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ZT 什么是蝴蝶效应

本文发表在 rolia.net 枫下论坛什么是蝴蝶效应?先从美国麻省理工学院气象学家洛伦兹(Lorenz)的发现谈起。为了预报天气,他用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了更细致地考察结果,他把一个中间解取出,提高精度再送回。当他喝了杯咖啡以后回来再看时竟大吃一惊:本来很小的差异,结果却偏离了十万八千里!初始输入数据的小数点后第四位进行了四舍五入,而造成了输出结果的迅速偏离,使前后计算结果的两条曲线相似性完全消失了。计算机没有毛病,于是,洛伦兹(Lorenz)认定,他发现了新的现象:“对初始值的极端不稳定性”,即:“混沌”,又称“蝴蝶效应”!
这个发现非同小可,以致科学家都不理解,几家科学杂志也都拒登他的文章,认为“违背常理”:相近的初值代入确定的方程,结果也应相近才对,怎幺能大大远离呢!

1979年12月,洛伦兹(Lorenz)在华盛顿的美国科学促进会的一次讲演中提出:一只蝴蝶在巴西扇动翅膀,有可能会在美国的德克萨斯引起一场龙卷风。在大气运动过程中,即使各种误差和不确定性很小,也有可能在过程中将结果积累起来,经过逐级放大,形成巨大的大气运动。“蝴蝶效应”所要表达的意思是“对初始条件的敏感依赖性”。他的演讲和结论给人们留下了极其深刻的印象。从此以后,所谓“蝴蝶效应”之说就不胫而走,名声远扬了。

“蝴蝶效应”之所以令人着迷、令人激动、发人深省,不但在于其大胆的想象力和迷人的美学色彩,更在于其深刻的科学内涵和内在的哲学魅力。

线性,指量与量之间按比例、成直线的关系,在空间和时间上代表规则和光滑的运动;而非线性则指不按比例、不成直线的关系,代表不规则的运动和突变。如问:两个眼睛的视敏度是一个眼睛的几倍?很容易想到的是两倍,可实际是6-10倍!这就是非线性:1+1不等于2。

健康人的脑电图和心脏跳动并不是规则的,而是混沌的,混沌正是生命力的表现,混沌系统对外界的刺激反应,比非混沌系统快。

混沌理论认为在混沌系统中,初始条件的十分微小的变化经过不断放大,对其未来状态会造成极其巨大的差别。我们可以用在西方流传的一首民谣对此作形象的说明。这首民谣说:

 

丢失一个钉子,坏了一只蹄铁;

坏了一只蹄铁,折了一匹战马;

折了一匹战马,伤了一位骑士;

伤了一位骑士,输了一场战斗;

输了一场战斗,亡了一个帝国。

 

马蹄铁上一个钉子是否会丢失,本是初始条件的十分微小的变化,但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。

巴西森林里的一只斑斓蝴蝶漫不经心振动翅膀,很可能就会引起加州的一场无数人无家可归的暴风雪;微观世界的细微运动可能造成宏观世界的巨大震动。在这种理论中,决定一切的是不可逆料的偶然;或者说,偶然就是世界的主宰,偶然就是人的命运。这点,也许古代的人比现代人还要了知得透彻。底比斯的国王俄狄浦斯不懂什么是蝴蝶效应,但他刺瞎自己的眼睛之后内心透亮,知道自己必须接受偶然安排的命运——对于他来说,他的神不是别的,就是偶然。偶然就是神定的意志,它过于疯狂,使人无法抗逆,正如一句电影台词里所说的,“每个人偶然来到这个世界,都是由于一个男人和一个女人的一次疯狂举动。”更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
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  • 枫下拾英 / 心灵感悟 / ZT 什么是蝴蝶效应
    本文发表在 rolia.net 枫下论坛什么是蝴蝶效应?先从美国麻省理工学院气象学家洛伦兹(Lorenz)的发现谈起。为了预报天气,他用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了更细致地考察结果,他把一个中间解取出,提高精度再送回。当他喝了杯咖啡以后回来再看时竟大吃一惊:本来很小的差异,结果却偏离了十万八千里!初始输入数据的小数点后第四位进行了四舍五入,而造成了输出结果的迅速偏离,使前后计算结果的两条曲线相似性完全消失了。计算机没有毛病,于是,洛伦兹(Lorenz)认定,他发现了新的现象:“对初始值的极端不稳定性”,即:“混沌”,又称“蝴蝶效应”!
    这个发现非同小可,以致科学家都不理解,几家科学杂志也都拒登他的文章,认为“违背常理”:相近的初值代入确定的方程,结果也应相近才对,怎幺能大大远离呢!

    1979年12月,洛伦兹(Lorenz)在华盛顿的美国科学促进会的一次讲演中提出:一只蝴蝶在巴西扇动翅膀,有可能会在美国的德克萨斯引起一场龙卷风。在大气运动过程中,即使各种误差和不确定性很小,也有可能在过程中将结果积累起来,经过逐级放大,形成巨大的大气运动。“蝴蝶效应”所要表达的意思是“对初始条件的敏感依赖性”。他的演讲和结论给人们留下了极其深刻的印象。从此以后,所谓“蝴蝶效应”之说就不胫而走,名声远扬了。

    “蝴蝶效应”之所以令人着迷、令人激动、发人深省,不但在于其大胆的想象力和迷人的美学色彩,更在于其深刻的科学内涵和内在的哲学魅力。

    线性,指量与量之间按比例、成直线的关系,在空间和时间上代表规则和光滑的运动;而非线性则指不按比例、不成直线的关系,代表不规则的运动和突变。如问:两个眼睛的视敏度是一个眼睛的几倍?很容易想到的是两倍,可实际是6-10倍!这就是非线性:1+1不等于2。

    健康人的脑电图和心脏跳动并不是规则的,而是混沌的,混沌正是生命力的表现,混沌系统对外界的刺激反应,比非混沌系统快。

    混沌理论认为在混沌系统中,初始条件的十分微小的变化经过不断放大,对其未来状态会造成极其巨大的差别。我们可以用在西方流传的一首民谣对此作形象的说明。这首民谣说:

     

    丢失一个钉子,坏了一只蹄铁;

    坏了一只蹄铁,折了一匹战马;

    折了一匹战马,伤了一位骑士;

    伤了一位骑士,输了一场战斗;

    输了一场战斗,亡了一个帝国。

     

    马蹄铁上一个钉子是否会丢失,本是初始条件的十分微小的变化,但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。

    巴西森林里的一只斑斓蝴蝶漫不经心振动翅膀,很可能就会引起加州的一场无数人无家可归的暴风雪;微观世界的细微运动可能造成宏观世界的巨大震动。在这种理论中,决定一切的是不可逆料的偶然;或者说,偶然就是世界的主宰,偶然就是人的命运。这点,也许古代的人比现代人还要了知得透彻。底比斯的国王俄狄浦斯不懂什么是蝴蝶效应,但他刺瞎自己的眼睛之后内心透亮,知道自己必须接受偶然安排的命运——对于他来说,他的神不是别的,就是偶然。偶然就是神定的意志,它过于疯狂,使人无法抗逆,正如一句电影台词里所说的,“每个人偶然来到这个世界,都是由于一个男人和一个女人的一次疯狂举动。”更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
    • 打个岔:如果这个蝴蝶不扇翅膀,那会有千万个蝴蝶在其他地方扇。--历史的发展是偶然的吗?