Studenti i vědci už dávno pochopili, že fyzika je náročná. Ale teprve nyní se to vědcům podařilo dokázat. Ukázalo se, že jeden z nejčastějších cílů ve fyzice – najít rovnici, která popisuje, jak se systém mění v čase – je počítačovou teorií definován jako „těžký“. To je špatná zpráva pro studenty fyziky, kteří doufají, že všechny jejich domácí úkoly vyřeší stroj, ale alespoň jejich budoucí zaměstnání v oboru je před automatizací v bezpečí.

Fyziky často zajímá matematický popis chování systému: například vzorec sledující pohyby planet a jejich měsíců v jejich složitém tanci kolem Slunce. Vědci tyto rovnice vypracovávají tak, že měří objekty v různých časových bodech a pak vytvoří vzorec, který všechny tyto body spojí dohromady, například doplní video ze sady snímků.

S každou novou proměnnou je však těžší najít správnou rovnici. Počítače mohou urychlit práci tím, že procházejí potenciální řešení závratnou rychlostí, ale i ty nejlepší světové superpočítače narazí na svůj problém u určité třídy problémů, známých jako „těžké“ problémy. Řešení těchto problémů trvá exponenciálně déle s každou další proměnnou, která se přidá do směsi – například pohyb další planety.

Někdy lze těžké problémy usnadnit chytrým matematickým manévrováním, ale kvantový fyzik Toby Cubitt z Univerzity Complutense v Madridu a jeho kolegové tuto naději zhatili pro fyzikální rovnice, které popisují systém v čase.

Matematikové rozeznávají soubor skutečně těžkých problémů, které nelze zjednodušit, vysvětluje Cubitt. Vědí také, že všechny tyto problémy jsou variantami jeden druhého. Tím, že tým ukázal, že úkol převést fyzikální data do rovnic je ve skutečnosti jedním z těchto problémů v převleku, ukázal, že i tento úkol je skutečně těžký. Výsledkem je, že žádný obecný algoritmus, který mění soubor dat na vzorec popisující systém v čase, nelze zjednodušit tak, aby mohl běžet na počítači, uvádí tým v nadcházejícím čísle časopisu Physical Review Letters.

Fyzikální rovnice jsou v dobré společnosti, jak tvrdí informatik Stephen Cook z Torontské univerzity v Kanadě, který se na práci nepodílel. Do této kategorie skutečně těžkých problémů podle něj spadají „doslova tisíce problémů“.

Stále existuje špetka naděje, že fyzikové najdou způsob, jak tyto údajně nezjednodušitelné problémy převést do podoby řešitelné počítačem. Pokud by se taková jednodušší cesta objevila, hluboký řetězový efekt by se rozšířil po celé matematice, protože by to znamenalo, že by se mohly zjednodušit i všechny ostatní těžké problémy. Clayův matematický institut v Cambridgi ve státě Massachusetts nabízí odměnu 1 milion dolarů tomu, kdo objeví takový univerzální zjemňovač problémů.

Matematikové však mají silné podezření, že to nejde (i když Clayův institut vám také vyplatí 1 milion dolarů za to, že toto podezření prokážete). V takovém případě „neexistuje chytřejší způsob“, jak by počítače mohly tyto fyzikální rovnice vyřešit, „než hrubá silová kontrola“ každé možné rovnice, říká Cubitt. Přesto se zamýšlí nad tím, že pokud je pro počítače tak obtížné tyto rovnice vyřešit, proč jich fyzikové dokázali vypočítat tolik?

Fyzik Heinz-Peter Breuer z Freiburské univerzity v Německu se domnívá, že je to proto, že fyzikové dávají svým mozkům – a počítačům – náskok. Podle něj si připraví půdu pomocí fyzikálních zákonů, které již vypracovali lidé jako Newton, Maxwell a Einstein, a tím získají osnovu rovnice. Experimentální data musí pouze doplnit detaily. Fyzika může být pro počítače těžká, ale skuteční vědci ji obcházejí tak, že stojí na ramenou velikánů.

.