Oamenii de știință au descoperit că stolurile de păsări par să sfideze una dintre cele mai fundamentale reguli din fizică — a treia lege a lui Newton. Dar partea cu adevărat interesantă e alta: cercetătorii din Germania tocmai au găsit o soluție ingenioasă care ar putea revoluționa felul în care înțelegem de la bacterii la mulțimi și până la materialele cuantice.

Trebuie să recunosc — când am auzit prima dată despre această cercetare, creierul meu aproape că a făcut scurtcircuit. A treia lege a lui Newton? Aia a treia lege a lui Newton? Chestia cu „pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă" pe care o predăm la fizică de peste 300 de ani? Da, aceea care se pare că are o zonă oarbă când vine vorba de păsări. Și sincer? E un pic fascinant.

Deci ce se întâmplă aici?

Să explic pe îndelete. A treia lege a lui Newton e peste tot în viața noastră de zi cu zi, chiar dacă nu-ți dai seama. Când mergi la alergat, picioarele tale împing în pământ, iar pământul împinge înapoi cu forță egală — altfel ai pica prin asfalt. Mașinile se mișcă pentru că roțile lor împing înapoi pe șosea, iar șoseaua le împinge în față. Chiar și un balon stupid se-avântă înainte când iese aerul, tot din cauza asta. De secole încoace, această lege a fost una dintre pietrele de temelie ale fizicii clasice. Dr. Marín Bukov, unul dintre cercetătorii implicați în studiu, a spus-o perfect: „Orice predăm studenților noștri în mecanica teoretică se bazează în cele din urmă pe principiul acțiunii și reacțiunii."

Dar iată că stolurile de păsări nu joacă după aceste reguli. Când sute de grauri se-nvârtesc prin cer în acele murmurații hipnotice, fiecare pasăre face kbd only în seamă de vecinii de lângă ea sau puțin în față. Îi ignoră complet pe cei din spate. Această influență într-o singură direcție înseamnă că echilibrul acțiune-reacțiune pur și simplu... nu există. Oamenii de știință numesc asta „interacțiuni non-reciproce", și nu e doar o chestiune de păsări. Roiurile de bacterii, mulțimile de oameni care se deplasează printr-un spațiu, chiar și grupuri de celule din corpul tău — toate funcționează pe principii similare, unde lucrurile răspund doar la o parte din mediul lor, nu la tot în mod egal.

Problema pe care nimeni n-a putut s-o rezolve

Și iată unde lucrurile au devenit frustrante pentru fizicieni. Toate acele instrumente matematice sofisticate și metodele de simulare pe care le-am dezvoltat de-a lungul secolelor? Au fost create presupunând că interacțiunile sunt reciproce — că dacă A îl afectează pe B, atunci și B îl afectează pe A în mod egal. Când încerci să aplici aceste instrumente standard la sisteme non-reciproce, totul devine haotic rapid. Simulaterile devin instabile. Predicțiile se dărâmă. Oamenii de știință au fost practic nevoiți să o ia de la zero de fiecare dată când voiau să studieze ceva precum un stol de păsări sau o colonie bacteriană.

Dar asta s-ar putea să se schimbe în sfârșit.

Trucul cu „partenerul fictiv"

Cercetătorii de la Institutul Max Planck pentru Fizica Sistemelor Complexe din Dresda, împreună cu colegi din Würzburg, tocmai au publicat în Nature Physics o soluție care e sincer elegantă odată ce o înțelegi. Trucul? Au inventat păsări imaginare. Știu, știu — sună absurd. Dar rămâi cu mine.

Fizicianul Ricard Alert, unul dintre membrii echipei, a explicat-o așa: în loc să forțezi interacțiunile non-reciproce într-un cadru creat pentru cele reciproce, creezi un „partener" pentru fiecare component al sistemului. Acești parteneri nu există în natură — sunt constructe pur matematice. „Pentru fiecare pasăre reală, plasăm artificial o pasăre fictivă în fața ei, aliniată în direcția exact opusă", a spus Alert. Interacțiunile originale unidirecționale sunt înlocuite cu interacțiuni reciproce cu aceste variabile auxiliare (fictive).

Gândește-te la asta așa: în loc să încerci să bati un cui pătrat într-o gaură rotundă, au găsit o cale să transforme cuiul în ceva care se potrivește fără să schimbe gaura.

De ce contează asta (mult)

La suprafață, asta ar putea părea o problemă de fizică de nișă. Dar sistemele non-reciproce apar pretutindeni în biologie și medicină. Să înțelegi cum migrează celulele, cum se mișcă mulțimile, cum se răspândesc infecțiile bacteriene — toate depind de interacțiuni care nu respectă a treia lege a lui Newton. Cu acest cadru teoretic nou, oamenii de știință pot în sfârșit să folosească instrumentele puternice ale fizicii sistemelor cu multe corpuri pentru a studia aceste sisteme corect. Asta înseamnă simulări mai bune, o înțelegere mai profundă și, potențial, descoperiri în domenii de la medicină la ingineria traficului.

Dar stai — mai e ceva. Cercetătorul Roderich Moessner subliniază că asta ar putea avea implicații chiar și în fizica cuantică. Grupul său studiază materia cuantică unde particulele interacționează în moduri neobișnuite, creând fenomene precum magnetismul sau curentul electric fără pierderi. Întrebarea acum e dacă aceste „excepții de la legea lui Newton" ar putea duce la forme complet noi de comportament colectiv cuantic. „Încă știm foarte puțin despre asta — și tocmai asta face lucrurile atât de fascinante", a spus Moessner.

Părerea mea

Îmi plac poveștile din astea pentru că ne amintesc că știința nu e doar despre a avea toate răspunsurile — e despre a pune întrebări mai bune. De peste 300 de ani, a treia lege a lui Newton a servit omenirea incredibil de bine. Ne-a ajutat să construim mașini, să înțelegem mișcarea, să deblocăm nenumărate avansuri tehnologice.

Dar natura nu ține cont de teoriile noastre elegante. Pur și simplu face ce-are de făcut. Și uneori, ca în cazul stolurilor de păsări, natura dezvăluie că framework-urile noastre au limitări pe care nici nu le observasem.

Ceea ce e frumos la această cercetare e că, în loc să declare legea lui Newton „greșită", oamenii de știință au găsit o cale să extindă instrumentele existente pentru a acoperi cazuri pe care cadrul original nu le putea gestiona. Asta nu e o înfrângere — e fix cum ar trebui să funcționeze știința.

Și sincer? Îmi place că soluția implică păsări imaginare. E ceva minunat de poetic în faptul că pentru a înțelege murmurațiile reale ale graurilor, trebuie mai întâi să invoci unele false. Natura e ciudată. Știința e și mai ciudată. Și tocmai asta face totul atât de distractiv de explorat.

Stolurile de păsări care sfidează fizica: iată de ce oamenii de știință sunt în extaz

Observație