Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не следует путать с Эдуардом Лоренцем , Эдвардом Нортоном , Людвигом Лоренцем или Хендриком Лоренцом .
Эдвард Нортон Лоренц
Эдвард lorenz.jpg
Эдвард Нортон Лоренц
Родившийся( 1917-05-23 )23 мая 1917 г.
Западный Хартфорд, Коннектикут , США
Умер16 апреля 2008 г. (2008-04-16)(90 лет)
Кембридж, Массачусетс , США
Альма-матерДартмутский колледж (BA, 1938)
Гарвардский университет (MA, 1940)
Массачусетский технологический институт (SM, 1943; ScD, 1948)
ИзвестенТеория хаоса
Аттрактор Лоренца
Эффект бабочки
НаградыЗолотая медаль Саймонса (1973),
Премия Крафорда (1983),
Киотская премия (1991),
Золотая медаль Ломоносова (2004)
Научная карьера
ПоляМатематика и метеорология
УчрежденияМассачусетский Институт Технологий
ТезисМетод применения гидродинамических и термодинамических уравнений к моделям атмосферы  (1948 г.)
ДокторантДжеймс Мердок Остин
ДокторантыКевин Э. Тренберт
Уильям Д. Селлерс

Эдвард Нортон Лоренц (23 мая 1917 г. - 16 апреля 2008 г.) был американским математиком и метеорологом, который заложил теоретические основы предсказуемости погоды и климата , а также основы компьютерной физики атмосферы и метеорологии . [1] [2] Он наиболее известен как основатель современной теории хаоса , раздела математики, специализирующегося на поведении динамических систем , которые очень чувствительны к начальным условиям . [3]

Его открытие детерминированного хаоса «глубоко повлияло на широкий круг фундаментальных наук и привело к одному из самых драматических изменений в взглядах человечества на природу со времен сэра Исаака Ньютона», согласно комитету, который присудил ему Киотскую премию 1991 года за фундаментальные науки в области науки. область наук о Земле и планетах. [4]

Биографические данные [ править ]

Лоренц родился в 1917 году в Западном Хартфорде, штат Коннектикут . [5] Он рано приобрел любовь к науке со стороны обеих сторон своей семьи. Его отец, Эдвард Генри Лоренц (1882-1956), специализировался на машиностроении 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 и их тремя детьми, Нэнси, Шерил и Эдвардом. [7] Он был заядлым туристом, любил пешие прогулки, 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, Массачусетс, от рака в возрасте 90 лет. [8]

Образование [ править ]

Лоренц получил степень бакалавра математики в Дартмутском колледже в 1938 году и степень магистра математики в Гарварде в 1940 году. Он работал прогнозистом погоды в Военно-воздушном корпусе США во время Второй мировой войны , что привело его к поступлению в аспирантуру по метеорологии в Массачусетский технологический институт . [7] Он заработал как магистра и докторскую степень в области метеорологии с MIT 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 , описывала применение уравнений динамики жидкости к практической задаче прогнозирования движения штормов. [9]

Научная карьера [ править ]

Лоренц провел всю свою научную карьеру в Массачусетском технологическом институте . В 1948 году он поступил на кафедру метеорологии Массачусетского технологического института в качестве научного сотрудника. В 1955 году он стал доцентом кафедры, а в 1962 году был повышен до профессора. С 1977 по 1981 год Лоренц занимал должность заведующего кафедрой метеорологии Массачусетского технологического института. В 1983 году кафедра метеорологии и физической океанографии Массачусетского технологического института объединилась с кафедрой геологии и превратилась в нынешнюю кафедру земных, атмосферных и планетарных наук Массачусетского технологического института, где Лоренц оставался профессором, а в 1987 году стал почетным профессором [10].

Атмосферная циркуляция [ править ]

В конце 1940-х - начале 1950-х годов Лоренц работал с Виктором Старром над Проектом общей циркуляции в Массачусетском технологическом институте, чтобы понять роль погодной системы в определении энергетики общей циркуляции атмосферы. На основе этой работы в 1967 году Лоренц опубликовал знаменательную статью под названием «Природа и теория общей циркуляции атмосферы» об атмосферной циркуляции с точки зрения энергетики, в которой была выдвинута концепция доступной потенциальной энергии . [11]

Численный прогноз погоды [ править ]

В 1950-х годах Лоренц заинтересовался и начал работу над численным прогнозом погоды , который полагался на компьютеры для прогнозирования погоды путем обработки данных наблюдений за такими вещами, как температура, давление и ветер. Этот интерес частично возник после посещения Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, где он встретился с Джулем Чарни , в то время главой группы метеорологических исследований МАС и ведущим в то время динамическим метеорологом. [12] (Чарни позже 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 запускал комплексное моделирование погодных моделей, которые он использовал для оценки методов статистического прогнозирования. [14] К концу 1950-х годов Лоренц скептически относился к уместности линейных статистических моделей в метеорологии, поскольку большинство атмосферных явлений, участвующих в прогнозировании погоды, являются нелинейными . [2] Именно в это время произошло его открытие детерминированного хаоса . [15]

Теория хаоса [ править ]

В 1961 году Лоренц использовал простой цифровой компьютер Royal McBee LGP-30., чтобы моделировать погодные условия путем моделирования 12 переменных, представляющих такие вещи, как температура и скорость ветра. Он хотел снова увидеть последовательность данных и, чтобы сэкономить время, начал симуляцию в середине ее хода. Он сделал это, распечатав данные, которые соответствовали условиям в середине исходного моделирования. К его удивлению, погода, которую машина начала предсказывать, полностью отличалась от предыдущего расчета. Виновник: округленное десятичное число на компьютерной распечатке. Компьютер работал с 6-значной точностью, но в распечатке переменные округлялись до 3-значного числа, поэтому такое значение, как 0,506127, напечатано как 0,506. Это различие крошечное, и в то время считалось, что оно не должно иметь практического эффекта. Тем не мение,Лоренц обнаружил, что небольшие изменения начальных условий приводят к большим изменениям в долгосрочных результатах.[16]

Открытие Лоренца, давшее название аттракторам Лоренца , показало, что даже детальное атмосферное моделирование, как правило, не может дать точных долгосрочных прогнозов погоды. Его работа над этой темой увенчалась публикацией его статьи 1963 года «Детерминированный непериодический поток» в журнале «Атмосферные науки» , а вместе с ней и основания теории хаоса . [2] [17] В этой статье он утверждает:

«Два состояния, различающиеся на незаметную величину, могут в конечном итоге развиться в два существенно разных состояния ... Если тогда есть какая-либо ошибка в наблюдении за текущим состоянием - а в любой реальной системе такие ошибки кажутся неизбежными - приемлемое предсказание мгновенного состояния в далеком будущем вполне может оказаться невозможным ... Ввиду неизбежной неточности и неполноты наблюдений за погодой, точные очень долгосрочные прогнозы кажутся невозможными ».

Его описание эффекта бабочки , идея о том, что небольшие изменения могут иметь большие последствия, последовало в 1969 году. [2] [18] [19]

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 областях науки, от биологии до геологии и физики. В метеорологии это привело к выводу, что может быть принципиально невозможно предсказать погоду за пределами двух или трех недель с разумной степенью точности. Однако признание хаоса привело к улучшениям в прогнозировании погоды , поскольку теперь синоптики признают, что измерения несовершенны, и поэтому запускают множество симуляций, начиная с немного других условий, что называется ансамблевым прогнозированием . [20]

Керри Эмануэль , видный метеоролог и климатолог из Массачусетского технологического института, заявил о важнейшем значении работы Лоренца : [8]

«Показав, что определенные 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, последовавшей по пятам теории относительности и квантовой физики».

В конце своей карьеры Лоренц получил международное признание за важность его работы над детерминированным хаосом. В 1983 году он вместе с коллегой Генри Стоммелом был удостоен премии Крафорда от Шведской академии наук , которая считается почти равной Нобелевской премии . [8] Он также был награжден Киотской премии в области фундаментальных наук в области земли и планетарных наук в 1991 году [21] премии Покупает Избирательные в 2004 году и премию Tomassoni в 2008 году [22]В 2018 году был снят короткий документальный фильм об огромном научном наследии Лоренца во всем - от того, как мы прогнозируем погоду до нашего понимания Вселенной. [23]

Наследие [ править ]

Коллеги и друзья помнят Лоренца за его спокойное поведение, мягкое смирение и любовь к природе. [24] Его близкий друг и соратник Джул Чарни описал его как «гения с душой художника» . [13]

Центр Лоренца [ править ]

В 2011 году в Массачусетском технологическом институте в честь Лоренца и его новаторской работы по теории хаоса и климатологии был основан Центр Лоренца, исследовательский центр по вопросам климата, занимающийся фундаментальными научными исследованиями . [25]

Празднование столетия [ править ]

В феврале 2018 года Центр Лоренца и Фонд Генри Хоутона провели симпозиум под названием MIT on Chaos and Climate в честь 100-летия со дня рождения Лоренца и Чарни . [13] На двухдневном мероприятии всемирно известные эксперты рассказали о большом научном вкладе двух пионеров в области численного прогнозирования погоды , физической океанографии , атмосферной динамики и экспериментальной гидродинамики , а также о личном наследии они оставили позади честность, оптимизм и сотрудничество. Видео, подготовленное для этого мероприятия, подчеркивает неизгладимый след Чарни и Лоренца в Массачусетском технологическом институте и в области метеорологии в целом. [26]

Публикации [ править ]

Лоренц опубликовал множество книг и статей, подборку из которых можно найти ниже. Более полный список можно найти на сайте Лоренц-центра: ссылка

  • 1955 Доступная потенциальная энергия и поддержание общего кровообращения. Теллус . Vol. 7; 2. Ссылка
  • 1963 Детерминированный непериодический поток. Журнал атмосферных наук . Vol. 20: 130–141. Ссылка .
  • 1967 Природа и теория общей циркуляции атмосферы. Всемирная метеорологическая организация . Vol. 218. Ссылка
  • 1969 Три подхода к предсказуемости атмосферы. Бюллетень Американского метеорологического общества . Vol. 50; 345–349. Связь
  • Предсказуемость 1972 года: вызывает ли взмах крыльев бабочки в Бразилии торнадо в Техасе? Американская ассоциация развития наук; 139-е заседание. Связь
  • 1976 Недетерминированные теории изменения климата. Четвертичное исследование . Vol. 6. Ссылка
  • 1990 Может ли хаос и непереходность привести к межгодовой изменчивости? Теллус . Vol. 42А. Связь
  • 2005 Создание хаотических моделей. Журнал атмосферных наук . Vol. 62, № 5: 1574–1587. Связь

Награды [ править ]

  • 1969 г. Медаль Карла-Густава Россби за исследования , Американское метеорологическое общество .
  • 1973 Золотая медаль Саймонса , Королевское метеорологическое общество .
  • 1975 г. Член Национальной академии наук (США).
  • 1981 Член Норвежской академии наук и литературы .
  • 1983 Премия Крафорда , Шведская королевская академия наук .
  • 1984 Почетный член Королевского метеорологического общества .
  • 1989 Медаль Эллиота Крессона , Институт Франклина
  • Киотская премия 1991 г. за «… его самое смелое научное достижение в открытии« детерминированного хаоса ».
  • Премия Международной метеорологической организации 2000 г. от Всемирной метеорологической организации
  • 2004 г. Покупает медаль для голосования Королевской Нидерландской академии искусств и наук .
  • 2004 Ломоносов Золотая медаль в Российской академии наук

См. Также [ править ]

  • Теория хаоса
  • Аттрактор
  • Экспериментальная математика
  • Аттрактор Лоренца
  • Энергетический цикл Лоренца
  • Метеорология
  • Численный прогноз погоды
  • Джул Грегори Чарни

Ссылки [ править ]

  1. ^ Палмер, TN (2009). «Эдвард Нортон Лоренц. 23 мая 1917 - 16 апреля 2008» . Биографические воспоминания членов Королевского общества . 55 : 139–155. DOI : 10,1098 / rsbm.2009.0004 .
  2. ^ а б в г Тим Палмер (2008). «Эдвард Нортон Лоренц». Физика сегодня . 61 (9): 81–82. Bibcode : 2008PhT .... 61i..81P . DOI : 10.1063 / 1.2982132 .
  3. ^ Motter AE и Campbell DK (2013). Хаос в пятьдесят , Physics Today 66 (5), 27-33.
  4. ^ Кеннет Чанг (2008-04-17). «Эдвард Н. Лоренц, метеоролог и отец теории хаоса, умер в возрасте 90 лет» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 1 апреля 2019 .
  5. ^ «Лоренц получает приз Киото 1991 года» . MIT News Office. 1991. Архивировано из оригинального 23 сентября 2008 года.
  6. ^ Эмануэль, Керри (2011). Эдвард Нортон Лоренц (1917-2008) (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. п. 4.
  7. ^ а б Кеннет Чанг (2008-04-17). «Эдвард Н. Лоренц, метеоролог и отец теории хаоса, умер в возрасте 90 лет» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 1 мая 2010 .
  8. ^ a b c «Эдвард Лоренц, отец теории хаоса, умирает в возрасте 90 лет» . CNN .[ мертвая ссылка ]
  9. ^ Лоренц, EN (1948). Метод применения гидродинамических и термодинамических уравнений к модели атмосферы (Диссертация на соискание ученой степени доктора философии). Массачусетский Институт Технологий. Кафедра метеорологии. ЛВП : 1721,1 / 44688 .
  10. ^ «Эдвард Лоренц, отец теории хаоса и эффекта бабочки, умирает в возрасте 90 лет» (PDF) . MIT Tech Talk . 2008-04-30 . Проверено 1 апреля 2019 .
  11. ^ "Природа и теория общей циркуляции атмосферы" (PDF) . Всемирная метеорологическая организация . 1967 г.
  12. ^ Эмануэль, Керри (2011). Эдвард Нортон Лоренц (1917-2008) (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. п. 4.
  13. ^ a b c Лорен Хинкель (31 октября 2018 г.). «Массачусетский технологический институт празднует науку Джуля Чарни и Эда Лоренца» . Центр Лоренца . Кембридж, Массачусетс.
  14. ^ Эмануэль, Керри (2011). Эдвард Нортон Лоренц (1917-2008) (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. п. 4.
  15. ^ Лоренц, Эдвард Н. (1963). «Детерминированный непериодический поток» . Журнал атмосферных наук . 20 (2): 130–141. Bibcode : 1963JAtS ... 20..130L . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1963) 020 <0130: DNF> 2.0.CO; 2 .
  16. ^ Глейк, Джеймс (1987). Хаос: создание новой науки . Лондон: Кардинал. п. 17. ISBN 978-0-434-29554-8.
  17. ^ Эдвард Н. Лоренц (1963). «Детерминированный непериодический поток» . Журнал атмосферных наук . 20 (2): 130–141. Bibcode : 1963JAtS ... 20..130L . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1963) 020 <0130: DNF> 2.0.CO; 2 .
  18. ^ Эдвард Н. Лоренц (1969). «Атмосферная предсказуемость, выявленная природными аналогами» . Журнал атмосферных наук . 26 (4): 636–646. Bibcode : 1969JAtS ... 26..636L . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1969) 26 <636: APARBN> 2.0.CO; 2 .
  19. ^ Эдвард Н. Лоренц (1969). «Три подхода к предсказуемости атмосферы» (PDF) . Бюллетень Американского метеорологического общества . 50 (5): 345–349. Bibcode : 1969BAMS ... 50..345. . DOI : 10.1175 / 1520-0477-50.5.345 .
  20. ^ "Когда эффект бабочки взлетел" . MIT Technology Review . Архивировано из оригинала на 2017-03-27 . Проверено 3 апреля 2019 .
  21. ^ Мэгги Фокс, Эрик Уолш (2008). «Эдвард Лоренц, отец теории хаоса, умер в возрасте 90 лет» . Рейтер .
  22. ^ "Награды Томассони" . Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Roma "La Sapienza".
  23. ^ Джош Касторф . «Погода и хаос: работа Эдварда Н. Лоренца» .
  24. ^ Эмануэль, Керри (2011). Эдвард Нортон Лоренц (1917-2008) (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. п. 4.
  25. ^ "Центр Лоренца о нас" .
  26. ^ "Празднование науки Жюля Чарни и Эда Лоренца" .

Внешние ссылки [ править ]

  • «Погода и хаос: работа Эдварда Н. Лоренца», 2018 г.
  • Видеоклип Эдварда Н. Лоренца, выступающего на Международной конференции по сложным системам, организованной Институтом сложных систем Новой Англии (NECSI)
  • Некролог , Daily Telegraph , 18 апреля 2008 г.
  • Биографические воспоминания Национальной академии наук
  • История теории хаоса в новом виде науки