Qu'est-ce que la théorie du chaos?
La théorie du chaos fait référence au comportement de certains systèmes de mouvement, tels que les courants océaniques ou la croissance démographique, pour être particulièrement sensible aux changements minimes dans les conditions de départ qui entraînent des résultats très différents. Contrairement à ce qu’elle implique familièrement, la théorie du chaos ne signifie pas que le monde est métaphoriquement chaotique, pas plus qu’elle ne fait référence à l’entropie, selon laquelle les systèmes tendent naturellement au désordre. La théorie du chaos repose sur l'incertitude inhérente aux mesures, la précision des prévisions et le comportement non linéaire de systèmes apparemment linéaires.
Avant la mécanique quantique, la théorie du chaos était la première idée "étrange" de la physique. En 1900, Henri Poincaré réfléchit à la relation entre des valeurs à différents moments d'un système dont le comportement général pouvait être prédit avec précision, tel qu'une planète en orbite. Il s'est rendu compte qu'une mesure, telle que la position, la vitesse ou le temps, ne peut jamais être localisée avec précision, car chaque instrument susceptible d'être développé aurait une limite de sensibilité. C'est-à-dire qu'aucune mesure n'est infiniment précise.
Poincaré savait que le mouvement est décrit de manière déterministe par une série d'équations qui permettent de prédire avec précision des choses telles que la position de la balle si elle est roulée sur une rampe. Il a toutefois émis l'hypothèse qu'une infime différence dans les conditions initiales, basée sur des variations presque insignifiantes d'une mesure telle que la masse, pourrait aboutir à deux résultats macroscopiques complètement différents, très loin dans le futur. Cette théorie a été appelée instabilité dynamique, et plus tard des scientifiques ont confirmé la véracité de ses idées.
La théorie du chaos étudie donc comment des systèmes organisés et stables ne peuvent pas toujours produire des prévisions significatives pour une période beaucoup plus tardive, même si le comportement à court terme suit de plus près les attentes. En fait, toutes les prédictions qu’elle produit peuvent être si divergentes qu’elles ne sont pas meilleures que des suppositions. Il est paradoxal qu'une valeur plus précise ne produise pas un résultat plus précis.
L’effet boule de neige d’un changement infime des circonstances influentes est appelé effet papillon. Cette métaphore suggère qu'un battement d'ailes d'un papillon, une influence presque imperceptible, pourrait contribuer au développement d'un ouragan de l'autre côté du globe. Edward Lorenz a réalisé les premières simulations informatiques dans les années 1960 qui démontraient une instabilité dynamique avec des équations et des données réelles.
Les conditions initiales ne peuvent pas être déduites des conditions ultérieures, ni inversement, dans plusieurs systèmes importants, tels que la pression atmosphérique et les courants océaniques qui contribuent au temps et au climat. Ce n'est pas simplement un scénario de la vie réelle, résultant de quelque chose comme trop peu de thermomètres dans l'océan. La théorie du chaos est une théorie vérifiable et cohérente sur le plan mathématique qui montre que des mesures parfois de plus en plus précises reliées à des équations ne donnent pas de prédictions de plus en plus précises, mais plutôt des valeurs divergentes si extrêmes qu’elles sont pratiquement inutiles.
Certains physiciens travaillent sur les liens entre cette apparence aléatoire et la structure à grande échelle. Ils étudient les modèles de climat global, la distribution de masse des galaxies dans les superamas, et les variations de population sur une échelle de temps géologique. Ils émettent l'hypothèse qu'au niveau macroscopique, certains types d'organisation et de cohérence n'ont été rendus possibles que par le désordre et l'incohérence de la théorie du chaos.