Эдвард Нортон Лоренц
Эдвард Нортон Лоренц | |
|---|---|
 | |
| Рожденный | 23 мая 1917 г. |
| Умер | 16 апреля 2008 г. (90 лет) Кембридж, Массачусетс , США |
| Альма-матер | Дартмутский колледж ( бакалавр ) Гарвардский университет ( МА ) Массачусетский технологический институт ( MS , ScD ) |
| Известный | Теория хаоса Эффект бабочки Аттрактор Лоренца Энергетический цикл Лоренца Модель Лоренц 96 |
| Награды | Золотая медаль Саймонса (1973) Премия Крафорда (1983) Киотская премия (1991) Медаль Роджера Ревелля (1992) Золотая медаль Ломоносова (2004). |
| Научная карьера | |
| Поля | Математика и метеорология |
| Учреждения | Массачусетский технологический институт |
| Диссертация | Метод применения гидродинамических и термодинамических уравнений к моделям атмосферы (1948 г.) |
| Докторантура | Джеймс Мердок Остин |
| Докторанты | Кевин Э. Тренберт Уильям Д. Селлерс |
Эдвард Нортон Лоренц (23 мая 1917 — 16 апреля 2008) — американский математик и метеоролог, создавший теоретическую основу предсказуемости погоды и климата , а также основу компьютерной физики атмосферы и метеорологии . [1] [2] Он наиболее известен как основатель современной теории хаоса , раздела математики, изучающего поведение динамических систем , которые очень чувствительны к начальным условиям . [3]
Его открытие детерминированного хаоса «оказало глубокое влияние на широкий спектр фундаментальных наук и привело к одному из самых драматических изменений во взглядах человечества на природу со времен сэра Исаака Ньютона», как заявил комитет, присудивший ему Киотскую премию 1991 года в области фундаментальных наук в области фундаментальных наук. области наук о Земле и планетах. [4]
Биографические сведения
[ редактировать ]Лоренц родился в 1917 году в Вест-Хартфорде, штат Коннектикут . [5] Он рано приобрел любовь к науке с обеих сторон своей семьи. Его отец, Эдвард Генри Лоренц (1882–1956), специализировался в области машиностроения в Массачусетском технологическом институте , а его дед по материнской линии, Льюис М. Нортон , разработал первый курс химического машиностроения в Массачусетском технологическом институте в 1888 году. Тем временем его мать, Грейс Пелубе Нортон (1887–1943) привила Лоренцу глубокий интерес к играм, особенно к шахматам. [6]
Позже Лоренц жил в Кембридже, штат Массачусетс, со своей женой Джейн Лобан (1919–2001) и тремя детьми, Нэнси, Шерил и Эдвардом. [7] Он был заядлым любителем активного отдыха, любил пешие походы, скалолазание и катание на беговых лыжах. Он продолжал заниматься этими занятиями до самого конца своей жизни. 16 апреля 2008 года Лоренц умер в своем доме в Кембридже от рака в возрасте 90 лет. [8]
Образование
[ редактировать ]Лоренц получил степень бакалавра математики в Дартмутском колледже в 1938 году и степень магистра математики в Гарварде он работал синоптиком в ВВС США в 1940 году. Во время Второй мировой войны , что побудило его продолжить обучение в аспирантуре по метеорологии в Массачусетский технологический институт . [7] Он получил степень магистра и доктора метеорологии в Массачусетском технологическом институте в 1943 и 1948 годах.
Его докторская диссертация под названием «Метод применения гидродинамических и термодинамических уравнений к моделям атмосферы», выполненная под руководством Джеймса Мердока Остина , описала применение гидродинамических уравнений к практической проблеме прогнозирования движения штормов. [9]
Научная карьера
[ редактировать ]Лоренц провел всю свою научную карьеру в Массачусетском технологическом институте . В 1948 году он поступил на факультет метеорологии Массачусетского технологического института в качестве научного сотрудника. В 1955 году он стал доцентом кафедры, а в 1962 году получил звание профессора. С 1977 по 1981 год Лоренц занимал должность заведующего кафедрой метеорологии Массачусетского технологического института. В 1983 году факультет метеорологии и физической океанографии Массачусетского технологического института объединился с факультетом геологии и стал нынешним факультетом наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института, где Лоренц оставался профессором, прежде чем стать почетным профессором в 1987 году. [10]
Атмосферная циркуляция
[ редактировать ]В конце 1940-х и начале 1950-х годов Лоренц работал с Виктором Старром над проектом «Общая циркуляция» в Массачусетском технологическом институте, чтобы понять роль, которую погодная система играет в определении энергетики общей циркуляции атмосферы. На основе этой работы в 1967 году Лоренц опубликовал знаковую статью под названием «Природа и теория общей циркуляции атмосферы», посвященную атмосферной циркуляции с энергетической точки зрения, которая выдвинула концепцию доступной потенциальной энергии . [11]
Численный прогноз погоды
[ редактировать ]В 1950-х годах Лоренц заинтересовался и начал работу над числовым прогнозом погоды , который опирался на компьютеры для прогнозирования погоды путем обработки данных наблюдений за такими вещами, как температура, давление и ветер. Частично этот интерес возник после посещения Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, где он встретил Джула Чарни , тогдашнего руководителя группы метеорологических исследований МАС и ведущего динамического метеоролога того времени. [12] (Позже Чарни присоединился к Лоренцу в Массачусетском технологическом институте в 1957 году в качестве профессора метеорологии.) [13] В 1953 году Лоренц взял на себя руководство проектом в Массачусетском технологическом институте, который проводил сложное моделирование погодных моделей, которые он использовал для оценки методов статистического прогнозирования. [12] К концу 1950-х годов Лоренц скептически относился к пригодности линейных статистических моделей в метеорологии, поскольку большинство атмосферных явлений, участвующих в прогнозировании погоды, являются нелинейными . [2] Именно в это время его открытие детерминированного хаоса . произошло [14]
Теория хаоса
[ редактировать ]В 1961 году Лоренц использовал простой цифровой компьютер Royal McBee LGP-30 для моделирования погодных условий путем моделирования 12 переменных, представляющих такие вещи, как температура и скорость ветра. Он хотел снова увидеть последовательность данных и, чтобы сэкономить время, начал моделирование в середине его выполнения. Он сделал это, введя распечатку данных, которые соответствовали условиям в середине исходной симуляции. К его удивлению, погода, которую начала предсказывать машина, совершенно отличалась от предыдущего расчета. Виновник: округленное десятичное число на компьютерной распечатке. Компьютер работал с точностью до 6 цифр, но в распечатке переменные округлялись до трехзначного числа, поэтому значение типа 0,506127 печаталось как 0,506. Эта разница незначительна, и в то время было принято мнение, что она не должна иметь практического эффекта. Однако Лоренц обнаружил, что небольшие изменения начальных условий приводят к большим изменениям в долгосрочных результатах. [15]
Открытие Лоренца, давшее название аттракторам Лоренца , показало, что даже детальное моделирование атмосферы, как правило, не может дать точных долгосрочных прогнозов погоды. Его работа по этой теме при содействии Эллен Феттер завершилась публикацией в 1963 году его статьи «Детерминированный непериодический поток» в «Журнале атмосферных наук» , а вместе с ней и закладывания основы теории хаоса . [2] [14] В этой статье он заявляет:
«Два состояния, различающиеся на незаметные величины, могут в конечном итоге превратиться в два существенно разных состояния... Если тогда есть какая-либо ошибка в наблюдении текущего состояния — а в любой реальной системе такие ошибки кажутся неизбежными — приемлемое предсказание мгновенного состояния в отдаленном будущем вполне может быть невозможным.... Ввиду неизбежной неточности и неполноты наблюдений за погодой точное очень долгосрочное прогнозирование, по-видимому, не существует».
Его описание эффекта бабочки , идеи о том, что небольшие изменения могут иметь большие последствия, последовало в 1969 году. [2] [16] [17] [18] [19] [20] [21]
В книге «Сущность хаоса» в главе «Наша хаотичная погода» 1993 года, авторами которой являются Эдвард Лоренц и Кшиштоф Хаман , авторы углубились в проблемы прогнозирования погоды. В работе обсуждаются последствия хаоса в атмосфере и его влияние на прогноз погоды. Они описывают сценарий, в котором метеорологи в эпоху компьютеров генерируют множество долгосрочных прогнозов погоды на основе разных, но схожих начальных атмосферных условий. Различия в результатах прогноза возникают из-за чувствительности системы к начальным условиям. [22]
Идеи Лоренца о детерминированном хаосе получили широкий резонанс, начиная с 1970-х и 80-х годов, когда они стимулировали новые области исследований практически во всех отраслях науки, от биологии до геологии и физики. В метеорологии это привело к выводу, что предсказать погоду на срок более двух-трех недель с разумной степенью точности может оказаться принципиально невозможным. Однако признание хаоса привело к улучшению прогнозирования погоды , поскольку теперь синоптики признают, что измерения несовершенны, и поэтому запускают множество симуляций, начиная с несколько разных условий, называемых ансамблевым прогнозированием . [23]
О основополагающем значении работы Лоренца Керри Эмануэль , выдающийся метеоролог и ученый-климатолог из Массачусетского технологического института, заявил: [8]
«Показав, что некоторые детерминированные системы имеют формальные пределы предсказуемости, Эд забил последний гвоздь в гроб картезианской вселенной и спровоцировал то, что некоторые называют третьей научной революцией 20-го века, последовав за теорией относительности и квантовой физикой».
В конце своей карьеры Лоренц начал получать международное признание за важность своей работы по детерминированному хаосу. В 1983 году вместе с коллегой Генри Стоммелем он был удостоен премии Крафорда Шведской академии наук , которая считается почти равной Нобелевской премии . [8] Он также был удостоен Киотской премии в области фундаментальных наук в области наук о Земле и планетах в 1991 году. [24] Премия Buys Ballot в 2004 году и Премия Томассони в 2008 году. [25] В 2018 году был снят короткий документальный фильм об огромном научном наследии Лоренца во всем: от того, как мы предсказываем погоду, до нашего понимания Вселенной. [26]
Наследие
[ редактировать ]Коллеги и друзья помнят Лоренца за его спокойное поведение, мягкое смирение и любовь к природе. [12] описал его как «гения с душой художника» Его близкий друг и соратник Жюль Чарни . [13]
Лоренц-центр
[ редактировать ]был основан Центр Лоренца, климатический аналитический центр, занимающийся фундаментальными научными исследованиями, В 2011 году в Массачусетском технологическом институте в честь Лоренца и его новаторской работы в области теории хаоса и науки о климате . [27]
Празднование столетия
[ редактировать ]В феврале 2018 года Центр Эдварда Лоренца и Фонд Генри Хоутона провели симпозиум под названием MIT «Хаос и климат» в честь 100-летия со дня рождения Лоренца и Чарни . [13] На двухдневном мероприятии всемирно известные эксперты представили презентации о многочисленных научных вкладах, которые два пионера внесли в области численного прогнозирования погоды , физической океанографии , динамики атмосферы и экспериментальной гидродинамики , а также о личном наследии, которое они оставили после себя. честности, оптимизма и сотрудничества. Видео, снятое для этого мероприятия, подчеркивает неизгладимый след, оставленный Чарни и Лоренцем в Массачусетском технологическом институте и в области метеорологии в целом. [28]
Публикации
[ редактировать ]Лоренц опубликовал множество книг и статей, подборку из которых можно найти ниже. Более полный список можно найти на веб-сайте Лоренц-центра: ссылка. Архивировано 5 апреля 2019 г. на Wayback Machine.
- 1955 г. Доступная потенциальная энергия и поддержание общей циркуляции. Теллус . Том. 7; 2. Ссылка
- 1963 Детерминированный непериодический поток. Журнал атмосферных наук . Том. 20: 130–141. Связь .
- 1967 Природа и теория общей циркуляции атмосферы. Всемирная метеорологическая организация . Том. 218. Ссылка
- 1969 г. Три подхода к предсказуемости атмосферы. Бюллетень Американского метеорологического общества . Том. 50; 345–349. Связь
- Предсказуемость 1972 года: взмах крыльев бабочки в Бразилии вызвал торнадо в Техасе? Американская ассоциация развития наук; 139-е заседание. Ссылка заархивирована 12 июня 2013 г. на Wayback Machine.
- 1976 Недетерминистические теории изменения климата . Четвертичные исследования . Том. 6. Ссылка
- 1990 Могут ли хаос и нетранзитивность привести к межгодовой изменчивости? Теллус . Том. 42А. Связь
- 2005 Проектирование хаотических моделей. Журнал атмосферных наук . Том. 62, № 5: 1574–1587. Связь
Награды
[ редактировать ]- 1969 г. Медаль за исследования Карла-Густава Россби , Американское метеорологическое общество .
- 1973 Золотая медаль Саймонса , Королевское метеорологическое общество .
- 1975 г. Член Национальной академии наук (США).
- 1981 год Член Норвежской академии наук и литературы .
- 1983 года Премия Крафорда , Шведская королевская академия наук .
- 1984 г. Почетный член Королевского метеорологического общества .
- 1989 Медаль Эллиотта Крессона , Институт Франклина
- 1991 года Киотская премия за ... самое смелое научное достижение в открытии «детерминированного хаоса».
- 1992 Медаль Роджера Ревеля
- 2000 г. Премия Международной метеорологической организации от Всемирной метеорологической организации.
- 2004 г. Покупает медаль голосования Королевской Нидерландской академии искусств и наук .
- 2004 Золотая медаль Ломоносова Российской академии наук.
- 2008 Премия Феличе Пьетро Кизези и Катерины Томассони
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Палмер, Теннесси (2009). «Эдвард Нортон Лоренц. 23 мая 1917 г. — 16 апреля 2008 г.» . Биографические мемуары членов Королевского общества . 55 : 139–155. дои : 10.1098/rsbm.2009.0004 .
- ^ Jump up to: а б с д Тим Палмер (2008). «Эдвард Нортон Лоренц» . Физика сегодня . 61 (9): 81–82. Бибкод : 2008PhT....61i..81P . дои : 10.1063/1.2982132 .
- ^ Моттер А.Э. и Кэмпбелл Д.К. (2013). Хаос в пятьдесят , Physics Today 66 (5), 27–33.
- ^ Кеннет Чанг (17 апреля 2008 г.). «Эдвард Н. Лоренц, метеоролог и отец теории хаоса, умер в возрасте 90 лет» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 1 апреля 2019 г.
- ^ «Лоренц получает Киотскую премию 1991 года» . Пресс-служба Массачусетского технологического института. 1991. Архивировано из оригинала 23 сентября 2008 года.
- ^ Эмануэль, Керри (2011). Эдвард Нортон Лоренц (1917–2008) (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. п. 4.
- ^ Jump up to: а б Кеннет Чанг (17 апреля 2008 г.). «Эдвард Н. Лоренц, метеоролог и отец теории хаоса, умер в возрасте 90 лет» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 1 мая 2010 г.
- ^ Jump up to: а б с «Эдвард Лоренц, отец теории хаоса, умирает в возрасте 90 лет» . Новости МТИ . 16 апреля 2008 г.
- ^ Лоренц, EN (1948). Метод применения гидродинамических и термодинамических уравнений к модели атмосферы (Диссертация кандидатская диссертация). Массачусетский технологический институт. Кафедра метеорологии. hdl : 1721.1/44688 .
- ^ «Эдвард Лоренц, отец теории хаоса и эффекта бабочки, умирает в 90 лет» (PDF) . Технический разговор Массачусетского технологического института . 30 апреля 2008 г. Проверено 1 апреля 2019 г.
- ^ «Природа и теория общей циркуляции атмосферы» (PDF) . Всемирная метеорологическая организация . 1967.
- ^ Jump up to: а б с Эмануэль, Керри (2011). Эдвард Нортон Лоренц (1917–2008) (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. п. 4.
- ^ Jump up to: а б с Лорен Хинкель (31 октября 2018 г.). «MIT прославляет науку Жюля Чарни и Эда Лоренца» . Лоренц-центр . Кембридж, Массачусетс. Архивировано из оригинала 3 апреля 2019 года . Проверено 3 апреля 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Лоренц, Эдвард Н. (1963). «Детерминированный непериодический поток» . Журнал атмосферных наук . 20 (2): 130–141. Бибкод : 1963JAtS...20..130L . doi : 10.1175/1520-0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2 .
- ^ Глейк, Джеймс (1987). Хаос: создание новой науки . Лондон: Кардинал. п. 17. ISBN 978-0-434-29554-8 .
- ^ Эдвард Н. Лоренц (1969). «Атмосферная предсказуемость, выявленная естественными аналогами» . Журнал атмосферных наук . 26 (4): 636–646. Бибкод : 1969JAtS...26..636L . doi : 10.1175/1520-0469(1969)26<636:APARBN>2.0.CO;2 .
- ^ Эдвард Н. Лоренц (1969). «Три подхода к предсказуемости атмосферы» (PDF) . Бюллетень Американского метеорологического общества . 50 (5): 345–349. Бибкод : 1969BAMS...50..345. . дои : 10.1175/1520-0477-50.5.345 .
- ^ Лоренц, Эдвард (29 декабря 1972 г.). «Вызывает ли взмах крыльев бабочки в Бразилии торнадо в Техасе?» (PDF) . Массачусетский технологический институт .
- ^ Лоренц, Эдвард Н. (1 января 1969 г.). «Предсказуемость потока, обладающего многими масштабами движения» . Теллус . 21 (3): 289–307. Бибкод : 1969Tell...21..289L . дои : 10.3402/tellusa.v21i3.10086 . ISSN 0040-2826 .
- ^ Сокол, Джошуа (20 мая 2019 г.). «Скрытые героини хаоса» . Журнал Кванта . Проверено 23 октября 2021 г.
- ^ Шен, Бо-Вэнь; Пилке, Роджер А.; Цзэн, Сюбин; Цуй, Цзялин; Фаги-Наини, Сара; Паксон, Вэй; Атлас, Роберт (04 июля 2022 г.). «Три вида эффектов бабочки в моделях Лоренца» . Энциклопедия . 2 (3): 1250–1259. дои : 10.3390/энциклопедия2030084 . ISSN 2673-8392 .
- ^ Лоренц, Эдвард Н.; Аман, К. (1996). «Сущность хаоса». Чистая и прикладная геофизика . 147 (3). Базель, Birkhauser Verlag: 598–599.
- ^ «Когда эффект бабочки взлетел» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Архивировано из оригинала 27 марта 2017 г. Проверено 3 апреля 2019 г.
- ^ Мэгги Фокс, Эрик Уолш (2008). «Эдвард Лоренц, отец теории хаоса, умер в 90 лет» . Рейтер .
- ^ «Премии Томассони» . Кафедра физики Римского университета «Ла Сапиенца». Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 г. Проверено 13 декабря 2013 г.
- ^ Джош Касторф . «Погода и хаос: работы Эдварда Н. Лоренца» .
- ^ «Лоренц-центр О нас» .
- ^ «Празднование науки Жюля Чарни и Эда Лоренца» . Ютуб . Архивировано из оригинала 13 декабря 2021 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- «Погода и хаос: работа Эдварда Н. Лоренца», 2018 г.
- Видеоклип, на котором Эдвард Н. Лоренц выступает на Международной конференции по сложным системам, организованной Институтом сложных систем Новой Англии (NECSI)
- Некролог , The Daily Telegraph , 18 апреля 2008 г.
- Керри Эмануэль, «Эдвард Нортон Лоренц», Биографические мемуары Национальной академии наук (2011)
- 1917 рождений
- смертей в 2008 г.
- Американские математики XX века
- Американские математики XXI века
- Американские метеорологи
- Персонал ВВС США времен Второй мировой войны
- Лауреаты исследовательской медали Карла-Густава Россби
- Теоретики хаоса
- Выпускники Дартмутского колледжа
- Иностранные члены Королевского общества
- Иностранные члены Академии наук СССР
- Иностранные члены Российской академии наук
- Выпускники Гарвардского университета
- Лауреаты Киотского протокола в области фундаментальных наук
- Выпускники Школы наук Массачусетского технологического института
- Факультет Школы естественных наук Массачусетского технологического института
- Члены Норвежской академии наук и литературы
- Члены Национальной академии наук США
- Люди из Западного Хартфорда, Коннектикут
- Обладатели медали Buys Ballot (Нидерланды)
- Солдаты ВВС США
- Лауреаты Золотой медали Ломоносова.