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)


Najčítanejšie na SME Tech


Inzercia - Tlačové správy


  1. 5 tipov ako na zdravé nôžky v škole
  2. Ako sa developer prispôsobil nárokom kupujúceho
  3. 6 účinkov prírodného slovenského výrobku
  4. Let s prestreleným srdcom: Samovraždy slovenských hercov
  5. TAURIS výrobky na gril potešia gurmánov aj maškrtníkov
  6. Problémy s počatím? Čo vás čaká na ceste za dvomi čiarkami
  7. Ako pracujú horskí záchranári? Tieto veci by ste nemali podceniť
  8. Lety do exotiky už aj z Bratislavy
  9. Nonstop banka vo vrecku - aplikácia Mobil Banking
  10. Ako sme jazdili v socializme
  1. Očarujúca Srí Lanka: malý ostrov plný prekvapení
  2. 5 tipov ako na zdravé nôžky v škole
  3. Ako sa developer prispôsobil nárokom kupujúceho
  4. Už aj seniori presadajú do SUV
  5. 6 účinkov prírodného slovenského výrobku
  6. Americká ambasáda zaberá pozemky už rok bez nájomnej zmluvy
  7. Bratislava gets a new public space and park
  8. TAURIS výrobky na gril potešia gurmánov aj maškrtníkov
  9. Let s prestreleným srdcom: Samovraždy slovenských hercov
  10. Daikin predĺžil záruku na klimatizácie so službou Stand By Me
  1. Let s prestreleným srdcom: Samovraždy slovenských hercov 25 679
  2. Ako sme jazdili v socializme 3 027
  3. Ako sa developer prispôsobil nárokom kupujúceho 2 451
  4. 6 účinkov prírodného slovenského výrobku 1 969
  5. Problémy s počatím? Čo vás čaká na ceste za dvomi čiarkami 1 534
  6. Lety do exotiky už aj z Bratislavy 1 520
  7. TAURIS výrobky na gril potešia gurmánov aj maškrtníkov 1 451
  8. 5 tipov ako na zdravé nôžky v škole 1 359
  9. Očarujúca Srí Lanka: malý ostrov plný prekvapení 1 315
  10. Ako pracujú horskí záchranári? Tieto veci by ste nemali podceniť 1 288

Hlavné správy zo Sme.sk

DOMOV

Obec, kde sa nestrácajú eurofondy, stavia wellness centrum

Starosta Raslavíc Marek Rakoš dokázal za dva roky vybudovať 80 pracovných miest pre sociálne slabé skupiny.

DOMOV

Kaliňák prečkáva Plavčana v zahraničí, dosiaľ šlo o jeho hlavu

Minister vnútra je už dlhšie na dovolenke.

SVET

Stala sa nehoda? Treba natáčať

Prácu záchranárov komplikujú ľudia, ktorí sa chcú pochváliť zábermi.

Neprehliadnite tiež

DETSKÁ RUBRIKA

Včeláriky robia všetko pre rodinu. Mladé vtáčatá chodia kŕmiť aj tetky a ujovia

Živia sa hmyzom, často práve včelami. To však nie je veľmi pochuti včelárom, ktorí tieto vtáky bezhlavo kynožia.

Vypustili prvý satelit, ktorý vyrobili pomocou 3D tlačiarne

Satelity by mali byť vo vesmíre približne päť až šesť mesiacov.

Toto sú najlepšie čínske smartfóny (leto 2017)

Xiaomi, Vernee, Oukitel alebo Ulefone? Poradíme vám, ako sa nestratiť vo svete čínskych smartfónov.

Na dne morí sa hromadia plasty, môže za to aj zvláštne zviera

Vršovky nie sú vinníci, sú obeťami plastov.