Přírodní zákony milují chaos – a máloco je lepším důkazem než světelné řetězy s elektrickými svíčkami. Asi každý zažil situaci, kdy se mu zašmodrchaly, zapletly nebo spojily do klubka, které připomíná Gordický uzel. Věda ale prozkomala i tento úkaz, a dokonce díky němu zjistila velmi zajímavé věci o vlastnostech našeho světa.
Zapletené vánoční řetězy, ať už se svíčkami nebo bez nich, se řídí druhým termodynamickým zákonem. Z něj vyplývá, že entropie neboli neuspořádanost systému musí v izolovaném systému, jako je náš vesmír (nebo krabice s vánočními svítidly), růst a že tento stav směřuje k chaosu. A to znamená, že po roce, kdy člověk vytáhne uložené vánoční osvětlení, bude jeho stav zmatenější než před rokem.
V případě elektrických drátů to znamená, že nejsou už tak úhledně seřazené, ale zamotávají se do sebe. Takové zauzlování není jednoduchý přímočarý děj, ale ani čistý chaos, který by se neřídil vůbec žádnými zákony. Ve skutečnosti jde o složitý proces, který se dá popsat pomocí matematických zákonů.
Klíčový výzkum v tomto oboru proběhl už roku 2007, tehdy za něj o rok později jeho autoři obdrželi Ig Nobelovu cenu – tedy ocenění za zajímavý a potenciálně důležitý výzkum, který ale vypadá komicky. Výsledky vyšly ve sborníku americké Národní akademie věd, autory byli fyzici Dorian Raymer a Douglas Smith.
Výzkum spočíval v následujícím experimentu: Vědci vložili do krabice provaz a pak s bedýnkou různě manipulovali, otáčeli s ní, házeli s ní a prováděli další pohyby, které se s krabicemi obvykle dělají. Zkoumali při tom různě dlouhé provazy v různě velkých krabicích – také manipulace se vždy lišila, jak rychlostí, tak i počtem otáček a pohybů. Celkem provedli 3415 pokusů.
Zjistili, že se na provázku vytvářejí složité uzly a trvá to jen chvilku. Při některých pokusech k tomu stačilo dokonce jen několik sekund a pár pohybů; v podstatě tedy stačí k totálnímu zapletení vánočních světel jen vyndat je ze skříně nebo vynést ze sklepa.
Vesmír má zákony i pro zapletené svíčky
Vědci popsali dva klíčové faktory, které byly zásadní pro to, aby ke vzniku zašmodrchanosti došlo. Byla jimi délka provázků nad 46 centimetrů a dostatek prostoru v krabici, aby se mohly provazy pohybovat.
Autoři dospěli k tomu, že z matematického hlediska se pohyby neřídily procesem složeným z náhodných kroků. Nejednalo se tedy o čistý chaos, i když náhodnost (a tedy nevypočitatelnost) byla stále při vzniku uzlů vždy důležitým faktorem.
Celkem se podařilo ve třech tisících pokusech popsat 120 různých druhů zašmodrchání, přičemž počet uzlů se lišil – nejvíc jich vědci našli až jedenáct současně. „Byly pozorovány všechny hlavní typy uzlů s až sedmi kříženími. Relativní pravděpodobnost vytvoření uzlu exponenciálně klesala s minimálním počtem křížení a Möbiovou energií, což jsou matematické míry složitosti uzlu. Náš model dokáže kvalitativně vysvětlit pozorované rozložení uzlů a závislost na době míchání a délce struny,“ uvedli vědci v závěru výzkumu.
Zjednodušeně řečeno: Pokud by člověk zadal tomuto modelu délku vánočního řetězu, rozměry krabice a přibližný čas, jak dlouho se s ní pohybovalo, dal by se do jisté míry předpovědět výsledný tvar a vlastnosti zdánlivě chaotického klubka.
Proč je to ve skutečnosti důležité
Jen málokterý výzkum vypadá na první pohled tak absurdně a samoúčelně jako tento. Jenže opak je pravdou, ve skutečnosti jde o základní výzkum, který může v budoucnosti zachraňovat lidské životy, pomáhat ke vzniku nových materiálů s netušenými vlastnostmi a možná i pochopit základní povahu našeho vesmíru.
Zapletená vlákna jsou totiž prakticky všudypřítomná: různě se kroutí proteiny, které ovlivňují vše v našem těle, zamotaný je i genetický materiál ve virech a změny této zamotanosti mají vliv na procesy v lidské biologii. Stejná pravidla ale hrají i roli na vyšší úrovni. Díky těmto zákonům se například lidem nezauzlují několikrát denně střeva nebo se nezaplete pupeční šňůra dítěte v matčině děloze.
A možná se těmito pravidly řídí i celý vesmír. Podle takzvané teorie superstrun totiž nejsou základními stavebními kameny kosmu atomy, ale jakési jednorozměrné struny, které vibrují různými způsoby, odpovídajícími různým druhům částic. Veškeré interakce, které věda pozoruje, podle této kontroverzní teorie odpovídají právě spojování, rozpojování nebo splétání se těchto strun.
