George Whitesides: Naar een wetenschap van de eenvoud

De meeste presentaties die jullie de laatste geweldige dagen hebben gehoord waren van mensen die over iets hebben nagedacht. Het zijn experts. Ze weten wat er aan de hand is. Jullie kennen allemaal het onderwerp waarover ik word verondersteld te praten. Jullie weten wat eenvoud is. Jullie weten wat complexiteit is. Het probleem is: ik niet. Wat ik met jullie ga delen, is mijn onwetendheid over dit onderwerp.

Ik wil graag dat jullie dit hier lezen want we komen er zo meteen op terug. Het citaat is van de legendarische [rechter] Potter Stewart, zijn opinie over pornografie. Laat me even de belangrijke details hieruit voorlezen. "Korte omschrijving, hardcore pornografie. Ik zou het nooit precies kunnen definiëren. Maar ik herken het als ik het zie." Ik kom daar zo op terug.

Dus, wat is eenvoud? Ik geef wat voorbeelden. Een koffiekopje. We denken niet na over koffiekopjes, maar ze zijn veel interessanter dan je zou verwachten. Ja, een koffiekopje is een apparaat, met een reservoir, en, ja, ook een oor. Door het oor kan je het vasthouden als het reservoir gevuld is met een hete vloeistof. Waarom is dat belangrijk? Wel, je kunt er koffie mee drinken. Doordat de koffie heet is, is de vloeistof ook steriel. Je loopt dan zo niet gauw cholera op. Dus het koffiekopje, of de kop met oor, is een van de middelen van de samenleving om de volksgezondheid te handhaven. De schaar staat voor jullie kleding. Door een bril kan je dingen zien, voorkomen dat je wordt opgegeten door cheetah's of overreden door auto's. Boeken staan voor je opleiding.

Maar er is een andere klasse van eenvoudige dingen die ook erg belangrijk is. Eenvoudig in functie, maar helemaal niet eenvoudig in constructie. Deze twee hier zijn alleen maar voorbeelden. Het ene is het mobieltje, dat we elke dag gebruiken. Het berust op een complexiteit die een paar karakteristieken heeft die afwijken van wat van mijn vriend Benoit Mandelbrot besprak, maar ze zijn erg interessant. Het andere is natuurlijk "de pil", die op een simpele manier de structuur van de maatschappij grondig wijzigde. De rol van vrouwen in de maatschappij veranderde door hun de mogelijkheid te geven om voortplantingskeuzes te maken.

Er zijn twee manieren om over dit woord na te denken. Hier heb ik het citaat van Potter Stewart aangepast. We kunnen zeggen dat allerlei dingen, gaande van scharen tot het mobieltje en van internet tot voorbehoedspillen, eenvoudig zijn. De functies zijn eenvoudig en we herkennen eenvoud als we ze zien.

Of er is misschien een andere mogelijke benadering, namelijk denken over een probleem als -- als je bij de moraalfilosofen aanleunt -- het theepotprobleem. Laat me het theepotprobleem zo uitleggen. Stel je voor: je ziet een theepot en de theepot is gevuld met heet water. Dan stel je de vraag: "Waarom is het water heet?" Dat is een simpele vraag. Zoiets als: wat is eenvoud? Een antwoord zou kunnen zijn: "Omdat de kinetische energie van de watermoleculen hoog is en ze met hoge snelheid tegen dingen aanbotsen." Dat is een natuurkundig argument. Een tweede antwoord zou kunnen zijn: "Omdat het water op het vuur stond." Dat is een historisch argument. Een derde: "Ik wilde heet water voor de thee." Dat is een intentioneel argument. Omdat dit komt van een moraalfilosoof, zou het vierde kunnen zijn: "Het maakt deel uit van Gods plan voor het universum." Allemaal mogelijke antwoorden.

Het punt is dat je in de problemen komt als je een enkele vraag stelt met één enkel vakje voor het antwoord. Terwijl die ene vraag eigenlijk vele vragen zijn met nogal verschillende betekenissen maar met dezelfde woorden. Vragen wat eenvoud is, valt volgens mij in die categorie. Wat is de stand van de wetenschap hierover? Interessant genoeg is het begrip complexiteit in hoge mate geëvolueerd. We beschikken over hopen informatie over wat complexiteit is. Naar eenvoud wordt om nogal duistere redenen weinig gezocht, tenminste niet in de academische wereld.

Wij academici, en ik ben er een, houden van complexiteit. Je kan papers schrijven over complexiteit. En het mooie eraan is dat het op vele manieren fundamenteel niet na te trekken is, zodat je niet verantwoordelijk bent voor het resultaat. Eenvoud: dat is wat je 's morgens verwacht van je blender, die dan dingen doet die je nu eenmaal verwacht van een blender. Exploderen of Beethoven spelen valt daar niet onder. Je bent niet geïnteresseerd in de beperkingen van zo'n ding. Wat je wel interesseert, heeft te maken met wat je er wel aan hebt. Er zitten een hoop voordelen in het denken over complexiteit en emergentie, niet zozeer in het denken over eenvoud. Ik wil jullie even helpen met een zeer belangrijke taak, waarvan jullie je misschien vaak niet bewust zijn. Namelijk snappen hoe je, als je tijdens een etentje naast een fysicus moet zitten, met hem moet converseren. Je moet hem wat vragen over complexiteit en emergentie om de conversatie te beginnen. Daarna kan je rustig over andere dingen gaan dagdromen.

(Gelach)

Oke, wat is complexiteit dan? Wat bedoelen we met emergentie? We hebben eigenlijk een vrij goede definitie van complexiteit. Het is een systeem, zoals verkeer, dat bestaat uit vele onderdelen. Die componenten beïnvloeden elkaar. Je hebt auto's en chauffeurs. Ze dissiperen energie. Met zo'n systeem gebeuren er rare dingen. Jullie hier in Los Angeles weten dit waarschijnlijk beter dan wie dan ook. Hier een ander voorbeeld, een echt belangrijk voorbeeld uit de huidige wetenschap. Je kan dit niet lezen. Hoeft ook niet. Maar het is een heel klein deel van de chemische reacties die in elk van je cellen op een gegeven moment aan de gang zijn. Net als het verkeer is het verbazingwekkend dat die ene cel in een redelijk stabiele werkrelatie met de andere cellen kan omgaan. Maar we weten niet waarom. Als iemand je komt vertellen dat we het leven te begrijpen, trap het dan maar af.

Laat me dit eens heel simpel voorstellen. We hebben onlangs van Bill Gates gehoord. Ieder van ons bestudeert, tot op zekere hoogte, dat ding dat Bill Gates heet. Geweldig. Je leert er alles over wat je kunt. Er is nog een ander soort ding dat je grondig zou kunnen bestuderen. Bijvoorbeeld Bono; dit is Bono. Maar dan, als je alles weet dat je kan weten over die twee dingen, en je brengt ze samen, wat kun je dan zeggen over deze combinatie? Het antwoord is: niet veel. Dat is complexiteit. Stel dat je dat uitbreidt tot een stad, of naar een samenleving, en je kan ervan op aan dat je een interessant probleem hebt.

Oke, dus laat me jullie een voorbeeld geven van een bepaald soort eenvoud. Ik wil een begrip invoeren waarvan ik denk dat het erg nuttig is, namelijk 'stapelen'. Ik ga stapelen gebruiken voor een soort van eenvoud die het kenmerk heeft zo simpel en zo betrouwbaar te zijn dat ik er dingen mee kan bouwen. Of ik ga eenvoud gebruiken in de betekenis van betrouwbaar, voorspelbaar, herhaalbaar. Als voorbeeld gebruik ik het internet omdat het een bijzonder goed voorbeeld van gestapelde eenvoud is. We noemen het een complex systeem, wat het ook is, maar het is ook nog iets anders.

Het internet begint met wiskunde. Het begint het binaire stelsel. Als je kijkt naar die lijst van dingen hier beneden, dan herken je de Arabische cijfers: 1 tot 10 en ga zo maar door. In het binaire stelsel wordt 1 door 0001 en 7 door 0111 voorgesteld. De vraag is: waarom is binair eenvoudiger dan Arabisch? Het antwoord is eenvoudig: als ik drie vingers omhoog houd, kunnen jullie dat gemakkelijk tellen, maar als ik dit omhoog hou, kan je niet zo makkelijk zien dat dat 7 was. Het is de eenvoudigste manier om getallen voor te stellen. Alle andere manieren zijn ingewikkelder. Je kan er fouten mee onderscheppen. Het is eenduidig in zijn weergave. Er zijn veel goede dingen te zeggen over binair. Het is zeer, zeer eenvoudig als je eenmaal weet hoe het te lezen. Als je nu deze 0 en 1 van het binaire stelsel wil voorstellen, heb je een apparaat nodig. Denk aan dingen in je leven die binair zijn. Een ervan zijn lichtschakelaars. Ze kunnen uit of aan staan. Dat is binair.

Nu weten we allemaal dat schakelaars het soms laten afweten. Maar onze vrienden de vaste-stoffysici zijn er zo'n 50 jaar geleden in geslaagd een transistor te maken. Het is dat mooie ding onder die glazen stolp. Een transistor doet niets meer dan een lichtschakelaar. Hij zet dingen aan en uit, maar doet dit zonder bewegende delen en gaat in principe erg lang mee. De tweede laag van eenvoud was de transistor en het internet. Omdat die transistor zo simpel is kan je er veel van samenbrengen. Je brengt er een hoop samen en je hebt iets wat een geïntegreerd schakeling wordt genoemd. Een huidige geïntegreerde schakeling kan in elk van deze chips zowat een miljard transistoren bevatten. Die ook nog keer op keer allemaal perfect werken. Dat is de volgende laag van eenvoud. Geïntegreerde schakelingen zijn heel eenvoudig in de zin dat ze, in het algemeen, echt goed werken.

Met geïntegreerde schakelingen kan je mobiele telefoons bouwen. Jullie zijn allen gewend dat jullie mobiele telefoons de meeste tijd perfect werken. In Boston, Boston is een beetje als Namibië in haar mobiele-telefoondekking, zijn we dat niet de hele tijd gewend, maar slechts af en toe. Maar met je mobiele telefoons kan je nu praten met deze mooie dame daar ergens in Namibië. Ze is enorm blij met het feit dat, hoewel ze geen master's degree in elektrotechniek aan het M.I.T. heeft, ze toch in staat is haar mobieltje te hacken om er op een grappige manier stroom van te krijgen. Daaruit komt het internet. Hier een kaart van de bitstromen over de wereld. Die twee lichtvlekken in het midden zijn de Verenigde Staten en Europa.

Dan weer terug naar de eenvoud. Hier hebben we één van de grote ideeën, namelijk Google. Die beweren dat ze via dit eenvoudige portaal alle informatie van de wereld toegankelijk kunnen maken. Maar het punt is dat dit buitengewoon simpele idee berust op lagen van eenvoud elk samengesteld tot een complexiteit die zelf weer eenvoudig is in de zin dat ze volledig betrouwbaar is.

Oke, laat me dan afronden met vier algemene verklaringen, één voorbeeld en twee aforismen. Hier volgen de kenmerken waarvan ik denk dat ze nuttig zijn om over eenvoudige dingen na te denken: Ten eerste zijn ze voorspelbaar. Hun gedrag is voorspelbaar. Een van de leuke kenmerken van eenvoudige dingen is dat je een goed idee hebt over wat ze gaan doen. Eenvoud en voorspelbaarheid zijn dus kenmerken van eenvoudige dingen. Ten tweede, en dit is van belang voor de echte wereld, moeten ze goedkoop zijn. Als dingen goedkoop genoeg zijn, vinden mensen er wel een toepassing voor, al kan die wel erg primitief lijken. Bijvoorbeeld stenen. Je kan er kathedralen mee bouwen. Je hoeft alleen maar te weten hoe dat gaat. Kap ze tot blokken en stapel ze op elkaar. Je kan er dan iets mee bouwen.

Er moet een functie zijn, de functie moet voorspelbaar en de kosten moeten laag zijn. Dat betekent dat je een hoge prestatie of waarde voor je kosten krijgt. Dan zou ik als laatste kenmerk voorstellen dat zij als bouwstenen kunnen dienen of de mogelijkheid daartoe hebben. Dat wil zeggen, je kunt ze stapelen. Stapelen kan op allerlei manieren, zo of zo, of in een willekeurige n-dimensionale ruimte. Als je iets hebt met een functie en het echt goedkoop is, dan vinden mensen nieuwe manieren om er nieuwe dingen van te maken. Goedkope, functionele, betrouwbare dingen ontketenen de creativiteit van mensen die vervolgens dingen maken die je je niet kon voorstellen. Er is geen manier om het internet te voorspellen op basis van de eerste transistor. Het is gewoon niet mogelijk. Dit zijn de kenmerken.

Nu wil ik een voorbeeld geven van het werk dat we zelf doen. Wij zijn zeer geïnteresseerd in het leveren van gezondheidszorg in de ontwikkelingslanden. We zoeken naar manieren om medische diagnoses voor zo weinig mogelijk kosten, aan te bieden. Hoe? Dit is een wereld waar er geen elektriciteit is, geen geld, en is geen medische kennis. Ik wil hier niet op alle details ingaan maar in de hoek rechts onderaan, zie je een voorbeeld van het soort ding dat we hebben. Het is een klein papieren strookje. Er staan een paar dingen op gedrukt met behulp van dezelfde technologie die je kunt gebruiken voor het maken van stripverhalen. Dat was de inspiratie voor dit bijzondere idee. In dit geval plaats je onderaan een druppel urine. De urine zoekt zijn weg omhoog in deze kleine vertakkingen. Geen elektriciteit nodig. Er verschijnen kleuren. In dit specifieke geval, krijg je informatie over de nierfunctie. De zorgverlener in dit deel van de wereld is vaak een 18-jarige met een AK-47. Misschien zit hij toevallig net zonder werk en is bereid om dit soort dingen te gaan doen. Hij kan er een foto van nemen met zijn mobieltje en ze naar een arts doorsturen. Die arts kan dat dan bekijken.

Je hebt dan gebruik gemaakt van een technologie die overal beschikbaar is. Je hebt er een zeer goedkoop systeem mee gemaakt dat op de koop toe uitermate betrouwbaar is. Als we hiermee kunnen doorgaan en er meer functie kunnen inbouwen, krijg je een stapelbaar systeem. Als we de basistechnologie van enkele van die dingen kunnen laten werken, zal het op een zeer grote verscheidenheid van menselijke problemen toepasbaar zijn. En vandaar uit uitbreidbaar in zowel verticale als horizontale richtingen. Een deel van mijn interesse bestaat erin dat ik de kapitaalstructuur, hoe zeg ik dit beleefd, van het Amerikaanse stelsel van gezondheidszorg zou willen veranderen. Of liever helemaal op zijn kop zetten. Omdat ik denk dat het fundamenteel naar de vaantjes is.

Om af te sluiten - (Applaus)

Laat me afsluiten met mijn twee aforismen. Een van hen is van de heer Einstein. Hij zegt: "Alles moet zo eenvoudig mogelijk worden gedaan, maar niet eenvoudiger." Ik denk dat het een zeer goede manier van denken over het probleem is. Als je te veel wegneemt van iets eenvoudigs, verlies je functie. Je moet lage kosten hebben, maar het moet ook kunnen werken. Je mag het dus niet te simpel maken. Het tweede is een ontwerpvraagstuk. Het is niet direct relevant, maar het is een mooi statement.

Het is van de Saint-Exupéry. Hij zegt: "Je weet dat je perfectie in design hebt bereikt, niet wanneer je niets meer hebt toe te voegen, maar als je niets meer kan wegnemen." Dat is zeker in de goede richting. Dit soort benadering van het woord eenvoud, heeft niets te maken met Rancuzzi en geeft geen antwoord op de vraag waarom Mondriaan beter of slechter of eenvoudiger of minder eenvoudig is dan Van Gogh, en zeker niet in op de vraag of Mozart eenvoudiger is dan Bach.

Maar het geeft wel antwoorden die, in zekere zin, te maken hebben met het onderscheid tussen de echte wereld van mensen die dingen maken en de wereld van mensen die denken over dingen. Dat wil zeggen dat er een intellectuele verdienste is om te vragen: hoe maken we dingen zo simpel als we kunnen, zo goedkoop als we kunnen, zo functioneel als we kunnen en zo stapelbaar als we kunnen? Als wij dat soort van eenvoud in onze technologie kunnen bereiken en aan jullie kunnen geven, dan kan je er allerlei fantastische dingen mee gaan doen.

Dank u zeer.

(Applaus)

Chris Anderson: Snelle vraag. Kan je je indenken dat de wetenschap van de eenvoud erin zou kunnen slagen om verschillende systemen onder de loep te nemen -- bijvoorbeeld een financieel systeem, een juridisch systeem of de gezondheidszorg -- en vaststellen dat die op barsten staat, of niet meer werkt om bepaalde redenen, en zeggen hoe we het zouden kunnen vereenvoudigen?

George Whitesides: Ja, ik denk dat dat zou kunnen. Kijk naar de componenten van het systeem, onderzoek hun kwetsbaarheid of hun stabiliteit. Daar zou je waarschijnlijk een soort van risico-evaluatie kunnen uit afleiden.

CA: Zijn jullie daar al mee begonnen? Voor de gezondheidszorg heb je al een soort van radicale oplossing wat de kosten betreft, maar in termen van het systeem zelf?

GW: Nou, nee. Nog helemaal niet.

CA: Dat was een eenvoudig, krachtig antwoord. GW: Ja.

CA: Terug naar je diagnostische technologie. Waar en wanneer denk je dat die op grotere schaal zal kunnen worden toegepast?

GW: Dat gaat binnenkort van start. Ik bedoel, de systemen werken. We moeten nog uitzoeken hoe we ze gaan fabriceren en dergelijke, maar de basistechnologie werkt.

CA: Je hebt er een bedrijf voor opgericht... GW: Een stichting, een stichting. Niet om eraan te verdienen.

CA: Oke. Nou, dank je wel voor je presentatie. Dank je.