Okay, jeg må bare indrømme det — den her historie fik mig til at føle, at alt hvad jeg troede jeg vidste om fysik, pludselig blev lidt rystet. Og jeg er ikke engang fysiker!
Sagen er den her. Du husker nok Newtons tredje lov fra skolen: for hver handling er der en lige stor modreaktion. Det er grunden til, at du kan gå (dine fødder skubber bagud på jorden, jorden skubber dig fremad), hvorfor biler kører, hvorfor raketter virker, og hvorfor en punkteret ballon flyver rundt i stuen som en koffeinpumpet ninja.
I over 300 år har det her princip været absolut grundsten. Det er en af de regler, som resten af den klassiske fysik støtter sig op ad — lidt ligesom bærende vægge i et hus.
Men her bliver det mærkeligt. Forskere i Dresden har for nylig fundet ud af, at fugleflokke ser ud til høfligt at ignorere denne lov — og de slipper helt væk med det.
Hvad sker der egentlig?
Når fugle flyver sammen i de hypnotiserende murmurationer (de smukke bølgemønstre du ser ved solnedgang), holder de ikke øje med alle omkring dem. I stedet reagerer hver fugl kun på dem ved siden af og en smule foran. Fuglene bagved? Undskyld, I er usynlige.
Det giver faktisk god mening set fra fuglenes perspektiv. At kigge fremad og til siderne giver information om, hvor flokken er på vej hen. Hvad der er bagved dig, er jo trods alt bagved dig.
Men her opstår fysikproblemet: det betyder, at interaktionen mellem fuglene ikke er gensidig. Fugl A reagerer på Fugl B, men Fugl B reagerer måske ikke lige så meget på Fugl A. Der sker ingen lige og modsatrettet reaktion mellem dem. Bare ensrettet påvirkning.
Forskere kalder det "ikke-gensidige interaktioner," og de dukker op overalt i naturen — i bakteriekolonier, menneskemængder, ja selv grupper af celler i din krop. Den traditionelle fysik var aldrig rigtig designet til de situationer. Det er som at prøve at bruge en bageopskrift, når du faktisk har brug for en vejledning til wok.
Den Smarte Løsning
Forskerholdet, ledet af fysiker Marín Bukov, gav ikke op i frustration. I stedet tænkte de kreativt.
Deres løsning er genuint elegant. De indså, at de kunne tilføje "fiktive partnere" til de her systemer — matematiske stedfortrædere, der ikke eksisterer i virkeligheden, men som får ligningerne til at give mening.
Tænk på det sådan her: for at forstå en ensrettet samtale mellem fugle, tilføjer du i bund og grund en imaginær fugl foran hver rigtig fugl, der bevæger sig i modsat retning. De her imaginære fugle er bare matematiske værktøjer, ikke faktiske fjerbeklædte væsener. Men med dem på plads kan du pludselig bruge alle de standard fysik-værktøjer, der forudsætter gensidige (modtagelige) interaktioner.
"Tricket bag den nye teori er, at den konstruerer en partner til hver del af systemet — en fiktiv partner, der ikke eksisterer i naturen," forklarer biofysiker Ricard Alert. "De originale ikke-gensidige interaktioner erstattes af gensidige interaktioner med disse hjælpefrihedsgrader."
Det er lidt som at sætte støttehjul på en cykel, bortset fra at støttehjulene hjælper dig med at køre i retninger, som den originale cykel ikke kunne klare.
Hvorfor Skal Du Overhovedet Bryde Dig Om Det?
Bortset fra den rene "wow, naturen er underligere end vi troede"-faktor, betyder det her en hel del.
For det første hjælper det forskere med at skabe meget bedre simuleringer af biologiske systemer. Vil du modellere, hvordan en bakteriekoloni spreder sig? Eller forudsige menneskemængders adfærd ved en koncert? Det her nye framework gør de simuleringer langt mere præcise.
For det andet, og her bliver det virkelig spændende, undrer forskerne sig nu over, om det her kunne føre til helt nye opdagelser inden for kvantefysik. Hvis partikler kan have de her ikke-gensidige interaktioner under bestemte ekstreme forhold, ville det så kunne skabe helt nye former for kollektiv adfærd, vi ikke har set før?
"Om de her undtagelser fra Newtons lov fører til helt nye former for kollektiv kvanteadfærd," siger fysiker Roderich Moessner. "Vi ved stadig meget lidt om det — og det er netop det, der gør det så fascinerende."
Det Store Billede
Jeg elsker den her historie, fordi den minder os om, at selv vores mest grundlæggende naturlove har grænsetilfælde, hvor de ikke helt gælder. Newton tager ikke fejl — hans tredje lov er stadig klippefast for de situationer, den var designet til. Men naturen har fundet måder at arbejde udenom den i komplekse systemer, og nu har vi det matematiske framework til at forstå hvordan.
Nogle gange er universet mere kreativt, end vores lærebøger giver det kredit for.
Og ærligt talt? Jeg synes, der er noget smukt ved ideen om, at en murmuration af stære derude danser hen over aftenhimlen, sødmefuldt trodser en af de mest berømte regler i hele fysikken — og ingen af dem aner det engang.
Det, mine venner, det er hvad jeg kalder teamwork.
Kilde: ScienceDaily