65 lat temu ukazała się historia klasyka amerykańskiej fikcji Paradise Bradbury „And Thunder Rocked”. Opisywała podróż do odległej przeszłości, w której jeden z bohaterów przypadkowo zmiażdżył motyla. Doprowadziło to do nieprzewidywalnych konsekwencji, radykalnie zmieniając przyszłość. We wczesnych latach sześćdziesiątych Edward Lorenz, młody asystent na Wydziale Meteorologii Massachusetts Institute of Technology, otrzymał szereg nietypowych diagramów. Ich kształt przypominał skrzydła motyla, a wielki fan science fiction Lorenz natychmiast nazwał wzór, który odkrył, „efekt motyla”. Wkrótce stała się uniwersalną koncepcją, wyjaśniającą wiele tajemniczych zjawisk, kiedy drobne wydarzenia prowadzą do wielkich konsekwencji, takich jak tajfuny, epidemie na dużą skalę czy zejście kolosalnych lodowców z kopuły Antarktydy.
Okrągłe błędy wartości
W rzeczywistości efekt motyla jest daleki od prostego pomysłu wywodzącego się z bardzo złożonej matematycznej teorii chaosu. Wszystko zaczęło się, gdy Lorenz próbował stworzyć zestaw programów komputerowych, które mogłyby przewidywać długoterminowe zmiany pogody. Pewnego dnia nie zaokrąglił tysięcznych wartości meteorologicznych, takich jak siła wiatru, wilgotność i ciśnienie atmosferyczne. Nagle doprowadziło to do fenomenalnego wyniku. Okazało się, że te drobne zmiany danych całkowicie zmieniły długoterminową prognozę.
Edward Lorenz.
Lorenz przez całą dekadę udoskonalał swoją teorię, ale zasłynęła ona dzięki determinacji innego meteorologa. W 1972 roku odbyła się prestiżowa konferencja międzynarodowa, ale Lorenzowi nie udało się przedstawić tytułu raportu. W ogóle nie było czasu, a to odważnie zrobił jego kolega, nadając pracy całkowicie nieakademicki tytuł „Prognozowanie: czy trzepot motyla w Brazylii spowoduje tornado w Teksasie”? Od tego momentu zaczęły się gorące dyskusje na temat efektu motyla Lorentza.
W tej wczesnej pracy Lorenz próbował udowodnić, że dalekosiężne konsekwencje drobnych anomalii atmosferycznych to dwa fascynujące problemy. Po pierwsze, nie należy krytykować prognoz pogody i udawać prognostów, bo okazuje się, że stworzenie dokładnej mapy pogody długoterminowej jest prawie niemożliwe. Po drugie, w wielu procesach po prostu niemożliwe jest „złapanie motyla” i zidentyfikowanie tego punktu zwrotnego, który prowadzi do rzeczywistego efektu końcowego.
Ogólnie rzecz biorąc, wielu filozofów bardzo nieufnie odnosi się do „motyli Lorentza”. w końcu, jeśli drobne niedokładności w niektórych zjawiskach naturalnych mają tak duże znaczenie, to można argumentować, że nasz świat jest w pewnym sensie nieprzewidywalny …
Film promocyjny:
Narodziny i śmierć tornada
Według wykresów Lorenza niezliczone naturalne wzajemne połączenia mogą nie tylko wywołać tornado z trzepotaniem skrzydeł motyla, ale także ugasić huragan w zarodku. Stąd jeśli ktoś ingeruje w otaczającą przyrodę, np. Zaburzając równowagę ekologiczną, to prawie nigdy nie dowiemy się na pewno, co by się stało w alternatywnym scenariuszu „Ziemia bez ludzi”. A wszystko to dlatego, że wszystkie kolejne zmiany są bardzo trudne do wyśledzenia i odtworzenia sekwencji zdarzeń.
Nawet za życia Lorenz ze smutkiem zauważył, że większość klimatologów wokół niego postrzega jego oryginalne konstrukcje dokładnie odwrotnie. Najważniejszą myślą w teorii Lorentza jest to, że po prostu nie możemy łatwo prześledzić znaczącego wydarzenia i jego związku z teraźniejszością. Twierdząc, że trzepot skrzydeł motyla może wywołać burzę, musimy natychmiast przejść do następnego pytania: jak możemy z całą pewnością stwierdzić, że to ta anomalia atmosferyczna spowodowała narodziny, a nie śmierć miażdżącego tornada?
Okazuje się, że badania Lorentza dają szansę spojrzenia na problem związków przyczynowo-skutkowych w nowy sposób, ale nie zawierają prostych odpowiedzi na przewidywanie przyszłości.
Tajemnice pogody w kuchni
Jako meteorolog Lorenz próbował wyjaśnić wiele tajemnic „kuchni pogodowej” przy pomocy odkrytego przez siebie zjawiska. Zgodnie z jego odważnym założeniem. Przyczyną najpotężniejszych burz, które rodzą się w Zatoce Meksykańskiej, może być niewielka anomalia pogodowa na południowym Atlantyku.
Komputerowy model pogody stworzony przez Edwarda Lorenza.
Po śmierci naukowca w 2008 r. Wielu latynoamerykańskich prognostów pogody próbowało połączyć efekt motyla z niesamowitym zjawiskiem El Niño na Pacyfiku. W niezrozumiały sposób ta okresowa anomalia atmosferyczna w jakiś sposób wpływa na narodziny niszczycielskich tornad, powodując miliardy dolarów strat w południowych stanach Stanów Zjednoczonych.
Jednocześnie wielu amerykańskich teoretyków spiskowych jest po prostu przekonanych, że od dawna próbują wydobyć „motyle pogodowe”, które mogą wywoływać burze w różnych częściach świata na tajnych poligonach Pentagonu. W każdym razie może to być prawdziwy bezpiecznik dla hipotetycznej „broni klimatycznej”, o której ostatnio dużo się mówi.
Głównym parametrem jest tu huraganowy wiatr jako jeden z obszarów badań fizyki atmosfery. Nauka ta od wielu lat stara się przewidzieć trajektorie ruchu wirów powietrznych, ale nadal nie jest w stanie przewidzieć ich siły, a tym samym skali możliwego zniszczenia.
Równanie huraganu
Przez ćwierć wieku meteorolodzy ciężko pracowali, aby stworzyć wiarygodne modele komputerowe złej pogody. Przeszkodą jest tutaj tzw. Równanie huraganu, którego nie da się rozwiązać na podstawie klasycznych wyobrażeń o mechanizmie jego powstawania. Możesz sobie wyobrazić, że gdzieś na południowo-wschodnich Karaibach tworzy się potężny huragan. Tam strumienie ciepłego i wilgotnego powietrza spotykają się z zimnymi wiatrami znad Andów. Intensywna kondensacja pary wodnej następuje przy tworzeniu się grubej pokrywy chmur. Jeśli jednak spróbujemy ustawić wszystkie niezbędne parametry, w żaden sposób nie będziemy w stanie wyznaczyć kursu i zwiększyć siły wiatru. W szczególności szacowana prędkość wiatru zawsze będzie znacznie niższa niż w rzeczywistości.
Uruchomienie sondy GPS.
Powszechnie wiadomo, że im silniejszy wiatr, tym więcej fal na powierzchni wody. Fale działają tutaj jak naturalna „szorstkość” powierzchni wody, o którą „ocierają” się prądy powietrza. Tymczasem, jeśli weźmiemy pod uwagę równowagę między poborem energii a jej pochłanianiem na skutek tarcia, to okazuje się, że im silniejszy wiatr, tym większa będzie ta absorpcja. Czyli fale powinny gasić wiatr, tak jak w imię kultowego dzieła braci Strugackich, ale w rzeczywistości tak się nie dzieje.
Hipoteza rosyjskich geofizyków
Pod koniec ubiegłego wieku grupa pracowników Zakładu Nieliniowych Procesów Geofizycznych Instytutu Fizyki Stosowanej Rosyjskiej Akademii Nauk z Niżnego Nowogrodu postawiła bardzo nietypową hipotezę. Opierając się na zasadach teorii Lorentza, postawili hipotezę, że opór powierzchni oceanu paradoksalnie zmniejsza się wraz ze wzrostem wiatru.
Następnie, w 2003 roku, w magazynie Gage ukazał się artykuł amerykańskiego badacza Kerry'ego Emmanuela, opisujący podobne zjawisko. W swoich wnioskach oparł się na długoterminowych danych dotyczących prędkości wiatru wewnątrz cyklonów tropikalnych przy użyciu spadających sond GPS z Centrum Obserwacji Huraganów Amerykańskiej Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej. Na podstawie uogólnienia wyników tych pomiarów okazało się, że współczynnik oporu powierzchni morza jest znacznie niższy od wartości uzyskanej w obliczeniach wiatrów konwencjonalnych.
Rosyjscy naukowcy badają „efekt motyla, który generuje huragany” na unikalnej instalacji „Kompleks wielkoskalowych stanowisk geofizycznych”, składającej się z basenu z kanałem fal wiatrowych o dużej prędkości. Dziś kompleks ten znajduje się na liście instalacji o znaczeniu narodowym w Rosji.
Siatka do łapania "motyli huraganu"
Eksperymenty geofizyków z Niżnego Nowogrodu dały niesamowite rezultaty. Za pomocą szybkiej kamery wideo, nagrywającej do pół miliona klatek na sekundę, można było zarejestrować niesamowite procesy narodzin „motyli huraganów”. W ten sposób zrodziło się zrozumienie mechanizmu powstawania huraganów w początkach burzy. Stało się jasne, że na pewnym etapie prądy powietrza narastającego tajfunu pędzą nad falami, jak wodolot szybowiec lub kolosalny ekranoplan. Jednocześnie masa powietrza tworzy „piankową poduszkę” z litych jagniąt ponad falami, co łagodzi podniecenie. W tym przypadku opór powietrza przepływającego nad powierzchnią morza gwałtownie spada.
Naukowcy policzyli krople i zdali sobie sprawę, że znaleziono najbardziej skuteczny mechanizm generowania rozprysków, co znacznie zmienia obraz występowania huraganów. Wcześniej uważano, że rozpryski powstają przy pękaniu pływających bąbelków, a ich ilość jest niewspółmiernie mniejsza. Okazało się, że jeśli przeliczymy wyniki eksperymentu laboratoryjnego w Niżnym Nowogrodzie dla warunków naturalnych, wówczas powstanie huraganów staje się jasne. Naukowcy zdali sobie sprawę, że wiatr jest skutecznym mechanizmem przepływu energii do potwornej siły i byli blisko przewidzenia destrukcyjnej zdolności huraganu.
Jednak „efekt motyla Lorentza” został również znaleziony w naukach bardzo odległych od meteorologii.
Owady kryzysów finansowych
Dziesięć lat temu kilku entuzjastów wirtualnego klubu fanów prognoz finansowych Smartmoney zaczęło badać rynek „według Lorenza” i od razu złapało „motyla kryzysu finansowego”. Okazuje się, że rosnąca liczba problemów logistycznych Sony może mieć krytyczny wpływ na całą sieć akcjonariuszy, sprzedawców i inwestorów. W ten sposób na stronie Smartmoney pojawiła się złowieszcza prognoza: „Jeden motyl, w tym przypadku motyl japoński, uruchamia cały krytyczny proces w globalnym łańcuchu partnerów”. Niestety nikt nie słuchał niezwykłej opinii „amatorów ekonomii”. I wybuchł kryzys 2008 roku …