yannidakis@gmail.com

Παρασκευή, 5 Δεκεμβρίου 2014

ΕΦAPΜΟΖΟΝΤΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΥ ~ το φαινόμενο της πεταλούδας

πως οι εφαρμογές της επιστήμης & της τεχνολογίας επιδρούν στην κοινωνία του σήμερα

χαιρετώ τα science nerds του +yannidakis 
Πάλι έπεσε έξω στις προβλέψεις της η ΕΜΥ; Μήπως ο δείκτης τιμών του χρηματιστηρίου έπεσε και έχασες τα λεφτά σου; Ο γείτονας σου έχει τα νεύρα του σήμερα;

Παρά το γεγονός ότι αυτά τα φαινόμενα μοιάζουν εντελώς ξένα μεταξύ τους, τελικά έχουν κάποια κοινά στοιχεία. Είναι φαινόμενα που δεν μπορούν να προβλεφθούν πλην ελαχίστων εξαιρέσεων, και που παρά τις όποιες προσπάθειες μας γνωρίζουμε τις επιδράσεις τους πολύ καλύτερα από τις αιτίες που τα προκαλούν. Γιατί όμως η επιστήμη δεν μπορεί να εξηγήσει τα γεγονότα της καθημερινής ζωής;

Η αστρολογία αποτέλεσε την πρώτη προσπάθεια για τη δημιουργία μιας επιστήμης με "πολύπλοκη συμπεριφορά". Στη βάση της η αστρολογία δεν είναι μη επιστημονική, απλά δεν είναι αληθής. Όπως η μετεωρολογία, τα οικονομικά και η ψυχολογία, διέπεται από μη γραμμικές αρχές και μοντέλα, με αποτέλεσμα οι προβλέψεις της να απέχουν πολύ από την πραγματικότητα.

Όλα άρχισαν να αλλάζουν το 1960, όταν ο μετεωρολόγος Edward Lorenz δημιούργησε μια
Edward Norton Lorenz
προσομοίωση καιρικού κλίματος σε έναν υπολογιστή. Ο Lorenz χρησιμοποιώντας πλήθος εξισώσεων εισήγαγε στον υπολογιστή τους διάφορους αριθμούς προς επεξεργασία. Αυτοί οι αριθμοί αντιστοιχούσαν σε διάφορες μεταβλητές όπως η θερμοκρασία, η κατεύθυνση των ανέμων, η ταχύτητα κλπ.. Το αποτέλεσμα της επεξεργασίας αυτών των μεταβλητών ήταν μια εκτύπωση με ακόμη μεγαλύτερο πλήθος αριθμών. Η εκτύπωση αυτή εμφάνιζε κάτι αξιοσημείωτο: οι άνεμοι συνεχώς -αλλά απρόβλεπτα- άλλαζαν κατεύθυνση.
Ο Lorenz θέλοντας να εξηγήσει τα αίτια αυτής της συνεχούς μεταβολής, παρατήρησε από την αρχή
κάθε βήμα του πειράματος του ανακαλύπτοντας ότι απειροελάχιστες διακυμάνσεις στις αρχικές τιμές των μεταβλητών που είχε εισάγει στον υπολογιστή είχαν σαν απόρροια την εξαγωγή αποτελεσμάτων με σημαντικές διαφορές μεταξύ τους. Αυτή η παρατήρηση πήρε την επίσημη ονομασία ως η Θεωρία του Χάους.

Πιο συγκεκριμένα, η Θεωρία του Χάους είναι ένας τομέας στα μαθηματικά, με διάφορες εφαρμογές
Το φαινόμενο της πεταλούδας
σε κλάδους επιστημών όπως η φυσική, η μηχανολογία, τα οικονομικά και η βιολογία. Η θεωρία του Χάους μελετά τη συμπεριφορά ορισμένων μη γραμμικών δυναμικών συστημάτων, που είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στις αρχικές συνθήκες, ένα αποτέλεσμα το οποίο ευρέως αναφέρεται ως το φαινόμενο της πεταλούδας. Μικρές διαφορές στις αρχικές συνθήκες (όπως αυτές που οφείλονται σε σφάλματα στρογγυλοποίησης σε αριθμητικούς υπολογισμούς) αποδίδουν πολύ διαφορετικά αποτελέσματα για τα δυναμικά συστήματα, καθιστώντας τη μακροπρόθεσμη πρόβλεψη αδύνατη σε γενικές γραμμές. Αυτό συμβαίνει παρ' όλο που αυτά τα συστήματα είναι αιτιοκρατικά ("ντετερμινιστικά"), πράγμα που σημαίνει ότι η μελλοντική συμπεριφορά τους καθορίζεται πλήρως από τις αρχικές συνθήκες τους, χωρίς να εμπλέκονται τυχαίες παράμετροι. Με άλλα λόγια, η ντετερμινιστική φύση αυτών των συστημάτων δεν τα κάνει προβλέψιμα. Αυτή η συμπεριφορά είναι γνωστή ως ντετερμινιστικό χάος, ή απλά χάος. Αυτό συνοψίζεται από τον Έντουαρντ Λόρεντζ ως εξής: Χάος: Όταν το παρόν καθορίζει το μέλλον, αλλά η προσέγγιση του παρόντος δεν προσδιορίζει κατά προσέγγιση το μέλλον.


Με λίγο πιο απλά λόγια, η Θεωρία του Χάους περιγράφει τη δυναμική σχέση μεταξύ μικρών και μεγάλων φαινομένων. Επιστήμες όπως η μετεωρολογία, τα οικονομικά και η ψυχολογία βασίστηκαν στην αρχή ότι πολύ μικρές αλλαγές δεν έχουν καμία ουσιαστική επίδραση στο τελικό αποτέλεσμα. Ενδεικτικό αυτής της αντίληψης είναι το γεγονός ότι κατά την απόδειξη των θεωριών τους πολλές φορές λαμβάνεται ο μέσος όρος των αποτελεσμάτων τους, αγνοώντας ή παραβλέποντας, εκούσια ή όχι, τη μεγάλη απόκλιση από το πραγματικό αποτέλεσμα. Βέβαια, παρά το γεγονός ότι η τεχνική του μέσου όρου λειτουργεί εξαιρετικά για κάποιες επιστήμες, οι μετεωρολόγοι και οι οικονομολόγοι δεν έχουν βρει ακόμα τη χρυσή τομή. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '50, οι επιστήμονες και οι ειδικοί ήταν απόλυτα πεπεισμένοι ότι τα υπολογιστικά συστήματα θα μπορούσαν πολύ εύκολα και με μεγάλη ακρίβεια  να προβλέψουν τις καιρικές μεταβολές που θα προκαλούσαν βροχή, χιόνι, ξηρασία κλπ.. Σήμερα, μετά από τόσες δεκαετίες, μόλις και μετά βίας μπορούμε να προβλέψουμε με κάποια σχετική ακρίβεια τον καιρό της εβδομάδας. Ζούμε δηλαδή ακόμα ουσιαστικά σε ένα χάος.

Όπως διαπίστωσε ο Lorenz, το πρόβλημα με την πρόβλεψη του καιρού αλλά και με άλλων παρόμοιων φαινομένων είναι δισυπόστατο. Αρχικά γιατί οποιαδήποτε μεταβολή του συστήματος ή ανακριβείς μετρήσεις, όσο μικρές κι αν είναι, δημιουργούν διαφορετικά πρότυπα συμπεριφοράς. Έπειτα, τα συστήματα προς εξέταση είναι μη γραμμικά που σημαίνει ότι δεν μπορούν να περιγραφούν από απλές μαθηματικές εξισώσεις.

Πολύ συχνά  γύρω από τη Θεωρία του Χάους δημιουργούνται λανθασμένες εντυπώσεις. Επικρατεί η άποψη πως η Θεωρία του Χάους έχει σχέση με την αταξία του  συστήματος. Στην πραγματικότητα όμως η Θεωρία του Χάους πραγματεύεται την τάξη και συγκεκριμένα τη βαθύτερη έννοια της τάξης.
Βασική θεωρία του "φαινομένου της πεταλούδας" αποτελεί το ότι ακόμα και οι πιο μικρές αλλαγές μπορούν να επιφέρουν σημαντικές μεταβολές στην λειτουργία του συστήματος. Ωστόσο. μία από τις θεμελιώδεις αρχές της Θεωρίας του Χάους τονίζει πως αν και είναι αδύνατο να προβλεφθεί με απόλυτη ακρίβεια η τελική κατάσταση του συστήματος, παρόλα αυτά είναι πολύ εύκολο να προβλεφθεί η γενική συμπεριφορά του συστήματος αυτού. Έτσι η συγκεκριμένη θεωρία δεν έχει ως επίκεντρο την εσωτερική αταξία του συστήματος κατά τη φάση μεταβολής του, αλλά εστιάζει στην τάξη που χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά του συστήματος και κατά συνέπεια τη συμπεριφορά άλλων παρόμοιων συστημάτων.

Η Θεωρία του Χάους αποτελεί μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση των όσων συμβαίνουν γύρω μας, συγκρινόμενη πάντα με τις κλασσικές αρχές που διέπουν της επιστήμες από την εποχή του Νεύτωνα. Το ψάξιμο για μαθηματικές εξισώσεις που περιγράφουν ένα σύστημα έχει λάβει τέλος και πλέον γίνεται λόγος για δυναμικά συστήματα που έχουν συμπεριφορά, η φύση της οποίας μοιάζει με αυτή των μαθηματικών εξισώσεων!

Βέβαια, η Θεωρία του Χάους έχει εφαρμογές και στην καθημερινή ζωή. Χρησιμοποιώντας λοιπόν τις τεχνικές της, οι επιστήμονες κατόρθωσαν να αναπαραστήσουν και να μελετήσουν βιολογικά συστήματα διαφόρων ειδών, τα οποία όπως είναι γνωστό αποτελούν τα πιο χαοτικά συστήματα που δημιούργησε η φύση. Οι επιστήμονες δηλαδή μπόρεσαν να προβλέψουν και να αναπαραστήσουν -σε συνθήκες βέβαια εργαστηρίου- επικίνδυνες επιδημικές εξαπλώσεις ιών.

Από τη στιγμή που οποιοδήποτε χαοτικό σύστημα μπορούσε να αναπαρασταθεί και να μελετηθεί μέσω της Θεωρίας του Χάους, δεν θα μπορούσε να παραληφθεί το χρηματιστήριο. Πλέον οι τάσεις της χρηματιστηριακής αγοράς μπορούν να αναλυθούν και να μελετηθούν πολύ πιο πιστά από τις μαθηματικές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται μέχρι τώρα.

Άλλο ένα σύστημα που βασίζεται στη Θεωρία του Χάους είναι τα fractals, δηλαδή αυτά τα παράξενα
Fractal
γραφικά με τα χιλιάδες χρώματα που αλλάζουν σχήμα συνεχώς. Παρά το γεγονός ότι οι τεχνικές συμπίεσης αυτών των γραφικών δεν έχουν φτάσει στο ανάλογο επιθυμητό επίπεδο, η Θεωρία του Χάους προσδίδει ένα αρκετά ελκυστικό και γοητευτικό ενδιαφέρον στα μαθηματικά προκαλώντας όλο και περισσότερο κόσμο να ασχοληθεί με τα fractals.

Η Θεωρία του Χάους αλλά και όλες οι νέες επιστήμες που μελετούν την πολυπλοκότητα των συστημάτων προσπαθούν να λύσουν το μυστήριο σχετικά με το πως λειτουργούν οι μηχανισμοί συστημάτων όπως αυτά του καιρού, της οικονομίας αλλά και μηχανισμούς ζωντανών οργανισμών.

Πάντως, αν αύριο ο γείτονας σου έχει τα νεύρα του και σε κατσαδιάσει ή αν χρειαστείς δανεικά επειδή το χρηματιστήριο σε άφησε ταπί, θυμήσου τουλάχιστον να πάρεις μαζί σου ομπρέλα φεύγοντας από το σπίτι! +el. gk. 

σχόλια; αντιρρήσεις; ερωτήσεις;
ΠΡΟΣΘΕΣΤΕ ΤΟΝ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΣΜΟ ΣΑΣ
ΠΑΝΩ ΣΤΟ ΣΗΜΕΡΙΝΟ ΘΕΜΑ

1 σχόλιο:

  1. οι μηχανισμοί συστημάτων όπως αυτά του καιρού, της οικονομίας αλλά και μηχανισμούς ζωντανών οργανισμών.

    ΚΑΙΡΟΣ: Την θεωρία του χάους προσπαθούν να εφαρμόσουν στο κλίμα οι Αμερικανοί με το ΧΑΑΡΠ. Πρόκειται για το απόλυτο όπλο. Με μικροεπεμβάσεις στην ιονόσφαιρα θα μπορούσαν να σε πνίξουν στην βροχή ή να σε πεθάνουν στην ξηρασία. ΕΥΤΥΧΩΣ όμως ΔΕΝ τους «κάθεται». Τα αποτελέσματα δεν είναι ποτέ προβλέψιμα και απόλυτα χειραγωγήσιμα. Διαφορετικά θα το είχαμε καταλάβει όλοι. Ακόμα και αυτοί που θεωρούν το ΧΑΑΡΠ αθώο επιστημονικό πρόγραμμα.

    ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ: Η οικονομία χειραγωγείται απόλυτα πλέον. Το «χάος» που φαίνεται, από μια επιφανειακή ματιά, να αποτελούν τα χρηματιστήρια, οι πόλεμοι και τα «τυχαία» γενικά οικονομικά και άλλα συμβάντα, δεν είναι παρά η εφαρμογή του βιβλίου «Σιωπηλά όπλα για ήσυχους πολέμους». Έχει γραφτεί εδώ και περίπου 60 χρόνια. Αν δεν το έχετε διαβάσει, διαβάστε το. Το έχω μεταφράσει από τα αγγλικά και έχω πάθει πλάκα με την πραγματικά διαβολική διάνοια που κρύβεται από πίσω.

    ΖΩΝΤΑΝΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ: Το θέμα είναι τρομερά σοβαρό. Αν οι επιστήμονες καταφέρουν να ξεπεράσουν τα φυσικά φράγματα της ουσιαστικά επταδιαστατικής κατασκευής των ζωντανών οργανισμών, η καταστροφή θα είναι απόλυτη. Το «καλό» είναι ότι δεν θα ζούμε όταν θα τα καταφέρουν.

    ΑπάντησηΔιαγραφή

Προβληματίστηκες; σχολίασε το