Πρόσωπα - Γεγονότα

Edward Lorenz: μετεωρολόγος και πατέρας της θεωρίας του Χάους

Written by Δ.Μ.

Ο Edward Lorenz (1917 – 2008) ήταν ένας Αμερικανός μετεωρολόγος που προσπάθησε να προβλέψει τον καιρό με τους υπολογιστές, αλλά τελείως συμπτωματικά προκάλεσε τη δημιουργία ενός νέου επιστημονικού πεδίου, της θεωρίας του αιτιοκρατικού χάους. Με την ανακάλυψη του χάους ο Lorenz βρήκε ότι με αυτό επηρεάζεται βαθιά ένα μεγάλο φάσμα βασικών επιστημών, φέρνοντας έτσι δραματικές αλλαγές στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τη φύση, όπως έκανε και ο Ισαάκ Νεύτωνας,.

Share

Ο Edward Lorenz (1917 – 2008) ήταν ένας Αμερικανός μετεωρολόγος που προσπάθησε να προβλέψει τον καιρό με τους υπολογιστές, αλλά τελείως συμπτωματικά προκάλεσε τη δημιουργία ενός νέου επιστημονικού πεδίου, της θεωρίας του αιτιοκρατικού χάους. Με την ανακάλυψη του χάους ο Lorenz βρήκε ότι με αυτό επηρεάζεται βαθιά ένα μεγάλο φάσμα βασικών επιστημών, φέρνοντας έτσι δραματικές αλλαγές στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τη φύση, όπως έκανε και ο Ισαάκ Νεύτωνας,.

lorenz_attractorΈνα διάγραμμα του παράξενου ελκυστή Lorenz για τιμές r = 28, σ = 10, b = 8/3

Άνοιξε το δρόμο σε αυτό που ορισμένοι αποκαλούν τρίτη επιστημονική επανάσταση στον 20ο αιώνα, μετά τις θεωρίες της σχετικότητας και της κβαντομηχανικής. Αποδεικνύοντας ότι συγκεκριμένα ντετερμινιστικά συστήματα έχουν προβλέψιμα όρια, ο Lorenz έβαλε το τελευταίο καρφί στο φέρετρο του Καρτεσιανού σύμπαντος. 

lorenz05Ο Lorenz είναι καλύτερα γνωστός για την έννοια του φαινομένου της «πεταλούδας», η ιδέα ότι μια μικρή διαταραχή σαν το χτύπημα των φτερών μιας πεταλούδας, μπορεί να έχει τεράστιες συνέπειες.

Η τυχαία ανακάλυψη του χάους από τον του Lorenz ήρθε το χειμώνα του 1961, όταν ο Lorenz έτρεχε τις προσομοιώσεις του καιρού χρησιμοποιώντας ένα απλό υπολογιστικό μοντέλο. Μια ημέρα, θέλησε να επαναλάβει μία προσομοίωση για μια μεγαλύτερη περίοδο, αλλά αντί να επαναλάβει ολόκληρη την προσομοίωση, άρχισε να την τρέχει δεύτερη φορά από τη μέση, ξαναεισάγοντας τους αριθμούς που είχε πάρει από το πρώτο τρέξιμο της προσομοίωσης με τις αρχικές συνθήκες.

Το πρόγραμμα ήταν το ίδιο, έτσι τα καιρικά σχέδια της δεύτερης επανάληψης έπρεπε να ήταν ακριβώς εκείνων της πρώτης. Αντί όμως  να δει ένα ίδιο σχέδιο, τα δύο σχέδια του καιρού άρχισαν να αποκλίνουν γρήγορα σε δύο απολύτως ξεχωριστές πορείες.

Πρώτα, σκέφτηκε ότι ο υπολογιστής δυσλειτουργούσε. Μετά συνειδητοποίησε ότι δεν είχε εισαγάγει τις αρχικές συνθήκες ακριβώς. Ο υπολογιστής αποθήκευε τους αριθμούς με μια ακρίβεια έξι δεκαδικών, όπως 0.506127, ενώ ο Lorenz, για να γλιτώσει χώρο στο έντυπο των αποτελεσμάτων κόνταινε τους αριθμούς με τρία δεκαδικά, 0.506. Αυτή λοιπόν η μικρή απόκλιση των αριθμών που εισήγαγε ο Lorenz, λιγότερο από 0,1 τοις εκατό, άλλαξε εντελώς το τελικό αποτέλεσμα.

Ακόμα κι αν το μοντέλο του ήταν αρκετά απλό, ο Lorenz συνειδητοποίησε ότι αυτό σήμανε ότι η τέλεια καιρική πρόβλεψη ήταν μια φαντασία.

Μια τέλεια πρόβλεψη θα απαιτούσε όχι μόνο ένα τέλειο μοντέλο, αλλά και την τέλεια γνώση του αέρα, της θερμοκρασίας, της υγρασίας και άλλων συνθηκών παντού σε όλο τον κόσμο, σε μια στιγμή του χρόνου. Ακόμη και μια μικρή απόκλιση θα μπορούσε να οδηγήσει σε ένα απολύτως διαφορετικό καιρό.

Ο Lorenz δημοσίευσε τα συμπεράσματά του το 1963 και η επιστημονική του ανακοίνωση ήταν ένα αριστούργημα σαφήνειας του γιατί ο καιρός είναι απρόβλεπτος.

Την επόμενη χρονιά ο Lorenz δημοσίευσε μια άλλη εργασία που περιέγραφε πώς μια μικρή αλλαγή των παραμέτρων σε ένα μοντέλο, θα μπορούσε να παραγάγει μια τεράστια διαφορετική συμπεριφορά, που μπορεί να μετασχηματίσει κανονικά, περιοδικά γεγονότα σε ένα φαινομενικά τυχαίο χαοτικό σχέδιο. Η θεωρία του απέδειξε ένα χαοτικό μοντέλο σε μια πραγματική κατάσταση.

Κάποτε μίλησε για την ουσία των ιδεών του: «Προβλεψιμότητα: Το χτύπημα των φτερών μιας πεταλούδας στη Βραζιλία πυροδοτεί έναν ανεμοστρόβιλο στο Τέξας;»

Ο Lorenz δεν ήταν ο πρώτος που σκόνταψε πάνω στο χάος. Στο τέλος του 19ου αιώνα, ο μαθηματικός Henri Poincarι έδειξε ότι ο βαρυτικός χορός τριών μόνο ουράνιων σωμάτων ήταν απελπιστικά σύνθετος για να υπολογιστεί, ακόμα κι αν οι κρυμμένες εξισώσεις της κίνησης ήταν απλές. Αλλά τα συμπεράσματα του Poincarι ξεχάστηκαν στα πρώτα τρία τέταρτα του 20ού αιώνα.

Αλλά οι δημοσιεύσεις του Lorenz μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του ’70 δεν είχαν προσελκύσει πολλούς επιστήμονες.

Ο Lorenz γεννήθηκε το 1917 στο Κοννέκτικατ και αφού έλαβε το πτυχίο του στα μαθηματικά από το κολέγιο Dartmouth το 1938, έκανε εν συνεχεία μεταπτυχιακές σπουδές στο Χάρβαρντ το 1940. Εργάστηκε ως ειδικός στις καιρικές προβλέψεις κατά τη διάρκεια του Β! παγκόσμιου πολέμου. Ακολούθως σπούδασε μετεωρολογία και έκανε το διδακτορικό του στη μετεωρολογία στο ΜΙΤ.

«Ως παιδί πάντα με ενδιέφερε να κάνω πράγματα με τους αριθμούς και με ενθουσίαζαν οι αλλαγές του καιρού» έγραψε στην αυτοβιογραφία του. Ενώ παρέμεινε ενεργός σχεδόν ως το τέλος της ζωής του, και στην έρευνα και στις υπαίθριες δραστηριότητες.

About the author

Δ.Μ.

Share