Teoria haosului se referă la comportamentul anumitor sisteme de mișcare, cum ar fi curenții oceanici sau creșterea populației, pentru a fi deosebit de sensibile la schimbări minuscule ale condițiilor de pornire care au ca rezultat rezultate drastic diferite. Spre deosebire de ceea ce implică în mod colocvial, teoria haosului nu înseamnă că lumea este haotică metaforic și nici nu se referă la entropie, prin care sistemele tind în mod natural către dezordine. Teoria haosului se bazează pe incertitudinea inerentă măsurătorilor, pe precizia predicțiilor și pe comportamentul neliniar al sistemelor aparent liniare.
Înainte de mecanica cuantică, teoria haosului a fost prima idee „ciudată” a fizicii. În 1900, Henri Poincaré s-a gândit la relația dintre valori în diferite momente ale unui sistem al cărui comportament general ar putea fi prezis cu precizie, cum ar fi o planetă pe orbită. El și-a dat seama că o măsurătoare, cum ar fi poziția, viteza sau timpul, nu poate fi niciodată identificată cu exactitate, deoarece fiecare instrument care ar putea fi dezvoltat ar avea o limită a sensibilității sale. Adică, nicio măsurătoare nu este infinit de precisă.
Poincaré știa că mișcarea este descrisă în mod determinist de o serie de ecuații care pot prezice cu exactitate lucruri precum unde va ajunge o minge dacă este rostogolită pe o rampă. El a teoretizat, totuși, că o mică diferență în condițiile inițiale, bazată pe variații aproape nesemnificative ale unei măsurători precum masa, ar putea avea ca rezultat două rezultate macroscopice complet diferite, departe, departe în viitor. Această teorie a fost numită instabilitate dinamică, iar mai târziu oamenii de știință au confirmat veridicitatea ideilor sale.
Prin urmare, teoria haosului studiază modul în care sistemele organizate și stabile nu pot da întotdeauna predicții semnificative pentru un timp mult mai târziu, chiar dacă comportamentul pe termen scurt urmează mai îndeaproape așteptările. De fapt, orice predicții pe care le produce ar putea fi atât de divergente încât nu sunt mai bune decât presupunerile. Este contraintuitiv că o valoare mai precisă nu ar produce o ieșire mai precisă.
Efectul de bulgăre de zăpadă al unei schimbări minuscule în circumstanțe influente este denumit efect fluture. Această metaforă sugerează că un fluture care bate din aripi, o influență aproape imperceptibilă, ar putea contribui la dezvoltarea unui uragan pe cealaltă parte a globului. Edward Lorenz a făcut primele simulări pe computer în anii 1960 care au demonstrat instabilitate dinamică cu ecuații și date reale.
Condițiile inițiale nu pot fi deduse din condițiile ulterioare și nici invers, în mai multe sisteme importante, cum ar fi presiunea atmosferică și curenții oceanici care contribuie la vremea și clima. Acesta nu este doar un scenariu real, rezultat din prea puține termometre în ocean. Teoria haosului este o teorie verificabilă, consistentă din punct de vedere matematic, care arată că, uneori, măsurătorile din ce în ce mai precise introduse în ecuații nu dau predicții din ce în ce mai precise, ci mai degrabă valori atât de extreme divergente încât sunt practic inutile.
Unii fizicieni lucrează la conexiuni între această aparentă aleatorie și structura pe scară largă. Ei investighează modelele climatului global, distribuția în masă a galaxiilor în superclustere și variația populației la scară de timp geologică. Ei emit ipoteza că, la nivel macroscopic, anumite tipuri de organizare și consistență au fost posibile doar prin dezordinea și inconsecvența teoriei haosului.