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Schmetterlingseffekt - Vorhersage und Chaostheorie

Der Schmetterling ist so fragil und dennoch wurde er zum Namensgeber einer wichtigen Strukturidee in der Wissenschaft, besonders in der Chaostheorie. Der Gedanke gründet in der Frage, was ein Flügelschlag eines kleinen Schmetterlings atmosphärisch auf unserer Erde auslösen könnte.

Was ein einziger Flügelschlag auslösen kann, ist bis heute ein großes Problem der Wissenschaft.
Was ein einziger Flügelschlag auslösen kann, ist bis heute ein großes Problem der Wissenschaft.

Der Schmetterlingseffekt in der Theorie

  • Der Schmetterlingseffekt beschreibt, wie sich Startbedingungen in einem System auf den weiteren Lauf der Dinge auswirken.
  • Der Effekt tritt in komplexen, dynamischen Systemen auf, in denen sich nicht exakt vorhersagen lässt, was in der Zukunft passieren wird. Das bedeutet, ein solches System ähnelt eher einer pulsierenden Großstadt als einem ausgestorbenen Dorf. Es ist komplex und ständig in Bewegung.
  • Verändert sich eine Anfangsbedingung minimal, entwickelt sich langfristig das gesamte System unvorhersehbar anders. Eine Person in der Großstadt setzt sich nicht, wie gewohnt, auf die grüne, sondern auf die blaue Bank. Dort lernt sie jemanden kennen, mit dem sie Freundschaft schließt. Daraus können Dinge entstehen, die die Stadt auf lange Sicht beeinflussen. Zum Beispiel könnte ein zukünftiger Bürgermeister geboren werden, der die Stadt vollkommen anders regiert als sein Vorgänger. Der minimale Unterschied, als sich eine von vielen tausend Personen auf eine andere Bank setzte, kann gravierende Folgen haben.
  • Den Begriff "Schmetterlingseffekt" prägte der Meteorologe Edward Lorenz in den 1970er Jahren. Er stellte die Frage, ob der Flügelschlag eines Schmetterlings in Brasilien einen Tornado in Texas auslösen könne. Allerdings sprach er ursprünglich noch von einer Möwe.
  • Bedeutung erlangte der Effekt auf dem mathematischen Gebiet der Chaostheorie. Diese betrachtet Systeme, die trotz prinzipiell vorhandener Gesetze nicht genau vorhersagbar sind, da sich chaotische Strukturen ausbilden. Es lässt sich angeben, was geschehen könnte, nicht aber, was geschehen wird. In der Großstadt beispielsweise gelten die üblichen Verkehrsregeln, trotzdem kommt es zu immer verschiedenen Staus. Niemand kann vorher wissen, wo an einem Tag ein Stau auftreten wird.
  • Die Chaostheorie konzentriert sich allgemein auf die chaotischen Systeme. Sie interessiert sich auch für die Gesetzmäßigkeiten innehalb des Chaos. Der Schmetterlingseffekt nimmt deshalb in der Chaostheorie eine zentrale Stellung ein.
  • Angewendet wird die Chaostheorie unter anderem in der Wettervorhersage. So sind beispielsweise die Folgen eines Tiefdruckgebietes bekannt, es gibt Gesetze darüber. Tritt das Tiefdruckgebiet kombiniert mit anderen Erscheinungen wie einem Hochdruckgebiet auf, ergeben sich andere Konsequenzen. Dadurch wird das Wetter schwer berechenbar.

Gedankenexperiment zum besseren Verständnis

  • Stellen Sie sich vor, Sie spielen "Mensch ärgere dich nicht". Sie hoffen, eine Sechs zu würfeln. Ihrem Mitspieler ist das gerade gelungen. Es wird auch bei Ihnen funktionieren, wenn Sie den Würfel exakt so werfen, wie der Mitspieler es tat.
  • Ändern Sie die Ausgangslage ein winziges Bisschen (andere Höhe, anderer Winkel, mehr Schwung), würfeln Sie stattdessen vielleicht eine Vier.
  • Probieren Sie es aus, wenn Sie das nächste Mal ein Würfelspiel spielen. Es wird Ihnen nicht gelingen, den Würfel zweimal exakt gleich abzuwerfen. Stattdessen müssen Sie eine weitere Position finden, aus der Sie ebenfalls eine Sechs erzielen.

Der Schmetterlingseffekt im täglichen Leben

  • Das bekannteste Beispiel für den Schmetterlingseffekt ist die oben erwähnte These von Edward Lorenz. Sie sagt aus, dass ein winziges Ereignis, wie der Flügelschlag eines Schmetterlings, das Wetter entscheidend beeinflussen könnte. Durch den Flügelschlag gerät Luft in Bewegung, die eine andere Luftmasse beeinflussen kann. Der Orkan muss zwar nicht durch den Flügelschlag entstehen, wäre ohne diesen aber möglicherweise nicht über Texas, sondern über Norwegen aufgezogen. Die bewegte Luft hat den Orkan unvorhersehbar beeinflusst und abgelekt. Dadurch wird die Wettervorhersage zum Teil auch unvorhersehbar.
  • Der Schmetterlingseffekt hat großen Einfluss auf physikalische Experimente. Kleine Abweichungen der angelegten Stromstärke sorgen für große Unterschiede im Ergebnis. Daher achtet man bei Experimenten genau auf die Anfangsbedingungen, um diese korrekt einzuhalten.
  • Ebenso betroffen sind chemische Reaktionen. Ihr Verlauf wird entscheidend davon beeinflusst, in welcher Art die Teilchen anfangs zusammenstoßen. Dies lässt sich in der Theorie kaum vorhersagen.

Der Schmetterlingseffekt ist damit ein Phänomen, das den Menschen noch nicht sehr lange bekannt ist. Trotzdem ist er aus dem Gebiet der Naturwissenschaften nicht mehr wegzudenken. Speziell die Wettervorhersage basiert bis heute auf einer genauen Analyse des Ausgangspunktes.

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