62121 tempczyk10

NOWY OBRAZ ŚWIATA

niezależna częstość drgań, lecz ciecz nieoczekiwanie zaczęła zachowywać się chaotycznie. Okazało się, że w tym układzie nie ma ciągu pośredniczących struktur przewidywanych przez teorię. Swinney i Gollub nie wiedzieli, jak to wytłumaczyć, gdyż zastosowany przez nich model okazał się nieodpowiedni.

Kilka lat wcześniej zagadnieniem przechodzenia od porządku do chaosu zajmował się Ruelle, znakomity matematyk i fizyk teoretyczny. Próbował on opisać takie procesy, stosując zaproponowane przez siebie i Takensa pojęcie dziwnego atraktora. Sformułowany przez niego model dobrze wyjaśnia! wyniki Swinneya i Golluba i w ten sposób teoria chaosu rozszerzyła się o przepływy turbulentne. Nie oznacza to, że problem przechodzenia od ruchu regularnego do nieregularnego został jednoznacznie rozwiązany. Okazało się to bardziej skomplikowane. Obecnie fizycy znają już trzy scenariusze takiego przejścia i nie jest pewne, czy wyczerpuje to wszystkie możliwości [36]. Propozycja Ruelle’a to gwałtowne przejście od porządku do całkowitego chaosu z jednym tylko etapem pośrednim. Chaotyczna dynamika powstaje dzięki dwóm częstościom i to wystarczy, by zniknął jakikolwiek porządek. Oprócz cieczy scenariusz taki realizują inne układy, między nimi w ten właśnie sposób zachowuje się serce.

Fizycznymi badaniami serca zajmuje się specjalny dział fizyki medycznej, co łatwo zrozumieć, zważywszy znaczenie tego organu dla życia. Serce musi działać bez zakłóceń kilkadziesiąt lat wykonując w tym czasie miliardy skurczów. W ciągu tysięcy lat rozwoju wiedzy medycznej poznano wiele chorób serca i zakłóceń jego dynamiki. Opracowano także sposoby zapobiegania i leczenia tych chorób, jednak wciąż brak było fizycznego modelu serca, na podstawie którego naukowcy mogliby dokładnie zrozumieć jego działanie. Kłopoty z konstrukcją modelu wynikały z bogactwa sposobów działania tego organu, który, oprócz dobrze znanego regularnego kurczenia się i rozkurczania, może zachowywać się na wiele mniej przyjemnych sposobów. Przełom w tych badaniach nastąpił dzięki zastosowaniu dokładnych metod obserwacji i modeli opartych na dynamice nieliniowej.

Najbardziej niebezpiecznymi chorobami, polegającymi na nieprawidłowym działaniu serca, są arytmia i migotanie przedsionków. W obydwu regularny rytm serca załamuje się i pojawiają się okresy gwałtownych zaburzeń. Nąjgroźniejszą cechą migotania jest to, że jest to działanie stabilne — gdy się zacznie, serce nie potrafi samo powrócić do prawidłowego rytmu, potrzebny jest zewnętrzny impuls przywracający normalne działanie. Aby leczyć tę chorobę, lekarze wraz z inżynierami zbudowali defibrylatory, które, wysyłając słabe impulsy elektryczne, przywraeąją właściwy rytm serca. Budując je, wykorzystano zgromadzone obserwacje, nie znano jednak fizycznego mechanizmu migotania przedsionków. Jego poznanie, jak się spodziewano, mogłoby dostarczyć nowych, cennych wskazówek [15].

Biofizycy, dążąc do zrozumienia dynamiki serca, prowadzili badania eksperymentalne i teoretyczne. Eksperymenty wykonywano na wyciętym z serca kurczęcia i podzielonym na pojedyncze komórki fragmencie tkanki

0    rozmiarach 200 gm. Komórki umieszczono na pożywce

1    obserwowano ich dynamikę in vitro. Jak się okazało, komórki serca kurczęcia pulsowały spontanicznie, z częstościami w przedziale 60-120 cykli na minutę. Następnie wprowadzono do układu komórek mikroelek-trodę, za pomocą której pobudzano je regularnymi impulsami elektrycznymi i obserwowano, jak wpływają one na zachowanie się całości preparatu. Zgodnie z oczekiwaniami stwierdzono, że po okresach ly tmu regularnego pojawiają się okresy działania nieregularnego. W miarę wzrostu częstości impulsów okresy regularne były coraz krótsze, a nieregularne — dłuższe. W końcu nastąpił nieprzerwany chaos. Taki sposób funkcjonowania jest

225