Эффект бабочки: реальность или миф?

Проще говоря, эффект бабочки — это явление, при котором небольшое изменение начальных условий может со временем накапливаться и, в конце концов, создать огромный эффект. Так же, как маленький снежный ком, скатившись с горы, может собрать еще больше снега по пути, и к тому времени, когда он достигнет основания, он станет огромным! Это составляет основу довольно новой области науки: «Хаос». Это как раз то, что следует из названия — изучение очень сложных систем, чувствительных к очень незначительным изменениям, иногда даже к тем, которые они сами же и создают!

Возникновение новой науки

Что еще могло быть лучшим полем для возникновения Хаоса, чем метеорология, где даже небольшое изменение скорости ветра может отсрочить муссон на несколько дней! Эффект бабочки был впервые обнаружен в 1961 году в лаборатории одного из таких метеорологов Массачусетского технологического института Эдварда Лоренца. Лоренц был большим математиком, чем его коллеги. Он никогда особо не интересовался чистой метеорологией, вместо этого он хотел запечатлеть красоту погоды с помощью математических формул, которые позволили бы таким метеорологам, как он, предсказывать погоду не только на дни, но на месяцы и даже годы вперед!

Этот поиск привел его к установке компьютера в своей лаборатории, Royal McBee. Компьютеры в то время не были ни такими продвинутыми, ни такими распространенными, как сегодня. Вместо этого они были огромными зверями, управляемыми вакуумными трубками и выводящими результаты только через печать. Из-за этого его лаборатория действительно была центром притяжения для всего отдела!

Лоренц считал, что погоду, как и многие другие физические явления, можно описать с помощью некоторого набора уравнений, решение которых позволит предсказать будущую погоду. И он был не единственным человеком с этой верой. Большинство ученых того времени полагали, что природа — это не что иное, как набор уравнений, облеченных в физическую форму. И что если они смогут получить эти необработанные уравнения, они смогут заставить что угодно работать в соответствии с ними! Это может показаться довольно простым и логичным. К сожалению, это не так.

Однако Лоренцу удалось смоделировать на своем компьютере довольно простой погодный механизм, управляемый 12 дифференциальными уравнениями. Что делал его компьютер, так это принимал начальные условия для погоды и на основе этих уравнений вычислял результат и печатал его в виде строки чисел (которые только Лоренц и немногие другие в отделе могли понять).

Однажды Лоренц захотел пересмотреть ряд результатов. При этом, вместо того, чтобы начать процесс с самого начала, он ввел значения на полпути между предыдущим результатом, ожидая, что он будет точно дублировать предыдущие результаты. Однако на этот раз он обнаружил нечто странное.

Второй результат некоторое время оставался похожим на предыдущий, но вскоре начали проявляться тонкие различия, когда оба результата стали совершенно противоположными! Сначала он подумал, что это аппаратная проблема, поэтому он проверил все электронные лампы, но они оказались в порядке.

Вскоре он понял, в чем заключалась проблема. Royal McBee хранил значения до 6 знаков после запятой в своей памяти, и это то, что он вычислил. Однако в распечатке для экономии места результат был округлен всего до 3 знаков после запятой. Таким образом, значения, введенные Лоренцем во второй раз, были всего с тремя знаками после запятой и, следовательно, не были точными. Это вызвало небольшую разницу, которая начала накапливаться и привела к огромной разнице. Лоренца очень привлекло то, что он только что наблюдал, и он начал над этим работать.

Он обнаружил, что если в такой сложной и повторяющейся системе набор переменных отображается в зависимости от времени, то точки на графике, кажется, следуют примерно тому же пути, что и в предыдущем цикле, но с небольшим отличием. И по мере увеличения количества циклов разница становилась большой. Этот граф получил название «аттрактор Лоренца». и это было похоже на крылья бабочки. Так был открыт эффект бабочки! Хотя его техническое название стало «Чувствительная зависимость от начальных условий».

Так может ли бабочка действительно вызывать ураганы?

Эффект бабочки обычно упоминается в обозначении, что бабочка, взмахнув крыльями где-то, может вызвать ураган в другом месте. Однако это обозначение может быть немного ошибочным. Взмах крыльев бабочки действительно может изменить скорость или направление ветра, пусть даже на незначительную величину, однако бабочка практически не может сделать ничего такого, что могло бы «вызвать» ураган. Теперь, что интересно, так это разница между «причиной» и «следствием». Изменение взмахов бабочки может изменить скорость и / или направление ветра, которые могут накапливаться со временем и вызывать изменение ветра в целом, что в конечном итоге может повлиять на время или место урагана. Однако ураган не может быть полностью «вызван» движениями бабочки.

Если вы все еще не уверены, реален ли эффект бабочки, вот кое-что для вас. Учреждение отклоняет заявление о приеме. Какой хаос это может вызвать? Что интересно, в 1905 году Венская академия изящных искусств дважды отклоняла заявку. В конечном итоге это привело к гибели более 60 миллионов человек! «Как?» — спросите вы. Ну, заявителем был немец по имени Адольф Гитлер.