何谓蝴蝶效应

核心提示“在南美洲亚马逊河流域的热带雨林中,一只蝴蝶偶尔扇动了几下翅膀,这可能造成两周后美国德克萨斯州的一场龙卷风。”从弱不禁风的蝴蝶翅膀到威力强大的龙卷风,它们之间的微妙因果关系有着一个非常具有诗意的名字:蝴蝶效应。而且,它被广泛认为是科学的,其

“在南美洲亚马逊河的热带雨林中,一只蝴蝶偶尔扇动几下翅膀,两周后可能会在美国德克萨斯州引发龙卷风。”从弱小的蝴蝶翅膀到强大的龙卷风,它们之间微妙的因果关系有一个很有诗意的名字:蝴蝶效应。而且它被广泛认为是科学的,内涵也从混沌理论的一种形象表达演变为对小因素的强调。但如果我们真的了解了“蝴蝶效应”这个术语的由来,就知道有些理解已经偏离了它的科学本质。

美国气象学家爱德华·洛伦茨首先提出了“蝴蝶效应”。1963年,在提交给纽约科学院的一篇论文中,他分析了他在研究气象变化时发现的一个现象:他用几组方程模拟气象变化,当他稍微改变初始条件时,计算结果就变得非常不同。对于这种现象,爱德华·洛伦茨的原话是:一只海鸥扇动翅膀,就足以永远改变天气。如果他一直使用这种表达方式,我们今天可能会使用“海鸥效应”这个词。不过后来他接受了一个同事的建议,把海鸥换成了更有诗意的蝴蝶。至于这篇文章的开篇段落,则来自于他1972年在美国科学发展学会第139次会议上的演讲题目:巴西一只蝴蝶扇动翅膀是否会在得克萨斯州引发龙卷风。有趣的是,这个标题其实不是爱德华·洛伦茨本人写的,而是一个叫菲利普·梅里利斯的人写的。所以后来爱德华·洛伦茨做类似演讲的时候,对于蝴蝶在哪里,龙卷风吹到哪里,就有些武断了。

总之,爱德华·洛伦茨的发现使他成为混沌理论的先驱之一,他也因此获得了“混沌之父”的美誉。实际上,他使用“蝴蝶”这个术语是合乎逻辑的,因为当他用来模拟天气变化的图形出现混乱时,它看起来非常像蝴蝶张开的翅膀。

混沌中的蝴蝶效应是指在一个动态系统中,初始条件的微小变化就能带动整个系统长期的巨大连锁反应,产生不可预知的结果。蝴蝶效应常用于天气、股市等复杂系统。说明事物发展的结果对初始条件极其敏感,初始条件的微小偏差都会造成结果的巨大差异。所以目前气象界一般只追求8-15天内天气预报的准确性。对于更长期的天气预报,由于误差可能非常大,预报的意义已经很低了。

此外,蝴蝶效应还有社会学的含义:一个不好的微小的机制,如果不及时引导和调整,会给社会带来巨大的危害;一个好的微小机制,只要正确引导,经过一段时间的努力,就会产生轰动效应。几部以“蝴蝶效应”为主题的电影生动地诠释了人们的想法。2004年,美国电影《蝴蝶效应》赋予了主人公通过蝴蝶效应改变所有人悲惨命运的能力。2016年的印度电影《Nannaku Prematho》通过对人类情绪的描写,揭示了情绪宣泄的巨大作用。但也有人认为这是对蝴蝶效应的错误解读。任何事情的发生都是有原因的,但并不是各种小因素在最后的结果中起到实际作用。

此外,即使在天气预报中,蝴蝶效应实际上也没有发挥实际作用。根据气象学家詹姆斯·安南(James Annan)和威廉·康纳利(William Connolley)的说法,天气预报确实会受到混沌理论的影响,但在实际的天气预报中,有许多更重要的不确定因素需要注意,像蝴蝶扇动翅膀这样的小因素需要太长时间才能反映出来,所以它们实际上对天气预报没有直接影响。嗯,不要迷信“蝴蝶效应”。

 
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