Edward Lorenz, atmosferi modelleyen on iki denklemli sistemin karmaşıklığından uzaklaşıp kaosu izole edebileceği daha basit yollar aradı. Bilim dünyası genellikle problemleri basitleştirirken doğrusal olmayan (nonlineer) terimleri dışarıda bırakma eğilimindedir; çünkü doğrusal sistemler çözülebilir yapıdadır ve kolayca parçalarına ayrılıp tekrar toplanabilir. Lorenz ise bunun tam aksini yaparak konveksiyon denklemlerini adeta kemiklerine kadar soydu ve geriye sadece üç değişkenli bir sistem bıraktı. İşin özü olan doğrusal olmayan yapıyı ise denklemde bilerek korudu.
Matematiksel olarak elde ettiği sonuçların sadece bir bilgisayar anomalisi veya soyut bir istatistik olmadığını kanıtlamak için, keşfettiği sistemin somut bir fiziksel gösterimine ihtiyaç duydu. Su çarkı, bu kaotik sistemin ve oluşturduğu üç denklemin ete kemiğe bürünmüş mekanik karşılığı olarak ortaya çıktı. Çarkın dönüşü, konveksiyon sürecindeki dönen sıvı silindirlerinin davranışını birebir modelliyordu. Her iki sistem de sabit bir itici güçle (su veya ısı) besleniyor ve aynı zamanda enerji kaybediyordu.
Üstten sabit bir hızla su akıtılan bu çarkta sistemin uzun vadeli davranışı, doğrudan suyun debisine bağlıdır. Akış yavaşsa, üstteki kova sürtünmeyi aşacak ağırlığa ulaşamaz ve çark dönmez. Akış biraz hızlandığında ise sistem harekete geçer ve klasik insan sezgisinin bekleyeceği üzere, bir süre sonra istikrarlı, düzenli bir dönüşe yerleşir.
Ancak suyun akış hızı daha da artırıldığında, sisteme içkin olan doğrusal olmayan dinamikler devreye girer ve hareket tamamen kaotikleşir. Çark çok hızlı döndüğü için kovalar su kaynağının altından tam dolamadan geçer. Üstelik bu yüksek hız, suyla dolu ağır kovaların henüz boşalamadan çarkın yukarı doğru çıkan tarafına geçmesine yol açar. Yukarı taşınan bu kütle, yerçekiminin de etkisiyle çarkı yavaşlatır ve aniden ters yöne dönmesine neden olur.
Uzun vadede çark bu yön değişimlerini sürekli tekrarlar; asla kalıcı bir hıza veya periyodik bir düzene oturmaz. Bu basit düzenek, son derece istikrarlı bir itici gücün bile nasıl tahmin edilemez ve kendini asla tam anlamıyla tekrar etmeyen bir davranış doğurabileceğinin tartışmasız fiziksel kanıtıdır.
Makale