Zwijanie się ogona kameleona, spirala łusek szyszki i fale tworzone przez wiatr poruszający ziarnami piasku mają moc przyciągania wzroku i intrygowania umysłu. Kiedy Karol Darwin po raz pierwszy zaproponował teorię ewolucji przez dobór naturalny w 1859 roku, zachęciło to entuzjastów nauki do znalezienia przyczyn naturalnych wzorów widocznych u zwierząt lądowych, ptaków powietrznych i stworzeń morskich. Upierzenie pawia, plamki rekina muszą służyć jakiemuś adaptacyjnemu celowi, z zapałem przypuszczali.
Jedna osoba widziała to wszystko jako „ucieczkę od entuzjazmu”, pisze angielski naukowiec i pisarz Philip Ball w swojej nowej książce, Patterns in Nature: Why the Natural World Looks the Way it Does. Szkocki zoolog D’Arcy Wentworth Thompson został popchnięty do opublikowania w 1917 roku własnego traktatu wyjaśniającego, że nawet kreatywność natury jest ograniczona przez prawa generowane przez siły fizyczne i chemiczne. Pomysły Thompsona nie kłóciły się z teorią Darwina, ale wskazywały, że w grę wchodzą inne czynniki. Podczas gdy dobór naturalny może wyjaśnić, dlaczego tygrys ma paski – strategia wtapiania się w cień na łąkach i w lesie – sposób, w jaki chemikalia dyfundują przez rozwijającą się tkankę, może wyjaśnić, jak pigment kończy się w pasmach ciemnych i jasnych, jak również dlaczego podobne wzory mogą pojawić się na ukwiałach morskich.
W Patterns in Nature, Ball wnosi swoje własne doświadczenie jako fizyk i chemik, jak również ponad 20 lat doświadczenia jako redaktor czasopisma naukowego Nature. Jego pierwsza książka, opublikowana w 1999 roku (The Self-Made Tapestry), oraz trylogia, opublikowana w 2009 roku (Nature’s Patterns: Shapes, Flow, Branches), zgłębiają temat naturalnych wzorów, ale żadna z nich nie ma tak bogatej oprawy wizualnej jak jego najnowsza.
Żywe fotografie w książce są istotne, wyjaśnia Ball, ponieważ niektóre z wzorów mogą być w pełni docenione tylko poprzez powtarzanie. „Kiedy zobaczysz kilka z nich obok siebie w najdrobniejszych szczegółach, zaczynasz rozumieć, jak natura bierze temat i z nim podąża” – mówi.
Wyjaśnienia, które oferuje Ball, są proste i pełne wdzięku, jak wtedy, gdy wyjaśnia, w jaki sposób namoknięta plama ziemi może wyschnąć i przekształcić się w popękany krajobraz. „Sucha warstwa na powierzchni stara się kurczyć w stosunku do wciąż wilgotnej warstwy poniżej, a ziemia staje się pełna napięcia” – pisze.
Ale oferuje również wystarczająco dużo szczegółów, by zaintrygować zarówno naukowców, jak i artystów. Oszałamiające fotografie zostały przygotowane przez projektantów Marshall Editions, wydawcy Quarto Group w Londynie, który udzielił licencji na książkę University of Chicago Press.
Ball rozmawiał ze Smithsonian.com o swojej książce i inspiracjach.
Czym dokładnie jest wzór?
Celowo pozostawiłem to w książce nieco dwuznaczne, ponieważ wydaje mi się, że wiemy, kiedy go widzimy. Tradycyjnie myślimy o wzorach jako o czymś, co po prostu powtarza się w przestrzeni w identyczny sposób, coś jak wzór na tapecie. Ale wiele wzorów, które widzimy w naturze, nie jest do końca takich. Wyczuwamy, że jest w nich coś regularnego lub przynajmniej nieprzypadkowego, ale to nie znaczy, że wszystkie elementy są identyczne. Myślę, że bardzo dobrze znanym przykładem tego byłyby paski zebry. Każdy może rozpoznać to jako wzór, ale żaden pasek nie jest taki sam jak inne paski.
Myślę, że możemy postawić sprawę za powiedzeniem, że wszystko co nie jest czysto przypadkowe ma w sobie jakiś wzór. Musi być coś w tym systemie, co odciągnęło go od czystej przypadkowości lub na drugim biegunie, od czystej jednorodności.
Dlaczego zdecydowałeś się napisać książkę o naturalnych wzorach?
Na początku był to rezultat bycia redaktorem w Nature. Tam zacząłem dostrzegać wiele prac przechodzących przez czasopismo – i przez literaturę naukową szerzej – na ten temat. Uderzyło mnie to, że jest to temat, który nie ma żadnych naturalnych granic dyscyplinarnych. Ludzie, których interesują tego typu pytania, mogą być biologami, matematykami, fizykami lub chemikami. To do mnie przemawiało. Zawsze lubiłem tematy, które nie respektują tych tradycyjnych granic.
Ale myślę też, że to były wizualizacje. Wzory są po prostu tak uderzające, piękne i niezwykłe.
Potem, u podstaw tego aspektu jest pytanie: Jak natura bez żadnego rodzaju projektu lub projektu umieścić razem wzory jak to? Kiedy tworzymy wzory, to dlatego, że zaplanowaliśmy to w ten sposób, umieszczając elementy na swoim miejscu. W naturze, nie ma planisty, ale w jakiś sposób siły natury spiskują, aby doprowadzić do czegoś, co wygląda całkiem pięknie.
Czy masz ulubiony przykład wzoru znalezionego w naturze?
Może jednym z najbardziej znanych, ale naprawdę jednym z najbardziej niezwykłych jest wzór płatka śniegu. Wszystkie one mają ten sam motyw – sześciokrotną, sześciokątną symetrię, a jednak wydaje się, że istnieje nieskończona różnorodność w obrębie tych płatków śniegu. Jest to tak prosty proces, który towarzyszy ich powstawaniu. Jest to para wodna zamarzająca w wilgotnym powietrzu. Nie ma nic więcej niż to, ale jakoś tworzy ten niewiarygodnie skomplikowany, szczegółowy, piękny wzór.
Inny system, który znajdujemy pojawia się ponownie i ponownie w różnych miejscach, zarówno w świecie żywym jak i nieożywionym, jest wzorem, który nazywamy strukturami Turinga. Zostały one nazwane na cześć Alana Turinga, matematyka, który położył podwaliny pod teorię obliczeń. Był on bardzo zainteresowany tym, jak tworzą się wzory. W szczególności interesowało go, jak to się dzieje w zapłodnionym jaju, które jest w zasadzie kulistą komórką, która w jakiś sposób zostaje uformowana w coś tak skomplikowanego jak człowiek, gdy rośnie i dzieli się.
Turing wymyślił teorię, która była w zasadzie wyjaśnieniem tego, jak cała masa chemikaliów, które są po prostu rodzajem unoszenia się w przestrzeni, może oddziaływać tak, aby stworzyć różnice z jednego kawałka przestrzeni do następnego. W ten sposób wyłaniają się zalążki wzoru. On wyraził ten proces w bardzo abstrakcyjnych kategoriach matematycznych.
Teraz wydaje się, że coś takiego może być odpowiedzialne za wzory, które tworzą się na skórach zwierząt i niektóre wzory, które widzimy w owadach, jak również. Ale pojawia się to również w całkiem innych systemach, w wydmach i falach piasku tworzących się po tym, jak wiatr nawiewa piasek.
W swojej książce wspominasz o tym, że nauka i matematyka nie wyjaśniły jeszcze w pełni niektórych z tych wzorów. Czy możesz podać przykład?
Tak naprawdę zrozumieliśmy, jak płatki śniegu uzyskują te rozgałęzione formacje dopiero od lat 80-tych, mimo że ludzie badali i myśleli o tym zagadnieniu przez kilkaset lat. Jednak nawet teraz jest to trochę tajemnicą, dlaczego każde ramię płatka śniegu może być prawie identyczne. To prawie tak, jakby jedno ramię mogło komunikować się z innymi, aby upewnić się, że rosną one w specjalny sposób. To jest wciąż zaskakujące.
Nowe formy wzorów są odkrywane prawie tak szybko, jak możemy znaleźć wyjaśnienia. Istnieją dziwne wzory roślinności w półpustynnych regionach świata, gdzie występują płaty roślinności oddzielone od siebie płatami gołej ziemi. One również wydają się mieć za sobą mechanizm podobny do mechanizmu Turinga, ale to zrozumienie jest również bardzo nowe.
Co masz nadzieję, że czytelnicy znajdą w tej książce?
Gdy zacząłem przyglądać się temu tematowi, zacząłem widzieć wzory wszędzie. Pamiętam, że kiedy byłem w połowie pisania mojej pierwszej książki w 1999 roku i byłem na plaży w Walii, nagle zdałem sobie sprawę, że wszędzie są wzory. W chmurach i na niebie były różne wzory, w morzu były wzory fal i tak dalej. W wodzie spływającej po piasku był inny rodzaj wzoru. Nawet same klify nie były czysto przypadkowe.
Więc, zaczynacie widzieć wzory wokół siebie. Mam nadzieję, że ludzie odkryją, że to się im przydarzy, że docenią jak wiele struktur wokół nas jest wzorzystych. Jest w tym po prostu splendor i radość.
.