نظریه آشوب و اثر پروانه‌ای به زبان ساده؛ وقتی تغییرات کوچک، جهان را تکان می‌دهند

در دنیای پرآشوب امروز حتی تغییرات به‌ظاهر کوچک می‌توانند عواقب غیرقابل پیش‌بینی داشته باشند؛ این اثر پروانه‌ای است که از دل نظریه آشوب برآمده است.

به گزارش پایگاه خبری پهنه پرواز به نقل از سایت زومیت، سوییس سال ۱۹۰۵ میلادی؛ ساعت معروف برج بِرن، زمان را کمی عقب‌تر نشان می‌دهد. در خانه‌ای نزدیک برج، مردی که همیشه با صدای ناقوس ساعت بیدار می‌شد، آن روز دیرتر از معمول از خواب برمی‌خیزد. پس از آن‌که متوجه تاخیر شد، مضطرب و باعجله لباس می‌پوشد، قهوه‌اش را می‌نوشد و پنج دقیقه دیرتر از همیشه از خانه خارج می‌شود.

همزمان، در سوی دیگر خیابان، راننده‌ای سوار خودروی جدیدش می‌شود، بی‌خبر از آن‌که ترمز خودرویش معیوب است. مرد به تقاطع می‌رسد، بدون اینکه به اطرافش دقت کند. خودرو با سرعت نزدیک می‌شود. برخوردی شدید رخ می‌دهد و مرد روی زمین می‌افتد و درجا فوت می‌کند. این مرد کسی نیست جز آلبرت اینشتین.

تنها چند دقیقه تاخیر و شاید جهان هرگز نظریه نسبیت را نمی‌شناخت و فیزیک مدرن مسیر دیگری را طی می‌کرد. این، همان «اثر پروانه‌ای» است که از دل «نظریه آشوب» برآمده است: وقتی که یک تغییر به‌ظاهر بی‌اهمیت می‌تواند آینده را از نو بنویس.

یک تغییر به‌ظاهر بی‌اهمیت می‌تواند آینده را از نو بنویسد

پدیده‌ی اثر پروانه‌ای، بیانگر تاثیرات کوچک و به ظاهر بی‌اهمیت در سیستم‌های پیچیده است. شاید برایتان عجیب باشد که چگونه بال زدن یک پروانه در نقطه‌ای از جهان، می‌تواند باعث ایجاد طوفانی مهیب در نقطه‌ای دیگر شود. اما واقعیت آن است که اثر پروانه‌ای، نه‌تنها در طبیعت، بلکه در زندگی انسان‌ها، اقتصاد، سیاست و حتی روابط شخصی‌مان، نقشی تعیین‌کننده ایفا می‌کند.

در این مطلب، قصد داریم به بررسی دقیق‌تر اثر پروانه‌ای و نظریه‌ی آشوب، ابعاد مختلف آن‌ و تاثیراتی که می‌تواند بر زندگی ما داشته باشد، بپردازیم. با ما همراه باشید تا دریابیم که چگونه کوچک‌ترین تصمیمات و اقدامات ما، می‌توانند زنجیره‌ای از رویدادها را رقم بزنند و سرنوشت‌مان را به شکلی غیرقابل‌تصور تغییر دهند.

اثر پروانه‌ای چیست؟

اثر پروانه‌ای (Butterfly Effect) نشان می‌دهد که در سیستم‌های آشوبناک و غیرخطی، تغییرات کوچک در شرایط اولیه می‌توانند نتایج بسیار بزرگی در آینده داشته باشند. درواقع اثر پروانه‌ای به ما می‌گوید تغییرات ناچیز می‌توانند پیامد‌های بزرگی داشته باشند.

نام «اثر پروانه‌ای» از یک مثال استعاری گرفته شده که توسط ادوارد لورنتس (Edward Lorenz)، یکی از پیشگامان نظریه آشوب (Chaos Theory)، مطرح شد. او در سال ۱۹۶۳ هنگام مطالعه روی مدل‌های پیش‌بینی آب‌وهوا متوجه شد که تغییرات جزئی در داده‌های اولیه می‌توانند خروجی‌های کاملاً متفاوتی ایجاد کنند.

لورنتس در مقاله‌ای در سال ۱۹۷۲ با عنوان «آیا بال‌زدن یک پروانه در برزیل می‌تواند باعث ایجاد یک طوفان در تگزاس شود؟» این ایده را مطرح کرد. استعاره‌ی پروانه نشان می‌دهد که یک تغییر کوچک (مثلاً بال‌زدن یک پروانه) در یک نقطه از جهان می‌تواند در طول زمان و با تأثیر بر عوامل دیگر، منجر به تغییرات عظیمی (مانند شکل‌گیری یک طوفان) در جای دیگری از جهان شود.

لورنتس ابتدا این مفهوم را به‌عنوان یک مسئله‌ی ریاضی و فیزیکی بررسی کرده بود، اما پس از سخنرانی‌اش در یک کنفرانس علمی، نام «اثر پروانه‌ای» محبوب و وارد فرهنگ عامه و رسانه‌ها شد.

این مفهوم نه‌تنها در هواشناسی، بلکه در اقتصاد، زیست‌شناسی، علوم اجتماعی و حتی داستان‌ها و فیلم‌های علمی‌تخیلی کاربرد دارد. یکی از معروف‌ترین فیلم‌ها، اثری با همین عنوان به کارگردانی اریک برس و جی. مکی گروبر (۲۰۰۴) است که داستان اوان تربورن (با بازی اشتون کوچر) را روایت می‌کند.

اوان متوجه می‌شود که می‌تواند با خواندن دفتر خاطراتش به گذشته سفر کند و انتخاب‌های گذشته‌اش را تغییر دهد. اما هر تغییری که در گذشته ایجاد می‌کند، پیامدهای غیرقابل‌پیش‌بینی و گاه فاجعه‌باری در آینده دارد. بازی ترسناک Until Dawn هم از اثر پروانه‌ای به‌عنوان مکانیزم اصلی گیم‌پلی خود استفاده می‌کند و نشان می‌دهد که چگونه انتخاب‌های ظاهراً بی‌اهمیت می‌توانند مستقیماً روی زنده ماندن یا مرگ کاراکترها تأثیر بگذارد.

سفر ساده‌ی زن و شوهری به بوسنی، منجر به ترور آن‌ها و آغاز جنگ جهانی اول شد. اگر آن سفر اتفاق نمی‌افتاد، شاید اتفاقات به گونه‌ای دیگر پیش می‌رفتند.

اما چرا اثر پروانه‌ای تااین حد در فرهنگ عامه محبوب است؟ شاید دلیل این علاقه به این پرسش بنیادی برمی‌گردد که تا چه حد می‌توانیم آینده را پیش‌بینی کنیم؟ بیشتر ما دوست داریم فکر کنیم که زندگی قابل‌پیش‌بینی و تحت‌کنترل است، اما اثر پروانه‌ای نشان می‌دهد که کوچک‌ترین تغییرات می‌توانند پیامدهایی غیرمنتظره و حتی سرنوشت‌ساز داشته باشند.

همین عدم قطعیت و رازآلودگی است که این مفهوم را تا این حد هیجان‌انگیز می‌کند.

اثر پروانه‌ای از بُعد علمی

برای توضیح اثر پروانه‌ای از بعد علمی، به اواخر قرن هفدهم و به سال‌هایی برمی‌گردیم که نیوتن، قوانین حرکت و گرانش جهانی را مطرح کرد. پژوهشگران، تا سال‌ها برای توصیف جهان از قوانین نیوتن و فیزیک کلاسیک استفاده می‌کردند. براساس این قوانین، با داشتن اطلاعاتی در مورد حالت جسم در زمان حال، می‌توانیم رفتار آن را در آینده پیش‌بینی کنیم.

به‌کمک قوانین نیوتن، دانشمندان توانستند خورشیدگرفتگی‌ و عبور ستاره‌های دنباله‌دار از نزدیکی زمین را با دقتی بالا پیش‌بینی کنند. پیر سیمون لاپلاس (Pierre-Simon Laplace)، فیزیک‌دان فرانسوی، این ایده را در قالب یک آزمایش ذهنی مشهور خلاصه کرد.

او موجودی فراهوشمند را تصور کرد که اکنون آن را به‌نام دیو لاپلاس (Laplace’s Demon) می‌شناسیم. این موجود خیالی، اطلاعات کاملی از وضعیت کنونی جهان در اختیار داشت؛ موقعیت مکانی و سرعت تمام ذرات و چگونگی برهم‌کنش آن‌ها با هم. براساس نتیجه‌گیری لاپلاس، اگر این هوش بی‌نهایت بتواند داده‌ها را تحلیل کند، آینده، درست مانند گذشته، در برابر چشمانش آشکار خواهد شد.

وضعیت کنونی جهان را می‌توان نتیجه‌ی گذشته و علت آینده‌ی آن دانست. اگر ذهنی وجود داشته باشد که در هر لحظه، از تمام نیروهای طبیعت و جایگاه دقیق تمام اجزای آن آگاه باشد و بتواند این اطلاعات را تحلیل کند، آن‌گاه با یک فرمول می‌تواند هم حرکت عظیم‌ترین اجرام کیهانی و هم جنبش کوچک‌ترین اتم را توصیف کند. برای چنین هوشی، هیچ‌چیز، نامعلوم نخواهد بود؛ آینده، درست مانند گذشته، کاملاً در برابر چشمانش نمایان خواهد شد

این موضوع، همان جبرگرایی مطلق است؛ دیدگاهی که می‌گوید آینده از پیش تعیین شده است. اگر کمی با مفاهیم فیزیک آشنا باشید، این طرز فکر کاملاً طبیعی به‌نظر می‌رسد. البته، مکانیک کوانتومی با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نشان می‌دهد که در مقیاس اتمی، پیش‌بینی کامل آینده ممکن نیست؛ اما در مقیاس‌های بزرگ‌تر، این عدم قطعیت آن‌قدر ناچیز است که تقریباً هیچ تاثیری ندارد.

بنابراین، از نگاه کلاسیک، جهان مانند ماشینی بسیار بزرگ عمل می‌کند که تمام اتفاقاتش از قبل مشخص‌ شده‌اند؛ فقط باید صبر کنیم تا رخ دهند. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ یکی از معدود مفاهیم فیزیک کوانتوم است که فراتر از دنیای علم رفته و به فرهنگ عامه راه پیدا کرده است.

در فیزیک کوانتوم، دانستنِ همزمانِ مکان و سرعت دقیق جسم، معنایی ندارد

براساس این اصل، هرگز نمی‌توانیم همزمان مکان دقیق و سرعت دقیق یک ذره را بدانیم. بسیاری، عدم قطعیت را به‌دلیل محدودیت، می‌دانند؛ اما حقیقت، بسیار عمیق‌تر و شگفت‌انگیزتر از آن چیزی است که فکر می‌کنیم. اصل عدم قطعیت وجود دارد، زیرا هر چیزی در جهان، همزمان مانند ذره و موج، رفتار می‌کند. در فیزیک کوانتوم، دانستنِ همزمانِ مکان و سرعت دقیق جسم، معنایی ندارد.

همان‌طور که گفتیم، اثر پروانه‌ای نشان می‌دهد که حتی تغییرات جزئی در نقطه‌ی شروع یک سیستم پویا می‌تواند مسیر آینده‌ی آن را کاملاً دگرگون کند. در اینجا، برای درک بهتر چنین رفتارهایی، نیاز داریم تا مفهومی به‌نام فضای فاز را با آزمایش ساده آونگ بررسی کنیم، که تمام حالت‌های ممکن یک سیستم را در یک نمودار دوبعدی یا چندبعدی نمایش می‌دهد.

https://www.zoomit.ir/scientific/434747-chaos-theory-butterfly-effect