混沌理论:蝴蝶效应——11月18日科学史上的今天

2018-11-19作者:科学π工作室 编著编辑:书问阅读



中国有句古话:“君子慎始,差若毫厘,谬以千里。”这本是警世之言,类似的现象却常发生在科学领域之中,例如1962年所发现的“蝴蝶效应”。爱德华·诺顿·罗伦兹,美国的气象学家,被称为混沌理论之父,是“蝴蝶效应”的发现者。


为了研究全球气象规律,罗伦兹提出了一个简化的数学模型,这就是后来的罗伦兹方程。根据这个方程组,他使用计算机对全球天气进行模拟运算。一开始,他在方程的初始条件中,输入了一个只保留到小数点后第三位的数据,即0.506,得出了一个气象的预测结果。为了找到更精确的结果,他又把这个初始数据增加到小数点后的第六位,即0.506127。由于计算机运算要等待一段时间,他出去喝了一杯咖啡。等他回来时,结果与他的期望大相径庭,不仅没有更精确,反而面目全非。他重新检查了方程与数据,甚至连计算机也检查了一遍,一切运转都正常。


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通过这一奇异的现象,罗伦兹有了一个新发现,有些问题对最初的数据非常敏感,始端的微小变化,将对后果产生不可估量的影响。


罗伦兹对这一现象做了详细的论证,于1962年11月18日,写出论文“确定性的非周期流”,于1963年1月刊登在美国《气象学报》上。1972年12月,罗伦兹在美国科学促进学会第138次会议上,发表题为“蝴蝶效应”的演说。他从所发现的“蝴蝶效应”中提出了混沌学的概念,并一语双关地为混沌学提出了一个貌似荒诞的例子:在巴西有一只蝴蝶拍打翅膀,能在美国得克萨斯州引发一场龙卷风。这一说法令人着迷,不仅在于大胆的想象力,更在于其深刻的科学内涵与哲学魅力。



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作者科学π工作室 编著
出版清华大学出版社
定价99元
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