kaksi tutkijaa on luonut häkellyttävän yksinkertaisen mallin kaoottisesta käyttäytymisestä, jossa alkuolosuhteiden vaihtelut sotkeutuvat ja suurenevat systeemin dynamiikasta niin, että lopputulos näyttää arvaamattoman satunnaiselta. Massachusetts Institute of Technologyn (mit) silloinen tiimi teki tämän pomppimalla pienen pisaran saippuafilmillä ja käyttämällä edullista kaiutinta miniatyyritrampoliinin ajamiseen.
fyysikko Tristan Gilet, joka oli tuolloin vierailevana opiskelijana MIT: ssä Liègen yliopistossa Belgiassa, ja John Bush, mit: n matemaatikko, kiinnostuivat viimeaikaisista ”kauniista kokeista, joissa tarkasteltiin nestekylvyssä pomppivia pisaroita”, Bush sanoo. Yhdessä näistä kokeista, joita Gilet oli mukana tekemässä, näkyi pisaroiden leijuvan ja jopa vierivän öljykylvyn yllä putoamatta siihen.
Se, mitä näitä kokeita suorittavat tutkijat eivät voineet tehdä, Bush sanoo, ”oli kuvata pomppivaa dynamiikkaa erityisen hyvin, koska se on monimutkaisempaa—heidän on kuvattava virtaus pisaran sisällä, alla olevassa kylvyssä ja välissä olevassa ilmakerroksessa.”Järjestelmän yksinkertaistamiseksi Bush ja Gilet päättivät luopua kylvystä ja tarkastella pisaroiden käyttäytymistä filmillä.
he havaitsivat, että pisaran käyttäytymistä kuvattiin tarkasti yhdellä matemaattisella yhtälöllä, puhtaalla havainnoinnin ja teorian välisellä sopimuksella, jota Bush kutsuu melko harvinaiseksi. ”Yksi yksinkertainen yhtälö kuvaa järjestelmää periaatteessa täsmälleen”, Bush sanoo. ”Tyypillisesti fysiikassa On eroavaisuuksia kokeiden ja teorian välillä.”
ohjaamalla elokuvan värähtelyä 100 dollarin kaiuttimella tutkijat pystyivät moduloimaan pisaran pomppimisen jaksollisuutta eli syklisyyttä. Ja lisäämällä elokuvan värähtelyn amplitudia, Bush sanoo, hän ja Gilet voisivat tehdä ajanjaksosta ”pitemmän ja pitemmän ja pitemmän, ja lopulta se saa niin pitkän, että siitä tulee tehokkaasti ääretön ja siirtymät kaoottiseen tilaan.”Toisin sanoen, siinä vaiheessa pomppiminen muuttuu olennaisesti arvaamattomaksi, kun kaikki epävarmuudet alkutilassa ottavat vallan.
kaaosteoria on Bushin mukaan ” oikeastaan yksinkertaisesti toteamus epätarkkuuden puutteesta systeemin alkuolosuhteissa. Jos et tiedä järjestelmän tarkkoja alkuolosuhteita, epävarmuus vahvistuu ja menetät ennakoivan voiman.”Tällaiset kaoottiset järjestelmät vaikuttavat rahoitusmarkkinoiden ja säätilojen kuvaamiseen, kuten kuuluisassa perhosilmiössä, jossa perhosen siipien lyöminen voi teoriassa aiheuttaa niin paljon ilmakehän häiriöitä, että se muuttaa merkittävästi myöhempiä säätilanteita.
Matthew Hancock, Bostonin Brigham and Women ’ s Hospitalin biolääketieteen tutkijatohtori, joka ei ollut mukana kirjoittamassa lehteä, mutta jonka panoksen Bush ja Gilet tunnustavat loppuhuomautuksissa, sanoo, että tutkimus ”kuvaa erittäin eleganttia esimerkkiä kaoottisesta järjestelmästä, jonka pitäisi pian ilmestyä oppikirjoihin.”
Hancock ylistää kokeilijoita kaaosteorian tutkimisen kiehumisesta selkeään ja todistettavissa olevaan muotoon. ”Yleensä kaaosta tutkitaan yhtälöillä, jotka ovat jotain törkeää fysikaalisen järjestelmän yksinkertaistamista”, hän sanoo. ”Tässä se ilmenee dynamiikan tarkasta kuvauksesta.”