Edward Norton Lorenz – Wikipedia

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US-amerikanischer Mathematiker

Edward Norton Lorenz
Edward Lorenz.jpg

Edward Norton Lorenz
Geboren (1917-05-23)23. Mai 1917
Ist gestorben 16. April 2008(2008-04-16) (im Alter von 90)
Alma Mater Dartmouth College (BA, 1938)
Harvard Universität (MA, 1940)
Massachusetts Institute of Technology (SM, 1943; ScD, 1948)
Bekannt für Chaostheorie
Lorenz-Attraktor
Schmetterling-Effekt
Auszeichnungen Symons-Goldmedaille (1973)
Crafoord-Preis (1983)
Kyoto-Preis (1991)
Lomonosov-Goldmedaille Med (2004)
Wissenschaftlicher Werdegang
Felder Mathematik und Meteorologie
Institutionen Massachusetts Institute of Technology
These Eine Methode zur Anwendung der hydrodynamischen und thermodynamischen Gleichungen auf atmosphärische Modelle (1948)
Doktoratsberater James Murdoch Austin
Doktoranden Kevin E. Trenberth
William D. Verkäufer

Edward Norton Lorenz (23. Mai 1917 – 16. April 2008) war ein US-amerikanischer Mathematiker und Meteorologe, der die theoretischen Grundlagen der Wetter- und Klimavorhersagbarkeit sowie die Grundlage für die computergestützte Atmosphärenphysik und Meteorologie schuf.[1][2] Er ist vor allem als Begründer der modernen Chaostheorie bekannt, einem Zweig der Mathematik, der sich auf das Verhalten dynamischer Systeme konzentriert, die sehr empfindlich auf Anfangsbedingungen reagieren.[3]

Seine Entdeckung des deterministischen Chaos “beeinflusste tiefgreifend eine Vielzahl von Grundlagenwissenschaften und führte zu einer der dramatischsten Veränderungen im Naturbild der Menschheit seit Sir Isaac Newton”, so das Komitee, das ihm 1991 den Kyoto-Preis für Grundlagenwissenschaften in der Gebiet der Erd- und Planetenwissenschaften.[4]

Biographische Daten[edit]

Lorenz wurde 1917 in West Hartford, Connecticut, geboren.[5] Von beiden Seiten seiner Familie entwickelte er eine frühe Liebe zur Wissenschaft. Sein Vater, Edward Henry Lorenz (1882-1956), studierte Maschinenbau am Massachusetts Institute of Technology, und sein Großvater mütterlicherseits, Lewis M. Norton, entwickelte 1888 den ersten Studiengang in Chemieingenieurwesen am MIT. Grace Peloubet Norton (1887-1943) weckte in Lorenz ein tiefes Interesse an Spielen, insbesondere Schach.[6]

Später im Leben lebte Lorenz mit seiner Frau Jane Loban und seinen drei Kindern Nancy, Cheryl und Edward in Cambridge, Massachusetts.[7] Er war ein begeisterter Naturliebhaber, der gerne wanderte, kletterte und Skilanglauf machte. Er hielt mit diesen Bestrebungen bis sehr spät in seinem Leben Schritt. Am 16. April 2008 starb Lorenz im Alter von 90 Jahren in seinem Haus in Cambridge, MA, an Krebs.[8]

Bildung[edit]

Lorenz erhielt 1938 einen Bachelor-Abschluss in Mathematik am Dartmouth College und 1940 einen Master-Abschluss in Mathematik an der Harvard das Massachusetts Institute of Technology.[7] Er erwarb 1943 und 1948 sowohl einen Master- als auch einen Doktortitel in Meteorologie am MIT.

Seine Doktorarbeit mit dem Titel “A Method of Applying the Hydrodynamic and Thermodynamic Equations to Atmospheric Models”, die unter dem Berater James Murdoch Austin durchgeführt wurde, beschrieb eine Anwendung strömungsdynamischer Gleichungen auf das praktische Problem der Vorhersage der Bewegung von Stürmen.[9]

Wissenschaftlicher Werdegang[edit]

Lorenz verbrachte seine gesamte wissenschaftliche Laufbahn am Massachusetts Institute of Technology. 1948 trat er als Forschungswissenschaftler in die MIT-Abteilung für Meteorologie ein. 1955 wurde er Assistenzprofessor in der Abteilung und wurde 1962 zum Professor befördert. Von 1977 bis 1981 war Lorenz Leiter der Abteilung für Meteorologie am MIT. 1983 fusionierte das MIT Department of Meteorology and Physical Oceanography mit dem Department of Geology zum heutigen MIT Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, wo Lorenz Professor blieb, bevor er 1987 emeritierter Professor wurde.[10]

Atmosphärische Zirkulation[edit]

In den späten 1940er und frühen 1950er Jahren arbeitete Lorenz mit Victor Starr am General Circulation Project am MIT zusammen, um die Rolle des Wettersystems bei der Bestimmung der Energetik der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre zu verstehen. Aus dieser Arbeit heraus veröffentlichte Lorenz 1967 einen wegweisenden Artikel mit dem Titel “The Nature and Theory of the General Circulation of the Atmosphere” über die atmosphärische Zirkulation aus einer energetischen Perspektive, der das Konzept der verfügbaren potentiellen Energie vorantrieb.[11]

Numerische Wettervorhersage[edit]

In den 1950er Jahren interessierte sich Lorenz für numerische Wettervorhersagen, die sich auf Computer stützten, um das Wetter vorherzusagen, indem sie Beobachtungsdaten wie Temperatur, Druck und Wind verarbeiteten. Dieses Interesse wurde zum Teil nach einem Besuch am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey, geweckt, wo er Jule Charney kennenlernte, die damalige Leiterin der Meteorological Research Group des IAS und zu dieser Zeit eine führende dynamische Meteorologin.[12] (Charney kam 1957 als Professor für Meteorologie zu Lorenz am MIT.)[13] 1953 übernahm Lorenz die Leitung eines Projekts am MIT, das komplexe Simulationen von Wettermodellen durchführte, mit denen er statistische Vorhersagetechniken auswertete.[14] In den späten 1950er Jahren war Lorenz skeptisch gegenüber der Angemessenheit der linearen statistischen Modelle in der Meteorologie, da die meisten atmosphärischen Phänomene, die an der Wettervorhersage beteiligt sind, nichtlinear sind.[2] In dieser Zeit entstand seine Entdeckung des deterministischen Chaos.[15]

Chaostheorie[edit]

1961 benutzte Lorenz einen einfachen digitalen Computer, einen Royal McBee LGP-30, um Wettermuster zu simulieren, indem er 12 Variablen modelliert, die Dinge wie Temperatur und Windgeschwindigkeit darstellen. Er wollte eine Datensequenz noch einmal sehen und startete die Simulation aus Zeitgründen mitten im Ablauf. Er tat dies, indem er einen Ausdruck der Daten eingab, die den Bedingungen in der Mitte der ursprünglichen Simulation entsprachen. Zu seiner Überraschung war das Wetter, das die Maschine vorhersagte, völlig anders als bei der vorherigen Berechnung. Der Übeltäter: eine gerundete Dezimalzahl auf dem Computerausdruck. Der Computer arbeitete mit 6-stelliger Genauigkeit, aber der Ausdruck rundete die Variablen auf eine 3-stellige Zahl ab, sodass ein Wert wie 0,506127 als 0,506 gedruckt wurde. Dieser Unterschied ist winzig, und man war sich damals einig, dass er keine praktischen Auswirkungen haben sollte. Lorenz entdeckte jedoch, dass kleine Veränderungen der Anfangsbedingungen große Veränderungen des Langzeitergebnisses bewirkten.[16]

Die Entdeckung von Lorenz, die den Lorenz-Attraktoren ihren Namen gab, zeigte, dass selbst detaillierte atmosphärische Modellierungen im Allgemeinen keine präzisen langfristigen Wettervorhersagen machen können. Seine Arbeit zu diesem Thema gipfelte in der Veröffentlichung seiner 1963 erschienenen Arbeit “Deterministic Nonperiodic Flow” in” Zeitschrift für Atmosphärenwissenschaften, und damit die Grundlage der Chaostheorie.[2][17] Er sagt in diesem Papier:

„Zwei Zustände, die sich in nicht wahrnehmbaren Ausmaßen unterscheiden, können sich schließlich zu zwei erheblich verschiedenen Zuständen entwickeln … Wenn dann irgendein Fehler bei der Beobachtung des gegenwärtigen Zustands auftritt – und in jedem realen System scheinen solche Fehler unvermeidlich – ist eine akzeptable Vorhersage eines momentanen Zustands in ferner Zukunft wohl unmöglich sein … Angesichts der unvermeidlichen Ungenauigkeit und Unvollständigkeit von Wetterbeobachtungen scheint eine genaue Vorhersage über sehr lange Zeiträume nicht zu existieren.”

Seine Beschreibung des Schmetterlingseffekts, der Idee, dass kleine Veränderungen große Folgen haben können, folgte 1969.[2][18][19]

Lorenz’ Erkenntnisse über das deterministische Chaos fanden ab den 1970er und 1980er Jahren breite Resonanz, als sie in praktisch allen Wissenschaftsbereichen, von der Biologie über die Geologie bis hin zur Physik, neue Studienrichtungen anregten. In der Meteorologie führte es zu dem Schluss, dass es grundsätzlich unmöglich ist, Wetter über zwei bis drei Wochen hinaus mit angemessener Genauigkeit vorherzusagen. Das Erkennen von Chaos hat jedoch zu Verbesserungen bei der Wettervorhersage geführt, da die Prognostiker nun erkennen, dass die Messungen unvollkommen sind und daher viele Simulationen ausgehend von leicht unterschiedlichen Bedingungen durchführen, die als Ensemble-Vorhersage bezeichnet werden.[20]

Über die bahnbrechende Bedeutung von Lorenz’ Arbeit hat Kerry Emanuel, ein bekannter Meteorologe und Klimawissenschaftler am MIT, gesagt:[8]

„Indem er zeigte, dass bestimmte deterministische Systeme formale Vorhersagbarkeitsgrenzen haben, hat Ed den letzten Nagel in den Sarg des kartesischen Universums gelegt und die von manchen als dritte wissenschaftliche Revolution des 20.

Spät in seiner Karriere wurde Lorenz für die Bedeutung seiner Arbeit zum deterministischen Chaos international ausgezeichnet. 1983 erhielt er zusammen mit seinem Kollegen Henry Stommel den Crafoord-Preis der Schwedischen Akademie der Wissenschaften, der fast einem Nobelpreis gleichgestellt ist.[8] 1991 erhielt er auch den Kyoto-Preis für Grundlagenwissenschaften im Bereich der Erd- und Planetenwissenschaften,[21] 2004 den Buys Ballot Award und 2008 den Tomassoni Award.[22] Im Jahr 2018 wurde ein kurzer Dokumentarfilm über Lorenz’ immenses wissenschaftliches Erbe gedreht, von der Vorhersage des Wetters bis hin zum Verständnis des Universums.[23]

Lorenz wird von Kollegen und Freunden für sein ruhiges Auftreten, seine sanfte Demut und seine Liebe zur Natur in Erinnerung behalten.[24] Er wurde von seiner engen Freundin und Mitarbeiterin Jule Charney als “Genie mit der Seele eines Künstlers” beschrieben.[13]

Das Lorenz-Zentrum[edit]

Im Jahr 2011 wurde am MIT zu Ehren von Lorenz und seiner bahnbrechenden Arbeit zur Chaostheorie und Klimawissenschaft das Lorenz Center gegründet, ein Klima-Thinktank, der sich der grundlegenden wissenschaftlichen Untersuchung widmet.[25]

Jubiläumsfeier[edit]

Im Februar 2018 veranstalteten das Lorenz Center und der Henry Houghton Fund zu Ehren des 100. Geburtstags von Lorenz und Charney ein Symposium mit dem Namen MIT on Chaos and Climate.[13] Auf der zweitägigen Veranstaltung präsentierten weltbekannte Experten die vielen wissenschaftlichen Beiträge der beiden Pioniere auf den Gebieten der numerischen Wettervorhersage, der physikalischen Ozeanographie, der atmosphärischen Dynamik und der experimentellen Strömungsmechanik sowie ihres persönlichen Erbes von Integrität, Optimismus und Zusammenarbeit. Ein für die Veranstaltung produziertes Video unterstreicht die unauslöschlichen Spuren, die Charney und Lorenz dem MIT und dem Gebiet der Meteorologie als Ganzes hinterlassen haben.[26]

Veröffentlichungen[edit]

Lorenz hat viele Bücher und Artikel veröffentlicht, von denen eine Auswahl unten zu finden ist. Eine ausführlichere Liste finden Sie auf der Website des Lorenz Centers: Verknüpfung

  • 1955 Verfügbare potentielle Energie und Aufrechterhaltung der allgemeinen Zirkulation. Erzähl uns. vol. 7; 2. Verknüpfung
  • 1963 Deterministischer aperiodischer Fluss. Zeitschrift für Atmosphärenwissenschaften. vol. 20: 130–141. Verknüpfung.
  • 1967 Natur und Theorie der allgemeinen Atmosphärenzirkulation. Weltorganisation für Meteorologie. vol. 218. Verknüpfung
  • 1969 Drei Ansätze zur atmosphärischen Vorhersagbarkeit. Bulletin der American Meteorological Society. vol. 50; 345–349. Verknüpfung
  • 1972 Vorhersehbarkeit: Lässt der Flügelschlag eines Schmetterlings in Brasilien einen Tornado in Texas auslösen? Amerikanische Vereinigung zur Förderung der Wissenschaften; 139. Sitzung. Verknüpfung
  • 1976 Nichtdeterministische Theorien des Klimawandels. Quartärforschung. vol. 6. Verknüpfung
  • 1990 Können Chaos und Intransitivität zu interannualer Variabilität führen? Erzähl uns. vol. 42A. Verknüpfung
  • 2005 Entwerfen von chaotischen Modellen. Zeitschrift für Atmosphärenwissenschaften. vol. 62, Nr. 5: 1574–1587. Verknüpfung

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Palmer, TN (2009). “Edward Norton Lorenz. 23. Mai 1917 – 16. April 2008”. Biographische Memoiren von Fellows der Royal Society. 55: 139–155. mach:10.1098/rsbm.2009.0004.
  2. ^ ein b c d Tim Palmer (2008). „Edward Norton Lorenz“. Physik heute. 61 (9): 81–82. Bibcode:2008PhT….61i..81P. mach:10.1063/1.2982132.
  3. ^ Motter AE und Campbell DK (2013). Chaos mit fünfzig, Physik heute 66(5), 27-33.
  4. ^ Kenneth Chang (2008-04-17). „Edward N. Lorenz, Meteorologe und Vater der Chaostheorie, stirbt mit 90“. Die New York Times. Abgerufen 2019-04-01.
  5. ^ “Lorenz erhält den Kyoto-Preis 1991”. MIT-Nachrichtenbüro. 1991. Archiviert von das Original am 23.09.2008.
  6. ^ Emanuel, Kerry (2011). Edward Norton Lorenz (1917-2008) (PDF). Washington, DC: Nationale Akademie der Wissenschaften. s. 4.
  7. ^ ein b Kenneth Chang (2008-04-17). „Edward N. Lorenz, Meteorologe und Vater der Chaostheorie, stirbt mit 90“. Die New York Times. Abgerufen 2010-05-01.
  8. ^ ein b c “Edward Lorenz, Vater der Chaostheorie, stirbt im Alter von 90 Jahren”. CNN.[dead link]
  9. ^ Lorenz, EN (1948). Eine Methode zur Anwendung der hydrodynamischen und thermodynamischen Gleichungen auf atmosphärische Modelle (Dissertation Sc.D.). Massachusetts Institute of Technology. Abt. Meteorologie. hdl:1721.1/44688.
  10. ^ “Edward Lorenz, Vater der Chaostheorie und des Schmetterlingseffekts, stirbt mit 90 Jahren” (PDF). MIT-Tech-Talk. 2008-04-30. Abgerufen 2019-04-01.
  11. ^ “Natur und Theorie der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre” (PDF). Weltorganisation für Meteorologie. 1967.
  12. ^ Emanuel, Kerry (2011). Edward Norton Lorenz (1917-2008) (PDF). Washington, DC: Nationale Akademie der Wissenschaften. s. 4.
  13. ^ ein b c Lauren Hinkel (31. Oktober 2018). „MIT feiert die Wissenschaft von Jule Charney und Ed Lorenz“. Das Lorenz-Zentrum. Cambridge, MA.
  14. ^ Emanuel, Kerry (2011). Edward Norton Lorenz (1917-2008) (PDF). Washington, DC: Nationale Akademie der Wissenschaften. s. 4.
  15. ^ Lorenz, Edward N. (1963). “Deterministischer aperiodischer Fluss”. Zeitschrift für Atmosphärenwissenschaften. 20 (2): 130–141. Bibcode:1963JAtS…20..130L. mach:10.1175/1520-0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2.
  16. ^ Gleick, James (1987). Chaos: Eine neue Wissenschaft machen. London: Kardinal. s. 17. ISBN 978-0-434-29554-8.
  17. ^ Edward N. Lorenz (1963). “Deterministischer nichtperiodischer Fluss”. Zeitschrift für Atmosphärenwissenschaften. 20 (2): 130–141. Bibcode:1963JAtS…20..130L. mach:10.1175/1520-0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2.
  18. ^ Edward N. Lorenz (1969). “Atmosphärische Vorhersagbarkeit, wie von natürlich vorkommenden Analoga gezeigt”. Zeitschrift für Atmosphärenwissenschaften. 26 (4): 636–646. Bibcode:1969JAtS…26..636L. mach:10.1175/1520-0469(1969)26<636:APARBN>2.0.CO;2.
  19. ^ Edward N. Lorenz (1969). „Drei Ansätze zur atmosphärischen Vorhersagbarkeit“ (PDF). Bulletin der American Meteorological Society. 50 (5): 345–349. Bibcode:1969BAMS…50..345.. mach:10.1175/1520-0477-50.5.345.
  20. ^ “Als der Schmetterlingseffekt flog”. MIT-Technologiebewertung. Archiviert von das Original am 27.03.2017. Abgerufen 2019-04-03.
  21. ^ Maggie Fox, Eric Walsh (2008). “Edward Lorenz, Vater der Chaostheorie, mit 90 tot”. Reuters.
  22. ^ “Tomassoni-Preise”. Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”.
  23. ^ Josh Kastorf. “Wetter und Chaos: Das Werk von Edward N. Lorenz”.
  24. ^ Emanuel, Kerry (2011). Edward Norton Lorenz (1917-2008) (PDF). Washington, DC: Nationale Akademie der Wissenschaften. s. 4.
  25. ^ “Das Lorenz-Zentrum über uns”.
  26. ^ „Die Wissenschaft von Jule Charney und Ed Lorenz feiern“.

Externe Links[edit]


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