Cum au reușit cardenalele să încalce o lege a fizicii veche de 300 de ani

Trebuie să recunosc — povestea asta m-a făcut să mă simt puțin Stingă. Și nu sunt nici măcar fizician!

Deci, să ne înțelegem. Probabil îți amintești a treia lege a lui Newton din școală: pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă. Este motivul pentru care poți merge (picioarele tale împing înapoi în pământ, pământul te împinge în față), de ce se mișcă mașinile, de ce funcționează rachetele, și de ce un balon dezumflat zboară prin casă ca un ninja cu prea multă cafea.

Peste 300 de ani, acest principiu a fost ceva fundamental. Este una dintre acele reguli pe care se sprijină restul fizicii clasice, cam cum casele au pereți de susținere.

Dar iată unde lucrurile devin ciudate. Cercetătorii din Dresden au descoperit că stolurile de păsări par să ignore politicos această lege — și reușesc să scape basma curată.

Ce se întâmplă de fapt?

Când păsările zboară împreună în acele murmurații care-ți taie respirația (acele modele de unde frumoase pe care le vezi la apus), nu acordă atenție tuturor din jurul lor. În schimb, fiecare pasăre observă doar păsările de lângă ea și ceva în față. Păsările din spate? Scuze, dar ești invizibil.

Din perspectiva păsării, asta chiar are sens. Când te uiți înainte și în lateral, primești informații despre direcția în care merge stolul. Ce e în spatele tău, ei bine, e în spatele tău.

Dar iată problema din fizică: asta înseamnă că interacțiunea dintre păsări nu este reciprocă. Păsărea A reacționează la Păsărea B, dar Păsărea B s-ar putea să nu reacționeze la fel la Păsărea A. Nu există reacție egală și opusă între ele. Doar influență într-o singură direcție.

Oamenii de știință numesc acestea „interacțiuni non-reciproce", și apar peste tot în natură — în colonii de bacterii, mulțimi de oameni, chiar și grupuri de celule din corpul tău. Fizica tradițională nu a fost niciodată concepută pentru astfel de situații. E ca și cum ai încerca să folosești o rețetă de prăjituri când de fapt ai nevoie de instrucțiuni pentru wok.

Soluția Ingenioasă

Echipa de cercetare, condusă de fizicianul Marín Bukov, nu a ridicat din umeri deznădăjduită. În schimb, au fost creativi.

Soluția lor este elegantă într-adevăr. Au realizat că pot adăuga „parteneri fictivi" în aceste sisteme — instrumente matematice care nu există în realitate, dar care fac ecuațiile să funcționeze.

Gândește-te așa: pentru a înțelege o conversație într-o singură direcție între păsări, adaugi practic o pasăre imaginară în fața fiecărei păsări reale, care se mișcă în direcția opusă. Aceste păsări imaginare sunt doar instrumente matematice, nu creaturi reale cu pene. Dar odată ce sunt puse la locul lor, brusc poți folosi toate instrumentele standard din fizică care presupun interacțiuni reciproce.

„Trucul din spatele acestei noi teorii este că construiește un partener pentru fiecare componentă a sistemului — un partener fictiv care nu există în natură," explică biofizicianul Ricard Alert. „Interacțiunile non-reciproce originale sunt înlocuite cu interacțiuni reciproce cu aceste grade de libertate auxiliare."

E puțin ca și cum ai adăuga roți de echilibru la o bicicletă, doar că roțile acelea te ajută să pedalezi în direcții pe care bicicleta originală nu le putea gestiona.

De ce ar trebui să-ți pese?

Dincolo de factorul simplu „uite ce ciudată e natura", asta contează din mai multe motive.

În primul rând, ajută oamenii de știință să creeze simulări mult mai bune ale sistemelor biologice. Vrei să modelezi cum se răspândește o colonie de bacterii? Sau să prezici comportamentul unei mulțimi la un concert? Acest cadru nou face acele simulări mult mai precise.

În al doilea rând, și aici devine cu adevărat interesant, cercetătorii se întreabă acum dacă asta ar putea duce la descoperiri cu totul noi în fizica cuantică. Dacă particulele pot avea aceste interacțiuni non-reciproce în anumite condiții extreme, ar putea crea forme complet noi de comportament colectiv pe care nu le-am văzut niciodată înainte?

„Dacă aceste excepții de la legea lui Newton duc la forme complet noi de comportament cuantic colectiv," spune fizicianul Roderich Moessner. „Încă știm foarte puțin despre asta — și tocmai asta face lucrurile atât de fascinante."

Imaginea de ansamblu

Îmi place povestea asta pentru că ne amintește că chiar și cele mai fundamentale legi ale naturii au cazuri limită unde nu se aplică chiar perfect. Newton nu greșește — a treia lui lege este încă solidă pentru situațiile pentru care a fost concepută. Dar natura a găsit modalități să o ocolească în sisteme complexe, și acum avem cadrul matematic să înțelegem cum.

Uneori universul e mai creativ decât îi dau credit manualele.

Și sincer? Cred că e ceva frumos în ideea că o murmurație de stăncuțe dansând pe cerul serii încalcă fără să știe una dintre cele mai celebre reguli din toată fizica.

Asta da muncă în echipă.

Sursă: ScienceDaily