Enrico Fermi nenápadne zasiahol aj do teórie chaosu a komplexity

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 ...

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)


Na spracúvanie osobných údajov sa vzťahujú Zásady ochrany osobných údajov a Pravidlá používania cookies. Pred zadaním e-mailovej adresy sa, prosím, dôkladne oboznámte s týmito dokumentmi.

Najčítanejšie na SME Tech

Inzercia - Tlačové správy

  1. Dubravské Čerešne majú sladké prekvapenie pre najrýchlejších!
  2. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí
  3. Zmrzlina z McDonald’s má u nás kratšiu záruku ako v Rakúsku. Pre
  4. Veríte brusniciam pri zápaloch močových ciest? Nemusia stačiť
  5. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne
  6. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie
  7. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice?
  8. O asistovanej reprodukcii sa šíri množstvo zavádzajúcich tvrdení
  9. Pivovar Šariš rozdá tisíce eur, o časti peňazí rozhodnú ľudia
  10. Volkswagen Golf GTI TCR naživo na Slovakia Ringu!
  1. Zmrzlina z McDonald’s má u nás kratšiu záruku ako v Rakúsku. Pre
  2. Dubravské Čerešne majú sladké prekvapenie pre najrýchlejších!
  3. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne
  4. Veríte brusniciam pri zápaloch močových ciest? Nemusia stačiť
  5. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí
  6. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice?
  7. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie
  8. Salón architektov A0 – Coneco 2018
  9. Záhradný nábytok: aký materiál je najlepší?
  10. Životné jubileum prof. Ing. Jaroslava Valáška, PhD.
  1. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne 14 891
  2. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí 12 626
  3. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie 9 460
  4. Ulovte si last minute dovolenku so zľavou do 70% 8 041
  5. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice? 7 982
  6. O asistovanej reprodukcii sa šíri množstvo zavádzajúcich tvrdení 6 580
  7. Pivovar Šariš rozdá tisíce eur, o časti peňazí rozhodnú ľudia 4 775
  8. Iná tvár Mexika: Nocovanie s Indiánmi, dobrodružstvo v džungli 3 195
  9. Nie sme žiadni paštikári. Slováci už dovolenkujú inak 3 017
  10. 3 dôvody, prečo sa oplatí mať online účet v ZSE už toto leto 2 705