Obserwując przyrodę…

 „Gdy wszyscy wiedzą, że coś jest niemożliwe,
przychodzi ktoś, kto o tym nie wie, i on to robi”.
Albert Einstein

 

Siedząc w ogrodzie obserwuję wielokrotnie owady, przy czym moją uwagę przykuwają zwłaszcza  ich „zabawy” w powietrzu. Przynajmniej trzy gatunki – od małych, wielkości komara, po duże wielkości chrabąszczy. Zbiera się grupka 5 do kilkunastu sztuk, na przestrzeni do ok. 10 m. Zawisają na dość długo nieruchomo w powietrzu niczym helikoptery i wzajemnie się obserwują. Pomimo znacznej względnej odległości od siebie, natychmiast reagują na ruchy innych osobników. Startuje zbiorowy pościg i ucieczki, przy czym przyspieszenie jest niewiarygodne (kilkadziesiąt g?). Zabawa przypomina berka – wzajemne „zbijanie” się i ucieczka na nowe stanowisko zwisu. W rzeczywistości wygląda to jeszcze bardziej skomplikowanie, bo pościgi bywają właśnie zbiorowe i w pełnej trójwymiarowej przestrzeni. Zastanawia mnie cel tej zabawy – można przyjąć, że jest nim … zabawa, bo nie wygląda to na poważną walkę. Ale nie tylko – zdumiewają mnie mechanizmy w to zaangażowane. Zarówno te biologiczne – obserwacja szerokokątna wielu obiektów na raz, zwroty w powietrzu o 90 stopni aż do nawrotów o 180 stopni w niedostrzegalnym czasie, możliwość poruszania się do tyłu z  podobną prędkością oraz mechanizmy pogoni.

W latach 70-tych zawodowo zajmowałem się dynamiką pocisków i samolotów w zagadnieniach tzw. krzywej pogoni i algorytmami sterowania takich obiektów.
To nie jest trywialne zagadnienie teoretyczne ani obliczeniowe.  Pamiętam, że wtedy – jeszcze u zarania zastosowań komputerów pokładowych, mieliśmy z tym kłopot. Potrzebne są czułe namierniki oraz dość złożone algorytmy sterowania wymagające szybkich obliczeń.
A te owady radzą sobie z  tym zabawowo i precyzyjnie! Zagadnienie, które „rozwiązują”  jest jeszcze bardziej skomplikowane niż w przypadku samolotów, bo obejmuje oprócz pogoni także aktywną ucieczkę.

Tu dygresja bardziej dla techników. Obecnie wszystko podporządkowuje się technice cyfrowej, co ma swoje zalety ale i wady, które uwidaczniają się w takich przypadkach.
Nie sądzę by owady i w ogóle świat ożywiony używał wewnętrznych komputerów cyfrowych. Obecnie stosunkowo coraz mniej osób pamięta komputery analogowe.
One nie przeprowadzały obliczeń w takim sensie jak komputery cyfrowe oraz rozwiązywały zagadnienia (wtedy niezbyt skomplikowane) praktycznie natychmiast (limitem był czas propagacji sygnału i inercja pewnych elementów technicznych).
Dla laika  – najprostszy przykład. Mamy ileś naczyń połączonych i wlewamy/uzupełniamy tam płyn. Czy cokolwiek wykonuje w tym układzie obliczenia, które doprowadzają do wyrównania poziomów w naczyniach? Nie! To się dzieje za sprawą prostego prawa fizyki.

Przy okazji inny ciekawy przykład. Zagadnienie trzech ciał. Chodzi o trzy masy w przestrzeni wzajemnie się przyciągające. Powstaje układ dynamiczny dla którego nie istnieje rozwiązanie analityczne, które opisywałoby wzajemny ruch. Nawet metody obliczeniowe są tu nie tylko niedokładne, ale ze względu na wielokrotne sprzężenia zwrotne oddziaływań – tylko chwilowo możliwe (tj. trudno przewidzieć stan po pewnym czasie).  Uogólniając – jest to tzw. zagadnienie barycentrum, które jeszcze bardziej się komplikuje przy wielu ciałach.
A jednak – planety krążą wokół centrum masy (dokładniej – barycentrum), podobnie układy słoneczne, galaktyki itd. – na tyle stabilnie, że możemy się nie obawiać nagłej katastrofy kosmicznej oraz potrafimy dość dokładnie przewidzieć dalsze stany układów – o ile nie polegamy na rozwiązywaniu klasycznych równań dla barycentrów. Ilość czynników podąża do nieskończoności a jednak system działa i jest samosterowny, utrzymuje równowagę.
Natrafiłem na dywagacje z pytaniem – kto to przelicza?
I tutaj znów widzę to jako problem analogowy. Owszem, są tu ciekawe zagadnienia punktów atraktorowych i teorii katastrof, ale to osobny, zaawansowany temat z matematyki i mechaniki nieba.

Wracając do owadów – są one dla naukowców bardzo ciekawe jeszcze wielu innych względów. Działanie skrzydełek wykonujących drgania z niesamowitą szybkością i z mechanizmem sterowania kątami. Energetyka tych ruchów – nie wygląda na to, żeby owady szybko się tym męczyły. Rzekomy (?) paradoks, że trzmiel jednak lata mając za małe skrzydła w stosunku do ciężaru. To co zaobserwował entomolog Victor Grebiennikow – zdolności antygrawitacyjne? Widzenie (?) w ciemności ciem. Instynkt/świadomość zbiorowa. Skomplikowane cykle życia i przeżycia…

A to tylko część moich fascynacji leśno-działkowych.

Jeszcze parę słów o myśleniu lateralnym

Logika zaprowadzi Cię z punku A do punktu B.
Wyobraźnia zaprowadzi Cię wszędzie.
Albert Einstein

Nie trudno zauważyć, że wiele znaczących odkryć naukowych lub po prostu praktycznych dokonano nie dzięki środkom swoistym dla danej dziedziny lecz spoza nich.

Stanowi to przykład siły oryginalnego spojrzenia albo – jak nazywa to Edward de Bonomyślenia lateralnego (obocznego, poprzecznego – patrz archiwum artykułów http://l-earn.net/index.php?id=134, http://l-earn.net/index.php?id=184).
[będą kiedyś odtworzone, a tymczasem zobacz moją recenzję Urok myślenia lateralnego].

Dość często takie myślenie lub odkrycie było dziełem przypadku, także w tym sensie, że nastąpiło w zupełnie innej dziedzinie a dopiero później – przez skojarzenie – zastosowane na polu w którym się przyjęło.
Ów przypadek miewał też miejsce gdy jakiś amator, nie wiedząc, że czegoś „nie można zrobić” (ze stanowiska istniejącej nauki lub praktyki) – daną rzecz zrobił.
Wspomniane przypadki dają nadzieję na rozwiązanie problemów, które dziś (jeszcze wczoraj) wydawały się niemożliwe do ruszenia.

Zacznijmy od królowej nauk – matematyki. Jest ona tak obszernym obszarem wiedzy, że różne jej gałęzie można potraktować niemal jak osobne dziedziny naukowe. Okazuje się zbawienne dla ruszenia z miejsca z jakimś problemem, gdy np. ktoś specjalizujący się w analizie matematycznej zajrzy do teorii liczb albo statystyk zagłębi się w teorię automatów, itp.
Ponieważ piszę nie dla specjalistów, podam przykłady szkolne.

Algebra klasyczna nie dała by sobie rady nawet z dość prostymi równaniami gdyby nie wynaleziono liczb urojonych. Abstrakcja pierwiastka z minus jeden okazała się bardzo praktyczna.
Podobnie, wprowadzenie innych dziedzin liczbowych lub funkcyjnych pozwoliło rozwiązywać złożone zagadnienia w dziedzinie podstawowej zagadnienia pierwotnego.
Szkolnym przykładem jest zastosowanie podstawień trygonometrycznych do zadań algebraicznych, a trochę bardziej złożonym – zastosowanie rachunku operatorowego (np. transformacja Laplace’a). Jeszcze bardziej zaawansowane są metody dowodzenia twierdzeń przy zastosowaniu właściwości abstrakcyjnych przestrzeni matematycznych.
Dowód wielkiego (a prostego z punktu widzenia zapisu) twierdzenia Fermata czekał około 350 lat na rozwiązanie, które zapisano w postaci złożonych przekształceń zajmujących ponad 100 stron. Bywa, że jakaś dziedzina analizy funkcjonalnej rozwijana jest przez teoretyków „sobie a muzom” a dopiero po dziesięcioleciach znajduje zastosowanie w jakiejś nieprzewidzianej dziedzinie. Tak było np. z algebrą Boola w zastosowaniu do maszyn liczących.
Podobnie skomplikowanym jest zadanie rozkładu dużych liczb na czynniki pierwsze (najprostsze mnożniki). Tutaj też znaleziono błyskotliwe rozwiązanie przez zastosowanie równoważności (swoiste podstawienie) z problemem prostszym.
Dokonał tego w 1994 r. Peter Shor posługując się tzw. falami liczbowymi i transformacją Fouriera. Chociaż nadal złożoność obliczeniowa może być duża, ale znacznie mniejsza niż problemu oryginalnego.
W matematyce mówi się o problemach, których rozwiązanie numeryczne cechuje się niezwykłą złożonością rosnącą wykładniczo lub superwykładniczo w stosunku do ilości elementów które trzeba rozpatrzyć (zagadnienia NP-zupełne).
Typowym przykładem jest zagadnienie komiwojażera. Dla dużej ilości punktów rozwiązanie wymagałoby czasu większego od historii wszechświata nawet przy zastosowaniu najpotężniejszych istniejących komputerów.
Przełom jaki tu następuje pięknie obrazuje tezę tego artykułu. Rozwiązanie przyniosła mechanika kwantowa czyli dziedzina fizyki. Chodzi o komputery kwantowe, których proste modele już są wykonywane i tylko kwestią (niedługiego?) czasu będzie skonstruowanie takiego, który „nierozwiązywalne” dotąd zagadnienia (chociaż nie wszystkie!) uczyni czasowo banalnymi.
Implikuje to inne znaczące zmiany – np. stosowane powszechnie metody kryptograficzne okażą się niewystarczające – algorytmy szybko złamią klucz szyfrowania.
Ale oczywiście są przede wszystkim implikacje pozytywne – możliwość budowania niezawodnych programów komputerowych (przez efektywne algorytmy sprawdzające), pełne badania interakcji chemicznych (np. w zastosowaniu do leków), implementacja algorytmu P. Shora, szereg zagadnień inżynierskich, logistycznych i symulacyjnych.
Matematyka i inżynieria wkroczyły mocno do biologii, zwłaszcza przy dekodowaniu DNA oraz przy syntezie nanostruktur używanych w terapii i diagnostyce.
Także lingwistyka, analiza zdjęć lotniczych do znajdowania i badania zasobów, rozpoznawanie obrazów i dźwięków (mowy), i setki innych zastosowań coraz bardziej polegają na zastosowaniach matematyki.
Są też wynalazki jak np. z dziedziny mechaniki użytkowej Lucjana Łągiewki (http://pl.wikipedia.org/wiki/Lucjan_%C5%81%C4%85giewka ), które – chociaż działają, to ani matematyka ani teoretyczna fizyka (głównego nurtu) nie potrafi ich objaśnić.
Prawdopodobnie należy wrócić do pojęcia myślenia lateralnego wg zamysłu de Bono, ponieważ wielokrotnie pokazało ono swą siłę zwłaszcza interdyscyplinarnie.

Ponoć 21.12.12 weszliśmy w nową erę nowych paradygmatów, więc pozwolę sobie na pojechanie po bandzie i podam parę przykładów bardziej kontrowersyjnych. Metoda de Bono wykorzystuje kontrowersje i tzw. czynność prowokacyjną by wyjść poza schemat i dzięki temu znaleźć rozwiązanie.

Biolog Wiktor Grebiennikow wpadł na rozwiązanie techniczne umożliwiające pokonywanie grawitacji badając … plastry wytwarzane przez owady (http://www.paranormalium.pl/niezwykly-wynalazek-wiktora-grebiennikowa,724,1,artykul.html  ) .
Chociaż ten trop został chyba zaprzepaszczony, to ma kontynuację w obecnych badaniach nad własnościami nonowarstw a nawet … „promieniowania kształtów” i „świętej geometrii”.
Antygrawitacja, chociaż w oficjalnej nauce jest tematem prawie tabu, ma jednak długą historię, którą przed laty komentowałem w artykuliku http://bezsamochodu.pl.tl/Antygrawitacja.htm , a od tamtego czasu było jeszcze sporo doniesień.

Pięknym przykładem interdyscyplinarności są odkrycia (jeszcze nie uznane za pełne) w zakresie teorii liczb jakich dokonał Peter Plichta (książka „Tajemnicza formuła Boga. Kod liczb pierwszych kluczem do rozwiązania zagadki wszechświata„), których początkiem były rozważania nad zagadnieniami … chemicznymi.
Odkrycie dotyczące liczb wg Plichty niesie ważne konsekwencje w rozumieniu wielowymiarowości świata, struktury przestrzeni a nawet filozoficzne.
Ważny wkład w rozumienie świata w sensie filozoficznym wnieśli i wnoszą fizycy kwantowi, którzy pokazują aspekty rzeczywistości ocierające się o ezoterykę, integrują fizykę z dociekaniami o świadomości. Widać jak stare dążenie do integracji nauk, do stworzenia „teorii wszystkiego”, a przynajmniej jednolitej teorii pola, urzeczywistnia się przez syntezę odkryć z wielu dziedzin.

Nie chcę tutaj za dużo powiedzieć, ponieważ proces ten spowoduje też, że będziemy musieli się rozstać z pewnymi wyobrażeniami a nawet paradygmatami, a nie jestem pewien z którymi. Dotyczy to pojmowania czasu a nawet może zmienić zupełnie fizykę.
Przyczynkiem (bo jeszcze czekamy na potwierdzenia) do takiej tezy są odkrycia irańskiego profesora Mehrana Keshe (http://www.keshefoundation.org/en/ ), który redefiniuje podstawowe założenia dotyczące budowy materii i pól fizycznych.
Można by takie rewelacje zbagatelizować, jak wiele innych, które były objawiane przez różnych amatorów-zapaleńców, ale mamy tutaj do czynienia nie tylko z utytułowanym naukowcem i innymi autorytetami, które potwierdzają jego tok myślenia, ale z technicznymi rozwiązaniami, które owe zasady realizują. Są to generatory energii, napędy i inne urządzenia, które zrewolucjonizują świat – jeśli … spełnią oczekiwania (trwają poufne próby) i jeśli nie zostaną skutecznie zablokowane przez naukowo-przemysłowe lobby.
Ponieważ od paru miesięcy panuje na ten temat względna cisza, to albo blokada zadziałała, albo sprawa jest polityczną wydmuszką – muszę zrobić takie zastrzeżenie, co nie zmienia faktu że wiele odkryć zostało w przeszłości zablokowanych w imię interesów istniejących monopolistów.

Inicjatywa Keshe jest przykładem jak oderwanie się od paradygmatów i uproszczenie spraw może umożliwić wyjście ze ślepych zaułków.
Myślę, że upraszczanie ma zbawienne zastosowanie i w naszym życiu, a przykładem jest otwarcie umysłu i serca, spojrzenie na siebie oczami innych, spojrzenie na ich potrzeby, uproszczenie jakie daje empatia.

Co niech będzie przesłaniem na nowy rok 2013.