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2013年12月14日 星期六

蝴蝶效應


氣象學家Lorenz提出一篇論文,名叫「一隻蝴蝶拍一下翅膀會不會在Taxas州引起龍捲風?」論述某系統如果初期條件差一點點,結果會很不穩定,他把這種現象戲稱做「蝴蝶效應」。就像我們投擲骰子兩次,無論我們如何刻意去投擲,兩次的物理現象和投出的點數也不一定是相同的。Lorenz為何要寫這篇論文呢?

這故事發生在1961年的某個冬天,他如往常一般在辦公室操作氣象電腦。平時,他只需要將溫度、溼度、壓力等氣象數據輸入,電腦就會依據三個內建的微分方程式,計算出下一刻可能的氣象數據,因此模擬出氣象變化圖。


這一天,Lorenz想更進一步了解某段紀錄的後續變化,他把某時刻的氣象數據重新輸入電腦,讓電腦計算出更多的後續結果。當時,電腦處理數據資料的數度不快,在結果出來之前,足夠他喝杯咖啡並和友人閒聊一陣。在一小時後,結果出來了,不過令他目瞪口呆。結果和原資訊兩相比較,初期數據還差不多,越到後期,數據差異就越大了,就像是不同的兩筆資訊。而問題並不出在電腦,問題是他輸入的數據差了0.000127,而這些微的差異卻造成天壤之別。所以長期的準確預測天氣是不可能的。
蝴蝶效應
1、大家常聽到的蝴蝶效應是這麼說的:今天北京的一隻蝴蝶展翅,對空氣造成的擾動,可能觸發下個月紐約的一場暴風雨。(請參考附件一)

2、蝴蝶效應以科學的描述應為:非線性複雜系統,初始值輸入微小的差異,會造成落差巨大的結果,使整個過程失去可預測性。雖然能量終將趨於寂靜,但中間的過程卻完全脫逸出人類的掌控之外。

3、蝴蝶效應是近年新興的科學理論,科學家們發現,由於萬事萬物都是環環相扣、息息相關的,許多自然現象只要在最開始的條件上做一點點極微小的改變就會使結果產生十分巨大的變化,真所謂失之毫釐差之千里,牽一髮而動全身。

附件一
在「渾沌理論」當中的「蝴蝶效應」,意謂渺小不起眼的事件或現象,在紛擾不可測的混沌中,可能會扮演具影響性的關鍵角色。例如在中國北京一隻蝴蝶振翅,會輕微改變氣壓,而這些擾動又將改變附近地方的氣壓,於是一傳十、十傳百傳開,一個月之後,太平洋對岸的美國芝加哥就會因氣壓被改變而下雨。
氣象學家 Lorenz 提出一篇論文,名叫「一隻蝴蝶拍一下翅膀會不會在德州引起龍捲風?」論述某個系統如果初期條件差一點點,結果會很不穩定,他把這種現象戲稱做「蝴蝶效應」。就像我們投擲骰子兩次,無論我們如何刻意去投擲,兩次的物理現象和投出的點數也不一定是相同的。
Lorenz 為何要寫這篇論文呢?一切要從 1961 年的冬天說起。當時他如往常一般在辦公室操作氣象電腦。平常他只需要把溫度、溼度、壓力等氣象數據輸入,電腦就會依據三個內建的微分方程式,計算出下一刻可能的氣象數據,因此模擬出氣象變化圖。然而這一天,Lorenz 想更進一步了解某段紀錄的後續變化,他把某時刻的氣象數據重新輸入電腦,讓電腦計算出更多的後續結果。在那個年代,電腦處理數據資料的數度不夠快,所以在電腦算出結果之前,足夠他喝杯咖啡並和友人閒聊一陣。
在一小時後,結果出來了,他看得目瞪口呆。兩相比較原來的資訊和現在的結果,他發現初期的數據雖然差不多,但是越到後期,數據差異就越大了,就像
是兩筆截然不同的資訊。而問題並非出在電腦,而是他輸入的數據差了 0.000127
,這些微的差異造成了天壤之別,由此也說明了要長期、準確地預測天氣,根本
是不可能。因為初期的微小差異,真的會造成後續連鎖反應,呈現始料未及的驚人結果。

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