"Od chaosu do kosmosu - epicka opowieść o prawach natury" 
to drugi z cyklu wykładów "Światopoglądy". 15 marca kontynuowaliśmy rozważania nad naszym spojrzeniem na świat. Naszym gościem był dr hab. Jerzy Grębosz  
z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk.

Jeszcze w połowie XX wieku uważano, że wystarczy znać warunki początkowe układu oraz równania 
fizyczne i matematyczne opisujące zachodzące w nim zjawiska, by można było przewidzieć jego przyszłość w dowolnym momencie. Dziś wiemy, że w przyrodzie istnieją układy, których zmiany w czasie nie da się przewidzieć, bowiem jedną z cech Wszechświata, jak przekonywał wykładowca, jest chaos i nieodłącznie związana z nim nieprzewidywalność. Alan Turing, genialny, ale i tragiczny brytyjski matematyk, którego kojarzymy ze złamaniem kodu Enigmy (przy olbrzymim wkładzie pracy polskich matematyków), podał jako pierwszy równania opisujące nieznane wtedy jeszcze oscylacyjne reakcje chemiczne. Rozwiązania tych równań obrazują samoistne powstawanie nieprzewidywalnych wzorów „patternów”, które pojawiają się w różnych i niespodziewanych miejscach, jak np. na skórze żyrafy. Reakcje oscylacyjne opisał kilka lat później, obserwując je przypadkowo, Borys Biełousow radziecki uczony niezrozumiany w swoim czasie. Te „procesy głęboko niezrównoważone” pokazały, że nawet bezładna mieszanina związków chemicznych może samorzutnie organizować się i tworzyć desenie.
Kolejnym krokiem do badań nad nieprzewidywalnością były analizy meteorologa Edwarda Lorenza. Jego próby prognozowania pogody przy użyciu modeli komputerowych doprowadziły go do odkrycia ogromnej wrażliwości układu i zupełnie nowych efektów w odpowiedzi na minimalną zmianę warunków początkowych. Zjawisko to jest znane popularnie jako „efekt motyla” opisane w słynnym stwierdzeniu „trzepot skrzydeł motyla w Brazylii może wywołać tornado w Teksasie”. Pierwsza konkluzja jest prosta: prognozy na okres dłuższy od 10 dni nie mają sensu. Druga bardziej 
skomplikowana: oscylacje uniemożliwiają dłuższe prognozowanie, a chaos jest wpleciony w strukturę 
świata.

Wykład – dotąd ilustrowany ciekawymi zdjęciami – zamienił się w pokaz nieskończenie złożonych i 
fascynująco pięknych struktur, bowiem prelegent zajął się fraktalami Mandelbrota. Prosta reguła, powtarzana tysiące razy, wystarcza, by powstały bardzo złożone układy. Wykorzystane jest tu sprzężenie zwrotne – do obliczenia kolejnego elementu wykorzystuje się element poprzedni. Fraktale to też doskonały przykład samopodobieństwa.

Z prostych rzeczy mogą zatem samorzutnie powstawać skomplikowane struktury. Dodatkowym czynnikiem jest ewolucja, która zmienia proste struktury w coraz bardziej złożone i doskonalsze. Niestety – ewolucja wymaga długiego czasu i trudno badać ją w laboratorium. Ale są przecież komputery! Torsten Reil – naukowiec z Oxfordu - symulował komputerowo ewolucję prostych „mózgów” osiągając nieprawdopodobne efekty świadczące o potędze samoorganizacji.

„Bezmyślne, proste reguły mają siłę stwarzania zdumiewająco różnych systemów bez używania 
świadomości czy myślenia” – konkluduje prelegent. Życie, choć wydaje się czymś niewyobrażalnie 
skomplikowanym, mogło powstać w wyniku samopowielania i samoorganizacji prostych układów, 
które powoli ewoluowały. Czy zatem konieczny jest Stwórca życia? Może go wcale nie było? A może 
stworzył tylko warunki początkowe oraz pewne reguły i sprzężenia zwrotne, a potem pozwolił by wszystko potoczyło się własnym biegiem? 

Wykład dr. hab. Jerzego Grębosza potwierdził, że jest on świetnym popularyzatorem potrafiącym w jasny sposób opowiadać o skomplikowanych zagadnieniach. Liczne pytania zebranych świadczyły o zainteresowaniu tematem – ale znanego podróżnika nie sposób było nie zapytać o jego podróże. 

Kilkanaście ostatnich minut dwugodzinnego spotkania przeniosło więc zebranych w świat rajskich wysp gdzie fraktale, komputery i ewolucja to pojęcia całkowicie nieznane – a życie mimo to jest jednak bardzo piękne

Anna Batko-Łazarska

Proch… w zasadzie resztki po tym, co bardzo dawno temu, a być może jeszcze zupełnie niedawno jeszcze żyło; co kiedyś miało jakąś ściśle określoną formę, spełniało konkretną funkcję, miało jakiś kolor, inny niż szarość. Nieważne, w jaki sposób ta uformowana niegdyś struktura stała się chaotyczną mieszaniną cząstek, przeganianą przez wiatr lub wodę. Nieważne, bo w gruncie rzeczy niczym się nie różni od tego czym była kiedyś, albo jeszcze wcześniej. To tylko zbiór atomów, układ powiązanych ze sobą niewidzialną siłą protonów, elektronów, neutronów... a może to emanacja jakiejś energii? I tylko przypadek sprawi, czy znowu stanie się częścią żywej, inteligentnej istoty, czy posłuży jedynie jako podłoże niezbędne do życia mchu lub drzewa.

Przypadek… czy może nadludzka, niezbadana, boska siła sprawcza? No bo jak to – ja, człowiek, mam być efektem przypadku, a nie myślącą, inteligentną jednostką powstałą na obraz i podobieństwo… no właśnie – czyje? I tu zaskoczenie – chaosu. Bo chaos wcale nie jest taki „chaotyczny”, za jakiego go uważamy. Jest to co prawda zdefiniowana przez greków pierwotna, bezładna materia, z której powstali bogowie i otaczający nas wszechświat, ale tymi nieuporządkowanymi elementami wszechświata musi rządzić jakaś myśl. Musi istnieć jakaś zasada, która układa chaotyczne ziarna piasku na wszystkich pustyniach w ten sam sposób. Co ciekawe, zasada ta nie jest zapisana w tych skalnych okruszkach, gdyż one same wcale nie dążą do utworzenia takiej czy innej wydmy. Nie jest też zapisana w wietrze, usypującym identyczne barchany na Saharze i Gobi. Każde ziarenko piasku jest oddzielnym bytem materii, a każdy podmuch wiatru jest oddzielnym zjawiskiem atmosferycznym. Ale razem, bez z góry zamierzonego efektu, zawsze stworzą wydmę.

Bez zamierzonego efektu… a jednak takie efekty da się opisać matematycznymi wzorami, czyli musi być druga strona równania, musi być wynik,musi być efekt. Matematyka opowiada o istocie rzeczy, to zapis pozbawiony jakichkolwiek zbędnych treści. Rozważania nad problemem, ile jabłek będzie miał Jasiu posiadający dwa jabłka, gdy dostanie jeszcze jedno sprowadza się do prostego 2+1=3. A czy to będą jabłka czy samochody, Mercedesy czy Fordy, to zupełnie nieistotne. A już szczególnego znaczenia te matematyczne zapisy nabierają po wprowadzeniu do komputera. Jeżeli kształty wzoru na szyi żyrafy da się odwzorować matematycznym równaniem, zaimplementowanym w programie komputerowym, to jaki program steruje rozwojem żyrafy?

Program… w glebie kiełkuje ziarenko maku, wyrasta łodyżka, z niej liście, na szczycie zakwita czerwony kwiat. Po kilku tygodniach czerwone płatki opadają, znika zieleń, pozostaje uschnięta łodyga z puszeczką ziarenek. Każde nowe ziarenko umieszczone w glebie przejdzie ten sam opisany tu proces. Nie wyrośnie z niego jabłoń, ale właśnie taka sama łodyga, z makówką na szczycie. Gdzieś w każdym z tysięcy nowych, malutkich ziarenek implementuje się to coś, co nazywamy DNA, a co opisuje krok po kroku każdy etap, każdy dzień życia roślinki. Kto stworzył ten program?

A jak wytłumaczyć mieszkańcowi odległych wysp na morzu Tasmana, z jego światopoglądem, dlaczego czasem Słońce gaśnie w dzień i co to jest prędkość światła? 

Światopoglądy – nasz cykl wykładów, który stawia pytania, ale nie zawsze daje odpowiedzi. Jaka będzie pogoda w lipcu? Jeżeli ktoś Wam na to powie, możecie być pewni, że zmyśla...

Piotr Kolecki

Jerzy Grębosz jest autorem bestsellerowych podręczników "Pasja C++" i "Symfonia C++", pomysłodawcą i reżyserem widowiska scenicznego "Gwiezdny Pył" o początkach Wszechświata, autorem kabaretów, podróżnikiem.