Ad Valvas 1989-1990 - pagina 512

AD VALVAS 17 MEI 1990

PAGINA 8

Overal heerst chaos Er lijkt een wetenschappelijke revolutie op komst Martin Enserink Vergeleken met politieke omwentelingen komen wetenschappelijke revoluties vaak tergend langzaam op gang. De echte doorbraak voor de chaostheorie moet nog komen; wetenschappers genoeg die er hun neus voor ophalen. Toch werden de eerste revolutionaire gedachten al dertig jaar geleden opgeschreven. Het gebeurde in het laboratorium van de Amerikaanse meteoroloog Edward Lorenz, in 1961. Lorenz was aan het pionieren met een computerprogramma dat het weer nabootste. Supercomputers bestonden nog niet, maar toch verschilde Lorenz' simpele programma niet wezenlijk van de reusachtige modellen die weersvoorspellers anno 1990 gebruiken. Vanuit een aantal beginvoorwaarden, die Lorenz zelf kon invoeren, rekende het systeem uit hoe het weer zich de komende tijd zou ontwikkelen. De schok kwam toen Lorenz zijn model eens aan het werk zette met de getallen die hij al eerder had gebruikt. Logischerwijs had de voorspelling niet af mogen wijken van het eerder berekende resultaat. Dat pakte anders uit. Voor de nabije toekomst voorzag het programma inderdaad ongeveer hetzelfde, maar voor de lange termijn kwam het model tot een totaal ander verloop van het weer. Hoe dat kon, realiseerde Lorenz zich al snel: de eerste keer had hij de getallen ingevoerd met zes cijfers achter de komma, de tweede keer slechts met drie. Het was een sensationele ontdekking. Van een model dat het weer voorspelde verwachtte Lorenz dat kleine verschillen in de beginsituatie slechts een kleine invloed op het uiteindelijk resultaat zouden hebben. Nu bleek een detail als het aantal decimalen van de invoergegevens een enorm effect op hel verloop van het proces te hebben. Lorenz exploreerde het verschijnsel verder, en publiceerde erover onder de veelzeggende titel: 'Kan het fladderen van een vlinder in Brazilië een orkaan veroorzaken in Texas?'. De conclusie moest luiden dat dat inderdaad mogelijk was. Het vlinder-effect, de gevoelige afhankelijkheid van de beginsituatie, zou later een van de basisbegrippen van de chaostheorie worden.

Weersvoorspelling Henk Tennekes, directeur van de wetenschappelijke afdeling van het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut in De Bilt en deeltijdhoogleraar aan de VU, maakte in 1976 kennis met het werk van Lorenz. Hij werkte op dat moment nog als onderzoeker in de Verenigde Staten en bereidde zich voor op zijn huidige baan in De Bilt. "Lorenz' werk was voor mij een eye opener", herinnert Tennekes zich. "Toen ik dat gelezen had begon het tot me door te dringen dat je een weersvoorspelling op een gegeven moment niet nauwkeuriger zult kunnen maken, hoe groot je computers ook zijn". Tennekes' belangstelling voor het nieuwe terrein van de chaotische dynamica was gewekt. Nu, weer veertien jaar later, ligt het boek De vlinder van Lorenz in de winkel, waarin Nederlandse wetenschappers schrijven over de veranderingen die het begrip chaos in hun vakgebied teweegbrengt. Een econoom, een ecoloog, een mathematicus, een fysicus, een fysioloog en twee meteorologen. Tennekes is de eindredacteur van hel boek. Eigenlijk is chaos een wat misleidende naam voor de nieuwe stroming die is opgekomen in de wiskunde en om zich heen grijpt in andere vakgebieden. Weliswaar houden chaoson-

derzoekers zich bezig met complexe, chaotische systemen, maar ze zijn nu juist gefascineerd door het feit dat uit die chaos orde ontstaat. Chaotisch gedrag zien we overal om ons heen. Het weer is er een sprekend voorbeeld van. Maar ook de steeds in grootte wisselende dierenpopulaiies, de uit een sigaret omhoogkringelende rook, het grillige gedrag van de beurskoers en wellicht de menselijke hersenen zijn chaotisch. Nooit vertonen zulke systemen twee keer hetzelfde gedrag. Er valt weliswaar vaak een zekere herhaling waar te nemen in het verloop van het weer, er zijn patronen te herkennen in de kustlijn van Bretagne - maar altijd loopt het net iets anders dan de vorige keer en geen model kan exact de uitkomst voorspellen.

Moleculen Orde en regelmaat, zeggen mathematici, ontstaan daar waar de zaken geregeld worden volgens lineaire vergelijkingen; waar een twee keer zo grote oorzaak ook een twee keer zo groot gevolg heeft. In de natuur komt dat bijna niet voor; die zit vol met non-lineaire systemen. Vandaar dat chaos troef is in de wereld. Dat de wiskunde de niet-lineaire vergelijkingen altijd wat links heeft laten liggen, komt doordat ze zo moeilijk op te lossen zijn. Chaos komt vooral voor in systemen die uit zeer veel onderdelen bestaan. De atmosfeer telt oneindig veel moleculen, onze hersenen miljarden zenuwcellen. Ieder voor zich houden die zich aan elke denkbare natuurwet; reden waarom eeuwenlang gedacht is dat in principe alles voorspelbaar moest zijn, als er maar voldoende gegevens beschikbaar kwamen. De banen van planeten en kometen om de zon bleken immers ook exact berekenbaar. De chaostheorie komt met het inzicht dat in grote systemen het aantal mogelijkheden (wiskundigen spreken van vrijheidsgraden) zo groot is, dat het gedrag van het systeem als geheel een onberekenbaar, grillig verloop heeft. Maar daarmee is niet alles gezegd. Chaotische systemen hebben een zelforganiserend vermogen; ze ordenen zichzelf wel degelijk, zij het op een niet te voorspellen manier. Een atmosferische depressie die een half continent beslaat is een voorbeeld van zo'n ordening op hoog niveau. De bewegingen in stromend water verlopen volgens een georganiseerde chaos. Chaosonderzoekers proberen te achterhalen hoe chaotische systemen zichzelf ordenen.

Computer Er is veel gebeurd sinds Lorenz zijn merkwaardige getallenreeksen uit de computer zag komen. Het onderzoek naar chaos heeft zich verbreed en

Steeds vaker duikt het begrip op in wetenschappelijke discussies: chaos. Wiskundigen, economen, meteorologen en biologen botsen steeds vaker op de onvoorspelbaarheid en grilligheid van ingewikkelde systemen; de chaostheorie ontdekt orde in de chaos. Prof.dr. Henk Tennekes, wetenschappelijk directeur van het KNMI en deeltijd-hoogleraar aan de VU, is een hartstochtelijk aanhanger van de chaos-wetenschap. "De wetenschap is weer leuk geworden. Onderzoekers praten tenminste weer met elkaar,"

Professor Henk Tennekes: "De wetenschap is aan het einde van deze eeui veli pers aan de VU, een paar wiskundige pioniers aan de Groningse universiteit, een handvol theoretische fysici in Twente; allemaal doen ze op hun eigen manier aan chaos. Waar dat succes aan te danken is? Volgens Tennekes is een van de verklaringen het feit dat onderzoekers van verschillende disciplines eindelijk

Kan het fladderen van een vlinder in Brazilië een orkaan veroorzaken in Texas? vooral de laatste tien jaar is er een stortvloed van artikelen en boeken over hel onderwerp geschreven. De opkomst van een nieuw soort meetkunde, de fractalengeometrie, leidde tot prachtige plaatjes - op de PC te produceren - die het begrip aanschouwelijk maakten. Ook in Nederland raken steeds meer wetenschappers in de ban van dit nog grotendeels onontgonnen veld. Een groepje fysiologen in Leiden is ermee bezig, enkele bewegingswetenschap-

weer met elkaar praten. Tennekes; "De wetenschap is aan het einde van deze eeuw afschuwelijk aan het verkruimelen. In elk vakgebied ontstaan meer specialismen, elk met hun eigen journal en hun eigen conferenties. Het kost me hier op het KNMI de grootste moeite om een oceanograaf en een meteoroloog met elkaar te laten praten, terwijl ze nog geen 50 meter uit elkaar zitten. En wat zie je nu gebeuren? In de fysiologie, de populatie-oecologie, de economie, de

meteorologie en de fysica komen dezelfde problemen tevoorschijn van onregelmatig gedrag, van onvoorspelbaarheid. Mensen uit die vakgebieden kunnen eindelijk weer met elkaar communiceren. Tegen de achtergrond van die verbrokkeldheid is dat zo'n fantastische gebeurtenis, dat wetenschappers daar graag aan meedoen". Een andere aantrekkelijke kant van chaos is dat de wetenschap eindelijk toegeeft ook maar een zeer beperkte greep op de werkelijkheid te hebben. Wetenschappers die chaos-onderzoek doen zijn per definitie nogal bescheiden over de verklarende, laat staan de voorspellende waarde van hun vak. Dat spreekt veel mensen aan, meent Tennekes: "Mensen zien in het dagelijks leven allerlei voorbeelden van onvoorspelbaar gedrag, van dingen die rommelig en onbeheersbaar verlopen. En daarnaast zien ze de standaardclaims van professoren die roepen geef ons maar geld en betere computers, dan zoeken we het allemaal precies uit. De chaos-business geeft aan wat mensen eigenlijk wel wisten: dat wetenschappers het ook allemaal niet precies weten. Nu zien de mensen: hé verrek, onderzoekers zijn gelukkig ook maar mensen."

Over de huidige rol van de wetenschap kan Tennekes zich vreselijk opwinden: "Nog nooit in de geschiedenis van de mensheid heeft de wetenschappelijke klasse zichzelf zo de priesterkaste gemaakt als sinds de Tweede Wereldoorlog. Alles moet wetenschappelijk verklaard worden, geen politicus kan nog iets doen zonder een wetenschapper, als het moeilijk wordt op TV moet er altijd een professor bijgesleept worden. Dat is toch van de dolle. Het lijkt het orakel van Delphi wel!" Vooral in de meteorologie is bescheidenheid zo langzamerhand gepast. Bijna nergens zijn de overspannen verwachtingen van de wetenschap zo beschaamd als hier. In de jaren vijftig bestond er een bijna onbegrensd optimisme over de mogelijkheden het weer te voorspellen. Als de computermodellen maar nauwkeurig genoeg worden, luidde de verwachting, en als we maar genoeg correcte metingen verrichten, zal het weer voor misschien wel maanden vooruit te berekenen zijn. Er bestond zelfs hoop dat door menselijke ingrepen - een dosis chemicaliën op de juiste wolk het weer bestuurd zou kunnen worden. Tegenwoordig weten meteorologen

Deze tekst is geautomatiseerd gemaakt en kan nog fouten bevatten. Digibron werkt voortdurend aan correctie. Klik voor het origineel door naar de pdf. Voor opmerkingen, vragen, informatie: contact.

Op Digibron -en alle daarin opgenomen content- is het databankrecht van toepassing. Gebruiksvoorwaarden. Data protection law applies to Digibron and the content of this database. Terms of use.

Printen