Kaosteoriens far

AV: Sigbjørn Grønås, professor i meteorologi, Geofysisk institutt, UiB

Edward Norton Lorenz, professor i meteorologi ved Massachusetts Institute of Technology (MIT), Boston, døde 16. april i en alder av 90 år. Ed Lorenz er kjent av svært mange som grunnleggeren av moderne kaosteori. På begynnelsen av sekstitallet fant han at små forskjeller i tilstanden til et ikkelineært dynamisk system, slik som atmosfæren, kan utløse svære og uforutsigbare resultater (Lorenz. E., Deterministic non-periodic flow. J. Atmos. Sci., 20, 130-141, 1963). Han pekte på det som er blitt kalt sommerfugleffekten, slik han uttrykte den i et arbeid fra 1972: Forutsigbarhet: Kan et slag fra en sommerfuglvinge i Brasil utløse en tornado i Texas? Hans arbeid om kaosteori markerte starten på et nytt forskningsfelt med betydning for så godt som alle greiner innen vitenskap – biologi, fysikk, samfunnsvitenskap, filosofi og religion. Mange forskere mener at forrige hundreår vil bli husket for tre vitenskapelige nyvinninger: relativitetsteori, kvantemekanikk og kaosteori.

Under siste verdenskrig fikk Lorenz opplæring i varslingsmeteorologi og arbeidet som varslingsmeteorolog for hæren i USA. Her kom han i kontakt med norske meteorologer som Sigurd Pettersen og Jacob Bjerknes, som på den tiden lærte amerikanerne værvarslingsmetoder basert på Bergensskolens oppdagelser. Etter krigen gjorde Lorenz teoretiske studier med sikte på å beregne endringer i været ut fra fysiske prinsipp først diskutert av Vilhelm Bjerknes i 1905. Senteret for slik forskning var Princeton og MIT, Boston på USAs østkyst. I Princeton satte John von Neumann opp en forskningsgruppe for å beregne endringer i været ved å ta i bruk elektroniske datamaskiner. To norske begavelser på atmosfærens dynamikk, Arnt Eliassen og Ragnar Fjørtoft, var sentrale i dette arbeidet. De første numeriske modellene for atmosfærens bevegelse måtte forenkles, og Lorenz gjorde viktig teoretisk arbeid for å utvikle ulike konsistente modelltyper (Maximum simplification of the dynamic equations, Tellus, 12, 243-254, 1960). Han gjorde grunnleggende forskning i atmosfærens generelle sirkulasjon (Available potential energy and the maintenance of the general circulation. Tellus. Vol.7, 1955). Blant annet skrev han en lærebok i generell sirkulasjon som kan anbefales på det varmeste også for dagens studenter (The nature and theory of the general circulation of atmosphere. World Meteorological Organization. No.218, 1967). Siste arbeidet hans er fra 2005 (Designing Chaotic Models. J. Atmos. Sci.: Vol. 62, No. 5, pp. 1574–1587).

En følge av Lorenz’ kaosteori er teoretiske grenser for hvor godt og hvor langt fram en kan varsle været. Modeller for værvarsling forbedres ved å ta i bruk hurtigere supercomputere, ved å øke og forbedre observasjonsgrunnlaget og ved å forbedre vår kunnskap om prosesser på liten skala slik som mikrofysikk knyttet til dannelse av skydråper. Men selv med ubegrenset regnekapasitet, perfekte målinger overalt og fullstendig kunnskap om alle fysiske prosesser i atmosfæren, vil det være klare begrensinger i forutsigbarheten for været. Lorenz viste at selv en ørliten feil i representasjonen av en variabel, som temperaturen i et beregningspunkt, eller en feil i konstanter som inngår i beskrivelser av prosesser på liten skala, etter en tid vil få avgjørende negativ innflytelse på varslet.

Med kaosteori og kunnskap om tilfeldigheter er det få som nå kaller værvarsling – som et emne innen fysikk - for en eksakt vitenskap. Således har sannsynlighetstenkning stor plass i mange av dagens rådende teorier. Tenkningen til Ed Lorenz preger i dag all værvarsling. En mengde ulike observasjoner brukes sammen med numeriske simuleringer av været for å kartlegge de mest sannsynlige tilstandene. Fra et utvalg av disse beregnes framtidige tilstander time for time så lenge det fins forutsigbarhet. Til sammen utgjør disse simuleringene et såkalt ensemble av prognoser som gir sannsynligheten for endringer i været. Prognosemodeller som også omfatter havet er tatt i bruk for sesongvarsling og klimasimulering.

På midten av sekstitallet arbeidet Lorenz et år ved Universitetet i Oslo i samarbeid med Arnt Eliassen, som da var professor i dynamisk meteorologi. Siden har Lorenz besøkt Norge mange ganger, her fikk han blant annet dyrket sin interesse for fotturer i fjellet. Selv ble jeg godt kjent med Ed Lorenz i 1981 da han som pensjonist var gjesteforsker ved de europeiske værvarslingssenteret ECMWF, i Reading, England. Ed Lorenz var en dannet mann, en stille gentleman, beskjeden, vennlig og takknemlig i sin ferd. Han hadde absolutt ingen trang til å fremheve sin egen person, og han valgte ikke sine venner etter rang og berømmelse.

Arbeidet til giganten Ed Lorenz, som arbeidet i skjæringsfeltet anvendt matematikk og fysikk, fikk følger for menneskenes liv på jorda. Hans arbeid og virke demonstrerer ikke bare fysikkens betydning for teknisk utvikling, men også for våre måter å tenke på. Jeg ventet på at han skulle få Nobelprisen, men dessverre, Ed Lorenz fikk ikke denne æren.