Vai Tauriņš Brazīlijā Var Izraisīt Torņado Teksasā?

{h1}

Tauriņa efektu laika apstākļu un finanšu prognozētāji jau sen izmanto kā attaisnojumu tam, kāpēc viņi nevar veikt precīzas nākotnes prognozes. Bet pētījumi rāda, ka tauriņi plivina spārnus tiešām nevar ietekmēt vēstures gaitu.

Tas ir poētiski, jo priekšstats, ka tauriņa spārna atloks Brazīlijā var radīt atmosfēras notikumu kaskādi, kas nedēļas vēlāk veicina viesuļvētra veidošanos Teksasā. Šis tā saucamais "tauriņa efekts" tiek izmantots, lai izskaidrotu, kāpēc haotiskās sistēmas, piemēram, laika apstākļus, nevar paredzēt vairāk kā dažas dienas iepriekš. Nevar zināt visus mazos atmosfēras ietekmējošos faktorus - katru tauriņa plandīšanos Brazīlijā - tāpēc nav lielas cerības paredzēt precīzu laiku un vietu, kad vētra piemeklēs nedēļas vēlāk.

Tauriņa efekts ir vēl patīkamāks, jo datora modelis, kas noveda pie tā atklāšanas, atgādina tauriņu. Sešdesmitajos gados matemātiķis Edvards Lorenss izveidoja modeli, ko sauca par dīvainu pievilcēju; tā ir līnija, kas pārmaiņus spirālējas ap diviem blakus esošiem ovāliem, izkārtojot haotisko risinājumu savstarpēji saistītu vienādojumu kopumam. Lorenss atklāja, ka atraktora forma ir ārkārtīgi jutīga pret sākotnējiem apstākļiem. Pārvietojot tā sākuma punktu tikai ar spārna mērogu jebkurā virzienā, līnija uzzīmēja pavisam citu tauriņu.

Dīvainā pievilcēja lika zinātniekiem secināt, ka daudzām reālās pasaules sistēmām - akciju tirgum, Teksasas tornado sezonai - ir jābūt līdzīgi neparedzamai, un tauriņa efekts kopš tā laika joprojām tiek izmantots kā haosa skaidrojums. Tomēr tas ir par spīti faktam, ka tas patiesībā ir nepatiess: tauriņš Brazīlijā var plandīt tik smagi, cik patīk, bet tas joprojām nespēj saputot viesuļvētru Teksasā.

"Ja tauriņš aizsit spārnus, efekts patiešām tiek slāpēts," matemātiķis un rakstnieks Deivids Orrels stāstīja Life's Little Mysteries.

Triviāla plivināšana

Katrs tauriņa spārnu atloks izdara spiedienu uz apkārtējām gaisa molekulām, lai kukaiņu virzītu augšup. Katrs atloks izraisa niecīgas gaisa spiediena izmaiņas ap tauriņu, taču šīs svārstības ir nenozīmīgas salīdzinājumā ar kopējo gaisa spiedienu, kas ir aptuveni 100 000 reizes lielāks. Gaisa spiediena izmaiņas ir viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē laika apstākļu maiņu, bet tauriņa gadījumā gaisa molekulas viegli absorbē spārna atloka triecienu tā, ka dažu collu attālumā no tauriņa, turbulences, ko tas rada būs nomiris. [Izskaidrots: kamenes fizisko spēju nomācošais lidojums]

Orrels, kuram ir doktora grāds nelineāru sistēmu prognozēšanā no Oksfordas universitātes, raksta par prognozēšanas veidošanu tādās jomās kā meteoroloģija, bioloģija un ekonomika gan zinātnes, gan vietējām auditorijām. Viņa vislabāk pārdotajā grāmatā "Visa nākotne: prognozēšanas zinātne" (Thunder's Mouth Press, 2006) aprakstītas meteorologu ārkārtējās grūtības, prognozējot laika apstākļus, kas ir tik jutīgi pret atmosfēras apstākļu izmaiņām kā spiediens un temperatūra, ka tas nevar precīzi jāprognozē vairāk nekā dažas dienas iepriekš. Temperatūras novērtējums, kas tiek veikts tikai par daļu no Celsija grāda, vēlāk rada kļūdu kaskādi, padarot prognozes, kas īpaši izaicina vairāk nekā dažas dienas, bet mazāk nekā dažas nedēļas.

Tomēr "izmaiņas, kas rada pārmaiņas, ir daudz lielākas nekā tauriņš, kas slaucīt spārnus", sacīja Orrels.

"Es uzskatu, ka matemātiski Lorenca piesaistītājs bija ļoti svarīgs atklājums," viņš teica. "Bet tad tas tika pārņemts kā mazliet attaisnojums. Cilvēki sāka piemērot haosa teoriju daudzām sistēmām un teica:" Nu, šis īpašums ir jutīgs pret sākotnējiem apstākļiem, tāpēc mēs nevaram izdarīt precīzas prognozes. " "

Faktiski, pēc Orrell teiktā, tikai ļoti vienkāršotos haosa modeļos, piemēram, dīvainajā atraktorā, mikroskopiskām izmaiņām ir milzīgas sekas, kas saasinās un galu galā izraisa atraktoru novirzīties no ceļa, kuru tas citādi būtu gājis. Sarežģītāki datoru modeļi, piemēram, tie, kurus izmanto meteorologi, ir daudz izturīgāki. Kā 2001. gadā nodemonstrēja Orrels un vairāku citu matemātiķu komanda, tauriņu plīvošanas mēroga traucējumu ievadīšana šajos laika modeļos neizraisa modeļu iznākumu. Ja citi faktori laikapstākļu sistēmā, piemēram, silta Atlantijas okeāna temperatūra, augsts mitrums un rietumu vēji ar nelielu vēja nobīdi, apvieno spēkus, lai veicinātu viesuļvētras veidošanos, tad spārna atloks vai tā trūkums neapstāsies viņiem.

Un idejai, ka spārna atlokam patiešām varētu būt eksponenciāli pieaugoša ietekme, katrā ziņā nav lielas fiziskas nozīmes, sacīja Orrels. "Ja jūs iedomājaties modelēt gaisa tilpumu un pēc tam to izjaukt ar tauriņa spārna atloku, jūs negaidīsit, ka no otra gala iznāk eksponenciāli lielāks vilnis." Turbulences modelēšana, izmantojot šūnu automātus, matemātiķa Stefana Volframa izstrādātā metode, kas izskaidrota slavenajā grāmatā “Jauna veida zinātne” (Wolfram Media, 2002), arī parāda, ka spārna enerģija izkliedēsies, nevis veidosies. Īsāk sakot, tauriņi nespēj sacelt vētras. [5 nopietni matemātikas fakti]

Kāda ir prognoze?

Ja tauriņa efekts nav īsts, kāpēc tad mēs, cilvēki, nevaram precīzi paredzēt laika apstākļus vairāk nekā dažas dienas iepriekš?

Izrādās, ka atbilde uz šo jautājumu ir pretrunīga. Balstoties uz viņa pētījumu, Orrels uzskata, ka kļūdas pašos datoru modeļos - piemēram, atmosfēras spiediena un mitruma mijiedarbības pārāk vienkāršošana - ietekmē laika apstākļu sistēmu rezultātus daudz dramatiskāk nekā mazas perturbācijas. Viņš uzskata, ka meteorologiem vajadzētu strādāt, lai pilnveidotu savus atmosfēras modeļus, nevis haosa dēļ vajadzētu pacelt rokas uz augšu. "Es uzskatu, ka modeļa kļūda, visticamāk, ir iemesls mūsu nespējai veikt laika prognozi nekā haoss," sacīja Orrels.

Citi zinātnieki tam nepiekrīt. Pols Rībers, Viskonsinas un Milvoki universitātes matemātiķis un meteorologs, apgalvo, ka, lai arī tauriņu mēroga haoss neietekmē laika apstākļu prognozēšanas panākumus, lielākiem traucējumiem tomēr ir būtiska loma.

"Es piekrītu [Orrell], ka tauriņu mēroga efekti mazinātos, bet ietekmes, kas no laika apstākļu viedokļa joprojām ir maza mēroga, piemēram, atsevišķi mākoņi - šīm sekām ir daudz lielāka iespējamība pieaugt un tās ir nozīmīgas," - Roebber teica. "Tātad tauriņi: labi. Bet atsevišķi mākoņi: tie var ļoti dramatiski ietekmēt prognozi pēc piecām līdz 10 dienām, un, kamēr mēs tos neatrisināsim, mūsu modeļu uzlabojumi mūsu prognozes daudz neuzlabos."

Tims Palmers, Oksfordas profesors un Eiropas Vidēja diapazona laika prognožu centra galvenais zinātnieks, paskaidroja, ka mūsu spējas novērot atmosfēras apstākļus (piemēram, visu mākoņu atrašanās vietas) ierobežojumi, izmantojot laikapstākļu balonus, virsmas un satelīta mērījumus, nozīmē, ka mēs nekad nevarēsim ievadīt precīzi pareizos sākotnējos apstākļus mūsu datoru modeļos. Tas ne vienmēr ir darītājs, bet dažreiz tas ir: "Kad plūsma ir īpaši nestabila, sākotnējos apstākļos kļūdas var strauji pieaugt un dažās dienās iznīcināt prognozes kvalitāti. Citos gadījumos kļūdas sākotnējos apstākļos apstākļi augs lēnāk, un prognoze būs izveicīga nedēļu vai ilgāk uz priekšu, "Palmers rakstīja e-pastā.

Pēc Rēbera teiktā, atmosfēras konvekcija - gaisa sildīšana un celšanās - ir lielisks piemērs stāvoklim, kuru var kļūdaini izmērīt un kas pēc tam var izraisīt liela mēroga laika apstākļu izmaiņas. Piemēram, konvekcija virs Meksikas līča ASV dienvidaustrumos dažreiz izraisa pērkona negaisu, kas pēc tam ziemeļrietumos izsauc sniega vētru. [Vai visi savvaļas laika apstākļi ir saistīti?]

"Man atmosfēras konvekcijas loma liela mēroga laika apstākļu ietekmē un tam sekojošā atmosfēras prognozējamība daudz vairāk saka gan par modeļa kļūdu, gan analīzes kļūdu nozīmi, nevis par hipotētisko tautu scenāriju populārā iztēlē," viņš sacīja.

Šo stāstu sniedza Life's Little Mysteries, vietne WordsSideKick.com. Izpildiet Natāliju Volčoveru vietnē Twitter @nattyover. Izpildiet Life's Little Mysteries vietnē Twitter @llmysteries, pēc tam pievienojieties mums Facebook.


Video Papildinājums: .




Pētniecība


Jaunais Normāls: Milzīgs
Jaunais Normāls: Milzīgs

Kā Darbojas Kill Watt
Kā Darbojas Kill Watt

Zinātne Ziņas


Kā Darbojas Naftas Tankkuģi
Kā Darbojas Naftas Tankkuģi

Colo, Pasaules Vecākā Gorilla, Aprit 60 Gadi (Fotoattēli)
Colo, Pasaules Vecākā Gorilla, Aprit 60 Gadi (Fotoattēli)

Alfa Kentauru Planēta, Kas Patiesi Ir Sveša Daudziem Zemes Dzīvniekiem
Alfa Kentauru Planēta, Kas Patiesi Ir Sveša Daudziem Zemes Dzīvniekiem

Sarežģītā Spārnu Galerija: Seno Kožu Krāsa
Sarežģītā Spārnu Galerija: Seno Kožu Krāsa

Sentluisas Tornado Ir Gada Stiprākā
Sentluisas Tornado Ir Gada Stiprākā


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com