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混沌理論:蝴蝶效應——11月18日科學史上的今天

2018-11-19作者:科學π工作室 編著編輯:書問閱讀



中國有句古話:“君子慎始,差若毫厘,謬以千里。”這本是警世之言,類似的現象卻常發生在科學領域之中,例如1962年所發現的“蝴蝶效應”。愛德華·諾頓·羅倫茲,美國的氣象學家,被稱為混沌理論之父,是“蝴蝶效應”的發現者。


為了研究全球氣象規律,羅倫茲提出了一個簡化的數學模型,這就是后來的羅倫茲方程。根據這個方程組,他使用計算機對全球天氣進行模擬運算。一開始,他在方程的初始條件中,輸入了一個只保留到小數點后第三位的數據,即0.506,得出了一個氣象的預測結果。為了找到更精確的結果,他又把這個初始數據增加到小數點后的第六位,即0.506127。由于計算機運算要等待一段時間,他出去喝了一杯咖啡。等他回來時,結果與他的期望大相徑庭,不僅沒有更精確,反而面目全非。他重新檢查了方程與數據,甚至連計算機也檢查了一遍,一切運轉都正常。


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通過這一奇異的現象,羅倫茲有了一個新發現,有些問題對最初的數據非常敏感,始端的微小變化,將對后果產生不可估量的影響。


羅倫茲對這一現象做了詳細的論證,于1962年11月18日,寫出論文“確定性的非周期流”,于1963年1月刊登在美國《氣象學報》上。1972年12月,羅倫茲在美國科學促進學會第138次會議上,發表題為“蝴蝶效應”的演說。他從所發現的“蝴蝶效應”中提出了混沌學的概念,并一語雙關地為混沌學提出了一個貌似荒誕的例子:在巴西有一只蝴蝶拍打翅膀,能在美國得克薩斯州引發一場龍卷風。這一說法令人著迷,不僅在于大膽的想象力,更在于其深刻的科學內涵與哲學魅力。



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作者科學π工作室 編著
出版清華大學出版社
定價99元
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