專家略談｜蝴蝶效應的影響是巨大的
2023-10-25 17:03 作者：李勁 來源：西南大學數學與統計學院 閱覽：
蝴蝶效應（英文butterfly effect），通常指一個微小不起眼的變化，往往會引起意想不到的演變，也就是我們經常提到的連鎖反應，學界將其稱為「拓撲學連鎖反應」。事物發展的結果，對初始條件具有極為敏感的依賴性，初始條件的極小偏差，都將可能會引起結果的極大差異。蝴蝶效應之所以讓人著迷、令人激動、發人深省，不但在於其大膽的想象力和迷人的美學色彩，更在於其深刻的科學內涵和內在的哲學魅力。
蝴蝶效應的起源可以追溯到1963年；混沌理論之父、美國氣象學家愛德華•羅倫茲博士當年用計算機求解仿真地球大氣的方程式時，為了更細緻地考察結果，他把一個中間解0.506取出，提高精度到0.506127再送回，前後計算結果卻偏離了十萬八千里！前後結果的兩條曲線相似性完全消失了。再次驗算髮現計算機並沒有毛病，問題出在他輸入的數據差了0.000127，而這個細微的差別卻造成結果的天壤之別。羅倫茲博士發現，由於誤差會以指數形式增長，在這種情況下，一個微小的誤差隨著不斷推移造成了巨大的後果。而對應電腦圖像的顯示上，圖像是混沌的，而且十分像一隻張開雙翅的蝴蝶，於是「蝴蝶效應」的說法傳播開來。1979年，他在華盛頓舉行的美國科學促進會(AAAS)的演講上正式提出了「蝴蝶效應」這一概念，標誌著這個科學效應的誕生。
在現實生活中，人們常把蝴蝶效應比喻為：美國德克薩斯州的一場龍捲風發生的原因可能是一個月前一隻蝴蝶在巴西輕輕拍打翅膀。其實蝴蝶效應是指在一個動力系統中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應；這是一種混沌現象，具有非線性特性。任何事物發展均存在定數與變數，事物在發展過程中其發展軌跡有規律可循，同時也存在不可測的「變數」，往往還會適得其反，一個微小的變化能影響事物的發展，說明事物的發展具有複雜性。蝴蝶效應的概念是一個動態發展過程。今天的蝴蝶效應或者「廣義的蝴蝶效應」已不限於當初羅倫茲博士的蝴蝶效應僅對天氣預報而言，而是一切複雜系統對初值極為敏感性的代名詞或同義語，其含義是：對於一切複雜系統，在一定的「閾值條件」下，其長時期大範圍的未來行為，對初始條件數值的微小變動或偏差極為敏感，即初值稍有變動或偏差，將導致未來前景的巨大差異，這往往是難以預測的或者說帶有一定的隨機性。
隨著現代科學的發展，人們對大氣運動規律的認識越來越充分，天氣預報已經成為一門實實在在的科學。從實際生活需要來看，人們都希望天氣預報能越準越好，時效越久越好。然而，在氣象預報專家眼前，就有「無數只蝴蝶的翅膀」在煽動著。且不論城市熱島、工業排放所產生的溫室效應，僅是錯綜複雜的地形地貌就對天氣的變化產生著決定性的影響，而且植被、水體等等都在發生著微妙的變化，天氣預測起來難度很大。例如，2015年7月，登陸我國浙江的強颱風「燦鴻」就是一個例子，它的走向可謂是「飄忽不定」，一開始預測的登陸位置是溫州，然後又變成了台州，再後來又變成了寧波。隨後颱風眼嚮南移，氣象臺預計「燦鴻」將在溫嶺到舟山一帶沿海登陸。但到最後，登陸點預測變成三門到舟山；其多變的路徑將大家「繞昏了頭」。
蝴蝶效應不僅可以影響天氣，還有可能影響地質活動。例如，2013年3月29日，我國西藏墨竹工卡縣斯布村的澤日山發生了大滑坡；這由冰川碎石鬆動而引發的蝴蝶效應造成的。滑坡源頭海拔高5000多米，在過去覆蓋了大量的冰川，由於春夏季變暖而產生了熱脹冷縮，從而導致冰川底下的石頭出現風化。在石頭風化之後的地質變化過程是：坡面最年輕的物質體被風化非常嚴重，巨大的石頭變成了碎石，整個山體都變成了風化的塊體。由於熱脹冷縮的原理和雨雪天氣等細微外因的誘導，鬆散後的碎石就會向山下滑動。在下滑時碎石流就像「滾雪球」一樣，將由勢能轉化成為動能，從而形成巨大的碎屑流，產生十分巨大的破壞力。這就是蝴蝶效應對地質活動產生了巨大的影響。
蝴蝶效應除了可以解釋自然現象外，也可以解釋社會現象。例如，股票市場中的一種跨市場波動傳導現象，這種現象是世界某地股票市場的變化對其他國家和地區的股票市場產生影響，波及面非常廣泛。蝴蝶效應在股票市場的出現，是由於不同市場間的投資者資金的跨越和交叉投資，也是由於國際金融市場的高度互聯互通所帶來的。因此，全球股票市場的變化都會對其他市場產生影響，這種影響可能是正面的也可能是負面的。股票蝴蝶效應對股票市場產生的影響是非常顯著的。應對股票蝴蝶效應，一方面需要加強國際間的經濟和金融監管，規範全球金融市場的運作；另一方面，投資者也需要對全球股票市場的變化進行及時的關注和分析，制定相應的投資策略，降低投資風險。
2003年12月，美國發現一宗疑似瘋牛病案例，馬上就給剛剛復蘇的美國經濟帶來一場破壞性很強的颶風。扇動「蝴蝶翅膀」的，是那頭倒霉的「瘋牛」，受到衝擊的，首先是總產值高達1750億美元的美國牛肉產業和140萬個工作崗位；而作為養牛業主要飼料來源的美國玉米和大豆業，也受到波及。但最終推波助瀾，將「瘋牛病颶風」損失發揮到最大的，還是美國消費者對牛肉產品出現的信心下降。在全球化的今天，這種恐慌情緒不僅造成了美國國內餐飲企業的蕭條，甚至擴散到了全球，至少25個國家和地區宣布禁止進口美國牛肉及其相關產品。這對世界經濟尤其美國經濟影響很大。
要充分消除蝴蝶效應給我們帶來的危害和充分利用它給我們帶來的好處，當代語言學的發展給我們提供了一個極好的典範。例如，在蝴蝶效應的啟迪下，我國著名學者周海中教授1991年在美國伯克利提出了「語言混沌論」；該理論主要從混沌理論的角度審視語言及其相關現象，運用混沌理論的方法解決語言及其相關現象的複雜性、非線性問題。有關專家認為，語言混沌論具有較強的針對性、實用性、前瞻性和指導性；它的提出是對語言研究方法的革新，也是對當代語言學發展的貢獻。由此可見蝴蝶效應的思想有深刻的學術背景，具有廣泛的適用性。另外,在蝴蝶效應的啟迪下，混沌理論與傳統學科交叉逐漸形成了混沌經濟學、混沌心理學、混沌動力學等交叉學科。
目前，蝴蝶效應已廣泛應用於自然科學和社會科學中，為各門學科的研究提供了全新的手段與方法，在研究混沌問題和解釋混沌現象方面都有著重要的作用。可見，一個壞的微小的機制，如果不加以及時地引導、調節，會給社會帶來非常大的危害，戲稱為「龍捲風」或「風暴」；一個好的微小的機制，只要正確指引，經過一段時間的努力，將會產生轟動效應，或稱為「革命」。 可以說，蝴蝶效應的影響是巨大的。
文/李勁（作者單位:西南大學數學與統計學院）
在現實生活中，人們常把蝴蝶效應比喻為：美國德克薩斯州的一場龍捲風發生的原因可能是一個月前一隻蝴蝶在巴西輕輕拍打翅膀。其實蝴蝶效應是指在一個動力系統中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應；這是一種混沌現象，具有非線性特性。任何事物發展均存在定數與變數，事物在發展過程中其發展軌跡有規律可循，同時也存在不可測的「變數」，往往還會適得其反，一個微小的變化能影響事物的發展，說明事物的發展具有複雜性。蝴蝶效應的概念是一個動態發展過程。今天的蝴蝶效應或者「廣義的蝴蝶效應」已不限於當初羅倫茲博士的蝴蝶效應僅對天氣預報而言，而是一切複雜系統對初值極為敏感性的代名詞或同義語，其含義是：對於一切複雜系統，在一定的「閾值條件」下，其長時期大範圍的未來行為，對初始條件數值的微小變動或偏差極為敏感，即初值稍有變動或偏差，將導致未來前景的巨大差異，這往往是難以預測的或者說帶有一定的隨機性。
隨著現代科學的發展，人們對大氣運動規律的認識越來越充分，天氣預報已經成為一門實實在在的科學。從實際生活需要來看，人們都希望天氣預報能越準越好，時效越久越好。然而，在氣象預報專家眼前，就有「無數只蝴蝶的翅膀」在煽動著。且不論城市熱島、工業排放所產生的溫室效應，僅是錯綜複雜的地形地貌就對天氣的變化產生著決定性的影響，而且植被、水體等等都在發生著微妙的變化，天氣預測起來難度很大。例如，2015年7月，登陸我國浙江的強颱風「燦鴻」就是一個例子，它的走向可謂是「飄忽不定」，一開始預測的登陸位置是溫州，然後又變成了台州，再後來又變成了寧波。隨後颱風眼嚮南移，氣象臺預計「燦鴻」將在溫嶺到舟山一帶沿海登陸。但到最後，登陸點預測變成三門到舟山；其多變的路徑將大家「繞昏了頭」。
蝴蝶效應不僅可以影響天氣，還有可能影響地質活動。例如，2013年3月29日，我國西藏墨竹工卡縣斯布村的澤日山發生了大滑坡；這由冰川碎石鬆動而引發的蝴蝶效應造成的。滑坡源頭海拔高5000多米，在過去覆蓋了大量的冰川，由於春夏季變暖而產生了熱脹冷縮，從而導致冰川底下的石頭出現風化。在石頭風化之後的地質變化過程是：坡面最年輕的物質體被風化非常嚴重，巨大的石頭變成了碎石，整個山體都變成了風化的塊體。由於熱脹冷縮的原理和雨雪天氣等細微外因的誘導，鬆散後的碎石就會向山下滑動。在下滑時碎石流就像「滾雪球」一樣，將由勢能轉化成為動能，從而形成巨大的碎屑流，產生十分巨大的破壞力。這就是蝴蝶效應對地質活動產生了巨大的影響。
蝴蝶效應除了可以解釋自然現象外，也可以解釋社會現象。例如，股票市場中的一種跨市場波動傳導現象，這種現象是世界某地股票市場的變化對其他國家和地區的股票市場產生影響，波及面非常廣泛。蝴蝶效應在股票市場的出現，是由於不同市場間的投資者資金的跨越和交叉投資，也是由於國際金融市場的高度互聯互通所帶來的。因此，全球股票市場的變化都會對其他市場產生影響，這種影響可能是正面的也可能是負面的。股票蝴蝶效應對股票市場產生的影響是非常顯著的。應對股票蝴蝶效應，一方面需要加強國際間的經濟和金融監管，規範全球金融市場的運作；另一方面，投資者也需要對全球股票市場的變化進行及時的關注和分析，制定相應的投資策略，降低投資風險。
2003年12月，美國發現一宗疑似瘋牛病案例，馬上就給剛剛復蘇的美國經濟帶來一場破壞性很強的颶風。扇動「蝴蝶翅膀」的，是那頭倒霉的「瘋牛」，受到衝擊的，首先是總產值高達1750億美元的美國牛肉產業和140萬個工作崗位；而作為養牛業主要飼料來源的美國玉米和大豆業，也受到波及。但最終推波助瀾，將「瘋牛病颶風」損失發揮到最大的，還是美國消費者對牛肉產品出現的信心下降。在全球化的今天，這種恐慌情緒不僅造成了美國國內餐飲企業的蕭條，甚至擴散到了全球，至少25個國家和地區宣布禁止進口美國牛肉及其相關產品。這對世界經濟尤其美國經濟影響很大。
要充分消除蝴蝶效應給我們帶來的危害和充分利用它給我們帶來的好處，當代語言學的發展給我們提供了一個極好的典範。例如，在蝴蝶效應的啟迪下，我國著名學者周海中教授1991年在美國伯克利提出了「語言混沌論」；該理論主要從混沌理論的角度審視語言及其相關現象，運用混沌理論的方法解決語言及其相關現象的複雜性、非線性問題。有關專家認為，語言混沌論具有較強的針對性、實用性、前瞻性和指導性；它的提出是對語言研究方法的革新，也是對當代語言學發展的貢獻。由此可見蝴蝶效應的思想有深刻的學術背景，具有廣泛的適用性。另外,在蝴蝶效應的啟迪下，混沌理論與傳統學科交叉逐漸形成了混沌經濟學、混沌心理學、混沌動力學等交叉學科。
目前，蝴蝶效應已廣泛應用於自然科學和社會科學中，為各門學科的研究提供了全新的手段與方法，在研究混沌問題和解釋混沌現象方面都有著重要的作用。可見，一個壞的微小的機制，如果不加以及時地引導、調節，會給社會帶來非常大的危害，戲稱為「龍捲風」或「風暴」；一個好的微小的機制，只要正確指引，經過一段時間的努力，將會產生轟動效應，或稱為「革命」。 可以說，蝴蝶效應的影響是巨大的。
文/李勁（作者單位:西南大學數學與統計學院）
