Co było pierwsze: ład czy chaos? W życiu codziennym chaos powstaje z ładu, ale we wszechświecie w różnych skalach kolejność może być odwrotna. Gwiazdy i układy planetarne powstają z chaotycznej chmury drobinek, ta zaś z eksplozji gwiazdy. Tylko czy taka chmura jest rzeczywiście chaotyczna? Nie da się przewidzieć ruchu każdego z jej atomów, ale to nie znaczy, że nie działają w niej prawa fizyki. Z czasem to one wprowadzają porządek. Z tego porządku rodzą się nowe światy. Ale czy w nich panuje ład i porządek?

Góra piasku

Z naszego punktu widzenia niekoniecznie. Na przykład ruch planet, księżyców i wszystkich innych obiektów w Układzie Słonecznym wydaje się uporządkowany i przewidywalny. Ale gdyby tak było, jak należałoby tłumaczyć, skąd wzięły się kratery, które świadczą o kolizjach, do jakich dochodziło w przeszłości i wciąż dochodzi? Skąd pojawiające się co jakiś czas „alarmy”, że do Ziemi zbliża się groźna asteroida albo planetoida? Czy to wszystko rzeczywiście działa jak w szwajcarskim zegarku? Tak, ale złożoności tego mechanizmu nie jesteśmy (jeszcze?) w stanie pojąć. Zdarzenia w kosmosie, a wśród nich zderzenia między kosmicznymi obiektami, są elementem porządku, którego my nie dostrzegamy. Ta swego rodzaju ślepota to problem nie tylko kosmicznych skal. Mamy kłopot z ogarnianiem świata w każdej skali. Z tych ograniczeń wynika to, że dość często mylimy chaos z porządkiem. Jak to możliwe?

Wyobraźmy sobie niewielki fragment pustyni i wietrzny dzień. Pojedyncze ziarenka piasku są unoszone i opadają. Jedne blisko siebie, inne dalej. Jedne w powietrzu przebywają chwilę, inne przez długi czas. Nie ma najmniejszych szans, by przewidzieć ruch wspomnianych ziarenek. On zależy od tak wielu czynników, że największe komputery na Ziemi nie poradziłyby sobie z takim wyzwaniem. Gdy patrzy się na ten obraz, aż ciśnie się na usta słowo „chaos”. Czy ruch ziarenek piasku podrywanych przez wiatr jest przypadkowy? Na pewno jest (dla nas) nieprzewidywalny, ale nie chaotyczny. Jest w nim porządek i rządzą nim prawa fizyki. Nie trzeba wierzyć na słowo, wystarczy poczekać, aż wiatr ustanie, a wtedy naszym oczom ukaże się wydma. Ta potrzebuje swego rodzaju nieporządku. Wydma nigdy nie powstanie na idealnie płaskiej powierzchni. Potrzebna jest przeszkoda. Lokalne zaburzenie porządku. Po co? By wyhamować wiatr. Tylko wtedy niesiony przez niego piasek opadnie. Jedno ziarenko, później drugie, kolejne…

(Nie)porządek na zimno

Wystarczy rzut oka na wydmę, by zobaczyć porządek. Wydmy zawsze mają jedno zbocze łagodne, a drugie strome. Łagodnym odwrócone są w kierunku wiejącego wiatru. Rozpoznajemy wydmy poprzeczne, seify, barchany czy wydmy gwiaździste. Ich kształt zależy od wielu czynników. Wśród nich są ukształtowanie terenu, siła i kierunek wiatru oraz rodzaj (właściwości) piasku. Zależności między tymi czynnikami są tak skomplikowane, że nawet największe komputery nie są w stanie tego ogarnąć. Ale o żadnym chaosie nie ma tu mowy. Tak samo jak nie ma mowy o chaosie w procesie tworzenia się kryształów. Chyba najlepszą ilustracją jest powstawanie płatków śniegu. Nie mogłyby się pojawić w idealnie czystym powietrzu, w którym nie byłoby chociażby najmniejszego pyłku. Woda w pewnej temperaturze zamarza – to jasne – ale może przechodzić w stan stały na dwa sposoby. Lód to cząsteczki wody, które zamarzły w nieuporządkowaniu. Śnieg to kryształy wody, a więc cząsteczki, które zamarzając, zdążyły się uporządkować, znaleźć się na swoich miejscach. Płatek śniegu to nieprzewidywalny porządek. Nie ma dwóch takich samych śnieżynek, ale to nie zmienia faktu, że wszystkie są stworzone według konkretnego wzoru. Każdy płatek śniegu ma kształt sześciokąta foremnego, figury, która ma sześć kątów (wierzchołków) i której wszystkie boki są równej długości. Dlaczego? Bo cząsteczki wody w krysztale łączą się ze sobą szóstkami. Połączenie „na płasko” sześciu cząsteczek wody musi utworzyć sześciokąt, w którym w wierzchołkach są atomy tlenu. I choć płatki śniegu są sześcioramiennymi gwiazdkami, każda jest nieco inna, bo każdy płatek ma inną historię, przechodzi inną drogę w chmurze. Nie da się jej przewidzieć ani odtworzyć. Rządzi nią zbyt wiele zmiennych, ale czy można powiedzieć, że w chmurze śniegowej panuje chaos? Idealnie regularne, symetryczne i uporządkowane płatki śniegu świadczą o czymś zupełnie innym. Tak samo jak idealnie „dostrojone” do siebie planety w systemach planetarnych, które powstały z chmury materii. Czy istnieją dwie takie same gwiazdy? Czy istnieją dwa takie same układy planetarne? Nie. Każdy jest inny, mimo że wszystkie powstały na podstawie tych samych zasad fizyki.
Za mało wiemy

Co ciekawe, nie do przewidzenia czy nie do opisania jest nie tylko proces, w którym coś powstaje (układ planetarny, wydma, kryształ…), ale także sam moment, w którym to powstawanie się zaczyna. Zainicjowanie wielu procesów wiąże się z nieprzewidywalną sytuacją. W przypadku płatka śniegu musi być pyłek, jakieś zanieczyszczenie. Podobnie sprawa się ma ze wszystkimi kryształami. Woda w garnku nie zacznie się gotować, o ile na ściankach garnka nie znajdzie się jakaś mała rysa. W idealnie gładkim garnku idealnie czysta woda może być w stanie ciekłym nawet wtedy, gdy jej temperatura dawno przekroczyła 100 st. C. Lawina rozpoczyna się od niewielkiego zaburzenia. Podobnie jak burza. Pioruny uderzają w sposób nieprzewidywalny, ale na pewno nie przypadkowy. Choć kształt błyskawic zdaje się na to nie wskazywać, w rzeczywistości ładunki elektryczne obierają drogę, która gwarantuje najmniejszy opór elektryczny. Skąd ładunki wiedzą, w którą stronę się przemieszczać? Przed właściwym wyładowaniem z chmury wylatuje niewielka „paczka” ładunków, która sprawdza drogę o najmniejszym oporze. Ładunki z błyskawicy, którą widzimy, są prowadzone niemalże jak po sznurku. Wszystko w idealnym porządku, według ściśle określonych reguł. Choć z zewnątrz wygląda to na chaos i przypadek.

Układ Słoneczny potrzebuje 250 mln lat, by zrobić pełny obrót wokół centrum galaktyki Drogi Mlecznej. Ten ruch ma oczywiście swoje konsekwencje. Zmieniające się kosmiczne otoczenie powoduje, że naruszana jest subtelna równowaga między Słońcem a pozostałymi obiektami w naszym układzie planetarnym. Tego oczywiście nie da się przewidzieć, ale zdarza się, że to naruszenie równowagi skutkuje wzmożoną aktywnością komet. Te częściej niż zwykle wylatują w kierunku Słońca. Zwiększa się przez to szansa na kolizję z Ziemią. Co oznaczałoby takie zderzenie? Chaos? To chyba nie jest dobre słowo. Dzięki takim kolizjom w przeszłości dzisiaj na Ziemi jest woda. Patrząc na przepiękny krajobraz z wodą, piaskiem i palmami w tle, warto sobie zdać sprawę, że tę wodę przyniosły komety, piasek to skruszone skały, a palma czy jakikolwiek inny żywy organizm na tej planecie są zbudowane z cząsteczek chemicznych, których ruch wciąż jest dla nas chaotyczny i nieprzewidywalny. Z chaosu w pewnym sensie wynika porządek. Widząc ten porządek, harmonię, warto sobie zdać sprawę z tego, że w naszym świecie tak naprawdę nic nie jest chaotyczne. Wszystko jest podporządkowane prawom natury. Wszystko jest uregulowane i przewidywalne. Kłopot w tym, że my tego porządku często nie dostrzegamy.

 

Tekst ukazał się w Tygodniku Gość Niedzielny