 Enrico Fermi. FOTO - ARCHÍV |
29. novembra 2004 uplynulo 50 rokov od smrti amerického fyzika talianskeho pôvodu Enrica Fermiho. Do dejín sa zapísal tým, že 2. decembra v roku 1942 spustil prvú riadenú jadrovú reakciu. Tento "malý, silný, bystrý, územčistý športový nadšenec, ktorý ako keby vedel dohliadnuť až k samotnej podstate všetkých problémov" (tak ho charakterizoval Jacob Bronowski), bol veľmi rôznorodým talentom. Ku koncu života ešte stihol zasiahnuť veľmi fermiovsky aj do takej komplikovanej sféry, akou je teória chaosu.
Píše o tom matematik Steven Strogatz v knihe editora Johna Brockmana Budúcich päťdesiat rokov (Dokořán a Argo, Praha 2004, preložil Aleš Drobek).
V najtemnejšom kúte fyziky
Fermi, ktorý nie dlho pred svojou smrťou navštívil Los Alamos, hľadal akúkoľvek šancu, aby vylákal k skúšobným výpočtom prvý superpočítač na svete, Maniac. Bol preňho ako športové auto, ktorému nemôže odolať. S jeho pomocou si chcel "posvietiť na nelinearitu, jeden z najtemnejších kútov klasickej fyziky". Jeho objav spôsobil doslova šok.
V spolupráci s Johnom Pastom a Stanislawom Ulamom požiadal Fermi superpočítač, aby stimuloval tisícnásobné vibrácie elastického reťazca 32 častíc. Celý tento systém mal predstavovať idealizovanú, jednorozmernú atómovú mriežku, ktorú držia pokope chemické väzby.
"V prípade malých vibrácií sa tieto väzby správali lineárne - pri dvojnásobnom natiahnutí sa zmršťovali dvojnásobnou silou. Na tejto aproximácii stavia celá fyzika pevných látok," píše Strogatz. "Fermi však vedel, že skutočné väzby by sa správali nelineárne, keby vibrácie boli dostatočne silné; nik nemal najmenšie tušenie, čo by sa v takom prípade stalo. Matematika tej doby odpovedať nedokázala, pretože nik nevedel vyriešiť rovnice pre nelineárny systém s toľkými časticami."
Neporiadok, zdroj poriadku
Fermi, Pasta a Ulam predpokladali, že keď sa reťazec rozhýbe, degeneruje na náhodilý stav, v ktorom budú vibrácie všetkých mysliteľných druhov približne rovnako silné. Takýto scenár totiž predpisovala termodynamika. Počítač však mal iný názor. Po veľmi dlhom čase sa častice takmer presne vrátili do počiatočných polôh.
"Toto bizarné echo bolo pre ľudstvo prvým náznakom, že nelinearita môže byť zdrojom prekvapujúceho poriadku," tvrdí Strogatz.
Fermi mal z tohto echového javu obrovskú radosť. Podľa Ulama mu láskyplne hovoril "nenápadný objav". Pred päťdesiatimi rokmi sa totiž nikto klasickou mechanikou nezaoberal. Za tristo rokov sa už predsa muselo všetko prebrať dostatočne dôkladne.
Fermi si však uvedomil, že všetky problémy nelinearity zostali záhadné ako kedysi. Pri spätnom pohľade vidíme, aký predvídavý bol Fermi. Týka sa to ako výberu problému, tak aj jeho revolučného počítačového riešenia. Jeho vízia - samozrejme príslušným spôsobom zovšeobecnená - sa hodí skôr do dnešnej doby a do budúcich päťdesiatich rokov nelineárnej dynamiky.
"Nenápadný objav"
Fermiho "nenápadný objav" o tom, ako sa budú správať nerovnovážne systémy, umožnil ohromujúci pokrok. Fyzik Michell Feigenbaum použil jednu z metód štatistickej fyziky a ukázal, že prechod od pravidelného k chaotickému správaniu sa riadi istými univerzálnymi zákonmi. Jeho predpovede sa potvrdili pri takých odlišných systémoch, ako sú srdcové bunky, chemické reakcie alebo polovodiče. Aj model génových sietí Stuarta Kauffmana, sebaorganizujúce sa hromady piesku Pera Baka alebo umelé neurónové siete Johna Hopfielda sú míľnikmi cesty, ktorú naznačil Fermi.
Ako píše Strogatz, momentálne by sme veľmi potrebovali rozpliesť genetickú sieť, ktorou sa riadi činnosť bunky. "S dnes už existujúcimi DNA-čipmi môžeme zmerať simultánnu aktivitu tisícov rôznych génov, ale stále nevieme, ktoré gény spolu komunikujú a ako vzájomne kvantitatívne ovplyvňujú svoju aktivitu."
Ak by sme to dokázali zistiť, malo by to ďalekosiahle dôsledky nielen pre biológiu, ale aj pre sociológiu a ekonomiku.
Strašidelná myšlienka
Na záver svojej eseje v knihe, obsahujúcej 25 úvah o budúcom vývoji vedy, sa Strogatz zaoberá otázkou, či nám aj naďalej bude teoretická veda prinášať také potešenie, keď nás v nej budú prekonávať počítače. Môže sa celkom dobre stať, že skončíme ako "náhodní pozorovatelia, neschopní držať krok so strojmi, ktoré sme postavili, a vyvedení z miery ich prekvapujúcimi závermi".
Enrico Fermi bol možno jedným z prvých ľudí, ktorému táto strašidelná myšlienka napadla.
(ač)
