Погружение в теорию хаоса – непредсказуемость и эффект бабочки

Кто из нас не мечтал о путешествиях во времени? Например, о путешествии в прошлое – чтобы спасти кого-то от фатальной ошибки, собрать доказательства нераскрытых преступлений и увидеть наконец, как жили наши далекие предки в африканской саванне. Эта тема настолько популярна, что в Голливуде от нее откажется разве что ленивый. Исследователи, однако, утверждают, что мир не ведет себя аккуратно и упорядоченно. Если бы это было так, идентичные события всегда приводили бы к одним и тем же моделям «побочных эффектов», а будущее было бы полностью предсказуемым и даже предрешенным. К счастью, теория хаоса утверждает обратное и полная случайность – тоже не про нас. Мы существуем где-то посередине, в мире, который часто кажется случайным, но на самом деле подчиняется определенным правилам и законам. Согласно теории хаоса малейшие изменения могут привести к радикальным последствиям в будущем – в другом месте и в другое время.

Можно ли отправиться в прошлое, изменить его и вернуться обратно?

Теория хаоса

В 1970-х годах американский математик и метеоролог Эдвард Лоренц не только открыл хаос (что было событием случайным) но также определил его ключевой механизм, отметив странное свойство – повторение (построение траектории с течением времени) любых двух близлежащих точек приводит к их разделению.

По сути, хаос – это наука о неожиданностях, о нелинейности и непредсказуемости. В то время как большинство научных областей имеют дело с предположительно предсказуемыми явлениями, такими как гравитация, электричество или химические реакции, теория хаоса являет собой фактическую невозможность предсказания или контроля, например турбулентности, погоды, экономики, состояния мозга и так далее.

Наш мир устроен бесконечно сложно

Эти явления часто описываются с помощью фрактальной математики, которая отражает бесконечную сложность природы. Многие природные объекты обладают фрактальными свойствами, включая облака, деревья и реки, однако многие системы, в которых мы живем, демонстрируют сложное, хаотичное поведение.

Принципы хаоса

Один из принципов хаоса предложенных Лоренцом – тот самый эффект бабочки. Если бабочка хлопает крыльями в России, это, возможно, приведет к урагану где-то в Нью-Мексико. Согласна, звучит как полная бессмыслица, но эта связь реальна. Если бы бабочка не взмахнула крыльями в нужной точке пространства/времени, урагана бы не произошло.

Еще один принцип заключается в том, что небольшие изменения в начальных условиях приводят к резкому изменению результатов. В конце-концов наша жизнь является постоянной демонстрацией этого принципа. Кто знает, каковы будут долгосрочные последствия обучения миллионов детей хаосу и фракталам?

На микроуровне все происходит иначе

Важно понимать, что закономерности внутри хаоса скрыты, так как они очень чувствительны к любым, даже самым крошечным изменениям. Это означает, что похожие, но не идентичные ситуации могут привести к совершенно разным результатам. Другой способ при этом гласит: в хаотичном мире последствия могут быть совершенно несоразмерны их причинам. И хотя правила детерминированы, будущее непредсказуемо в долгосрочной перспективе.

Поскольку хаос настолько чувствителен к небольшим изменениям, существует почти бесконечное количество способов, следующих правилам, и нам необходимо знать невероятное количество подробностей о настоящем и прошлом, чтобы точно определить, как будет развиваться мир.

Теория хаоса утверждает, что небольшие изменения могут привести к последствиям. Но одной из центральных концепций теории является невозможность точного предсказания состояния системы.

Фрактал, с математической точки зрения, это, прежде всего, множество с дробной, промежуточной, «не целой» размерностью.

Точно так же мы не можем перепроектировать некоторую часть информации о прошлом, просто зная текущие и даже будущие ситуации. При этом путешествие во времени не помогает восстановить прошлую информацию, так как даже при движении назад во времени хаотическая система все еще в игре и приводит к непредсказуемым последствиям.

И хотя эффект бабочки является классической поэтической метафорой, иллюстрирующей теорию хаоса, хаотическая динамика также проявляется в реальном контексте, включая рост популяции тигров и вращение лун Плутона. Чудеса.

Существует ли эффект бабочки?

Итак, поскольку мы не можем знать все начальные условия сложной системы в достаточной (т.е. совершенной) детализации, надеяться предсказать конечную судьбу этой самой системы мы тоже не сможем. Однако результаты исследования в области квантовой физики, проведенное Лос-Аламосской Национальной лаборатории, показали, что так называемый эффект бабочки можно преодолеть в квантовой сфере, чтобы «расшифровать» потерянную информацию, по существу обратив время вспять.

Безусловно, эффект бабочки» отлично «смотрится» в теориях о путешествиях во времени, однако результаты исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, показали, что никаких доказательств эффекта бабочки в квантовой механике не существует.

Законы квантового мира очень сильно отличаются от тех, что мы можем непосредственно наблюдать

Как пишут авторы научной работы, мысленный эксперимент по «расшифровке» информации с помощью операций, обращающих время вспять, «как ожидается, приведет к тому же эффекту бабочки, что и в знаменитом рассказе Рэя Брэдбери «И грянул гром» – путешественник во времени наступает на насекомое в далеком прошлом, но вернувшись назад понимает, что мир полностью изменился.

Но как выяснили исследователи квантовая система может эффективно исцелять и даже восстанавливать информацию, которая была зашифрована в прошлом – и для этого не нужен хаос и эффект бабочки. С помощью компьютерного моделирования авторы исследования обнаружили, что во время путешествий во времени мир остается прежним, а это значит, что в квантовой механике эффекта бабочки не существует.

Термин «эффект бабочки» появился в 1972 году

Источник