Теория на хаоса и ефект на пеперудата

През 1972 метеорологът Едуард Лоренц изнася реч на 139-та конференция на ААСН, с мотото "Може ли замахът на крилете на пеперуда в Бразилия да предизвика торнадо в Тексас?". Темата е съставена от водещия Филип Мерилез по начин, който провокира и илюстрира тезата на Лоренц, че едно малко събитие може да предизвика големи промени. Но идеята за Ефекта на пеперудата се разпространява и започва да се доказва и в неподозирани за Лоренц области. Тя дори работи като метафора за самата себе си - една малка идея, превдизвикала цунами от очарование.

Криворазбраната пеперуда

www.newatlas.com

Хипотезата, че едно малко събитие може да предизвика неочаквано големи промени наистина е заблуждаваща - внезапно ни дава огромна сила, която изглежда магична, дори плашеща. Прочутият американски писател Стивън Кинг описва в една от историите си за млад мъж на име Джак, който открива начин да пътува във времето и се връща в миналото, за да предотврати убийството на президента Кенеди, вярвайки, че това ще донесе положителен развой в историята на човечеството. Завръщайки се в настоящето обаче, Джак открива, че светът е потънал в хаос, след като ядрен Армагедон е унищожил по-голямата част от него. Съответно той се връща обратно, за да остави убийството да се случи.

Но тази привидна супер сила пропуска един съществен елемент от прозрението на Лоренц. Той не казва, че малки промени могат да окажат голямо влияние и силата им да бъде многократно увеличена. Всъщност твърди, че в сложна система малките събития може да имат минимален или огромен ефект, но е невъзможно да разберем кои са те.

Прогнозата за времето

Едуард Лоренц (1917 г. - 2008 г.) Източник: www.urbanoperu.com

Идеята се заражда в ума на Лоренц, когато през 1960 г. той започва да разработва на компютъра си модели, чрез които се опитва да направи метеорологичната обстановка предвидима. Веднъж той закръгля цифрата за първоначалното състояние от 0,506127 на 0,506. Изглежда като малка незабележима промяна в гигантската система. И въпреки това резултатите били много различни.

Постепенно през следващото десетилетие Лоренц започва да преосмисля тезата си, откривайки, че сложни системи, като тази за метеорологичната прогноза, са толкова зависими от първоначалните си стойности, че дори минимални изменения могат да предизвикат големи отклонения в крайния резултат. И е почти невъзможно да се предвиди по какъв точно начин ще се развият нещата. Такъв тип непредвидима система, той определя като хаотична и така идеята му става популярна като Теория на хаоса.

Това изявление не изглежда като да има грандиозна значимост, но е точно така. Вселената е безкрайно сложно място. Но след като Нютон открива законите за движение, учените предполагат, че те служат по детерминистичен начин. Има проста връзка между причината и ефекта, дори да не можем винаги да я видим. Нещо се случва, защото друго нещо го е провокирало, както гласят и законите на Нютон. Следователно тогава бъдещето на Вселената е предопределено чак до движението на атомите; събитията от миналото детерминират бъдещето.

Учени и математици вярвали, че ако открият правилните закони, уравнения и данни, то тогава всичко ще бъде предвидимо с точност. През XVIII век Пиер Симон Лаплас казва, че непредвимостта няма място във Вселената, твърдейки, че ако знаем всички физични закони на природата, "нищо няма да е несигурно и бъдещето, както и миналото, ще бъдат изложени пред нас".

Поанкере добавя, че учените игнорират значителната роля на случайността. Той не противоречи на идеята за детерминистична вселена, но предполага, че различия, толкова малки, че могат да бъдат описани като случайност, могат да окажат огромно влияние.

Лоренц стига дори по-далеч. Той също не отхвърля идеята за причина и следствие, но твърди, че в някои сложни природни системи ефект с толкова малка разлика е толкова непредвидим, че идеята за детерминизъм се превръща в безсмислена. Става невъзможно да проследим линейната връзка между началната точка и крайния резултат и линейните връзки, на които се основават законите на Нютон вече не действат.

Прогнозиране

www.questica.com

Следователно е невъзможно метеоролозите някога да открият праволинейна система, по която да прогнозират в бъдеще, без значение колко подробна информация и уравнения имат. Лоренц обаче се опитва да постигне добро приближение на най-вероятните резултати, използвайки набор от малко различни начални условия за провеждане на паралелни метеорологични симулации. Те от своя страна се превръщат в ансамбъл от методи за прогнозиране на времето, които използват комбинации от вероятности, за да дадат добро прогнозиране за в бъдеще.

Теорията на хаоса провокира въображението на хората, изграждайки образ на Вселената като ужасяваща първична бъркотия. Но за учените се оказва много по-полезна, показвайки им, че могат по-добре да разберат сложни системи, от еволюцията до роботиката, като търсят не линейни взаимоотношения, цялостни модели.