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蝴蝶效应( The Butterfly Effect)

时间:2010-08-07 13:36:44  来源:  作者:

蝴蝶效应( The Butterfly Effect)是指在一个动力系统中,初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。这是一种混沌现象。蝴蝶在热带轻轻扇动一下翅膀,遥远的国家就可能造成一场飓风。蝴蝶效应也是系列科幻惊悚电影的名称,《蝴蝶效应 1》于2004年上映,续集《蝴蝶效应2》于2006年上映,《蝴蝶效应3》是一部前传性质的电影,于2009年上映。玛利亚·凯莉于2008年推出的新碟也以《蝴蝶效应》为名。

 美国气象学家爱德华·罗伦兹(Edward Lorenz)1963年在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。“一个气象学家提及,如果这个理论被证明正确,一只海鸥扇动翅膀足以永远改变天气变化。”在以后的演讲和论文中他用了更加有诗意的蝴蝶。对于这个效应最常见的阐述是:“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀,可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风。”   这句话的来源,是这位气象学家制作了一个电脑程序,这个可以模拟气候的变化,并用图像来表示。最后他发现,图像是混沌的,而且十分像一只蝴蝶张开的双翅,因而他形象地将这一图形以“蝴蝶扇动翅膀”的方式进行阐释,于是便有了上述的说法。   蝴蝶效应通常用于天气、股票市场等在一定时段难以预测的比较复杂的系统中。此效应说明,事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性,初始条件的极小偏差,将会引起结果的极大差异。   蝴蝶效应在社会学界用来说明:一个坏的微小的机制,如果不加以及时地引导、调节,会给社会带来非常大的危害,戏称为“龙卷风”或“风暴”;一个好的微小的机制,只要正确指引,经过一段时间的努力,将会产生轰动效应,或称为“革命”。   蝴蝶效应在混沌学中也常出现,又被称作非线性。    先从美国麻省理工学院气象学家罗伦兹(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,意图利用计算机的高速运算来提高长期天气预报的准确性。1963年的一次试验中,为了更细致地考察结果,他把一个中间解0.506取出,提高精度到0.506127再送回。而当他到咖啡馆喝了杯咖啡以后回来再看时却大吃一惊:本来很小的差异,结果却偏离了十万八千里!再次验算发现计算机并没有毛病,洛伦兹(Lorenz)发现,由于误差会以指数级增长,所以在这种情况下,一个微小的误差随着不断推移将会造成截然不同的后果。他于是认定其为“对初始值的极端不稳定性”,即“混沌 ”,又称“蝴蝶效应”,南美洲蝴蝶拍拍翅膀,将使北美洲几个月后出现比狂风还厉害的龙卷风!   这个发现非同小可,以至于科学家都不理解,几家科学杂志也都拒登他的文章,他们认为这“违背常理”:相近的初值代入确定的方程,结果也应相近才对,怎么能大大偏离呢!   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?大家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。   激光的生成就是非线性的!当外加电压较小时,激光器犹如普通电灯,光向四面八方散射;而当外加电压达到某一定值时,会突然出现一种全新现象:受激原子好象听到“向右看齐”的命令,发射出相位和方向都一致的单色光,就是激光。   非线性的特点是:横断各个专业,渗透各个领域,几乎可以说是:“无处不在时时有。”   如:天体运动存在混沌;电、光与声波的振荡,会突陷混沌;地磁场在400万年间,方向突变16次,也是由于混沌。甚至人类自己,原来都是非线性的:与传统的想法相反,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。   由此可见,非线性就在我们身边,躲也躲不掉了。

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