ทฤษฎีไร้ระบบ (CHOAS Theory)

ทฤษฎีไร้ระบบ  (CHOAS  Theory)

 

                 จุดเริ่มต้นของทฤษฎีเคออสนี้ สามารถสืบย้อนกลับไปได้ถึงในช่วงปี พ.ศ. 2443 (ค.ศ. 1900) จากการศึกษาปัญหาวงโคจรของวัตถุสามชิ้นในสนามแรงดึงดูดระหว่างกัน ซึ่งมีชื่อเรียกเป็นทางการว่า ปัญหาสามวัตถุ (three-body problem) โดย อองรี ปวงกาเร ซึ่งได้ค้นพบว่า วงโคจรที่ศึกษานั้นอาจจะมีลักษณะที่ไม่ได้เป็นวงรอบ (periodic) คือไม่ได้มีทางวิ่งซ้ำเป็นวงรอบ ยิ่งไปกว่านั้น วงโคจรนั้นก็ไม่ได้ขยายวงออกไปเรื่อย ๆ หรือมีลักษณะที่ลู่เข้าหาจุดใด ๆ ต่อมาได้มีการศึกษาถึงปัญหาสมการเชิงอนุพันธ์ไม่เป็นเชิงเส้นที่เกี่ยวข้อง โดยที่ เบอร์คอฟ (G.D. Birkhoff) นั้นศึกษาปัญหาสามวัตถุ คอลโมโกรอฟ ศึกษาปัญหาความปั่นป่วน (หรือ เทอร์บิวเลนซ์) และปัญหาเกี่ยวกับดาราศาสตร์. ส่วน คาร์ทไรท์ (M.L. Cartwright) และ ลิตเติลวูด (J.E.Littlewood) นั้นศึกษาปัญหาทางวิศวกรรมการสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุ. สเมล (Stephen Smale) นั้นอาจเป็นนักคณิตศาสตร์คนแรก ที่ทำการศึกษาถึงปัญหาทางด้านพลศาสตร์ของระบบไม่เป็นเชิงเส้น. ถึงแม้ว่าความอลวนของเส้นทางโคจรของดาว นั้นยังไม่ได้มีการทำการสังเกตบันทึกแต่อย่างใด แต่ก็ได้มีการสังเกตพบ พฤติกรรมความอลวนในความปั่นป่วนของการเคลื่อนที่ของของไหล และ ในการออสซิลเลท แบบไม่เป็นวงรอบของวงจรวิทยุ ซึ่งไม่มีทฤษฎีใดในขณะนั้นสามารถอธิบายพฤติกรรมเหล่านี้ได้

ความตื่นตัวในการพัฒนาทฤษฎีความอลวนนี้ เกิดขึ้นในช่วงกลางของศตวรรษที่ 20 เมื่อเป็นที่ประจักษ์ว่า ทฤษฎีของระบบเชิงเส้นนั้นไม่สามารถใช้อธิบายพฤติกรรมบางอย่าง แม้กระทั่งพฤติกรรมของระบบที่ไม่ซับซ้อนอย่าง แมพลอจิสติก (Logistic map) อีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลให้พัฒนาการของทฤษฎีความอลวนเป็นไปอย่างรวดเร็วก็คือ คอมพิวเตอร์ การคำนวณในทฤษฎีความอลวนนั้น โดยส่วนใหญ่จะมีลักษณะที่เป็นการคำนวณค่าแบบซ้ำ ๆ จากสูตรคณิตศาสตร์ และสามารถใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการคำนวณได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เอ็ดเวิร์ด ลอเรนซ์ (Edward Lorenz) เป็นผู้ริเริ่มบุกเบิกทฤษฎีความอลวน เขาได้สังเกตพฤติกรรมความอลวน ในขณะทำการทดลองทางด้านการพยากรณ์อากาศ ในปี ค.ศ. 1961 ลอเรนซ์ใช้คอมพิวเตอร์ซิมูเลชันแบบจำลองสภาพอากาศ ซึ่งในการคำนวณครั้งถัดมาเขาไม่ต้องการเริ่มซิมูเลชันจากจุดเริ่มต้นใหม่ เพื่อประหยัดเวลาในการคำนวณ เขาจึงใช้ข้อมูลในการคำนวณก่อนหน้านี้เพื่อเป็นค่าเริ่มต้น ปรากฏว่าค่าที่คำนวณได้มีความแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง เขาพบว่าสาเหตุเกิดจากการปัดเศษ ของค่าที่พิมพ์ออกมา จากค่าที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ ซึ่งมีค่าน้อยมาก แต่สามารถนำไปสู่ความแตกต่างอย่างมากมาย เรียกว่า ไวต่อสภาวะเริ่มต้น

คำ "butterfly effect" ซึ่งเป็นคำที่นิยมใช้เมื่อกล่าวถึงทฤษฎีความอลวน นั้นมีที่มาไม่ชัดเจน เริ่มปรากฏแพร่หลายหลังจากการบรรยายของ ลอเรนซ์ ในปี ค.ศ. 1972 ภายใต้ชื่อหัวข้อ "Does the Flap of a Butterfly's Wings in Brazil Set Offa Tornado in Texas?" นอกจากนี้แล้วยังอาจมีส่วนมาจาก รูปแนวโคจรของตัวดึงดูดลอเรนซ์ที่มีรูปร่างคล้ายผีเสื้อ ซึ่งเขาได้ตีพิมพ์ในบทความวิชาการก่อนหน้านี้

ส่วนคำ "chaos" (เค-ออส) บัญญัติขึ้นโดย นักคณิตศาตร์ประยุกต์ เจมส์ เอ ยอร์ค (James A. Yorke)

นักปรัชญากรีกสมัยก่อน โสเครตีส (Socrates) ถือว่าทุกอย่างเกิดจาก อากูล (Chaos) ซึ่งบางคนก็บอกว่าคือความว่างเปล่าไม่มีที่สิ้นสุดแต่บางคนก็ว่าเป็นสสารที่ไม่มี รูปร่าง เทพนิยายกรีกกล่าวว่า แรกเริ่มเกิดความอากูล ต่อมาจึงเกิดโลก บาดาล และความรัก ความรักเป็นพลังที่จัดระเบียบของจักรวาล เกิดภาวะเสถียรภาพ (stable) กวีกรีกโบราณ เชื่อว่า "ความมีระเบียบมาจากความไร้ระเบียบ" เคออส หรือ คาออส (ภาษาอังกฤษ-Chaos, กรีก Khaos) ในความคิดของเฮสิออด เคออสเป็นเพียงแค่สภาวะแรกเริ่มของจักรวาลที่มืดมนอนธกาล ไม่มีชีวิต ไม่ได้เป็นเทพแต่อย่างใด ต่อมาโอวิด (Ovid) กวีชาวโรมัน (50 ปีก่อนคริสตกาล) ได้เขียนกำเนิดโลกไว้ใน Metamorphoses ว่าแรกมีเคออสเป็นปฐมเทพ จากนั้นจึงเกิดสิ่งต่างๆตามมา โดยรวมแล้ว เคออส คือ สภาพแรกเริ่มที่มืดดำ เวิ้งว้างไร้ขอบเขต ไร้ระเบียบหรือสรรพสิ่งใดๆ ด้วยเหตุนี้ภาษาอังกฤษเลยรับคำ Chaosไปใช้หมายถึง สภาพไร้ระเบียบ ยุ่งเหยิง สับสนวุ่นวายไม่มีขื่อแป และเพราะรากคำนี้เป็นภาษากรีก ตัว Ch เลยออกเสียงเป็น ค(K )  ไม่ใช่เสียง ช(Ch)

เอียน สจ๊วต (Ian Stewart : เกิด1945 ) นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ให้คำจำกัดความทฤษฎีไร้ระเบียบว่า " ความสามารถของวิธีวิทยาที่เรียบง่ายโดยปราศจากคุณสมบัติสะเปะสะปะไร้ทิศทางเพื่อให้ กำเนิด พฤติกรรมที่ไร้แบบแผนขั้นสูง

นอกจากนี้ทฤษฎีไร้ระเบียบ ยังมีอีกหลายคำจำกัดความเช่น

" เป็นความมีระเบียบที่ไม่มีคาบ "

" เป็นพฤติกรรมที่เกิดขึ้นสะเปะสะปะไร้ทิศทางอย่างเห็นได้ชัดเจนในระบบที่ถูกกำหนดธรรม
ดา (ทำงานคล้ายนาฬิกา) "

" การศึกษาเชิงคุณภาพเรื่องพฤติกรรมแบบไม่เป็นคาบและไม่มีเสถียรภาพในระบบที่ถูกกำหนด

ไม่เป็นเส้นตรง " ฯลฯ

สำหรับ ในไทย ได้มีการกล่าวถึง สภาวะแรกเริ่มของจักรวาล ไว้ในลิลิตโองการแช่งน้ำกล่าวถึงเหตุการณ์ โลกประลัยด้วยไฟ เพราะมี ตระวันเจ็ด(ดวง) อัน (ลุกไม้) พลุ่ง (พล่าน) ดังนั้น น้ำ จึง แล้ง ไข้ ขอดหาย (น้ำแล้งและเป็นไข้ เพราะน้ำมีความร้อนสูง น้ำจึงแห้งขอดหายไป) เจ็ดปลามันพุ่งหล้าเป็นไฟ (ทวีปทั้ง 7 เกิดโกลาหล เพราะ หินเหลวร้อนพุ่งปะทุสู่ท้องฟ้า คนโบราณเชื่อว่า ใต้เปลือกโลกมีปลา ตัวใหญ่ชื่อปลาอานนท์ หนุนเปลือกโลกอยู่ ที่จริงปลาอานนท์ นี้ก็คือ  เปลือกโลกของทวีปต่างๆ นั่นเอง)

 

บรรณานุกรม

 

Lorenz, EdwardN.,The Essense of Chaos, The University of Washington Press 1993

http://en.wikipedia.org/wiki/Ian_Stewart_(mathematician)

http://th.wikisource.org/wiki/%E0%B9%82%E0...%B9%89%E0%B8%B3