Question

“蝴蝶效应”是什么？

Answer 1

什么是蝴蝶效应？

Answer 2

非线性，俗称“蝴蝶效应”。

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。而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！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”，亚洲蝴蝶拍拍翅膀，将使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！

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。

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。

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。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。

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”。

有点不可思议，但是确实能够造成这样的恶果。一个明智的领导人一定要防微杜渐，看似一些极微小的事情却有可能造成集体内部的分崩离析，那时岂不是悔之晚矣？

横过深谷的吊桥，常从一根细线拴个小石头开始。

Answer 3

对于这个效应，最常见的阐述是：一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。也就是说，在长时间和大范围内，微小的空气系统变化，可能导致连锁反应，并最终导致其他系统产生极大变化。

Answer 4

　　只亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，两周后，可能在美国德克萨斯州引起一场龙卷风。

　　蝴蝶与龙卷风 20世纪60年代初，气象学家爱德华·洛伦兹（EdwardLorenz，麻省理工学院教授，混沌学开创人之一）利用计算机进行「数值天气预报」的试验。他发觉，只要输入的资料存在微小的差异，计算的结果就会出现极大分别，「差之毫厘，谬以千里」正是形容这种情况。这说明，「数值天气预报」在一定程度上也具有不可预测性。

　　基於这个发现和广泛的研究，洛伦兹1972年12月29日在华盛顿的美国科学发展学会上发 表了一篇演说，题为《可预测性：一只在巴西翩翩起舞的蝴蝶可否在德克萨斯州引起龙卷风？》。演说的大意为：一只亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，两周后，可能在美国德克萨斯州引起一场龙卷风。原因在於，蝴蝶翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并引起微弱气流的产生，而微弱气流的产生，又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起连锁反映，最终导致天气系统的极大变化。

　　洛伦兹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、声名远扬了。蝴蝶效应说明，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。

　　我们可以用广泛流传的一首民谣对蝴蝶效应做出形象的说明，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。

　　马蹄铁上的一个钉子是否丢失，本是一种十分微小的变化，但其「长期」效应是一个帝国的存与亡。这就是「蝴蝶效应」在军事和政治领域中的应用。是不是有点不可思议？但是事实就是如此，一些看似极微小的事情却有可能造成非常严重的后果，因此在任何事情上都应做到防微杜渐。

　　天气预报可信吗

　　有趣的是，在洛伦兹发表划时代的论文之后，传媒上就充满了关於「蝴蝶效应」五花八门的报道，它们似乎都简单地宣布「天气预报是不可能的」。但洛伦兹本人的思想并非如此简单，他的意思是天气预报并不能做到完全准确。当天气急剧变化，预报又未能准确反映，大家很自然会想起「天有不测风云」这句话。究竟这话有没有科学基础？天气预报往往不够准确，这是计算出现问题，还是科学尚有不足之处呢？

　　虽然二十世纪的科学出现了相对论及量子力学等新理论，但牛顿力学在一般日常生活上——包括天气预报、建筑设计、飞机工程等——仍然适用。近年来，随著信息技术的高速发展，以牛顿力学为基础来模拟天气的变化——一般称为「数值天气预报」，已经成为预测天气的一个主流。

　　为了使数值天气预报更加准确，科学家双管齐下：一方面深入研究大气的复杂微妙的变化，例如台风的内部结构，雷暴的生成消失过程等，务求精益求精；另一方面加强气象观测，例如增加观测点，发展卫星及雷达技术等，从而获得更多的气象资料。

　　其实，由於气候变化是十分复杂的，所以在预测天气时，输入的初始条件不可能包含所有的影响因素（通常的简化方法是忽略次要因素，保留主要因素），而那些被忽略的次要因素却可能对预报结果产生重大影响，导致错误的结论。

　　由此，洛伦兹认定，尽管拥有高速计算机和精确的测量数据（温度、气压、卫星风云信息等），也难以获得长期准确的天气预报。洛伦兹用超人的毅力将影响天气的500万个变量压缩到3个变量。以数学家的眼光和风格，实实在在地证明一个简单的三阶非线性系统就能出现「混沌」（Chaos），从而令人信服地证明天气系统是混沌的。

Answer 5

对于这个效应，最常见的阐述是：一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。也就是说，在长时间和大范围内，微小的空气系统变化，可能导致连锁反应，并最终导致其他系统产生极大变化。