В 1972 году на собрании Американской ассоциации по содействию науке о прогнозировании с докладом «Предсказуемость: может ли взмах крыла бабочки в Бразилии вызвать торнадо в Техасе?» выступил математик и метеоролог Эдвард Лоренц. С его легкой руки в научный лексикон вошел и стал популярен термин «эффект бабочки», шагнувший далеко за пределы науки.
Эта яркая метафора обозначает явление, по сей день вызывающее жаркие дискуссии и споры во множестве сфер не только науки: даже малозаметные микроскопические события и обстоятельства могут привести к таким последствиям, которые изменят близкое и далекое будущее до неузнаваемости. Судите сами.
В 1957 году на второразрядном благотворительном фестивале в Ливерпуле совершенно случайно встретились Джон Леннон и Пол Маккартни. К чему привело их знакомство, сегодня известно любому грамотному человеку. Квартет The Beatles совершил в музыке революцию.
В 1996 году из-за программно-математической ошибки потерпела крушение ракета Европейского космического агентства Ariane 5. Изначальная ошибка была пустячной, но она повлекла лавинообразное нарастание вычислительной погрешности, накопление которой вызвало разрушение критических систем ракеты.
В 2010 году за несколько минут деловой индекс Dow Jones рухнул почти на 1000 пунктов, что вошло в финансовую историю как «внезапный крах» (flash crash). Расследование одного из крупнейших в новейшей истории биржевых инцидентов показало, что виной была цепочка автоматизированно-компьютеризированных торговых алгоритмов. Они «испугались» небольшой аномалии в объемах продажи и запустили опять же лавинообразную распродажу акций массы компаний, минуту назад казавшихся благополучными.
Задолго до Лоренца и термина «эффект бабочки» его суть показали писатели-фантасты философского склада. Известный пример — рассказ Рэя Брэдбери «И грянул гром». Он вышел в 1952 году, за десять лет до того, как Лоренц лишь наукообразно охарактеризовал явление и был далек от яркой метафоры. В рассказе охотник из 2055 года, путешествуя в прошлое, случайно наступает на бабочку. В результате в 2055 году вместо демократично избранного президента власть в США захватывает диктатор и даже английский язык уже мало похож на себя.
Через три года после выхода рассказа Брэдбери, в 1955-м, его коллега Айзек Азимов выдал тоже ставший знаменитым роман «Конец вечности». Его главный герой из «касты вечных» техник Харлан занимается во времени МНВ — минимально необходимым воздействием. Например, передвигает на пару сантиметров спичечный коробок, чтобы через 100 лет избежать кровопролитной войны.
В 1963 году Эдвард Лоренц в одном из своих экспериментов использовал набор чисел для расчета прогноза погоды. При перезапуске симуляции ученый для удобства расчетов округлил температуру с 0,506127 до 0,506. Разница вроде бы минимальная, всего-то менее 0,02 процента. Но спустя несколько дней Лоренц получил в моделировании результаты, разительно отличные от первоначальных. Эффект бабочки иллюстрирует, как микроскопические изменения могут приводить к макроскопическим последствиям. Хаотичность многих систем (климатических, биологических, экономических и массы других) делает их предсказуемость крайне ограниченной.
«Прогноз погоды — это решение дифференциальных уравнений, — объясняет научный руководитель Гидрометцентра России Роман Вильфанд. — Точность решения этих уравнений зависит от начальных данных. Согласно современному пониманию фундаментальных законов природы, теоретическая минимальная ошибка в начальных данных ведет к тому, что через две недели решение задачи перестает зависеть от этих самых начальных данных. Другими словами, как бы мы ни старались, спрогнозировать ситуацию больше, чем на две недели вперед, уже невозможно. Увы! И это такая непростая философская ситуация, которую впервые осознали именно метеорологи: сколько ни развивай науку, две недели — порог, и за ним уже невозможно по дням прогнозировать».
В 2019 году исследователи Лос-Аламосской лаборатории провели эксперимент для эффекта бабочки на квантовом компьютере IBM, симулируя изменения во времени. Оказалось, что в квантовых системах эффект бабочки срабатывает не всегда, искаженно или вообще не возникает. Причем, как ни удивительно, некоторые трансформации обращены вспять, регрессивно. То есть как бы тянут назад, в прошлое, к исходным параметрам эксперимента, что остается для ученых полной загадкой.
Скептики ворчат, что классический эффект бабочки — яркая, оригинальная, но все-таки упрощенная метафора, которая передает смысл сложных нелинейных процессов поверхностно. Оптимисты возражают: даже если точное предсказание событий невозможно, понимание эффекта бабочки для вероятных изменений важно в разработке и применении адекватных моделей прогнозирования.
Так или иначе, но при всей «недосказанности» концепция эффекта бабочки оказала и оказывает значительное влияние не только на физику и математику, но и на философию, экономику, биологию, психологию, социологию и культуру в целом.