Hvad er sommerfugleeffekten, og hvordan misforstår vi den?

Hvis du troede, at sommerfugleeffekten bare var en frygtelig film fra 2004 med Ashton Kutcher og Amy Smart i hovedrollerne, så tro om igen. Filmen var bare et nyt bud på et meget ældre koncept.

Sommerfugleeffekten er ideen om, at små, tilsyneladende trivielle begivenheder i sidste ende kan resultere i noget med meget større konsekvenser – med andre ord, de har ikke-lineære indvirkninger på meget komplekse systemer. For eksempel, når en sommerfugl slår med vingerne i Indien, kan den lille ændring i lufttrykket i sidste ende forårsage en tornado i Iowa.

I den førnævnte film finder Kutchers karakter en måde at rejse tilbage i tiden til sin barndom. Hver gang han foretager denne rejse, gør han små ting anderledes - men de små ændringer ender med at have store (og forfærdelige) virkninger på hans voksne liv.

Udtrykket "sommerfugleeffekt" blev opfundet i 1960'erne af Edward Lorenz, en meteorologiprofessor ved Massachusetts Institute of Technology, som studerede vejrmønstre. Han udtænkte en model, der demonstrerer, at hvis du sammenligner to udgangspunkter, der angiver det aktuelle vejr, der er tæt på hinanden, vil de snart glide fra hinanden – og senere kan det ene område ende med voldsomme storme, mens det andet er roligt.

På det tidspunkt mente vejrstatistikere, at man skulle være i stand til at forudsige fremtidigt vejr baseret på at se på historiske optegnelser for at se, hvad der var sket, da forholdene var de samme som nu. Lorenz var skeptisk. Han kørte et computerprogram til at teste forskellige vejrsimuleringer, og han opdagede, at afrunding af en variabel fra .506127 til .506 dramatisk ændrede de to måneders vejrudsigter i hans simulering.

Hans pointe var, at langsigtede vejrudsigter var praktisk talt umulige, for en stor del fordi mennesker ikke har evnen til at måle naturens utrolige kompleksitet. Der er simpelthen for mange minutvariabler, der kan fungere som omdrejningspunkter, der kan få meget større konsekvenser.

Som videnskabsjournalist Peter Dizikes skrev i Boston Globe:

"De 'utallige' sammenkoblinger af naturen, bemærkede Lorenz, betyder, at en sommerfugls klap kan forårsage en tornado - eller, for alt hvad vi ved, kunne forhindre en. På samme måde, hvis vi foretager selv en lille ændring af naturen, 'vil vi aldrig vide, hvad ville være sket, hvis vi ikke havde forstyrret det,' da efterfølgende ændringer er for komplekse og indviklede til at genoprette en tidligere tilstand."

Så mens folk ofte tror, ​​at sommerfugleeffekten betyder, at små ændringer kan have store konsekvenser (og vi kan spore denne udvikling for at se, hvilken forandring der forårsagede hvad), forsøgte Lorenz at sige, at vi ikke spore disse ændringer. Vi ved ikke rigtig, hvad der ville få et vejrmønster til at gå den ene vej frem for den anden.

Lorenz kaldte denne "følsom afhængighed af indledende betingelser", da han introducerede sit arbejde til offentligheden i et papir fra 1963 med titlen "Deterministic Nonperiodic Flow." (Udtrykket "sommerfugleeffekt" opfandt han i senere taler om emnet.) Artiklen blev sjældent citeret af andre forskere - i hvert fald i starten.

Sommerfugleeffekten og kaosteorien

Senere indså andre videnskabsmænd vigtigheden af ​​Lorenz' opdagelse. Hans indsigt lagde grundlaget for en gren af ​​matematikken kendt som kaosteori, ideen om at forsøge at forudsige adfærden af ​​systemer, der i sagens natur er uforudsigelige.

Du kan se forekomster af sommerfugleeffekten hver dag. Vejret er kun et eksempel. Klimaændringer er en anden. For som det viser sig, påvirker opvarmende klimaer – passende nok – arter af alpine sommerfugle i Nordamerika.

"Klimaændringer forventes at have nogle store påvirkninger, såsom for varmt for nogle arter eller for tørt for andre, men der er en næsten uendelig mængde af mindre, indirekte virkninger, der også vil forekomme," e-mailer Alessandro Filazzola, en samfundsøkolog og data scientist og post-doc stipendiat ved University of Alberta.

"I vores forskning så vi på en af ​​de indirekte effekter og så, hvordan fremtidens klima langsomt vil forårsage uoverensstemmelse i den rumlige placering af en sommerfugl og dens værtsplante. Som en larve lever denne sommerfugl kun af denne type plantearter, så enhver mismatch inden for rækkevidde vil forårsage et fald i sommerfuglen."

Han tilføjer, at hvis vi skulle holde pause et øjeblik og tænke på alle de andre arter i et fødenet, så er der pludselig potentialet for, at mange arter bliver ramt – ikke kun én lille sommerfugl. Det er sommerfugleeffekten i aktion, i stor skala.

"For eksempel de dyr, der lever af den sommerfugl og de dyr, der lever af de dyr, eller hvad med andre insektarter alle sammen, eller endda andre sommerfugle? Vores projekt var ret kontrolleret, fordi vores sommerfugleart kun spiser den ene type plante , men logikken bevares, når man betragter hele økosystemet (bare sværere at måle)."

Når vi begynder at overveje, hvordan en lille ændring hurtigt kan resultere i en masse utilsigtede konsekvenser, er der naturligvis grund til bekymring.

For eksempel kan en begrænsning af konstruktionen af ​​vandkraftdæmninger reducere visse typer af miljøskader. Men ved at eliminere denne potentielle kilde til ren energi har vi en tendens til at falde tilbage på fossile brændstoffer, der fremskynder den globale opvarmning. Subsidier til biobrændstof, der er beregnet til at reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer, har øget ødelæggelse af regnskov, ferskvandsspild og fødevareprisstigninger, der har påvirket de fattigste dele af den menneskelige befolkning.

Hvordan kan vi overhovedet gøre meget af noget i vores liv uden frygt for at forårsage skade? Filazzola vender tilbage til sommerfuglene som et eksempel.

"Bedre forståelse af indirekte effekter er nok et af de vigtigste trin i forsøget på at afbøde disse effekter. Mere enkelt er det dog virkelig det vigtigste at holde naturen så tæt på dens oprindelige tilstand," siger han. "Økosystemer er meget komplekse, og tabet af en enkelt art har måske ikke en opfattet effekt, men det kan have kaskadevirkninger på hele systemet." For eksempel øgede genintroduktionen af ​​ulven til Yellowstone Park bæverbestanden, øgede antallet af pile- og aspeplanter og gav mad til fugle, prærieulve og bjørne, blandt andre fordele.

Derefter overvejer vi, hvordan sommerfugleeffekten kan spille ind i vores individuelle liv. Med næsten 8 milliarder mennesker på planeten, kan kun én person lave ændringer, der giver ekko omkring Jorden?

Filazzola siger, at han undrer sig over de indirekte virkninger af hans personlige handlinger.

"De varer, jeg køber, de mennesker, jeg interagerer med, de ting, jeg siger, tror jeg, hver især kan have deres kaskadevirkninger, der bølger gennem samfundet," siger han. "Derfor er det vigtigt at forsøge at være et godt menneske, at skabe en positiv indflydelse. En ting, jeg også tænker på, er, hvordan disse indirekte effekter ofte ikke er så små og fjernet, som jeg tror, ​​mange ville tro."

Nu er det interessant

NASA udnytter sommerfugleeffekten til at guide rumfartøjer. International Cometary Explorer blev lanceret i 1978 og blev det første rumfartøj til at opsnappe en komet, der passerede gennem halen på kometen Giacobini-Zinner og indsamlede værdifulde data. De udnyttede kaotiske systemer og beregnede, at blot en lille smule brændstof, brugt på et nøjagtigt tidspunkt, ville lyne fartøjet med høj hastighed til det rigtige sted på det rigtige tidspunkt – og det fungerede perfekt.