Fascinujúce poznatky o chaose – otvorené systémy sa neraz ocitnú na hranici chaosu

Bratislava 18. marca 2019 (HSP/Roman Bednár/Foto:Pixabay)

V dávnych dobách ľudia boli presvedčení o existencii dvoch svetov – sveta poriadku a sveta chaosu, ktoré nažívali vedľa seba ako dvaja dobrí priatelia. So vznikom mechanistickej vedy sa vytvoril nový názor – začala sa “diskriminácia chaosu”

Boli to filozovia antického Grécka, najmä Aristoteles, ktorí chaos a jeho zákony fakticky úplne odstránili z myslenia ľudí. Aristoteles bol presvedčený, že poriadok môže ovládnuť všetko, a tak v podstate existuje všade. Aj keď ho niekedy nemožno objaviť, tak učite aj vtedy je prítomný v neviditeľnej forme.

Toto presvedčenie prevzali aj stredovekí učenci a na jeho základe vyvinuli koncepciu hierarchií poriadku od najnepatrnejších bytostí až po anjelov. V systéme viery, založenej na dokonalosti a všemohúcnosti Boha, chaos predsa nemohol mať miesto.

Preto ho dávali do súvislosti so silami zla, nešťastia a pekelných mocností. V časoch Descarta, Keplera, Galilea a Newtona sa zaznávanie chaosu ešte zintenzívnilo. Descartov koordinačný (súradnicový) systém a objavy Newtona v mechanike a astronómii umožnili vedcom pokladať celý svet i vesmír za komplex jednotlivých, do seba zapadajúcich poriadkov, ktoré perfektne a predpovedateľne spolupracujú. Tak sa vytvorila klamná a absolútne nesprávna predstava, že je možné všetko porozumieť a opísať pomocou vhodných matematických vzorcov.

Podľa tohto svetonázoru bolo to, čo sa navonok javilo ako chaos, v podstate tiež istým druhom poriadku, ktorý vznikol zo spolupráce množstva skrytých subtilných poriadkov, ktoré ešte neboli pochopené. Vedci si boli istí, že jedného dňa, keď veda bude veľmi rozvinutá, tak bude rozumieť týmto poriadkom a potom bude aj chaos, ktorý z nich vzniká, len poriadkom, aj keď veľmi komplexným.

Prišlo však 19. storočie a začalo otriasať týmto presvedčením mechanistickej fyziky. Ukázalo sa, že napríklad nie je možné skonštruovať zariadenie, ktoré by po dodaní počiatočnej energie pracovalo večne, bez dodávania ďalšej energie. Všetky snahy o jeho konštrukciu stroskotali na tom, že časť dodanej energie sa premenila na dezorganizovanú CHAOTICKÚ ENERGIU, ktorá sa nijako nedala znova získať a použiť. Táto skutočnosť viedla k objavu jedného z najdôležitejších zákonov fyziky – zákona ENTROPIE, ktorý popisuje ustavične narastajúcu dezorganizáciu každej energie v kozme. Tak vzniklo dôležité odvetvie fyziky – termodynamika.

Nejaký čas sa zdalo, že istú časť fyziky veľkého Newtona bude potrebné zrevidovať a univerzálny poriadok veľkého majstra dostal trhliny. Všetko nasvedčovalo tomu, že všetky otvorené systémy časom stratia pôvodný poriadok a rozpadnú sa do neporiadku (chaosu).

Tým sa nový zákon ENTROPIE stal akýmsi démonom, lebo prinášal SMRŤ CELÉMU KOZMU.

Koncom 19. storočia sa fyzik Ludwig Boltzmann pokúsil aj v úrovni atómov skrotiť “netvora”, ktorý sa prebudil – chaos – a zahnať ho späť do jeho ríše. Ukázal, že Newtonova mechanika platí aj vo svete atómov. Zaviedol do fyziky teóriu pravdepodobnosti a týmto trikom zachránil mechaniku pred vládou chaosu. Jeho moc však eliminoval len čiastočne. Vedci nadobudli o chaose novú predstavu a začali hovoriť o entropickom chaose. Chápali ho ako proces, počas ktorého sa časom všetky živé i neživé systámy opotrebovali a energeticky rozpadli.

Ľudstvo svet aj naďalej vnímalo len cez okuliare mechaniky. Človek takto videl sám seba ako výsledok náhodných zrážok materiálnych častíc. Ľudia tým síce prišli o svoj “božský” pôvod, ale za tú cenu získali poznanie všetkých zákonov – to si aspoň namýšľali. Čoskoro však museli akceptovať, že ich zákony majú isté hranice.

Keď inžinieri v 19. storočí stavali mosty, lokomotívy, parné lode a ďalšie zariadenia, tak neraz narazili na chaotické formy neporiadku, ktoré sa prejavovali nečakanými a neraz celkom dramatickými zmenami celého systému. Ich priebeh bol celkom taký, ako ho opísal Boltzmann a ako ho predpovedali zákony termodynamiky. Nosníky, platne a profily, skonštruované podľa jeho vzorcov, ktoré vo väčšine prípadov slúžili spoľahlivo, sa odrazu za istých podmienok a pri istých zaťaženiach nečakane zdeformovali alebo aj popraskali. To platilo i pre mnohé ďalšie súčiastky a materiály.

Pochopiteľne, že newtonová mechanika to nechcela akceptovať. Podľa nej mohol akýkoľvek fenomén existovať len vtedy, ak jeho pohybová dynamika odbiehala podľa kauzálneho zákona medzi príčinou a následkom a ak sa dala vyjadriť lineárnymi diferenciálnymi rovnicami. Podľa nich nepatrné zmeny spôsobujú nepatrné následky a veľké účinky vznikajú súčtom veľkého počtu malých zmien.

A skutočne existuje veľa fenoménov, ktoré možno týmito rovnicami spoľahlivo riešiť. Možno podľa nich predpovedať let rakety, pohyb planét, let vystrelenej guľky, funkcie mechanických strojov a pod.

Existujú však aj celkom iné druhy rovníc, ktoré však nie sú také “príjemné” a ľahko a jednoznačne riešiteľné ako sú rovnice lineárne. Boli známe už aj v 19. storočí – sú to NELINEÁRNE ROVNICE.

Vyjadrujú priebehy nerovnomerných, nestálych procesov ako nečakaných deformácií materiálu, explózií, funkciu meniacej sa rýchlosti uragánu, atď. Sú to časovo závislé funkcie majúce tendenciu k občasným alebo aj trvalým chaotickým reakciám.

Matematika bola v tom čase schopná riešiť len najjednoduchšie nelineárne rovnice a celková fenomenológia nelineárnosti mnohých procesov bola pre vedcov záhadná a nepochopiteľná.

Hegemónia “lineárnych vedcov” trvala do sedemdesiatych rokov minulého storočia. Vtedy prišlo k veľkému pokroku v matematike a odrazu bolo možné analyzovať a riešiť už aj veľmi zložité a rôznorodé nelineárne rovnice. Zarazeným a prekvapeným vedcom sa odrazu otvoril pohľad na impozantnú a obrovskú ríšu chaosu, v ktorej sa sa to len tak hemžilo nelineárnymi “démonmi”.
Konečne vedci pochopili, že v kozme vládne zákon, ktorý hovorí, že neraz sú to práve nepatrné príčiny, ktoré majú obrovské následky.

Roman Bednár