Hoe kunnen we de kloof overbruggen tussen kennis op microscopische schaal en vraagstukken op macroscopische schaal?

De reductionistische aanpak die de exacte wetenschappen zo succesvol gedomineerd heeft sinds Descartes, is gebaseerd op het kernidee dat complexe systemen gereduceerd kunnen worden tot elementaire componenten, die zich éénvoudig laten beschrijven en begrijpen. De beperking van reductionisme is echter dat de voorspellende waarde verloren gaat naarmate het aantal componenten toeneemt: een beschrijving van een systeem als een enorm samenstelsel van de onderdelen, stelt ons niet beter in staat om er goede voorspellingen van te maken. Veel systemen vertonen echter emergent gedrag: belangrijke eigenschappen van het systeem laten zich beschrijven zonder verwijzing naar de preciese toestand van alle onderdelen. In natuurlijke en technische systemen, hebben de vraagstelling en de onderliggende elementaire verschijnselen meestal zeer verschillende lengte- en tijdschalen. Hoe kunnen materiaaleigenschappen op constructie niveau beïnvloed worden via de atomaire en kristallijne structuur? Hoe zorgen moleculen in een gas voor warmte overdracht? Hoe kann men kleine deeltjes gebruiken om het rendement van grote chemische reaktoren te verbeteren? Hoe leiden veranderingen in snelle cellulaire processen tot langzame veroudering van weefsel? Al deze vragen hebben gemeenschappelijk dat een antwoord gezocht wordt op een lengte- of tijdschaal die veel groter is dan die van de onderliggende elementaire processen.