Ist der Butterfly Effect Wirklich?

Abbildung: Angelica Alzona (Gizmodo)

Die Giz AsksIn dieses Gizmodo-Serie, stellen wir Fragen über alles von Raum zu kippen und erhalten Sie Antworten von einer Vielzahl von Experten.

Ist die 2004 Ashton Kutcher Fahrzeug The Butterfly Effect einen guten Film aus? Definitiv nicht, Nein—aber versuchen zu sagen, dass mir im Alter von dreizehn Jahren. Und dann wickeln Sie Ihren Kopf, einmal mehr, um die Tatsache, dass, wenn Sie hatte mir erzählt, dass Sie möglicherweise in Bewegung gesetzt haben die völlige Vernichtung der menschlichen Rasse—die ganze Vorstellung von der butterfly Effekt, dass kleinere Veranstaltungen (erzählen der leichtgläubig dreizehn-Jahr-alten, er hat schlechten Geschmack in Filmen) erzeugen kann massive, unvorhergesehene Konsequenzen (Weltkrieg III, die nukleare Apokalypse, etc.).

Das ist zumindest die version der Idee, die hat rieselte in populären Bewusstsein. Aber der butterfly-Effekt ist technisch ein meteorologischer Begriff, geprägt, genau vor einem halben Jahrhundert. Was es tatsächlich ist—und ob es immer noch gilt, oder hat sich da schon abgelöst/diskreditiert—ist eine ganz andere Sache. Und so für diese Woche Giz Fragt, wandten wir uns an Physiker, Wissenschaftler und Psychologen für die neueste, wie (oder wenn) der Schmetterlings-Effekt tatsächlich funktioniert.

Dale Durran

Professor and Chair, Department of Atmospheric Sciences, University of Washington, dessen Forschung umfasst die Untersuchung der atmosphärischen Vorhersagbarkeit

The Butterfly Effect wurde von Edward Lorenz in den Kontext der atmosphärischen Vorhersagbarkeit. Er war eigentlich sprechen Möwe Flügel in seinem Papier, es war nicht Schmetterlinge. Die Namen Der Butterfly-Effekt vorgeschlagen wurde (von Dr. Phil Meriless) als Titel für einen Vortrag Lorenz gab bald danach veröffentlichte er seine Arbeit im Jahr 1969.

Der Butterfly-Effekt ist real, in dem Sinne, dass kleine Veränderungen in kleinen Maßstäben kann das Wetter verändern für immer—aber es ist zweifelhaft, dass ein Schmetterling könnte die Wirkung jeder Art von bedeutende änderung in das Wetter. Wie ein Bild, das fängt die Phantasie, es ist mehr oder weniger okay, nicht das perfekte Beispiel, aber es illustriert. Das problem ist, Schmetterlinge sind zu klein, um wirklich etwas ändern.

Aber Dinge, die sind nur ein bisschen größer—ein Flugzeug, sagen wir, oder eine cumulus-Wolke—kann eine eventuelle Auswirkung auf das Wetter überall. Die Anwesenheit oder Abwesenheit einer cloud ändern können Auflagen rund um die cloud, die, wie Sie sich ändern, wird sich ändern, etwas grössere Auflagen, die Sie dann noch ändern-größeren Auflagen, und so erhalten Sie diese Kaskade der Einfluss der gehobenen Klasse aus dem sehr kleinen Maßstab. Wenn wir zwei Planeten mit genau dem gleichen Wetter und setzen diese Wolke in einer von Ihnen, über Illinois, und, außer für die cloud, das andere war genau das gleiche, nach mehreren Wochen das Wetter auf diesen beiden Planeten wäre so Verschieden, wie zwei zufällig ausgewählten Tagen vom gleichen Zeitpunkt in der Wetter-Muster (D. H., zwei Kann 18s nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, aus zwei verschiedenen Jahren). Diese Art von Differenz zu entwickeln, wäre in einem Abstand von mindestens vier Wochen.

Das heißt, es ist nicht wahr, dass die Schmetterlinge sind, die verderben, unsere Wetter-Prognosen. Sehr kleine Unsicherheiten über das Wetter, über viel breiteren Regionen auch fast identische Wetterbedingungen abweichen, mit der Zeit, und die Unsicherheiten über größere Regionen (sagen wir 100 mile Rechteck) komplett überschreiben Einfluss von Schmetterlingen.

“Der Butterfly-Effekt ist real, in dem Sinne, dass kleine Veränderungen in kleinen Maßstäben kann das Wetter verändern für immer—aber es ist zweifelhaft, dass ein Schmetterling könnte die Wirkung jeder Art von bedeutende änderung in das Wetter.”

Brian Swingle

Assistant Professor, Physics, University of Maryland, die ein Studium der Physik der Quanteninformation

The butterfly effect ist definitiv echt: wenn man ein chaotisches system, und führen Sie zwei unterschiedliche Experimente mit leicht unterschiedlichen Ausgangspunkte, werden Sie beobachten, dass der Unterschied im Verhalten schnell wächst mit der Zeit. Rechnerisch sind die Unterschiede zwischen den beiden Experimenten wird immer wieder zu verdoppeln, wie die Zeit vergeht, bis die Unterschiede sind groß.

Eine verwirrende Phänomen der Quanten-Schmetterlingseffekt, die sich in Systeme zu kombinieren, die das chaos mit der seltsamen Physik des Quanten-Welt. Für diese Arten von Systemen gibt es Vorstellungen von quantum chaos, aber genau die Diagnose der Quanten-Schmetterlingseffekt ist ein Thema der fortwährenden Forschung. In einigen Fällen, können wir erkennen, dass eine experimentell nachweisbare Eigenschaft, die erwartet wird, um immer wieder verdoppeln, wie in der klassischen butterfly-Effekt. Aber wir wissen nicht, ob es möglich ist, den Sinn dieses noch für Allgemeine Quanten chaotische Systeme.

Die Experimente, die versuchen, zu studieren, diese in der Physik sind auch sehr interessant. Sie beinhalten oft spezielle Ansammlungen von Atomen und Photonen, die wurden entwickelt, um genau kontrollierbaren und von der Außenwelt isoliert. Die Experimentatoren versuchen, führen Sie die system-Dynamik-nach vorne und rückwärts in der Zeit, wie das Zurückspulen und Vorspulen eines Films. Die Idee ist, dass, wenn wir schnell nach vorne, dann sofort Zurückspulen, wir Holen Sie zurück zu, wo wir aus gestartet, aber wenn wir schnell nach vorne und machen eine kleine änderung vor Zurückspulen, dann in einem chaotischen system werden wir schnell am Ende an einem ganz anderen Ort, als wir angefangen haben.

“Eine verwirrende Phänomen der Quanten-Schmetterlingseffekt, die sich in Systeme zu kombinieren, die das chaos mit der seltsamen Physik des Quanten-Welt.”

David Pincus

Professor, Klinische Psychologie, Chapman University, die studiert hat, die Chaostheorie und den Schmetterlingseffekt in Bezug auf die menschliche Psychologie

Ist es real? Ja. Ein zuversichtliches ja. Dann können Sie versuchen zu erkunden, die Frage, was bedeutet “real” bedeuten? Und das ist, wo der Spaß ist.

The butterfly effect war zunächst wahrscheinlich “entdeckt” zurück in den 1900er Jahren von Poincaré. Er versuchte das problem zu lösen von drei interagierenden Körper—Astrophysik. Wenn Sie die gravitationswechselwirkung mit zwei Dinge im Raum, es ist relativ einfach zu modellieren: Sie beeinflussen sich gegenseitig ergänzten. Aber wenn Sie drei es nicht wirklich lösbar. Wenn Sie binden Sie drei Tennisbälle zusammen, und schwenken Sie die top-saite, die Unterste tennis ball bewegt sich in einer chaotischen Weise. Unten tennis-ball in der Bewegung zeigt der butterfly effect—das bedeutet, es ist nicht zufällig, aber es ist auch nicht vorhersehbar, und wenn Sie einige kleine Veränderung an einem Punkt in der Zeit, eine winzige Veränderung, die position der tennis ball zu einem zukünftigen Zeitpunkt wird ganz anders sein.

Ein wirklich gutes Beispiel, wo es gilt: fractcal geometrie. Ein fraktal ist ein sich selbst-eine ähnliche Art der Verzweigung-Struktur, die Sie sehen Sie alle über dem Platz in der Natur, wie Bäume und Nervenzellen und so weiter. Wenn Sie einen Blick auf Systeme, die Anzeige der butterfly-Effekt und sind chaotisch, Sie produzieren fraktal-Muster—wenn Sie haben 10.000 Datenpunkten sehen Sie die fraktalen Muster in Bezug darauf, wie Sie im Laufe der Zeit verändern, nennt man Trajektorien. Komplexe Systeme, wo Sie haben eine Tonne von verschiedenen Komponenten, die alle interagieren in komplexer Weise zu produzieren kohärente Ausgabe, wie das Wachstum der Bäume und Neuronen und die Wellen im Ozean und eine million verschiedene Dinge in der Natur, diese neigen dazu, zu produzieren Fraktale Muster auch.

Ich habe gerade eine Studie veröffentlicht, in diesem Januar, wo wir gemessen Persönlichkeitsstruktur und fand eine Fraktale Struktur. Es stellt sich heraus, Messen Sie die Persönlichkeit, mit der gleichen Art von Messung, und wenn die Menschen sind widerstandsfähiger und gesünder, Ihre Persönlichkeitsstruktur ist mehr Zweig-y; die Struktur ist voller und weniger starr.

Ich habe eine Kollegin, die in Deutschland namens Gunter Scheitek, und er hat meiner Meinung nach am meisten getan von irgendjemandem, wenn es um die Anwendung der chaos-Theorie, speziell der Psychologie, und er konzentriert sich wirklich auf die versuchen zu finden, der Schmetterling Effekt durch eine Psychotherapie-Prozess. Der Kern seiner Arbeit ist, dass er baute ein mathematisches Modell—die einzige, die ich kenne—das gilt für die Persönlichkeit ändern sich bei der Psychotherapie, und beim ausführen des Modells produziert der butterfly-Effekt, D. H. kleine Veränderungen in der Psychotherapie können dazu führen, dass viel die verschiedenen Ergebnisse später auf in der Zeit. Seine Modelle sind proof-of-concept, dass der butterfly-Effekt sein könnte, von zentraler Bedeutung für Prozesse des menschlichen im Laufe der Zeit ändern. Er tatsächlich verfolgten Sie die Daten von einem client über die Zeit und die Daten abgeglichen wirklich gut zu seiner Modelle. So der butterfly-Effekt ist nicht nur real in mathematische Begriffe und über viele verschiedene Gebiete der Wissenschaft, es ist wahr, in der psychologischen Veränderung und Wachstum, als auch, wie es scheint.

“Wenn man sich auf Systeme, die Anzeige der butterfly-Effekt und sind chaotisch, Sie produzieren fraktal-Muster—wenn Sie haben 10.000 Datenpunkten sehen Sie die fraktalen Muster in Bezug darauf, wie Sie im Laufe der Zeit verändern, nennt man Trajektorien. Komplexe Systeme, wo Sie haben eine Tonne von verschiedenen Komponenten, die alle interagieren in komplexer Weise zu produzieren kohärente Ausgabe, wie das Wachstum der Bäume und Neuronen und die Wellen im Ozean und eine million verschiedene Dinge in der Natur, diese neigen dazu, zu produzieren Fraktale Muster auch.”

Douglas Stanford

Associate Professor, Physics, Stanford Institut für Theoretische Physik studiert, quantum gravity, quantum field theory, string theory

Der butterfly-Effekt ist real, aber es ist irgendwie schwer zu erkennen. Um es spürbar, wir können uns vorstellen, ein experiment mit einer Zeitmaschine. Sie gehen weit in der Zeit zurück und ändern Sie eine winzige, unbedeutende Sache, wie die position eines einzelnen atoms. Dann, wenn Sie den zoom nach vorn, um die Gegenwart wieder, so ziemlich alles wird sich einiges geändert haben, in eine Art von zufälliger Weise.

Dies war im Grunde die Handlung der 1952 Kurzgeschichte “A Sound of Thunder”. Und der Autor Ray Bradbury hat eine Menge richtig. Aber er unterschätzt, wie stark die Veränderung der Gegenwart wäre. Eine Faustregel ist, dass die Dinge über die Gegenwart, die wäre leicht gewesen, zu prognostizieren, in der Vergangenheit wird sich nicht ändern. Aber scheinen die Dinge schwer vorherzusagen anders sein wird.

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