Co to jest teoria chaosu?

Teoria chaosu odnosi się do zachowania niektórych systemów ruchu, takich jak prądy oceaniczne lub wzrost populacji, jako szczególnie wrażliwy na niewielkie zmiany warunków początkowych, które powodują drastycznie różne wyniki. W przeciwieństwie do tego, co implikuje potocznie, teoria chaosu nie oznacza, że ​​świat jest metaforycznie chaotyczny, ani nie odnosi się do entropii, przez które systemy naturalnie mają tendencję do zaburzenia. Teoria chaosu opiera się na niepewności związanej z pomiarami, precyzją prognoz i nieliniowych zachowań pozornie liniowych układów.

Przed mechaniką kwantową teoria chaosu była pierwszą „dziwną” ideą fizyki. W 1900 r. Henri Poincaré pomyślał o związku między wartościami w różnych punktach czasowych systemu, którego ogólne zachowanie można dokładnie przewidzieć, na przykład planeta na orbicie. Uświadomił sobie, że pomiar, podobnie jak pozycja, prędkość lub czas, nigdy nie może być dokładnie wskazany, ponieważ każdy instrument, który mógłby może zostać opracowanyLD ma limit jego wrażliwości. Oznacza to, że żaden pomiar nie jest nieskończenie precyzyjny.

Poincaré wiedział, że ruch jest deterministycznie opisywany przez serię równań, które mogą dokładnie przewidzieć rzeczy, takie jak tam, gdzie piłka skończy się, jeśli zostanie zrzucona po rampie. Teoretyzował jednak, że niewielka różnica w warunkach początkowych, w oparciu o niemal nieistotne zmiany w pomiarze takim jak masa, może spowodować dwa zupełnie różne wyniki makroskopowe daleko, daleko w przyszłości. Teoria ta nazywała się niestabilność dynamiczną, a później naukowcy potwierdzili prawdziwość swoich pomysłów.

Teoria chaosu

bada zatem, w jaki sposób zorganizowane, stabilne systemy nie zawsze mogą dawać znaczące prognozy na znacznie później, mimo że zachowanie krótkoterminowe bardziej przestrzegają oczekiwań. W rzeczywistości wszelkie prognozy, które daje, mogą być tak dziko rozbieżne, że nie są lepsze niż domyślanie się. To jestsprzeczne z intuicją, że bardziej precyzyjna wartość nie dałaby bardziej precyzyjnego wyjścia.

Efekt śnieżki niewielkiej zmiany wpływowych okoliczności jest określany jako efekt motyla. Ta metafora sugeruje, że motyl trzepotający skrzydła, prawie niezauważalny wpływ, może przyczynić się do rozwoju huraganu po drugiej stronie świata. Edward Lorenz wykonał pierwsze symulacje komputerowe w latach 60. XX wieku, które wykazały niestabilność dynamiczną z rzeczywistymi równaniami i danymi.

Warunków początkowych nie można wywnioskować z późniejszych warunków, ani odwrotnie, w kilku ważnych systemach, takich jak ciśnienie atmosferyczne i prądy oceaniczne, które przyczyniają się do pogody i klimatu. Nie jest to tylko prawdziwy scenariusz, wynikający z czegoś takiego jak zbyt mało termometrów w oceanie. Teoria chaosu jest weryfikowalną, matematycznie spójną teorią, która pokazuje, że czasami coraz precyzyjne pomiary podłączone do równań nie dają coraz bardziej precyzyjnychprognozy, ale raczej tak ekstremalne rozbieżne wartości, że są praktycznie bezużyteczne.

Niektórzy fizycy pracują nad połączeniami między tą pozorną losowością a strukturą na dużą skalę. Badają wzorce globalnego klimatu, dystrybucję galaktyk w superkonkle i zmienność populacji w geologicznej skali czasowej. Postawiają hipotezę, że na poziomie makroskopowym pewne rodzaje organizacji i konsekwencji były możliwe tylko dzięki zaburzeniu i niespójności teorii chaosu.