“蝴蝶效应”四十年

“蝴蝶效应”四十年

2019-07-20 22:29:38  微科普
本文作者:方亮

2019-07-20 22:29:38
作者:方亮
来源:微科普
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1979年,混沌理论之父、美国气象学家爱德华•洛伦兹博士在华盛顿举行的美国科学促进会(AAAS)的演讲上正式提出了“蝴蝶效应” (The Butterfly Effect)这个概念,他通过计算机进行“天气预报”的模拟,发现如果将输入的数据进行微调,得出的计算结果差别会非常大。这个概念被形象的表述为:德克萨斯州的一场龙卷风发生的原因可能是一个月前一只蝴蝶在巴西轻轻拍打翅膀。

“蝴蝶效应”四十年

其实“蝴蝶效应”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。这是一种混沌现象,也是混沌理论中的一个重要概念。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,说明事物的发展具有复杂性。

洛伦兹博士发现,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。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,他认定,事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性。

今天的“蝴蝶效应”或者“广义的蝴蝶效应”已不限于当初洛伦兹博士的“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性。

“蝴蝶效应”看似荒诞不经,其实是有科学道理的,一经提出,就在自然科学(气象学、动力学、物理学、天文学、生物学、生态学等)和社会科学(社会学、经济学、语言学、心理学等)得到了广泛的运用。40年来,“蝴蝶效应”对科技发展和社会生活产生了巨大的影响;下面就是它在社会科学领域的实际应用。

社会学方面

蝴蝶效应在社会学界用来说明:一个微小的机制,如果不加以及时地引导、调节,可能会给社会带来非常大的危害,戏称为“龙卷风”或“风暴”;一个微小的机制,只要正确指引,经过一段时间的努力,将有可能会产生轰动效应,或称为“革命” 或“变革”。微博是一种通过关注机制分享简短实时信息的广播式的社交网络平台。它由于便捷性和实时性,在当今的互联网生活中扮演越来越重要的角色,是新兴网络媒体的典型代表。微博也许最初只是基于一种互联网创新,但是这个形式扇动了一下翅膀,无意也必然地引发了传播方式进入生活方式的革命。一只鼠标虽然力量小,但在经过无数关注、评论和转发后,微博变成了温暖的“围脖”;人们可以通过微博建立大量多元化联系,并使这一社交网络平台影响整个社会。

经济学方面 

1987年美国发生的股市风暴和1998年亚洲发生的金融危机实际上就是经济运作中的“蝴蝶效应”。2003年美国爆发疯牛病;这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。

语言学方面 

语言学界用“蝴蝶效应”来解释和研究混沌语言现象,例如中国《人民日报》于2010年11月10日在头版头条刊发了题为《江苏给力“文化强省”》的文章,由于其权威性和号召力,一直仅限于网络使用的“给力”一词一夜之间红遍全国,扩散到全民词汇系统中,并被收录进第六版《现代汉语词典》。值得一提的是,在“蝴蝶效应”的启迪下,中国数学家、语言学家周海中教授在1991年提出了“语言混沌论”;该理论主要从混沌理论的角度审视语言及其相关现象,运用混沌理论的方法解决语言及其相关现象的非线性问题。目前这种语言研究的新范式正在兴起。 

心理学方面

“蝴蝶效应”本来是指一件表面上看来毫无关系、非常微小的事情,可能带来巨大的改变。这一效应说明,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。当一个人小时候受到微小的心理刺激,长大后这个刺激会被放大。美国科幻、惊悚电影《蝴蝶效应》作了精彩诠释:伊万在小时候经历了一系列糟糕的事情,损坏了他原本完美的人生。在童年可怕记忆的折磨下,伊万请求心理医生的帮助,医生鼓励他把发生的事情一件件详细记下来,但是事情变得越来越糟糕。

从贬义的角度看,“蝴蝶效应”往往给人一种对未来行为不可预测的危机感;但从褒义的角度看,“蝴蝶效应”使我们有可能“慎之毫厘,得之千里”,从而可能“驾驭混沌”并能以小的代价换得未来的巨大“福果”。“蝴蝶效应”之所以使人着迷、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。

(作者系澳大利亚昆士兰大学博士后)

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