Edward Lorenz: verschil tussen versies

Lorenz was van huis uit wiskundige; hij bestudeerde deze wetenschap aan [[Dartmouth College]] en de [[Harvard-universiteit]]. Zijn carrière in de meteorologie begon in de [[Tweede Wereldoorlog]], toen hij weersvoorspeller was voor het US Army Air Corps. Hij studeerde vervolgens meteorologie aan het [[Massachusetts Institute of Technology]] (MIT), promoveerde er en werd er vervolgens hoogleraar. Ook na zijn pensionering in 1987 bleef Lorenz actief in het onderzoek naar de atmosfeer.

[[AfbeeldingBestand:LorenzAttractor.png|thumb|right|300px|Een projectie van de Lorenz Attractor]]

De berekeningen waarmee numerieke weersverwachtingen worden verkregen, zijn [[determinisme (filosofie)|deterministisch]] van aard: uit de toestand van de [[aardatmosfeer]] op een bepaald ogenblik en een wiskundig model voor de ontwikkeling in de tijd van die toestand verkrijgt men een berekende toestand voor een willekeurig tijdstip in de toekomst. In de [[astronomie|sterrenkunde]] levert deze werkwijze vrijwel perfecte toekomstverwachtingen op, soms voor zeer lange tijd vooruit. Voor systemen die bestaan uit zeer veel deeltjes, zoals de atmosfeer, is de situatie minder gunstig: men verkrijgt, ook voor de lange termijn, wel rekenresultaten, maar die zijn slechts binnen een beperkte 'voorspelhorizon' bruikbaar als verwachtingen en ook binnen de voorspelhorizon worden geen perfecte verwachtingen verkregen. [[Pierre-Simon Laplace|Laplace]] noemde reeds de oorzaak hiervan: alleen een superieure geest (niet de mens !) zal de uitgangstoestand voor zo'n systeem zo goed kunnen bepalen en de betreffende wetten zo goed kennen dat de veranderingen in de toestand voor lange tijd vooruit zeer goed voorspeld kunnen worden.

Lorenz ontdekte door een toeval een categorie van fysische systemen waarbij de mogelijkheden voor goede verwachtingen door berekening nog door een bijzondere oorzaak beperkt worden. Hij onderzocht omstreeks 1960 op het Massachusetts Institute of Technology de mogelijkheden om met behulp van eenvoudige atmosfeermodellen statistische verwachtingsmethoden te ontwikkelen. Toen hij bij het herhalen van een berekening de invoergegevens [[afronden|afrondde]] tot drie cijfers achter de komma in plaats van tot zes cijfers, ontdekte hij dat het resultaat van de berekening nu sterk afweek van het oorspronkelijke resultaat. Kennelijk was er sprake van een bijzondere gevoeligheid van de rekenresultaten voor kleine verschillen in de begintoestand.

[[Louis Pasteur]] heeft opgemerkt dat het toeval vaak te hulp komt aan hen die daarop het best zijn voorbereid. Dit was hier het geval. Als begaafd wiskundige kon Lorenz zelf het onderzoek naar de oorzaak van de 'bijzondere gevoeligheid' met succes ter hand nemen. Hij zag spoedig in dat de bijzondere gevoeligheid moest worden toegeschreven aan de [[niet-lineair]]e betrekkingen die voorkwamen in het vergelijkingenstelsel waarvan hij de eigenschappen onderzocht. Een van zijn leermeesters was -toevallig- [[G.D. Birkhoff]] (1884-1944) die in het voetspoor van [[Henri Poincaré]] (1854-1912) veel onderzoek had verricht op het gebied van de niet-lineaire vergelijkingen. Poincaré had zelfs reeds omstreeks 1880 aan de hand van een voorbeeld op de mogelijkheid van de 'bijzondere gevoeligheid' gewezen. Daaraan was weinig aandacht besteed zodat Lorenz dit verschijnsel moest herontdekken.

Het werk van Lorenz had belangrijke gevolgen voor de verdere ontwikkeling van de numerieke verwachtingsmethoden. Als gevolg van het werk van Lorenz wordt de toenemende rekencapaciteit van de computers niet langer meer vooral gebruikt voor pogingen om de verwachtingstermijn te verlengen, maar meer voor het verbeteren van de kwaliteit van de verwachtingen binnen de voorspelhorizon. Modellen die slechts een beperkt gebied beslaan zijn dan zeer nuttig naast de grootschalige modellen. Voorts ging men systematisch aandacht besteden aan verwachtingen omtrent de mate van de onnauwkeurigheid waarmee weersverwachtingen behept zijn. Hiertoe ontwikkelde men de zogenaamde ensemble methode, een werkwijze die zeer veel rekencapaciteit vereist. (In de meteorologie worden steeds de krachtigste computers gebruikt die verkrijgbaar zijn).

Naast de hierboven behandelde wiskundige vlinder van Lorenz ontstond in 1972 een 'biologische' vlinder van Lorenz. Lorenz hield in dat jaar een korte voordracht voor een gezelschap van financiers van wetenschappelijk onderzoek. Hij legde er de nadruk op dat in de atmosfeer kleine storingen soms snel kunnen uitgroeien tot belangrijke veranderingen in de weersituatie en dat het onderzoek naar de omstandigheden waaronder dat volgens de nieuwere inzichten kan plaatsvinden kosten met zich mee zou brengen. Door de organisator van de bijeenkomst werd voor de voordracht als titel bedacht de vraag: "Predictability: Does the Flap of a Butterfly's Wings in Brazil Set Off a Tornado in Texas ?" De tekst van de voordracht werd niet gepubliceerd en de 'vlinder' ging als het [[vlindereffect]] een eigen leven leiden. Zo heeft men aan Lorenz wel de mening toegeschreven dat deze vraag bevestigend beantwoord moest worden.

In 1993 heeft Lorenz de tekst van de voordracht opgenomen in zijn autobiografisch getinte boek 'The Essence of Chaos'. Daaruit blijkt dat de vlinder een 'fabeldier' is, een [[metafoor]] waarmee men wilde benadrukken dat in de atmosfeer kleine storingen, die een kleine verandering brengen in de toestand op een bepaald ogenblik, moeilijk voorspelbare gevolgen kunnen hebben voor het weersverloop. We kunnen denken aan de precieze plaats waar een tornado of een nieuwe [[lagedrukgebied|depressie]] zal ontstaan.

'''Bron:'''

* Het gedeelte over het werk van Lorenz is in zijn oorspronkelijke vorm afkomstig van de website van het [[Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut|KNMI]]

'''Noot:'''

{{referencesReferences}}