Kaosun geometrisi evrenin davranışının temelini oluşturabilir mi? – Fizik Dünyası

Biz Olursak Bir Şüphe
Şaşırtıcı Zihne yardımcı olur
Daha aşırı bir ıstırap içinde
Temel buluncaya kadar –

 Bir Gerçekdışılık ödünç verildi,
Merhametli bir Mirage
Bu, yaşamayı mümkün kılar
Hayatları askıya alırken.

19. yüzyıl Amerikalı şairi, tipik muzip üslubuyla Emily Dickinson şüphe paradoksunu çok güzel yansıtıyor. Şiiri, bir yandan büyümenin ve değişimin şüpheye bağlı olduğunu hatırlatıyor. Ama öte yandan şüphe de felç edicidir. Yeni kitabında Şüphenin Önceliği, fizikçi Tim Palmer Bu paradoksun temelini oluşturan şüphenin matematiksel yapısını ortaya koyuyor.

Birleşik Krallık'taki Oxford Üniversitesi'nde çalışan Palmer, genel görelilik üzerine eğitim aldı ancak kariyerinin çoğunu sağlam bir yapı geliştirmekle geçirdi. “topluluk tahmini” Hava ve iklim tahmini için. Tahminin merkezinde yer alan şüphe kavramı, şaşırtıcı olmayan bir şekilde hakim olmuştur. Palmer'ın entelektüel hayatı. Şüphenin Önceliği şüphe ile kaos arasında, kaosun temelindeki fraktal geometriye dayanan derin bir ilişki olduğunu gösterme girişimidir. Şüphenin yaşamlarımızda ve daha geniş anlamda evrende neden öncelikli olduğunu açıklayan şeyin bu geometri olduğunu öne sürüyor.

Tim Palmer'ın kışkırtıcı önerisi, kaos geometrisinin kuantum fiziğinde de rol oynadığı ve hatta evrenin temel bir özelliği olabileceği yönünde.

Kuantum sistemlerinin davranışını tanımlayan Schrödinger denklemi doğrusal olduğundan, normalde doğrusal olmayan bir fenomen olan kaosun mezoskopik ve makroskopik ölçeklerde ortaya çıktığını varsayarız. Ancak Palmer'ın kışkırtıcı önerisi, kaos geometrisinin kuantum fiziğinde de rol oynadığı ve hatta evrenin temel bir özelliği olabileceği yönünde.

Palmer'ın tezini yeniden yapılandırmadan önce, kaosun (halk dilinde "çılgın", düzensiz olayları tanımlamak için kullandığımız bir terim) teknik açıdan bakıldığında, başlangıç ​​koşullarına duyarlı, tekrarlanmayan, zamanla geri döndürülemez davranışlar sergileyen bir sistem için geçerli olduğunu hatırlayın. ABD'li matematikçi ve meteorologun öncülüğünü yaptığı Edward LorenzKaos çok sayıda kitabın konusu olmuştur ve bunların birçoğu kaosu tanımlayan ünlü üç denklemi ve kelebek Etkisi. Palmer'ın kitabını diğerlerinden ayıran şey, Lorenz'in daha az bilinen keşfine (kaos geometrisi) ve bunun evrenin nasıl geliştiğine dair çıkarımlarına vurgu yapmasıdır.

Her türlü belirsizlik

Palmer'ın tezi yanlış olsa bile kitap, her birinin öngörülebilirlik, müdahale ve kontrol açısından kendi çıkarımlarına sahip olan belirsizlik, stokastiklik ve deterministik kaos gibi çeşitli belirsizlik türlerine dair faydalı bir hatırlatmadır. Şüphenin Önceliği Bu nedenle, belirsizliği yalnızca stokastiklikle eşitleme eğilimimiz göz önüne alındığında, hem bilim insanları hem de bilim insanı olmayanlar için faydalı olacaktır.

Ancak kitabın amacı belirsizliğin bir sınıflandırmasını sunmak ya da iklim değişikliği, salgın hastalıklar ya da borsada (bu konuların hepsi kapsansa da) belirsizlikle başa çıkmak için bir nasıl yapılır kılavuzu olmak değildir. Palmer çok daha iddialı. Çeşitli araştırma makalelerinde geliştirilen, kaos geometrisinin, çeşitli düzenleyici ilkelerin takip ettiği evrenin temel bir özelliği olduğu fikrini tanıtmak istiyor.

Palmer'ın tezi, kuantum mekaniğinde dalga fonksiyonunu tanımlayan Schrödinger denkleminin, denklem doğrusal olmasına rağmen kaos geometrisiyle tutarlı olduğunu başarıyla göstermeye dayanıyor. Daha spesifik olarak Palmer, bir parçacığın gizli değişkenleri ile parçacığın diğer parçacıklar ve ölçüm cihazları tarafından nasıl kaydedildiği veya algılandığı arasında, fraktal geometrinin matematiksel özelliklerinin aracılık ettiği fiziksel bir bağlantı olduğunu öne sürüyor.

Palmer, iki bölümde (2 ve 11) bu açıklamanın neden "komplo niteliğinde ya da zorlama" olmadığını açıklıyor. Örneğin Palmer, iki tür geometrinin (Öklidyen ve fraktal) olduğuna dikkat çekiyor; ikincisi, fizikte tartışmalı bir fikir olan, uzaktan ürkütücü bir eylem gerektirmeden kuantum mekaniğinin karşı-olgusal belirsizliğini ve dolaşmayı barındırma avantajına sahip. toplum.

Palmer'ın yeniden şekillendirmesi doğruysa, bu durum fizikçileri Einstein'ın - Niels Bohr'la kuantum belirsizliğinin epistemik (Einstein) mi yoksa ontolojik (Bohr) mi olduğu konusundaki tartışmasından doğan - evrenin deterministik dünyalardan oluşan bir bütün olduğu yönündeki argümanını yeniden düşünmeye zorlayacaktır. Başka bir deyişle Palmer, evrenimizin birçok olası konfigürasyona sahip olduğunu ancak bizim gördüğümüzün en iyi şekilde fraktal dinamikler tarafından yönetilen kaotik bir dinamik sistem olarak tanımlanabileceğini söylüyor.

Palmer'ın kitaptaki iki varsayımdan biri olarak sunduğu bu fikir, evrenin doğal bir dili ve yapısı olduğu anlamına geliyor. Ona göre bu, evrenin gerçekleşen konfigürasyonunun tipik olarak varsayıldığı gibi 1 boyutlu bir eğri olmadığı anlamına geliyor. Bunun yerine, daha çok, her bir sarmalın daha küçük sarmallar ürettiği ve her bir halat kümesinin kuantum mekaniğindeki bir ölçüm sonucuna karşılık geldiği, birbirine sarılmış yörüngelerden oluşan bir ip veya sarmal gibidir.

Başka bir deyişle, fraktal uzayda bu şeritler üzerinde "yaşıyoruz" ve bu geometri, kuantum seviyesine kadar uzanıyor. Evrenin fraktal bir çekici üzerinde gelişen dinamik bir sistem olduğu fikrinin birçok ilginç anlamı vardır. Ne yazık ki Palmer, imaları açık bir şekilde benim düşündüğüm ilkelere ayırmak yerine metnin geneline dağıtarak okuyucularına (ve kendi fikirlerine) zarar veriyor.

Dört ilke

Bunlardan en öne çıkanı “ortaya çıkma ilkesi” diyebileceğimiz ilkedir. Esas itibarıyla Palmer, makro ölçekli davranışı ilk prensiplerden veya mekanizmalardan çıkarmak yerine istatistiksel düşünceyi tercih ediyor; bunun çoğu zaman kontrol edilemez ve dolayısıyla yanlış yönlendirildiğini düşünüyor. Bu, kısmen Palmer'ın hava durumunu tahmin etmeye yönelik toplu bir yaklaşım geliştirmek için harcadığı kariyerinden gelen bir görüş, ancak aynı zamanda evrenin fraktal bir yapıya sahip olması durumunda da anlamlıdır.

Nedenini anlamak için aşağıdakileri göz önünde bulundurun. Makro ölçeğin, mikro ölçeğe başvurmadan modellenebildiği koşullar, bir spektrumun iki zıt ucunu içerir. Birincisi, makro ölçeğin perdelenmesidir (örneğin, zaman ölçeği ayrımından kaynaklanan mikro ölçekli dalgalanmalara ve bozulmalara karşı duyarsız olmak). Diğeri, fraktallarda olduğu gibi, bir anlamda ölçek değişmezliği (veya kendine benzerlik) nedeniyle fiilen hiçbir ayrılmanın olmadığı zamandır.

Her iki durumda da, mikro ölçekten makro ölçeğin türetilmesi, gözlemcinin önyargısının sonucu değil, yalnızca makroskopik bir özelliğin temel olduğunu göstermek için gereklidir. Bu koşul geçerli olduğunda mikro ölçekli şeyler etkili bir şekilde göz ardı edilebilir. Başka bir deyişle, makro ölçekli istatistiksel açıklamalar hem tahmin hem de açıklama açısından güçlü hale gelir. 

Bu konu, bilimin pek çok dalında uzun süredir devam eden hararetli bir tartışmayla alakalı: Evreni tüm ölçeklerde tahmin etmek ve açıklamak için ne kadar derinlere inmemiz gerekiyor? Aslına bakılırsa kitap, kaos geometrisinin türetmeyi ne zaman alakasız hale getireceği ve beklenmeyeceğine ilişkin bir tartışmadan faydalanabilirdi. Sonuçta, bazı sistemler için mikro ölçeğin açıklama kadar tahmin açısından da önemli olduğunu biliyoruz; tıpkı maymunlar arasındaki dövüş sonuçlarının güç yapısını değiştirebilmesi gibi, hücre içi metabolizmanın uygun, kaba taneli tanımları türler arası rekabeti etkileyebilir.

Palmer'ın (açıkça isim vermeden) özetlediği diğer ilginç ilkeler arasında benim "topluluk ilkesi", "gürültü ilkesi" ve "ölçeksizlik ilkesi" adını verdiğim ilkeler yer alıyor. İkincisi aslında fizikte sıklıkla olduğu gibi temel ölçekleri küçük ölçeklerle eşitlemekten kaçınmamız gerektiğini söylüyor. Palmer'ın belirttiği gibi, temel parçacıkların doğasını anlamak istiyorsak, kaosun fraktal doğası, "uzay ve zamanın en büyük ölçeklerindeki evrenin yapısının" da aynı derecede temel olduğunu öne sürüyor.

Giorgio Parisi: Döndürücülerden sığırcıklara kadar karmaşık ilgi alanları olan Nobel ödüllü kişi

Palmer'ın türetme yerine istatistiksel modelleri tercih etmesine bağlanan gürültü ilkesi, yüksek boyutlu sistemleri modellemeye yaklaşmanın bir yolunun, aynı anda gürültü eklerken boyutsallıklarını azaltmak olduğu fikrini yansıtıyor. Bir modele gürültü eklemek, araştırmacının basitleştirmesine ve aynı zamanda sorunun gerçek boyutuna yaklaşık olarak saygı duymasına olanak tanır. Gürültüyü dahil etmek aynı zamanda düşük kaliteli ölçümleri veya "henüz bilmediklerimizi" de telafi eder. 12. Bölümde Palmer, gürültü ilkesinin bizzat doğa tarafından nasıl kullanıldığını ele alıyor ve (birçoklarının yaptığı gibi) insan beyni gibi sinir sistemlerinin, öngörüde bulunmak ve uyum sağlamak için yüksek düzeyli modellerden gürültünün düşük düzeyli modelleriyle hesaplama işinde olduğunu öne sürüyor. daha düşük bir hesaplama maliyetiyle.

Bu arada topluluk ilkesi, kaotik veya yüksek boyutlu sistemlerdeki düzenlilikleri yakalamak için, bir tahminin doğasında olan belirsizliği ölçmek için bir modelin birçok kez çalıştırılması gerektiği fikridir. 8. Bölümde Palmer, fizikçinin etmen temelli modelleme çalışmasını kullanarak bu yaklaşımın piyasalar ve ekonomik sistemlerdeki faydasını araştırıyor. Doyne Çiftçi ve diğerleri. 10. Bölüm, toplu tahmin yaklaşımını kolektif zekayla ilişkilendiriyor ve bunun kamu politikasına ilişkin kararlar alırken ne kadar yararlı olduğunu araştırıyor.

Kitap bana kaos hakkında çok daha zengin bir anlayış kazandırdı ve karmaşıklık biliminin bir köşesine atılmaması gerektiğine beni ikna etti.

Kitapla ilgili bir sıkıntım varsa o da organizasyondur. Palmer arka planı ve gerekçeleri kitabın ilk ve son üçte birlik kısmına yayıyor, bu yüzden kendimi sık sık bu bölümler arasında ileri geri dolaşırken buldum. Devam etmeden önce teoriyi tam olarak sunarak okuyuculara daha iyi hizmet edebilirdi. Benim görüşüme göre Palmer, üç prensibini ve bunların geometriyle olan bağlantısını açıkça belirtmeli ve son kısımda uygulamaların merkeze alınmasını sağlamalıdır.

Yine de kitabı kışkırtıcı ve üzerinde düşünmeye değer fikirlerini buldum. Kesinlikle bana kaos konusunda çok daha zengin bir anlayış kazandırdı ve karmaşıklık biliminin bir köşesine atılmaması gerektiğine beni ikna etti. Palmer'ın kitabının, kaosun matematiksel yapısıyla, evrenin doğal bir dili olduğu fikriyle veya fizik ile biyolojiyi birleştiren ilkelerin olduğu fikriyle ilgilenen okuyucular için faydalı olacağını umuyorum.

Aynı şekilde, kaosun finansal piyasaları veya dünya iklimini tahmin etmeye nasıl yardımcı olabileceğini bilmek isteyen okuyucular da bunu faydalı bulmalıdır.

• 2022 Oxford University Press/Temel Kitaplar 320 sayfa £24.95/$18.95hb

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/could-the-geometry-of-chaos-be-fundamental-to-the-behaviour-of-the-universe/