„O przyczynach i skutkach” – felieton

Badania prowadzone przez naukowców mają (między innymi) ważny cel – poznanie otaczającego Wszechświata, praw nim rządzących i wykorzystanie tego dla dobra ludzkości. Już od czasu starożytnych filozofów panowało w świecie naukowym przekonanie, że cały Wszechświat jest w zupełności poznawalny. Czy rzeczywiście tak jest?

Pod koniec XVII wieku Isaac Newton opublikował dzieło, które przedstawiało generalnie dwa fundamentalne odkrycia: rachunek różniczkowy i prawa fizyki. Dzięki temu wydawało się ówczesnym uczonym, że będą w stanie precyzyjnie opisać otaczającą rzeczywistość. Nauka miała w końcu możliwości opisania z dużą dokładnością tego, co dzieje się z każdym obiektem we Wszechświecie, co się z nim działo w przeszłości, a nawet, że będzie możliwe przewidywanie jego przyszłości.

Intelektualny spadkobierca Newtona, francuski fizyk i matematyk Pierre-Simon de Laplace, żył w przekonaniu, że badacz, która jest wyposażony w rachunek różniczkowy i prawa fizyki może teoretycznie wiedzieć wszystko. Takie tezy głosił w swojej książce zatytułowanej Theorie analytique des probabilites, opublikowanej w 1814 roku. Taki idealistyczny obraz rzeczywistości obowiązywał aż do XX wieku.

Koncepcja świata deterministycznego została zburzona przez Edwarda Lorenza, który był przekonany (błędnie!), że pogoda (podobnie jak Wszechświat) jest mocno skomplikowana, ale przewidywalna. Wierzył głęboko, że uda mu się dokonać przełomu w prognozowaniu pogody: tak opisać zjawiska atmosferyczne, aby można było przewidzieć pogodę z nieograniczoną trafnością na dowolnie odległą przyszłość. W 1961 roku był o krok od sukcesu. Udało mu się uprościć program komputerowy, który był przeznaczony do symulacji pogodowych do zaledwie dwunastu równań. Za pomocą tych równań można było tworzyć prognozy.

Ale pewnego razu Lorenz w porze lunchu zatrzymał komputer, a gdy wrócił postanowił go jeszcze raz uruchomić aby sprawdzić ostatnie wyniki. Jednak wyniki, które zobaczył były zupełnie inne, niż te otrzymane przed lunchem! Początkowo sądził, że to awaria komputera, ale ten działał poprawnie. Przyczyną zdumiewającej zmiany prognozy były wartości początkowe, od których Lorenz wystartował obliczenia. Nie chciało mu się ich wpisywać dokładnie, z podaniem wielu cyfr po przecinku, tylko wpisał do komputera wartości zaokrąglone, czyli nieznacznie zmienione w stosunku do tych, jakich użył poprzednio. Okazało się jednak, że wystarczyło odrobinę zmienić punkt startu – a przebieg modelowanego zjawiska zmieniał się dramatycznie!

Lorenz długo badał odkryte zjawisko i zbudował na jego temat jedną z ważniejszych teorii matematycznych – teorię chaosu. Wniosek z tej teorii nasuwał się tylko jeden: Wszechświat wcale nie zachowuje się w sposób przewidywalny!
W 1972 roku na konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Postępu Naukowego w Waszyngtonie Lorenz wygłosił referat pt. „Przewidywalność: czy machnięcie skrzydeł motyla w Brazylii wywołuje tornado w Teksasie?” Ten „efekt motyla” stał się sławny na cały świat!

Lorenz pokazał, że najmniejsze zakłócenie może wywołać katastrofę. Tym samym chaos został przypisany formalnie otaczającej rzeczywistości. Od tego momentu wielu naukowców zaczęło dołączać do badań teorii opisanej przez Lorenza, do teorii chaosu.

Teoria chaosu jako relatywnie nowa dziedzina badań naukowych stawia przed nami znacznie więcej pytań, niż podaje odpowiedzi. Na przykład dlaczego Wszechświat jest taki? Czy to przypadek, czy też ma to swój cel? Zapewne tego typu pytania nigdy by się nie pojawiły, gdyby nie badania Lorenza.

Nie pojawiło by się także pytanie, jak się ma teoria chaosu do życia codziennego każdego człowieka?

Otóż teoria chaosu wyjaśnia, dlaczego czasem błahe wydarzenie może wywrócić całe nasze życie. Chaos może przerażać, może ekscytować, zazwyczaj nie daje się wytłumaczyć, ale właśnie jego szaleństwu zawdzięczamy to, że życie otwiera przed nami ciągle nowe wyzwania i nowe możliwości.

Skrócona wersja powyższego felietonu autorstwa prof. Ryszarda Tadeusiewicza została opublikowana w „Dzienniku Polskim” oraz „Gazecie Krakowskiej” 26.4.2024 r.

Wykaz wszystkich publikacji popularnonaukowych prof. Tadeusiewicza wraz z odnośnikami do ich pełnych wersji