Hiệu ứng cánh bướm

Hiệu ứng cánh bướm (tiếng Anh: butterfly effect), còn gọi là hiệu ứng bươm bướm, là một khái niệm trong lý thuyết hỗn loạn liên quan đến sự nhạy cảm của hệ thống với điều kiện ban đầu (tiếng Anh: sensitivity on initial conditions). Khái niệm này được nhà toán học Edward Norton Lorenz phát hiện. Trong các mô phỏng thời tiết, Lorenz nhận thấy rằng ngay cả khi làm tròn dữ liệu đầu vào, dù chỉ với sai số nhỏ, kết quả cuối cùng vẫn khác biệt so với khi không làm tròn dữ liệu. Một thay đổi nhỏ trong dữ liệu đầu vào có thể dẫn đến thay đổi lớn trong kết quả. Tên gọi hiệu ứng cánh bướm phản ánh hình ảnh ẩn dụ: một cơn bão có thể bị ảnh hưởng bởi sự vỗ cánh của một con bướm ở nơi xa.

Ban đầu được coi là khái niệm khoa học thuần túy, hiệu ứng cánh bướm đã được tích hợp vào văn hóa hiện đại, đặc biệt là trong các tác phẩm khám phá mối quan hệ nhân quả hoặc nghịch lý thời gian (như bộ phim Hiệu ứng cánh bướm được lấy cảm hứng từ khái niệm này).

Khái niệm

Vào năm 1972, nhà khí tượng học và chuyên gia lý thuyết hỗn loạn Edward Norton Lorenz đã trình bày một bài nói chuyện tại Hiệp hội phát triển khoa học Hoa Kỳ (American Association for the Advancement of Science) với tựa đề Predictability: Does the Flap of a Butterfly's Wings in Brazil Set off a Tornado in Texas?

(Dự đoán: Liệu sự vỗ cánh của con bướm ở Brazil có thể gây ra một cơn lốc xoáy ở Texas?). Trước đó, vào năm 1961, khi mô phỏng dự đoán thời tiết trên máy tính, Lorenz đã vô tình nhập số liệu là 0,506 thay vì 0,506127 như dự định, dẫn đến kết quả dự đoán hoàn toàn khác biệt so với tính toán ban đầu. Từ kết quả này, Lorenz đã chỉ ra rằng hệ thống vật lý rất nhạy cảm với điều kiện ban đầu. Theo đó, một cử chỉ nhỏ như sự vỗ cánh của một con bướm có thể tạo ra sự thay đổi nhỏ trong điều kiện gốc và gây ra những biến động lớn về thời tiết, chẳng hạn như một cơn lốc ở một địa điểm cách xa hàng ngàn km.

Minh họa

Hiệu ứng cánh bướm trong Hệ hấp dẫn Lorenz
thời gian 0 ≤ t ≤ 30 (hình lớn)		trục z (hình lớn)
Hai đồ thị minh họa sự phát triển ba chiều của hai quỹ đạo (một màu xanh và một màu vàng) trong cùng một khoảng thời gian trong Hệ hấp dẫn Lorenz với hai điểm gốc quỹ đạo chỉ sai khác 10 trên trục tọa độ x. Ban đầu hai quỹ đạo dường như gần giống nhau, thể hiện ở sự khác nhau nhỏ của tọa độ z trên hai đường xanh vàng. Tuy nhiên ở điểm cuối (t=30), hai quỹ đạo đã khác nhau hoàn toàn.

Trong văn hóa hiện đại

Trên thực tế, khái niệm về sự nhạy cảm của hệ thống với điều kiện ban đầu đã được đề cập từ năm 1890 trong một tác phẩm của Jacques Hadamard. Tên gọi 'hiệu ứng cánh bướm' đã được nhiều tác phẩm âm nhạc và điện ảnh sử dụng, thường để mô tả nghịch lý thời gian và mối quan hệ nhân quả, đặc biệt là trong các câu chuyện về du hành thời gian.