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伴着那只蝴蝶洛伦茨重归“混沌”

来自于混沌,于混沌中发现“混沌”,最终复归于混沌———“混沌理论”之父、“蝴蝶效应”提出者、美国知名数学家与气象学家、麻省理工学院教授爱德华·洛伦茨(Edward Lorenz)4月16日因癌症病逝于马萨诸塞州剑桥市的家中,享年九十。他提出的“混沌理论”,被誉为20世纪最伟大的三大物理学发现之一。

混沌中发现“混沌理论”

1963年洛伦茨提出了 “混沌理论”,这一理论拥有巨大的影响力,其主要精神是,在混沌系统中,初始条件的微小变化,可能造成后续长期而巨大的连锁反应。此理论最为人所知的论述之一是“蝴蝶效应”:“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀,会使更多蝴蝶跟着一起振翅,最后将有数千只的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同挥动翅膀,结果可以导致一个月后在美国德州发生一场龙卷风。 ”

洛伦茨发现 “混沌理论”颇具戏剧性效果,也可以算是混混沌沌中发现的。1961年,冬季的一天,洛伦茨   在电脑上进行关于天气预报的计算。为了考察一个很长的序列,他走了一条捷径,没有令计算机从头运行,而是从中途开始。他把上次的输出直接打入作为计算的初值,然后他穿过大厅下楼,去喝咖啡。一小时后他回来时,发生了出乎意料的事。

第一次的计算机运算结果,打印只显示到小数点后三位的0.506,而非完整的小数点后六位:0.506127。这个远小于千分之一的差异,造成第二次的仿真结果和第一次完全不同。在短时间内,相似性完全消失了。进一步的计算表明,输入的细微差异可能很快成为输出的巨大差别。

洛伦茨从这个惊人的结果发现,准确预测天气只是人类的幻想,进而揭示出混沌现象具有不可预言性和对初始条件的极端敏感依赖性这两个基本特点,

洛伦茨最初使用的是“海鸥效应”来形容这种现象,不过这并不是一个完全新颖的比喻:爱伦坡曾声称人们挥着手可能会影响大气条件,但洛伦茨是第一次对此进行系统思考并形成新的理论的人。他把这一发现写成研究论文,于1963年出版,并于1972年正式提出“蝴蝶效应”这一著名的名词。

科学家们对混沌理论评价很高,认为“混沌学是物理学发生的第三次革命”,它与相对论、量子力学同被列为20世纪的最伟大发现之一。量子力学质疑微观世界的物理因果律,而混沌理论则紧接着否定了包括宏观世界拉普拉斯﹙Laplace﹚式的决定型因果律。目前,这一理论已被广泛应用于各个领域,如商业周期研究、动物种群动力学、流体运动、行星运转轨道、半导体电流、医学预测(如癫痫发作)以及军事等。

无处不在的混沌学

混沌理论(Chaos theory)是一种兼具质性思考与量化分析的方法,用以探讨动态系统中(如:人口移动、化学反应、气象变化、社会行为等)无法用单一的数据关系,而必须用整体、连续的数据关系才能加以解释及预测之行为。

在现实生活和实际工程技术问题中,混沌是无处不在的。1960年代混沌学的研究热悄然兴起,渗透到物理学、化学、生物学、生态学、力学、气象学、经济学、社会学等诸多领域,成为一门新兴学科。混沌的发现和混沌学的建立,同相对论和量子论一样,是对牛顿确定性经典理论的重大突破,为人类观察物质世界打开了一个新的窗口。

保罗·奥默罗德在《蝴蝶效应经济学》这本畅销书中认为,经济体就像一个社会有机体,实际上是一套生活在混沌世界中的复杂系统。市场是琢磨不定的蝴蝶,我们无时无刻不是生活在混沌的边缘,对经济的预测与控制很可能只是幻觉。

“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”。

来源:东方早报  伴着那只蝴蝶洛伦茨重归“混沌”


11:11, #, By xp
杂感:心领神会, 学习:科学新知