وبلاگ آموزش فیزیک

اثر پروانه ای

نظریه ی آشوب یا بی نظمی، در مکانیک و ریاضیات، مطالعه یرفتاربه ظاهر تصادفی و یا غیر قابل پیش بینی در سیستمی است که با قوانین قطعی کنترل می شود. یک اصطلاح دقیق تر، “بی نظمی قطعی” می باشد و از آنجا که دو مفهوم آشنا و ناسازگار را مرتبط می سازد از خود پارادوکس نشان می دهد.

اولین پارادوکس در مورد تصادفی بودن یا غیر قابل پیش بینی بودن، مانند مسیر یک مولکول گاز یا سیستم دینامیکی اتمسفر زمین و … می باشد. مفهوم بعدی “حرکت قطعی” است که همانند آونگ یا یک سیاره و… از زمان آیزاک نیوتن به عنوان نمونه ی موفقیت ِ علم در ارائه پیش بینی های پیچیده، پذیرفته شده است. با این حال در دهه های اخیر، سیستمهای متنوعی مورد مطالعه قرار گرفته که با وجود سادگی ظاهری، نیروهای اعمالی و قوانین فیزیکی شناخته شده، باز هم غیر قابل پیش بینی بودند.

عنصر مشترک در این سیستم ها نسبت به شرایط اولیه و نسبت به روشی که آنها در حرکت بوده اند از درجه حساسیت بسیار بالایی برخوردار میباشد. به عنوان مثال، هواشناس “ادوارد لورنتس” کشف کرد که مدل ساده ای از انتقال حرارت ذاتا غیر قابل پیش بینی است، شرایطی که او “اثر پروانه ای” نامگذاری کرد. این اثر نشان می دهد که تنها بال زدن یک پروانه می تواند باعث تغییر سیستم آب و هوایی شود. مثال ساده تر ماشین پین بال است: حرکات توپ دقیقا با قوانین گرانشی و برخوردهای الاستیک کنترل می شود– که هر دو به طور کامل شناخته شده- و در عین حال نتیجه ی نهایی غیر قابل پیش بینی میباشد.

در مکانیک کلاسیک، می توان رفتار یک سیستم دینامیکی را از نظر هندسی به صورت حرکت “جذب کننده” توصیف کرد. ریاضیات مکانیک کلاسیک سه نوع جذب کننده مشخص می کند: نقاط منفرد (مشخص کننده حالت دائمی)، حلقه های بسته (چرخه تناوبی)، و چرخش ها (ترکیبی از چندین چرخه). در دهه ۱۹۶۰ کلاس جدیدی از “جذب کننده های بیگانه” توسط ریاضیدان آمریکایی استفان اسمیل کشف شد. این کلاس نشان می دهد که دینامیک جذب کننده های بیگانه، دارای بی نظمی است.

بعد از آن مشخص شد که جذب کننده های بیگانه در تمام مقیاس بزرگ نمایی دارای ساختار دقیق هستند؛ پیشرفت در مفهوم فراکتال (طبقه ای از اشکال هندسی پیچیده که معمولا بطور خاص شباهت از خود نشان می دهند) نتیجه ی مستقیمی از این دانش بود که به نوبه خود منجر به تحولات قابل توجهی در گرافیک کامپیوتری شد. کاربرد ریاضیات بی نظمی بسیار گوناگون بوده و به عنوان مثال می توان به چند سیستم بی نظم از قبیل: جریان آشفته مایعات، بی نظمی در ضربان قلب، دینامیک جمعیت، واکنش های شیمیایی، فیزیک پلاسما، حرکت گروه ها و خوشه های ستاره ای، اشاره کرد.

آشوب دقیقاً چیست؟

نظریه آشوب شاخه‌ای از علم ریاضی است که به بررسی سیستم‌های بسیار پیچیده‌ای می‌پردازد، که در خروجی آنها، با اعمال تغییرات کوچک (و ظاهراً قابل اغماض)، تغییرات بزرگی حاصل می‌شود. به بیان دیگر، پدیده‌هایی اتفاقی (Random) که تاکنون با عجز و ناتوانی، دلیلی برای آنها نمی‌یافتیم، به کمک نظریه آشوب، توجیه می‌شوند، نظریه آشوب، بر پایه‌های ریاضی، فیزیک و حتی فلسفه استوار است، هر یک از این علوم، با ابزارهای خود این نظریه را بررسی و اثبات کرده‌اند. نظریه آشوب پدیده جدیدی نیست، قانون علت و معلول در آن پا برجاست، فقط با ابزارهایی متفاوت، علت‌های بسیار بیشتری را برای یک معلول بررسی می‌کند.

اگر فقط ذره‌ای در هر سوی این بازه جابجا شود همه چیز به بی‌نهایت می‌رود! یک بار به هم خوردن بالهای یک پروانه کافیست تا شما با یک رفتار آشوبگونه روبرو شوید. این رفتار به آرامی به آشوبگونگی میل نمی‌کند بلکه سیستم از نقطه‌ای ناگهان به سمت بی‌نهایت می‌رود. آیا در طبیعت پدیده‌ای – مثلاً دانه‌های برف یا کریستال‌ها – وجود دارد که در قالب ابعاد کلاسیک طبیعت که تا به امروز می‌شناختیم نگنجد؟ پدیده‌هایی مثل دانه برف دارای ویژگی جالبی به نام خود متشابهی هستند به این معنا که شکل کلی شان از قسمت‌هایی تشکیل شده است که هرکدام به شدت شبیه به این شکل کلی هستند. ایده اصلی آشوب تعریف رفتار سیستمهای مشخصی است که شدیداً به شرایط اولیه شان حساسند. ادوارد لورنتز در دهه ۶۰ میلادی اعلام کرد که معادلات دیفرانسیل می‌توانند خاصیت فوق را داشته باشند. این ویژگی اثر پروانه‌ای نام گرفت.

برگرفته از کانال اطلاع رسانی انجمن علمی فیزیک دانشگاه رازی .

یاسر احمدی سه‌شنبه 28 اردیبهشت 1395 ساعت 00:23

0 نظر

علل افت تحصیلی پایه سوم دبیرستان در درس فیزیک

پیرو جلسه سرگروه های آموزشی استان کرمانشاه مورخ 27 آبان ماه سال 94 و بررسی علل و عوامل افت تحصیلی دانش آموزان سال سوم دبیرستان در درس فیزیک و ارائه نظرات و راهکارها توسط سرگروه های مناطق ، سرگروه استان مجموع و برایند نظرات را گرد آوری گرده اند که جهت اطلاع و ارائه راهکار خدمتتان ارائه می شود.

علل افت تحصیلی پایه سوم دبیرستان در درس فیزیک

یاسر احمدی شنبه 10 بهمن 1394 ساعت 00:59

0 نظر