Кіріспе
Эдвард Нортон Лоренц (23 мамыр 1917 - 16 сәуір 2008) – американдық математик және метеоролог. Ол ауа райы мен климаттың болжау теориялық негізін, сондай-ақ компьютерлік көмекпен атмосфералық физика мен метеорологияның негізін қалады. Ол ең әйгілісі қазіргі заманғы хаос теориясының негізін салушы ретінде танымал, бұл математиканың бастапқы шарттарға өте сезімтал динамикалық жүйелердің мінез-құлқына арналған саласы. Оның детерминистік хаос ашқандығы "негізгі ғылымдардың кең спектріне терең ықпал етті және Исаак Ньютоннан бері адамзаттың табиғатқа деген көзқарасындағы ең маңызды өзгерістердің бірін тудырды", - деді оған 1991 жылы Жер және планета ғылымдары саласындағы негізгі ғылымдар бойынша Киото сыйлығын табыс еткен комиссия.
Edward Norton Lorenz (May 23, 1917 – April 16, 2008) was an American mathematician and meteorologist who established the theoretical basis of weather and climate predictability, as well as the basis for computer aided atmospheric physics and meteorology. He is best known as the founder of modern chaos theory, a branch of mathematics focusing on the behavior of dynamical systems that are highly sensitive to initial conditions. His discovery of deterministic chaos "profoundly influenced a wide range of basic sciences and brought about one of the most dramatic changes in mankind's view of nature since Sir Isaac Newton," according to the committee that awarded him the 1991 Kyoto Prize for basic sciences in the field of earth and planetary sciences.
Өмірбаяндық мәліметтер
Лоренц 1917 жылы Коннектикут штатының Батыс Хартфорд қаласында дүниеге келген. Ол отбасының екі жағынан да ғылымға деген сүйіспеншілікті ертеден бойына сіңірген. Оның әкесі, Эдвард Генри Лоренц (1882-1956), Массачусетс технология институтында механикалық инженер мамандығы бойынша оқыған, ал анасының әкесі, Льюис М. Нортон, 1888 жылы MIT-де химиялық инженерлік мамандық бойынша алғашқы курс әзірлеген. Сонымен қатар, оның анасы, Грейс Пелубет Нортон (1887-1943), Лоренцке ойындарға, әсіресе шахматқа қызығушылықты тәрбиелеген. Өмірінің кейінгі жылдары Лоренц әйелі Джейн Лобанмен және үш баласы – Нэнси, Шерил және Эдвардпен Кембридж қаласында тұрған. Ол серуендеуді, тауға шығуды және жарысқа қатысатын шаңғы спортын ұнатқан. Ол өмірінің соңына дейін осымен айналысып тұрған. 2008 жылдың 16 сәуірінде Лоренц 90 жасында Кембридждегі үйінде рактан қайтыс болды.
Білім
Лоренц 1938 жылы Дартмут колледжінен математика бакалавры дәрежесін, ал 1940 жылы Гарвард университетінен математика магистрі дәрежесін алды. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ол АҚШ Әскери-әуе күштері үшін ауа райын болжаушы ретінде жұмыс істеді, содан кейін Массачусетс технология институтында метеорология саласында аспирантураға түсуге бекінді.
Ғылыми мансап
Лоренц өзінің ғылыми мансабының барлық кезеңін Массачусетс технология институтында өткізді. 1948 жылы ол МТИ метеорология кафедрасына ғылыми зерттеуші ретінде қабылданды. 1955 жылы кафедрада доцент, ал 1962 жылы профессор болды. 1977 жылдан 1981 жылға дейін Лоренц МТИ метеорология кафедрасын басқарды. 1983 жылы МТИ метеорология және физикалық океанография кафедрасы Геология кафедрасымен бірігіп, қазіргі МТИ Жер, атмосфера және планеталық ғылымдар кафедрасы құрылды, онда Лоренц 1987 жылы зейнеткер профессор атанғанға дейін профессор болып жұмыс істеді.
Атмосфералық айналым
1940 жылдардың соңы мен 1950 жылдардың басында Лоренц Виктор Старрмен бірге МТИ-дегі Жалпы айналым жобасында ауа райы жүйесінің атмосфераның жалпы айналымының энергетикасын анықтаудағы рөлін зерттеу үшін жұмыс істеді. Осы жұмысының нәтижесінде 1967 жылы Лоренц "Атмосфераның жалпы айналымының табиғаты мен теориясы" деген тақырыптағы маңызды мақала жариялады, ол атмосфералық айналымды энергетикалық тұрғыдан қарастырып, қолжетімді потенциалдық энергия тұжырымын дамытты.
Сандық ауа райы болжамы
1950 жылдары Лоренц температура, қысым және жел сияқты деректерді өңдеу арқылы ауа райын болжауға компьютерлерді пайдаланатын сандық ауа райын болжау саласына қызығушылық танытып, жұмыс істей бастады. Бұл қызығушылықтың туындауына Нью-Джерси штатының Принстон қаласындағы Жоғары оқу институтына (Institute for Advanced Study) жасаған сапарының әсері болды, онда ол сол кездегі IAS метеорологиялық зерттеу тобының жетекшісі және сол заманғы көрнекті динамикалық метеоролог Жюль Чарнимен танысты. (Чарни кейіннен 1957 жылы МТИ-де метеорология профессоры болып Лоренцке қосылды.) 1953 жылы Лоренц МТИ-де статистикалық болжау техникаларын бағалау үшін пайдаланған ауа райы модельдерінің күрделі симуляцияларын жүргізетін жобаны басқарды.
Хаос теориясы
1961 жылы Лоренц қарапайым цифрлық компьютерді, Royal McBee LGP 30 пайдаланып, температура мен жел жылдамдығы сияқты 12 айнымалыны модельдеу арқылы ауа райының үлгілерін симуляциялады. Ол деректер тізбегін қайтадан қарағысы келді және уақытты үнемдеу үшін симуляцияны ортасынан бастады. Бұл үшін бастапқы симуляцияның ортасындағы жағдайға сәйкес келетін деректердің басылған түрін енгізді. Оның таңғалысы – машинаның болжаған ауа райы бұрынғы есептен мүлдем өзгеше болды. Себебі – компьютерлік басылымдағы ондық санның дөңгелектенуі. Компьютер 6 таңбалық дәлдікпен жұмыс істесе, басылымдағы айнымалылар 3 таңбаға дейін дөңгелектенді, мысалы, 0.506127 саны 0.506 ретінде басылды. Бұл айырмашылық өте шағын, және сол кезде көпшілік бұл ешқандай маңызды әсер етпейді деп ойлады. Бірақ Лоренц бастапқы жағдайлардағы кішкентай өзгерістер ұзақ мерзімді нәтижелерде үлкен өзгерістер тудыратынын анықтады. Лоренцтің ашқан жаңалығы, Лоренц аттракторлары деп аталатын құбылысқа атын берді, атмосфералық модельдеудің де ұзақ мерзімді ауа райын нақты болжауға мүмкіндік бермейтінін көрсетті. Оның осы тақырыптағы жұмысы, Эллен Феттердің көмегімен, 1963 жылы «Деттерминистік периодты емес ағын» атты мақаласында жарияланды. Эдвард Лоренц пен Кшиштоф Хаманның 1993 жылғы «Хаос мәні» кітабындағы «Біздің хаотикалық ауа райымыз» деген тарауында авторлар ауа райын болжаудың қиындықтарын зерттеді. Бұл еңбекте атмосферадағы хаостың салдары мен оның ауа райына тигізетін әсері талқыланды. Олар компьютерлік дәуірде метеорологтардың әртүрлі, бірақ ұқсас бастапқы атмосфералық жағдайларға негізделген ұзақ мерзімді ауа райы болжамдарын жасайтын жағдайды сипаттайды. Болжамдардың нәтижелеріндегі айырмашылықтар жүйенің бастапқы жағдайларға сезімталдығынан туындайды. Лоренцтің детерминистік хаос туралы түсініктері 1970 және 80-жылдардан бастап кеңінен таралды, бұл биологиядан геологияға және физикаға дейін ғылымның барлық салаларында жаңа зерттеулерге жол ашты. Метеорологияда бұл екі-үш аптадан артық уақытқа ауа райын сенімді болжау мүмкін емес деген тұжырымға әкелді. Дегенмен, хаостың танылуы ауа райын болжаудың жақсаруына ықпал етті, өйткені қазір синоптиктер өлшемдердің қателесетінін мойындайды және осылайша ансамбльдік болжау деп аталатын, сәл өзгеше жағдайлардан басталатын көптеген симуляцияларды жүргізеді. Лоренцтің жұмысының маңыздылығы туралы MIT-тің танымал метеорологы және климаттанушысы Керри Эмануэль былай деді: 2004 жылы Buys Ballot сыйлығы және 2008 жылы Tomassoni сыйлығымен марапатталды. 2018 жылы Лоренцтің ауа райын болжаудан бастап, ғаламды түсінуге дейін барлық нәрсеге тигізген ғылыми мұрасы туралы қысқаша деректі фильм түсірілді.
Мұра
Лоренц әріптестері мен достарының естелігінде тыныш, қарапайым мінезімен, көңілді кішіпейілділігімен және табиғатқа деген сүйіспеншілігімен сақталады.
Жүз жылдық мерейтойы
2018 жылдың ақпан айында Эдвард Лоренц орталығы және Генри Хоутон қоры Лоренц пен Шарнидің туған күнінің 100 жылдығына арналған «MIT on Chaos and Climate» симпозиумын өткізді.
Жарияланымдар
Лоренц көптеген кітаптар мен мақалалар жариялады, олардың таңдауы төменде келтірілген. Толық тізімді Лоренц орталығының веб-сайтынан табуға болады: сілтеме
1955 Ж қолжетімді потенциалдық энергия және жалпы айналымның сақталуы. Tellus. 7-том; 2. Сілтеме
1963 Детерминистік кезеңсіз ағын. Атмосфералық ғылымдар журналы. 20-том: 130–141. Сілтеме.
1967 Атмосфераның жалпы айналымының табиғаты мен теориясы. Дүниежүзілік метеорологиялық ұйым. 218-том. Сілтеме
1969 Атмосфералық болжамдылыққа үш тәсіл. Америкалық метеорологиялық қоғамның бюллетені. 50-том; 345–349. Сілтеме
1972 Алдын ала болжау: Бразилиядағы көбелектің қанатын соққанның салдары Техаста торнадо тудыруы мүмкін бе? Америка ғылымды дамыту қауымдастығы; 139-шы мәжіліс. Сілтеме
1976 Климаттың өзгеруінің детерминистік емес теориялары. Төртіншілік зерттеулер. 6-том. Сілтеме
1990 Хаос пен транзитивтілік жылдық өзгеріштілікке әкелуі мүмкін бе? Tellus. 42A-том. Сілтеме
2005 Хаотикалық модельдерді жобалау. Атмосфералық ғылымдар журналы. 62-том, № 5: 1574–1587. Сілтеме
1955 Available potential energy and the maintenance of the general circulation. Tellus. Vol. 7; 2. Link
1963 Deterministic nonperiodic flow. Journal of the Atmospheric Sciences. Vol. 20: 130–141. Link. 1967 The nature and theory of the general circulation of atmosphere. World Meteorological Organization. Vol. 218. Link
1969 Three approaches to atmospheric predictability. Bulletin of the American Meteorological Society. Vol. 50; 345–349. Link
1972 Predictability: Does the Flap of a Butterfly's Wings in Brazil Set Off a Tornado in Texas? American Association for the Advancement of Sciences; 139th meeting. Link
1976 Nondeterministic theories of climate change. Quaternary Research. Vol. 6. Link
1990 Can chaos and intransitivity lead to interannual variability? Tellus. Vol. 42A. Link
2005 Designing Chaotic Models. Journal of the Atmospheric Sciences. Vol. 62, No. 5: 1574–1587. Link