Prigogine, Ilya (1917-2003)

EnglishNederlandsfrançais

Filosoof en natuurkundige gespecialiseerd in de thermodynamica, geboren te Moskou op 25 januari 1917 en overleden te Brussel op 28 mei 2003.

Biografie

Hij werd geboren te Moskou op 25 januari 1917, enkele maanden voor de Russische Revolutie. Moeilijkheden met het Sovjetregime leidde er toe dat de familie in 1921 Rusland verliet. Via omzwervingen door Litouwen en Duitsland komen ze in 1929 aan in België. Prigogine volgde grieks-latijn aan het Atheneum van Elsene. Vervolgens studeerde hij scheikunde aan de ULB.
In 1939 werd hij licentiaat in de scheikunde en de natuurwetenschappen. In 1941 promoveerde hij aan de ULB tot doctor in de scheikunde. Hij behaalde in 1945 zijn aggregaat voor het hoger onderwijs. In 1947 werd hij benoemd tot docent aan de ULB. Hij doceerde er onder meer thermodynamica en statistische mechanica.
In 1949 werd hij genaturaliseerd tot Belg.
Aan de ULB werd hij in 1950 benoemd tot buitengewoon hoogleraar en in 1951 tot gewoon hoogleraar.
In 1959 werd hij aangesteld als directeur van het Solvay Instituut te Brussel. In hetzelfde jaar begon hij les te geven aan de Universiteit van Texas (Austin). Hij stichtte aan deze universiteit het Center for Complex Quantum Systems.
Van 1961 tot 1966 was hij lid van het Enrico Fermi Institute van de Universiteit van Chicago. In 1967 werd hij aan de Universiteit van Texas benoemd tot professor natuurkunde en scheikundige technologie en hij werd er directeur van het Center for Studies in Statistical Mechanics and Thermodynamics. Vanaf 1967 verdeelde hij zijn tijd tussen Brussel en Austin. In 1977 werd hij aan de Universiteit van Texas benoemd tot regental professor.
In 1987 werd hij ereprofessor aan de ULB.
De cursussen van Théophile De Donder vormden dankzij het toedoen van zijn leerling Frans Van den Dungen, een van de uitgangspunten van de door Ilya Prigogine beroemd geworden Brusselse school voor thermodynamica.
Prigogine werd dan ook sterk beïnvloed door Théophile De Donder en Jean Timmermans.

Ilya Prigogine werd op 12 december 1953 corresponderend lid van de Académie royale des Sciences, des Lettres et des Beaux-Arts de Belgique en effectief lid op 10 december 1960. Hij was voorzitter van de Academie in 1969. In hetzelfde jaar was hij ook voorzitter van de Klasse Wetenschappen.
Hij was corresponderend lid van de Société royale des Sciences de Liège. Hij was lid van het Belgisch Genootschap voor Biofysica.
Aan het NFWO was hij lid van de commissie voor Fysicochemie en Electrochemie.
Hij won ook verschillende prijzen. In 1946 werd hij bekroond met de Van Laar prijs. In 1951 kreeg hij de Adolphe Wetremsprijs. In 1955 ontving hij de Francqui-prijs voor exacte wetenschappen. In 1965 won hij de Ernst-John Solvay prijs. Hij was titularis van de Francqui-Leerstoel aan de Rijksuniversiteit van Luik voor de periode 1957 tot 1958.
Voor zijn studie van de thermodynamica van irreversibele processen werd hem in 1976 de Rumfordmedaille toegekend. In 1977 ontving hij de Nobelprijs voor Scheikunde. Hij ontving deze voor zijn bijdragen aan de niet-evenwichtsthermodynamica, in het bijzonder de theorie van de dissipatieve structuren.
Hij ontving eredoctoraten van ondermeer de Universiteiten van Newcastle upon Tyne en de Universiteit te Poitiers.
In 1986 benoemde koning Boudewijn hem tot burggraaf.
Hij was een begaafd pianospeler en dit was dan ook zijn favoriet tijdverdrijf.
Hij overleed op 28 mei 2003 te Brussel.

Werken

Hij schreef meer dan 20 boeken en ongeveer 1000 artikelen.
Zijn doctoraat behandelde de thermodynamica, waarbij gefocust werd op de speciale betekenis van tijd.
Het werk van Théophile De Donder was beperkt tot reactieve systemen die uniform in de ruimte worden gehouden. Hij trachtte deze uit te breiden tot een veel ruimere klasse van systemen. Deze uitbreiding gebeurde in de jaren '40 door Ilya Prigogine. Zijn bijdragen, alsook die van Lars Onsager, Eckhart en Josef Meixner hebben geleid tot een coherente formulering die vandaag nog als vertrekpunt dient voor het formalisme van de thermodynamica van irreversibele processen. Een uiteenzetting van deze formulering vinden we in het aggregatieproefschrift van Prigogine dat in 1947 werd gepubliceerd.
De bestaande thermodynamica besprak enkel de systemen in evenwicht. Lars Onsager (1903-1976) had reeds gewezen op deze beperking en begon de thermodynamische studie van niet-evenwichtssystemen. Prigogine breidde dit uit tot systemen ver van hun evenwicht: de dissipatieve (verspreidende, verdwijnende, uitdijende) structuren.
Tegelijk hechtte hij een groot belang aan de rol van de notie tijd. In zijn boek The End of certainty (1997) verklaarde hij zich nader. Evenwichtsprocessen zijn omkeerbaar in de tijd en hebben dus geen voorkeursrichting. Deze wordt opgelegd door omstandigheden van buitenaf, m.a.w. door een determinisme dat de tijdsrichting (Arrow of Time) ontkent. De tijdsrichting stuwt de processen naar een onomkeerbaarheid. De meeste natuurprocessen spelen zich immers af volgens een tijdsverloop. Dus determinisme is geen leefbare wetenschappelijke hypothese. Het tijdsvolume is een gegevenheid waarin de toekomst even deterministisch is als het verleden. Prigogine geeft dan ook enkele voorbeelden van onomkeerbaarheid: diffusie, radioactief verval, zonnestraling, het weer, de biologische cel, het ontstaan en de evolutie van het leven. Organismen zijn onstabiele systemen, ver van hun thermodynamisch evenwicht, die enkel op statistische wijze, dus met waarschijnlijkheden kunnen verklaard worden, en niet deterministisch.
In de formulering van Prigogine en van Onsager hebben alle betrokken variabelen betrekking op irreversibele processen, met dissipatief karakter. In de aanwezigheid van inertiële elementen (circuits met inductieve elementen, enz ..) is het theorema niet langer geldig.
Het zoeken naar een universeel evolutieprincipe of evolutiecriterium hield de Belgische thermodynamici bijna twee decennnia bezig (± van 1950 tot 1960). Prigogine en Paul Glansdorff ontdekten in 1954 een universele ongelijkheid voor een deel van de variatie van de entropieproductie die samenhangt met de variatie van de veralgemeende krachten.
Na onderzoek moesten Paul Glansdorff en Prigogine een universele variationele formulering opgeven, maar ook en dat is veel belangrijker namelijk dat de uniciteit en de stabiliteit van de niet-evenwichtsregimes op losse schroeven stond. Dit leidde in 1971 tot het thermodynamisch stabiliteitscriterium t.o.v kleine perturbaties, onder de vorm waarin dJk en dXk de overmatige fluxen en krachten zijn t.o.v. de 'thermodynamische tak', de tak van toestanden die de near-equilibrium toestanden extrapoleren. Al deze resultaten werden in 1977 bekroond met de toekenning van de Nobelprijs voor Scheikunde aan Prigogine.
Volgens Prigogine is de Newtoniaanse fysica drie keer uitgebreid: eerst met de golffunctie in de kwantummechanica, daarna met de invoering van de tijdruimte in de algemene relativiteitstheorie en tenslotte met de erkenning van het indeterminisme in de studie van de onstabiele systemen.

Statistische mechanica
De traditionele methoden van de statistische mechanica van het evenwicht werden door Prigogine gebruikt om de eigenschappen van mengsels in gecondenseerde fase te interpreteren. Zijn benadering die veel succes kende, is bondig beschreven in de monografie The Molecular Theory of Solutions uit 1957.
De microscopische studie van niet-evenwichtsfenomenen draagt de meest karakteristieke signatuur van de Belgische school van de statistische mechanica. Ilya Prigogine deed hier een beroep op de klassieke middelen van de kinetische gastheorie, met name de transportvergelijking van Boltzmann (1844-1906). Prigogine ging dan ook verder met de heuristische hypothesen van Boltzmann. Zo vroegen Prigogine en zijn Engelse medewerker Gerhardt Klein zich in 1953 af welk type van irreversibele gedragingen zich in een harmonische vaste stof konden voordoen. In 1955 kwam Léon Van Hove met de eerste bevredigende afleiding van een transportvergelijking à la Boltzmann vanuit het formalisme van de kwantummechanica. Zijn werk werd in 1956 veralgemeend door Prigogine.
Onder impuls van Prigogine werd er gewerkt om uit de waarschijnlijkheidsverdelingen “exacte” irreversibele evolutievergelijkingen af te leiden, met als voornaamste karakteristiek het integreren van concepten en instrumenten van de ergodische theorie en de functionele analyse, ter precisering van het type beginvoorwaarden die de thermodynamica naar de toekomst evolueren.

Levenswetenschappen
De ogenschijnlijke tegenstelling tussen de groeiende complexiteit van levende organismen in de biologische evolutie en de toename van entropie in een geïsoleerd systeem ontsnapten niet aan de opmerkzaamheid van Marcel Florkin. Deze contradictie stond ook centraal in het werk van Prigogine. Aanvankelijk exploreerde hij de implicaties van het theorema van minimum productie van entropie. Later spoorde de contractie aan tot werken die uitmonden in het concept dissipatieve structuur. Met het concept van de dissipatieve structuur, werd er een nieuw pad geopend en versnelde het onderzoek. Prigogine ontwikkelde een kinetisch model dat tegelijkertijd eenvoudig en instruerend bleek te zijn. Dit model werd de Brusselator genoemd. Het genereerde een grote variatie aan structuren die werden gecreeërd door diffuse-reactie processen.

De vloeistofmechanica en transportfenomenen
De vloeistofmechanica biedt vele voorbeelden van irreversibele processen, vanaf de transfer van massa en warmte tot spectaculaire niet-lineaire gedragingen die leiden tot geordende structuren in warmte-convectie of tot spatiotemporele chaos en turbulentie. Vanaf 1970 hebben Prigogine en Glansdorff, Paul (1904-1999) Paul Glansdorff een interessante klasse van dergelijke fenomenen verkend, met koppelingen tussen diffusie en geleiding van warmte. Zij gebruikten de methode van lokale potentialen alsook digitale en analytische methoden, wat gepaard ging met laboratoriumproeven.

Wetenschapsfilosofie
Ilya Prigogine was de grondlegger van wat vandaag gemeenzaam als de 'chaostheorie' bekend staat, een theorie die in essentie zegt dat in een situatie van instabiliteit elementen de neiging hebben om zich te organiseren tot structuren van een hogere orde (auto-organisatie). Hij maakte dus een beschrijving van een specifieke vorm van zelforganisatie. Hij ontdekte dat niet alle chemische en fysische processen streven naar een bepaalde evenwichtstoestand, zoals tot dan toe was aangenomen. Hij toonde aan dat daarnaast zogenaamde ver-uit-evenwicht systemen bestaan. Het kenmerkende van deze systemen is dat ze beschikken over een zelforganiserend vermogen. Ze ontwikkelen zichzelf autonoom in een cyclus van creatie, stabilisatie en destructie zonder interactie met de omgeving. Chaos wordt daarmee meer dan de donkere keerzijde van orde. In de afwezigheid van orde blijkt een creatieve, scheppende kracht van het universum te schuilen.
Samen met Isabelle Stengers schreef hij het boek Dialoog met de Natuur, waarin geprobeerd wordt filosofische consequenties te trekken uit de irreversibele thermodynamica.
In het invloedrijke boek Order out of chaos (1984) stellen Ilya Prigogine en Isabelle Stengers het zeer kernachtig: “Onze visie op de natuur ondergaat een radicale wijziging richting multipliciteit, tijdigheid en complexiteit.”
Ziijn thermodynamica is dus niet alleen toepasbaar op chemische processen, maar ook op maatschappelijke evoluties.

Verkeersmodellen Hij waagde zich ook aan verkeersmodellen in stedelijke netwerken met de Bose-Einstein statistiek. Zijn werk over de theorie van autoverkeer bevestigde zijn veronderstelling, dat zelfs menselijk gedrag in al zijn complexiteit, kan worden teruggebracht tot wiskundige formules.

Publicaties

• Korte lijst met publicaties in Catalogus KBR: http://opteron1.kbr.be/cgi-bin/opac.cgi?P0=NKBR&P1=1_JAN&P9=&P5=20&P4=&P2=3&P3=R_TI&P6=PRIGOGINE_ILYA
• Lijst met publicaties In: Radu, Balescu, "Ilya Prigogine", In: Stuart Alan, Rice, Special volume in memory of Ilya Prigogine, vol. 135, 2007.
  

Bibliografie

• Ali, Eftehari, Obituary Prof. Ilya Prigogine (1917-2003), In:"Adaptive Behavior", 2003, Vol. 11 (2), p.129-131.
• Obituaires: Ilya Prigogine, In:"SIAM News", Volume 36, Number 7, September 2003.
• Paul, Balduck, Ilya Prigogine (1917-2003), In:"Galerij Belgische scheikundigen, KVCV".
• Grégoire, Nicolis, "De thermodynamica, de wetenschap van het niet-lineaire en de statische mechanica", In: Robert Halleux, Geert Vanpaemel, Jan Vandersmissen en Andrée Despy-Meyer (red.), Geschiedenis van de wetenschappen in België 1815-2000, Brussel: Dexia, 2001, vol. 2.
• Isabelle, Stengers, The challenge of complexity: unfolding the ethics of science in memoriam Ilya Prigogine, "ECO Special Double Issue", Vol. 6, Fall 2004, p.92-99.
• Autobiographie Ilya Prigogine, In:"Florilège des Sciences en Belgique", vol. 2, Brussel, 1980, ARB, p. 39-51.</ref>
• Radu, Balescu,Ilya Prigogine, In: Stuart Alan, Rice, "Special volume in memory of Ilya Prigogine", vol. 135, 2007, p. 1-82.