新国学网:伴着那只蝴蝶洛伦茨重归“混沌”（图）

　　1917年5月23日出生于美国西康涅狄格州1963年提出“混沌理论”
1972年提出“蝴蝶效应”
1973年获西蒙斯纪念金奖
1983年获克拉夫奖
    1991年获得京都奖2008年4月16日因病辞世
新华社图

    当蝴蝶扇动翅膀的时候，谁知道会发生些什么呢？一种可能是：一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀可能会在密西西比河流域引发一场风暴。而按爱德华·洛伦茨最早的说法：或许可以导致一个月后得克萨斯州的一场龙卷风———这就是著名的“蝴蝶效应”。
　　“混沌理论”之父、最早提出“蝴蝶效应”的爱德华·洛伦茨4月16日在其家中辞世。“混沌理论”的创立曾被认为是20世纪物理学方面与相对论、量子论创立相提并论的三件大事。
　　林青编译
　　来自于混沌，于混沌中发现“混沌”，最终复归于混沌———“混沌理论”之父、“蝴蝶效应”提出者、美国知名数学家与气象学家、麻省理工学院教授爱德华·洛伦茨（EdwardLorenz）4月16日因癌症病逝于马萨诸塞州剑桥市的家中，享年九十。他提出的“混沌理论”，被誉为20世纪最伟大的三大物理学发现之一。
　　混沌中发现“混沌理论”
　　1963年洛伦茨提出了“混沌理论”，这一理论拥有巨大的影响力，其主要精神是，在混沌系统中，初始条件的微小变化，可能造成后续长期而巨大的连锁反应。此理论最为人所知的论述之一是“蝴蝶效应”：“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，会使更多蝴蝶跟着一起振翅，最后将有数千只的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同挥动翅膀，结果可以导致一个月后在美国德州发生一场龙卷风。”
　　洛伦茨发现“混沌理论”颇具戏剧性效果，也可以算是混混沌沌中发现的。1961年，冬季的一天，洛伦茨在电脑上进行关于天气预报的计算。为了考察一个很长的序列，他走了一条捷径，没有令计算机从头运行，而是从中途开始。他把上次的输出直接打入作为计算的初值，然后他穿过大厅下楼，去喝咖啡。一小时后他回来时，发生了出乎意料的事。
　　第一次的计算机运算结果，打印只显示到小数点后三位的0.506，而非完整的小数点后六位：0.506127。这个远小于千分之一的差异，造成第二次的仿真结果和第一次完全不同。在短时间内，相似性完全消失了。进一步的计算表明，输入的细微差异可能很快成为输出的巨大差别。
　　洛伦茨从这个惊人的结果发现，准确预测天气只是人类的幻想，进而揭示出混沌现象具有不可预言性和对初始条件的极端敏感依赖性这两个基本特点，洛伦茨最初使用的是“海鸥效应”来形容这种现象，不过这并不是一个完全新颖的比喻：爱伦坡曾声称人们挥着手可能会影响大气条件，但洛伦茨是第一次对此进行系统思考并形成新的理论的人。他把这一发现写成研究论文，于1963年出版，并于1972年正式提出“蝴蝶效应”这一著名的名词。
　　科学家们对混沌理论评价很高，认为“混沌学是物理学发生的第三次革命”，它与相对论、量子力学同被列为20世纪的最伟大发现之一。量子力学质疑微观世界的物理因果律，而混沌理论则紧接着否定了包括宏观世界拉普拉斯﹙Laplace﹚式的决定型因果律。目前，这一理论已被广泛应用于各个领域，如商业周期研究、动物种群动力学、流体运动、行星运转轨道、半导体电流、医学预测（如癫痫发作）以及军事等。
　　一个“安静的怪杰”
　　洛伦茨1917年5月23日出生于美国西康涅狄格州哈特福德，他很小的时候就喜欢科学。“孩提时，我最有兴趣做的事就是关心天气的变化。”他后来写道。洛伦茨后考入达特茅斯学院，并从那里毕业，1940年又毕业于哈佛大学。“二战”期间，洛伦茨作为气象预报员曾在美国陆军航空兵团服役，战后，获得气象学硕士和博士学位，后任教于美国麻省理工学院。1972年，他提出了“蝴蝶效应”。
　　1975年他成为美国国家科学院院士，1983年获得有生态学“诺贝尔奖”之称的克拉夫奖，1991年获得京都奖，评委会称他的混沌理论“继牛顿之后，为人类自然观带来了最为戏剧性的改变”。
　　洛伦茨是个兴趣十分广泛的人，他喜欢越野滑雪、徒步旅行，去世前的一周，他还参加过一次徒步活动。尽管他给人的印象是严谨和注重细节，但事实上，洛伦茨自己的办公室是一个非常混乱的空间，多年前，他的学生曾在其中发现了一堆让人从未发表的论文和研究报告。
　　他的朋友和学生形容洛伦茨是个“安静的怪杰”、“所见过最有组织的人”，他的同事也说洛伦茨惜字如金，让他开口说话难如登天，但他们都称赞他是个亲切且谦虚的人。
　　他的妻子简死于2001年，他们留有一子两女。
　　评说
　　科学理论可以是美的
　　北京大学科学传播中心教授刘华杰
　　洛伦茨是一位伟大的科学家，他的杰出工作在于把复杂的自然科学现象进行了简化，使得“蝴蝶效应”具有美学意义。科学理论也应该具有美学意义，“蝴蝶效应”就是其中一个杰出表现。洛伦茨也是一位伟大的科普作者，如果当时他不是用“蝴蝶效应”这个词来表述“非线性”理论，那这个科学发现不可能像现在那样深入人心。科学工作常常被枯燥复杂的数字、理论包围，伟大的科学家在于他们能用最简单形象的语言描述出版，让一般人理解甚至接受。当然“蝴蝶效应”的过于流行可能会带来一定的“误读”和“滥用”，但这并不妨碍理论本身的力量。
　　“蝴蝶效应”如今在社会科学领域被引用更多，这是因为人文社会科学更为复杂，无法用数字、程式表述，而“蝴蝶效应”等自然科学理论天然为人文社会学者吸引，比如“蝴蝶效应”的哲学含义就是挑战了因果性的必然性。
　　
　　他让科学暂时走入迷雾
　　知名科幻小说家刘慈欣
　　我曾写过几部关于蝴蝶效应的科幻小说，其中包括《混沌蝴蝶》、《中国太阳》等，对于一个科幻小说家来说，“蝴蝶效应”最迷人的地方在于，它指出一个小小的干扰就可能对整个系统产生巨大的效应，而小说家的想像力就在于抓住那个“干扰”，然后改变世界。但在“蝴蝶效应”中，“干扰”其实是无法把握的，所以不要把科幻小说中的“蝴蝶效应”与科学混为一谈，其他领域中的所谓“蝴蝶效应”也是如此。
　　从科学意义上说，“蝴蝶效应”挑战了数学精确性的底线。之前说，上帝用数学书写世界，但“蝴蝶效应”提出，数学的力量是局限的，这也让数学或者科学暂时走入了迷雾之中。 （早报记者石剑峰采访）
　　
　　链接
　　对“蝴蝶效应”的误解
　　“蝴蝶效应”是洛伦茨对长期天气预报不可能数学表述的形象说法，但正是这个略带夸张的比喻才导致大多数人对“蝴蝶效应”滥用和误解。蝴蝶效应确切的含义究竟是什么？是否真的是一只蝴蝶扇动翅膀，就会引起远处刮起风暴？蝴蝶效应本质上说的是混沌系统长期预报的不可能性。
　　如果真的要回答“一只蝴蝶拍一下翅膀会不会在得克萨斯州引起龙卷风？”那回答只有唯一的一个，就是不知道！这才是根据混沌理论作出的正确回答！也就是一只蝴蝶拍一下翅膀，可能会引起龙卷风，但也完全可能什么事情都没有！
　　洛伦茨的本意是说，进行天气预报，首先要测量一些数据作为运算的初始条件，但测量的精度必然要有一定的限制，不可能无限精确。而有些人似乎把“蝴蝶效应”、“混沌理论”误解成了就是简单地把初始条件的微小扰动急剧放大的现象，这是根本错误的。然而遗憾的是有许多人，甚至大部分人理解的“蝴蝶效应”却完全成了把微小扰动简单放大。
　　无处不在的混沌学
　　混沌理论（Chaostheory）是一种兼具质性思考与量化分析的方法，用以探讨动态系统中（如：人口移动、化学反应、气象变化、社会行为等）无法用单一的数据关系，而必须用整体、连续的数据关系才能加以解释及预测之行为。
　　在现实生活和实际工程技术问题中，混沌是无处不在的。1960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。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。
　　保罗·奥默罗德在《蝴蝶效应经济学》这本畅销书中认为，经济体就像一个社会有机体，实际上是一套生活在混沌世界中的复杂系统。市场是琢磨不定的蝴蝶，我们无时无刻不是生活在混沌的边缘，对经济的预测与控制很可能只是幻觉。
　　“蝴蝶效应”在社会学界用来说明：一个坏的微小的机制，如果不加以及时地引导、调节，会给社会带来非常大的危害，戏称为“龙卷风”或“风暴”。       早报记者 石剑峰整理


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