Edward Lorenz (1917–2008) kullkastade gamla teorier inom naturvetenskapen.

© EMuseum

Nitisk meteorolog blev världsberömd kaosteoretiker

För 50 år sedan skrev en okänd meteorolog om sin nya teori. Lorenz fjärilseffekt blev början till en vetenskaplig revolution.

2 mars 2018 av Rasmus Dahlberg

Det var inte många som hade hört talas om Edward Lorenz när han i mars 1963 publicerade en artikel i tidskriften Journal of the Atmospheric Sciences

Och rubriken drog knappast till sig någon uppmärksamhet: ”Deterministic Nonperiodic Flow”.

På sitt anspråkslösa sätt höll emellertid den okände meteorologen på att öppna dörren till en ny epok inom natur­vetenskapen. 

Med det som skulle komma att kallas fjärilseffekten kunde man nu förklara oförutsägbara händelser som jordskalv, skogsbränder, epileptiska anfall och virvelvindar.

Det Lorenz egentligen ville var att kunna förutspå vädret med större säkerhet. En enkel sak enligt de vedertagna teorierna – men omöjligt i praktiken.

Klicka på teckningen och följ med i Edward Lorenzs teori

Naturen var ett urverk

Lorenz var specialist på väderprognoser men han hade länge retat sig på att de aldrig blev helt pålitliga. 

Enligt den klassiska forskningen, som Isaac Newton definierat redan 1687, var naturen allt­igenom förutsägbar. Om forskaren kände till alla fakta skulle det vara enkelt att förutse utvecklingen.

”Vi måste betrakta tillståndet i dagens universum som effekterna av dess tidigare tillstånd, och som orsakerna till det som kommer att följa. En intelligens, som känner alla krafter som vid ett givet tillfälle verkar i naturen, samt det ömsesidiga läget hos de ting, varav den (naturen) består, skulle, om den (intelligensen) också vore omfattande nog att kunna analysera dessa uppgifter, i en enda formel kunna förena de största himlakropparnas och de minsta atomernas ­rörelser. Inget vore ovisst för den, och framtiden, liksom det förflutna, skulle ­vara synlig för den”, skrev matematikern Pierre Simon de Laplace år 1814. 

Hans allvetande väsen kom att kallas ”Laplaces demon” och levde kvar 150 år senare.

Generationer av forskare fick lära sig att de inte behövde ta hänsyn till detaljer. När naturen förändrades linjärt skulle små förändringar i inledningsskedet av undersökningen även leda till små utslag i resultatet.

Så såg forskarnas verklighet ut när Lorenz en vinterdag år 1961 arbetade med ett experiment vid Bostons tekniska högskola MIT.

Rutinexperiment blev omvälvande

Den här dagen gjorde Lorenz ett antal meteorologiska testkörningar på en Royal McBee-maskin, en otymplig föregångare till dagens datorer, och Lorenz svar på Laplaces demon. 

I maskinen hade han matat in tolv variabler som påverkar utvecklingen i vädersystem: lufttryck, vindriktning, temperatur m.m. Nu skulle den bara räkna och sedan spotta ur sig perfekta väderprognoser.

Senare på dagen blev Lorenz tvungen att göra om den sista delen av körningen. 

Han tog fram bladen från det första försöket, bläddrade fram till siffrorna i mitten, matade in dem i maskinen, startade den och gick för att hämta en kopp kaffe. När Lorenz var tillbaka fick han sig en rejäl överraskning.

Meteorologen upp­täckte att grafen från den andra körningen var helt olik den första. Linjerna började på samma ställe men utvecklades annorlunda.

Lorenz kunde inte begripa det. Först undersökte han om det var maskinen som var trasig men sedan insåg han plötsligt att skillnaden orsakades av siffrorna. 

Apparaten räknade med sex decimalers exakthet men bara de tre första hade kommit med på utskriften och i den nya körningen.

Enligt klassisk fysik skulle avrundningen inte spela någon roll: en ytterst liten differens borde bara ge ett litet utslag i resultatet. Men papperet i Lorenz händer sade något helt annat.

En stor teori föddes

Lorenz insåg att han var någonting på spåren som Newton missat. Hans dröm om att kunna förutsäga vädret långt i förväg var dödfödd; oavsett hur mycket data han fyllde på i sin modell skulle små osäkerheter få allt större betydelse ju längre beräkningarna framskred.

År 1963 var Lorenz redo att publicera sin upptäckt i Journal of the Atmospheric Sciences

Han beskrev så kallade dynamiska processer där naturen inte fungerade som ett urverk; den påverkades av många faktorer och förändrades i komplicerade mönster.

Artikeln var kontroversiell – men möttes med total tystnad. Lorenz matematiska teorier var för komplicerade för de flesta av hans kolleger. 

Det tog år innan hans teori började få fotfäste. Intresset vaknade och snart blev han inbjuden som talare vid olika konferenser.

Även forskare inom andra områden upptäckte Lorenz idéer. Seismologerna insåg att de aldrig skulle kunna förut­säga jordskalv hundra procent säkert. 

År 1976 slog en amerikansk forskare larm om ett väntat jordskalv i havet utanför Peru år 1981–82, men en grupp forskare reste till Sydamerika för att lugna invånarna och avvärja en diplomatisk kris.

Lorenz modeller kunde även användas för att hitta mönster i ”slumpmässiga” händelser, t.ex. epileptiska anfall.

Dynamiska system blev ett eget forskningsområde och fick namnet ”kaos­teori”. 

Det anses i dag, jämte kvant­mekanik och relativitetsteorin, vara ett av 1900-talets stora naturvetenskapliga genombrott. Därmed kan Lorenz jämföras med Niels Bohr och Albert Einstein. Han avled år 2008.

Läs 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.

Kanske är du intresserad av...