اثر پروانه‌ای حقیقی است؟

به نظر شما فیلم اثر پروانه‌ای تنها به خاطر بازی اشتون کوچر در سال ۲۰۰۴ فیلم خوبی بود؟ قطعاً نه، نه. اما سعی کنید این را به من سیزده ساله بگویید. ذهنتان را متوجه این موضوع نمایید که اگر این واقعیت را به من می‌گفتید ممکن بود چرخ نابودی کل بشریت را به حرکت درمی آوردید، مفهوم اثر پروانه‌ای این است که همه‌چیز از یک اتفاق کوچک (به یک بچه سیزده ساله  وفادار بگویید چقدر در فیلم بد سلیقه است.) شروع می‌شود و می تواند به عواقب وحشتناک و غیر قابل پیش بینی (جنگ جهانی سوم، آخر زمان هسته‌ای یا هر چیز دیگری)ختم شود.

حداقل، این نسخه از ایده به آگاهی عموم رسیده است . اما اثر پروانه از لحاظ فنی یک اصطلاح هواشناسی است که دقیقاً نیم‌قرن پیش ابداع شده است. آنچه در حقیقت هست  – و اینکه آیا چنین امری صادق است و یا اینکه هنوز دارای اعتبار است –امری کاملاً متفاوت می‌باشد. بنابراین برنامه این هفته در آرادمگ ، به سراغ فیزیکدانان، دانشمندان جوی و روانشناسان رفتیم تا از نحوه (یا احتمالاً)عملکرد اثر پروانه مطلع شویم.

دیل دوران

استاد و رئیس  دانشکده علوم جوی  دانشگاه واشنگتن، که تحقیقات وی  شامل مطالعه پیش بینی جو می‌باشد.

اثر پروانه توسط ادوارد لورنز در زمینه پیش‌بینی جوی معرفی شد.البته در واقع او در مقاله‌اش در مورد بال‌های مرغ دریایی صحبت کرده بود نه پروانه‌ها. نام اثر پروانه‌ای توسط دکتر فیل مریلس به عنوان نامی برای گفتگویی مطرح شد که لورنز بلافاصله پس از انتشار مقاله‌اش در سال ۱۹۶۹ ارائه نمود.

اثر پروانه‌ای حقیقی است، به این معنا که تغییرات کم در مقیاس کوچک قادرند آب و هوا را برای همیشه تغییر دهند- اما در اینکه پروانه می‌تواند تغییری محسوس در آب و هوا بگذارد جای تردید وجود دارد. به عنوان تصویری که تخیل را به تصویر می‌کشد کم و بیش مناسب است –البته مثال کاملی نیست بلکه نشان دهنده آن است. مساله اینجاست که پروانه‌ها برای تغییر هر چیزی واقعاً خیلی کوچک‌اند. اما مواردی که کمی بزرگتر باشند –مانند هواپیما،، حرف  یا یک ابر کومولوس-می توانند در آب و هوا تأثیر داشته باشند. وجود یا فقدان یک  ابر می‌تواند جریان اطراف آن را  تغییر دهد، در نهایت زمانی که این جریان تغییر می‌یابد، منجر به تغییر جریانهای بزرگ‌تر می‌شود، بنابراین شما سلسه ای از نفوذ تغییرات بزرگ از تغییری در مقیاس بسیار کوچک به دست می آورید.

در صورتی که دو سیاره با هوای دقیقاً یکسان داشته باشیم و در یکی از سیارات بالای ایلیونیز  یک تکه ابر قرار دهیم، و به جز ابر همه چیز در این دو سیاره دقیقاً یکسان باشید، پس از چند هفته هوای این دو سیاره به همان اندازه که دو روز تصادفی از یک تاریخ را در الگوی آب و هوایی انتخاب نمایید متفاوت خواهد بود. (به عنوان مثال دو ۱۸ می به صورت رندم از دو سال متفاوت). این نوع اختلاف در فضا در طول حداقل چهار هفته توسعه می‌یابد.

آیا پروانه ها پیش بینی هواشناسی را خراب می کنند؟

گفته می‌شود این درست نیست که پروانه‌ها پیش‌بینی هواشناسی مارا خراب نمایند. تردیدهای بسیار ناچیز در مورد وضعیت آب و هوا در مناطق بسیار وسیع باعث می‌شود تقریباً الگوهای شناسایی آب هوای در طول زمان از هم گسسته شود، و این ابهامات  در مناطق بزرگ‌تر (مثلاً یک مستطیل ۱۰۰ مایل) کاملاً هرگونه نمود اثر پروانه را باطل می‌نماید.

“اثر پروانه‌ای واقعی است، به این معنی که تغییرات کوچک در مقیاس‌های کوچک می‌توانند آب و هوا را برای همیشه تغییر دهند.اما این شک وجود دارد که پروانه قادر به ایجاد هرگونه تغییر محسوس در آب و هوا باشد.

برایان سوینگل

استادیار، فیزیکدان دانشگاه مریلند، که  داده های فیزیک کوانتومی را مطالعه می کند.

اثر پروانه‌ای حقیقی است: درصورتی که شما یک سیستم بی‌نظم را انتخاب نمایید و دو آزمایش مختلف  با نقاط شروع کمی متفاوت اجرا نمایید، رشد سریع تفاوت رفتاری را شاهد خواهید بود. از نظر ریاضی، زمانی که تفاوت‌ها زیاد باشد اختلاف بین دو آزمایش باگذشت زمان مکرراً دو برابر خواهد شد. یک پدیده گیج‌کننده تر اثر پروانه کوانتومی است که در سیستم‌هایی که هرج‌ومرج که  با دنیای خارق‌العاده فیزیک کوانتوم درهم می‌آمیزد، روی می‌دهد. برای این نوع سیستم‌ها، ایده‌هایی از هرج‌ومرج کوانتومی وجود دارد، اما دقیقاً تشخیص اثر پروانه‌ای کوانتومی موضوعی در حال تحقیق است. در برخی موارد می‌توانیم یک ویژگی تجربی قابل‌ردیابی را شناسایی کنیم که انتظار می‌رود در اثر پروانه‌ای کلاسیک مکرراً دو برابر شود. اما اطلاعاتی از اینکه  که آیا این امر برای سیستم کلی هرج‌ومرج قابل  تعمیم و درک است یا نه در دسترس نیست.

آزمایش‌هایی که سعی در مطالعه فیزیک دارند نیز بسیار جالب هستند. آنها غالباً شامل مجموعه‌های ویژه‌ای از اتم‌ها و فوتون‌ها می‌شوند که بسیار قابل‌کنترل و جداشده از جهان خارجی طراحی و مهندسی‌شده‌اند.

بسیاری از آزمایشگران سعی در عقب و جلو بردن سیستم دینامیکی در زمان‌دارند، چیزی همانند جلو و عقب بردن  سریع یک فیلم. ایده اصلی این است که درصورتی‌که با سرعت به جلو برویم و بلافاصله به‌عقب برگردیم، به‌جایی که از آن شروع نمودیم برمی‌گردیم، اما اگر به‌سرعت جلو برویم و پیش از بازگشت به‌عقب یک تغییر کوچک ایجاد کنیم، در سیستم هرج‌ومرج به‌جایی بسیار متفاوت با جایی که شروع نمودیم برمی‌گردیم.

یک پدیده گیج‌کننده تر اثر پروانه کوانتومی است که در سیستم‌هایی که هرج‌ومرج که با دنیای خارق‌العاده فیزیک کوانتوم در هم می آمیزد، روی می‌دهد.

دیوید پینکوس

استاد، روانشناس بالینی دانشگاه چپمن، که نظریه آشوب و اثر پروانه را در رابطه با روانشناسی انسان مطالعه کرده است.

آیا این موضوع حقیقی است؟ بله و بعد سعی کنید  پاسخ این سؤال که حقیقت چیست را جستجو نمایید. این جایی است که سرگرمی شروع می‌شود. اثر پروانه برای اولین بار احتمالاً در دهه ۱۹۰۰ توسط پوینکاره کشف شد.وی در تلاش بود تا مسئله تقابل سه جرم سماوی را حل نماید. در صورتی که شما در فضا بین دو چیز تعامل گرانشی داشته باشید مدل‌سازی  آن نسبتاً ساده است: انها متقابلاً بر هم تأثیر می‌گذارند. اما زمانی که تعداد این اجرام  به سه عدد می‌رسد، مساله دیگر قابل‌حل نیست. در صورتی که سه توپ تنیس را به هم بچسبانید و  در رأس یک طناب بچرخانید، توپ تنیس پایینی به روشی آشفته حرکت خواهد نمود.

حرکت توپ تنیس پایین اثر پروانه‌ای را نشان می‌دهد – به این معنا که نه تنها این حرکت تصادفی نبوده بلکه قابل پیش‌بینی هم نیست، و درصورتی‌که در یک مقطع زمانی تغییر کوچکی ایجاد نمایید، یک تغییر کوچک، موقعیت توپ تنیس در نقطه آینده در زمان کاملاً متفاوت خواهد بود. یک مثال کاملاً واضح از کاربرد آن: هندسه فراکتال هست. فراکتال نوعی ساختار انشعاب است که به‌خودی‌خود در تمام نقاط طبیعت مانند درختان و نورون‌ها و غیره مشاهده می‌کنید.

الگوهای فراکتال

درصورتی‌که شما به سیستم‌هایی که نمایانگر اثر پروانه‌ای و هرج‌ومرج هستند نگاه کنید، تمامی آنها الگوهای فراکتال را تولید می‌نمایند –در صورتی که شما ۱۰۰۰۰ نقطه داشته باشید می‌توانید به عبارتی الگوهای فراکتال او چگونگی تغییر آنها  در طول زمان، و آنچه را که گذرگاه می‌نامید را می‌بینید. سیستم‌های پیچیده‌ای که در آن‌یک تن از اجزای مختلف  که همه به‌صورت پیچیده برای تولید یک خروجی منسجم باهم در تعامل‌اند، مانند رشد درختان و نورون‌ها و امواج در اقیانوس و یک میلیون چیز متفاوت در طبیعت دارند را مدنظر بگیرید، تمامی آنها تمایل  به ایجاد الگوهای فراکتالی دارند.

در همین ژانویه مقاله‌ای منتشر نمودم  که درآن ساختار شخصیتی را اندازه گرفته و یک ساختار فراکتالی پیدا کردم. به نظر می‌رسد شما با همان مقیاس می‌توانید شخصیتی را اندازه‌گیری نمایید و زمانی که افراد شخصیتی سالم‌تر و مقام‌تر داشته باشد شاخه –y بیشتر خواهد بود و ساختار سخت‌تر و کامل‌تر نمود می‌یابد. در آلمان یک همکار به نام گونتر شیتکک دارم و به نظرم زمانی که صحبت از تئوری آشوب و به‌طور خاص این تئوری در روانشناسی باشد او بیشتر از هرکسی دیگر بر روی تلاش برای یافتن اثر پراوانه از طریق یک فرایند روان‌درمانی تمرکز داشته است.

اثر پروانه ای از نظر علمی صحت دارد؟

نکته اصلی کار او ساخت یک مدل ریاضی است –تنها شخصی که من می‌شناسم- در طول روانشناسی  از تغییر شخصیت استفاده می‌کند، و زمانی که این مدل را عملی می‌نماید اثر پروانه‌ای ایجاد می‌نماید، به این معنا که تغییرات کوچک در روان‌درمانی بعداً منجر به نتایج بسیار متفاوتی شود.مدل‌ها وی این مفهوم که اثر پروانه‌ای ممکن است باگذشت زمان در فرایند تغییر بشر از اهمیت اساسی برخوردار باشد را اثبات نمودند. در واقع وی داده‌های ارباب‌رجوع را در طول زمان پیگیری کرده و این داده‌ها به خوبی با مدل‌های وی تطابق داشتند. بنابراین، اثر پروانه نه تنها ازنظر ریاضی، بلکه در بسیاری از زمینه‌های مختلف علمی وجود دارد و در زمینه تغییرات روانی و رشدی نیز صدق می‌نماید.

در صورتی که شما ۱۰۰۰۰ نقطه داشته باشید می‌توانید به عبارتی الگوهای فراکتال او چگونگی تغییر آنها در طول زمان، و آنچه را که گذرگاه می‌نامید را می‌بینید. سیستم‌های پیچیده‌ای که در آن‌ یک تن از اجزای مختلف  که همه به‌صورت پیچیده برای تولید یک خروجی منسجم باهم در تعامل‌ هستند، مانند رشد درختان و نورون‌ها و امواج در اقیانوس و یک میلیون چیز متفاوت در طبیعت دارند را مدنظر بگیرید، تمامی آنها تمایل به ایجاد الگوهای فراکتالی دارند.

داگلاس استنفورد

دانشیار، فیزیکدان انستیتوی فیزیک نظری استنفورد، که به مطالعه گرانش کوانتومی، نظریه میدان کوانتومی و نظریه رشته می‌پردازد.

اثر پروانه‌ای امری حقیقی است، اما تشخیص آن امری بسیار دشوار است. برای اینکه این مسئله قابل‌فهم شود می‌توان این آزمایش را با یک ماشین زمان تصور نمود. به گذشته برمی‌گردید و یک چیز خیلی کوچک مثلاً جای یک اتم را تغییر می‌دهید. سپس دوباره به زمان حال بازگردید، تقربیا همه‌چیز به‌نوعی تصادفی تغییریافته است.اساساً این طرح یک داستان کوتاه در سال ۱۹۵۲ به نام صدای تندباد بود. ری برد بری نویسنده  داستان حقوق زیادی به‌دست آورد. اما وی قدرت بارچینی زمان حال را دست‌کم گرفته بود.

یک قانون اصلی این است که چیزهایی که در مورد زمان حال که پیش‌بینی آن درگذشته ساده است قابل‌تغییر نیست. اما مواردی که به نظر می‌رسد پیش بینی‌اش دشوار است قابل‌تغییر می‌باشد.