Als mensen aan ‘chaos’ denken, denken ze vaak aan dinosaurussen die rondrennen of een peuter die grote schade aanricht in een woonkamer. In de natuurkunde en klimaatwetenschap heeft chaos echter een precieze, wetenschappelijke betekenis:de dramatische versterking van oneindig kleine verschillen die voorspellingen op de lange termijn onmogelijk maken.

In een chaotisch systeem kunnen kleine veranderingen in het heden tot totaal verschillende uitkomsten leiden. Bedenk twee vrijwel identieke verhalen. In het ene geval mist een passagier een trein met tien seconden en ontmoet hij nooit een vriend; in de andere heeft de trein vertraging, vindt de ontmoeting plaats en loopt de rest van het verhaal uiteen. Deze minieme variaties lijken misschien triviaal, maar hun cumulatieve effect zorgt voor chaos.

Experimenten in de jaren zestig en zeventig hebben aangetoond hoe gemakkelijk het is om van een voorspelbaar systeem een chaotisch systeem te maken. Een eenvoudige slinger, zoals die van een staande klok, zwaait op een perfect periodieke manier. Voeg halverwege een tweede as toe en de beweging wordt enorm onvoorspelbaar, wat het vlindereffect illustreert.

Chaos is iets anders dan willekeur

Als wetenschapper op het gebied van complexe systemen besteed ik veel tijd aan het nadenken over de grens tussen willekeur en chaos. Willekeurigheid – zoals de uitkomst van een geschud kaartspel of een worp met een dobbelsteen – is onvoorspelbaar omdat we niet over de informatie beschikken die nodig is om de volgende toestand te kennen. Chaos bevindt zich tussen willekeur en determinisme:kortetermijngedrag is voorspelbaar, maar de voorspelbaarheid verdwijnt snel.

Waarom chaostheorie ertoe doet

Newton stelde zich een universum voor dat door onveranderlijke wetten werd beheerst, wat suggereert dat zodra de beginvoorwaarden zijn gesteld, de toekomst vooraf bepaald is. De chaostheorie laat zien dat zelfs met een perfecte kennis van de heersende regels, de kleinste onzekerheden kunnen toenemen tot het punt waarop de uitkomst feitelijk onkenbaar is.

Dit inzicht verklaart waarom weersvoorspellingen na ongeveer twee weken hun nauwkeurigheid verliezen. Maar het vertelt ons ook waarom seizoensklimaatpatronen voorspelbaar blijven:hoewel het weer elke dag een chaotische rimpeling is, wordt het algehele klimaat bepaald door statistische regelmatigheden op de lange termijn.

Dit inzicht verklaart waarom weersvoorspellingen na ongeveer twee weken hun nauwkeurigheid verliezen. Maar het vertelt ons ook waarom seizoensklimaatpatronen voorspelbaar blijven:hoewel het weer elke dag een chaotische rimpeling is, wordt het algehele klimaat bepaald door statistische regelmatigheden op de lange termijn.

In de praktijk helpt de chaostheorie wetenschappers af te bakenen welke voorspellingen haalbaar zijn en welke niet. Het herinnert ons eraan dat sommige systemen, hoe goed we ze ook meten, inherent beperkt zijn in voorspelbaarheid.

Mitchell Newberry, universitair docent complexe systemen, Universiteit van Michigan.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd in The Conversation onder een Creative Commons-licentie.