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蝴蝶效应

2020-07-05运营百科3316

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。它是一种混沌现象,说明了任何事物发展均存在定数与变数,事物在发展过程中其发展轨迹有规律可循,同时也存在不可测的“变数”,往往还会适得其反,一个微小的变化能影响事物的发展,证实了事物的发展具有复杂性。

美国气象学家爱德华·罗伦兹(Edward N.Lorenz)于1963年,在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。

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理论由来

美国气象学家爱德华·罗伦兹(Edward N.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。”其原因就是蝴蝶扇动翅膀的运动,导致其身边的空气系统发生变化,并产生微弱的气流,而微弱的气流的产生又会引起四周空气或其他系统产生相应的变化,由此引起一个连锁反应,最终导致其他系统的极大变化。他称之为混沌学。当然,“蝴蝶效应”主要还是关于混沌学的一个比喻。也是蝴蝶效应的真实反应。不起眼的一个小动作却能引起一连串的巨大反应。

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,而且十分像一只张开双翅的蝴蝶,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

罗伦兹发现,由于误差会以指数形式增长,在这种情况下,一个微小的误差随着不断推移造成了巨大的后果。后来,罗伦兹在一次演讲中提出了这一问题。他认为,在大气运动过程中,即使各种误差和不确定性很小,也有可能在过程中将结果积累起来,经过逐级放大,形成巨大的大气运动。所以,长期的准确预测天气是不可能的。

于是,罗伦兹认定,他发现了新的现象:事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性。他于是认定这为:“对初始值的极端不稳定性”,即:“混沌”,又称“蝴蝶效应”。

理论研究

某地上空一只小小的蝴蝶扇动翅膀而扰动了空气,长时间后可能导致遥远的彼地发生一场暴风雨,以此比喻长时期大范围天气预报往往因一点点微小的因素造成难以预测的严重后果。微小的偏差是难以避免的,从而使长期天气预报具有不可预测性或不准确性。长时期大范围天气预报是对于地球大气这个复杂系统进行观测计算与分析判断,它受到地球大气温度、湿度、压力诸多随时随地变化的因素的影响与制约,可想其综合效果的预测是难以精确无误的、蝴蝶效应是在所难免的。我们人类研究的对象还涉及到其他复杂系统(包括“自然体系”与“社会体系”),其内部也是诸多因素交相制约错综复杂,其“相应的蝴蝶效应”也是在所难免的。“今天的蝴蝶效应”或者“广义的蝴蝶效应”已不限于当初爱德华·诺顿·罗伦兹的蝴蝶效应仅对天气预报而言,而是一切复杂系统对初值极为敏感性的代名词或同义语,其含义是:对于一切复杂系统,在一定的“阈值条件”下,其长时期大范围的未来行为,对初始条件数值的微小变动或偏差极为敏感,即初值稍有变动或偏差,将导致未来前景的巨大差异,这往往是难以预测的或者说带有一定的随机。

蝴蝶效应是说,初始条件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。有些小事可以忽略,有些小事如经系统放大,则对一个组织、一个国家来说是很重要的,就不能忽略。

“蝴蝶效应”的初始就是混沌的,在不准确或者说是不精确中产生的,所以什么样的可能都会发生。

蝴蝶效应是混沌学理论中的一个概念。它是指对初始条件敏感性的一种依赖现象:输入端微小的差别会迅速放大到输出端,蝴蝶效应在经济生活中比比皆是。

科学家给混沌下的定义是:混沌是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动,一个确定性理论描述的系统,其行为却表现为不确定性一不可重复、不可预测,这就是混沌现象。进一步研究表明,混沌是非线性动力系统的固有特性,是非线性系统普遍存在的现象。牛顿确定性理论能够完美处理的多为线性系统,而线性系统大多是由非线性系统简化来的。因此,在现实生活和实际工程技术问题中,混沌是无处不在的。从洛伦茨第一次发现混沌现象至今,关于混沌的研究一直是科学家、社会学家、人文学家所关注的。研究混沌,其实就是发现无序中的有序,但今天的世界仍存在着太多的无法预测,混沌,这个话题也必将成为全人类性的问题。在此,由于知识有限,我们只是做了极其肤浅的介绍和引入,希望有更多人能走进混沌之门,以更深邃的眼光来审视这个世界。今后或许能致力于此方面的研究。

实际应用

2003年,美国发现一宗疑似疯牛病案例,马上就给刚刚复苏的美国经济带来一场破坏性很强的飓风。扇动“蝴蝶翅膀”的,是那头倒霉的“疯牛”,受到冲击的,首先是总产值高达1750亿美元的美国牛肉产业和140万个工作岗位;而作为养牛业主要饲料来源的美国玉米和大豆业,也受到波及,其期货价格呈现下降趋势。但最终推波助澜,将“疯牛病飓风”损失发挥到最大的,还是美国消费者对牛肉产品出现的信心下降。在全球化的今天,这种恐慌情绪不仅造成了美国国内餐饮企业的萧条,甚至扩散到了全球,至少11个国家宣布紧急禁止美国牛肉进口,连远在大洋彼岸中国广东等地的居民都对西式餐饮敬而远之。这让人联想到时下的禽流感,最初在个别国家发现的禽流感,很快波及全球,就算在没有发现禽流感的地区或国家,人们也会谈“鸡”色变。

1998年亚洲发生的金融危机和美国曾经发生的股市风暴实际上就是经济运作中的“蝴蝶效应”;1998年太平洋上出现的“厄尔尼诺”现象就是大气运动引的“蝴蝶效应”。“蝴蝶效应”是混沌运动的表现形式。当我们进而考察生命现象时,既非完全周期,又非纯粹随机,它们既有“锁频”到自然界周期过程(季节、昼夜等)的一面,又保持着内在的“自治”性质。蝴蝶效应也是混沌学理论中的一个概念。它是指对初始条件敏感性的一种依赖现象:输入端微小的差别会迅速放大到输出端压倒一切的差别,好像一只蝴蝶今天在北京扇动翅膀,可能在大气中引发一系列事件,从而导致某个月纽约一场暴风雨的发生。


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2020-07-15

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