Er the Butterfly Effect Rigtige?

Illustration for article titled Is the Butterfly Effect Real? Illustration: Angelica Alzona (Gizmodo)

Giz AsksIn dette Gizmodo-serien, kan vi stille spørgsmål om alt fra rum til skod og få svar fra en række eksperter.

I 2004, Ashton Kutcher køretøj The Butterfly Effect en god film? Absolut ikke, nej—men prøv at fortælle det til mig i en alder af tretten. Og så wrap dit hoved, en gang mere, omkring det faktum, at hvis du havde fortalt mig, at du måske har sat i bevægelse, den fuldkomne udslettelse af den menneskelige race,—det hele forestillingen om the butterfly effect er, at små-skala begivenheder (fortæller en godtroende tretten år gammel han har dårlig smag i film) kan generere massiv, uforudsete konsekvenser (World War III, nukleare apokalypse, etc.).

Det var i det mindste den version af idéen, der er sivet ned i den folkelige bevidsthed. Men the butterfly effect er teknisk set en meteorologiske term, opfundet præcis et halvt århundrede siden. Hvad det rent faktisk er—og om det stadig gælder, eller er siden blevet afløst/miskrediteret—er en helt anden ting. Og så til denne uges Social Anmoder, vi nåede ud til fysikere, atmosfæriske forskere og psykologer for de seneste på, hvordan (eller om) the butterfly effect rent faktisk virker.

Dale Durran

Professor og Formand, Institut for Atmospheric Sciences, University of Washington, hvis forskning omfatter studier af atmosfæriske forudsigelighed

The Butterfly Effect blev indført af Edward Lorenz, i forbindelse med atmosfærisk forudsigelighed. Han var faktisk tale om seagull vinger i sit oplæg—det var ikke sommerfugle. Navnet The Butterfly Effect blev foreslået (af Dr. Phil Meriless) som en titel til en snak Lorenz gav snart efter udgav han sit papir i 1969.

The Butterfly Effect er reel i den forstand, at små ændringer på små skalaer kan ændre vejret for evigt—men det er tvivlsomt, at en sommerfugl kunne gennemføre nogen form for meningsfuld forandring i vejret. Som et billede, der fanger fantasien, er det mere eller mindre okay—ikke det perfekte eksempel, men det er illustrativt. Problemet er, sommerfugle, som er for små til virkelig at ændre noget.

Men det, der er bare en lille smule større—en flyvemaskine, siger, eller en cumulus sky—kan have en eventuel effekt på vejret overalt. Tilstedeværelsen eller fraværet af en sky kan ændre oplag omkring cloud, der, som de kan ændre, ændre lidt større mellemstore oplag, som derefter ændre stadig større og mellemstore oplag, og så får du denne kaskade af indflydelse opskalere fra den meget lille skala. Hvis vi havde to planeter med nøjagtig den samme vejr og sætte denne sky i en af dem, over Illinois, og, bortset fra den sky, den anden var præcis den samme, efter flere uger vejret på disse to planeter vil være så forskellige, som to tilfældige dage, der er udvalgt fra samme dato i vejr mønster (dvs, de to Kan 18s, der er tilfældigt udvalgt fra to forskellige år). Denne form for forskel ville udvikle sig i en afstand på mindst fire uger.

Som sagt, det er ikke sandt, at sommerfugle er at ødelægge vores vejrudsigter. Meget lille usikkerhed om vejret over en meget bredere regioner også gøre næsten identisk vejr mønstre afviger med tiden, og den usikkerhed, der i større regioner (sige en 100 km rektangel) helt tilsidesætte enhver indflydelse fra sommerfugle.

“The Butterfly Effect er reel i den forstand, at små ændringer på små skalaer kan ændre vejret for evigt—men det er tvivlsomt, at en sommerfugl kunne gennemføre nogen form for meningsfuld forandring i vejret.”

Brian Swingle

Adjunkt, Fysik, University of Maryland, der studerer fysik, kvante information

The butterfly effect er helt reel: hvis du tager et kaotisk system og køre to forskellige eksperimenter med lidt forskellige udgangspunkter, du vil bemærke forskellen i adfærd i hastig vækst med tiden. Matematisk forskelle mellem de to forsøg, vil gentagne gange dobbelt så meget som tiden går, indtil forskelle er store.

En mere forvirrende fænomen er quantum butterfly-effekten, som opstår i systemer, der kombinerer kaos med underlige fysik, kvante verden. For disse typer af systemer, der er opfattelser af quantum kaos, men netop det at diagnosticere quantum butterfly effect er emnet for igangværende forskning. I nogle tilfælde kan vi identificere et eksperimentelt påviselige ejendom, der forventes at gange dobbelt så meget som i den klassiske butterfly effect. Men vi ved ikke, om det er muligt at få mening ud af dette endnu, for generelt quantum kaotiske systemer.

De eksperimenter, der forsøger at studere denne fysik er også meget interessant. De indebærer ofte særlige samlinger af atomer og fotoner, som er blevet udviklet til at være meget styrbar og isoleret fra omverdenen. Eksperimentatorer forsøg på at køre systemets dynamik frem og tilbage i tid, som tilbagespoling og hurtig fremspoling en film. Ideen er, at hvis vi hurtigt videre så straks tilbage, kommer vi tilbage til hvor vi startede fra, men hvis vi hurtigt frem og laver en lille ændring, før tilbagespoling, så i et kaotisk system, vil vi hurtigt ende op på et helt andet sted end vi startede.

“En mere forvirrende fænomen er quantum butterfly-effekten, som opstår i systemer, der kombinerer kaos med underlige fysik, kvante verden.”

David Pincus

Professor, Klinisk Psykologi, Chapman University, der har undersøgt chaos theory og the butterfly effect, som de relaterer sig til den menneskelige psykologi

Er det rigtigt? Ja. En sikker ja. Så kan du prøve at udforske spørgsmålet om, hvad betyder reelt betyder? Og det er her det sjove er.

The butterfly effect var sandsynligvis først “opdaget” tilbage i 1900-tallet af Poincaré. Han prøvede at løse problemet af tre interagerende kroppe—astrofysik. Hvis du har gravitationelle vekselvirkning med to ting på plads, er det relativt simpelt at modellen: de påvirker hinanden gensidigt. Men når du kommer til tre, det er ikke rigtig løses. Hvis du tie tre tennis bolde sammen, og drej den øverste streng, bunden tennis bolden vil bevæge sig i en kaotisk måde. Bunden tennis boldens bevægelse viser, the butterfly effect—hvilket betyder at det ikke er tilfældigt, men det er heller ikke forudsigelige, og hvis du laver nogle små ændringer på et tidspunkt, en lille ændring, position tennisbold på et senere tidspunkt vil være helt forskellige.

Et klart eksempel, hvor det gælder: fractcal geometri. En fraktal er en self-lignende form af forgrenede struktur, som du kan se over det hele i naturen, som træer og neuroner og så videre. Hvis man ser på systemer, der viser the butterfly effect og er kaotiske, at de vil producere fraktale mønstre—hvis du har 10.000 data punkter, du kan se den fraktale mønstre i forhold til, hvordan de ændrer sig over tid, hvad du kalder baner. Komplekse systemer, hvor du har et væld af forskellige komponenter, som alle interagerer på komplekse måder at producere sammenhængende produktionen, ligesom væksten af træer og neuroner og bølger i havet og en million forskellige ting i naturen, og disse har tendens til at producere fraktale mønstre også.

Jeg har lige offentliggjort en undersøgelse i januar, hvor vi målte personlighedsstruktur og fandt en fraktal struktur. Det viser sig, at du kan måle personlighed med den samme form for måling, og når mennesker er mere modstandsdygtige og mere sundt deres personlighed struktur er mere gren-y; strukturen er fyldigere og mindre stiv.

Jeg har en kollega i Tyskland ved navn Gunter Scheitek, og han efter min mening har gjort mest af alle, når det kommer til anvendelse af kaos teori specifikt til psykologi, og han er virkelig fokuserer på at forsøge at finde the butterfly effect gennem en psykoterapeutisk proces. Kernen i hans arbejde er, at han har bygget en matematisk model—den eneste, jeg kender til—det gælder personlighed ændrer sig i løbet af psykoterapi, og når du har kørt den model, som den producerer, the butterfly effect, hvilket betyder at små ændringer i psykoterapi kan forårsage meget forskellige resultater senere i gang. Hans modeller er proof of concept, som the butterfly effect kan være centrale processer i den menneskelige ændre sig over tid. Han faktisk spores data fra en kunde over tid, og de data, der er matchet rigtig godt, at hans modeller. Så the butterfly effect er ikke kun fast i matematiske termer og på tværs af en masse forskellige områder af videnskab, det er sandt, i psykologisk forandring og vækst, samt, det ser ud.

“Hvis du ser på systemer, der viser the butterfly effect og er kaotiske, at de vil producere fraktale mønstre—hvis du har 10.000 data punkter, du kan se den fraktale mønstre i forhold til, hvordan de ændrer sig over tid, hvad du kalder baner. Komplekse systemer, hvor du har et væld af forskellige komponenter, som alle interagerer på komplekse måder at producere sammenhængende produktionen, ligesom væksten af træer og neuroner og bølger i havet og en million forskellige ting i naturen, og disse har tendens til at producere fraktale mønstre også.”

Douglas Stanford

Lektor, Fysik, Stanford Institut for Teoretisk Fysik, som undersøgelser quantum gravity, kvantefeltteori og strengteori

The butterfly effect er reel, men det er slags svært at opdage. For at gøre det bemærkelsesværdigt, vi kan forestille os et eksperiment med en tidsmaskine. Du går langt tilbage i tiden og ændre en lille, ligegyldig ting, som placeringen af et enkelt atom. Derefter, når du zoomer frem til nutiden igen, temmelig meget alt vil have ændret en masse i en slags tilfældig måde.

Det var dybest set det plot af 1952 novelle “A Sound of Thunder”. Og forfatteren Ray Bradbury fik en masse rigtige. Men han har undervurderet, hvor kraftig en omlægning af den nuværende ville være. En tommelfingerregel er, at tingene om nutiden, der ville have været let at forudsige, i fortiden, vil ikke ændre sig. Men det, der synes svært at forudsige, vil være forskellige.

Har du et brændende spørgsmål for Giz Spørger? E-mail til os på tipbox@gizmodo.com.

Dele Denne Historie


Date:

by