很多科学爱好者也许都会对二十世纪六、 七十年代兴起, 直到今天依然比较热门的一个被称为 “混沌” 的学科有些印象。 1987 年,
美国作家格莱克写了一本荣获普利策奖的热门图书, 叫做《混沌: 开创新科学》。 这本风靡一时的科普图书的第一章的标题叫做 “蝴蝶效应”。
这一名称后来还被电影导演看中, 成为了 2004 年一部票房不错的科幻电影的片名。 这个被图书作者和电影导演共同采用的 “蝴蝶效应” 究竟是什么呢? 我们来简单介绍一下。 所谓 “蝴蝶效应”, 是对混沌理论中一个重要特征的通俗表述,
即认为一只巴西的蝴蝶拍动翅膀, 就有可能在美国的得克萨斯州引发一场龙卷风。 这个名称一般被认为是混沌理论的早期研究者、 美国气象学家洛伦兹提出的。
但那其实是一个误会。 洛伦兹本人无论在论文还是研究报告中, 都没有率先使用过这一术语。 他倒是曾经用海鸥来作过比喻。 蝴蝶的登场乃是 1972
年他参加一次会议时所发生的小意外。 那一次, 他没有及时提供自己报告的标题, 会议主持者就替他拟了一个, 叫做 “巴西的蝴蝶拍动翅膀会引发德克萨斯的飓风吗?”
小小的蝴蝶从此成为了混沌理论的 “形象代言”。
但是, 世界上真的会有一只蝴蝶拍动翅膀, 就有可能在万里之外引发龙卷风的事情吗? 按照混沌理论, 答案是肯定的。 事实上,
这只不过是对一个很久以来就被人们注意到的, 细微因素有时会产生巨大影响这一现象的富有戏剧性的表述而已。 俗话中的 “差之毫厘, 谬之千里”、 “牵一发动全身”
等, 都在一定程度上体现了这种现象, 只不过以往没有人把它上升到理论高度, 也没有人为它构筑理论模型而已。 这种情况自十九世纪末以来其实就已经有了变化,
陆续有科学家注意到了在一些被称为非线性体系的复杂体系中, 会出现体系状态随时间的演化极端敏感地依赖于初始条件的现象, 即初始条件哪怕有极细微
(就像蝴蝶拍动翅膀造成的大气扰动那样细微) 的变化, 在经过一段时间之后, 也有可能会演变成极巨大 (就像龙卷风所造成的天气变化那样巨大) 的差异。
这种现象正是 “蝴蝶效应”。
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