Odhaľovanie prírodných zákonov nám pomáha konštruovať čoraz dômyselnejšie stroje. Ide však o obojsmerný vzťah – štúdium strojov poskytuje nový pohľad na prírodu.
Ak sú výsledkom poctivej práce a dôsledného aplikovania vedeckej metódy, prírodné zákony platia a nemenia sa napríklad so zmenou politického režimu. Spoločenské trendy však často ovplyvňujú, na ktoré otázky sa zameria vedecké úsilie, ako aj jazyk, ktorý sa vo vede používa. Historik Yuval Noah Harari vo svojej knihe Homo Deus poukázal na prepojenie technologických trendov a nazerania na prírodné javy: kedysi sme ich analyzovali ako parné stroje, v súčasnosti ako počítače. Aj keď motivované duchom doby, oba pohľady nás veľa naučili.
Teplo a práca
Vynález parného stroja bol katalyzátorom priemyselnej revolúcie. Taktiež bol aj začiatkom novej vedy, termodynamiky, zaoberajúcej sa premenami energie z jednej formy na druhú, výmenou tepla, konaním práce a limitmi platiacimi pre tieto procesy. Termodynamika zaviedla koncept tepelného stroja, ktorý prenáša teplo z horúceho zásobníka (čo môže byť aj horiace palivo) na chladnejšie teleso (čo môže byť okolie) a popritom koná prácu, napríklad posúva piest alebo točí kolesom. Parný stroj, dieselový a benzínový motor sú všetko tepelné stroje. Teoretické a experimentálne štúdium tepelných strojov viedlo k formulácii zákonov termodynamiky, medzi ktoré patria zachovanie energie a nárast entropie (neusporiadanosti).
Vedci si postupne uvedomili, že termodynamické zákony majú oveľa širšie uplatnenie. Výmena tepla, konanie práce a premeny energie sú totiž procesy objavujúce sa takmer všade. Zem, oceány, atmosféra a rôzne deje v nich sa dajú opisovať ako tepelné stroje. Taký hurikán prenáša teplo medzi rozpálenou zemou a chladnými vrchnými vrstvami atmosféry, stláča a rozpína plyn (vzduch) a koná mechanickú prácu, i keď nám skôr pôsobiacu škodu než úžitok. Maximálna rýchlosť vetra pri hurikáne sa dá predpovedať z rovníc pre maximálnu účinnosť tepelných strojov.
Jednotky a nuly
Ak bolo 19. storočie storočím pary, teraz žijeme v digitálnej dobe. Počítače našli uplatnenie pri takmer každej ľudskej činnosti a sú asi najrýchlejšie inovovanou technológiou. Teoretická analýza ich fungovania v reči vstupov, výstupov, algoritmov, optimalizácie, ktorú poznáme pod názvom informatika alebo teória informácie, rovnako našla uplatnenie pri štúdiu prírody.
Príroda počíta všade – od biomolekúl cez bunky po organizmy, roje a celé ekosystémy. Evolúcia hľadá optimálny organizmus, mravce a plesne optimálnu trasu k živinám. Neurónové siete, teda algoritmy pôvodne inšpirované mozgom len v hrubých črtách, nás v súčasnosti učia, ako môžu fungovať vnímanie a myslenie. Zaujímavosťou je tiež, že teória informácie má mnohé pojmy a rovnice spoločné s termodynamikou, čo naznačuje hlbšie prepojenie medzi týmito odbormi.
Jazyk parných strojov a počítačov sa dostal aj k živým organizmom a ľudskej mysli. Kedysi ľudia potrebovali vypustiť paru, teraz si zasa musia zresetovať harddisk. V budúcnosti si budú musieť možno odskočiť do inej dimenzie. No aj v čase, keď budú počítače tak ako parné stroje technológiami včerajška, budú ľudia a ostatné organizmy naďalej viazané zákonmi termodynamiky a limitmi počítania.
Lukáš Konečný
Univerzita v Tromsø, Nórsko
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space. Vedátora môžete sledovať aj prostredníctvom bezplatnej mobilnej aplikácie.
