Lietuvis žino, kaip suvaldyti chaosą

Chaosas nėra prognozuojamas, tačiau gali būti valdomas, – tokia būtų filosofinė prof. Kęstučio Pyrago mokslinio metodo esmė.

Vilniečio fiziko pasiūlytą chaoso valdymo metodą, pasaulyje taip ir vadinamą Pyrago metodu, nuolat cituoja žymiausi chaoso tyrinėtojai.

Fizikų dinastija

„Chaosu susidomėjau remdamasis logika, – sakė prof. K.Pyragas. – Puslaidininkių fizikoje chaoso buvo daug. Vėliau puslaidininkiai man pasidarė neįdomūs. Patraukė chaoso mokslas. Paprastai žmonės chaosui priskiria tai, kas netvarkinga. Iš tikrųjų chaoso mokslas labai griežtai paremtas matematika, ir daug ką galima ištirti bei suvaldyti. Chaoso objektas yra universalus ir jo dėsningumai visur tie patys.”

Vilniaus universiteto auklėtinis prof. K.Pyragas trejus metus, gavęs Humboldto stipendiją, dirbo Vokietijoje. Nors buvo pasiūlyta likti ten, jis grįžo į Lietuvą. „Kompiuterį galiu nusipirkti ir už savo pinigus, o daugiau nieko man nereikia”, – sakė teoretikas, iki šiol sulaukiantis pasiūlymų iš Vokietijos.

Šiemet K.Pyrago šeimoje apgintos trys daktaro disertacijos. Žmona Tatjana ir abu vaikai, Viktoras ir Viktorija, – taip pat fizikai. Sūnus daktaro disertaciją gynėsi pas tėvą – iš tos pačios chaoso valdymo srities. Dukrą patraukė lazerių fizika. T.Pyragienė dirba Puslaidininkių fizikos institute.

Šiame institute dirba ir mokslininko brolis dr. Vytautas Pyragas, o kitas brolis prof. Kazimieras Pyragas – Vilniaus pedagoginiame universitete. Iš 14 valstiečių tremtinių vaikų beveik visi įgijo aukštąjį išsilavinimą. Keli tapo inžinieriais statybininkais, tačiau fizikų vis dėlto daugiau – net penki.

Tūkstantinis rekordas

Pirmieji idėją, kad chaosas yra labai gerai valdomas objektas, pasiūlė amerikiečiai. Iki tol valdymo teorija, tyrinėjanti sistemų, pavyzdžiui, visuomenės ar mechanikos, valdymą, chaoso nenagrinėjo. Ši nauja mokslo sritis atsirado kartu su asmeniniais kompiuteriais, kadangi chaoso uždaviniai sprendžiami tik skaičiavimo būdu. Nuo 1990 metų, kai pasirodė amerikiečių mokslininkų Edwardo Otto, Celso Grebogi ir Jameso A.Yorke’o pirmas straipsnis apie chaoso valdymą, iki šiol kasmet publikuojama apie 400 naujų darbų.

Lietuvoje prof. K.Pyragas pirmasis pradėjo tyrinėti chaosą. Prieš 15 metų publikuotas jo straipsnis iki šiol pacituotas, ISI (International Science institute – Tarptautinio mokslo instituto) duomenimis, lygiai tūkstantį kartų. Tai antras citavimo rekordas chaoso srityje pasaulio mastu. Mokslininko vardas ir citavimas mokslo pasaulyje – labai susiję dalykai.

Tiesa, geri mokslo darbai dažnai pripažįstami ne iš karto. K.Pyrago straipsnio iš pradžių nepublikavo prestižinis amerikiečių žurnalas „Physical Review Letters”, tačiau, kai jis buvo išspausdintas kitame žurnale, tapo toks populiarus, kad ir amerikiečiai dabar mielai priima vilniečio darbus. Per visą mokslinę veiklą lietuvio fiziko straipsniai cituoti 2102 kartus.

Chaoso tvarka

„Chaosas yra labai jautrus mažiems trikdžiams. Sutrikdyta sistema veikia visai kitaip. Jei žinai, kokį trikdį pasirinkti, gali pasiekti tokį efektą, kokio reikia, – pasakojo pašnekovas. – Pirmą kartą chaoso valdymo idėja buvo efektyviai pritaikyta 1985 metais. NASA į Saulės sistemą aplankiusią kometą norėjo paleisti palydovą, kad šis ją nufotografuotų, bet būtų reikėję milijardo dolerių. Tokių lėšų nebuvo, tad buvo prieita prie labai gudraus sprendimo.”

Tuo metu tarp Saulės ir Žemės aplink vadinamąjį Lagranžo tašką, kur Saulės ir Žemės traukos jėgos vienodos, skraidė jau paleistas palydovas, matavęs saulės vėją. Tame palydove buvo likę labai mažai kuro, tad nuspręsta jį paleisti iki praskrendančios kometos, pasinaudojant chaoso reiškiniu: jei palydovas yra dviejų kūnų traukos lauke, jo trajektorija gali būti labai sudėtinga. Chaoso išmanymas padėjo sutaupyti milijardą dolerių ir nuskristi ten, kur reikia – kometa buvo nufotografuota iš labai arti.

Vadinamasis Pyrago metodas leidžia kovoti su chaosu, nesvarbu, ar tai būtų paprasta mechaninė svyruoklė, ar ekonominė ir biologinė sistema. Pasak pašnekovo, labai daug chaoso yra verslo srityje, todėl apie jį skaityti paskaitas K.Pyragą kviečia Lietuvos verslo vadovų klubai. Verslininkai nori sužinoti, kas iš tikrųjų yra chaosas mokslininkų požiūriu ir kaip jį įveikti.

Savo metodo idėją mokslininkas iliustravo paprastu pavyzdžiu. Kaip nagrinėjant sistemų valdymą, taip ir chaoso sistemoje yra įėjimas, per kurį galima sistemą valdyti, ir išėjimas, per kurį, t. y. per iš sistemos išeinančius signalus, galima stebėti, kaip veikia sistema. Tarkim, įmonę galima valdyti per investicijas – įėjimą. Išėjimo signalai, tarkim, kiek įmonė parduoda, stebimi, apdorojami ir grąžinami į sistemos įėjimą.

„Geras viršininkas stebi, kaip veikia sistema, ir grįžtamuoju ryšiu daro jai įtaką, pavyzdžiui, investicijomis, – kuo populiariau, be formulių, mėgino paaiškinti mokslininkas. – Idėja labai paprasta. Chaoso sistema turi periodines nestabilias orbitas. Tą nestabilų periodinį elgesį ir noriu stabilizuoti labai maža grįžtamojo ryšio jėga. Matuoju išėjimo signalą ir per tam tikrą laiką jį uždelsiu. Skirtumą tarp išėjimo signalo ir uždelsto signalo pateikiu kaip grįžtamąjį ryšį į sistemos įėjimą. Jei delsos laiką pasirenku lygų orbitos periodui, ir sistema judės ta periodine orbita, valdymo signalas periodinei orbitai įtakos nedarys, bet, pasirodo, gali ją stabilizuoti. Chaosas išnyksta, o valdymo signalas virsta nuliu. Nuline jėga chaoso sistemą galima padaryti periodine.”

Paprastai chaosas įsivaizduojamas kaip netvarkingai išmėtyti daiktai, tačiau chaosas gali būti ne tik erdvėje, bet ir laike, kai laikui bėgant kas nors netvarkingai kinta. Būtent chaosas laike yra prof. K.Pyrago sritis. Nors chaosas nėra prognozuojamas, jis, mokslininko įsitikinimu, nedidelėmis pastangomis efektyviai gali būti valdomas, jei suprantamas jo dėsningumas. Pavyzdžiui, jei yra chaosas ekonomikos srityje, tas, kas supranta jo dėsningumus, gali gauti net ir didelę naudą.

„Tas, kas valdo šalį, turi gerai išmanyti istoriją. Istorija iš esmės ir yra uždelstas signalas laike, – kalbėjo K.Pyragas. – Jį panaudojant galima efektyviai valdyti visuomenę jos neprievartaujant, o darant tai, kas visuomenei būdinga ir natūralu. Jei kas nors yra nestabilu, matematiškai yra įrodyta, kad galima tai stabilizuoti pasitelkiant istoriją.”

Apie mediciną – lygtimis

K.Pyrago metodu jau atlikti elektroninių chaoso generatorių, mechaninių svyruoklių, lazerių, malūnsparnių propelerių menčių ir žingsniuojančio roboto eisenos valdymo, dujų išlydžio ir magnetinio rezonanso eksperimentai. Labai svarbus vokiečių atliktas skysčių turbulencijos darbas. Lietuvoje atlikti eksperimentai su elektroniniais generatoriais ir kardiologinėmis sistemomis. Apskritai eksperimentų geografija apima beveik visą pasaulį – nuo Vokietijos ir Prancūzijos iki Japonijos ir JAV.

Lenkų mokslininkai 2001 metais pasiūlė Pyrago uždelsto grįžtamojo ryšio metodą pritaikyti konkuruojančių įmonių pardavimo chaosui suvaldyti. Pasirodo, papildomomis investicijomis, proporcingoms skirtumui tarp šių ir praėjusių metų pardavimo, galima panaikinti chaosą. Papildomai investuoja tik viena įmonė, tačiau išlošia abi – padidėja jų pardavimas. Svarbiausia, kad tą chaosą galima suvaldyti beveik nulinėmis investicijomis, nes valdymo signalas, kai nusistovi visas procesas, virsta nuliu. Taigi jokių investicijų galiausiai ir nereikia.

Anglų mokslininkai K.Pyrago metodą siūlo taikyti Žemės palydovams valdyti. Japonų mokslininkai – skęstančiams laivams valdyti, kai stabilizavus jų svyravimą galima išgelbėti žmones. Taip pat nauji japonų darbai siūlo šį metodą taikyti atominių jėgų mikroskopams valdyti. Vokiečių mokslininkų darbuose siūloma metodą taikyti Parkinsono ligai gydyti.

Vokiečių profesorius, medicinos ir fizikos mokslų daktaras Peteris Tassas, pasak K.Pyrago, unikalus žmogus, su kuriuo apie mediciną galima kalbėti lygtimis. Neseniai mokslininkai pasirašė bendradarbiavimo sutartį, ir bent kelerius metus vilnietis fizikas ketina atsidėti medicinos srities darbams.