Когато птиците играят по собствени правила

Признавам си — тази история ме разтърси сериозно. И не съм физик!

Ето какво се случва. Сигурно помните третия закон на Нютон от училище: за всяко действие има равна и противоположна реакция. Това е причината да ходим, колите да се движат, ракетите да летят и балоните да подскачат из стаята като обезумели.

Повече от 300 години този принцип е скала. Основа, на която почива класическата физика. Нещо като носещите стени на сградата.

Но тук нещата стават интересни. Учени от Дрезден наскоро установиха нещо странно — ятата птици сякаш учтиво подминават този закон. И си го позволяват.

Какво точно става?

Когато птиците летят заедно в онези хипнотизиращи мурмарации — красивите вълнообразни модели на залеза — те не обръщат внимание на всички около себе си. Всяка птица забелязва само тези до нея и малко напред. Тези отзад? Извинявай, не съществуваш.

Това всъщност е доста разумно от гледна точка на птицата. Гледането напред и встрани ти дава информация накъде отива ятото. Каквото е зад теб — ами, вече е минало.

Но ето物理学ната изненада: взаимодействието между птиците не е двупосочно. Птица А реагира на Птица Б, но Птица Б може изобщо да не реагира на А. Равна и противоположна реакция? Не, благодаря. Само еднопосочно влияние.

Учените наричат това „нереципрочни взаимодействия". Те се срещат навсякъде в природата — в бактериални колонии, тълпи от хора, дори групи клетки в тялото ни. Традиционната физика обаче никога не е била проектирана за подобни ситуации. Сякаш се опитваш да печеш с рецепта за пържене.

Изобретателното решение

Изследователският екип, ръководен от физика Марин Буков, не се отказа. Напротив — проявиха креативност.

Решението им е наистина елегантно. Те осъзнаха, че могат да добавят „фиктивни партньори" към тези системи — математически заместници, които не съществуват в реалността, но карат уравненията да излизат.

Представяте ли си го така: за да разбереш еднопосочен „разговор" между птици, добавяш въображаема птица пред всяка реална, която се движи в противоположна посока. Тези въображаеми птици са просто математически инструменти, не реални крилати същества. Но с тях на място изведнъж можеш да използваш всички стандартни физически инструменти, които предполагат реципрочни (двупосочни) взаимодействия.

„Трикът на новата теория е, че тя създава партньор за всяка компонента на системата — фиктивен партньор, който не съществува в природата," обяснява биофизикът Рикард Алерт. „Оригиналните нереципрочни взаимодействия се заместват с реципрочни взаимодействия с тези помощни степени на свобода."

Сякаш слагаш странични колела на велосипед, но тези колела ти помагат да се движиш в посоки, които оригиналната машина не може да поеме.

Защо трябва да ни пука?

Освен фактора „уау, природата е по-странна отколкото си мислех", това има значение по няколко причини.

Първо, помага на учените да създават много по-добри симулации на биологични системи. Искаш ли да моделираш как се разпространява бактериална колония? Или да предвидиш поведението на тълпа на концерт? Тази нова рамка прави тези симулации значително по-точни.

Второ — и тук става наистина вълнуващо — учените сега се чудят дали това не би могло да доведе до изцяло нови открития в квантовата физика. Ако частиците могат да имат тези нереципрочни взаимодействия при определени екстремни условия, може би това поражда съвсем нови форми на колективно поведение, които още не сме виждали?

„Дали тези изключения от закона на Нютон водят до съвсем нови форми на колективно квантово поведение," казва физикът Родерих Меснер. „Засега знаем много малко за това — и точно това прави всичко толкова вълнуващо."

По-голямата картина

Обичам тази история, защото ни напомня, че дори най-фундаменталните природни закони имат гранични случаи, в които не се прилагат съвсем. Нютон не е сбъркал — третият му закон си остава здрав като скала за ситуациите, за които е създаден. Но природата е намерила начини да го заобиколи в комплексни системи, и сега разполагаме с математическа рамка, за да разберем как.

Понякога вселената е по-креативна, отколкото учебниците ѝ дават кредит.

И искрено? Намирам нещо красиво в идеята, че мурмарация от скореци се рее през вечерното небе, като нарочно пренебрегва един от най-прочутите правила в цялата физика — а нито една от тях дори не подозира.

Ето това се казва екипна работа.