爱德华·洛伦茨:“蝴蝶效应”与混沌理论之父

2021-04-19 00:09综合
科学导报 2021年17期
关键词:随机性蝴蝶效应扇动翅膀

综合

爱德华·洛伦茨(Edward Norton Lorenz),美国数学与气象学家,混沌理论之父,蝴蝶效应的发现者。

1961年冬天,年轻的麻省理工学院助教洛伦茨,用一个包含12个微分方程的简单模式进行气候模拟,在前后两次数据误差不到0.1%的情况下,最终结果却大相径庭。这让洛伦茨意识到,完美的长期天气预报是不可能的。

1972年美国科学发展学会第139次会议上,洛伦茨发表了题为“可预测性:巴西一只蝴蝶扇动翅膀,能否在得克萨斯州掀起一场龙卷风”的演讲。他认为,一个微小的初始条件变化可能导致一连串逐渐放大的改变,最终导致完全不同的结果。这个看似荒谬的论断,打碎了所有人关于“因果决定论可预测度”所存的幻想,最终产生了当今世界最伟大的理论之一——“混沌理论”。

这种最初只在气象预报中出现的现象,后来被发现存在于众多的自然和社会系统中,诸如人口的涨落、精神病的发病、心率的节奏、雪花的形状、股市的波动、汇率的变化等,都存在混沌现象。在洛伦茨之后,在计算机的帮助下,人类开始用“混沌理论”研究自然界和社会中的不规则、不连续和不稳定的方面,开启了简化复杂现象的可能性。

1991年,洛伦茨获得京都基础科学奖。评奖委员会的评价是:他对“确定性混沌”的发现,影响了基础科学的众多领域,在人类对于自然界的认识上,引发了自牛顿以来最大的变化。然而,洛伦茨并没有将可预言性让位于纯粹的随机性,而是在天气模型中看到了比隨机性更多的东西,即随机性后面的有序性。在之后的研究中,他用越来越多的注意力去寻找看似没有规律的复杂系统的规律。

洛伦茨喜欢在乡间远足,也是一个登山和滑雪高手,每次开科学会议的时候,他都会到附近的雪道上一试。在他那个时代的天才中,他尤其安静、谦逊、善良。

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