Pętla OODA – wpływ entropii i mechaniki kwantowej na procesy podejmowania decyzji

Pętla OODA „Observe-Orient-Decide-Act” (Obserwacja-Orientacja-Decyzja-Akcja) jest cyklicznym adaptacyjnym modelem obserwacji, szybkiej oceny sytuacji, podjęcia decyzji i działania. Pętla została stworzona przez pułkownika lotnictwa wojskowego USA Johna R. Boyda na przełomie lat 70-tych i 80-tych XX wieku na potrzeby prowadzenia walki powietrznej.

Inspiracją dla Boyda było nie tylko jego doświadczenie i obserwacje na polu walki, ale także m.in. zjawisko entropii i zasada nieoznaczoności Heisenberga. Podejście interdyscyplinarne i współdziałanie różnych dziedzin nauki było dla niego kluczem do zrozumienia złożoności i dynamiki zjawisk w przyrodzie i społeczeństwie.

Pętla OODA w cywilu

Choć OODA została stworzona dla pilotów lotnictwa wojskowego do walki powietrznej, to jednak szybko została przyjęta „na uzbrojenie” w Korpusie Piechoty Morskiej i pozostałych rodzajach sił zbrojnych USA oraz w NATO. Obecnie jest ona stosowana także w wielu armiach świata poza NATO, służbach bezpieczeństwa i w zarządzaniu kryzysowym. Jest na tyle uniwersalna i prosta, że może być zastosowana niezależnie od skali.

Schemat działania pętli OODA.

Pętla OODA w wikipedii: https://en.wikipedia.org/wiki/OODA_loop

Gdy świat wkroczył w XXI wiek szalona cyfryzacja zaczęła produkować niewyobrażalne ilości danych w czasie rzeczywistym. Nie ma co do tego wątpliwości, że zmieniło to nasze życie prywatne, naszą pracę, a przede wszystkim biznes. W szybko zmieniającej się rzeczywistości kierujący biznesami są zmuszeni podejmować błyskawiczne decyzje na bazie spływających informacji z rynku, od klientów i pracowników. Nadszedł czas, gdy wywodząca się z koncepcji działania na polu walki pętla OODA zaczęła mieć zastosowanie w cywilu. Staje się ona bardzo użyteczna w zarządzaniu i rozwoju biznesu.

Analogie i inspiracje

Nasz umysł jest stworzony do rozwiązywania zagadnień przez analogię, nawet daleko posuniętą i bardzo abstrakcyjną. Dzięki czemu potrafimy uporać się z problemami, choć nigdy wcześniej nie mieliśmy z nimi do czynienia, nie mamy wystarczającej wiedzy ani doświadczenia.

Inspiracją dla pętli OODA byli piloci wojskowi i ich walka powietrzna. John Boyd obserwował ich dostrzegając pewne wzorce wśród najlepszych. Korzystając z własnego doświadczenia pilota, obserwacji innych oraz analizy konfliktów zbrojnych zaczął on opracowywać narzędzie, które ułatwiłoby podejmowanie szybkich i efektywnych decyzji w walce powietrznej.

Boyd jednak sięgnął znacznie dalej – poza domenę militarną. Zbudował koncepcję myślową o ewolucji procesów poznawczych i decyzyjnych opartą o matematyczne i fizyczne rozumienie zachodzących zjawisk. Głębokie analogie do filozofii abstrakcyjnych systemów matematycznych, termodynamiki i mechaniki kwantowej pozwoliły mu na zbudowanie spójnej, opartej na nauce i przez to intuicyjnej, a co najważniejsze działającej w rzeczywistości koncepcji procesu podejmowania decyzji w szybko zmieniających się warunkach otoczenia.

Początki koncepcji OODA – punkt przełomowy

Cofnijmy się do 3 września 1976 roku. Tego dnia pułkownik John Boyd opublikował krótki artykuł „Destruction and creation”, który miał zaledwie 8 stron, prezentując w nim swój pogląd na proces dostosowania działań do zmieniającego się środowiska, by w nim przetrwać, zwyciężyć lub zginąć. Rozważając matematyczne twierdzenie o niezupełności Kurta Gödla, zasadę nieoznaczoności Heisenberga, entropię i II zasadę termodynamiki chciał pokazać jak działają procesy poznawcze i decyzyjne i dlaczego konieczna jest cykliczna adaptacja tych procesów do zmieniających się warunków środowiska. Jak się okazało artykuł był przełomowy i doprowadził do ukształtowania się koncepcji pętli OODA.

Niszczenie i tworzenie, czyli z chaosu ku porządkowi

Punktem wyjścia dla Boyda był koncept procesu kształtowania przez nas środowiska a jednocześnie byciu przez to środowisko kształtowanym. Gdy istniejący zdefiniowany przez nas wzorzec nie wyjaśnia wszelkich wątpliwości (a zawsze tak jest), to staramy się stworzyć nowy, lepiej dopasowany do problemu i otaczającego nas środowiska. Proces znalezienia tego nowego rozwiązania opiera się na cyklicznym niszczeniu starych i tworzeniu nowych wzorców rozumienia świata, przechodząc w ten sposób od porządku przez chaos, by w końcu znów stworzyć nowy porządek. Na myśl nasuwają się tu wielkie zmiany jak powstanie i upadek Rzymu czy rewolucje i wojny światowe w erze nowożytnej.

Koncepcja chaosu jako źródła porządku ma również swoje uzasadnienie w systemach nieliniowych, gdzie z pozornego bezładu mogą wyłonić się nowe, bardziej uporządkowane struktury, o czym pisał noblista z chemii Ilya Prigogine w swojej książce „Z chaosu ku porządkowi”.

Analiza i synteza. Graf wiedzy.

Myślowym odpowiednikiem procesów destrukcji i tworzenia są analiza i synteza. Zwykle zaczynamy analizować problem metodą od ogółu do szczegółu (ang. top-down). W kolejnych krokach rozkładamy ogólną koncepcję na coraz mniejsze elementy, które dobrze rozumiemy. W rezultacie otrzymujemy połączone ze sobą na różne sposoby fragmenty naszej wiedzy. Wspólnie tworzą one sieć połączeń zwany też grafem wiedzy (ang. knowledge graph). Graf wiedzy jest obecnie jednym ze standardów przechowywania i przeszukiwania informacji cyfrowo.

Synteza służy nam do zbudowania czegoś nowego, co będzie lepiej przystawać do rozumianego przez nas świata (podejście od szczegółu do ogółu , ang. bottom-up). Powstaje więc nowa sieć połączeń. Syntezujemy z drobnych elementów nowe wzorce. Możemy z grafu wiedzy usuwać lub dodawać nowe pojęcia oraz zmieniać połączenia między elementami w dowolny sposób. Nowo powstałe wzorce i pojęcia nie są idealne. Świat wokół, jak i nasze o nim pojęcie ewoluuje, więc z czasem powstaje potrzeba ponownego przeformułowania wzorców tak, by odpowiadały naszemu nowemu spojrzeniu na zachodzące wokół zmiany.

Fizyczne ograniczenia w rozumieniu i kształtowaniu świata

Proces tworzenia przez nas wzorców i schematów, które pozwalają nam zrozumieć i zmieniać otaczający nas świat ma swoje fizyczne ograniczenia, które wynikają z samej natury świata. Rozumiał to Boyd pokazując, że próba budowania takich wzorców bez cyklicznej zmiany schematów myślenia nieuchronnie prowadzi do stałego wzrostu niepewności, a tym samym chaosu, w ostateczności prowadząc do śmierci takiego systemu.

Twierdzenie o niezupełności Gödla

Kurt Gödel udowodnił twierdzenie o niezupełności (Twierdzenie Gödla) wykazując na przykładzie arytmetyki, że nie jest możliwe objęcie danego systemu matematycznego tylko jego własnym systemem logiki. Istnieją bowiem prawdziwe stwierdzenia w samym systemie arytmetyki, których nie można wydedukować z postulatów tworzących ten system, innymi słowy system jest spójny ale niekompletny. Następnie udowodnił, że nawet jeśli system jest spójny, to i tak nie można udowodnić jego spójności w ramach tylko tego samego systemu.

Zauważyć można, że cały czas poruszamy się z dowodami w obrębie jednego systemu arytmetyki. Prowadzi to do konkluzji, że dowodów nie można przeprowadzić wewnątrz systemu. Natomiast jak wykazał inny matematyk Gentzen – dowody można znaleźć, jeśli odwołamy się do systemów spoza samej arytmetyki.

Twierdzenie Gödla pokazało, że konieczna jest do wykonania cykliczna praca, by rozpoznać i zrozumieć otaczające nas środowisko. Aby tego dokonać obserwujemy świat i tworzymy pasujące do naszych obserwacji koncepcje jego działania. Jednocześnie zachodzi tu sprzężenie zwrotne, gdyż tworzone koncepcje decydują, jaki zestaw obserwacji będziemy prowadzić. Z tego względu kolejne iteracje nie przynoszą zamierzonego skutku – opracowania zupełnego i spójnego opisu świata. Wynika to nie tylko z twierdzenia Gödla, ale także ze znanego z fizyki efektu obserwatora i zasady nieoznaczoności Heisenberga z mechaniki kwantowej.

Obserwacja a nieoznaczoność i efekt obserwatora

Nim zostanie omówiony meritum zagadnienia należy wyjaśnić zamieszanie wynikające z używania nazwy zasady nieoznaczoności jako efektu obserwatora lub właściwej zasady nieoznaczoności Heisenberga.

Zasada nieoznaczoności Heisenberga w mechanice kwantowej, której autor nadał ostateczną formę w 1927 roku, mówi o tym, że im dokładniej określone jest położenie jakiejś cząstki, tym mniej precyzyjnie można przewidzieć jej pęd i odwrotnie.

$$ \Delta x\Delta p_{x}={\frac {\hbar }{2}} $$

Efekt obserwatora to zaburzenie obserwowanego układu w wyniku dokonywanej obserwacji, przez co nie jest możliwe dokładne zmierzenie wartości obserwowanej. Doznajemy tego efektu również w skali makroskopowej, np. pomiar ciśnienia w oponie powoduje, że część powietrza ucieka, a termometr mierzący temperaturę absorbuje pewną ilość ciepła.

Oba zjawiska są do siebie bardzo podobne w rezultatach, co więcej sam Heisenberg próbował wyjaśnić zasadę nieoznaczoności efektem obserwatora w mikroskopowym świecie mechaniki kwantowej. Zasada nieoznaczoności nie wynika z efektu obserwatora, gdyż z biegiem czasu stało się jasne, że nieoznaczoność jest nieodłącznie związana z właściwościami wszystkich układów falowych, i że pojawia się w mechanice kwantowej po prostu z powodu fali materii. Jest naturą wszystkich obiektów kwantowych.

Boyd celowo połączył oba te zjawiska, gdyż sądził, że zasada nieoznaczoności Heisenberga wynika z efektu obserwatora. Trudno zresztą o to winić kogokolwiek, skoro sam Heisenberg tak próbował wyjaśnić swoją zasadę na poziomie kwantowym i wydaje się, że Heisenbergowi czasami zdarzało się mylić te dwa zjawiska ze sobą.

W swojej koncepcji Boyd zamienił pęd cząstki na iloczyn prędkości i masy, co uwidacznia matematyczną zależność całkowitej niepewności od masy – im mniejsza masa cząstki, tym większa całkowita niepewność w pomiarze parametrów.

$$ \Delta x\Delta v_{x}={\frac {\hbar }{2 m}} $$

Według założeń Boyda jeśli precyzja obserwacji albo masa obserwowanych zjawisk jest porównywalna do precyzji lub masy zjawisk obserwujących, innymi słowy – jeśli do obserwacji obiektów na polu walki użyjemy podobnych licznością obiektów obserwacyjnych lub o podobnej precyzji, to niepewność pomiarów będzie co najmniej tak duża jak prędkość i rozmiar układu odniesienia obserwowanych obiektów. Wynika z tego, że przy takich warunkach trudno jest precyzyjnie określić charakter obserwowanego systemu. W świecie rzeczywistym patrząc na pole walki przewaga jednej strony nad drugą jest raczej kilkukrotna niż tysiąc, czy milion razy większa, więc efekt wpływu porównywalnych mas lub precyzji jest znaczący.

Równocześnie obserwujemy efekt wpływu obserwatora, którego obecność powoduje zaburzenia w obserwowanym układzie i wzrost niepewności obserwacji wraz ze wzrostem ingerencji obserwatora.

Superpozycja niepewności

Można zauważyć zatem, że wartości niepewności obserwacji wynikające zarówno z zasady nieoznaczoności Heisenberga jak i efektu obserwatora nakładają się na siebie. W efekcie wartości niepewności reprezentują stopień zamieszania i nieporządku, chaosu postrzeganego przez obserwatora, którego miarą jest entropia.

Entropia i druga zasada termodynamiki

Entropia i druga zasada termodynamiki jest nierozerwalnie związana z chaosem. Entropia określa potencjał do wykonywania pracy i zdolność do podejmowania działań, jak również stopień zamieszania i nieporządku, chaosu i rozproszenia energii. Im wyższa entropia, tym większy chaos, mniejszy potencjał systemu do wykonania pracy, czy podejmowania decyzji, brak spójności w organizacji. Odwrotnie, im niższa entropia, tym wyższa zdolność do podejmowania decyzji i wykonywania pracy, mniejsze nieuporządkowanie.

Wzrost entropii to także utrata informacji. O związku entropii i termodynamiki z informacją możecie przeczytać tutaj: Entropia – pomost pomiędzy fizyką a uczeniem maszynowym.

Niestety entropia rośnie z czasem, czego wszyscy doświadczamy, gdy wokół nas rośnie niepostrzeżenie nieporządek i od czasu do czasu trzeba coś z nim zrobić. Druga zasada termodynamiki głosi, że w izolowanym układzie entropia rośnie dla wszystkich procesów nieodwracalnych. Ma to kluczowe znaczenie dla dopasowania koncepcji do rzeczywistości. Za każdym razem, gdy wykonywana jest praca na rzecz dopasowania w układzie, który jest izolowany (nie może się komunikować z innymi układami na zewnątrz), rośnie entropia i zwiększa się chaos. Niemożliwe jest więc zbudowanie spójnej koncepcji takiego systemu bazując tylko na nim samym. Obniżyć entropię można jedynie poprzez zewnętrzne działania.

Podsumowanie

Koncepcja Boyda ukazuje ograniczenia fizyczne, które determinują ewolucję rozumienia przez nas świata i wzajemnego kształtowania. Mamy tendencję do tworzenia modeli, żeby lepiej rozumieć świat i podejmować na tej podstawie decyzje zmieniając go. Twierdzenie Gödla, zasada nieoznaczoności Heisenberga i druga zasada termodynamiki sprawiają jednak, że nie da się w ramach jednego modelu nieskończenie go poprawiać i dostosowywać do zmieniającej się rzeczywistości, gdyż uniemożliwi to rosnący chaos. Trzeba wyjść na zewnątrz i znaleźć nowe rozwiązanie albo można zburzyć częściowo lub całkowicie istniejący model i na tych zgliszczach zbudować go na nowo.

Ewolucja rzeczywistości powoduje, że niszczenie i tworzenie koncepcji działania świata trzeba powtarzać cyklicznie i w nieskończoność, gdyż na skutek entropii nigdy nie osiągniemy stanu całkowitej spójności i kompletności systemu. Pętla OODA to poukładany proces obserwacji, analizy, decyzji i działania w czasie rzeczywistym, pozwalający na redukcję entropii i chaosu. Dzięki niej można dostosować rozumienie świata do jego dynamiki. Pętla OODA może znaleźć zastosowanie w życiu codziennym i biznesie.

Bibliografia

1. Destruction and creation, John R. Boyd, 1976
2. OODA loop – wikipedia
3. Wstęp do mechaniki kwantowej, Richard L. Liboff, PWN Warszawa 1987
4. Mechanika kwantowa, Leonard I. Schiff, PWN Warszawa 1987
5. Mechanika statystyczna, Kerson Huang, PWN Warszawa 1987
6. Z chaosu ku porządkowi, Ilya Prigogine, Isabelle Stengers, PIW 1990
7. Twierdzenie Göedla – wikipedia
8. https://www.coljohnboyd.com/
9. https://www.artofmanliness.com/character/advice/john-boyds-roll-call-do-you-want-to-be-someone-or-do-something/
10. https://en.wikipedia.org/wiki/John_Boyd_(military_strategist)
11. https://pabook.libraries.psu.edu/literary-cultural-heritage-map-pa/bios/Boyd__John