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Quel est le lien entre un robinet qui 00:02
goûte l'ensemble de mandelbrotte, une 00:03
population de lapin, la convection 00:06
thermique dans un fluide et l'activation 00:08
des neurones dans votre cerveau ? C'est 00:10
cette simple équation. 00:13
Disons que vous voulez modéliser une 00:20
population de lapin avec X lapin cette 00:21
année, combien en aurez-vous l'an 00:25
prochain ? Et bien le modèle le plus 00:26
simple que je puisse imaginer consiste 00:29
simplement à multiplier par un certain 00:31
nombre le taux de croissance R qui 00:33
pourrait être disons 2 et cela 00:35
signifierait que la population 00:37
doublerait chaque année. Le problème 00:38
c'est que le nombre de lapins 00:40
augmenterait sans cesse de façon 00:41
exponentielle. 00:43
Donc je peux ajouter le terme 1 - x pour 00:45
représenter les contraintes de 00:48
l'environnement. Et ici, j'imagine que 00:49
la population X est un pourcentage du 00:52
maximum théorique. Donc elle va de 0 à 00:55
1. Et à mesure qu'elle s'approche de ce 00:57
maximum, ce terme tend vers zéro et cela 01:00
limite la population. 01:03
Donc voici la méthode logistique. 01:05
Xn + 1 est la population de l'année 01:08
prochaine et Xnulation de cette année. 01:11
Et si vous tracez la population de 01:14
l'année prochaine en fonction de celle 01:15
de cette année, vous voyez que c'est 01:17
juste une parabole inversée. C'est 01:18
l'équation la plus simple que vous 01:20
puissiez faire qui a une boucle de 01:22
rétroaction négative. Plus la population 01:23
devient grande ici, plus elle sera 01:26
petite l'année suivante. Alors, essayons 01:28
un exemple. 01:30
Disons que nous avons affaire à un 01:33
groupe de lapins particulièrement 01:35
tactif. Donc R est ég à 2,6. 01:36
Choisissons une population initiale à 40 01:41
% du maximum, soit 0,4 01:43
multipli par 1 - 0,4 on obtient 0,624. 01:47
Donc la population augmenté la première. 01:52
>> Mais ce qui nous intéresse vraiment, 01:57
c'est le comportement à long terme de 01:59
cette population. Donc on peut remettre 02:01
cette population dans l'équation. Et 02:03
pour aller plus vite, on peut en fait 02:05
taper 2,6 fois réponse x 1 mo réponse. 02:07
On obtient 0,61. Donc la population a un 02:12
peu diminué. Appuyez encore une fois 02:14
0,619 0,613 02:16
0,617 02:19
0,615 02:21
0,616 02:23
0,615. 02:24
En continuant d'appuyer sur entrée, la 02:26
population ne change presque pas. Elle 02:28
s'est stabilisée comme dans la nature où 02:30
les populations restent constantes qu'en 02:32
essence et décès s'équilibre. 02:35
Je veux maintenant faire un graphique de 02:38
cette itération. Vous voyez ici qu'elle 02:39
atteint une valeur d'équilibre de 0,615. 02:41
Que se passerait-il si je changeais la 02:46
population initiale ? Je vais simplement 02:48
déplacer ce curseur ici. Et ce que vous 02:50
voyez c'est que les premières années 02:52
changent 02:54
mais la population d'équilibre reste la 02:56
même. 02:58
Donc on peut essentiellement ignorer la 03:00
population initiale. 03:02
Donc ce qui m'intéresse vraiment c'est 03:04
comment cette population d'équilibre 03:06
varie en fonction de R le taux de 03:08
croissance. 03:10
Et bien comme vous pouvez le voir, si je 03:12
diminue le taux de croissance, la 03:14
population d'équilibre diminue. Ça a du 03:16
sens. Et en fait si R descend en dessous 03:19
de 1, et bien alors la population chute 03:22
et finit par disparaître. 03:24
Donc ce que je veux faire, c'est tracer 03:27
un autre graphique où sur l'axe des 03:29
abscisses, j'ai R, le taux de 03:31
croissance. Sur l'axe désordonné, je 03:33
trace la population d'équilibre, celle 03:36
obtenue après de très nombreuses 03:38
générations. 03:40
Pour de faible air, les populations 03:42
s'éteignent toujours. L'équilibre est 03:44
donc zéro. 03:46
Lorsque R atteint 1, la population se 03:48
stabilise et plus R est élevé, plus la 03:51
population d'équilibre est élevée. 03:53
Jusqu'ici, tout va bien. Mais 03:57
maintenant, voici la partie étrange. 04:00
Une fois que R dépasse 3, le graphique 04:02
se divise en 2. 04:05
Pourquoi ? 04:07
>> Que se passe-t-il ? Et bien peu importe 04:08
combien de fois vous itérez l'équation, 04:11
elle ne se stabilise jamais sur une 04:13
seule valeur constante. Au lieu de cela, 04:14
elle oscile d'avant en arrière entre 04:17
deux valeurs. 04:19
>> Une année, la population était plus 04:20
élevée, l'année suivante, elle est plus 04:22
basse puis le cycle se répète. 04:23
La nature cyclique des populations est 04:25
également observée dans la nature. Le 04:27
nombre de lapins varie d'une année à 04:29
l'autre, parfois plus, parfois moins. À 04:31
mesure que R continue d'augmenter, la 04:34
fourchette s'écarte puis chacune se 04:36
divise à nouveau. 04:38
Maintenant, au lieu d'osciller entre 04:41
deux valeurs, les populations traversent 04:42
un cycle de 4 ans avant de se répéter. 04:45
Puisque la durée du cycle ou période a 04:48
doublé, on appelle cela des bifurcations 04:50
par doublement de période. En augmentant 04:52
R, on observe plus de bifurcation par 04:55
doublement de période. Elles arrivent de 04:57
plus en plus rapidement menant à des 04:59
cycles de 8 16 32 64. Puis tel que 05:01
lorsque R atteint 3,57 au chaos. La 05:05
population ne se stabilise jamais. Elle 05:09
fluctue comme si c'était au hasard. 05:11
Cette équation a été l'une des premières 05:14
de méthodes pour générer des nombres 05:15
aléatoires sur ordinateur. Cela 05:17
permettait d'obtenir de l'imprévisible 05:19
d'une machine déterministe. 05:21
Aucun motif ni répétition ici. Si vous 05:24
connaissiez les conditions initiales 05:27
exactes, vous pourriez calculer 05:29
précisément les valeurs. Donc on les 05:30
traite comme des nombres pseudo 05:32
aléatoires. On pourrait croire 05:33
l'équation restera chaotique, mais 05:36
l'ordre revient avec l'augmentation de 05:38
R. 05:40
Il y a ces fenêtres de comportement 05:41
périodique stable au milieu du chaos. 05:43
Par exemple, si R vaut 3,423, on observe 05:46
un cycle stable de 3 ans et à mesure que 05:49
R continue d'augmenter, il se divise en 05:52
6 12 24 et ainsi de suite avant de 05:55
revenir au chaos. En fait, cette 05:58
équation comporte des périodes de toute 06:00
longueur 37, 51, 1052, tout ce que vous 06:02
voulez si vous avez simplement la bonne 06:07
valeur de R. 06:09
Ce diagramme de bifurcation ressemble à 06:13
un fractal. 06:16
Les caractéristiques et la grande 06:18
échelle se répètent à des échelles plus 06:19
petites. 06:21
Et en effet, si vous zoomez, vous voyez 06:23
qu'il s'agit en fait d'un fractal. 06:25
Le fractal le plus connu est l'ensemble 06:28
de Mandelbrot. 06:30
Le rebondisement, c'est que le diagramme 06:32
de bifurcation fait partie de l'ensemble 06:34
de Mandelbrot. 06:36
Est-ce que ça fonctionne bien ? Petit 06:39
rappel sur l'ensemble de Mandelbrot, il 06:41
est basé sur cette équation itérée. Donc 06:44
la façon dont cela fonctionne, c'est que 06:47
vous choisissez un nombre C, n'importe 06:48
quel nombre dans le plan complexe, puis 06:50
vous commencez avec Z = 0 et ensuite 06:52
vous itérez cette équation encore et 06:55
encore. Si ça diverge vers l'infini, 06:56
alors le nombre C ne fait pas partie de 06:59
l'ensemble mais si ce nombre reste fini 07:00
après un nombre illimité d'itération, 07:03
alors il fait partie de l'ensemble de 07:06
Mandelbro. 07:08
Essayons par exemple C = 1. Donc on a 0 07:10
au carré + 1 ce qui donne 1. Ensuite 1 07:13
au carré + 1 = 2 au carré + 1 = 5 au 07:16
carré + 1 = 26. Donc on voit assez 07:21
rapidement qu'avec c = 1, cette équation 07:25
va diverger. Donc le nombre 1 ne fait 07:28
pas partie de l'ensemble de Mandelbrot. 07:30
Et si on essaye c = -1, et bien on a 0² 07:33
- 1 = -1 - 1² - 1 = 0. Et donc on 07:38
revient à 0² - 1 = -1. On voit donc que 07:45
cette fonction va continuer à osciller 07:50
entre -1 et 0. Donc elle restera finie. 07:53
Et donc c = -1 fait partie de l'ensemble 07:56
de mandel brot. Normalement, quand on 08:00
voit des images de l'ensemble de 08:01
Mandelbrot, elle montre juste la 08:03
frontière entre les nombres qui font que 08:05
cette équation itérée reste finie et 08:07
ceux qui la font divergé, mais elle ne 08:09
montre pas vraiment comment ces nombres 08:11
restent finis. Ce qu'on a fait ici, 08:12
c'est queon a réellement itéré cette 08:15
équation des milliers de fois puis on a 08:16
tracé sur l'axe Z la valeur que prend 08:19
effectivement l'itération. Donc si on 08:21
regarde de côté, ce que vous verrez en 08:23
fait, c'est le diagramme de bifurcation 08:25
qui fait partie de cet ensemble de 08:26
Mandelbrot. Alors, que se passe-t-il 08:28
vraiment ici ? Bien ce que cela nous 08:29
montre, c'est que tous les nombres dans 08:31
la cardioïde principale finissent par se 08:33
stabiliser sur une seule valeur 08:34
constante. Mais les nombres dans cette 08:36
bulbe principale, eux finissent bon par 08:37
osiller entre deux valeurs. Et dans 08:40
cette bulbe, ils ossillent entre quatre 08:41
valeurs. Ils ont une période de 4 puis 8 08:43
puis 16 32 et ainsi de suite. Puis on 08:46
atteint la partie chaotique. La partie 08:49
chaotique du diagramme de bifurcation se 08:51
trouve ici sur ce qu'on appelle 08:52
l'aiguille de l'ensemble de Mandelbro, 08:54
là où l'ensemble de Mandelbrot devient 08:56
très fin. Et vous pouvez voir cette 08:58
médaille ici qui ressemble à une version 08:59
plus petite de l'ensemble de Mandelbro 09:01
entier. Et bien ce que cela nous montre 09:03
c'est que tous les nombres dans la 09:05
cardioïde principale finissent par se 09:06
stabiliser sur une seule valeur 09:08
constante. Mais les nombres dans cette 09:09
bulbe principale eux finissent par 09:11
osiller entre deux valeurs et dans cette 09:13
bulbe oscillent entre quatre valeurs. 09:15
Ils ont une période de 4 puis 8 puis 16 09:17
32 et un ainsi de suite. Puis on atteint 09:21
la partie chaotique. La partie chaotique 09:23
du diagramme de bifurcation se trouve 09:25
ici sur ce qu'on appelle l'aiguille de 09:27
l'ensemble de Mandelbrot. là où 09:29
l'ensemble de Mandelbrot devient très 09:31
fin et vous pouvez voir cette médaille 09:32
ici qui ressemble à une version plus 09:34
petite de l'ensemble de Mandelbrot 09:36
entiers. Et bien cela correspond à la 09:37
fenêtre de stabilité dans le diagramme 09:39
de bifurcation avec une période de 3. 09:41
Maintenant le diagramme de bifurcation 09:44
n'existe que sur la droite réelle parce 09:45
que on a mis que des nombres réels dans 09:48
notre équation. Mais toutes ces bulbes 09:50
en dehors de la cardioïde principale et 09:52
bien elles ont aussi des cycles 09:55
périodiques de par exemple 3 4 ou 5. Et 09:57
donc on voit ces images fantomatiques 10:01
répétées si on regarde sur l'axe Z. En 10:04
fait, elles oscillent aussi entre ces 10:07
valeurs. 10:09
Personnellement, je trouve cela 10:15
extraordinairement beau, mais si vous 10:17
êtes plus pragmatique, vous vous 10:19
demandez peut-être est-ce que cette 10:20
équation modélise réellement des 10:23
populations d'animaux ? Et la réponse 10:24
est oui. En particulier dans les 10:26
environnements contrôlés que les 10:28
scientifiques ont mis en place dans les 10:30
laboratoires. Ce que je trouve encore 10:31
plus incroyable, c'est la façon dont 10:33
cette simple équation s'applique à un 10:35
vaste éventail de domaines scientifiques 10:37
totalement indépendants les uns des 10:39
autres. 10:41
[Musique] 10:42
La première grande confirmation 10:44
expérimentale est dévenue d'un 10:46
spécialiste de la dynamique des fluides 10:47
nommé Lipcha. Il a fabriqué une boîte 10:49
rectangulaire contenant du mercure et 10:52
utilisait un faible gradient de 10:54
température pour provoquer la 10:56
convection. Juste de cylindres de fluide 10:58
tournant en sens inverse à l'intérieur 11:01
de sa boîte. C'est tout ce que la boîte 11:03
pouvait contenir et bien sûr il ne 11:05
pouvait pas regarder à l'intérieur pour 11:07
voir ce que faisait le fluide. Alors, il 11:08
mesurait la température à l'aide d'une 11:10
sonde placée en haut. Il a observé un 11:12
pic régulier et périodique de 11:14
température. C'est comme lorsque 11:16
l'équation logistique converge vers une 11:18
seule valeur. 11:20
Mais en augmentant le gradient de 11:22
température, une oscillation à la moitié 11:23
de la fréquence initiale est apparue sur 11:25
ces cylindres roulants. Les pics de 11:28
température étaient moins élevés. 11:30
Ils alternaient entre deux hauteurs 11:33
différentes. 11:35
Il avait atteint la période 2 et en 11:36
continuant d'augmenter la température, 11:38
il a observé un doublement de période à 11:41
nouveau. Maintenant, il avait quatre 11:44
températures différentes avant que le 11:46
cycle ne se répète. Puis 8. C'était une 11:48
confirmation assez spectaculaire de la 11:51
théorie dans une expérience 11:53
magnifiquement conçue. 11:55
Mais ce n'était que le début. 11:57
Les scientifiques ont étudié la réaction 12:00
de nos yeux et des yeux de la salamandre 12:01
à des lumières clignotantes et ils ont 12:04
découvert un phénomène de doublement de 12:06
période. Une fois que la lumière atteint 12:07
un certain rythme de clignotement, nos 12:10
yeux ne réagissent plus agissent plus 12:11
qu'à un clignotement sur deux. C'est 12:14
incroyable dans ces articles de voir 12:16
apparaître le diagramme de bifurcation, 12:18
même s'il est un peu flou car il 12:20
provient de données du monde réel. 12:22
Des scientifiques ont donné un 12:25
médicament à des lapins provoquant une 12:27
fibrillation cardiaque. J'imagine qu'il 12:29
pensait en qu'il y avait trop de lapin 12:31
dehors. Enfin, si tu ne sais pas ce 12:32
qu'est la fibrillation, c'est quand ton 12:35
cœur bat de façon extrêmement 12:37
irrégulière et ne pompe quasiment plus 12:38
de sang. Et si tu n'interviens pas, tu 12:40
meurs. Ils ont découvert qu'en allant 12:42
vers la fibrillation, ils ont trouvé la 12:45
route du doublement de période menant au 12:47
chaos. 12:49
Le lapin a d'abord eu un battement 12:50
périodique puis un cycle de deux 12:52
battements rapprochés. Ensuite un cycle 12:54
de quatre battement différent avant de 12:57
recommencer et enfin un comportement 12:59
apériodique. 13:02
L'aspect remarquable de cette étude est 13:04
la surveillance en temps réel du cœur et 13:06
l'utilisation de la théorie du chaos 13:09
pour déterminer quand administrer des 13:11
chocs électriques afin de rétablir la 13:13
périodicité ce qu'ils ont réussi. Donc, 13:15
ils ont utilisé le chaos pour contrôler 13:19
un cœur et trouver une manière plus 13:21
intelligente d'administrer des chocs 13:23
électriques afin de le faire battre 13:24
normalement à nouveau. C'est vraiment 13:26
incroyable. Et puis il y a la question 13:28
du robinet qui goûte. La plupart d'entre 13:30
nous considèrent bien sûr les robinets 13:32
qui goûtent comme des objets très 13:34
réguliers et périodiques. Mais beaucoup 13:36
de recherches ont montré qu'une fois que 13:39
le débit augmente un peu, on obtient un 13:41
doublement de période. Donc maintenant, 13:43
les gouttes tombent deux par deux. 13:45
D'un simple robinet qui goûte, on peut 13:49
générer un comportement chaotique en 13:51
modifiant le débit, ce qui amène à se 13:53
demander ce qu'est vraiment un robinet. 13:55
Et bien, il y a de l'eau sous pression 13:58
constante et une ouverture de taille 13:59
constante. Et pourtant, ce que vous 14:01
obtenez, c'est un goutte à goutte 14:03
chaotique. 14:05
Donc c'est un système chaotique vraiment 14:06
simple. Vous pouvez expérimenter cela 14:08
chez vous. Allez ouvrir un robinet juste 14:10
un petit peu et voyez si vous pouvez 14:12
obtenir un goutte à goutte périodique 14:14
chez vous. 14:16
Le diagramme de bifurcation apparaît à 14:18
tellement d'endroits différents que cela 14:20
commence à sembler étrange. 14:22
Maintenant, je veux vous dire quelque 14:24
chose qui va rendre ça encore plus 14:25
étrange. Il y avait ce physicien 14:27
Mitchell Figenbum qui étudiait le moment 14:30
où les bifurcations se produisent. Il a 14:32
divisé la largeur de chaque section de 14:35
bifurcation par la suivante et il a 14:37
découvert que ce rapport converge vers 14:39
ce nombre 4,669. 14:42
ce qu'on appelle maintenant la constante 14:45
de Feigenb. 14:47
Les bifurcations surviennent de plus en 14:49
plus rapidement mais dans un rapport qui 14:51
tend vers cette valeur fixe et personne 14:53
ne sait vraiment d'où provient cette 14:56
constante. Elle ne semble se rattacher à 14:58
aucune autre constante physique connue, 15:00
si bien qu'elle constitue en elle-même 15:03
une constante fondamentale de la nature. 15:05
Ce qui est encore plus fou, c'est que il 15:08
n'est même pas nécessaire que l'équation 15:10
prenne la forme particulière que je vous 15:12
ai montré plus tôt. toute équation qui 15:13
présente une seule bosse. Si vous 15:16
l'itérez de la même manière que nous 15:19
l'avons fait, donc vous pourriez 15:20
utiliser xn + un égal sinus de x par 15:22
exemple. Si vous l'itérez encore, encore 15:25
et encore, vous verrez aussi des 15:27
bifurcations. Non seulement cela, mais 15:29
le rapport du moment où ces bifurcations 15:32
se produisent aura le même facteur 15:34
d'échelle. 4,669. 15:36
Toute fonction à une seule bosse itérée 15:40
vous donnera cette constante 15:43
fondamentale. Alors pourquoi ? Et bien 15:45
on parle d'universalité parce qu'il 15:47
semble y avoir quelque chose de 15:49
fondamental et de très universel dans ce 15:51
processus, dans ce type d'équation et 15:53
dans cette valeur constante. En 1976, 15:56
le biologiste Robertm a publié un 16:01
article dans nature à propos de cette 16:03
équation précisément. 16:06
Cela a provoqué une révolution parmi 16:08
ceux qui ont étudié ce sujet. Cet 16:10
article a d'ailleurs été cité des 16:11
milliers de fois et dans cet article, il 16:13
lance un appel pour que l'on enseigne 16:16
cette équation simple aux étudiants car 16:18
elle offre une nouvelle intuition sur la 16:21
façon dont des choses simples, des 16:23
équations simples peuvent engendrer des 16:26
comportements très complexes. 16:28
Et je pense toujours qu'aujourd'hui on 16:32
n'enseigne pas vraiment de cette façon. 16:34
Je veux dire, on enseigne des équations 16:37
simples et des résultats simples parce 16:38
que ce sont les choses faciles à faire 16:40
et ce sont celles qui semblent logiques. 16:41
On ne va pas semer le chaos chez les 16:44
étudiants, mais peut-être queon devrait 16:46
peut-être qu'on devrait en semer au 16:49
moins un peu. Et c'est pour ça que je 16:50
suis tellement enthousiaste à propos du 16:52
chaos et de cette équation parce que 16:54
franchement, comment ai-je pu atteindre 16:56
37 ans sans avoir jamais entendu parler 16:58
de la constante de Fagenbom ? 17:00
Depuis que j'ai lu le livre de James 17:04
Gleek, Koo, j'ai voulu faire des vidéos 17:05
sur ce sujet et maintenant je m'y mets 17:08
enfin et j'espère rendre justice à ce 17:10
sujet parce que je le trouve 17:12
incroyablement fascinant et j'espère que 17:14
vous aussi. 17:16

– Bilingual Lyrics French/English

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Lyrics & Translation

[English]
What is the connection between a faucet that
tastes the whole mandelbrotte, a
rabbit population, convection
thermal in a fluid and activation
neurons in your brain? It is
this simple equation.
Let's say you want to model a
rabbit population with X rabbit this
year, how many will you have per year
next? Well the most model
simple as I can imagine consists
simply to multiply by a certain
number the growth rate R which
could be say 2 and that
would mean that the population
would double every year. The problem
is just the number of rabbits
would continually increase
exponential.
So I can add the term 1 - x for
represent the constraints of
the environment. And here I imagine that
population
theoretical maximum. So it goes from 0 to
1. And as she approaches this
maximum, this term tends towards zero and this
limits the population.
So here is the logistics method.
Xn + 1 is the population of the year
next and this year's Xnulation.
And if you plot the population of
next year depending on that
of this year, you see that it is
just an inverted parabola. It is
the simplest equation you
can make which has a loop of
negative feedback. More the population
gets bigger here, the more it will be
small the following year. So let's try
an example.
Let's say we are dealing with a
group of rabbits particularly
tactive. So R is equal to 2.6.
Let's choose an initial population of 40
% of the maximum, i.e. 0.4
multiplied by 1 - 0.4 we obtain 0.624.
So the population increased first.
>> But what really interests us,
this is the long-term behavior of
this population. So we can put
this population in the equation. And
to go faster, we can actually
type 2.6 times answer x 1 MB answer.
We obtain 0.61. So the population has a
slightly diminished. Press again
0.619 0.613
0.617
0.615
0.616
0.615.
Continuing to press enter, the
population hardly changes. She
has stabilized as in nature where
populations remain constant only in
gasoline and death balance out.
I now want to make a graph of
this iteration. You see here that she
reaches an equilibrium value of 0.615.
What would happen if I changed the
initial population? I'll just
move this cursor here. And what you
see it's only the first years
change
but the equilibrium population remains
same.
So we can essentially ignore the
initial population.
So what really interests me is
how does this equilibrium population
varies as a function of R the rate of
growth.
Well as you can see, if I
decreases the growth rate, the
equilibrium population decreases. It must have
meaning. And in fact if R goes below
by 1, well then the population drops
and eventually disappears.
So what I want to do is plot
another graph where on the axis of
abscissa, I have R, the rate of
growth. On the disordered axis, I
plots the equilibrium population, that
obtained after many
generations.
For low air, populations
always turn off. The balance is
therefore zero.
When R reaches 1, the population
stabilizes and the higher R is, the more the
equilibrium population is high.
So far, so good. But
Now here's the weird part.
Once R exceeds 3, the graph
divides into 2.
Why?
>> What's happening? Well it doesn't matter
how many times you iterate the equation,
it never stabilizes on a
single constant value. Instead,
it oscillates back and forth between
two values.
>> One year, the population was more
high, the following year, it is more
bass then the cycle repeats.
The cyclical nature of populations is
also observed in nature. THE
number of rabbits varies from year to year
the other, sometimes more, sometimes less. HAS
As R continues to increase, the
fork moves apart then each
divides again.
Now, instead of oscillating between
two values, the populations cross
a cycle of 4 years before repeating itself.
Since the duration of the cycle or period has
doubled, we call these bifurcations
by doubling of period. By increasing
R, we observe more bifurcation by
period doubling. They arrive from
more and more quickly leading to
cycles of 8 16 32 64. Then such that
when R reaches 3.57 at chaos. There
population never stabilizes. She
fluctuates as if at random.
This equation was one of the first
methods for generating numbers
random on computer. That
made it possible to achieve the unpredictable
of a deterministic machine.
No pattern or repetition here. If you
know the initial conditions
exact, you could calculate
precisely the values. So we
treats as pseudo numbers
random. One could believe
the equation will remain chaotic, but
the order returns with the increase of
A.
There are these behavior windows
stable periodic in the midst of chaos.
For example, if R is 3.423, we observe
a stable cycle of 3 years and as
R continues to increase, it divides into
6 12 24 and so on before
return to chaos. In fact, this
equation has periods of all
length 37, 51, 1052, whatever you
want if you just have the right one
value of R.
This bifurcation diagram looks like
a fractal.
The characteristics and the great
scale repeats at larger scales
small.
And indeed, if you zoom in, you see
that it is in fact a fractal.
The best known fractal is the set
of Mandelbrot.
The twist is that the diagram
of bifurcation is part of the set
of Mandelbrot.
Does it work well? Little
recall on the Mandelbrot set, it
is based on this iterated equation. SO
the way it works is that
you choose a number C, regardless
what number in the complex plane, then
you start with Z = 0 and then
you iterate this equation over and over
again. If it diverges towards infinity,
then the number C is not part of
the whole but if this number remains finite
after an unlimited number of iterations,
then it is part of the set of
Mandelbro.
Let's try for example C = 1. So we have 0
squared + 1 which gives 1. Then 1
squared + 1 = 2 squared + 1 = 5
square + 1 = 26. So we see enough
quickly than with c = 1, this equation
will diverge. So the number 1 does not
not part of the Mandelbrot set.
And if we try c = -1, well we have 0²
- 1 = -1 - 1² - 1 = 0. And so we
returns to 0² - 1 = -1. We therefore see that
this function will continue to oscillate
between -1 and 0. So it will remain finite.
And so c = -1 is part of the set
by Mandel Brot. Normally, when we
sees images of the entire
Mandelbrot, it just shows the
boundary between the numbers which make
this iterated equation remains finite and
those who make it diverge, but it does not
doesn't really show how these numbers
remain finite. What we did here,
is that we actually iterated this
equation thousands of times then we have
plotted on the Z axis the value that takes
effectively the iteration. So if we
look aside, what you will see in
done, this is the bifurcation diagram
which is part of this set of
Mandelbrot. So what's going on
really here? Well what does that give us?
shows is that all the numbers in
the main cardioid ends up
stabilize on a single value
constant. But the numbers in this
main bulb, they end up good
oscillate between two values. And in
this bulb, they oscillate between four
values. They have a period of 4 then 8
then 16 32 and so on. Then we
reaches the chaotic part. The part
chaotic of the bifurcation diagram
found here on what we call
the needle of the Mandelbro set,
where the Mandelbrot set becomes
very fine. And you can see this
medal here which looks like a version
smallest of the Mandelbro set
integer. Well what does this show us?
is that all the numbers in the
main cardioid ends up
stabilize on a single value
constant. But the numbers in this
main bulb they end up
oscillate between two values ​​and in this
bulb oscillate between four values.
They have a period of 4 then 8 then 16
32 and one so on. Then we reach
the chaotic part. The chaotic part
of the bifurcation diagram is found
here on what we call the needle of
the Mandelbrot set. where
the Mandelbrot set becomes very
end and you can see this medal
here which looks like a more
small of the Mandelbrot set
integers. Well this corresponds to the
stability window in the diagram
bifurcation with a period of 3.
Now the bifurcation diagram
only exists on the real line because
that we only put real numbers in
our equation. But all these bulbs
outside the main cardioid and
well they also have cycles
periodic for example 3 4 or 5. And
so we see these ghostly images
repeated if we look on the axis z.
done, they also oscillate between these
values.
personally, I find it
} extraordinarily beautiful, but if you
are more pragmatic, you
may ask this
equation really models
animal populations? And the answer
is yes. Especially in
controlled environments that
scientists have set up in
​​laboratories. What I still find
more incredible, this is the way
This simple equation applies to a
wide range of scientific fields
totally independent
others.
[Music]
The first big confirmation
} experimental is awarded to a
specialist in fluid dynamics
named lipcha. He made a box
rectangular containing mercury and
used a weak gradient of
temperature to cause the
convection. Just fluid cylinder
turning in the opposite direction inside
of his box. That's all that the box
could contain and of course it does not
could not look inside for
See what the fluid did. So he
measured the temperature using a
probe placed at the top. He observed a
regular and periodic peak of
temperature. It's like when
The logistical equation converges towards a
only value.
but by increasing the gradient of
temperature, an oscillation in half
of the initial frequency appeared on
These rolling cylinders. The peaks of
temperature were lower.
they alternated between two heights
different.
he had reached period 2 and in
continuing to increase the temperature,
He observed a doubling of a period at
new. Now he had four
different temperatures before the
cycle is not repeated. Then 8. It was a
fairly spectacular confirmation of the
Theory in an experience
beautifully designed.
but it was only the beginning.
scientists studied the reaction
of our eyes and eyes of the salamander
to flashing lights and they have
discovered a phenomenon of doubling of
period. Once the light has reached
a certain rhythm of flashing, our
Eyes no longer react no longer act
than one on two flashes. It is
incredible in these articles to see
appear the fork diagram,
even if it is a little blurry because it
comes from real world data.
scientists gave a
medicine to rabbits causing a
cardiac fibrillation. I imagine he
thought that there was too much rabbit
outside. Finally, if you don't know this
that is fibrillation, is when your
heart beats extremely
irregular and hardly pumps
blood. And if you don't intervene, you
meurs. They discovered that by going
towards fibrillation, they found the
Route du double period leading to
chaos.
The rabbit first had a beat
periodic then a cycle of two
close beats. Then a cycle
of four different beats before
start again and finally a behavior
aperiodic.
The remarkable aspect of this study is
surveillance in real time of the heart and
The use of chaos theory
to determine when to administer
electric shocks to restore the
periodicity what they have succeeded. SO,
they used chaos to control
a heart and find a more way
} intelligent to administer shocks
} electric to make it beat
normally again. It's really
incredible. And then there is the question
of the tap that tastes. Most of
of course consider the taps
that taste like very
regular and periodical. But a lot
of research showed that once
The flow increases a little, we get a
doubly period. So now,
The drops fall two by two.
of a simple tap that tastes, we can
generate chaotic behavior in
modifying the flow, which leads to
Ask what a tap is really.
well, there is water under pressure
constant and a size opening
constant. And yet, what you
get, it's a drop
chaotic.
so it's a really chaotic system
simple. You can experience this
at home. Go open a right tap
a little and see if you can
get a periodic drop
at home.
The bifurcation diagram appears at
so many different places than that
is starting to seem strange.
Now I want to tell you something
something that will make it even more
strange. There was this physicist
Mitchell Figenbum who studied the moment
where the bifurcations occur. He has
divided the width of each section of
bifurcation by the next one and he
discovered that this relationship converges to
this number 4,669.
what we now call the constant
by Feigenb.
Bifurcations are occurring more and more
faster but in a ratio that
tends towards this fixed value and no one
doesn't really know where this comes from.
constant. It does not seem to be linked to
no other known physical constant,
so that it constitutes in itself
a fundamental constant of nature.
What's even crazier is that he
is not even necessary for the equation
takes the particular form that I
I showed earlier. any equation that
has a single bump. If you
iterate it the same way we do
did it, so you could
use xn + an equal sine of x by
example. If you iterate it again, again
and again, you will also see
bifurcations. Not only that, but
the ratio of when these bifurcations
occur will have the same factor
of scale. 4,669.
Any iterated single-hump function
will give you this constant
fundamental. So why? Well
we speak of universality because it
seems to be something
​​fundamental and very universal in this
process, in this type of equation and
in this constant value. In 1976,
the biologist Robertm published a
article in nature about this
equation precisely.
This caused a revolution among
those who have studied this subject. This
article has also been cited
thousands of times and in this article, it
calls for teaching
this simple equation to students because
it offers a new intuition on the
way in which simple things,
simple equations can generate
very complex behaviors.
And I still think that today we
doesn't really teach that way.
I mean, we teach equations
simple and simple results because
that these are the easy things to do
and these are the ones that seem logical.
We are not going to sow chaos among the
students, but maybe we should
maybe we should sow some at
less a little. And that's why I
am so excited about the
chaos and this equation because
frankly, how did I reach
37 years without ever having heard of
of Fagenbom's constant?
Since reading James' book
Gleek, Koo, I wanted to make videos
on this subject and now I'm getting started
finally and I hope to do justice to this
topic because I found it
incredibly fascinating and I hope
you too.
[French] Show

Key Vocabulary

Start Practicing
Vocabulary Meanings

simple

/ˈsɪmpl/

A2
  • adjective
  • - easy to understand or do; not complicated

année

/ane/

A2
  • noun
  • - year

population

/ˌpɒpjʊˈleɪʃən/

B1
  • noun
  • - the number of people living in a particular area

nombre

/nɔ̃br/

B1
  • noun
  • - number

fois

/fwa/

B1
  • noun
  • - times

équation

/ekwaˈsjɔ̃/

B1
  • noun
  • - equation

croissance

/kʁwasɑ̃s/

B1
  • noun
  • - growth

maximum

/makˈsimɔm/

B2
  • noun
  • - the greatest possible amount or degree

terme

/tɛʁm/

B2
  • noun
  • - term

fonction

/fɔ̃ksjɔ̃/

B2
  • noun
  • - function

valeur

/valœʁ/

B2
  • noun
  • - value

cycle

/ˈsaɪkl/

B2
  • noun
  • - a series of events that are regularly repeated in the same order

équilibre

/ekilibʁ/

C1
  • noun
  • - balance

chaos

/ˈkeɪɒs/

C1
  • noun
  • - complete disorder and confusion

bifurcation

/bɪfəːˈkeɪʃən/

C1
  • noun
  • - the division of something into two branches or parts

fractal

/ˈfræktəl/

C1
  • noun
  • - a geometric shape that can be split into parts, each of which is a reduced-size copy of the whole

diagramme

/djagʁam/

C1
  • noun
  • - diagram

constante

/kɔ̃.stɑ̃t/

C2
  • noun
  • - constant

“simple, année, population” – got them all figured out?

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Key Grammar Structures

Coming Soon!

We're updating this section. Stay tuned!

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