اثر پروانه ای چیست؟

نزدیک به ۴۵ سال پیش ادوارد لورنز در حین ۱۳۹ امین نشست انجمن آمریکایی پیشرفت علم سوالی مطرح کرد: “آیا بال زدن یک پروانه در برزیل باعث ایجاد گردباد در تگزاس می‌شود؟”

پاسخ این سوال ممکن است با چیزی که تا به حال شنیده اید متفاوت باشد!

مفهوم اثر پروانه ای توسط فرهنگ عمومی پذیرفته شده است. این اصطلاح بیشتر برای تاکید بر اهمیت بسیار زیاد اتفاق هایی که در یک دقیقه اتفاق می افتد استفاده می‌شود.

در فیلم Havana-1990 رابرت ردفورد در آن نقش جک ویل را بازی می‌کند. جک ویل که شخصی قمار باز با مهارت های ریاضی بود رو به هم بازی خود، لنا اولین، گفت: یک پروانه در چین می‌تواند با بال زدن روی یک گل باعث ایجاد طوفان در کارائیب شود.

لورنز استاد هواشناسی موسسه فناوری ماساچوست کسی بود که این مفهوم را گسترش داد. او درنظر نداشت که این موضوع را به این صورت به کار ببرد بلکه قصد او بیان کردن نقطه ی مقابلش بود. به گفته ی لورنز هدف او برای مطرح کردن سوال تحریک برانگیزش این بود که این ایده را توضیح دهد که برخی از سیستم های دینامیکی پیچیده رفتار هایی غیرقابل پیش بینی نشان می‌دهند؛ به طوری که حتی وجود تفاوت های کوچک در شرایط اولیه و اصلی می‌تواند باعث ایجاد اثرات عمیق و بسیار متنوعی در نتایج سیستم شود. به دلیل پیچیدگی این سیستم ها، نتیجه ی آن‌ها غیرقابل پیش بینی است. این ایده پیش زمینه ای برای شاخه ای از ریاضیات به نام نظریه ی آشوب شد. این نظریه از زمان معرفی شدن، در سناریو های بیشماری بکار رفته است.

دیدگاه لورنز باعث ایجاد سوالاتی در قوانین آیزاک نیوتون که در اوایل سال ۱۶۸۷ مطرح شده بود، می‌شود و اظهار می‌کند که طبیعت یک سیستم مکانیکی-احتمالی است.

فرضیه Clockwork universe بیان می‌کند که جهان مانند یک ساعت مکانیکی است که به عنوان یک ماشین بی نقص توسط قوانین فیزیک اداره می‌شود و همه ی اجزای آن کار خود را بدون نقص و کامل انجام می‌دهند و ایجاد اختلال در هر عضو باعث از بین رفتن نظم کل سیستم خواهد شد.

به همین ترتیب لورنز، پییر سایمون لاپلاس را به چالش کشید. او استدلال می‌کرد که غیرقابل پیش بینی بودن در جهان وجود ندارد. وی همچنین اظهار داشت که اگر ما از تمام قوانین فیزیک موجود در طبیعت آگاه بودیم، هیچ چیزی برایمان ناشناخته نبود؛ آینده مانند گذشته پیش چشمانمان بود و به راحتی می‌توانستیم آینده را پیش بینی کنیم. در واقع تفاوتی بین گذشته و آینده وجود نداشت.

لورنز کشف کرد که حتی با وجود آگاهی بشر از تمام قوانین فیزیک موجود در جهان، باز هم به دلیل دقیق نبودن اندازه گیری های انسان این ادعا نمی‌تواند تفسیر قطعی از جهان باشد. او مشاهده کرد که ارتباطات علت و معلولی در طبیعت بسیار پیچیده تر از آن است که قابل حل و فصل باشد. تقریبا شبیه ترین نتیجه برای چنین سیستم پیچیده ای الگو های آب و هوایی هستند. او برای شبیه سازی های هواشناسی شروع به استفاده از مجموعه هایی با شرایط آغازیِ کمی متفاوت کرد. این روش هنوز هم برای پیش بینی آب و هوای روزانه استفاده می‌شود.

در ادامه ی این مسأله سوالی مطرح می‌شود: “اگر ما بتوانیم زندگی را از ابتدا بازنویسی کنیم آیا مانند قبل خواهد بود؟”

زاخاری بلونت در کتاب Replaying evolution از طریق تحلیل تجربی آزمایشات بلند مدت تکامل به حل این سوال می‌پردازد. او سابقه ۳۰ سال پژوهش مستمر در زمینه تکامل آزمایشی را دارد. وی تغییرات ژنتیکی در چندین جمعیت اولیه باکتری E-coli را ردیابی کرد و نقش تفاوت های کوچک در تکامل را بر نتیجه ی فرآیند بررسی کرد.

به طور جالبی در Anyone can become a troll، جاستین چنگ، کریستین دانسکو-نیکولسو-مییزیل، جورج لسکوف و مایکل برنشتاین توضیح می‌دهند که مردم رفتار های مشخصی را نشان می‌دهند که به مجموعه ای از شرایط خاص بستگی دارد شرایطی که امکان تبدیل شدن به یک مهاجم را نه تضمین می‌کند و نه رد.

در Smart and squishy robots، شرایط منحصر به فردی شرح داده می‌شود که در آن امکان توسعه ی روبات هایی با بدن نرم وجود دارد. هرکدام از این قطعات دارای ویژگی های یک سیستم پیچیده ی تکاملی-روانشناسی و یا فنی هستند.‌ این نشان دهنده کاربرد نظریه آشوب برای شناسایی شرایط با نتایج غیر قابل پیش بینی است.

و در نهایت پاسخ به سوال منفی است! هیچگاه نمی‌توان جهانی که هر تغییر کوچکی اثر غیرقابل تصوری بر روی دیگر پدیده ها می‌گذارد را از نو و مانند قبل ساخت. هر تغییر جزیی در شرایط اولیه می‌تواند منجر به ایجاد نتایج وسیع و پیش بینی نشده ای در سیستم شود. حتی بال زدن یک پروانه در برزیل می‌تواند باعث ایجاد گردباد در تگزاس شود!

اثر پروانه ای چیست؟
نمره شما به این پست