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王自力的博客

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经济学博士(后)、教授、研究员,研究领域:货币政策、金融稳定、制度创新与工具创新。

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什么是“蝴蝶效应”?  

2007-08-17 15:39:05|  分类: 个人日记 |  标签: |举报 |字号 订阅

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什么是“蝴蝶效应”? - 王自力 - 王自力的博客
 

    1960年,美国麻省理工学院教授洛伦兹研究“长期天气预报”问题时,在计算机上用一组简化模型模拟天气的演变。他原本的意图是利用计算机的高速运算来提高天气预报的准确性。但是,事与愿违,多次计算表明,初始条件的极微小差异,均会导致计算结果的很大不同。洛伦兹用一种形象的比喻来表达他的这个发现:一只小小的蝴蝶在巴西上空煽动翅膀,可能在一个月后的美国得克萨斯州会引起一场风暴。这就是混沌学中著名的“蝴蝶效应”,也是最早发现的混沌现象之一。 

  什么是混沌呢?它的原意是指无序和混乱的状态(混沌译自英文Chaos)。这些表面上看起来无规律、不可预测的现象,实际上有它自己的规律,混沌学的任务就是寻求混沌现象的规律,加以处理和应用。60年代混沌学的研究热悄然兴起,渗透到物理学、化学、生物学、生态学、力学、气象学、经济学、社会学等诸多领域,成为一门新兴学科。 

  美国麻省理工学院的天文学家和计算机专家指出,太阳系是不可预测的,在任一时刻,我们根本无法推算出有关行星的速度及准确位置,根据经典力学计算出的结果是不可信的。这与洛伦兹关于准确的长期天气预报是不可能的结论一致。其他像太阳黑子的增减、传染病的发病规律、精神病的发病机理、脑电波和心率的变异、湍流、股票行情的变化、汇率的波动,以及许多化学反应和化学过程、都存在着混沌现象。天体物理学家试图用混沌学探索宇宙起源,医学家也欲用混沌学研究心脏运动的规律,经济学家试图用混地学来预测股市行情,社会学家则试验用它去认识和评价政治危机。一些未知的复杂过程和现象,都能从混沌学那里找到答案吗?这正是混沌学具有诱人魅力之处。 

  目前,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充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。 

  混沌的发现和混沌学的建立,同相对论和量子论一样,是对牛顿确定性经典理论的重大突破,为人类观察物质世界打开了一个新的窗口。所以,许多科学家认为,20世纪物理学永放光芒的三件事是:相对论、量子论和混沌学的创立。
 


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