Edward Lorenz (1917-2008) gjorde op med gamle teorier i naturvidenskaben.

© EMuseum

Nidkær meteorolog blev verdensberømt kaos-teoretiker

For mere end 50 år siden skrev en ukendt meteorolog om sin nye teori. Lorenz' “sommerfugle-effekt” blev begyndelsen på en videnskabelig revolution.

2. marts 2018 af Rasmus Dahlberg

Navnet Edward Lorenz var kun kendt af få, da han i marts 1963 offentliggjorde en artikel i tidsskriftet Journal of the Atmospheric Sciences. 

Overskriften tiltrak heller ikke den store opmærksomhed: “Deterministic Nonperiodic Flow”, hed den.

Men på sin afdæmpede facon var den ukendte meteorolog i færd med at åbne døren til en ny videnskabelig verden. 

Med det, der skulle blive kendt som sommerfugleeffekten, kunne det tilfældige endelig forklares: jordskælv, skovbrande, epileptiske anfald, tornadoer.

Lorenz' beskedne drøm var egentlig bare at forudsige vejret præcist. En simpel sag ifølge de anerkendte teorier, men umuligt i praksis.

Klik på tegningen og følg med i Edward Lorenzs teori

Naturen var et urværk

Lorenz' speciale var vejrprognoser, og det havde længe irriteret ham, at hans spådomme altid var upræcise. 

Ifølge den klassiske videnskab, som Isaac Newton havde defineret tilbage i 1687, var naturen ellers helt regelmæssig. Hvis blot videnskabsmanden kendte alle detaljerne, var det ingen sag at forudse udviklingen.

“Vi kan betragte universets tilstand som en virkning af fortiden og årsagen til fremtiden. For et væsen, som til en given tid kender samtlige naturkræfter og alle naturelementernes position, er intet ukendt, og for dette væsen vil såvel fremtiden som fortiden være åbenlys”. 

Sådan skrev matematikeren Pierre Simon de Laplace i 1814. Hans alvidende væsen blev kendt som “Laplaces dæmon”, og det levede i bedste velgående blandt videnskabsfolk 150 år senere.

Generationer af forskere lærte, at de ikke behøvede at bekymre sig om detaljer. Når naturen udviklede sig ad en lige linje, gav små unøjagtigheder i deres undersøgelsers udgangspunkt også kun små udsving i resultatet.

Sådan så den videnskabelige virkelighed ud, da Lorenz en vinterdag i 1961 puslede med et eksperiment på Bostons tekniske universitet MIT.

Rutineforsøg blev til en revolution

Lorenz foretog denne dag en serie meteorologiske testkørsler på en Royal McBee-datamat. Denne klodsede forfader til computeren var Lorenz' svar på “Laplaces dæmon”.

Han havde fodret maskinen med 12 variabler, der har betydning for udvikling i vejrsystemer: lufttryk, vindretning, temperatur osv. Nu skulle datamaten bare regne, og så ville de perfekte vejrprognoser sprøjte ud.

I løbet af dagen fik Lorenz brug for at gentage sidste del af en gennemkørsel. Han fandt printet af det første forsøg, bladrede frem til tallene midtvejs i beregningen og tastede dem ind i datamaten. Så satte han kørslen i gang og gik efter kaffe. Da Lorenz kom tilbage, fik han sig en overraskelse.

Meteorologen så, at grafen for den anden kørsel var helt anderledes end den første. Linjerne begyndte samme sted, men derefter udviklede de sig forskelligt.

Lorenz forstod det ikke. Først undersøgte han, om datamaten var i stykker. Men så gik det op for ham, at tallene gav forskellen. 

Datamaten regnede med seks decimalers nøjagtighed, men kun de tre første kom med på printet og var blevet brugt i den nye kørsel.

Ifølge klassisk fysik betød afrundingen ikke noget: En lille upræcished i udgangspunktet burde kun give et lille udsving i resultatet. Men papiret i Lorenz' hænder sagde noget andet.

En stor teori fødtes

Lorenz indså, at han var på vej ind på et videnskabeligt spor, hvor Newton ikke havde været. Hans drøm om at spå om vejret langt ud i fremtiden var dødfødt. 

For uanset hvor mange data han fyldte på sin model, ville små usikkerheder få stadig større betydning, jo længere beregningerne skred frem.

I 1963 var Lorenz parat til at dele sin erkendelse gennem Journal of the Atmospheric Sciences. Han beskrev såkaldte dynamiske systemer, hvor naturen ikke gik som et urværk. 

I stedet bevægede den sig i avancerede mønstre under påvirkning af mange faktorer.

Artiklen var kontroversiel – men den blev modtaget med komplet tavshed. For hans matematiske beviser var for indviklede til, at de fleste af Lorenz' meteorologkolleger kunne følge med.

Der gik år, før hans budskab begyndte at trænge igennem. Men gradvist bredte interessen sig, og invitationer til at tale ved konferencer strømmede ind.

Andre videnskabsgrene fik også øje på Lorenz' ideer. Seismologer forstod, at de aldrig ville blive i stand til at forudsige jordskælv præcist. 

Den erkendelse blev hjulpet på vej af tilfælde, som da en amerikansk forsker i 1976 varslede jordskælv i havet ud for Peru i 1981-82. Et hold af videnskabsmænd måtte sendes til Sydamerika for at mane frygten i jorden og afværge en diplomatisk krise.

Til gengæld kunne Lorenz' modeller bruges til at finde et mønster i tilsyneladende helt tilfældige hændelser som anfaldene hos epilepsipatienter.

Udforskning af dynamiske systemer blev et forskningsområde i sig selv og fik navnet “kaosteori”. Det regnes i dag for ét af 1900-tallets tre store naturvidenskabelige gennembrud.

De to andre er kvanteme­kanik og relativitetsteorien, og dermed har Lorenz vundet en plads ved siden af stjerner som Niels Bohr og Albert Einstein. Han døde i 2008.

Læs mere

James Gleick: Chaos – Making a New Science, Penguin, 1987. Robert L. Devaney: Introduction to Chaotic Dynamical Systems, Westview Press, 2003. Ben Dupré: 50 Big Ideas You Really Need to Know, Quercus, 2009.

Måske er du interesseret i...

Læs også