不思議な振る舞い　カオスって何？

予測できない不思議な動き

「カオス」とは何でしょうか？　一般に「無秩序」などの意味で知っている人も多いでしょう。このカオス、物理の世界では「簡単な規則から生じるにもかかわらず、非周期的で予測不可能な性質をもつ運動もしくは変動」のことです。つまり、一定の繰り返しではなく毎回違う動きをする上に、小さな違いも大きな違いになる、そのためこれからどうなるか予測ができない変動、それがカオスなのです。

ある一線を越えるとカオスになる

実は、カオスはいろいろなところに顔を出します。身近な例をひとつ紹介しましょう。それはお湯を沸かす時の水の流れです。水を下から温めると「対流」という現象が見えます。上下の温度差がある程度あると、温まった水は上に昇り、冷され、下に降り、また温まり……と規則的運動を見せます。これが「対流」です。ところが、温度差が大きくなると流れが“不規則”になる、つまり対流が乱れてカオスになるのです。流れが止まったり動き出したり、逆回りしたりといった現象が起きます。このようにカオスは規則的変動のそばにあります。なんとあなたの神経や脳の活動にも、規則的変動とカオスの両方が観られます。

カオス研究はこれから

科学の世界でのカオスは比較的新しい学問で、精力的研究は30年ほどの歴史しかありません。それは、カオスがコンピュータの進歩とともに生まれてきた学問だからです。カオスの不思議な運動は、難しい関数を使っても決して表現できません。そのため、コンピュータの発達以前は認識すらされていなかったのです。
まだ基礎研究の段階というものの、今後の展開にはさまざまな可能性が考えられます。まずカオスの研究が進むことで、自然現象の理解が新しい方向へ拡がります。水の「対流」を紹介しましたが、地球大気の運動もよく似ています。大気の運動の中にもカオスがあり、それが解明できれば大気のことがもっとよくわかるはずなのです。人間は、天気をコントロールすることも、ピタリと当てることもできませんが、天気の新しい見方を育んでいます。

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先生情報 / 大学情報

鹿児島大学理学部物理科学科准教授秦浩起先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

物理学、非線形科学

先生が目指すSDGs

メッセージ

私たちの身の回りをよく観てみると、たくさんの不思議な現象に出会います。水の流れに棒を立てると、後ろに渦ができて流れが規則的に揺れます。ある日、この現象と笛の音は関係するのだろうか？と考えます。観て考える、考えて観る……それが科学でしょう。
鹿児島大学は世界有数の火山、桜島の目の前にあります。僕は、初めてその爆発音(衝撃波)にあったとき、びっくりして研究室を飛び出し学生に笑われました。ここは大きな自然を観つつ、科学を学ぶことのできる素敵な場所です。

鹿児島大学に関心を持ったあなたは

鹿児島大学は、日本列島の南に位置し、アジアの諸地域に開かれ、海と火山と島々からなる豊かな自然環境に恵まれた地にあります。この地は、我が国の変革と近代化を推進する過程で、多くの困難に果敢に挑戦する人材を育成してきました。このような地理的特性と教育的伝統を踏まえ、鹿児島大学は、学問の自由と多様性を堅持しつつ、自主自律と進取の精神を尊重し、地域とともに社会の発展に貢献する総合大学をめざします。