Orai yra vienas iš didelių chaotinių sistemų pavyzdžių. Tiesą sakant, būtent orų tyrimai ir atskleidė, kas iš tiesų yra chaosas, kai maži trikdžiai atmosferoje gali sukelti milžiniškus klimato pokyčius – ir visa tai atrado Šiaurės Amerikos meteorologijos teoretikas Edwardas Nortonas Lorenzas (1938-2008).
Straipsnis, kuriame 1963 metais mokslininkas pristatė savo tyrimų rezultatus, yra vienas iš didžiųjų dvidešimtojo amžiaus fizikos pasiekimų – nors tuo laiku už meteorologų bendrijos ribų jį mažai kas pastebėjo.
Bet per kitus dešimtmečius tai radikaliai pasikeitė, ir šį požiūrio pokytį didele dalimi lėmė sakinys, kurį E.N.Lorenzas įtraukė į 1972 metų gruodį, per kasmetinio AAAS (American Association for the advancement of Science) susirinkimo sesiją vestą paskaitą: „Drugelio sparnų plasnojimas Brazilijoje gali sukelti tornadą Teksase.“
Tiesą sakant, anksčiau E.N.Lorenzas naudojo žuvėdros sparnų plasnojimo sukeliamos audros pavyzdį, bet, galiausiai, paklausęs kolegų patarimų, sugalvojo poetiškesnę alegoriją su drugeliu. 1987-aisiais terminą „drugelio efektas“ išgarsino Jameso Gleicko mokslo populiarinimo knyga „Chaosas: naujo mokslo kūrimas“ — ir taip E.N.Lorenzo atradimas pasiekė plačiąją visuomenę.
Tyrinėdamas orus, meteorologas kūrė paprastus matematinius jų modelius, ir kompiuteriais tirdavo jų savybes. Bet 1960 metais, kartodamas ankstesnius skaičiavimus, jis aptiko kai ką keisto. Štai kaip jis pats aprašė šiuos įvykius – ir savo reakciją – vėliau pasirodžiusioje knygoje „Chaoso esmė“:
„Vienu metu, siekdamas detaliau panagrinėti, kas vyksta, nusprendžiau kai kuriuos savo skaičiavimus pakartoti. Sustabdžiau kompiuterį, suvedžiau spausdintuvo anksčiau pateiktą skaičių eilutę ir vėl įjungiau. Nuėjau į išgerti kavos puodelio ir grįžau po valandos, per kurią kompiuteris turėjo atlikti maždaug dviejų mėnesių trukmės orų simuliaciją. Bet spausdintuvo pateikti skaičiai neturėjo nieko bendro su ankstesniais“, - rašo mokslininkas.
Mokslininkas prisiminė iškarto pamanęs, kad sugedo kuri nors lempa, ar kad įvyko koks kitas kompiuterio gedimas, kurie pasitaikydavo ne taip jau retai - bet prieš skambindamas technikams, E.N.Lorenzas nusprendė išsiaiškinti, kur slypi problema - nes žinojo, kad tai paspartintų remontą.
„Bet vietoje staigaus sutrikimo išvydau, kad naujosios reikšmės iš pradžių sutapo su ankstesnėmis, bet netrukus pradėjo skirtis vienu ar keliais galutiniais skaitmenimis - tada stovinčiais pirmiau jų, tada dar pirmesniais. Tiesą sakant, skirtumo dydis dvigubėjo daugmaž pastoviai kas keturias dienas, kol, galiausiai, einant antram mėnesiui, dingo bet koks panašumas į pirmuosius skaičius.“
Mokslininkas teigė, kad tiek pakako, jog jis suprastų, kas čia vyksta: skaičiai, kurie buvo įvesti į kompiuterį, nebuvo tiksliai tokie patys, kokie buvo pateikti pirmajam skaičiavimui. Tai buvo suapvalintos skaičių versijos. Priežastis buvo pradinės reikšmių apvalinimo klaidos: jos nuolat augo, kol galiausiai užvaldė visą situaciją. „Dabar tai pavadintume chaosu“ - sakė mokslininkas.
E.N.Lorenzas empiriškai savo kompiuteriu stebėjo nenuspėjamai veikiančios sistemos (tai nereiškia „nepaklūstančios dėsniams“) egzistavimą, kuriose mažas vieno kintamojo pokytis daro ryškų poveikį vėlesnei sistemos istorijai. Tokia chaotiška sistema yra ir orai, ir būtent todėl juos taip sunku prognozuoti – ar, kaip dažnai sakome, jie yra tokie nenuspėjami.
Kuo toliau, tuo aiškiau matome, kad chaotiškų reiškinių gamtoje netrūksta. Matome jų veikimą ekonomikoje, aerodinamikoje, populiacijų biologijoje (pavyzdžiui, kai kuriuose „aukos - plėšruno“ modeliuose), termodinamikoje, chemijoje ir, žinoma, biomedicinoje (vienas pavyzdys yra tam tikros širdies problemos). Jos taip pat gali pasireikšti ir iš pirmo žvilgsnio stabiliame planetų judėjime.
