I 1972 stillede den amerikanske meteorolog Edward Lorenz et nu berømt spørgsmål: “Sætter klappen af en sommerfuglens vinger i Brasilien en tornado i Texas?”
I løbet af de næste 50 år betagede den såkaldte “sommerfuglseffekt” den offentlige fantasi. Det har vist sig i film, bøger, motiverende og inspirerende taler og endda afslappet samtale.
Billedet af den lille flappende sommerfugl er kommet til at stå for den store virkning af små handlinger eller endda den iboende uforudsigelighed i selve livet. Men hvad var Lorenz – hvem huskes nu som grundlæggeren af filialen af matematik kaldet Chaos Theory – virkelig at komme til?
En simulering går galt
Vores historie begynder i 1960’erne, da Lorenz forsøgte at bruge tidlige computere til at forudsige vejret. Han havde bygget en grundlæggende vejrsimulering, der brugte en forenklet model, designet til at beregne fremtidige vejrmønstre.
En dag, mens Lorenz blev kørt igen, besluttede Lorenz at spare tid ved at genstarte beregningerne fra Delvis igennem. Han indtastede manuelt numrene fra halvvejs gennem en tidligere udskrift.
Men i stedet for at indtaste, lad os sige, 0,506127, gik han ind i 0,506 som udgangspunktet for beregningerne. Han troede, at den lille forskel ville være ubetydelig.
Han tog fejl. Da han senere fortalte historien: “Jeg startede computeren igen og gik ud på en kop kaffe. Da jeg vendte tilbage cirka en time senere, efter at computeren havde genereret cirka to måneders data, fandt jeg, at den nye løsning ikke var enig i Med den originale.
Der var ingen tilfældighed i Lorenzs ligninger. Det forskellige resultat blev forårsaget af den lille ændring i inputnumrene.
Lorenz indså sin vejrmodel – og i forlængelse heraf var den virkelige atmosfære – ekstremt følsom over for de oprindelige forhold. Selv den mindste forskel i starten-selv noget så lille som klappen af en sommerfuglens vinger-kunne forstærke over tid og gøre nøjagtige langsigtede forudsigelser umulige.
Lorenz brugte oprindeligt “klappen af en måge -vinger” til at beskrive hans fund, men skiftede til “sommerfugl” efter at have bemærket et bemærkelsesværdigt træk ved løsningen på hans ligninger.
I sin vejrmodel, da han planlagde løsningen, dannede de en hvirvlende, tredimensionel form, der aldrig gentog sig selv. Denne form – kaldte Lorenz -tiltrækkeren – så slående som en sommerfugl med to looping -vinger.
Velkommen til kaos
Lorenz’s bestræbelser på at forstå vejr førte ham til at udvikle kaosteori, der beskæftiger sig med systemer, der følger faste regler, men opfører sig på måder, der synes uforudsigelige.
Disse systemer er deterministiske, hvilket betyder, at resultatet er fuldstændigt styret af de oprindelige betingelser. Hvis du kender udgangspunktet og systemets regler, skal du være i stand til at forudsige det fremtidige resultat.
Der er ingen tilfældighed involveret. For eksempel er en pendul, der svinger frem og tilbage, deterministisk – den fungerer baseret på fysikens love.
Systemer, der styres af naturlovene, hvor menneskelige handlinger ikke spiller en central rolle, er ofte deterministiske. I modsætning hertil betragtes systemer, der involverer mennesker, såsom finansielle markeder, typisk ikke deterministiske på grund af den uforudsigelige karakter af menneskelig adfærd.
Et kaotisk system er et system, der er deterministisk, men alligevel opfører sig uforudsigeligt. Uforudsigeligheden sker, fordi kaotiske systemer er ekstremt følsomme over for de oprindelige forhold. Selv de mindste forskelle i starten kan vokse over tid og føre til vildt forskellige resultater.
Kaos er ikke det samme som tilfældighed. I et tilfældigt system har resultaterne ingen endelig underliggende rækkefølge. I et kaotisk system er der dog orden, men det er så kompliceret, at det ser ud til at være forstyrret.
En misforstået meme
Som mange videnskabelige ideer i populærkulturen er sommerfuglvirkningen ofte blevet misforstået og overforenklet.
En almindelig misforståelse er, at sommerfugleffekten indebærer, at enhver lille handling fører til massive konsekvenser. I virkeligheden er ikke alle systemer kaotiske, og for systemer, der ikke er, resulterer små ændringer normalt i små effekter.
En anden er, at sommerfugleffekten bærer en følelse af uundgåelighed, som om enhver sommerfugl i Amazonas udløser tornadoer i Texas med hver klap af sine vinger.
Dette er slet ikke korrekt. Det er simpelthen en metafor, der påpeger, at små ændringer i kaotiske systemer kan forstærke over tid, hvilket gør langsigtede resultater umulige at forudsige med præcision.
Tamning af sommerfugle
Systemer, der er meget følsomme over for de oprindelige forhold, er meget svære at forudsige. Vejrsystemer er stadig vanskelige, for eksempel.
Prognoser har forbedret sig meget siden Lorenzs tidlige indsats, men de er stadig kun pålidelige i en uge eller deromkring. Derefter vokser små fejl eller upræcisioner i startdataene større og større, hvilket til sidst gør den forventede unøjagtige.
For at håndtere sommerfugleffekten bruger meteorologer en metode kaldet ensemble -prognoser. De kører mange simuleringer, der hver starter med lidt forskellige indledende forhold.
Ved at sammenligne resultaterne kan de estimere udvalget af mulige resultater og deres sandsynligheder. For eksempel, hvis de fleste simuleringer forudsiger regn, men nogle få forudsiger solskin, kan prognosemænd rapportere en stor sandsynlighed for regn.
Selv denne tilgang fungerer dog kun op til et punkt. Efterhånden som tiden går, afviger forudsigelserne fra modellerne hurtigt. Til sidst bliver forskellene mellem simuleringerne så store, at selv deres gennemsnit ikke længere giver nyttige oplysninger om, hvad der vil ske på en given dag på et givet sted.
En sommerfuglseffekt for sommerfuglffekten?
Rejsen med sommerfuglens effekt fra et strengt videnskabeligt koncept til en meget populær metafor fremhæver, hvordan ideer kan udvikle sig, når de bevæger sig ud over deres akademiske rødder.
Selvom dette har bidraget til at bringe opmærksomheden på et komplekst videnskabeligt koncept, har det også ført til forenklinger og misforståelser om, hvad det virkelig betyder.
At fastgøre en metafor til et videnskabeligt fænomen og frigivelse af den i populærkulturen kan føre til dens gradvise forvrængning.
Eventuelle små unøjagtigheder eller upræcise i den indledende beskrivelse kan forstærkes over tid, indtil det endelige resultat er langt fra virkeligheden. Lyder du velkendt?