Ilya Prigogine werd geboren in Moskou, in het Russische Keizerrijk, als Ilya Romanovich Prigogine, in een Joodse familie. Zijn vader, Roman Abramovich Prigogine, was chemisch ingenieur aan de Polytechnische School van Moskou, en zijn moeder, Julia Vichman, was pianiste. In 1921 vluchtte hij met zijn familie uit Sovjet-Rusland naar West-Europa. Na enkele jaren in Duitsland vestigde hij zich in 1929 in België.
Hij studeerde scheikunde aan de Vrije Universiteit Brussel, net als zijn broer Alexandre. Vanaf 1947 was hij er hoogleraar fysische chemie en theoretische fysica. In 1949 werd hij Belgisch staatsburger en ontmoette hij Alan Turing. Later beschouwde hij Turings onderzoek naar morphogenese als baanbrekend. In 1959 werd hij directeur van het Internationaal Solvay-instituut in Brussel. Hij was ook hoogleraar scheikunde aan de University of Chicago en hoogleraar fysica en chemische engineering aan de University of Texas at Austin, waar hij in 1967 het Instituut voor Statistische Mechanica en Thermodynamica oprichtte. Prigogine ontving in 1977 de Nobelprijs voor Scheikunde en werd in 1989 door koning Boudewijn van België benoemd tot burggraaf.
- Welke wetenschappelijke bijdragen en erkenning kreeg Ilya Prigogine?
- Hoe verliep Ilya Prigogine's jeugd en academische loopbaan?
- Hoe droeg Ilya Prigogine bij aan de thermodynamica en hoe keek hij naar dissipatieve structuren en tijd?
- Hoe beschrijft Prigogine het verschil tussen evenwicht en niet-evenwicht in de natuur?
- Hoe onderscheidt Prigogine tijd van eeuwigheid en hoe verbindt hij tijd met onomkeerbaarheid en het ontstaan van onze tijd?
- Hoe beschreef Prigogine het ontstaan van het universum en de rol van entropie, materie en tijd?
- Hoe beschreef Prigogine de evolutie van het universum?
- Hoe beschrijft Ilya Prigogine het leven als een proces van tijd, onomkeerbaarheid en veranderende structuren?
Wetenschappelijk werk en erkenning
Ilya Prigogine was een fysicus, chemicus, systeemdenker en universitair professor van Russische afkomst. Later werd hij genaturaliseerd als Belgisch staatsburger. In 1967 ontwikkelde hij het concept van de dissipatieve structuren, een belangrijke bijdrage aan zijn wetenschappelijke werk. Voor zijn prestaties kreeg hij in 1977 de Nobelprijs voor de Scheikunde.
Van Moskou naar Brussel en internationaal onderzoek
Ilya Romanovich Prigogine werd geboren in Moskou, in het Russische Rijk, in een Joodse familie. Zijn vader, Roman Abramovich Prigogine, was chemisch ingenieur aan de Polytechnische School van Moskou, en zijn moeder, Julia Vichman, was pianiste. In 1921 vluchtte hij met zijn familie uit Sovjet-Rusland naar West-Europa. Hij woonde daarna enkele jaren in Duitsland voordat hij zich in 1929 in België vestigde. Net als zijn broer Alexandre studeerde hij scheikunde aan de Vrije Universiteit Brussel.
Vanaf 1947 was Prigogine hoogleraar fysische chemie en theoretische fysica aan de Vrije Universiteit Brussel. In 1949 werd hij Belgisch staatsburger. In datzelfde jaar ontmoette hij Alan Turing. Later beschouwde hij Turing's onderzoek naar morphogenese, uitgevoerd tussen 1952 en 1954, als baanbrekend.
In 1959 werd hij directeur van het International Solvay Instituut in Brussel. Daarnaast bekleedde hij professoraten in de scheikunde aan de University of Chicago en in de fysica en chemische engineering aan de University of Texas at Austin. Aan die laatste universiteit stichtte hij in 1967 het Institute of Statistical Mechanics and Thermodynamics. In 1989 werd hij door koning Boudewijn van België benoemd tot burggraaf.
Prigogine publiceerde ook verschillende werken, waaronder Estudios termodinámicos de fenómenos irreversibles in 1947, Tratado de termodinámica química in 1950, Termodinámica de no equilibrios in 1965, Estructura, disipación y vida in 1967 en Estructura, estabilidad y fluctuaciones in 1971. Samen met Isabelle Stengers schreef hij El fin de las certidumbres en La nueva alianza. In 1985 ontving hij een eredoctoraat van de UNED, en in 1995 een eredoctoraat van de Universiteit van Valladolid.
Thermodynamica, dissipatieve structuren en tijd
Ilya Prigogine specialiseerde zich in de thermodynamica en deed theoretisch onderzoek naar de uitbreiding van de klassieke thermodynamica via de theorie van dissipatieve structuren. Hij paste ook de chaostheorie toe in zijn onderzoek. In 1967 ontwikkelde hij de theorie van de dissipatieve structuren, waarvoor hij in 1977 de Nobelprijs voor Scheikunde kreeg van de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen. Die prijs kreeg hij voor het uitbreiden van de thermodynamische theorie naar systemen ver van evenwicht.
Prigogine onderzocht het begrip tijd aan de hand van specifieke vragen. Hij stelde dat tijd voorafgaat aan het universum. Volgens zijn visie ontstond het heelal uit een grootschalige faseovergang, of uit een instabiliteit die op een eerdere toestand volgde. Hij beschreef het bekende universum als een onomkeerbare transformatie vanuit een andere fysische toestand. Ook verklaarde hij dat symmetriebreking in de ruimte voortkomt uit symmetriebreking in de tijd, en dat materie het teken van de pijl van de tijd draagt.
Zijn concept van dissipatieve structuren doorbreekt de Euclidische ruimtesymmetrie en de temporele symmetrie. Hij stelde dat materie nieuwe eigenschappen krijgt ver van evenwicht, en dat die nieuwe eigenschappen het systeem niet isoleren, zoals vroeger werd aangenomen. Prigogine bestudeerde de wiskundige mechanismen van de vorming van dissipatieve structuren en voerde numerieke experimenten uit. Daarbij toonde hij aan dat chaotische reacties buiten evenwicht ketens van gebroken symmetrie kunnen vormen met nieuwe geordende structuren.
In Tan solo una ilusion, een bundel van tien essays uit 1972 tot 1982, besprak hij dissipatieve structuren uitvoerig. In dat werk werkte hij ook zijn ideeën over historiciteit verder uit door te stellen dat dissipatieve structuren de Euclidische ruimtesymmetrie en de temporele symmetrie breken en zo een nieuw begrip van historiciteit creëren.
Evenwicht en niet-evenwicht
Prigogine maakt een scherp onderscheid tussen materie in evenwicht en materie in niet-evenwicht. In evenwicht is het gedrag lineair en bestaat er een enkele oplossing. De beschrijving kan dan worden gelinieerd, en punten in hetzelfde vlak hebben identieke eigenschappen. Een systeem in evenwicht heeft geen geschiedenis en blijft enkel voortbestaan in zijn toestand met nul fluctuaties.
In niet-evenwicht verloopt alles anders. Daar verschijnen niet-lineaire vergelijkingen, meerdere mogelijke eigenschappen en een grotere flexibiliteit van de materie. Volgens Prigogine toont niet-evenwicht het niet-lineaire gedrag van materie, en juist door het invoeren van tijd ontstaan nieuwe fysieke toestanden, diverse gedragingen en veelvormigheid. Daarom is het nodig om onze wereld te begrijpen vanuit niet-evenwicht, en om vooral de fluctuaties in dynamische systemen te begrijpen.
Prigogine stelt ook dat functie structuur schept en dat onomkeerbare verschijnselen de biologische organisatie doen ontstaan. Voor een evoluerend universum noemt hij drie fysieke eisen: onomkeerbaarheid, waarschijnlijkheid en coherentie. Die begrippen maken het mogelijk dat nieuwe structuren bestaan ver van evenwicht. Zo vertegenwoordigen zijn ideeën een paradigmawissel, waarbij orde met evenwicht en wanorde met niet-evenwicht werd verbonden, terwijl Prigogine net aantoont dat niet-evenwicht ook een vorm van orde is, maar dan een andere.
Zijn opvattingen gaan in tegen vroegere wetenschappelijke overtuigingen. De klassieke wetenschap was deterministisch en probabiliteitsberekeningen dienden daar enkel om onvolledige informatie te compenseren. Een deterministisch resultaat steunt op het exact kennen van alle beginvariabelen. In Prigogines werk is waarschijnlijkheid echter nodig, ongeacht de hoeveelheid informatie. Hij koppelt waarschijnlijkheid sterk aan onomkeerbaarheid en stelt dat determinisme alleen geldt voor geïdealiseerde, niet-representatieve fysische situaties. Volgens deze visie is wetenschappelijk determinisme definitief weerlegd.
Prigogines theorieën steunen op wiskundige studies en worden toegepast op onder meer klimaat, astronomie, kosmologie, biochemie, chemie, biologische chemie, organische chemie, anorganische chemie, fysica, biofysica, biologie, neurofysiologie en hydrodynamica.
Tijd, onomkeerbaarheid en het ontstaan van onze tijd
In Nacimiento del tiempo maakt Prigogine een duidelijk onderscheid tussen tijd en eeuwigheid. Tijd is volgens hem niet hetzelfde als eeuwigheid en ook niet als een eeuwige terugkeer. Tegelijk is tijd meer dan alleen onomkeerbaarheid, wording en evolutie. Hij koppelt de structuur van de ruimte-tijd wel aan onomkeerbaarheid, maar ziet tijd zelf als een ruimer begrip.
Daarom kan men volgens hem niet spreken over het ontstaan van de tijd, maar wel over het ontstaan van onze tijd. De geboorte van onze tijd is dus niet de geboorte van de tijd zelf. Volgens Prigogine bestond tijd al in een potentiiele vorm in het fluctuerende vacuüm vóór ons heelal. Deze potentiële tijd is latente tijd die een fluctuatieverschijnsel nodig heeft om zichtbaar te worden. Tijd begon dus niet met ons universum; zij gaat eraan vooraf en maakt ook de geboorte van andere universa mogelijk.
Prigogine onderscheidt verschillende soorten tijd, waaronder astronomische tijd, dynamische tijd, interne chemische tijd en interne biologische tijd. Die interne biologische tijd schrijft de genetische code in over miljarden jaren leven. De menselijke manier om tijd te tellen berust op conventie: men begint te rekenen vanaf een gebeurtenis, zoals de geboorte van Christus. Mensen meten tijd bovendien met klokken die een periodieke beweging hebben. Maar de begrippen voor en na zijn niet door mensen gemaakt; zij gaan aan de mens vooraf.
In dezelfde lijn stelt Prigogine dat onomkeerbare fenomenen tot nieuwe structuren leiden zonder omkering. Hij vraagt zich ook af of de autonomie van de tijd een rol speelt in de biologische evolutie. Volgens Nacimiento del tiempo heeft het leven onze tijd gecreeerd via de vorming van biomoleculen, en heeft onomkeerbaarheid de ruimtelijke symmetrie in die biomoleculen doorbroken. Daardoor werd ook de temporele symmetrie tussen verleden en toekomst doorbroken. De geschiedenis van de moleculen blijft bewaard in het DNA en kan worden gevolgd.
Het ontstaan van het universum volgens Prigogine
Volgens Prigogine is de relatie tussen ruimte-tijd en materie niet symmetrisch. Ruimte-tijd kan overgaan in materie wanneer een instabiliteit van het vacuüm samenvalt met een explosie van entropie. Die omzetting is onomkeerbaar. Materie wordt daarbij gezien als een soort besmetting van de ruimte-tijd. In deze visie gaat de tijd aan het universum vooraf.
Prigogine situeert het ontstaan van het universum in een grote productie van entropie. Het universum is volgens hem het resultaat van een grootschalige faseovergang en van een instabiliteit die volgt op een voorafgaande toestand. Het begin van het universum is dus geen statische situatie, maar een verandering die leidt tot een onomkeerbare transformatie van een andere fysieke toestand. Hij plaatst zelfs thermische dood aan het begin van het universum.
De feiten over de samenstelling van het universum passen volgens deze benadering in dat beeld. In 1965 werd ontdekt dat het universum fundamenteel uit fotonen bestaat, en er zijn ongeveer een miljard fotonen per baryon. Fotonen worden geassocieerd met wanorde, baryonen met orde, en het universum bevat meer wanorde dan orde. De totale entropie van het universum zou voortkomen uit de overheersing van fotonen. Na de entropie-explosie verschijnt het universum als samengesteld uit fotonen en baryonen, waarbij materie de aanwezigheid van de pijl van de tijd draagt.
Het universum begon volgens deze beschrijving vanuit een instabiliteit, een faseverandering die leidde tot een irreversibele overgang van een andere fysieke toestand. Het hete en kleine beginstadium was een evenwichtsuniversum, dat met het verschijnen van materie veranderde in een niet-evenwichtsuniversum. De aanwezigheid van materie en de afwezigheid van antimaterie tonen volgens deze redenering de symmetriebreking aan. Ook de evolutie van het vacuüm speelt hierin een rol: een fluctuerend vacuüm van antimaterie zou zijn energie kunnen verlagen door zwarte gaten uit te zenden, en ook dat is een onomkeerbaar fenomeen. Kleine zwarte gaten van ongeveer 10^-3 gram zouden aanvankelijk gevormd worden uit instabiliteit in de deeltjes van de oorspronkelijke kritische massa, terwijl het universum exponentieel uitzet en die zwarte gaten in 10^-35 seconden vergaan.
Complexiteit en verandering in het universum
Volgens Prigogine beweegt de evolutie van het universum zich in de richting van toenemende complexiteit, en niet van achteruitgang. Nieuwe structuren verschijnen geleidelijk op zowel microscopisch als macroscopisch niveau. Daarbij gaat het niet alleen om niet-levende orden zoals sterrenstelsels, maar ook om levende systemen zoals biologische systemen. In zijn visie is de werkelijkheid complexer dan de klassieke thermodynamica doet vermoeden. Het universum omvat volgens hem veel mogelijkheden en voortdurend nieuwe processen van transformatie en toename van complexiteit.
Leven, tijd en onomkeerbaarheid
Volgens Ilya Prigogine is het leven het domein van de niet-lineariteit. Het toont de autonomie van de tijd en bestaat uit een veelheid aan structuren, iets wat in het niet-levende universum niet wordt waargenomen. Leven wordt gekenmerkt door instabiliteit, waarbij in geologische tijdschalen structuren ontstaan en weer verdwijnen. In die zin is leven tijd die in materie is ingeschreven.
Voor Prigogine zijn onomkeerbare fenomenen de oorsprong van de biologische organisatie, met andere woorden van het leven. Alle biologische fenomenen zijn onomkeerbaar, en onomkeerbaarheid is een gemeenschappelijk kenmerk van het hele universum, dus ook van het leven. Alles veroudert in dezelfde richting door het bestaan van een tijdspijl die het leven beïnvloedt.
Leven correspondeert niet met een uniek fenomeen. Het ontstaat wanneer de planetaire omstandigheden gunstig zijn. Functioneren creëert structuur, en dynamische biologische systemen zijn instabiel. Daardoor wijst het leven naar een onbekende toekomst die niet a priori kan worden bepaald. Thermodynamische principes maken duidelijk dat die toekomst onzeker is. Het leven staat open voor altijd nieuwe processen van transformatie en grotere complexiteit, en vormt een voortdurende schepping van biologische complexiteit.