Stabiliteit en verandering

515641_8532_poster_01_Stabiliteit-VeranderingKernidee 1: Een systeem is stabiel of in evenwicht als kleine verstoringen het systeem niet noemenswaardig beïnvloeden.

We omringen ons met stabiele systemen. Deze systemen blijven werken zoals we verwachten zelfs als er kleine verstoringen op uitgeoefend worden. Zo verdragen onze tablets en smartphone redelijk schokken of beperkte temperatuursveranderingen.

Deze stabiliteit is wel afhankelijk van de keuze van de tijdschaal. De meeste smartphones overleven het jammer genoeg geen 10 jaar, en zelfs een hooggebergte zal over een tijdschaal van enkele honderden miljoenen jaren voor het grootste deel verdwijnen.

Kernidee 2: Bij statische evenwichten staat alles stil, bij de meer voorkomende dynamische evenwichten lijkt alles stil, maar is er continu verandering.     

Screen Shot 2018-03-18 at 19.35.05

Statisch evenwicht gaat over de voorwerpen rondom ons die stil staan. De netto kracht is nul waardoor ze blijven stilstaan. Niet al deze voorwerpen zij even stabiel. Een ladder blijft door beperkte verstoringen mooi op zijn plaats staan, maar als ik een ei op de tafel recht zet gaat een zacht briesje het ei doen omvallen.

Veel interessanter zijn dynamische evenwichten. Screen Shot 2018-03-18 at 19.36.29Het peil van een bergmeer kan vrij stabiel zijn, maar besef dat er een continue aanvoer van water is door het smelten van het bergijs en de neerslag, en een continue afvoer via verdamping, doorsijpelen naar de grond en de bevoorrading van lager gelegen riviertjes. Pas als aanvoer- en afvoer elkaar compenseren kan men spreken van een dynamische stabiliteit.

Screen Shot 2018-03-18 at 19.36.44In de chemie domineren de evenwichtsreacties. Deze reacties kunnen macroscopisch volledig afgelopen lijken maar op een microscopische schaal is er veel beweging. We nemen het voorbeeld van waterstofjodide, er zal continu waterstofgas en dijood omgezet worden naar waterstofjodide, maar dit werkt ook andersom, waterstofjodide breekt eveneens continu in dijood en waterstofgas. In de praktijk ontstaat dus een evenwicht waarbij beide processen elkaar compenseren.

Screen Shot 2018-03-18 at 19.37.21Deze dynamische evenwichten zijn dominant aanwezig in de wereld rondom ons. De aarde zelf bevindt zich in zo een subtiel dynamisch evenwicht waardoor de temperatuur op aarde gemiddeld genomen constant blijft ondanks de continue influx van zonlicht. Het spreekt voor zich dat het veranderen van deze evenwichten, vb. de concentratie aan CO2 in de lucht belangrijke invloed kan hebben op onze temperatuur.

Voor de volledigheid vermelden we nog dat we cyclische patronen ook als een beweging beschouwen rondom een stabiel evenwichtspunt. Denk maar aan een slingerbeweging of het pompen van het hart.

Kernidee 3: Negatieve feedback maakt het systeem stabiel, positieve feedback laat het systeem ontsporen.

Screen Shot 2018-03-18 at 19.38.31De levende natuur streeft stabiliteit na, anders zou ze bij de minste verstoring uit evenwicht raken. Zo zit ons lichaam vol met feedbackmechanismen om onze temperatuur stabiel te houden. Als de lichaamstemperatuur stijgt, dan gaan we zweten om de temperatuur te verlagen. Als de lichaamstemperatuur daalt, dan gaan we beven om de temperatuur te verhogen.  Dit noemt men negatieve feedback en deze heeft tot gevolg dat de dynamische parameter stabiel blijft.

Screen Shot 2018-03-18 at 19.38.52

Positieve feedback laat het systeem dan weer ontsporen, zo kan een bepaalde verandering door het systeem versterkt worden en krijgen we een continue toename van die verandering. Dit hoeft niet altijd negatief te zijn, zo spelen positieve feedbacksystemen via het hormoon oxytocine een belangrijke rol om de baby uit te drijven, waarna het systeem terug normaliseert.

Screen Shot 2018-03-18 at 19.39.21Positieve feedback kan het systeem ook volledig laten ontsporen en onstabiel maken. De beurscrashes zijn hiervan een duidelijk voorbeeld. De verlaging van de aandelenkoersen zorgt voor onzekerheid waardoor mensen gaan verkopen en de koersen nog meer gaan dalen. Zeker omdat de feedback op dit moment zo goed als ogenblikkelijk wordt aangepast, dit maakt het systeem gewoonweg intrinsiek instabiel. Het omgekeerde werkt immers ook, te veel vertrouwen zorgt voor een te hoge waarde van bepaalde aandelen. Men kan de vraag stellen of dit wel een gezond systeem is om onze economie op te laten drijven.

Waarom jij je moet verdiepen in stabiliteit en verandering?

Screen Shot 2018-03-18 at 19.39.32

We zijn omgeven door dynamische systemen waarvan we hopen dat ze in een dynamische evenwicht zullen blijven. In deze tijden heeft de mens alleen al door zijn grote bevolkingsaantal een nooit gekende impact op de stabiliteit van zijn leefomgeving. Maar stabiliteit en verandering speelt een even belangrijke rol in ons dagelijks bestaan. Positieve feedback is de reden voor de lawaaierige eetzalen. Zelfs als men stil begint, zal men geleidelijk aan harder praten om het geluidsniveau van de buren te overstemmen. Het heeft dus geen zin om individuen te veroordelen voor de geluidsoverlast. Spreek gewoon af om met een klein groepje mensen stiller te praten. Met een beetje geluk wordt op korte termijn de ganse eetzaal weer stil.