaos, each volume attempts to convey
  61. to lay readers the basics of the science as well as the excitement
  62. it is generating among its practitioners. (Mini-review: Waldrop's
  63. book, a straightforward, detailed account, succeeds admirably;
  64. Lewin's, a chatty personal memoir, does not.)
  65. </p>
  66. <p>     Complexity theory and chaos theory share more than the attention
  67. of enterprising writers; they are scientific first cousins.
  68. The essence of chaos theory is that certain phenomena involve
  69. so many factors that they are inherently unpredictable; although
  70. a scientist may be able to project the pattern of a swinging
  71. pendulum or a flying cannonball, it is impossible to determine
  72. how far apart two leaves will be after they go through a waterfall
  73. or exactly what the weather will be a month from now. Reason:
  74. in systems governed by the mathematics of chaos, small events
  75. have big consequences. For instance, even the random firing
  76. of just a few neurons, say chaos theorists, can throw a normally
  77. beating heart into wildly irregular fibrillation. The best that
  78. scientists can do is recognize that the world's chaos follows
  79. certain patterns.
  80. </p>
  81. <p>     Complexity theory examines the systems that lie in the middle
  82. ground between the predictable and the chaotic--in fact, right
  83. on the border between the two states. Says Edward Knapp, president
  84. of the Santa Fe Institute: "We think of a complex system as
  85. one that is probably never in equilibrium, a system with many
  86. interlocking parts that are not easily described by simple arithmetic."
  87. </p>
  88. <p>     One of the easiest examples to understand is sand dunes, which
  89. maintain their overall shape despite winds and sand slides.
  90. Researchers at IBM's Thomas Watson Research Center built an
  91. artificial dune, a tiny sandpile sitting on a sensitively balanced
  92. plate, to study this behavior in detail. In one experiment,
  93. they dropped 35,000 grains of sand onto the pile one by one.
  94. As the sides grew too steep--in some cases, by only a single
  95. grain of sand--avalanches would make the pile collapse. Then
  96. it would start growing steeper again, until it was time for
  97. the next avalanche.
  98. </p>
  99. <p>     This phenomenon is known as self-organized criticality--the
  100. grains have organized themselves to slope at a certain angle,
  101. yet the arrangement is precarious because a tiny extra bit of
  102. sand can knock the whole thing down. The sandpile is not quite
  103. stable, not quite chaotic.
  104. </p>
  105. <p>     Complexity theorists believe more sophisticated phenomena follow
  106. the same pattern. The stock market can, without outside direction,
  107. hum along on an upward course for years and then crash 500 points
  108. in a single day. A species can survive for millions of years
  109. and then abruptly die out--or conversely, evolve almost all
  110. at once into something entirely new. And self-reproducing organisms
  111. can somehow arise, against all odds, from a soup of simple organic
  112. chemicals.
  113. </p>
  114. <p>     It certainly makes intuitive sense that a simple underlying
  115. principle should explain such similar behaviors across a wide
  116. variety of systems. Indeed, complexity theorists often speak
  117. about their science "feeling" or even "tasting" right. Waldrop
  118. sometimes jokingly refers to the all-encompassing theory as
  119. "the Grand Unified Theory of Holism." The only trouble is, he
  120. says, "some people take me seriously."
  121. </p>
  122. <p>     The field might have remained a kind of New Age plaything for
  123. computer nerds were it not for the fact that it has stood up
  124. to a variety of tests. Some experiments have been done in the
  125. lab, as with tiny sandpiles. More often they take place inside
  126. computers. Scientists create mathematical models of real-world
  127. systems--the stock market, an ecosystem, a group of living
  128. cells--and let them evolve on the screen. If the computerized
  129. world behaves as the real one does, there is a good chance the
  130. underlying mathematics is valid.
  131. </p>
  132. <p>     By this measure, complexity works, at least roughly. Computer
  133. simulations of life, the best-known application of the theory,
  134. create onscreen worlds of cyber-creatures that evolve in ways
  135. that eerily parallel real life. Biophysicist Stuart Kauffman
  136. of the Santa Fe Institute says confidently, "Biological evolution
  137. proceeds at the boundary between order and chaos. If there is
  138. too much order, the system becomes frozen and cannot change.
  139. But if there is too much chaos, the system retains no memory
  140. of what went on before."
  141. </p>
  142. <p>     Another area where computerized worlds seem to mimic the real
  143. one is economics. J. Doyne Farmer, a physicist formerly at Los
  144. Alamos National Laboratory, has been struck by how the mathematics
  145. of complexity seems to explain the workings of the stock market,
  146. which, like a biological system, involves constant adaptation
  147. to change by individual participants. After playing with computer
  148. models, Farmer decided it was time for a reality test of the
  149. theory. He and several partners founded Prediction Co., an Albuquerque,
  150. New Mexico, investment firm that uses math to try to beat the
  151. financial markets. Says Farmer: "If I can be right 55% of the
  152. time, that's enough to make plenty of money." In dry runs the
  153. company has done even better. Armed with an undisclosed amount
  154. of venture capital, Prediction Co. has begun trading for real.
  155. </p>
  156. <p>     Even if Farmer gets rich, there will be skeptics who dismiss
  157. the idea that complexity is the scientific revolution its proponents
  158. claim. The critics, writes physicist and sometime Santa Fe Institute
  159. visitor Daniel Stein in the December issue of Physics Today,
  160. can rightly ask, "Why is it necessary to force ((these phenomena))
  161. under a single umbrella?" Yet there can be no doubt that investigations
  162. of complexity and chaos have at least made things more interesting.
  163. Comments Rockefeller University physicist Mitchell Feigenbaum:
  164. "Now we see things we didn't notice before, and we ask questions
  165. we didn't know how to ask. And whenever we can think of new
  166. questions, we can do good science."
  167. </p>
  168.  
  169. </body>
  170. </article>
  171. </text>
  172.  
  173.