Newton tunnetas kaost looduses
PIPARKOOGIMEHIKE. Benoit Mandelbrot on tuntud kui fraktalite teooria looja ning tema nime kannab ühe matemaatilise teisenduse koonduvuspiirkond, nn Mandelbroti fraktal. Selle enesesarnasust on demonstreeritud paljudel värvipiltidel. Kes ise ei viitsi või ei oska seda kaunist fraktalit konstrueerida, võib internetist tõmmata hulganisti vabavara ning vaadata, milliseid keerukaid kujundeid tekib Mandelbroti fraktali suurendamisel.
Kui Newton on klassikalise mehaanika võrdkuju, siis Mandelbrot on üks tänapäeva fraktaliteteooria ja kaootilise maailma võtmefiguure. Kuidas siis, võib lugeja küsida, kuhu jääb Einstein? Lühidalt öeldes on lihtsalt tegemist erinevate skaaladega ruumis, ajas ja energias. Nii on meil loomulikult vaja relatiivsusteooriat ja kvantmehaanikat nii elementaarosakeste kui ka universumi saladuste uurimisel ja päris kindlasti ütleb siis Newtoni mehaanika lihtsalt üles. Ometi on maapealsed probleemid nii mitmekülgsed ja keerukad, et ka Newtoni mehaanika raames on palju põnevat ning samas ka uut.
KAOS KUI KUJUND. Kaos on mõiste, mis tänapäeva keelepruugis väljaspool teadlaskonda on enamasti tarbel kujundina. Füüsik või matemaatik ütleb aga, et kaos on igati määratud süsteemi mittereeglipärane ja ennustamatu käitumine. Tekkida võib kaos aga ainult mittelineaarses süsteemis ehk teisisõnu, kadunud on aditiivsus. Alguse sai kõik aga kenast, Newtoni mehaanika kohaselt kirjeldatud kolme tuntud keha liikumisest. Need polnud muud kui Maa, Kuu ja Päike, mille vahel mõjub gravitatsioonijõud.
Prantsuse matemaatik Henri Poincaré näitas 20. sajandi alguses, et see süsteem on igati stabiilne (meie õnneks!). Teda huvitas aga üldisem juhtum, mille puhul on tegemist teistsuguse masside suhtega ja/või näiteks kahe tähe ja nende ümber tiirleva planeediga. Poincaré ei leidnud üldist lahendit, sest lahendid ei koondunud kõikjal. Alles hiljem näitasid mitu teadlast, et selle põhjuseks on kaootiline reĻiim. Kuidas oleks elada planeedil, kui aasta pikkust pole võimalik ennustada ja päevgi võib minna sassi? Liikumisvõrrandid selle lihtsa probleemi kirjeldamiseks on mittelineaarsed.
SILMITSI KAOSEGA. Nii olemegi Newtoni mehaanika põhjal silmitsi kaosega ja püüame seda taltsutada. Vahel see õnnestub, vahel aga mitte. Turbulentne voolamine on üks probleem, mis pole oluline mitte ainult hüdraulikas, vaid ka kodus teinekord häirib. Keerame kraani õhinal lahti ja vesi pritsib, mis kole. Kuidas tekib turbulents ehk vee rahutu voolamine? Seletusi on palju, mitu neist peab kindlasti paika üksikjuhtumi korral, kuid ül-dist, kõikehõlmavat teooriat ikka veel pole. Newtoni mehaanikast paremat mudelit teada ka ei ole. Turbulents on veel taltsutamata.
Kuidas on aga lugu südamelöökidega? Jällegi võiks oletada, et kui süda lööb nagu kellavärk, siis on kõik korras. Kardioloogid aga ütlevad, et kui süda lööb metronoomi täpsusega, on midagi väga korrast ära. Löögiintervallide väike ebareeglipärane erinevus viitab aga normaalsele südamerütmile. Siin on füüsikalises mõttes mõningane kaos just kasulik.
HOMSED PILVED. Ilmaennustus köidab meid kõiki. Arvutid töötavad kogu maailmas ööd-päevad läbi, et homset ilma ennustada. Ikka ei oska me öelda, millal homme pilv päikese eest ära läheb.
Teoreetiliselt on muidugi hästi teada, kuidas külmad ja soojad õhumassid liiguvad ja kus on keeristormi tekkimise tõenäosus suurem. Lorenzi liblikas kui keeriste algmudel on ju lihtsa mudeli põhjal arvutatav.
Edward Lorenz näitas just selle abil, et väikesed muutused algandmetes põhjustavad suuri muutusi hiljem. See oli 1960. aastal ja et Poincaré säärasest nähtusest juba sajandi alguses rääkis, jäi üldsusel lihtsalt tähele panemata.
Teadlased murravad pead kvantarvutuse ja nanotehnoloogia saladuste üle. Läheb veel aega, enne kui mõttetöö vilja hakkab kandma, kuigi protsessorite tehnoloogia täiustub kiiresti.
Igapäevaeluga seotud nähtusi analüüsides tuleks aga rohkem mõelda termodünaamika seadustele ning nende rakendustele.
