Narodziny |
23 maja 1917 r. West Hartford |
---|---|
Śmierć |
16 kwietnia 2008(w wieku 90 lat) Cambridge |
Imię w języku ojczystym | Edward Norton Lorenz |
Narodowość | amerykański |
Trening |
Dartmouth College Harvard University Massachusetts Institute of Technology |
Zajęcia | Matematyk , meteorolog , profesor uniwersytecki |
Pracował dla | Instytut Technologii w Massachusetts |
---|---|
Obszary | Matematyka , Meteorologia |
Członkiem |
Amerykańska Akademia Sztuki i Nauk Rosyjska Akademia Nauk Amerykańska Akademia Nauk (1975) Towarzystwo Królewskie (1990) |
Konflikt | Druga wojna światowa |
Kierownik | James Murdoch Austin ( w ) |
Nagrody |
Edward Norton Lorenz jest amerykańskim naukowcem , urodzonym dnia23 maja 1917 r.w West Hartford ( Connecticut ) i zmarł dnia16 kwietnia 2008w Cambridge ( Massachusetts ).
Próbując ocenić wiarygodność prognoz pogody, Edward Lorenz z Massachusetts Institute of Technology odkrył w 1963 roku, że aperiodyczne zachowanie można uzyskać za pomocą trójwymiarowego nieliniowego układu dynamicznego, czyli trzech równań różniczkowych zwyczajnych. W tym celu, wychodząc od układu siedmiu równań rządzących ruchem płynu w konwekcji Rayleigha-Bénarda i zaproponowanego rok wcześniej przez Barry'ego Satzmanna, Lorenz zachował tylko trzy z nich, aby uzyskać możliwie najlepszy model. Pokazuje w ten sposób, że bardzo prosty układ dynamiczny może wytwarzać rozwiązania aperiodyczne bardzo wrażliwe na warunki początkowe. W szczególności zdaje sobie sprawę, że początek limitu prognoz meteorologicznych na nieco mniej niż tydzień jest związany z nieodłączną właściwością zjawisk fizycznych związanych z ruchami atmosfery, w tym przypadku konwekcją.
W tym celu Lorenz używa programu stworzonego przez Henri Poincaré do badania układów dynamicznych, to znaczy, że do badania rozwiązań tych równań różniczkowych reprezentuje trajektorię w przestrzeni stanów (czasami nazywaną fazami przestrzennymi). W tym celu korzysta ze środka, którego brakowało Poincare: komputera! Wrażliwość na warunki początkowe ujawnia się bowiem w niestabilności rozwiązań aperiodycznych, które następnie zostaną zakwalifikowane jako chaotyczne.
Kilka lat później, w 1972 roku, Edward Lorenz wygłosił konferencję, na której wyjaśnił ekstremalną wrażliwość na początkowe warunki ruchów atmosferycznych, drastycznie wpływającą na możliwość prognozowania długoterminowej meteorologii (jeden tydzień!). Jego prezentacja na 139. Kongresie Amerykańskiego Stowarzyszenia Postępu Naukowego miała sugestywny tytuł: „ Czy bicie motyli w Brazylii może wywołać tornado w Teksasie?” W swojej pracy nad mechaniką nieba Henri Poincaré zaobserwował już aperiodyczne rozwiązania wrażliwe na warunki początkowe, które nazwał orbitami homoklinicznymi. W swojej książce popularnonaukowej i metodycznej Poincare powiązał tę wrażliwość na warunki początkowe z prognozami meteorologicznymi.
To dzięki popularyzacji komputerów i wkładowi Davida Ruelle'a, który widział atraktor Lorenza jako przykład dziwnego atraktora, wyniki zostały szeroko przyjęte przez naukowców z różnych dziedzin, meteorologów, matematyków, astronomów, fizyków. biolodzy itp. W 2004 roku otrzymał medal Buys Ballot za wkład w meteorologię.
Jak sam sobie opowiada, Lorenz w końcu przez przypadek wykazał liczbowo wrażliwość na warunki początkowe. W tym czasie Lorenz używał komputera analogowego, Royal McBee LGP-300 (en) . Ten komputer wykonał swoje obliczenia z sześcioma cyframi znaczącymi, ale wydrukował wyniki tylko z trzema. Symulacja, która teraz zajmuje mniej niż sekundę, wcześniej zajmowała wiele godzin. Regularnie, zamiast zaczynać od początku, zaczynał od stanu swojego systemu określonego przez liczby trzycyfrowe, w którym komputer liczył na sześć. Zauważył w ten sposób podczas wznawiania obliczeń rozwiązania aperiodycznego, że w bardzo krótkim okresie rozwiązanie było zgodne z mniej więcej pierwszą symulacją, ale szybko oba rozwiązania stały się całkowicie rozbieżne. Po kilku sprawdzeniach Lorenz rozumie, że pochodzenie rozbieżności między dwoma obliczeniami pochodziło z trzech cyfr znaczących, do których nie miał dostępu do drugiego obliczenia. Wrażliwość na warunki początkowe, czyli wykładnicze wzmocnienie małych błędów, została właśnie zaobserwowana w eksperymentach cyfrowych.
W 1971 David Ruelle i Floris Takens zaproponowali alternatywę dla teorii turbulencji: według nich, w przeciwieństwie do teorii Leva Landaua i Eberharda Hopfa, niskowymiarowy układ dynamiczny mógłby wystarczyć do wytworzenia rozwiązań o właściwościach podobnych do tych turbulencja. Turbulencja była uważana za dziwny atraktor , obiekt bardzo zwięźle opisany w ich artykule. Kilka lat później, kiedy przeczytał artykuł Lorenza, David Ruelle zobaczył w postaci reprezentowanej przez Lorenza wspaniały przykład dziwnego atraktora. Następnie opublikował artykuł Lorenza wśród hydrodynamików.
Pojęciami wprowadzonymi przez Poincarégo do badania rozwiązań równań różniczkowych świetnie poradził sobie Lorenz: wyłaniała się teoria chaosu .