Hva er kaosteori?

Kaosteori refererer til oppførselen til visse bevegelsessystemer, som havstrømmer eller befolkningsvekst, for å være spesielt følsom for små endringer i startforhold som resulterer i drastisk forskjellige utfall. I motsetning til hva det innebærer på en annen måte, betyr ikke kaosteori at verden er metaforisk kaotisk, og refererer heller ikke til entropi, der systemer naturlig har en tendens til uorden. Kaosteori er avhengig av usikkerheten som ligger i målinger, presisjonen i spådommer og den ikke-lineære oppførselen til tilsynelatende lineære systemer.

Før kvantemekanikk var kaosteori den første "rare" ideen om fysikk. I 1900 tenkte Henri Poincaré på forholdet mellom verdier på forskjellige tidspunkter i et system hvis generelle oppførsel kunne forutsis nøyaktig, for eksempel en planet i bane. Han innså at en måling, som posisjon, hastighet eller tid, aldri kan presiseres nøyaktig fordi hvert instrument som muligens kunne utvikles ville ha en begrensning på følsomheten. Det vil si at ingen måling er uendelig presis.

Poincaré visste at bevegelse er deterministisk beskrevet av en serie ligninger som nøyaktig kan forutsi ting som hvor en ball vil havne hvis den rulles ned en rampe. Han teoretiserte imidlertid at en liten forskjell i startbetingelser, basert på nesten ubetydelige variasjoner i en måling som masse, kan føre til to helt forskjellige makroskopiske utfall langt, langt fremover. Denne teorien ble kalt dynamisk ustabilitet, og senere bekreftet forskere sannheten i ideene hans.

Kaosteori studerer derfor hvordan organiserte, stabile systemer ikke alltid kan gi meningsfulle forutsigelser for mye senere tid, selv om kortsiktig atferd følger bedre forventningene. Faktisk kan alle spådommer det gir gi seg så vidt forskjellige divergerende at de ikke er bedre enn gjetninger. Det er motsatt at en mer presis verdi ikke vil gi en mer presis utgang.

Snøballeffekten av et minutts endring under innflytelsesrike omstendigheter blir referert til som sommerfugleffekten. Denne metaforen antyder at en sommerfugl som klaffer vingene, en nesten umerkelig innflytelse, kan bidra til utviklingen av en orkan på den andre siden av kloden. Edward Lorenz gjorde de første datasimuleringene på 1960-tallet som demonstrerte dynamisk ustabilitet med faktiske ligninger og data.

Opprinnelige forhold kan ikke utledes av senere forhold, og heller ikke omvendt, i flere viktige systemer, for eksempel atmosfæretrykk og havstrømmer som bidrar til vær og klima. Dette er ikke bare et virkelighetsscenario som skyldes noe som for få termometre i havet. Kaosteori er en verifiserbar, matematisk konsistent teori som viser at noen ganger stadig mer presise målinger koblet til ligninger ikke gir stadig mer presise forutsigelser, men heller så ekstreme divergerende verdier at de praktisk talt er ubrukelige.

Noen fysikere jobber med forbindelser mellom denne tilsynelatende tilfeldigheten og storstilt struktur. De undersøker mønstre i globalt klima, massedistribusjon av galakser i superklynger og populasjonsvariasjon i en geologisk tidsskala. De antar at på makroskopisk nivå har visse former for organisering og konsistens bare blitt muliggjort gjennom forstyrrelsen og inkonsekvensen i kaosteori.