Diese Wissenschaftler schufen Schmuck aus den markanten Formen der Chaostheorie

Ein Team italienischer Wissenschaftler hat einen Weg gefunden, die auffälligen, komplexen, verdrehten Formen der Chaostheorie in echten Schmuck zu verwandeln, so ein neues Papier, das in der Zeitschrift Chaos veröffentlicht wurde. Diese Stücke sind nicht einfach von der Chaostheorie inspiriert; Sie wurden direkt aus seinen mathematischen Prinzipien erstellt.

„Zu sehen, wie sich die chaotischen Formen in echten, polierten, glänzenden, physischen Schmuck verwandelten, war eine große Freude für das gesamte Team. Sie zu berühren und zu tragen war auch äußerst aufregend“, sagte Co-Autorin Eleonora Bilotta von der Universität Kalabrien. „Wir glauben, dass es die gleiche Freude ist, die eine Wissenschaftlerin empfindet, wenn ihre Theorie Gestalt annimmt oder wenn ein Künstler ein Gemälde fertigstellt.“

Das Konzept des Chaos mag völlige Zufälligkeit suggerieren, aber für Wissenschaftler bezeichnet es Systeme, die so empfindlich auf Anfangsbedingungen reagieren, dass ihre Ergebnisse zufällig erscheinen und ihre zugrunde liegenden internen Ordnungsregeln verschleiern: die Börse, aufständische Massen, Gehirnströme während eines epileptischen Anfalls , oder das Wetter. In einem chaotischen System werden winzige Effekte durch Wiederholung verstärkt, bis das System kritisch wird. Die Wurzeln der heutigen Chaostheorie beruhen auf einer zufälligen Entdeckung des Mathematikers und Meteorologen Edward Lorenz in den 1960er Jahren.

Lorenz hielt das Aufkommen von Computern für eine Gelegenheit, Mathematik und Meteorologie für eine bessere Wettervorhersage zu kombinieren. Er machte sich daran, ein mathematisches Modell des Wetters zu konstruieren, indem er eine Reihe von Differentialgleichungen verwendete, die Änderungen in Temperatur, Druck, Windgeschwindigkeit und dergleichen darstellen. Sobald er sein Skelettsystem hatte, ließ er auf seinem Computer eine kontinuierliche Simulation laufen, die jede Minute das virtuelle Wetter eines Tages produzierte. Die resultierenden Daten ähnelten natürlich auftretenden Wettermustern – nichts geschah zweimal auf die gleiche Weise, aber es gab eindeutig eine zugrunde liegende Ordnung.

An einem Wintertag im Frühjahr 1961 beschloss Lorenz, eine Abkürzung zu nehmen. Anstatt den ganzen Lauf von vorne zu beginnen, fing er mittendrin an und tippte die Zahlen direkt von einem früheren Ausdruck ein, um der Maschine ihre Anfangsbedingungen zu geben. Dann ging er auf eine Tasse Kaffee durch den Flur. Als er eine Stunde später zurückkam, stellte er fest, dass der neue Ausdruck das virtuelle Wetter so schnell vom vorherigen Muster abwich, anstatt den früheren Lauf genau zu duplizieren, dass innerhalb von nur wenigen virtuellen „Monaten“ alle Ähnlichkeiten zwischen den beiden auftraten verschwunden.

Sechs Dezimalstellen wurden im Speicher des Computers gespeichert. Um Platz auf dem Ausdruck zu sparen, erschienen nur drei. Lorenz hatte die kürzeren, abgerundeten Zahlen eingegeben, in der Annahme, dass der Unterschied – ein Teil von tausend – belanglos sei, ähnlich wie ein kleiner Windstoß, der wahrscheinlich keinen großen Einfluss auf großräumige Merkmale des Wetters haben wird. Aber in Lorenz’ besonderem Gleichungssystem erwiesen sich solche kleinen Abweichungen als katastrophal.

Dies ist als sensitive Abhängigkeit von Anfangsbedingungen bekannt. Lorenz nannte seine Entdeckung später den „Schmetterlingseffekt“: Die nichtlinearen Gleichungen, die das Wetter bestimmen, reagieren so unglaublich empfindlich auf Anfangsbedingungen – dass ein Schmetterling, der in Brasilien mit den Flügeln schlägt, theoretisch einen Tornado in Texas auslösen könnte. Die Metapher ist besonders treffend. Um dies weiter zu untersuchen, vereinfachte Lorenz sein komplexes Wettermodell und konzentrierte sich auf die rollende Flüssigkeitskonvektion in unserer Atmosphäre: im Grunde ein Gas in einem massiven rechteckigen Kasten mit einer Wärmequelle am Boden und einer Kühlung von oben, in der warme Luft nach oben aufsteigt und kühlere Luft sinkt nach unten. Er vereinfachte einige strömungsdynamische Gleichungen und stellte fest, dass das Auftragen der Ergebnisse bestimmter Parameterwerte in drei Dimensionen eine ungewöhnliche schmetterlingsförmige Figur erzeugte.