Эффект бабочки лоренца кратко
Обновлено: 05.07.2024
Эдвард Лоренц родился в 1917 году в небольшом городке в штате Коннектикут. Изучать атмосферные явления он решил еще в детстве, испытав потрясение от того, с какой легкостью солнечная погода может смениться бурей с громом и молниями.
Путь к исполнению мечты вышел долгим: магистратура в Гарварде, работа метеорологом в авиационном подразделении Армии США, защита диссертации в послевоенный период, наконец, должность научного сотрудника и, позже, профессора в MIT.
В своем выступлении Лоренц выделил несколько ключевых идей:
⦁ Если взмах крыла бабочки может вызвать торнадо, то точно так же на это способны все предыдущие и будущие взмахи, равно как и взмахи остальных миллионов бабочек, не говоря уже об активности бесчисленного населения нашей планеты.
⦁ Если взмах крыла бабочки способен вызывать торнадо, то в равной степени этот же взмах может его предотвратить.
Взмах крыла бабочки в данном контексте должен восприниматься как маленькое изменение начальных условий исследуемой системы, способное как вызвать торнадо, так и изменить его траекторию или вообще стать причиной его затухания.
В отличие от эффекта домино, где конкретное (обычно незначительное) действие приводит к конкретному (обычно значительному) результату, причем происходит это однозначно, взмах бабочки может не иметь никакого влияния на поведение торнадо.
Система Лоренца
Лоренц изучал конвекцию (теплообмен, возникающий за счет движения молекул жидкости или газа) в атмосфере Земли. Для описания подобных физических процессов часто пользуются моделью, которая включает в себя уравнения Навье-Стокса, описывающие движение вязкой ньютоновской жидкости (за исключением некоторых частных случаев, их решения в общем виде на данный момент неизвестны):
Эффект бабочки — термин в естественных науках, обозначающий свойство некоторых хаотичных систем. Незначительное влияние на систему может иметь большие и непредсказуемые эффекты где-нибудь в другом месте и в другое время.
Открытие Лоренца опровергло представление о том, что все процессы в мире подчинены жестким законам, а причины четко соответствуют следствиям. Взмах крыльев бабочки символизирует мелкие изменения в первоначальном состоянии системы, которые вызывают цепочку событий, ведущих к крупномасштабным изменениям.
Объекты, отправленные в прошлое, неизбежно изменят его самым непредсказуемым образом, что станет причиной временного парадокса. Временные парадоксы разделяются на несколько категорий.
Дедушкин парадокс. Согласно этому парадоксу, вы изменяете прошлое таким образом, что существование настоящего становится невозможным. Например, отправившись в прошлое, вы можете уничтожить своего предка, что делает ваше собственное существование логически невозможным.
Информационный парадокс. Согласно этому парадоксу, информация приходит из будущего, а это означает, что у нее нет начала. Например, представим, что какой-то ученый создал машину времени и отправляется в прошлое, чтобы поведать секрет путешествия во времени самому себе в юные годы. У этого секрета не будет начала, поскольку та машина времени, которую создаст молодой ученый, не будет изобретена им самим; секрет ее конструкции будет передан ему его старшим воплощением.
Поскольку эволюция Вселенной происходит не однородно, а скорость, с которой сверхновые звёзды движутся от нас, увеличивается, учёные выдвинули гипотезу существования гипотетических параллельных миров и параллельных Вселенных.
Известные физики Нильс Бор и Вернер Гейзенберг предположили, что квантовый мир зависит от наблюдателя. Наблюдение за объектом является взаимодействием, меняющим как состояние объекта, так и состояние наблюдателя.
В хаотическом мире трудно предсказать, какие вариации возникнут в данное время и в данном месте. Крошечное возмущение в одном месте может повлечь за собой большие перемены в другом. Вскользь брошенная фраза может изменить всё понимание происходящего и дать логическое объяснение совершённым поступкам. Наши намерения могут менять мир. Мысли материальны и имеют измеримую массу.
В специальной теории относительности время, измеряемое любым свободно движущимся наблюдателем, равномерно растет от минус бесконечности в прошлом до плюс бесконечности в будущем. Стивен Хокинг считал, что
Каждый из нас может привести множество примеров того, как, оказавшись в нужное время, и в нужном месте одни с легкостью добиваются того, чего другие не могут добиться самыми напряженными усилиями. Причина в том, что сложные системы неоднородны, в них имеются области, особо чувствительные к воздействиям. Небольшие вмешательства в эти зоны значительно влияют на всю систему.
Когда ребенок в гневе бросает игрушку из своей колыбели, возможно, перестают существовать целые миры…
Ошибки круглых величин
На самом деле эффект бабочки является далеко не простой идеей, следующей из очень сложной математической теории хаоса. Все началось с того, что Лоренц попытался создать набор компьютерных программ, которые могли бы предсказывать долговременные погодные изменения. Как-то раз он не стал округлять тысячные доли метеорологических величин, таких как сила ветра, влажность и атмосферное давление. Неожиданно это привело к феноменальному результату. Оказалось, что эти крошечные изменения данных полностью поменяли долгосрочный прогноз.
Вообще говоря, многие философы с большим опасением относятся к бабочкам Лоренца, ведь если небольшие неточности в каких-то природных явлениях имеют такое огромное значение, то можно утверждать, что наш мир в чем-то совершенно непредсказуем…
Рождение и гибель торнадо
Загадки кухни погоды
Как метеоролог Лоренц пытался объяснить с помощью открытого им феномена многие загадки кухни погоды. По его смелому предположению, причиной мощнейших штормов, рождающихся в Мексиканском заливе, может быть небольшая погодная аномалия в южной Атлантике.
Уже после смерти ученого в 2008 году ряд латино-американских синоптиков попытались связать эффект бабочки с удивительным тихоокеанским явлением Эль-Ниньо. Непонятным образом эта периодическая атмосферная аномалия как-то влияет на рождение сокрушительных торнадо, приносящих многомиллиардные убытки южным штатам США.
Главный параметр здесь — ураганный ветер как одно из направлений исследований физики атмосферы. Эта наука уже много лет пытается предсказывать траектории движения воздушных вихрей, однако до сих пор не может спрогнозировать их силу, а значит, и масштаб возможных разрушений.
Уравнение урагана
Вот уже четверть века метеорологи упорно трудятся над созданием достоверных компьютерных моделей непогоды. Камнем преткновения тут служит так называемое уравнение урагана, которое никак не удается решить исходя из классических представлений о механизме его образования. Можно представить, что мощный ураган формируется где-то в юго-восточной части Карибского моря. Там потоки теплого и влажного воздуха встречаются с холодными ветрами, дующими с Анд. Происходит интенсивная конденсация водяных паров с формированием мощного облачного покрова. Однако если мы попытаемся задать все нужные параметры, у нас никак не получится определить курс и рост силы ветра. В частности, расчетная скорость ветра всегда будет намного ниже, чем в действительности.
Гипотеза российских геофизиков
В конце прошлого века группа сотрудников отдела нелинейных геофизических процессов Института прикладной физики РАН из Нижнего Новгорода высказала очень необычную гипотезу. Основываясь на принципах теории Лоренца, они предположили, что сопротивление поверхности океана парадоксально падает при усилении ветра.
Потом, в 2003 году, в журнале Nature вышла статья американского исследователя Керри Эммануэля, описывающего подобное явление. В своих выводах он опирался на многолетние данные скорости ветра внутри тропических циклонов с помощью падающих GPS-зондов Центра наблюдений за ураганами Национального управления океанических и атмосферных исследований США. На основе обобщения результатов этих измерений выяснилось, что коэффициент сопротивления морской поверхности значительно ниже величины, получаемой в расчетах обычных ветров.
Эксперименты нижегородских геофизиков дали удивительные результаты. С помощью высокоскоростной видеокамеры, снимающей до полумиллиона кадров в секунду, удалось зафиксировать удивительные процессы рождения ураганных бабочек. Так возникло понимание механизма возникновения ураганных ветров в зародыше бури. Стало ясно, что на определенном этапе воздушные потоки растущего тайфуна несутся над волнами, как глиссер на подводных крыльях или колоссальный экраноплан. При этом масса воздуха образует над волнами -пенную подушку- из сплошных барашков, которая сглаживает волнение. При этом сопротивление воздушным потокам над морской поверхностью резко падает.
Ученые пересчитали капли и поняли, что найден самый эффективный механизм генерации брызг, который сильно меняет картину возникновения ураганов. Раньше считалось, что брызги образуются при разрыве всплывающих пузырьков и их количество несоизмеримо меньше. Оказалось, что если пересчитать на натурные условия результаты нижегородского лабораторного эксперимента, то становится понятным образование ураганных ветров. Ученые поняли, что является эффективным механизмом поступления энергии в чудовищной силы ветер, и вплотную приблизились к прогнозированию разрушительной способности того или иного урагана.
Насекомые финансовых кризисов
Этот термин многим из нас знаком, но не все до конца понимают сущность необычного феномена – эффекта бабочки. Кто-то наверняка сейчас вспомнил известный фильм, но речь в моей статье о нем не пойдёт: я постараюсь объяснить лишь один неопровержимый факт, что всё взаимосвязано.
Что такое эффект бабочки?
Согласно общепринятой терминологии, эффект бабочки – это особое свойство хаотичных систем, заключающееся в том, что если в системе происходит какое-то незначительное изменение, то оно может повлечь за собой глобальные последствия в другое время и где-то в другом месте.
Все мы знаем, что каждый наш поступок имеет какое-то следствие, но все ли наши поступки хорошо продуманы? А ведь всего одно незамеченное событие может полностью изменить не только судьбу одного человека, но и будущее всего мира. Этим незначительным событием может быть всего лишь один взмах крыльев бабочки.
Опыт Лоренца
Эдвард Лоренц решил свести поведение погоды к 12 уравнениям, а затем запустил модели погоды на компьютере. В определенный момент Лоренц решил остановить этот процесс, выбрав промежуточные значения с целью экономии времени. Сначала результаты обеих попыток совпадали. Но с течением времени они начинали расходиться, причем, чем больше проходило времени, тем сильнее были эти расхождения. Принцип энтропии работает безотказно.
Лоренц пытался предсказать погоду в течение двух месяцев, и два этих прогноза были совсем не похожими друг на друга. Загвоздка была в округлении числовых результатов компьютером, что учёный счёл сущей мелочью. Однако, такая незначительная неточность натолкнула исследователя на вывод о том, что сложные динамические нелинейные системы очень чувствительны к малейшим изменениям начальных условий. Одно малейшее изменение данных приводит к иным результатам всего метеорологического прогнозирования.
Исходя из всего вышесказанного, мы должны помнить, что каждое наше слово, любой наш поступок может привести к необратимым и глобальным последствиям.
Читайте также: