Όταν τα πουλιά αποφάσισαν να αγνοήσουν τον Νεύτωνα

Θα σου πω κάτι — αυτή η ιστορία με έκανε να νιώσω ότι όλα όσα νόμιζα ότι ήξερα για τη φυσική έχουν κλονιστεί λίγο. Και δεν είμαι καν φυσικός!

Ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Σίγουρα θυμάσαι τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα από το σχολείο: σε κάθε δράση αντιστοιχεί μια αντίθετη αντίδραση ίσου μέτρου. Είναι ο λόγος που περπατάς (τα πόδια σου σπρώχνουν πίσω το έδαφος, το έδαφος σε σπρώχνει μπροστά), γιατί κινούνται τα αυτοκίνητα, γιατί δουλεύουν οι πύραυλοι, και γιατί όταν ξεφουσκώνεις ένα μπαλόνι, αυτό τινάζεται σαν τρελό στο σαλόνι σου.

Για πάνω από 300 χρόνια, αυτή η αρχή ήταν απόλυτα στέρεη. Είναι ένας από εκείνους τους κανόνες που στηρίζεται όλη η κλασική φυσική — σαν τον φέροντα τοίχο ενός σπιτιού.

Αλλά εδώ τα πράγματα γίνονται περίεργα. Ερευνητές στη Δρέσδη ανακάλυψαν πρόσφατα ότι τα κοπάδια πουλιών φαίνεται να αγνοούν ευγενικά αυτόν τον νόμο — και τα καταφέρνουν μια χαρά.

Τι Συμβαίνει Λοιπόν;

Όταν τα πουλιά πετούν μαζί σε αυτές τις μαγευτικές μυρμηγκιές (τις όμορφες κυματιστές μορφές που βλέπεις στο ηλιοβασίλεμα), δεν δίνουν σημασία σε όλους γύρω τους. Αντίθετα, κάθε πουλί προσέχει μόνο τα πουλιά δίπλα του και λίγο μπροστά του. Τα πουλιά πίσω; Συγγνώμη, είστε αόρατα.

Από την πλευρά του πουλιού, αυτό έχει απόλυτη λογική. Κοιτάζεις μπροστά και στο πλάι για να ξέρεις πού πάει το κοπάδι. Αυτό που είναι πίσω σου, απλά δεν σε αφορά.

Αλλά εδώ είναι το φυσικό πρόβλημα: αυτό σημαίνει ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ των πουλιών δεν είναι αμοιβαία. Το Πουλί Α αντιδρά στο Πουλί Β, αλλά το Πουλί Β μπορεί να μην αντιδρά το ίδιο στο Πουλί Α. Δεν υπάρχει ίση και αντίθετη αντίδραση μεταξύ τους. Μόνο μονόδρομη επιρροή.

Οι επιστήμονες αποκαλούν αυτά "μη αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις", και εμφανίζονται παντού στη φύση — σε αποικίες βακτηρίων, σε πλήθη κόσμου, ακόμα και σε ομάδες κυττάρων στο σώμα σου. Η παραδοσιακή φυσική δεν είχε σχεδιαστεί ποτέ για τέτοιες καταστάσεις. Είναι σαν να προσπαθείς να χρησιμοποιήσεις συνταγή για ψήσιμο όταν στην πραγματικότητα χρειάζεσαι οδηγίες για τηγάνισμα.

Η Ευφυής Λύση

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον φυσικό Μαρίν Μπούκοφ, δεν το έβαλε κάτω. Αντίθετα, σκέφτηκε δημιουργικά.

Η λύση τους είναι πραγματικά κομψή. Κατάλαβαν ότι μπορούσαν να προσθέσουν "φανταστικούς συνεργάτες" σε αυτά τα συστήματα — μαθηματικά υποκατάστατα που δεν υπάρχουν στην πραγματικότητα, αλλά κάνουν τις εξισώσεις να δουλεύουν.

Σκέψου το έτσι: για να κατανοήσεις μια μονόδρομη συνομιλία μεταξύ πουλιών, ουσιαστικά προσθέτεις ένα φανταστικό πουλί μπροστά από κάθε πραγματικό πουλί, που κινείται στην αντίθετη κατεύθυνση. Αυτά τα φανταστικά πουλιά είναι απλά μαθηματικά εργαλεία, όχι πραγματικά φτερωτά πλάσματα. Αλλά με αυτά στη θέση τους, ξαφνικά μπορείς να χρησιμοποιήσεις όλα τα τυπικά φυσικά εργαλεία που προϋποθέτουν αμοιβαίες (αμοιβαίες) αλληλεπιδράσεις.

"Το κόλπο πίσω από τη νέα θεωρία είναι ότι κατασκευάζει έναν συνεργάτη για κάθε συστατικό του συστήματος — έναν φανταστικό συνεργάτη που δεν υπάρχει στη φύση," εξηγεί ο βιοφυσικός Ρικάρντ Αλερτ. "Οι αρχικές μη αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις αντικαθίστανται από αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις με αυτούς τους βοηθητικούς βαθμούς ελευθερίας."

Είναι λίγο σαν να προσθέτεις τροχούς ασφαλείας σε ένα ποδήλατο, εκτός του ότι αυτοί οι τροχοί σε βοηθούν να κινηθείς σε κατευθύνσεις που το αρχικό ποδήλατο δεν μπορούσε να διαχειριστεί.

Γιατί Πρέπει να Σε Νοιαζει;

Πέρα από τον απλό "ουάου, η φύση είναι πιο περίεργη από ό,τι νομίζαμε" παράγοντα, αυτό έχει σημασία για πολλούς λόγους.

Πρώτον, βοηθά τους επιστήμονες να δημιουργήσουν πολύ καλύτερες προσομοιώσεις βιολογικών συστημάτων. Θέλεις να μοντελοποιήσεις πώς εξαπλώνεται μια αποικία βακτηρίων; Ή να προβλέψεις τη συμπεριφορά πλήθους σε μια συναυλία; Αυτό το νέο πλαίσιο κάνει αυτές τις προσομοιώσεις πολύ πιο ακριβείς.

Δεύτερον, και εκεί τα πράγματα γίνονται πραγματικά συναρπαστικά, οι ερευνητές αναρωτιούνται τώρα αν αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε εντελώς νέες ανακαλύψεις στην κβαντική φυσική. Αν τα σωματίδια μπορούν να έχουν αυτές τις μη αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις κάτω από ορισμένες ακραίες συνθήκες, μήπως αυτό δημιουργεί ολότελα νέες μορφές συλλογικής συμπεριφοράς που δεν έχουμε δει ποτέ πριν;

"Αν αυτές οι εξαιρέσεις από τον νόμο του Νεύτωνα οδηγούν σε ολότελα νέες μορφές συλλογικής κβαντικής συμπεριφοράς," λέει ο φυσικός Ρόντεριχ Μέσνερ, "γνωρίζουμε ακόμα πολύ λίγα γι' αυτό — και αυτό ακριβώς είναι που το κάνει τόσο συναρπαστικό."

Η Μεγαλύτερη Εικόνα

Λατρεύω αυτή την ιστορία γιατί μας υπενθυμίζει ότι ακόμα και οι πιο θεμελιώδεις νόμοι της φύσης έχουν ακραίες περιπτώσεις όπου δεν εφαρμόζονται απόλυτα. Ο Νεύτωνας δεν κάνει λάθος — ο τρίτος νόμος του είναι ακόμα απόλυτα στέρεος για τις καταστάσεις που σχεδιάστηκε να περιγράφει. Αλλά η φύση έχει βρει τρόπους να τον παρακάμπτει σε πολύπλοκα συστήματα, και τώρα έχουμε το μαθηματικό πλαίσιο για να καταλάβουμε πώς.

Μερικές φορές το σύμπαν είναι πιο δημιουργικό από ό,τι του αναγνωρίζουν τα βιβλία μας.

Και ειλικρινά; Νομίζω ότι υπάρχει κάτι υπέροχο στην ιδέα ότι ένα κοπάδι ψαρόνια χορεύει στον βραδινό ουρανό, αγνοώντας παιδαριωδώς έναν από τους πιο διάσημους κανόνες της φυσικής — χωρίς κανένα από αυτά να το γνωρίζει.

Αυτό λέγεται ομαδική δουλειά.