Efekt motyla zaskoczył naukowców. Niewielki błąd, który zmienił wszystko

Spis treści:

• Co naprawdę oznacza trzepot skrzydeł?
• Trendy w mediach społecznościowych a naukowa prawda
• Czy efekt motyla to naukowy fakt?
• Czy prognozowanie przyszłości to tylko iluzja?

Ta popularna koncepcja pojawiła się już w popkulturze — od filmów po relacje w mediach społecznościowych. Prawdziwa nauka stojąca za efektem motyla może jednak pomóc naukowcom przewidywać przyszłość. W 1961 roku Edward Lorenz, meteorolog z Massachusetts Institute of Technology, wprowadzał dane do programu prognozowania pogody. Model Lorenza opierał się na kilkunastu zmiennych, z których jedna miała wartość 0,506127. Kiedy uruchomił model ponownie, zaokrąglił tę liczbę do 0,506, po czym wyszedł z pokoju po kawę. Gdy wrócił, odkrył, że ta niewielka zmiana doprowadziła do diametralnie innej prognozy pogody.

Podczas prezentacji swojego przełomowego modelu chaosu i potencjału skrajnej, chaotycznej nieprzewidywalności na spotkaniu Amerykańskiego Stowarzyszenia na rzecz Rozwoju Nauki (AAAS) w 1972 roku, Lorenz zadał pytanie — Czy trzepot skrzydeł motyla w Brazylii powoduje tornado w Teksasie?

Co naprawdę oznacza trzepot skrzydeł?

– Edward Lorenz ilustrował w ten sposób fakt, że w systemie pozornie prostych równań matematycznych, minimalna zmiana początkowej pozycji cząstki może spowodować ogromne zmiany w jej przyszłej pozycji. Prościej mówiąc – niewielka zmiana teraz może doprowadzić do gigantycznej i nieprzewidywalnej zmiany w przyszłości. Ta analogia — że małe, pozornie nieistotne działania jednostek mogą prowadzić do zakłóceń lub chaosu w przyszłości — przedstawiona w tak prosty i piękny sposób dzięki wciągającej metaforze Lorenza, podbiła wyobraźnię zarówno naukowców, jak i opinii publicznej – tłumaczy prof. Richard A. Anthes z University Corporation for Atmospheric Research w Kolorado.

Efekt motyla „zakłócił naukę na poziomie filozoficznym”, pokazując, że modelowanie przyszłości jest tylko do pewnego stopnia przewidywalne. „Chaos” zaś – jak to ujmował Edward Lorenz – jest zawsze obecny, choć trudny do uchwycenia. Prof. Bo-Wen Shen, matematyk z San Diego State University uważa, że koncepcja, jakoby nawet najmniejsze zakłócenia rzeczywistości mogą mieć istotne skutki, „daje nadzieję jednostkom, zachęcając je do podejmowania małych działań, które mogą mieć głęboki i pozytywny wpływ.”

Trendy w mediach społecznościowych a naukowa prawda

Koncepcja ta była tematem filmów i stała się niedawno trendem w mediach społecznościowych, w ramach którego ludzie dzielili się swoimi doświadczeniami z efektem motyla. Padały przykłady tak pozornie przypadkowych zdarzeń, jak zepsuty samochód, spóźniony pociąg, czy popsuty but. Każde z nich – zdaniem relacjonujących ludzi – doprowadziły do znaczących wydarzeń w ich życiu, takich jak spotkanie przyszłego współmałżonka czy uniknięcie większej katastrofy.

Historie te często błędnie interpretują pierwotną koncepcję Lorenza i w rzeczywistości bardziej trafnie opisują zwykły zbieg okoliczności. Choć efekt motyla bywa upraszczany w popkulturze, naukowcy nadal wykorzystują tę koncepcję, aby przewidzieć, jak nasze obecne działania zmieniają przyszłość.

Czy efekt motyla to naukowy fakt?

Główne nieporozumienie wokół popularnych interpretacji efektu motyla polega na przekonaniu, że zdolność drobnych zakłóceń do stworzenia zorganizowanych zakłóceń na dużą odległość jest rzeczywistym zjawiskiem.

— To jest metafora — podkreśla prof. Shen i zauważa, że uznani matematycy i badacze statystyki są zgodni, że koncepcja efektu motyla to założenie podobne do koncepcji kota Schrödingera. Ani jedna, ani druga nie zostały nigdy naukowo potwierdzone. Nie zostały też jednak definitywnie obalone. — Metaforyczna definicja efektu motyla jest powszechnie przyjmowana jako dosłowna prawda. Tymczasem tak nie jest — twierdzi meteorolog prof. Roger A. Pielke, z wydziału nauk atmosferycznych na Uniwersytecie Stanowym Kolorado.

W 2024 roku w „Physics Today” miała miejsce ożywiona wymiana artykułów dotycząca natury efektu motyla między zespołem prof. Shena a prof. Timem Palmerem, klimatologiem z Uniwersytetu Oksfordzkiego. Naukowcy również nie wydają się być zgodni w tym temacie.

Czy prognozowanie przyszłości to tylko iluzja?

Prof. Tim Palmer uważa, że opisując efekt motyla, Lorenz przedstawiał pogodę jako wynik kolektywnych, chwilowych zmian w pozornie niezależnych wzorcach atmosferycznych. W podcaście nagranym w 2017 roku mówił, że pogodę należy sobie wyobrażać jak zestaw matrioszek. W systemie niskiego ciśnienia szerokości 1000 kilometrów znajdują się chmury burzowe szerokości 100 kilometrów, w których są podchmury z turbulentnymi zawirowaniami, a w tych podchmurach — jeszcze mniejsze wiry turbulencji.

Naukowiec ma własne pomysły na to, jak należy definiować efekt motyla. Uważa, że koncepcja jest niewłaściwie rozumiana. „Istnieją skończone horyzonty przewidywalności, których nie da się rozszerzyć poprzez zmniejszenie niepewności w warunkach początkowych" – pisał w artykule naukowym w 2014 roku.

Prof. Shen twierdzi, że efekt motyla najlepiej ilustruje przysłowie ludowe (po raz pierwszy zapisane przez poetę George’a Herberta w 1640 roku):

„Przez brak gwoździa koń stracił podkowę,
Przez brak podkowy przepadł koń,
Przez brak konia przegrano bitwę,
Przez bitwę przegrano królestwo.
A wszystko przez brak gwoździa do podkowy".

— Ten wiersz sugeruje, że każda drobna zmiana może ostatecznie przynieść znaczący efekt w obliczeniach numerycznych — zauważa prof. Shen. — Lorenz uważał, że ta przypowieść lepiej ilustruje prostsze zjawisko niestabilności.

Źródło: National Geographic Polska