Aristotelés tvrdil, že naše pozemská příroda nesnáší vakuum. Dnes už je ale naše poznání dál, než v době (384 až 322 let před naším letopočtem), v níž žil tento významný řecký učenec.

Víme, že matka příroda je nepořádná, pořádek nemá v lásce ani o Vánocích. A fyzikální zákony jsou tu s námi pořád, nedají nám vydechnout.

Fyzice neutečete

Vezměme si třeba vánoční osvětlení. Loni v lednu jste je úhledně uklidili a když je v prosinci vybalíte, co uvidíte? Je zašmodrchané. Jako kdyby je zapletli nějací vánoční skřítci. Jenže nezasahovali skřítci, ale druhý termodynamický zákon. 

Tento fyzikální zákon se zabývá veličinou známou jako entropie, tedy mírou neuspořádanosti systému. V izolovaném systému, jakým je náš vesmír, entropie vždy roste.

Systémy směřují k chaosu. Věci se rozpadají, stárneme a vánoční světýlka, přestože byla úhledně zabalená, končí zamotaná.

Zauzlování však není přímočarý děj, který by se řídil pouze chaosem. Vědci objevili některé složité matematické jevy, které za ním stojí.

„Na entropii můžeme pohlížet jako na molekulární neuspořádanost,“ píše Colin Adams, profesor matematiky a statistiky na Williams College v Massachusetts a autor knihy The Knot Book: An Elementary Introduction to the Mathematical Theory of Knots (Elementární úvod do matematické teorie uzlů). „Setkáváme se s ní však v denním životě, třeba na svém pracovní stole. Anebo u vánočních světýlek. Všechny tyto typy neuspořádanosti se aspoň zčásti dají popsat pomocí matematických vzorců (tady).“

Chaos řídí celý vesmír

Neuspořádanost zevrubně zkoumali Dorian Raymer a Douglas Smith z katedry fyziky Kalifornské univerzity v San Diegu. Vkládali do různých bubnů šňůry různých délek. Potom bubny otáčeli různou rychlostí. Přitom sledovali uzly, které na provázcích vznikaly.

Ve studii nazvané Spontánní zauzlení rozvířené šňůry, publikované ve vědeckém magazínu PNAS, prozkoumali a matematicky popsali závislost tvorby uzlů na rychlosti rotace bubnu a její době, na rozměrech bubnu, pevnosti šňůry a dalších parametrech.

Vědci dospěli ke dvěma základním předpokladům vysoké entropie (zauzlovanosti). Prvním je délka provázků 46 centimetrů a vyšší, druhým dostatek prostoru v bubnu a třetím vyšší rychlost rotace a její delší doba.

První předpoklad vánoční světýlka splňují – jsou delší než 46 centimetrů. Omezit však můžete druhý a třetí – tím, že světýlka umístíte do co nejtěsnější krabice a budete s nimi citlivě a minimálně manipulovat, ke stromku je přenesete jako svátost oltářní.

Svérázné chování provázků v krabičce se ale netýká jen pátrání po fyzikálních zákonitostech vtěsnaných do matematických vzorců. Poznatky z entropie pomáhají například pochopit zauzlování genetického materiálu virů.

Až tedy budete odkládat světýlka, vzpomeňte si na hluboké souvislosti s chaotickými, složitými a matoucími zákony, které řídí náš vesmír.

Nakonec ale klíčová otázka:

Jak ta světýlka rozplést?

Matematik Colin Adams pro vás má tuto radu: „I když vás to láká, nepokoušejte se rozplétat světýlka ze středu zauzlované hmoty. Tento postup má mizivou šanci na úspěch. Buďte trpěliví. Postupujte zkraje. A i když se zdá, že se zamotání zhoršuje, pokud se úsek bez uzlu prodlužuje, nakonec uspějete.“