カオスに敬意を表して

認識に敬意を表して

自然の法則を調べていると、カオス系や複雑系という話が出て来ます。完全にランダムではなく、法則性もあるが、複雑に要素が絡み、長期的には予測不能になるような現象のことをいうようです。自然の中には、一定の法則があるように見えることも多そうですが、決して画一的ではなく、同じように見えて同じものなどはないとも言えるのかもしれません。

バタフライ効果

ブラジルで蝶が羽ばたくと、テキサスで竜巻が起こるのか?という問いに代表されるように、小さな要素が全体に大きな影響を及ぼすことをバラフライ効果と呼ぶようです。初期の小さな変動の影響が多岐に渡って何段階も影響を伝搬するため、特に長期的な事象になると、予測不可能な程に大きな変化になるとも言われています。

また、小さな要素の影響も因子として無視することはできず、小さな要素を視野に入れると、膨大な他の小さな要素も関連してくるため、カオス系をシミュレーションするのも難易度が高いように思われます。要素が増えると、要素と要素の関連や関係も増えていくので、複雑性は指数関数的に高まることから、自然の模擬や予測には近似的な手法が多く用いられているようです。これほど複雑でありながら、バランスを保って多様性を維持している自然はスゴイですね。

計算で挑む環境研究—シミュレーションが広げる可能性(7) より速く、より多く、より長く、より複雑に—シミュレーションを支える技術— | 地球環境研究センターニュース

流体(乱流)のカオス

身近な水の流れや煙の動きに代表される流体は、ある程度までは秩序を保っているようで、ある流量を超えたり、ある速度を超えると、流体は急激に乱流になるそうです。乱流になると途端にカオス的になり、渦がさらに小さな渦を巻き起こし、予測が難しい状態になるようです。遊泳バクテリアなどの生物も安定した渦を作り、その半径が大きくなると途端に乱流に転じるようです。規則性ある動きから、無秩序に転じるカオスは、生物の運動でも生まれるのですね。

遊泳バクテリアの群れ運動がカオス的流動に至る道筋を解明 | Science Tokyo - 東京科学大学

気候・天候のカオス

気候・天候は、大気圏・海洋圏・氷雪圏・地圏・生物圏などが複雑に結びついていることや、関わる物理現象の多さから、正確な予測が難しいようです。空中や水中では、乱流も頻繁に発生しているようですし、天気という身近なものの割にはカオス系を代表するような現象なのですね。その中でも、雲の発生などは、アルベド(太陽光の反射率)が0.3になるようにコントロールされているかの如く、全体としてバランスが保たれているのは不思議ですね。

日常に現れる予測不能なカオス現象の謎 (2/3) - ナゾロジー
カオスは日本語では混沌と訳されます。この言葉自体はしばしばネットスラング的に意味不明であったり、めちゃくちゃで理解できないさまを指して使われたりもします。ところで皆さんは、科学的なカオス現象の特性や持つ意味までご存知でしょうか?実は、この現...

生態系のカオス

生態系もカオス系に該当するようで、動植物、微生物、気候、地形などが相互に影響し合っていながら、わずかな要因の変化(気温の上昇、外来種の侵入など)が全体に大きな影響を及ぼすことにもなるのだとか。ウサギとオオカミのような被食者と捕食者による個体数の変化も、環境条件を変えるとカオス的になるようで、少しの環境変化が種の繁栄や絶滅に大きく影響するみたいです。生態系をコントロールしようとして、予想外の結果に繋がったりするのもカオス系の特徴のようですね。

また、鳥の群れや魚の群れは、個々の個体が単純なルールに従って行動しているのに、全体として美しく協調した動きを見せるようです。これは創発現象とも呼ばれるようで、中央集権的な指令系統がないのに、秩序が生まれているのですね。これも突如としてカオスに転じるようですが、カオス系の中に協調と個性が共存するようにも見えますね。

生体内のカオス

一見リズム的に見える心拍や脳波も一部は、カオス的な振る舞いになるそうです。脳内の神経ネットワークも、非カオス状態からカオス状態に転じるカオスの縁では、脳の情報処理効率が高まるのだとか。生体内も流体だらけですし、複雑なシステムでしょうからカオス系になるのでしょうね。自然界は、ほとんどカオス系なのかもしれません。

二つの臨界現象をつなぐ
理研は、「カオスの縁」と「雪崩現象」が同じ現象の異なる側面として理解できる神経ネットワークモデルとそれを解析するための理論を構築しました。

カオス、スゴイ

花1つ取っても、全体的には同じ形とも言えるし、細部を見れば違う形とも言えるようなものもカオスの産物の1つなのかもしれませんね。自然は、規則性と無秩序の間のカオス的な領域で、この領域で、生命、進化、気候といった重要な現象が生まれているようです。一定の安定とわずかな変化を含む、ゆらぎと同様に、カオスであることが大事なのでしょうね。それにしてもなぜ全体だとバランスが取れるのでしょうか。神秘ですね。カオス、スゴイ。地球のシステム、スゴイ。

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