Jag måste erkänna något. Den här historien fick mig att känna mig som om allt jag trodde mig veta om fysiken hade fått sig en rejäl knuff. Och jag är inte ens fysiker!
Bakgrunden är den här. Du minns säkert Newtons tredje lag från skolan: för varje kraft finns en lika stor och motsatt riktad kraft. Den förklarar varför du kan gå (dina fötter trycker bakåt mot marken, marken trycker dig framåt), varför bilar rör sig, varför raketer funkar, och varför en lufttömning av en ballong får den att flyga runt i vardagsrummet som en koffeinpåverkad ninja.
I över 300 år har den här principen varit helt grundläggande. En av de regler som resten av klassisk fysik vilar på, ungefär som lastbärande väggar i ett hus.
Men så blir det konstigt. Forskare i Dresden har nyligen kommit fram till att fågel Flockar verkar artigt ignorera den här lagen — och de kommer undan med det.
Vad händer egentligen?
När fåglar flyger tillsammans i de där hypnotiska murmurationerna (de vackra vågmönstren du ser i solnedgången) bryr de sig inte om alla runtomkring dem. Istället håller varje fågel koll på dem som sitter bredvid och lite framför. Fåglarna bakom? Syns inte.
Det är faktiskt ganska smart av fågeln. Att titta framåt och åt sidorna ger information om vart flocken är på väg. Det som finns bakom dig är, ja, bakom dig.
Men här ligger fysikproblemet: det betyder att växelverkan mellan fåglarna inte är ömsesidig. Fågel A reagerar på fågel B, men fågel B reagerar inte nödvändigtvis lika mycket på fågel A. Det sker ingen jämställd och motsatt reaktion mellan dem. Bara envägspåverkan.
Forskare kallar det här "icke-reciproka interaktioner", och de dyker upp överallt i naturen — i bakteriekolonier, folkmassor, till och med grupper av celler i din kropp. Traditionell fysik var aldrig riktigt designad för sådana här situationer. Det är som att försöka använda ett bakingrediensrecept när du egentligen behöver instruktioner för wokning.
Den smarta lösningen
Forskarlaget, lett av fysikern Marín Bukov, gav inte upp i frustration. Istället blev de kreativa.
Deras lösning är genuint elegant. De insåg att de kunde lägga till "fiktiva partners" i dessa system — matematiska variabler som inte existerar i verkligheten men som får ekvationerna att fungera.
Tänk dig det så här: för att förstå en envägskonversation mellan fåglar lägger du i princip till en imaginär fågel framför varje riktig fågel, som rör sig i motsatt riktning. Dessa imaginära fåglar är bara matteverktyg, inte faktiska fjäderklädda varelser. Men med dem på plats kan du plötsligt använda alla standardverktyg inom fysiken som förutsätter reciproka (ömsesidiga) interaktioner.
"Tricket bakom den nya teorin är att den skapar en partner för varje komponent i systemet — en fiktiv partner som inte existerar i naturen," förklarar biofysikern Ricard Alert. "De ursprungliga icke-reciproka interaktionerna ersätts av reciproka interaktioner med dessa hjälpvariabler."
Det är lite som att sätta på stödhjul på en cykel, förutom att stödhjulen hjälper dig att cykla i riktningar som den ursprungliga cykeln inte kunde hantera.
Varför borde du bry dig?
Bortsett från den rena "wow, naturen är konstigare än vi trodde"-faktorn, spelar det här roll av flera skäl.
För det första hjälper det forskare att skapa mycket bättre simuleringar av biologiska system. Vill du modellera hur en bakteriekoloni sprider sig? Eller förutsäga folkbeteende på en konsert? Det här nya ramverket gör sådana simuleringar betydligt mer exakta.
För det andra, och här blir det riktigt spännande, funderar forskarna nu på om det här kan leda till helt nya upptäckter inom kvantfysik. Om partiklar kan ha dessa icke-reciproka interaktioner under vissa extrema förhållanden — skulle det kunna skapa helt nya former av kollektivt beteende som vi aldrig har sett förut?
"Om dessa undantag från Newtons lag leder till helt nya former av kollektivt kvantbeteende," säger fysikern Roderich Moessner. "Vet vi fortfarande mycket lite om — och det är precis det som gör det så fascinerande."
Den större bilden
Jag älskar den här historien för att den påminner oss om att även våra mest grundläggande naturg lagar har undantagsfall där de inte riktigt gäller. Newton har inte fel — hans tredje lag är fortfarande sten stabil för de situationer den var designad för. Men naturen har hittat sätt att kringgå den i komplexa system, och nu har vi det matematiska ramverket för att förstå hur.
Ibland är universum mer kreativt än våra läroböcker ger det cred för.
Och ärligt talat? Jag tycker det är vackert att tänka sig att en murmuration av starar dansar över kvällshimlen, som hånar en av de mest berömda reglerna i all fysik — utan att en enda av dem ens vet om det.
Det kallar jag lagarbete.
** Källa:** ScienceDaily