När folk tänker på "kaos" föreställer de sig ofta dinosaurier som springer frodas eller ett litet barn skapar förödelse i ett vardagsrum. Inom fysik och klimatvetenskap har dock kaos en exakt, vetenskaplig innebörd:den dramatiska förstärkningen av oändliga skillnader som gör långtidsförutsägelser omöjliga.
I ett kaotiskt system kan små förändringar i nuet snöa in i mycket olika utfall. Tänk på två nästan identiska berättelser. I ett missar en passagerare ett tåg med tio sekunder och träffar aldrig en vän; i den andra är tåget försenat, mötet äger rum och resten av berättelsen divergerar. Dessa små variationer kan verka triviala, men deras kumulativa effekt är det som skapar kaos.
Experiment på 1960- och 70-talen visade hur lätt det är att förvandla ett förutsägbart system till ett kaotiskt. En enkel pendel, som den i en farfarsklocka, svänger på ett perfekt periodiskt sätt. Lägg till en andra axel halvvägs ner och rörelsen blir helt oförutsägbar, vilket illustrerar fjärilseffekten.
Som forskare med komplexa system ägnar jag mycket tid åt att tänka på gränsen mellan slumpmässighet och kaos. Slumpmässighet – som resultatet av en blandad kortlek eller ett tärningskast – är oförutsägbar eftersom vi saknar den information som behövs för att veta nästa tillstånd. Kaos sitter mellan slumpmässighet och determinism:kortsiktigt beteende är förutsägbart, men förutsägbarheten bryter ner snabbt.
Newton föreställde sig ett urverksuniversum styrt av oföränderliga lagar, vilket tyder på att när de initiala villkoren är satta är framtiden förutbestämd. Kaosteorin visar att även med perfekt kunskap om de styrande reglerna kan de minsta osäkerheterna förstärkas till den punkt där resultatet i praktiken är okänt.
Den här insikten förklarar varför väderprognoser tappar precision efter cirka två veckor. Men det berättar också för oss varför säsongsbetonade klimatmönster förblir förutsägbara:även om varje dags väder är en kaotisk krusning, styrs det övergripande klimatet av långsiktiga statistiska regelbundenheter.
Den här insikten förklarar varför väderprognoser tappar precision efter cirka två veckor. Men det berättar också för oss varför säsongsbetonade klimatmönster förblir förutsägbara:även om varje dags väder är en kaotisk krusning, styrs det övergripande klimatet av långsiktiga statistiska regelbundenheter.
I praktiken hjälper kaosteorin forskare att avgränsa vilka förutsägelser som är genomförbara och vilka som inte är det. Det påminner oss om att vissa system, oavsett hur väl vi mäter dem, är begränsade i förutsägbarhet.
Mitchell Newberry, biträdande professor i komplexa system, University of Michigan.
Den här artikeln publicerades ursprungligen i The Conversation under en Creative Commons-licens.
