Článek
Slovo chaos běžně používáme pro zmatek, nepořádek, rozvrat. V běžné řeči je to „divočina“. Jenže ve vědě má chaos přesnější význam – a překvapivě vůbec neznamená absenci zákonů.
Co je chaos – přesná definice
V matematice a fyzice je chaos vlastnost deterministického systému, který je:
• řízen jasnými zákony,
• ale je extrémně citlivý na počáteční podmínky.
Tomu se říká citlivá závislost na počátečních podmínkách – malá odchylka na začátku vede k dramaticky jinému výsledku. Nejznámější popularizací je „motýlí efekt“, který formuloval meteorolog Edward Lorenz při studiu atmosférických modelů.
Typický příklad: počasí. Atmosféra se řídí rovnicemi hydrodynamiky. Ty jsou přísně deterministické. A přesto je dlouhodobá předpověď prakticky nemožná.
Chaos tedy není absence zákona.
Chaos je řád, který je pro nás výpočetně nepředvídatelný.
Má chaos pravidla?
Ano. A velmi přísná.
Matematická teorie chaosu (rozvíjená ve 20. století) ukazuje, že chaotické systémy mají:
• atraktory (např. podivné atraktory),
• fraktální strukturu,
• měřitelnou entropii,
• definovatelnou dynamiku.
Známým obrazem je tzv. Lorenzův atraktor – motýlovitá struktura vzniklá z jednoduchých rovnic.
Chaos je tedy paradox:
je zákonitý, ale nepředvídatelný.
Chaos versus entropie
Tady vstupuje termodynamika.
Podle druhého zákona termodynamiky entropie (míra neuspořádanosti) v izolovaném systému roste. To by mohlo svádět k závěru, že svět směřuje k totální neuspořádanosti.
Jenže lokálně může z chaosu vznikat řád.
Tím se zabýval například fyzikální chemik Ilya Prigogine, nositel Nobelovy ceny. Ukázal, že daleko od rovnováhy mohou spontánně vznikat disipativní struktury – uspořádané formy, které vznikají prouděním energie.
Příklady:
• vír ve vodě,
• krystaly,
• buňky,
• život.
Řád tedy nevzniká navzdory zákonům – ale právě díky nim.
Jak mohl z chaosu vzniknout vesmír?
V kosmologii se běžně vychází z modelu Velký třesk. Počáteční stav nebyl „chaos“ v lidském smyslu. Byl to extrémně horký, hustý a téměř homogenní stav s kvantovými fluktuacemi.
A právě ty drobné fluktuace – mikroskopické odchylky hustoty – se působením gravitace zesílily.
Gravitace je zvláštní síla:
• podporuje shlukování,
• vytváří hvězdy,
• galaxie,
• strukturu vesmíru.
Malé nerovnosti → gravitační zesílení → vznik struktur.
Z neurčitosti tedy vznikla kosmická architektura.
Proč zvyšování entropie neznamená konec řádu?
Klíč je v tom, že vesmír není lokálně izolovaný.
Například Země:
• přijímá nízkoentropickou energii ze Slunce,
• vyzařuje vysokoentropické teplo do vesmíru.
Tím vzniká prostor pro organizaci hmoty a vznik života.
Řád může růst lokálně, pokud globálně entropie roste.
A lidsky?
Možná je problém v tom, že si chaos představujeme jako naprostou náhodu.
Ale skutečný chaos je spíš:
svět, který je tak citlivý a komplexní, že ho neumíme předvídat.
Když se podíváte na:
• pohyb davu,
• vývoj společnosti,
• finanční trhy,
• nebo i vlastní život,
vidíte totéž:
malá událost změní trajektorii.
Chaos není „divočina bez pravidel“.
Je to přebytek pravidel, jejichž důsledky neumíme dopočítat.
Filozofický přesah
Staří Řekové chápali chaos jako prapůvodní stav před kosmem (uspořádáním).
Dnes víme, že kosmos a chaos nejsou protiklady.
Kosmos je struktura vznikající z dynamického chaosu.
A možná právě proto může svět existovat.
kdyby byl dokonale stabilní, nic by se neměnilo.
Kdyby byl dokonale náhodný, nic by nevzniklo.
Žijeme na hraně mezi oběma extrémy.
Stručná odpověď na otázky z hora!
• Co je chaos?
Deterministický, ale prakticky nepředvídatelný dynamický stav systému.
• Má pravidla?
Ano. Přísná matematická pravidla.
• Je to divočina?
Jen z pohledu lidské předvídatelnosti.
• Jak z něj vznikl řád?
Díky fyzikálním zákonům, zesilování fluktuací, gravitaci a toku energie.
