דטרמיניזם הוא הרעיון שאפשר לחזות במדויק את מצבה של מערכת פיזיקלית. חוק הכבידה של ניוטון נותן את הכוח בין שתי מסות הנמצאות במרחק זו מזו, והמשוואה שלו מדויקת. אילו יכולנו למדוד במדויק את המסות ואת המרחק ביניהן, הכוח והתנועה שתבוא בעקבותיו היו נקבעים במדויק.
באדיבות ויקיפדיה
את הכבידה בין שני גופים אפשר לחשב במדויק. אבל מה קורה אם מוסיפים עוד גוף אחד בלבד? כששלושה גופים נעים זה סביב זה, צריך משוואה נפרדת לכוח שבין כל זוג, ולמערכת המשוואות הזו אין פתרון מדויק – כלומר אין נוסחה כללית שמתארת את התנועה לכל זמן. במחשב חזק אפשר לחשב את המסלולים ברמת דיוק גבוהה, אבל כדי להגיע לדיוק מושלם היה צריך זמן חישוב אינסופי. לכן, כשמדובר בכבידה של שלושה גופים או יותר, חוק הכבידה של ניוטון אמנם קובע את התנועה, אבל בפועל אי אפשר לחזות אותה במדויק לאורך זמן. ניוטון היה כנראה משועשע מהתגובה החריפה של משוררי התקופה הרומנטית לתאוריה שלו: הם ראו בה תאוריה עריצה, משום שלדעתם היא שללה מבני האדם את הבחירה החופשית. אבל לא כך פועלת הכבידה. בכל מצב מציאותי אי אפשר לחזות במדויק את תנועת הגופים מתוך תנאי ההתחלה, ולכן אי אפשר לגזור את העתיד מהעבר בדיוק מלא.
בעשורים האחרונים הגיעו המדענים לתובנה נוספת על הכבידה: בכל מערכת מורכבת (וגם שלושה גופים בלבד יכולים להיות מערכת כזו!) שינוי קל בתנאי ההתחלה יכול לגרום לשינוי גדול בתוצאה הסופית. זה הרעיון של כאוס. הטבע אינו תמיד צפוי, ולפעמים הוא אפילו בלתי צפוי לחלוטין!
כאוס הוא תחום מדעי חדש יחסית, ויש לו שימושים רבים. הדוגמה המוכרת ביותר היא מזג האוויר. אולי תהיתם למה תחזיות מזג האוויר מאבדות את רוב ערכן כשהן צופות יותר משבוע עד עשרה ימים קדימה, למרות מחשבי-העל הענקיים וציי הלוויינים שעובדים על הבעיה. מזג האוויר כולל תנועות במגוון עצום של קני מידה: ממערבולות אבק קטנות, דרך סופות טורנדו והוריקנים, ועד מערכות לחץ בגודל של יבשות. השפעה קטנה בקנה מידה קטן יכולה להפוך להשפעה גדולה בקנה מידה גדול. המטאורולוג אדוארד לורנץ קרא לכך "אפקט הפרפר", על שם השאלה ששאל בהרצאה ב-1972: האם משק כנפיים של פרפר בברזיל יכול לחולל סופת טורנדו בטקסס? המעבר הזה, משינויים קטנים להשפעות גדולות, מופיע אפילו בפולקלור:
באדיבות ויקיפדיה
"מחוסר מסמר אבדה הפרסה; מחוסר פרסה אבד הסוס; מחוסר סוס אבד הפרש; מחוסר פרש אבד הקרב; ובגלל הקרב אבדה הממלכה!"
נדמה שכאוס הוא שם נרדף לאי-סדר. אבל סדר ואי-סדר יכולים להתקיים יחד גם במערכות הפיזיקליות הפשוטות ביותר. אפילו מטוטלת, הסמל הקלאסי של מדידת זמן ושל תנועה מחזורית, יכולה להתנהג באופן כאוטי: למשל מטוטלת כפולה, כמו באיור, או מטוטלת שדוחפים אותה שוב ושוב בקצב קבוע. או חשבו על ברז מטפטף: ניסוי זהיר מראה שבקצבי זרימה מסוימים הטיפות אינן נופלות במרווחי זמן שווים. פשטני מדי לחשוב רק במונחים של תהליכים מחזוריים או אקראיים. מדענים הצליחו לדמות במחשב את הכתם האדום הגדול של צדק כמערבולת בתוך זרימה מסתובבת. אחרי סיבובים רבים, רוב הזרימה התפרקה למערבולות סוערות, אבל סערה אחת ארוכת חיים נשארה: אי של סדר בים של כאוס. ייתכן שהרעיונות האלה יעזרו לנו אפילו להבין איך הופיעו החיים על כדור הארץ.
→ הסעיף הקודם: 9.15 התפתחות הדרגתית וכמה קטסטרופות | הסעיף הבא: 9.17 פלנטות מחוץ למערכת השמש ←