Edward Lorenz (1917-2008) tok et oppgjør med gamle teorier i naturvitenskapen.

© EMuseum

Nidkjær meteorolog ble verdensberømt kaosteoretiker

For 50 år siden skrev en ukjent meteorolog om sin nye teori. Lorenz' «sommerfugleffekt» ble begynnelsen på en vitenskapelig revolusjon.

2. mars 2018 av Rasmus Dahlberg

Navnet Edward Lorenz var ikke kjent av mange da han i mars 1963 hadde en artikkel på trykk i tidsskriftet Journal of the Atmospheric Sciences. 

Overskriften «Deterministic Nonperiodic Flow» tiltrakk heller ikke den store oppmerksomheten.

Men på sin avdempede måte var den ukjente meteorologen i ferd med å åpne døren til en ny vitenskapelig verden. 

Med det som skulle bli kjent som sommerfugleffekten, kunne det tilfeldige endelig forklares: jordskjelv, skogbranner, epileptiske anfall, tornadoer.

Lorenz' beskjedne drøm var egentlig bare å forutsi været på en mer nøyaktig måte. En enkel sak ifølge anerkjente teorier, men umulig i praksis.

Klikk på tegningen og følg Edward Lorenz' teori

Naturen var et urverk

Lorenz var spesialist på værprognoser, og det hadde lenge irritert ham at varslingene hans var så upresise. 

Ifølge den klassiske vitenskapen som Isaac Newton hadde definert tilbake i 1687, var naturen ellers helt regelmessig. Hvis bare vitenskapsmannen kjente alle detaljene, var det ingen sak å forutse utviklingen.

«Vi kan se på universets tilstand som en virkning av fortiden og årsaken til fremtiden. For et vesen som til en gitt tid kjenner samtlige naturkrefter og alle naturelementenes posisjon, er ingenting ukjent, og for dette vesenet vil såvel fremtiden som fortiden være åpenlys». 

Slik skrev matematikeren Pierre Simon de Laplace i 1814. Hans allvitende skapning ble kjent som «Laplaces demon» og levde i beste velgående blant vitenskapsfolk 150 år senere.

Generasjoner av forskere lærte at de ikke behøvde å bekymre seg for detaljer. Når naturen utviklet seg langs en rett linje, ga små unøyaktigheter i utgangspunktet for undersøkelsene også bare små svingninger i resultatet.

Slik så den vitenskapelige virkeligheten ut da Lorenz en vinterdag i 1961 puslet med et eksperiment på Bostons tekniske universitet, MIT.

Rutineforsøk ble revolusjon

Lorenz kjørte denne dagen en serie meteorologiske data gjennom en Royal McBee-datamaskin. Denne trege og grove forfaren til datamaskinen var Lorenz' svar på «Laplaces demon».

Han hadde fôret maskinen med tolv variabler som har betydning for utvikling i værsystemer: lufttrykk, vindretning, temperatur osv. Nå skulle maskinen regne ut perfekte værprognoser.

I løpet av dagen fikk Lorenz behov for å gjenta siste del av en prosess. På utskriften av det første forsøket bladde han seg frem til tallene midtveis i beregningen og tastet dem inn i maskinen. 

Så satte han den i gang og gikk etter kaffe. Da Lorenz kom tilbake, fikk han seg en overraskelse.

Meteorologen så at grafen for den andre gjennomkjøringen var helt annerledes enn den første. Linjene begynte samme sted, men så utviklet de seg i forskjellig retning.

Lorenz klødde seg i hodet. Først sjekket han om maskinen hadde gått i stykker. Men så gikk det opp for ham at det var tallene som gjorde utslaget. 

Maskinen regnet med seks desimalers nøyaktighet, men bare de tre første kom med på utskriften og ble brukt i den nye gjennomkjøringen.

Ifølge klassisk fysikk betydde ikke avrundingen noe: En liten upresishet i utgangspunktet burde bare gi et lite utslag på resultatet. Men papiret i Lorenz' hender sa noe annet.

En stor teori fødtes

Lorenz innså at han var på vei inn på et vitenskapelig spor der Newton ikke hadde vært. Hans drøm om å spå om været langt ut i fremtiden var dødfødt. 

For uansett hvor mange data han fylte på modellen, ville små usikkerheter få stadig større betydning, jo lenger beregningene skred frem.

I 1963 var Lorenz klar til å dele oppdagelsen i Journal of the Atmospheric Sciences. Han beskrev såkalte dynamiske systemer der naturen ikke gikk som et urverk. 

I stedet beveget den seg i avanserte mønstre under påvirkning av mange faktorer.

Artikkelen var kontroversiell – men ble mottatt med komplett taushet. For hans matematiske beviser var for innviklede til at alle meteorologikollegene til Lorenz hang med.

Det tok år før budskapet hans begynte å trenge gjennom. Men gradvis grep interessen om seg, og det strømmet på med invitasjoner til å tale ved konferanser. 

Andre vitenskapsgreiner fikk også øynene opp for Lorenz' ideer. Seismologer forsto at de aldri ville bli i stand til å forutsi jordskjelv presist. 

Den erkjennelsen ble hjulpet på vei av episoder som da en amerikansk forsker i 1976 varslet jordskjelv i havet utenfor Peru i 1981-82. 

En gruppe forskere måtte sendes til Sør-Amerika for å mane frykten i jorden og avverge en diplomatisk krise.

Til gjengjeld kunne Lorenz' modeller brukes til å finne et mønster i tilsynelatende helt tilfeldige hendelser som anfallene hos epilepsipasienter.

Utforskning av dynamiske systemer ble et forskningsområde i seg selv og fikk navnet «kaosteori». 

Det regnes i dag som et av 1900-tallets tre store naturvitenskapelige gjennombrudd ved siden av kvante­mekanikken og relativitetsteorien. 

Dermed kan Lorenz sidestilles med stjerner som Niels Bohr og Albert Einstein. Lorenz døde i 2008.

Les mer

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.

Kanskje du er interessert i