Эффект бабочки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Доклад

по предмету «Социальное моделирование и программирование»

на тему «Эффект бабочки»

Выполнили: студентки 4 курса группы 1 С ффс

Гимадрисламова Р.М., Хазиева Э.Р.

Эффект бабочки -- термин в естественных науках, обозначающий свойство некоторых хаотичных систем: незначительное влияние на систему может иметь большие и непредсказуемые последствия где-нибудь в другом месте и в другое время.

Взмах крылышек бабочки в Бразилии может породить торнадо в Техасе", - примерно так американский метеоролог Эдвард Лоренц, в 70-е годы прошлого века профессионально занимавшийся предсказанием погоды, сформулировал общие свойства так называемых диссипативных систем в окружающем нас мире, описывающих чувствительную зависимость поведения системы от начальных условий. Проявление своеобразной "свободы выбора" в случае неразумной или даже неживой природной среды тесно связано с теориями хаоса и самоорганизации. Вообще говоря, модели, с помощью которых мы пытаемся описывать реальный окружающий нас мир, содержат как элементы порядка, так и беспорядка, и в этом смысле модель динамического хаоса - это звено, соединяющее полностью детерминированные системы с принципиально случайными.

Для нелинейной системы с диссипацией практически невозможно предсказать конкретный ход ее развития, так как реальные начальные условия никогда не могут быть заданы с абсолютной точностью, а наличие точек бифуркации (ветвления) приводит к тому, что даже малые возмущения могут сильно повернуть направление эволюции. В некоторых случаях взмаха крыльев бабочки действительно достаточно для того, чтобы изменить направление потоков воздуха в атмосфере и вызвать какой-то обвальный процесс, напоминающий сход лавины с гор, что готов начаться от малейшего звука. Лоренц назвал это парадоксальное явление "эффектом бабочки" ("баттерфляй-эффектом", 'butterfly effect'). Название и образ оказались настолько привлекательны для массового сознания, что нашли свое вполне законное место в американской литературе и даже в кино.

Итак, занимаясь компьютерным моделированием погоды, неугомонный метеоролог создал простейшую модель прогнозирования погоды на всем земном шаре, которая поначалу работала достаточно точно. Создатель модели прогнозирования искренне верил, что законы движения служат для его расчетов базой математической упорядоченности. «Кто поймет закон - поймет Вселенную!» - думал Лоренц, фанат компьютерного моделирования погоды.

Лоренц надеялся, что его модель даст устойчивые алгоритмы и не менее устойчивые результаты. Но на поверку, несмотря на четкие исходные данные, его детище порождало, против всех правил, накопительные отклонения и погрешности - эдакий упорядоченный хаос. Ученый вдруг осознал, что его модель может предсказать абсолютно четко только одно: спрогнозировать что-либо - невозможно! Почему? Да потому что в четкой системе всегда возникают погрешности, которые принято считать незначительными. Но именно эти незначительности и приводят, в конце концов, к непредсказуемым поворотам и глобальным ошибкам. Говоря научно, конечный результат сильно зависит от исходных данных и условий. Как в английском стишке в переводе Маршака:

«Не было гвоздя - подкова пропала,

Не было подковы - лошадь захромала,

Лошадь захромала - командир убит,

Конница разбита, армия бежит,

Враг вступает в город, пленных не щадя,

Оттого что в кузнице не было гвоздя».

Как истинный метеоролог, Лоренц предположил, что взмах крыла бабочки где-нибудь в Сингапуре может запросто стать причиной возникновения мощного торнадо в Северной Каролине. Звучит фантастично, но ученый был недалек от истины, если таковая возможна.

Впрочем, у нашего читателя "эффект бабочки" больше ассоциируется с одним из самых знаменитых рассказов Рэя Брэдбери "И грянул гром..." (A Sound of Thunder, 1952), который посвящен путешествиям во времени. Трусливый охотник на динозавров, отправившийся в прошлое, "сошел с тропы" и раздавил бабочку, что привело к необратимым последствиям на уровне всего человеческого социума (изменились как правила английской грамматики, так и настроения избирателей в США, выбравших вместо умеренного кандидата откровенного фашиста). Имеет ли какую-нибудь прямую связь тот давний рассказ Брэдбери и рассуждения Лоренца, в общем-то неясно (информация по этому поводу довольно путанная), но дата появления на свет рассказа наводит на мысль, что именно бабочка из НФ была первична, и она в свою очередь впечатлила метеоролога (здесь тоже своего рода запутанная причинно-следственная связь, тоже этакий "баттерфляй-эффект"...).

"Эффект бабочки" Лоренца и Брэдбери намертво перепутались, и теперь свежевышедший на наши экраны американский фильм "Эффект бабочки" (The Butterfly Effect, 2004), имевший, кстати, рабочее название "Теория хаоса" рекламируют в качестве экранизации все того же Брэдбери (кстати, "И грянул гром..." Брэббери тоже собираются экранизировать, а телепостановки на эту тему случались еще в СССР). В фантастическом триллере некий студент колледжа, терзаемый детскими воспоминаниями, пытается исправить настоящее, возвращаясь в свое юное тело. Однако "эффект бабочки" неизменно приводит к тому, что самые небольшие изменения в системе несут совершенно непредсказуемые последствия.

Воздействие собственно самого рассказа Брэдбери на умы и произведения фантастов и кинематографистов теперь уже невозможно описать ни количественно, ни качественно. Последствия взмаха крылышек бабочки Брэдбери уже не отследишь, но можно говорить о том, например, как эта самая "бабочка" когда-то оказывала свое "разрушительное" воздействие на технически грамотное, но идеологически недоподкованное население одной шестой части суши, заставляя усомниться в том, что железобетонная правда марксистского исторического детерминизма столь уж неуязвима с истинно научной точки зрения.

«Небольшие различия в начальных условиях рождают огромные различия в конечном явлении… Предсказание становится невозможным» (А. Пуанкаре, по: Хорган, 2001).

Помнится, Айзек Азимов - еще один великий американский фантаст - наряду с Брэдбери был, в общем-то, "персоной грата" в советских журналах и сборниках - в качестве гуманиста, эволюциониста и научного фантаста в изначальном смысле этого слова, - но в адрес его знаменитого романа "Конец Вечности" (The End of Eternity, 1952), опубликованного в "Библиотеке современной фантастики" (1966) и несшего отчетливый отпечаток того самого "эффекта бабочки", всегда сквозь зубы выговаривалось что-нибудь вроде "неправомерного преувеличения роли случайности в развитии общества". То есть вот критика "монополистических организаций", готовых в будущем взять в свои руки даже управление человеческой историей - это, безусловно, было хорошо, а изобразить зависимость социального развития человечества (Максимально Ожидаемая Реакция) от какого-нибудь ящика, переставленного путешественниками во времени с места на место (Минимально Необходимое Воздействие) - это, безусловно, ересь.

"Необратимость времени - это не постулат той или иной физической теории, но краеугольный принцип научного знания. Нарушение этого принципа равносильно отказу от научного детерминизма, от причинности, на чем зиждется все здание науки [...] Азимов, по-видимому, разделяет весьма распространенное на Западе среди философов, социологов и историков мнение, будто история человечества всецело зависит от случайного стечения обстоятельств; так что даже самые ничтожные изменения, складываясь в длинные причинно-следственные связи, могут совершенно изменить ход исторического развития", - такой вердикт вынес прямо в послесловии к советской первопубликации в меру бдительный советский социолог Э.А. Араб-оглы.

Разумеется, с точки зрения железной логики и Брэдбери, и Азимов очень даже сильно "грешат". Охота на динозавров, присутствие искусственной "дороги", невольное воздействие на окружающую среду из будущего техникой и занесенными микроорганизмами, - все это должно повлиять на историю и эволюцию не менее разрушительно, чем одна-единственная бабочка. К тому же память о "неискаженной истории", остающаяся в голове у путешественников во времени, уже изменивших прошлое, да и сама изначальная причина такого акта изменения исторической реальности - все это суть парадоксы, без которых, впрочем, немыслима художественная ткань произведения, хотя с точки зрения науки и логики это и нонсенс. неопределенность хаос эффект

Последующая история "баттерфляй-эффекта" - это время появления вторых, третьих и энных "итераций" художественной посылки Брэдбери... Теперь уже сам рассказ о бабочке входит наравне с другими действующими персонажами в новые произведения других фантастов:

"Вот и в бабочке мало вероятия. История - широкий поток, обтекает она песчинки, бабочек всяких. Но декабристы-то - не песчинки. Хоть в одном мире спасем их. Спасем? Или дадим повесить, чтобы историю не портить? Берешь на свою совесть пятерых повешенных?"

А на Западе на месте маленького рассказика уже вырастают громады сериалов (например, Мир вокзалов времени вроде Шангри-лаРоберта Асприна, где из эпохи в эпоху шляются болваны-туристы, так и норовящие нарушить тот самый "принцип бабочки" - впрочем, никаких действительно серьезных потрясений сама природа времени по Асприну как раз и не позволяет...), перечислить же всех многочисленных литературных исследователей "эффекта бабочки" просто не представляется возможным, как и путешественников во времени...

Теперь же ученые-компьютерщики из Корнельского университета (Cornell University, Итака, штат Нью-Йорк) решили "перекинуть мостик" от атмосферных исследований и машины времени к сегодняшнему миру Интернета, транснациональных корпораций, терроризма и пандемий среди людей и в сельском хозяйстве. Вопрос об "баттерфляй-эффекте" может быть перефразирован тогда следующим образом: "Может ли единственный "мессидж" по электронной почте из Бразилии вызвать поток необратимых событий в штате Техас?"

Социологи постулируют, что только то, что думают и говорят несколько влиятельных лидеров, может глобально распространиться по всей Земле, вырасти как снежный ком и вызывать большие изменения в мыслях большого числа людей. Однако кто эти самые влиятельные люди и насколько широк их круг? Американские специалисты делают на этот счет некоторые предположения. Их идеи могли бы быть применены в таких разнообразных сферах как продажа новых товаров и программ, продвижение новых сельскохозяйственных методов в развивающихся странах, предсказание распространения болезней или идентификация лидеров террористических организаций. Источником для умозаключений послужил Интернет, который, как известно, представляет собой уникальную среду, где можно хорошенько экспериментально (и задешево) поизучать всякие подобные эффекты и явления, отслеживая деятельность очень больших групп людей, наблюдая за тем, как эти группы модифицируются спустя какое-то время.

Общий подход, используемый социологами в таких случаях, состоит в том, чтобы брать интервью у каждого члена группы и узнавать, кто с кем связан - по сути, делать такой своеобразный срез текущего момента. А использование компьютеров и Интернета позволяет путем последовательных рассылок выявлять такие линии связей в очень большой группе, причем это исследование можно повторять неоднократно, то есть набор нужной статистики - это лишь вопрос времени. Собственно, такими "социальными экспериментами" уже вовсю занимаются среди нас вирусы и беспардонные инициаторы так называемых "писем счастья" - тоже подобия "социальных" вирусов, принимающих, например, форму "предупреждений о новой заразе" и рассылаемых затем друг другу совершенно бескорыстно, с самыми добрыми намерениями.

Интернет-группы могут иметь множество разных форм, включая форумы Usenet и "чаты", списки почтовых рассылок и взаимные ссылки между веб-узлами на связанных между собой разделах. Последнее новшество в этом смысле - программы ведения личных интерактивных журналов, известных как "блоги" ("blogs"), - например, популярный в России "ЖЖ" - "Живой журнал". Они приводят к все большему "переплетению" пользователей друг с другом за счет взаимных комментариев относительно тех или иных дневниковых записей. Один из способов находить "влиятельных людей" может состоять в том, чтобы выявлять тех, кто имеет самое большое количество взаимных ссылок и "френдов", или тех, кто сможет "достучаться" до наибольшего числа других пользователей с наименьшим количеством "скачков" через других людей (это, правда, несколько напоминает процесс организации крупных криминальных "сходняков", однако исследовать подобный "феномен" и влияние на него "эффекта бабочки" американским компьютерщикам, понятное дело, в голову не пришло).

Профессор Джон Клейнберг (Jon Kleinberg), обсуждавший подобные алгоритмы на ежегодной встрече Американской ассоциации содействия развитию науки (American Association for the Advancement of Science - AAAS) в Сиэтле, говорил о наблюдениях своего рода избыточности: два или три главных "кандидата" могли связаться с тем же самым подмножеством сети. Так, по Клейнбергу, "после указания нескольких первых людей, вы скидываете со счетов многих других, которые все еще могут считаться влиятельными, но в отдельных частях сети".

Исследователи проверили свой алгоритм и на принципиально ином виде сети - на известном интерактивном собрании научных статей в электронном виде (в основном, посвященных вопросам физики и математики), известном как arXiv и поддерживаемом Корнельской университетской библиотекой. Предполагалось, что люди в то время, когда создавали совместную статью, были, конечно, между собой связаны. Исследование игнорировало любую реальную информацию, вроде той, что два конкретных человека работают в одном и в том же учреждении. При этом выяснилось, что метод моделирования сетей Клейнберга и его коллег значительно превзошел по быстродействию те методы, которые полагаются исключительно на подсчет ссылок или измерения "расстояний" между "кандидатами" и остальной частью сети.

Клейнберг также совместно с Дэвидом Либен-Науэллом (David Liben-Nowell), аспирантом из Массачусетского технологического института, изучил основные способы, за счет которых сети растут с течением времени. Цель состояла в том, чтобы пробовать предсказать, в каких местах появятся новые связи (ссылки). В том, что касается сети arXiv, была сначала выдвинута гипотеза, что два человека, которые изначально не были связаны, с большой вероятностью сформируют связь в будущем, если они расположены друг возле друга в списках ссылок. Однако выяснилось, что минимальное число "скачков" - это вовсе не самая объективная мера потенциально возможного в будущем сближения. Причина этого, по мнению Клейнберга, состоит в "феномене маленького мира" ("small world phenomenon"; видимо, это выражение соответствует русскому присловью "как тесен мир!") - он обращает внимание на тот факт, что каждый из нас и так в среднем находится на расстоянии "шести скачков" от любого другого жителя Земли (имеется в виду "промежуточные" знакомства). "Лучше сначала постараться изучить людей, имеющих множество различных коротких связей, соединяющих их, - говорит Клейнберг. - А вообще это очень важный, но пока еще нерешенный вопрос, нуждающийся в дальнейших исследованиях".

До сих пор ученые расценивают открытие Лоренца как самое весомое свидетельство диалектического симбиоза: мир совершенно непредсказуем в своих закономерностях и в их последствиях.

Не потому ли мы так ценим стабильность в семье и во взаимоотношениях, верность своему слову, что эти ценности дают нам чувство устойчивости и определенности в таком неустойчивом и неопределенном мире?

Остается пожелать: не наступайте на «бабочек», дамы и господа! Пусть судьба хранит вас от необдуманных слов и поступков, а, соответственно, и от их глобальных последствий.

Литература

Источник

From butterfly wings to single e-mail, if one action can cause a torrent, Cornell researchers find the best place to start - Cornell News Service Home Page

Ссылки

1. http://www.hi-edu.ru/x-books-free/xbook131/01/index.html?part-007.htm - Проблема "порядок-беспорядок" в природе и обществе - В.В. Горбачев Концепции современного естествознания

2. http://www.jnana.ru/science/absolute_knowledge.html - Погоня за призраком абсолютного знания - Штефан Кляйн

3. http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:vy2W48zDJA0J:grani.ru/Cars/m.61101.html+&cd=1&hl=ru&ct=clnk&gl=ru&client=opera - Эффект бабочки": машина времени и Интернет

Размещено на Allbest.ru