Ý nghĩa hiệu ứng cánh bướm

Vì sao văn hóa đại chúng yêu thích hiệu ứng cánh bướm trong khi lại hiểu về nó sai hoàn toàn?

Nhiều nhà khoa học thấy công trình của mình gắn làm tiêu đề các bài báo nhưng nhà khí tượng học Edward Lorenz công tác tại Viện Công Nghệ Massachusets (MIT) thấy nghiên cứu của mình đã trở thành một khẩu hiệu. Ông Lorenz vừa mất hồi tháng Tư, đã sáng tạo ra một trong những khái niệm vừa hấp dẫn một cách huyền bí vừa khơi gợi nhất từ trước tới nay, được bước ra từ phòng thí nghiệm đi vào đời sống văn hóa đại chúng : "Hiệu ứng cánh bướm". Một khái niệm về những sự kiện bé nhỏ nhưng để lại những hệ quả lớn về sau. Cái tên ấy có nguồn gốc từ gợi ý của Lorenz về một cơn bão khủng khiếp có thể chỉ bởi vì một cái đập từ đôi cánh bé nhỏ của con bướm.

Đến với đời sống văn hóa đại chúng như là một ẩn dụ cho những khoảnh khắc vô hại có thể tác động lịch sử thay đổi định mệnh. "Hiệu ứng cánh bướm" ban đầu không để nhận ra, nó tạo ra nguy cơ nguyên nhân hệ quả được biểu hiện rõ ràng khi xem xét lại: thay đổi hoạt động đời sống con người hay lan tỏa khắp nền kinh tế thế giới.

Năm 2004 trong bộ phim có tên "Hiệu ứng cánh bướm"- người viết bài này đã xem nó nhưng bạn thì không nhất thiết cần xem- tài tử Aston Kutcher quay về quá khứ, thay đổi tuổi thơ không yên ả nhằm ảnh hưởng tới hiện tại dù kết quả thì thật tệ hại. Trong phim Havana năm 1990 Robert Redford- trong vai con bạc giỏi toán- nói với Lena Olin: "Một con bướm vỗ đôi cánh trên một bông hoa ở Trung Quốc và gây ra một cơn bão ở vùng Ca ri bê. Người ta còn tính được cả chênh lệch."

Những vay mượn ý tưởng của Lorenz có thể xác tín với khán giả không nghi ngờ nhưng đều có một khiếm khuyết lớn: Họ hiểu ý tưởng này một cách chính xác ngược lại. Nghĩa bao trùm của hiệu ứng cánh bướm không phải là ta có thể lần ra những liên kết mà là ta không thể làm điều đó. Tuyên bố rằng một đôi cánh bướm có thể gây ra một cơn bão, sau cũng sẽ đưa đến câu hỏi: Làm thế nào mà chúng ta có thể dứt khoát cái gì gây ra bão, nếu cũng có những thứ be bé, nhè nhẹ tương tự như một con bướm tồn tại? Công trình của Lorenz mang tới một cách tư duy mới mẻ về nguyên nhân và hệ quả nhưng nó không mang tới câu trả lời dễ dàng(có thể hiểu).

Văn hóa đại chúng liên hệ hiệu ứng cánh bướm là thứ vật lý tồi nhưng lại là hàn thử biểu cho biết công chúng nghĩ gì về khoa học. Nó thể hiện khe hở đang lớn dần giữa mong muốn của công chúng và những nghiên cứu khoa học: về một loạt những câu trả lời chính xác hơn về thế giới đang sống và địa hạt của bất định mà tại đó khoa học hiện đại đang dẫn dắt chúng ta.

Hiệu ứng cánh bướm là một hiểu biết sâu sắc giả vờ dưới vẻ đơn giản, rút ra từ một ngành hiện đại và phức tạp. Với vai trò là là một trợ lý giáo sư tầm thường tại khoa khí tượng thuộc MIT hồi năm 1961, ông Lorenz sáng chế ra một chương trình máy tính ban đầu nhằm mô phỏng thời tiết. Một hôm ông thay đổi một con số trong 12 con số biểu thị điều kiện khí quyển từ 0.506127 thành 0.506. Thay đổi bé nhỏ này gây ra thay đổi hoàn toàn dự báo(thời tiết) dài hạn của ông, điểm mà trong bài luận năm 1972 ông đã mở rộng, bài luận đăng báo có tên: "Dự báo: Liệu một cú đập cánh của con bướm ở Brazil có gây ra lốc xoáy tại Texas?"

Trong bài báo đó, ông Lorenz công bố một hiệu ứng khí quyển nhỏ sẽ đặt ra sai lầm cả thực tế và triết học. Như trong thực tế thì sẽ giới hạn dự báo thời tiết dài hạn, trong triết học thì sẽ cản trở chúng ta cô lập những nguyên nhân cụ thể khỏi điều kiện kế sau. Có vô số những quan hệ nối liên kết nhau, theo như Lorenz thì một cú đập cánh có thể gây ra một lốc xoáy hoặc như chúng ta biết có thể tránh điều đó xảy ra. Tương tự, chúng ta tạo ra thay đổi nhỏ đối với tự nhiên," chúng ta sẽ chẳng bao giờ biết điều gì xảy ra nếu ta đã không xáo trộn nó," vì hệ quả thay đổi là cực kì phức tạp và quá khó khăn để phục dựng về trang thái trước đó.

Nên bài học chủ yếu về hiệu ứng cánh bướm là ngược lại với điều diễn viên Redord nói: Sẽ là quá khó khăn để tính toán mọi thứ một cách chắc chắn. Có nhiều con bướm ngoài kia. Lốc xoáy ở Texas có thể là hệ quả bởi một con bướm ở Brazil, Bali hay Budapest. Thực tế thì chúng ta không thể biết. Nhà toán học tại Đại học Boston Robert Devaney nói: " Bất khả thi cho con người để đo lường mọi thứ một cách hoàn toàn chính xác.Và rằng, nếu bạn sai, thì hành trạng của giải pháp cũng sai nốt." Khi mà một thành tố nhỏ sai khác lớn, thì thế giới căn bản không thể tiên đoán được."

Hơn nữa, Lorenz cũng khám phá ra giới hạn chặt hơn cho kiến thức của chúng ta, chứng tỏ rằng hệ vật lý hiện đại với ít biến số đã biết, như dòng cuộn khí đun nóng trong một chiếc hộp có thể mang tới bất tận những hiệu ứng có tính không thể tiên đoán và tuần hoàn. Đây là ý tưởng nền cho thuyết hỗn độn( mà con bé +Diệu Hồng gọi là thuyết cây-ớt). Những người ủng hộ thuyết này đôi khi còn bảo là chính Lorenz đã giúp xua tan ý tưởng về một vũ trụ có thể tiên đoán của vật lý Newton.

Giáo sư Kerry Emanuel tại MIT cho rằng:" Lorenz đã đi xa trong hiệu ứng cánh bướm để nói rằng một hệ ổn định là không thể tiên đoán, không cần biết chính xác bằng cánh nào bạn tạo ra điều kiện ban đầu- đây chính là một tuyên bố sâu sắc." Thay cho cách nhìn khoa học rằng mọi tiên đoán là khả thi chỉ cần có đủ thông tin, công trinh của Lorenz gợi ý rằng khả năng phân tích và tiên đoán về cách vận hành của thế giới hiển nhiên là giới hạn.

Tuy nhiên, trong trí tưởng tưởng của công chúng. Hình ảnh con bướm nhỏ là ẩn dụ của sự ngạc nhiên cho chuỗi sự kiện phơi bày ra. Trang mạng Smartmoney.com có bài phân tích từ năm 2007 trích ý tưởng của Lorenz, đề nghị rằng sai lầm giả thuyết ở tập đoàn Sony  ảnh hưởng tới chuỗi công ty hàng hải, phân phối và các nhà đầu tư, như sau:" Một con bướm, như trong trường ở con ở Nhật, phá hủy cả chuỗi(cung ứng vận tải sản xuất)." Ngay khi ứng dụng vào xã hội, hơn là trong tự nhiên, tuyên bố trên xứng đáng được hoài nghi xem xét.

Chúng ta tưởng rằng Hiệu ứng cánh bướm có thể giải thích mọi thứ trong cuộc sống hàng ngày, tuy nhiên, thấy rằng nó không hơn một cơn bốc đồng thái quá cho việc hiện thực hóa ý tưởng đó thông qua khoa học. Nói đến với mong mỏi của chúng ta rằng có thể nhận thức được thế giới - rằng mọi thứ xảy ra đều có lý do gì đó, và rằng chúng ra có thể xác định được tất cả lý do tuy nhiên chỉ một số ít là khả thi. Tự thân tự nhiên thách đố mong mỏi này. Đó là xác suất, không phải nguyên nhân hệ quả chắc chắn, điều điều khiển bằng cách nào mà các nhà khoa học hiểu các hệ, từ hạt hạ nguyên tử tới những cơn bão. Emanuel nói:" Mọi người hiểu rằng những thứ bé nhỏ có thể gây ra khác biệt lớn. Nhưng họ nhầm về thế giới vật lý. Mọi người muốn gắn nguyên nhân cụ thể cho sự kiện, và không chấp nhận cái ngẫu nhiên của thế giới."

Do đó tình trạng ấm lên toàn cầu có thể gây những cơn bão lớn- theo như Emauel nói:" như đang tung con súc sắc."- tuy nhiên không thể nói chính đó là nguyên nhân gây ra bão Katrina. Các nhà khoa học giúp ta hiểu thế giới nhưng theo như Lorenz thì nhiều khi lại bằng cách chỉ ra cho ta thấy những giới hạn hiểu biết của chúng ta.( như khi giải 1 bài toán đôi khi lời giải là: chúng ta không thể giải được nó.)

Dịch nháp lần 1

The meaning of the butterfly

The meaning of the butterfly

Why pop culture loves the 'butterfly effect,' and gets it totally wrong

By Peter Dizikes

June 8, 2008

SOME SCIENTISTS SEE their work make headlines. But MIT meteorologist Edward Lorenz watched his work become a catch phrase. Lorenz, who died in April, created one of the most beguiling and evocative notions ever to leap from the lab into popular culture: the "butterfly effect," the concept that small events can have large, widespread consequences. The name stems from Lorenz's suggestion that a massive storm might have its roots in the faraway flapping of a tiny butterfly's wings.

Translated into mass culture, the butterfly effect has become a metaphor for the existence of seemingly insignificant moments that alter history and shape destinies. Typically unrecognized at first, they create threads of cause and effect that appear obvious in retrospect, changing the course of a human life or rippling through the global economy.

In the 2004 movie "The Butterfly Effect" - we watched it so you don't have to - Ashton Kutcher travels back in time, altering his troubled childhood in order to influence the present, though with dismal results. In 1990's "Havana," Robert Redford, a math-wise gambler, tells Lena Olin, "A butterfly can flutter its wings over a flower in China and cause a hurricane in the Caribbean. They can even calculate the odds."

Such borrowings of Lorenz's idea might seem authoritative to unsuspecting viewers, but they share one major problem: They get his insight precisely backwards. The larger meaning of the butterfly effect is not that we can readily track such connections, but that we can't. To claim a butterfly's wings can cause a storm, after all, is to raise the question: How can we definitively say what caused any storm, if it could be something as slight as a butterfly? Lorenz's work gives us a fresh way to think about cause and effect, but does not offer easy answers.

Pop culture references to the butterfly effect may be bad physics, but they're a good barometer of how the public thinks about science. They expose the growing chasm between what the public expects from scientific research - that is, a series of ever more precise answers about the world we live in - and the realms of uncertainty into which modern science is taking us.

. . .

The butterfly effect is a deceptively simple insight extracted from a complex modern field. As a low-profile assistant professor in MIT's department of meteorology in 1961, Lorenz created an early computer program to simulate weather. One day he changed one of a dozen numbers representing atmospheric conditions, from .506127 to .506. That tiny alteration utterly transformed his long-term forecast, a point Lorenz amplified in his 1972 paper, "Predictability: Does the Flap of a Butterfly's Wings in Brazil Set Off a Tornado in Texas?"

In the paper, Lorenz claimed the large effects of tiny atmospheric events pose both a practical problem, by limiting long-term weather forecasts, and a philosophical one, by preventing us from isolating specific causes of later conditions. The "innumerable" interconnections of nature, Lorenz noted, mean a butterfly's flap could cause a tornado - or, for all we know, could prevent one. Similarly, should we make even a tiny alteration to nature, "we shall never know what would have happened if we had not disturbed it," since subsequent changes are too complex and entangled to restore a previous state.

So a principal lesson of the butterfly effect is the opposite of Redford's line: It is extremely hard to calculate such things with certainty. There are many butterflies out there. A tornado in Texas could be caused by a butterfly in Brazil, Bali, or Budapest. Realistically, we can't know. "It's impossible for humans to measure everything infinitely accurately," says Robert Devaney, a mathematics professor at Boston University. "And if you're off at all, the behavior of the solution could be completely off." When small imprecisions matter greatly, the world is radically unpredictable.

Moreover, Lorenz also discovered stricter limits on our knowledge, proving that even models of physical systems with a few precisely known variables, like a heated gas swirling in a box, can produce endlessly unpredictable and nonrepeating effects. This is a founding idea of chaos theory, whose advocates sometimes say Lorenz helped dispel the Newtonian idea of a wholly predictable universe.

"Lorenz went beyond the butterfly," says Kerry Emanuel, a professor in the department of earth, atmospheric, and planetary sciences at MIT. "To say that certain systems are not predictable, no matter how precise you make the initial conditions, is a profound statement." Instead of a vision of science in which any prediction is possible, as long as we have enough information, Lorenz's work suggested that our ability to analyze and predict the workings of the world is inherently limited.

But in the popular imagination, that one picturesque little butterfly became a metaphor for the surprising way that long chains of events unfold. A SmartMoney.com market analysis from 2007 cites Lorenz, then suggests that hypothetical problems at Sony could affect a string of shippers, retailers, and investors: "One butterfly, in this case a Japanese butterfly, sets off the entire chain." Even applied to society, rather than nature, such claims merit skepticism.

That we imagine the butterfly effect would explain things in everyday life, however, reveals more than an overeager impulse to validate ideas through science. It speaks to our larger expectation that the world should be comprehensible - that everything happens for a reason, and that we can pinpoint all those reasons, however small they may be. But nature itself defies this expectation. It is probability, not certain cause and effect, that now dictates how scientists understand many systems, from subatomic particles to storms. "People grasp that small things can make a big difference," Emanuel says. "But they make errors about the physical world. People want to attach a specific cause to events, and can't accept the randomness of the world."

Thus global warming may make big storms more likely - "loading the die," Emanuel says - but we cannot say it definitively caused Hurricane Katrina. Science helps us understand the universe, but as Lorenz showed, it sometimes does so by revealing the limits of our understanding.