穿越之落櫻郡主 作品相關 蝴蝶效應

作者 ︰ 晴天vs

美國氣象學家愛德華•羅倫茲(EdwardLorenz)1963年在一篇提交紐約科學院的論文中分析了這個效應。「一個氣象學家提及,如果這個理論被證明正確,一個海鷗扇動翅膀足以永遠改變天氣變化。」在以後的演講和論文中他用了更加有詩意的蝴蝶。對于這個效應最常見的闡述是︰「一只蝴蝶在巴西輕拍翅膀,可以導致一個月後德克薩斯州的一場龍卷風。」

這句話的來源,是這位氣象學家制作了一個電腦程序,這個可以模擬氣候的變化,並用圖像來表示。最後他發現,圖像是混沌的,而且十分像一只蝴蝶張開的雙翅,因而他形象地將這一圖形以「蝴蝶扇動翅膀」的方式進行闡釋,于是便有了上述的說法。

通常用于天氣、股票市場等在一定時段難以預測的比較復雜的系統中。此效應說明,事物發展的結果,對初始條件具有極為敏感的依賴性,初始條件的極小偏差,將會引起結果的極大差異。

在社會學界用來說明︰一個壞的微小的機制,如果不加以及時地引導、調節,會給社會帶來非常大的危害,戲稱為「龍卷風」或「風暴」;一個好的微小的機制,只要正確指引,經過一段時間的努力,將會產生轟動效應,或稱為「革命」。

在混沌學中也常出現,又被稱作非線性。

先從美國麻省理工學院氣象學家羅倫茲(Lorenz)的發現談起。為了預報天氣,他用計算機求解仿真地球大氣的13個方程式,意圖利用計算機的高速運算來提高長期天氣預報的準確性。1963年的一次試驗中,為了更細致地考察結果,他把一個中間解0.506取出,提高精度到0.506127再送回。而當他到咖啡館喝了杯咖啡以後回來再看時卻大吃一驚︰本來很小的差異,結果卻偏離了十萬八千里!再次驗算發現計算機並沒有毛病,洛倫茲(Lorenz)發現,由于誤差會以指數級增長,所以在這種情況下,一個微小的誤差隨著不斷推移將會造成截然不同的後果。他于是認定其為「對初始值的極端不穩定性」,即「混沌」,又稱「」,亞洲蝴蝶拍拍翅膀,將使美洲幾個月後出現比狂風還厲害的龍卷風!

這個發現非同小可,以至于科學家都不理解,幾家科學雜志也都拒登他的文章,他們認為這「違背常理」︰相近的初值代入確定的方程,結果也應相近才對,怎麼能大大偏離呢!

線性,指量與量之間按比例、成直線的關系,在空間和時間上代表規則和光滑的運動;而非線性則指不按比例、不成直線的關系,代表不規則的運動和突變。如問︰兩個眼楮的視敏度是一個眼楮的幾倍?大家很容易想到的是兩倍,可實際是6-10倍!這就是非線性︰1+1不等于2。

激光的生成就是非線性的!當外加電壓較小時,激光器猶如普通電燈,光向四面八方散射;而當外加電壓達到某一定值時,會突然出現一種全新現象︰受激原子好象听到「向右看齊」的命令,發射出相位和方向都一致的單色光,就是激光。

非線性的特點是︰橫斷各個專業,滲透各個領域,幾乎可以說是︰「無處不在時時有。」

如︰天體運動存在混沌;電、光與聲波的振蕩,會突陷混沌;地磁場在400萬年間,方向突變16次,也是由于混沌。甚至人類自己,原來都是非線性的︰與傳統的想法相反,健康人的腦電圖和心髒跳動並不是規則的,而是混沌的,混沌正是生命力的表現,混沌系統對外界的刺激反應,比非混沌系統快。

由此可見,非線性就在我們身邊,躲也躲不掉了。

「」之所以令人著迷、令人激動、發人深省,不但在于其大膽的想象力和迷人的美學色彩,更在于其深刻的科學內涵和內在的哲學魅力。混沌理論認為在混沌系統中,初始條件的十分微小的變化經過不斷放大,對其未來狀態會造成極其巨大的差別。我們可以用在西方流傳的一首民謠對此作形象的說明。

這首民謠說︰

丟失一個釘子,壞了一只蹄鐵;

壞了一只蹄鐵,折了一匹戰馬;

折了一匹戰馬,傷了一位騎士;

傷了一位騎士,輸了一場戰斗;

輸了一場戰斗,亡了一個帝國。

馬蹄鐵上一個釘子是否會丟失,本是初始條件的十分微小的變化,但其「長期」效應卻是一個帝國存與亡的根本差別。這就是軍事和政治領域中的所謂「」。有點不可思議,但是確實能夠造成這樣的惡果。一個明智的領導人一定要防微杜漸,看似一些極微小的事情卻有可能造成集體內部的分崩離析,那時豈不是悔之晚矣?橫過深谷的吊橋,常從一根細線拴個小石頭開始。

「」的理論以實證手段證明了中國1300多年前《禮記•經解》︰「《易》曰︰‘君子慎始,差若毫厘,繆以千里。’」《魏書•樂志》︰「但氣有盈虛,黍有巨細,差之毫厘,失之千里。」的哲學思想,從這點說明感知比認知來得直接,其所謂的吸引子就是《混元場論》中元外場作用,其《混沌學》的非線性理論就是《混元場論》場中對象元獨立的絕對計數時間體系。

的研討意義︰混沌和非混沌,邏輯演繹系統和斷層之間的選擇問題,就是我們關注的意義所在,中國古代也有學派注重善始善終的問題,是說善于展開一個系統,也善于結束這個系統,以這個為目的而研究的方法論。進而,可以說,實質是一種方法論,這種方法論,承認系統的邊界,是建立在宇宙無限論之上的探討宇宙的有限性的方法。

中國《韓非子•喻老》昔者紂為象箸而箕子怖。以為象箸必不加于土鉶,必將犀玉之杯。象箸玉杯必不羹菽藿,則必旄象豹胎。旄象豹胎必不衣短褐而食于茅屋之下,則錦衣九重,廣室高台。吾畏其卒,故怖其始。居五年,紂為肉圃,設炮烙,登糟邱,臨酒池,紂遂以亡。故箕子見象箸以知天下之禍,故曰︰『見小曰明。』

商紂的王叔箕子見到紂王用象牙筷子就很害怕,因為有了象牙筷子,杯子也換成發犀玉杯,有了象牙筷子犀玉杯就不吃粗食豆湯,要吃牛肉,象肉,豹肉,未出世的胎肉等精美的食物。吃牛肉象肉豹肉胎肉,就不會穿著短的粗布衣在茅屋中食飯,就穿著很多華衣美服,在華麗的宮殿進食。箕子怕他亡國。

有點不可思議,但是確實能夠造成這樣的惡果。一個明智的領導人一定要防微杜漸,看似一些極微小的事情卻有可能造成集體內部的分崩離析,那時豈不是悔之晚矣?橫過深谷的吊橋,常從一根細線拴個小石頭開始。

其原因在于︰蝴蝶翅膀的運動,導致其身邊的空氣系統發生變化,並引起微弱氣流的產生,而微弱氣流的產生又會引起它四周空氣或其他系統產生相應的變化,由此引起連鎖反應,最終導致其他系統的極大變化。

此效應說明,事物發展的結果,對初始條件具有極為敏感的依賴性,初始條件的極小偏差,將會引起結果的極大差異。如︰天體運動存在混沌;電、光與聲波的振蕩,會突陷混沌;地磁場在400萬年間,方向突變16次,也是由于混沌。甚至人類自己,原來都是非線性的︰與傳統的想法相反,健康人的腦電圖和心髒跳動並不是規則的,而是混沌的,混沌正是生命力的表現,混沌系統對外界的刺激反應,比非混沌系統快。

由此可見,非線性就在我們身邊,躲也躲不掉了。

科學家給混沌下的定義是︰混沌是指發生在確定性系統中的貌似隨機的不規則運動,一個確定性理論描述的系統,其行為卻表現為不確定性一不可重復、不可預測,這就是混沌現象。進一步研究表明,混沌是非線性動力系統的固有特性,是非線性系統普遍存在的現象。牛頓確定性理論能夠完美處理的多為線性系統,而線性系統大多是由非線性系統簡化來的。因此,在現實生活和實際工程技術問題中,混沌是無處不在的。洛倫茨第一次發現混沌現象,至今,關于混沌的研究一直是科學家、社會學家、人文學家所關注的。研究混沌,其實就是發現無序中的有序,但今天的世界仍存在著太多的無法預測,混沌,這個話題也必將成為全人類性的問題。在此,由于知識有限,我們只是做了極其膚淺的介紹和引入,希望有更多人能走進混沌之門,以更深邃的眼光來審視這個世界。今後或許能致力于此方面的研究。

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