Сущность хаоса Эдвард Лоренц

Предисловие

Весной 1991-го года я получил приглашение от университета Вашингтона преподать курс лекций, как часть серии, которая была вдохновлена более ранним поколением, проявившим благосклонность и дальновидность Джесси и Джоном Данцем. Лекции должны были проходить до основной аудиенции и я волен был выбирать тему.

Ранее, примерно за тридцать лет, в то время как я проводил обширные эксперименты в теории предсказания погоды, я столкнулся с феноменом, который позже назвали «хаосом» - кажущееся непредсказуемым и непоследовательным поведение, которое тем не менее соответствуют точным и часто просто выразимым правилам. Ранние исследователи случайно регистрировали поведение подобного рода, но обычно при самых различных условиях. Часто они не могли даже понять, что видели, и просто принимали это за нечто, мешающее им заниматься иными более важными делами. Моя ситуация была уникальность, я действительно понял, что это, но мои эксперименты терпели неудачу, поскольку я не смог составить определенных уравнений, которые бы решались хаотически. Внезапно, хаос стал чем-то желательным, по крайней мере при определенных обстоятельствах, и в последующие годы я стал все более и более обращаться к этой теме, как к самостоятельному феномену, который необходимо изучить.

И мне было легко решить, какую выбрать тему для своих лекций. Я принял приглашение и выбрал заглавие «Сущность хаоса». В итоге курс из трех лекций принял окончательную форму. Первая была посвящена хаосу и иллюстрировала основные его свойства на простых примерах, а заканчивалась она описанием некоторых родственных феноменов – нелинейность, комплексность и фрактальность – что также иногда называют «хаосом». Вторая лекция имела отношение к глобальному вопросу погоды, как комплексному примеру хаотичной системы. Последняя представляла собой сумму наших знаний о хаосе, предлагающая описание различных хаотичных систем, заканчивающаяся некоторыми философскими концепциями. В рамках ожидаемой аудиенции я избегал математических формул и технических терминов, за исключением некоторых достаточно простых.

Настоящая книга с тем же названием написана в духе лекций Данца. Она содержит тот же материал с дополнительными описаниями, заполняющими пробелы, которые неизбежно возникли в ходе устной презентации. Ведущая лекция была расширена и стала главами 1,2 и 5, в то же время вторая превратилась в главу 3. Последняя лекция с историческим аспектом начинается с открытия Нептуна, прослеживает работу Генри Пуанкаре и его последователей и охватывает мои собственные исследования в хаосе, ставшая главой 4.

Мое решение превратить лекции в книгу было вдохновлено тем, что хаос, а также связанные с ним концепции – странных аттракторов, основных границ, периоды двойной бифуркции и подобные им – можно объяснить в книге читателю без матиматического или иного образования, даже не смотря на то, что сам по себе хаос представляет собой новую ветвь математики или даже науки. Подобно тому, как было в лекация, я представил историю хаоса простым языком , за исключением мест, где хотел избежать длинных фраз, я вставил некоторые стандартные термины. Я поместил уместные математические уравнения и их ответвления в приложение, которое не обязательно читать, чтобы понять основной текст, но которые могут существенно помочь читателю с математическим образом мышления.

Конечно, нельзя сказать, что в основном тексте вообще нет математики. Он есть но представляет собой достаточно узкий математический взгляд. Например, едва заметив, что одна иллюстрация показывает две доски скользящих вниз на тридцать метров по склону, на дистанции в десять сантиметров друг от друга и заканчиваясь в десяти метрах, вы можете сказать, что тут есть математика. Словесное описание этой иллюстрации склоняется также к математике. В любом случае, хорошее и качественное применение математики в иллюстрациях, я считаю уместным, тем более, что большинство из них получены из компютерного моделирования. И все подано таким образом, что читателю не нужно копаться в формулах или программах, чтобы понять сообщение, содержащееся в иллюстрации.

В создании книги мне помогали множество людей, перед которыми я в долгу. Прежде всего это хочу поблагодарить Фонд Данца, без спонсорской помощи которого я никогда бы не приступил к лекциям на эту тему. Также я должен поблагодарить Вашингтонский Университет за то, что выбрали меня в качестве лектора. Я в неоплатном долгу перед Научным отделом слежения за динамично изменяющимся климатом и соответствующим программным обеспечением. Как и перед руководителем отдела Джеем Фином, за поддержу в моих исследованиях хаоса и атмосферных явления, а также за написание огромного числа программ и компьютерное просчитывание и моделирование, результаты которого стали иллюстрациями в книге. Я бы хотел поблагодарить Джоеля Сломана за перепечатку и ассистирование не только в создании финальной версии рукописи, но и за работу с черновиками. Дину Шпигель за ее помощь в решении компьютерных проблем и Джейн МакНабб за то, что взяла на себя тяжесть административной работы, что в ином случае свалилось бы на меня.

Благодарность Дейву Фульцу из Чикагского Университета за фотографии его экспериментов по отражения и Американское Метеорологическое сообество за то, что позволили ему это. Также благодарности Роберту Датторе и Уилбуру Шпенглеру из Национального Центра по изучению Атмосферы за предоставление записей слежения за многие годы за состоянием погоды в Сингапуре.

Я должен выразить особую признательность Мерри Кастон, прочитавшей рукопись страницу за страницей, за ее мудрые комментарии, заставившие меня сделать множество полезных дополнений и другую помощь. Сесть множество других людей, кому я обязан в той или иной степени, повлиявших своими словами на идеи в книге. Этой связи я должен в частности упомянуть Роберта Корнетта, Джеймса Карри, Роберта Девани, Алана Фаллера, Роберта Гилборна, Филлипа Мерилиса, Тима Палмера, Брюса Стрита, Йошике Уеда, Джея Майкла Уоллеса и Джеймса ЙОрна. А также хочу поблагодарить всех тех, кто повлиял на меня незаметным образом и тех анонимных наблюдателей, о которых я могу сказать только одно, что они должны быть упомянуты.

Наконец, я очень благодарен своей жене, Джейн, оказавшей мне моральную поддержку на всем протяжении подготовки книги и за то, что составила мне компания в огромном числе путешествий по сбору материала , а также моих детей Нэнси, Эдварда и Черил – адвоката, экономиста и психолога – прекрасно справившихся со своими ролями интеллигентных мирян и внимательно изучавших рукопись на всех стадиях ее создания.