Domanda:
È vero che una farfalla che sbatte le ali può provocare un tornado in un luogo distante?
Kenshin
2014-04-17 06:32:37 UTC
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Ho sentito che gli eventi di tempesta estrema possono essere causati semplicemente da una farfalla che sbatte le ali da qualche parte in un luogo distante. È vero che un disturbo così piccolo nell'aria in un luogo può provocare un evento catastrofico così grande in un altro luogo separato? In tal caso, come possiamo sapere che ciò è possibile e come è possibile?

Questa domanda è fuori tema perché non è scientifica. Non si può rispondere con metodi scientifici. Nessun esperimento può essere costruito per testare la verità o la falsità delle risposte. Gli esperimenti mentali non sono sufficienti. Anche l'OP chiede "Come possiamo sapere che questo è possibile?" È una domanda metafisica.
@kwknowles, Non sono d'accordo con te sulla natura scientifica della domanda. Molte domande in fisica trovano risposta tramite simulazioni e non sono considerate non scientifiche se si dispone di un modello simulato per qualche fenomeno. Se abbiamo tali simulazioni o meno, non lo so, ma non è questo il punto, la domanda può teoricamente essere risolta tramite un approccio scientifico.
@Mew Non è questione di ** come ** testate una teoria. Per poter utilizzare il metodo scientifico una teoria deve essere ** testabile **. Per testare la teoria, i dati devono essere raccolti. Le simulazioni vengono utilizzate nel metodo scientifico, ma non possono essere utilizzate al posto dei dati del mondo reale per testare una teoria. Questa non è solo la mia opinione, vedere [Metodo scientifico] (http://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_method). Sto solo insistendo su questo perché stiamo definendo il sito proprio ora. Vedi [Livello delle domande finora] (http://meta.earthscience.stackexchange.com/questions/34/level-of-the-questions-so-far)
@kwknowles, Supponiamo che negli studi clinici sia stato dimostrato che un medicinale è di beneficio a tutti gli esseri umani su cui è testato. Posso contattare uno scienziato e chiedere se la medicina mi avvantaggia. Lo scienziato potrebbe dire che è non verificabile e non scientifico - vero. Non è verificabile perché anche se prendo il farmaco e sto meglio, non c'è modo di sapere che sono migliorato grazie al farmaco. Questo significa che tutte queste domande cadono dal regno della scienza? NO. Questa è la natura della SCIENZA APPLICATA. Si tratta di prendere un modello che abbiamo sviluppato attraverso la scienza e applicare quel modello a situazioni specifiche.
@kwknowles, ora in questo caso, in teoria è possibile che si possa sviluppare un modello predittivo del tempo, che sia testabile. Dopo averlo testato molte volte, potremmo quindi collegare le condizioni iniziali con e senza farfalle che sbattono le ali e così via, e controllare i risultati. Ora non importa se questo particolare scenario è testabile o meno, se il modello sottostante è testabile, allora è scienza applicata. Questo è analogo alla situazione medica, in cui il modello sottostante è che il medicinale funziona, e quindi lo applichiamo a un singolo paziente.
@Geodude Per quanto riguarda il tuo commento che la domanda è stata riaperta. Perché indirizzarlo a me? Non ho chiuso la tua domanda e non l'ho nemmeno votata. Immagino che tu abbia dato per scontato perché ho messo quel commento "fuori tema". Non è una critica a te (o nemmeno alla domanda). Questo è un commento pensato per tutti coloro che rispondono o leggono le risposte. Non so dove altro mettere un commento del genere.
@kwknowles: Anche se tecnicamente hai ragione, penso che la domanda funzioni bene se presa come metafora iconica di piccole perturbazioni che portano a grandi effetti. Questo * è * verificabile: ad esempio, puoi impostare esperimenti di fluidodinamica fisica ripetibili che hanno solo differenze iniziali estremamente piccole e mostrare che vortica in luoghi diversi, in momenti diversi.
Cinque risposte:
#1
+23
gerrit
2014-04-17 07:36:34 UTC
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La farfalla è un'illustrazione colorata della Teoria del caos e la parola farfalla deriva dal diagramma dello spazio degli stati (vedi sotto).

Un sistema che è caotico è estremamente sensibile al suo valore iniziale. In linea di principio, se sai esattamente come è ora lo stato dell'universo, potresti calcolare come si sviluppa (ma per altri motivi, è teoricamente impossibile conoscere il dichiarare esattamente - ma non è questo il punto principale qui). Il problema con un sistema caotico è che un cambiamento molto piccolo nello stato iniziale può causare un risultato completamente diverso nel sistema (dato abbastanza tempo).

Quindi, supponiamo di prendere l'intera atmosfera e calcolare il tempo che succederà per i prossimi 20 giorni; supponiamo per il momento di fare di sapere davvero tutto. Ora, ripetiamo il calcolo, ma con un minuscolo minuscolo bit diverso; come una farfalla che sbatte le ali. Poiché la natura di un sistema caoticoè tale che un cambiamento molto piccolo nel valore iniziale può causare un cambiamento molto grande nello stato finale, la differenza tra questi due sistemi iniziali può essere che uno subisca un tornado e l'altro no.

Questo per dire che la farfalla che sbatte le ali provoca un tornado? No, non proprio . È solo questione di dirlo, ma non proprio preciso.

Molti sistemi sono caotici:

  • Prova a far cadere una foglia da un albero; non cadrà mai due volte nello stesso modo.
  • Appendi un pendolo sotto un altro pendolo e segui il suo movimento:

Double pendulum
(Figura da Wikipedia)

  • Oppure prova ad aiutare il tuo ragazzo in quella che deve essere una delle più belle illustrazioni di Chaos Theory di sempre. Supponi di correre per prendere l'autobus. Tieni d'occhio una farfalla, che ti ritarda di una frazione di secondo. Questa frazione di secondo ti fa perdere l'autobus, che in seguito si schianta in un burrone, uccidendo tutti a bordo. Più tardi nella vita, diventerai un importante dittatore politico all'inizio della Terza Guerra Mondiale ( Nota: questa non è la trama del film collegato, ma la mia morbosa reinterpretazione ).

Dimmi, questa farfalla ha causato la terza guerra mondiale?

Non proprio.

Lorenz attractors
(Figura da Wikipedia) sup>

Sarebbe corretto dire però che la farfalla è stata un fattore determinante: P
Penso di aver finalmente capito cosa mi infastidisce di questa risposta. È interessante, persino divertente da pensare, ma non è scientifico. La scienza consiste in ipotesi verificabili. Una teoria non è vera solo perché ha senso. Devi essere in grado di progettare un esperimento, raccogliere dati e testare la verità o la falsità delle affermazioni. Se hai rilasciato farfalle in un certo numero di tempeste potresti vedere più tornado del solito (ne dubito), ma non potresti mai dire che un particolare tornado sia stato causato da una farfalla. Il modo in cui è costruita questa risposta, le farfalle potrebbero causare qualsiasi cosa.
@kwknowles Non possiamo progettare un esperimento fisico per verificare o falsificare l'ipotesi posta nella domanda, quindi dobbiamo lavorare per analogia e modelli. Sappiamo che cambiamenti arbitrariamente piccoli nelle condizioni iniziali possono portare a cambiamenti molto grandi in una situazione finale. Che questo debba essere chiamato o meno una * causa * è una questione di definizione. In definitiva, penso che questa domanda riguardi più la semantica che l'ipotesi verificabile. Nel senso stretto che potresti preferire vedere una risposta, la domanda è senza risposta.
@gerrit L'analogia ei modelli sono solo una parte del metodo scientifico. L'ipotesi deve essere ** verificabile **. La domanda potrebbe andare bene qui se la risposta indicasse che non è veramente una domanda scientifica. Tuttavia, questa risposta è decisamente fuori tema. È solo la raccolta della lana. Vedi [Livello delle domande finora] (http://meta.earthscience.stackexchange.com/questions/34/level-of-the-questions-so-far)
@kwknowles, la domanda afferma alla fine "come possiamo sapere se è vero?" La risposta è che non possiamo, ma possiamo capire che potrebbe essere vero se i modelli del nostro tempo sono coerenti con esso. La scienza sta nella generazione di modelli, ma la mia domanda riguarda più l'applicazione di tali modelli alla custodia a farfalla.
@GeoDude Guardala in questo modo. La "teoria" but-for-a-butterfly-flap può essere usata per spiegare qualsiasi cosa. Può una farfalla spingermi giù da una scogliera? Sì. Se stai barcollando proprio sul bordo e questo è tutto ciò che serve è solo un soffio d'aria, poi whoops, oltre a te. Può una farfalla far schiantare un aereo? Sì. Se è proprio lì al momento del disastro e tutto ciò che serve è un altro soffio d'aria, allora BOOM, la farfalla distrugge il jet liner. Vedi quanto è inutile come teoria ** scientifica **? Non ci aiuta a capire come funziona davvero il mondo.
@kwknowles Ci aiuta, anche se penso che i tuoi esempi non siano molto buoni. Non è questione di essere solo al limite; si tratta di un sistema che attraversa * un percorso completamente diverso * quando avviene un piccolo cambiamento. Può una farfalla causare un incidente stradale? Facilmente, se vado in bicicletta e mi distrae. Il punto è che qualsiasi cambiamento, non importa quanto piccolo, può cambiare il corso dell'universo ... per sempre.
@gerrit Questa non è una definizione molto utile di "causa". Se lo rendi così ampio, stai dicendo che _qualcosa_ può causare _qualcosa_. Come ho detto prima ... è una bellissima teoria metafisica. Semplicemente non è la scienza della terra.
@kwknowles Sono d'accordo che la parola * causa * non è la migliore da usare qui. La domanda utilizzata * risulta in *, ma sono aperto ad altri suggerimenti. È solo semantica, davvero. Indipendentemente dalla formulazione, penso che la comprensione dei principi del caos * aiuti * la nostra comprensione di come funziona la natura.
Adoro il tuo esempio di autobus di Chaos Theory! Ho sentito una spiegazione simile in cui una farfalla vola oltre una donna dopo essere appena atterrata su un fiore. Il polline fa starnutire la donna, un uomo dice "God Bless You" (o frase appropriata). L'uomo e la donna finiscono per parlare di più ... matrimonio ... ragazzo ... Il ragazzo risulta essere [inserire il nome di un dittatore come Hitler, Stalin, ecc.] E il tutto ha avuto origine da una farfalla con il polline sulle ali causando un donna a starnutire. La teoria del caos è un argomento interessante. =>
Questa risposta travisa in qualche modo la connessione tra la teoria del caos e il tempo. Nessuno ha affermato che il tempo atmosferico sia sensibile a differenze _arbitrariamente piccole_ nelle condizioni atmosferiche iniziali. La "dimensione" della differenza ha una scala temporale di applicabilità associata. Piccole perturbazioni hanno scale temporali brevi e quindi effetti localizzati. Grandi perturbazioni hanno scale temporali più lunghe e quindi una maggiore gamma di impatto. Questa risposta deve citare riferimenti se vuole affermare il contrario. In particolare, da dove viene l'idea _arbitrariamente piccola_ (rispetto al tempo)?
@kwknowles Il * arbitrariamente piccolo * per quanto riguarda il tempo deriva dall'osservazione che anche una differenza numerica in un'inizializzazione del modello (cioè una differenza di un bit) può portare a un risultato completamente diverso sulla lunga scala. È mia comprensione che in effetti cambiamenti arbitrariamente piccoli nel valore iniziale possono provocare cambiamenti arbitrariamente grandi a lungo termine, in * qualsiasi * sistema caotico, incluso il tempo. È una falsa dichiarazione?
@gerrit Ho provato a modificarlo (travisamento) ma ho impiegato troppo tempo per realizzare il mio errore, cioè che in realtà non mi conosco. Quindi, c'è un riferimento rispetto al tempo (e non ai modelli meteorologici)? Quella sensibilità di cui parli nei modelli è citata come un difetto.
@kwknowles Mi risulta che derivi direttamente dall'osservazione che il tempo è un sistema caotico (per il quale i riferimenti sono abbondanti) e che * qualsiasi * sistema caotico condivide questa proprietà. Non ho mai sentito prima che questa sia una proprietà nei modelli meteorologici ed è considerata un difetto rispetto al tempo reale. Quest'ultimo sembra impossibile da verificare o falsificare.
@gerrit Il problema con le _arbitrariamente piccole differenze nelle condizioni iniziali porta a risultati molto diversi_ è che quando la differenza si avvicina allo zero si ottiene un sistema completamente imprevedibile. Eppure i modelli meteorologici vanno bene per determinate scale temporali - almeno un giorno, giusto? Per testare questa teoria (e correggere i modelli) gli scienziati hanno utilizzato i metodi Monte Carlo per variare casualmente le condizioni iniziali. Invece di una distribuzione uniforme dei risultati (ogni risultato è probabile come qualsiasi altro) hanno ottenuto una curva a campana. Il centro della curva è la previsione. Questo si adatta perfettamente agli strani attrattori della teoria del caos
@gerrit Dai un limite inferiore di 1 bit. Non è arbitrariamente piccolo. Edward Lorenz afferma che il limite inferiore sarebbe l'accuratezza con cui possiamo misurare le osservabili. Di nuovo, non arbitrariamente piccolo. Non è una raccolta pignoleria. È la differenza tra scienza e filosofia. È la differenza tra qualsiasi cosa può causare qualsiasi cosa e una teoria che favorisce la previsione del tempo. Prenderesti in considerazione di cambiare "arbitrariamente piccolo" in "molto piccolo"? Potresti anche quantificare i cambiamenti nei risultati: un errore nella misurazione di _X_ raddoppia ogni _N_ giorni (o ore), ad esempio. __Quella__ sarebbe scienza.
@kwknowles Ho cambiato * arbitrariamente * in * molto *. Non so abbastanza sull'argomento per essere quantitativo (e penso che non sia necessario rispondere a questa domanda).
@gerrit I termini quantitativi sono assolutamente necessari per la risposta. In effetti, sono l'unica cosa di valore che avresti potuto aggiungere alla risposta. Altrimenti, avresti potuto semplicemente fermarti dopo il collegamento all'articolo di Wikipedia "La farfalla è un'illustrazione colorata di _Chaos Theory_" poiché il resto della risposta ribadisce solo cosa c'è. Qual è l'esponente di Lyapunov accettato per il fenomeno? Un lembo di farfalla soddisfa quella soglia? Se non sei un esperto, forse non avresti dovuto pubblicare una risposta.
@kwknowles Non sono d'accordo che la domanda come affermato richieda una risposta quantitativa. Non ha chiesto se il risultato potesse verificarsi 1 giorno / 3 giorni / 1 mese dopo, ha chiesto se poteva verificarsi * del tutto *. La competenza è relativa; Credo che la mia risposta sia utile, ma accetterei sicuramente una risposta quantitativa più completa, espressa matematicamente. Lo stesso commento per la domanda stessa: non credo che essere quantitativi sia una condizione necessaria affinché un post (domanda o risposta) sia scientificamente valido.
@gerrit Sono d'accordo che le risposte quantitative non sono richieste nel caso generale. Sto dicendo che le informazioni quantitative in questa particolare risposta l'avrebbero trasformata da pop-sci / filosofia / ripetizione di informazioni già disponibili in una domanda a livello di esperto.
Questa è una discussione piuttosto interessante, ma temo che in futuro si perderà quando un moderatore si presenterà e deciderà di eliminare la lunga discussione. Forse un modo migliore per affrontare i disaccordi sarebbe fare più domande? So di avere un paio di buoni riferimenti per una risposta al modo in cui il comportamento nei modelli si relaziona (o meno) al mondo reale, per esempio.
#2
+13
David Hammen
2014-04-30 22:30:08 UTC
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Prevedibilità: il battito d'ali di una farfalla in Brasile ha provocato un tornado in Texas?

Questo era il titolo dell'invito di Edward Lorenz discorso alla 139a riunione della American Association of the Advancement of Science tenutasi nel 1972. Questa è l'origine del termine "effetto farfalla". Il titolo accattivante suggerisce che la risposta deve essere "Sì!" Perché altrimenti fare questa domanda? La maggior parte del discorso dice che la risposta è "Nessuno lo sa". "Nessuno lo sa" non si accorda bene con una stampa sensazionalistica e non scientifica. Che una farfalla in Brasile possa innescare un tornado in Texas lo fa.

Lorenz aveva scoperto nel 1961 che le simulazioni meteorologiche dei primi anni '60 erano incredibilmente sensibili alle condizioni iniziali. Questo significava che il tempo stesso è incredibilmente sensibile ai piccoli cambiamenti? Il fatto che anche la risposta a questa domanda sia "sì" ha segnato una scoperta molto importante. Il tempo e il clima sono i sistemi caotici per eccellenza. Il lavoro di Lorenz ha segnato l'inizio della moderna teoria del caos. Il suo fondamentale articolo del 1963, Deterministic nonperiodic flow , è stato citato 13479 volte, secondo Google Scholar. (In confronto, il suo discorso del 1972 è stato "solo" citato 345 volte). La stragrande maggioranza di queste 13479 citazioni è arrivata dopo il suo discorso AAAS del 1972. A volte ci vuole un titolo accattivante per attirare l'attenzione di uno scienziato.

Prendendo alla lettera il discorso di Lorenz, chiedendo se un battito d'ali di farfalla in Brasile possa davvero scatenare un tornado in Texas, manca il punto del suo parlare e del suo lavoro. Il punto chiave è che il tempo è caotico. L'accuratezza di una previsione meteorologica dettagliata tra quattordici giorni da oggi è piuttosto bassa perché l'intervallo di due settimane è ben oltre la scala temporale di Lyapunov pertinente per tali previsioni dettagliate.

E quella farfalla? Il suo lembo d'ala è una perturbazione molto piccola. È piuttosto difficile dire che quel lembo abbia causato l'accadere di qualcosa di significativo perché la scala temporale rilevante per perturbazioni così infinitamente piccole è molto breve.

Ho sentito che il termine "effetto farfalla" gli era stato suggerito in base a come appariva il suo diagramma dello spazio di stato a un profano, ma non ho una fonte autorevole per questo aneddoto.
Questa è un'ottima risposta: succinta, informativa, rimane in tema. Merita davvero di essere il numero uno e la risposta accettata.
#3
+5
kwknowles
2014-04-19 22:22:10 UTC
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Le cause di un singolo particolare evento meteorologico estremo, come un tornado, potrebbero non essere mai completamente comprese, soprattutto se si tratta di un sistema caotico. Le cause oi fattori che contribuiscono al numero di tornado attesi per una particolare condizione atmosferica sono molto più pienamente compresi e non sono certamente caotici. In questo senso, le farfalle non causano i tornado.

#4
+4
L84
2014-05-05 08:51:51 UTC
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Anche se non si tratta di farfalle, uno scienziato ha scoperto che il tempo negli Stati Uniti e le nubi nottilucenti in Antartide sono collegati per migliaia di miglia.

Ecco alcuni estratti di ciò che hanno scoperto:

Nuovi dati dalla sonda spaziale AIM della NASA hanno rivelato "teleconnessioni" nell'atmosfera terrestre che si estendono dal Polo Nord al Polo Sud e viceversa, collegando meteo e clima più strettamente di quanto farebbe una semplice geografia suggerire.

Ad esempio, afferma Cora Randall, membro del team scientifico AIM e presidente del Dipartimento di scienze atmosferiche e oceaniche presso l'Università del Colorado, "abbiamo scoperto che la temperatura dell'aria invernale a Indianapolis, Indiana , è ben correlato con la frequenza delle nubi nottilucenti sull'Antartide. "

Dimostra come eventi apparentemente non correlati possano in effetti essere correlati tra loro.

Ecco l'articolo completo da leggere.

#5
+1
Ben A. Noone
2014-04-18 08:03:18 UTC
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È solo una dimostrazione di causa ed effetto.

Nel tempo (anni e anni) anche i movimenti più piccoli si compongono, e i vortici delle ali di farfalle faranno la differenza tra un tornado e un giorno.

Soluzione: ELIMINA TUTTE LE FARFALLE!
scherzo, adoro le farfalle.
[Non ha funzionato così bene per Homer Simpson.] (Http://deadhomersociety.files.wordpress.com/2013/10/tohv-11.jpg) Homer è tornato indietro nel tempo e ha calpestato un insetto per sbaglio che a sua volta ha creato impatti che hanno cambiato completamente la società quando è tornato al tempo presente.
Anche il più piccolo movimento? Che ne dici del moto browniano?


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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