Hur kan tusentals – i Rom miljontals – starar flyga i en tätt sammansluten flock och klara av att göra till synes koreografiskt utstuderade, böljande rörelser utan att krocka med varandra? Nobelpristagaren Giorgio Parisi, som forskar i komplexa system, berättar i boken In un volo di storni inte bara om sin forskning utan avslöjar också stararnas hemlighet.
Staren är kanske en av våra mest välbekanta fåglar. Det är en inte särskilt stor fågel, men när den hoppar omkring på din gräsmatta och pickar larver känner du lätt igen den – blålila, lite spräcklig, och med blekgul näbb. Och sången! Som den pladdrar, svirrar, knäpper och härmar andra!
Det mest utmärkande med staren är nog ändå hur den flyger, närmare bestämt hur det ser ut när tusentals starar svärmar i flockar. Man tror att det är frågan om en sorts signalspråk, ett sätt att säga ”här finns det mat och sovplatser”, men också självförsvar. När mängder med små starar flyger tätt tillsammans blir det väldigt svårt för deras huvudfiende, pilgrimsfalken, att attackera.
När man ser stararnas danser slås man av häpnad över hur stararna kan skapa sådana sammanhängande, böljande former. På engelska kallas det murmuration, efter ljudet av tusentals fågelvingar som slår i takt, som ett sorl. På danska säger man sort sol ”svart sol”, en beskrivning av hur stararnas ”moln” kan förmörka hela himlen. Precis som ett vanligt moln antar ”fågelmolnet” olika former, ser ut att växa, blir mindre, mörkare, sedan ljusare … Men förändringen är ögonblicklig, och om du blinkar till har du missat det.
Man kan nästan tro att det finns en dirigent någonstans som talar om för fåglarna hur de ska flyga. Eller är de kanske telepatiska? Den brittiske ornitologen Edmund Selous föreslog det senare, när han i boken Thought-Transference (or What?) in Birds (1931) skrev: ”De måste tänka kollektivt, alla på en gång.”
Dixikons nyhetsbrev? Anmäl dig här
I Sverige är flockarna med starar förhållandevis små, med bara ett par tusen fåglar per grupp, men i södra Europa kan flockarna bli mycket större. I Rom samlas i november varje år miljontals med starar. Tidigare skockades de för att migrera söderut över vintern, till Nordafrika, men det faktum att våra städer blir allt varmare kombinerat med klimatförändringens mildare vintrar har gjort att stararna numer stannar kvar. Först i mars flyger de vidare. Den som går genom centrala Rom om vintern kan höra stararnas knatter ovanför trafikbruset, och se mängderna med fåglar som svärmar ovanför hustaken och trädkronorna.
I Rom bor, sedan många år, Giorgio Parisi, professor i teoretisk fysik vid Università la Sapienza. Under sina promenader genom staden om vintrarna har även Parisi fascinerats av de många stararnas otroliga ”dansmoln” över staden, och undrat samma sak som många av oss andra. Hur går det till? Varför kolliderar aldrig fåglarna med varandra? Parisi tog sig an problemet enligt sitt skrås lära och skred till verket.
Parisis forskning rör så kallade komplexa system, system som består av ett stort antal komponenter som interagerar med varandra och producerar fenomen som inte kan förstås genom att analysera enbart de separata ingående delarna. Parisis forskningsresultat hjälper oss förstå en rad olika och till synes slumpartade fenomen, som förändringar i klimatet eller på finansmarknaden.
År 2021 tilldelades han nobelpriset i fysik “for groundbreaking contributions to our understanding of complex physical systems”. Han fick ena halvan av priset; den andra delen delades mellan Syukuro Manabe (Princeton University, USA) och Klaus Hasselmann (Max Planck Institute for Meteorology, Tyskland), som båda hedrades för sin forskning om klimatförändringar och beräkningar av modelleringar som kan användas för att förutsäga global uppvärmning.
Parisis bok In un volo di storni. Le meraviglie dei sistemi complessi (ung. När starar flyger. Skönheten i komplexa system) kom ut i november 2021, en månad efter det att nobelpriset kungjorts. I boken gestaltar Parisi, på ett lättbegripligt, men samtidigt underfundigt vis, den fysiska forskningens utveckling under framför allt 1900-talet, och berättar om sitt eget arbete med komplexa system. Men han börjar i en helt annan ände, nämligen med vatten.
Vatten som kokar och förångas, och vatten som fryser till is. Det ter sig kanske fullständigt normalt men i själva verket, förklarar Parisi, är det mycket underligt. Det handlar ju om en och samma substans som byter form i takt med att temperaturen förändras. Vad är det, frågar sig en fysiker som Parisi, som åstadkommer den här förändringen?
För att förstå behöver vi se på vattnet på mikroskopisk nivå. När vattnet värms upp rör sig vattenmolekylerna (de ser ut lite som små hantlar, förklarar Parisi pedagogiskt) allt snabbare, när vattnet kyls ned sker det motsatta. Och när vatten förångas eller fryser till is är det inte en enskild vattenmolekyl som förändras, eller en ensam väte- eller syreatom som påverkas, utan allting sammantaget. Man kan erinra sig Tage Danielssons ord:
En droppe droppad i livets älv
Har ingen kraft att flyta själv
Det ställs ett krav på varenda droppe:
”Hjälp till att hålla de andra oppe.”
Ungefär så går det till också när vatten fryser eller förångas: inte en droppe ensam, utan alla tillsammans. ”Hur vi går från enskilda atomers beteende till ett helt systems beteende är ett problem som har tagit lite tid att förklara,” konstaterar Parisi.
Vatten är inte ett komplext system, men just egenskapen att ändra form eller beteende beroende på temperatur förekommer i flera av de system Parisi studerat. Och för att förstå komplexa system konstruerar forskarna ibland syntetiska modeller som ger en förenklad bild av verkligheten.
Parisi tar som exempel brädspelet Monopol, som är en modell av ett samhälle med ett fåtal enkla regler: 1) ”kartan”, det vill säga ordningen på gatorna i spelet, 2) kostnaden för de olika tomterna och vad det kostar att bygga hus och hotell på dem, samt 3) hyran. Spelet innehåller också ett antal slumpässiga faktorer: tärningsslaget som avgör hur många steg du får gå, samt det slumpvis dragna kortet som kan innebära risken att råka i en svårighet eller möjligheten att ta sig ur en. Med dessa enkla regler, förklarar Parisi, framträder efter bara en kort tids spelande det kapitalistiska systemets mest grundläggande egenskap: den som har pengar blir alltid rikare.
Det är också värt att säga något om relationen mellan matematik och fysik. Vi kan låna beskrivningen av filosofen Bertrand Russel och kalla matematiken för ett ämne där man aldrig riktigt vet man talar om. Vi säger att ”1” plus ”1” är ”2” och det spelar ingen roll om vi talar om starar, nobelpris eller vattenmolekyler. Fysiken, å sin sida, översätter konkreta fenomen till ett matematiskt språk och lämnar många av de ursprungliga egenskaperna hos de objekt som studeras utanför beräkningarna. De enda egenskaper som behöver tas med är de som är relevanta för den pågående studien – som i exemplet med Monopol.
Det var en viktig insikt för fysiken, skriver Parisi, att olika konkreta fenomen kan reduceras till samma matematiska presentationer, som till exempel vågorna på ett stormigt hav och majskolvar som vajar i vinden. Fysiskt förblir de olika företeelser – vatten och majs – och de kan därför inte jämföras rakt av. Däremot kan du mycket väl använda samma ekvationer för att analysera vågornas rörelser både på havet och på majsfältet.
För att studera stararnas rörelsemönster använde Parisis forskargrupp en teknik som är mycket lik den som utvecklats för att lösa problem inom statistisk mekanik, där man analyserar stora mängder experimentella data. I sin analys utgick forskarna från en 3D-modell baserad på mängder med foton tagna av kameror som monterats på taken i Rom, och som fotograferat stararna från flera olika håll samtidigt.
Resultatet? Stararna är inte telepatiska, som Selous föreslog, men däremot finns en kontakt mellan varje enskild fågel och dem som är närmast intill. I flocken av starar har en enskild fågel ett större avstånd till fåglarna framför och bakom men ett mindre avstånd till dem på sidorna, precis som bilarna på en motorväg.
När en fågel rör sig en liten aning åt ett visst håll svarar fåglarna i närheten omedelbart på denna rörelse, vilket skapar en kedjereaktion som sprider sig genom hela flocken. En enskild stare behöver bara vara uppmärksam på rörelserna hos de sex närmaste flygkamraterna, det räcker för att hela flocken ska röra sig åt samma håll.
Svaret kan tyckas fånigt enkelt, men som Parisi konstaterar är det ofta så med forskning, framför allt inom matematik och fysik: mängden tankekraft som gått åt till att lösa problemet framstår som helt överdriven när svaret ter sig så självklart. Men så är det ju också med litteraturen och poesin, kommenterar han: det är sällan läsaren märker något alls av all trötthet, tvekan och tvivel som författaren kämpat med i den kreativa processen.
Och den här enkelheten kan ju vara förblindande även åt det andra hållet. Forskare tenderar att räkna med absolut tilltro till sina forskningsresultat och lägger sällan tid på att förklara så att människor verkligen förstår. Enligt Parisi gör detta att förtroendet för vetenskapen minskar vilket öppnar upp för de anti-vetenskapliga rörelserna vi ser idag, t.ex. anti-vaccinrörelsen, eller anti-klimatkrisförespråkarna. Lingvisten George Lakoff har kallat detta the enlightment fallacy, föreställningen hos forskare (så väl som vissa debattörer) att vetenskapen kan ”tala för sig själv” och övertyga meningsmotståndare. Det räcker ju inte, inte hela vägen fram.
För att stärka tilltron till vetenskapen behöver fler förstå mer av den, och ansvaret för att det görs möjligt vilar på dem som verkar i vetenskapen. Parisis ståndpunkt är tydlig:
”Jag säger ofta att de hårda vetenskaperna inte kan förstås av någon som inte studerat matematik. Men detsamma gäller också kinesisk poesi. (…) På samma sätt som det går att uppskatta skönheten i kinesisk poesi i översättning, på samma sätt går det att göra också skönheten i de hårda vetenskaperna begriplig för någon som inte studerat matematik. Det är inte lätt men det går att göra. Och det är nödvändigt att föra fram initiativ som låter fler människor närma sig modern vetenskap.”
- Se ett videoklipp från BBC Earth om stararna i Rom