Система Лоренца (Едвард Лоренц, 1963) — це три пов'язан
ODE, що моделюють спрощену атмосферну конвекцію. При класичних
параметрах (σ=10, ρ=28, β=8/3) траєкторії ніколи не повторюються, але
залишаються в обмеженій області — дивний атрактор. Зна менитий
ефект метелика: дві траєкторії з різницею початкових
умов 10⁻⁵ розходяться по-різному, та обидві трасують одну й ту саму
форму крила метелика. Перетягуйте для обертання.
🇬🇧 English
Параметри
Траєкторія
Точок0
x—
y—
z—
ρ≈28 → класичний метелик; ρ<24.74 → стабільно.
Рівняння Лоренца
dx/dt = σ(y − x) dy/dt = x(ρ − z) − y dz/dt
= xy − βz
Інтегрується методом РК4 (dt ≈ 0.005). Два крила атрактора
відповідають двом нестійким рівновагам у (±√(β(ρ−1)), ±√(β(ρ−1)),
ρ−1). Показник Ляпунова λ₁ ≈ 0.91 для класичних параметрів —
траєкторії розходяться зі швидкістю e^(0.91t).
🦋 Атрактор Лоренца
Про цю симуляцію
Атрактор Лоренца — це розв'язок системи трьох пов'язаних
диференціальних рівнянь, які Едвард Лоренц вивів у 1963 році зі
спрощеної моделі атмосферної конвекції. Він став засадничим прикладом
детермінованого хаосу: система повністю передбачувана в принципі, але
практично непрогнозована в довгостроковій перспективі. Та сама
математика лежить в основі меж прогнозування погоди, турбулентності
рідин, динаміки лазерів і навіть хаотичних електронних схем — тому це
один з найдосліджуваніших об'єктів нелінійної науки.
Як це працює
Точка рухається у 3D-просторі згідно з рівняннями Лоренца, її
швидкість перераховується в кожну мить.
Траєкторія інтегрується методом Рунге–Кутти четвертого порядку (РК4)
з малим кроком часу (dt ≈ 0.005) для точності.
Траєкторія проєктується на полотно й малюється згасаючим слідом,
виявляючи двокрилу форму «метелика».
У режимі мульти-частинок точки, що стартують на відстані 10⁻⁵,
розходяться з часом, візуалізуючи ефект метелика кольором.
Ключові рівняння
dx/dt = σ(y − x); dy/dt = x(ρ − z) − y; dz/dt = xy − βz
— x, y, z — координати стану; σ (число Прандтля), ρ (число Релея) та β
(геометрія) — параметри. Класичний хаос виникає при σ=10, ρ=28, β=8/3.
Керування
σ, ρ, β — повзунки, що змінюють форму атрактора.
Швидкість — кроків інтегрування на кадр.
Довжина сліду — скільки точок залишається видимими.
Мульти-частинки — запуск близьких точок для показу
розходження.
Скинути — рестарт із початкових умов.
XY / XZ / Вільний — вибір площини проєкції;
перетягуйте для обертання у вільному режимі.
А ви знали?
Лоренц відкрив хаос випадково: округливши початкове значення з 0.506127
до 0.506, він отримав цілком інший прогноз. Згодом він запитав: «Чи
змах крил метелика у Бразилії спричиняє торнадо в Техасі?» — і так
народився ефект метелика.