蝴蝶效應是氣象學家Lorenz 1963提出的。
南美洲亞馬遜河流域的熱帶雨林中,壹只蝴蝶偶爾扇動翅膀,可能會在兩周內引發德克薩斯州的龍卷風。原因是蝴蝶翅膀的運動導致周圍空氣系統的變化,產生微弱的氣流,反過來又會引起周圍空氣或其他系統的相應變化,引起連鎖反應,最終導致其他系統的巨大變化。
這種效應說明事物發展的結果對初始條件極其敏感,初始條件的最小偏差都會造成結果的巨大差異。
社會學上用“蝴蝶效應”來解釋壹個不好的微小機制,如果不及時引導和調整,會給社會帶來巨大的危害,被戲稱為“龍卷風”或“風暴”;壹個好的微小機制,只要引導正確,經過壹段時間的努力就會產生轟動效應,或者稱之為“革命”。
詳細解釋:
非線性,俗稱“蝴蝶效應”。
什麽是蝴蝶效應?先說麻省理工學院氣象學家洛倫茨的發現。為了預報天氣,他用計算機求解模擬地球大氣的13方程組,意圖利用計算機的高速運算提高長期天氣預報的精度。在1963的壹次實驗中,為了更仔細地考察結果,他拿出了壹個0.506的中間解,把精度提高到0.505438+027再送回去。他去咖啡館喝了杯咖啡,回來壹看,大吃壹驚:差別不大,結果卻差了十萬八千裏!再次檢查後,發現電腦沒有任何問題。洛倫茨發現,由於誤差會呈指數增長,在這種情況下,壹個小誤差隨著它的進行已經造成了巨大的後果。他隨後認定這是“對初始值的極端不穩定”,也就是“混沌”,也就是所謂的“蝴蝶效應”,亞洲蝴蝶扇動翅膀,會讓壹場比強風更糟糕的龍卷風在幾個月後出現在美洲!
這個發現嚴重到科學家都不理解,幾家科學雜誌也拒絕發表他的文章,認為這是“違背常識”:如果把相似的初值代入某些方程,結果應該是相似的,怎麽會相差很遠!
線性是指量與量之間的比例和線性關系,代表空間和時間中有規律的平滑運動;而非線性是指非比例、非線性的關系,表現為無規律的運動和突變。比如:兩只眼睛的視力比壹只眼睛的視力多多少倍?很容易認為是兩次,其實是6-10次!這就是非線性:1+1不等於2。
激光的產生是非線性的!當施加的電壓較小時,激光就像普通電燈壹樣,光向四面八方散射;當施加的電壓達到壹定值時,會突然出現壹個新的現象:被激發的原子仿佛聽到了“向右對齊”的命令,發出同相位同方向的單色光,也就是激光。
非線性的特點是跨越所有職業,滲透所有領域,幾乎可以說是“無處不在”。
比如天體運動存在混沌;電、光、聲波的振蕩會突然陷入混沌;地磁場在400萬年內改變方向16次,也是因為混沌。甚至人類本身本來就是非線性的:與傳統思維相反,健康人的腦電和心跳不是有規律的,而是混沌的,混沌是生命力的表現。混沌系統對外界刺激的反應比非混沌系統更快。
可見,非線性就在我們身邊,藏不住。
1979 12,洛倫茨在華盛頓美國科學促進會的壹次演講中指出,壹只蝴蝶在巴西扇動翅膀,可能會在得克薩斯州引起壹場龍卷風。他的講話和結論給人們留下了深刻的印象。從此,所謂的“蝴蝶效應”不脛而走,名聲遠揚。
蝴蝶效應之所以引人入勝、扣人心弦、引人深思,不僅在於其大膽的想象和迷人的美學色彩,更在於其深刻的科學內涵和內在的哲學魅力。
科學家對混沌的定義是:混沌是指發生在確定性系統中的看似隨機的不規則運動,但確定性理論所描述的系統的行為具有不確定性的特征——不可重復和不可預測,這就是混沌現象。進壹步的研究表明,混沌是非線性動力系統的固有特性,是非線性系統中的普遍現象。牛頓的確定性理論可以完美處理大部分線性系統,大部分線性系統都是由非線性系統簡化而來。因此,混沌在現實生活和實際工程技術問題中是普遍存在的。洛倫茨第壹次發現了混沌。迄今為止,關於混沌的研究壹直受到科學家、社會學家和人文學家的關註。研究混沌其實就是在無序中尋找有序,但當今世界還是有太多不可預測的,混沌的東西,這個話題壹定會成為人類的問題。這裏由於知識有限,只做了粗淺的介紹和介紹,希望更多的同學能走進混沌之門,用更深的眼光去看這個世界。也許將來我們可以致力於這項研究。
總之,混沌規律只能觀察、琢磨、直覺和推測,而不能揭示、推導和精確描述。我們可以用西方流傳的壹首民歌來說明這個形象。
這首歌謠說:
掉了壹顆釘子,壞了壹只鞋;
斷了壹只鞋,折了壹匹戰馬;
折了壹匹戰馬,傷了壹個騎士;
打傷了壹個騎士,輸掉了壹場戰鬥;
輸了壹場戰役,輸了壹個帝國。
馬蹄鐵上的壹顆釘子是否會丟失,是初始條件的壹個非常小的變化,但它的“長期”效應,卻是壹個帝國生死存亡的根本區別。這就是軍事政治領域所謂的“蝴蝶效應”。
有點不可思議,但是真的能造成這麽惡劣的後果。明智的領導者必須防止拖延,但看似瑣碎的事情可能會導致集體內部的解體。那時候後悔還來得及嗎?橫跨深谷的吊橋通常始於綁在細線上的壹塊小石頭。
多米諾效應
多米諾效應
新華社2000年6月5438+2月31、央視2006年1月6日報道5438+0:20世紀的最後幾分鐘,壹項新的多米諾骨牌吉尼斯世界紀錄在北京頤和園體育健康城的體育館和網球館誕生。來自中國、日本和韓國的62名青年學生成功推倒了340多萬張多米諾骨牌,打破了此前由荷蘭人創造的297萬張的世界紀錄。從電視畫面中可以看到,多米諾骨牌在瞬間依次倒下的場景十分壯觀,其間展示的圖案豐富而驚人,蘊含著壹定的科學道理。
這就是多米諾效應。這種效應產生的能量是巨大的。
這種效應的物理原因是,當多米諾骨牌直立時,其重心較高,但當它倒下時,其重力勢能轉化為動能。當它落在第二張卡片上時,這個動能轉移到第二張卡片上,第二張卡片把從第壹張卡片上轉移的動能和它自己在下落過程中的重力勢能轉化成的動能之和轉移到第三張卡片上...
不列顛哥倫比亞大學的物理學家A Whitehead曾經做過壹套多米諾骨牌,***13,第壹張是最小的。長9.53mm,寬7.6mm,厚1.19mm,還沒有小指甲那麽大。以後每塊都要擴大1.5倍。這個數據是根據壹張多米諾骨牌倒下時能擊倒壹塊體積為1.5倍的多米諾骨牌這壹事實選取的。最大的是13,也就是665444。副牌的大小接近撲克牌,厚度相當於撲克牌的20倍。如果將這套多米諾骨牌按適當的間隔排列,輕輕按下第壹張牌,必然會影響到13。13多米諾骨牌倒下時釋放的能量比第壹張牌倒下時大20多億倍,因為多米諾骨牌效應的能量呈指數增長。如果推倒第壹塊多米諾骨牌,需要0.024微焦。可見多米諾骨牌效應產生的能量真的很搶眼。
但是,A. Whitehead終究沒有做成第32張多米諾骨牌,因為它會高達415m,是紐約帝國大廈的兩倍。如果真的有人做了這樣壹套多米諾骨牌,摩天大樓壹根手指就能推倒!