Teoria del caos: differenze tra le versioni
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[[File:Lorenz attractor yb.svg|
[[File:Mandelbrot sequence new.gif|miniatura|Animazione della struttura del [[frattale]] [[Insieme di Mandelbrot|di Mandelbrot]]]]
In [[matematica
== Storia ==
[[File:Streichholz.jpg|
[[Storia della scienza|Storicamente]] la nascita dello studio dei fenomeni caotici si ha con il [[problema dei tre corpi]], un [[problema della dinamica|problema di dinamica]] della [[fisica matematica]] applicato alla [[meccanica celeste]], affrontato in primis dai [[matematico|matematici]] [[Joseph-Louis Lagrange]] e [[Henri Poincaré]].
La nascita vera e propria di questa teoria scientifica, come corpo di conoscenze esteso, si verifica però nel 1963, quando [[Edward Norton Lorenz]] pubblica il suo articolo ''Deterministic Nonperiodic Flow'', nel quale tratta del comportamento caotico in un sistema semplice e deterministico, con la formazione di un [[attrattore strano]].
Negli anni successivi numerose scoperte in questo ambito fatte da [[Mitchell
== Descrizione ==
Nell'uso comune, "''caos''" significa "''
# deve essere sensibile alle [[condizioni iniziali]];
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# deve avere un [[insieme denso]] di [[Orbita (matematica)|orbite periodiche]].
=== Dipendenza sensibile dalle condizioni iniziali ===
{{vedi anche|Effetto farfalla}}
''Dipendenza sensibile dalle condizioni iniziali'' significa che, in un sistema caotico, a variazioni infinitesime delle [[condizioni iniziali]] corrispondono variazioni significative del comportamento futuro. In altre parole, ogni configurazione di un sistema caotico è arbitrariamente vicina ad un'altra con una traiettoria futura completamente diversa.
La sensibilità alle condizioni iniziali è comunemente nota come "effetto farfalla", effetto così chiamato per via del titolo di una relazione presentata da [[Edward Norton Lorenz]] nel 1972 all'Associazione Americana per l'Avanzamento della Scienza a Washington, DC, dal titolo ''La prevedibilità: Il battere delle ali di una farfalla in Brasile provoca un tornado in Texas?''.<ref>{{cita web|titolo=1972/Lorenz|url=http://eaps4.mit.edu/research/Lorenz/Butterfly_1972.pdf|autore=Edward Norton Lorenz|data=21 maggio 2015|accesso=21 maggio 2015|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20130612164541/http://eaps4.mit.edu/research/Lorenz/Butterfly_1972.pdf|urlmorto=sì}}</ref> Il movimento delle ali di una farfalla rappresenta un piccolo cambiamento nella condizione iniziale del sistema
[[File:
È stato dimostrato che in alcuni casi le ultime due proprietà elencate sopra effettivamente implicano sensibilità alle condizioni iniziali
In termini più matematici, l'[[esponente di
:<math>| \Delta \mathbf{Z} (t) | \approx e ^ {\lambda t} | \delta \mathbf{Z}_0 | </math>
dove <math>t</math> è il tempo e <math>\lambda</math> è l'esponente di Ljapunov.
dove <math>t</math> è il tempo e <math>\lambda</math> è l'esponente di Lyapunov. La velocità di separazione dipende dall'orientamento del vettore separazione iniziale, per cui vi è un intero spettro di esponenti di Lyapunov. Il numero di esponenti di Lyapunov è uguale al numero di dimensioni dello [[spazio delle fasi]], anche se è comune riferirsi solo per il più grande. Per esempio, l'esponente di Lyapunov massimo è più spesso utilizzato perché determina la prevedibilità complessiva del sistema. Un esponente di Lyapunov massimo positivo è generalmente considerato come un'indicazione che il sistema è caotico.▼
▲
===Transitività topologica===▼
[[File:Chaos Topological Mixing.png|thumb|La mappa definita da <span style="white-space: nowrap;">''x'' → 4 ''x'' (1 – ''x'')</span> e <span style="white-space: nowrap;">''y'' → ''x'' + ''y'' [[Modulo (algebra)|mod]] 1</span> esibisce la transitività topologica. Nella figura una regione blu è trasformata dalla dinamica nella regione viola, poi nelle regioni rosa e rossa, e alla fine in una nube di punti distribuita e sparsa nello spazio.]]▼
▲=== Transitività topologica ===
La ''[[transitività topologica]]'' è una proprietà che implica che il sistema evolverà nel tempo in modo che ogni data regione o [[insieme aperto]] nel suo [[spazio delle fasi]] si sovrapporrà con qualsiasi altra regione data. In sostanza, le traiettorie del sistema dinamico caotico transiteranno nell'intero spazio delle fasi man mano che il tempo evolverà (da qui "transitività topologica": ogni regione dello spazio delle fasi di dominio del sistema dinamico verrà raggiunta da un'orbita prima o poi). Questo concetto matematico di "mescolamento" corrisponde all'intuizione comune fornita ad esempio dalla dinamica caotica della miscela di due fluidi colorati.▼
▲[[File:Chaos Topological Mixing.png|
▲La ''[[transitività topologica]]'' è una proprietà che implica che il sistema evolverà nel tempo in modo che ogni data regione o [[insieme aperto]] nel suo
La transitività topologica è spesso omessa dalle presentazioni divulgative della teoria del caos, che definiscono il caos con la sola sensibilità alle condizioni iniziali. Tuttavia, la dipendenza sensibile dalle condizioni iniziali da sola non dà il caos. Per controesempio, consideriamo il semplice sistema dinamico prodotto da raddoppiare ripetutamente un valore iniziale. Questo sistema ha la dipendenza sensibile dalle condizioni iniziali ovunque, dal momento che qualsiasi coppia di punti vicini alla fine diventerà ampiamente separata. Tuttavia, questo esempio non ha la transitività topologica e quindi non è caotico. Infatti, ha un comportamento estremamente semplice: tutti i punti tranne 0 tenderanno a infinito positivo o negativo.
=== Densità delle orbite periodiche ===
Affinché un sistema caotico abbia un ''[[insieme denso]] di orbite periodiche'', ogni punto nello spazio deve essere arbitrariamente vicino ad un'orbita periodica. La mappa logistica unidimensionale definita da <math>x \rightarrow 4 x (1 - x)</math> è uno dei più semplici sistemi con un insieme denso di orbite periodiche. Ad esempio, <math>\tfrac {5- \sqrt{5}} {8} \rightarrow \tfrac{5+ \sqrt {5}} {8} \rightarrow \tfrac{5- \sqrt{5}} {8}</math> (uguale a circa 0,3454915 → 0,9045085 → 0,3454915) è un'orbita instabile di periodo di 2, ed esistono orbite simili per periodi di 4, 8, 16, ecc, cioè per tutti i periodi indicati dal [[teorema di Sharkovsky]].<ref>{{
Il teorema di Sharkovskii è alla base della dimostrazione di Li e [[James Yorke|Yorke]]<ref>{{cita pubblicazione |autore=Li, T.Y. |coautore=Yorke, J.A. |titolo=Period Three Implies Chaos |rivista=[[American Mathematical Monthly]] |volume=82 |pp=
===
{{vedi anche|Attrattore}}
[[File:TwoLorenzOrbits.jpg|
Qualche sistema dinamico, come la [[mappa logistica]] monodimensionale definita da <
La regione di spazio delimitata dall'attrattore può avere dimensione intera, ma sorprendentemente questa non è l'unica possibilità. L'attrattore strano è un attrattore con [[dimensione di Hausdorff]] non intera<ref>{{Cita web|cognome=Ott|nome=Edward|url=http://users-phys.au.dk/fogedby/chaos/Ott81.pdf|titolo=Strange attractors and chaotic motions of dynamical systems|anno=
Un modo semplice per visualizzare un attrattore caotico consiste nel partire con un punto nel [[Attrattore|bacino di attrazione]] dell'attrattore e quindi seguire la conseguente traiettoria. Dato che è valida la condizione di transitività topologica, questo equivale a produrre un'immagine dell'intero attrattore finale. Un esempio famoso di questo attrattore è quello di [[Attrattore di Lorenz|Lorenz]], la sua forma somiglia a quella di una farfalla.
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Al contrario dei [[punto fisso|punti fissi]], cioè attrattori monodimensionali, e dei cicli limite, con due dimensioni o più, gli attrattori che emergono dai sistemi caotici sono ricchi di dettagli e complessità e somigliano spesso a dei [[frattale|frattali]]. Strutture frattaliche possono emergere anche considerando la forma e il bordo di un [[Attrattore|bacino di attrazione]] di un attrattore, come ad esempio l'[[insieme di Julia]].
=== Transizione al caos ===
[[File:LogisticMap BifurcationDiagram.png|thumb|[[Mappa logistica]]]]
Esistono due tipi principali di transizioni in cui i sistemi dinamici passano da un comportamento regolare ad un comportamento caotico:
* Transizione al caos per raddoppiamento di periodo (es. [[
* Transizione al caos per [[intermittenza]] nel quale si ha che superato il valore critico del parametro del controllo del sistema si ha ancora un comportamento regolare del sistema intervallato però da dei ''burst'' caotici. La durata di questi burst caotici aumenta all'aumentare del valore del parametro di controllo del sistema. Di questa transizione esistono 3 sottocategorie: [[biforcazione a nodo sella]], [[biforcazione di Hopf inversa]] e [[period doubling inverso]].
=== Esempi ===
[[File:Double-Pendulum.svg|thumb|[[Doppio pendolo]]]]
Comportamenti caotici si incontrano in [[meteorologia]] ([[attrattore di
Esempi di modelli matematici di sistemi dinamici con transizione al caos:
* Sistemi discreti
** [[mappa logistica]]
** [[attrattore di Hénon]]
** [[mappa di Poincaré]]
* Sistemi continui
** [[doppio pendolo]]
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== Applicazioni ==
La teoria del caos si applica in molte discipline: [[matematica]], [[fisica]], [[chimica]], [[biologia]], [[Dinamica delle popolazioni|dinamica di popolazione]], [[informatica]], [[geologia]], [[ingegneria]], [[economia]], [[finanza]], [[filosofia]], [[politica]], [[psicologia]], e [[robotica]].<ref>{{cita web|sito=Metaculture.net
La teoria del caos viene attualmente applicata anche allo studio medico dell'[[epilessia]] e specificamente alla predizione di attacchi apparentemente casuali attraverso l'osservazione delle condizioni iniziali.<ref>{{cita web|sito=Comdig.org
=== Applicazione nella finanza ===
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Secondo i teorici gli investitori non reagiscono alle informazioni man mano che le ricevono, ma hanno memoria dei fatti passati, di quello che è accaduto. I mercati funzionano secondo un'ottica dinamica e non lineare. Viene contestato anche l'''indice beta'', per le difficoltà che incontra da solo a misurare il rischio di un titolo. Troppi sono i fattori che possono inficiarlo e le diverse modalità di calcolo complicano ancora di più la questione. Viene proposta l'esigenza di avere altri indicatori, come l'indicatore ''h'' che distingue una serie casuale da una normale. Se ha valore uguale a 0,5 è casuale, se maggiore sarà di tipo non normale.
==
Il termine "teoria del caos" ha colpito parte dell'immaginario collettivo ed è entrata a far parte della cultura pop, insieme all'''[[effetto farfalla]]''. Quest'ultimo (inteso come l'influenza di fatti minimi sul corso degli eventi) era già rappresentato in un racconto di [[Ray Bradbury]], ''[[Rumore di tuono]]'', pubblicato nel 1952 e quindi antecedente alla teoria. Questo racconto viene da taluni ritenuto tra i "precursori". Un ulteriore rilevante riferimento letterario è poi il romanzo di [[James Joyce]] ''[[Finnegans Wake]]'', per la creazione del neologismo ''caosmosi'',
▲Il termine "teoria del caos" ha colpito parte dell'immaginario collettivo ed è entrata a far parte della cultura pop, insieme all'''[[effetto farfalla]]''. Quest'ultimo (inteso come l'influenza di fatti minimi sul corso degli eventi) era già rappresentato in un racconto di [[Ray Bradbury]], ''[[Rumore di tuono]]'', pubblicato nel 1952 e quindi antecedente alla teoria. Questo racconto viene da taluni ritenuto tra i "precursori". Un ulteriore rilevante riferimento letterario è poi il romanzo di [[James Joyce]] ''[[Finnegans Wake]]'', per la creazione del neologismo ''caosmosi'', {{Senza fonte| concetto poi molto utilizzato nella filosofia contemporanea e estremamente interessante per la sua possibile funzionalizzazione teorica.}} Un altro esempio è uno dei personaggi del libro di [[Michael Crichton]] [[Jurassic Park (romanzo)|''Jurassic Park'']] e del [[Jurassic Park (film)|film che ne venne tratto]], un matematico specializzato nella teoria del caos.
== Note ==
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== Bibliografia ==
* {{cita web|url=http://www.cambridge.org/catalogue/catalogue.asp?isbn=0521663857|titolo=Badii R., Politi A., ''Complexity: hierarchical structures and scaling physics'', Cambridge University Press, 1997}}
* {{cita libro|autore1=Bergé P.
* {{cita libro|autore=Bertagna A.
* {{cita libro|autore1=Bertuglia, C.
* {{cita libro|autore1=Bischi, G.
* {{cita libro|autore1=Coli, M.|autore2=Ercolani,
* {{cita libro|autore1=Deleuze, G.
* {{cita libro|autore1=De Toni, A.
* {{cita libro|autore1=De Toni, A.
* {{cita libro|autore=Ekeland Ivar
* {{cita libro|autore=Smith Leonard
* {{cita libro|autore=Vulpiani Angelo
*
* {{
* {{
* {{
* {{
== Voci correlate ==
* [[
* [[Consiglio Nazionale delle Ricerche]]
* [[Effetto farfalla]]
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== Altri progetti ==
{{interprogetto}}
== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
* [https://web.archive.org/web/20080107010108/http://www.csdc.unifi.it/ Centro Interdipartimentale per lo Studio delle Dinamiche Complesse] [[Firenze]]
* {{en}}[https://web.archive.org/web/20120204195514/http://www.mpipks-dresden.mpg.de/index_en.html Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems] [[Dresda]]
* {{
* {{cita web|url=http://www.climatemonitor.it/?p=8106|titolo=Che caos! I sistemi climatico e solare visti come sistemi caotici}}
{{Teoria del caos}}
{{Controllo di autorità}}
{{portale|fisica|matematica|economia}}
[[Categoria:Teoria del caos| ]]
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