蝴蝶效應真實存在嗎?更令人困惑的是量子蝴蝶效應

2021-01-12 騰訊網

北京時間9月17日消息,據國外媒體報導,2004年好萊塢男星阿什頓·庫奇主演的《蝴蝶效應》是一部好電影嗎?人類會認為蝴蝶效應具有神奇效果,小規模的事件可以產生巨大、不可預見的後果,甚至導致戰爭、核災難等……

事實上,蝴蝶效應僅是一個氣象術語,源於半個世紀前,它實際是什麼——其真實概念、是否仍能適用、或者顯失效應,對於多數人而言是很難理解的,目前gizmodo網站Giz專欄採訪了多位物理學家、大氣科學家和心理學家,分析蝴蝶效應的真實作用及意義。

戴爾·杜蘭

美國華盛頓大學大氣科學系教授兼系主任

研究包括大氣層的可預測性

「蝴蝶效應是真實存在的,從某種意義上講,小規模的微小變化可以永遠改變天氣,但蝴蝶能否對天氣產生任何有意義的變化值得商榷。」

蝴蝶效應是由愛德華·洛倫茲在大氣可預測性的背景下提出的,實際上,他在研究報告中提出海鷗的翅膀,而不是蝴蝶的翅膀,可產生巨大、不可預見的後果,蝴蝶效應是由菲爾·梅裡萊斯博士提出的,該術語被洛倫茲在談話中引用,並在1969年發表的研究報告中以蝴蝶效應作為標題。

蝴蝶效應是真實存在的,從某種意義上講,小規模的微小變化可以永遠改變天氣,但蝴蝶能否對天氣產生任何有意義的變化值得商榷,蝴蝶效應能或多或少地抓住人們的想像力,雖然它不是一個完美的例子,但它是一個例證。

問題是蝴蝶太小,無法真正改變任何事情,但是對於更大一些的事物,例如:飛機或者積雲,積雲會對任何地方的氣候產生影響,其存在與否可以改變雲層周圍的大氣循環,當積雲發生變化時,將輕微改變較大範圍的大氣循環,之後再改變更大範圍的大氣循環。

對於蝴蝶效應而言,非常小的不確定性對更大區域的天氣也使得幾乎相同的氣候特徵隨時間而發生變化,但對於更大的區域(例如直徑168公裡的範圍內)的不確定因素將完全覆蓋蝴蝶效應產生的任何影響。

布萊恩·斯溫格爾

馬裡蘭大學物理學助理教授

研究量子信息物理學

「更令人困惑的現象是量子蝴蝶效應,它出現在將混沌和量子世界怪異物理特徵結合在一起系統中。」

蝴蝶效應是真實存在的:如果你使用一個混沌系統分別進行起點略有不同的兩項實驗,你將會觀察到兩項實驗結果產生的差異,會隨著時間快速增長。從數學角度來講,隨著時間的推移,兩項實驗的差異將成倍地增大,直到差異變得很大為止。

更令人困惑的現象是量子蝴蝶效應,它出現在混沌和量子世界的怪異物理特徵結合在一起的系統中,對於這種類型的系統,存在量子混沌概念,但準確地衡量量子蝴蝶效應,仍是一個正在進行的研究課題。

在某些情況下,我們可以確定一種實驗性可檢測屬性,在典型的蝴蝶效應中,預計其差異性可重複增倍,但我們還不知道這對於普通的量子混沌系統是否有意義。

試圖研究這一物理屬性的實驗也非常有趣,它們通常涉及到原子和光子的特殊集合體,這些原子和光子經過設計後是高度可控的,並且與外部世界相隔離,實驗人員試圖在特定時間之前和之後運行該系統的動力,就像倒回和快進電影一樣。

如果我們快進,然後立即倒回,我們將回到最初開始的位置,但如果我們快進,在倒回之前做一個較小的改變,那麼在一個混沌系統中我們將很快在一個差別很大的位置終結,而不是最初位置。

大衛 平卡斯

查普曼大學臨床心理學教授

研究與人類心理學相關的混沌理論和蝴蝶效應

「如果你觀察呈現蝴蝶效應的系統,會發現它們是混沌無序的,將產生分形圖案,如果你有10000個數據點,就可以看到分形圖案隨時間是如何變化的,這也就是我們所說的軌跡。」

蝴蝶效應是真實的嗎?是的,這是自信觀點的答案,之後你可以探索這個問題,什麼是真實的蝴蝶效應?這就是樂趣所在。

蝴蝶效應最早可能是由龐加萊在20世紀初「發現」的,他試圖從天體物理學角度揭曉3個相互作用的天體問題,如果你在空間中與兩種物體產生引力和交互作用,對其建模就相對簡單:它們彼此相互影響效果,但是當空間中與3種物體產生引力和交互作用時,就很難進行建模。

如果你將3個網球綁在一起,然後擺動上面的繩子,下面綁在一起的網球就會無序碰撞,最底部的網球運動呈現出蝴蝶效應——意味著該現象不是隨機的,但也不是可預測的,如果你在某個時間點做了較小的改變,一個很小的改變,網球在未來某個時間點的位置也會完全不同。

一個明顯的實例是:分形幾何,分形幾何是一種自相似類型的分支結構,在自然界中隨處可見,例如:樹木和神經元等,如果你觀察呈現蝴蝶效應的系統,會發現它們是混沌無序的,將產生分形圖案,如果你有10000個數據點,就可以看到分形圖案隨時間是如何變化的,這也就是我們所說的軌跡。

在複雜的系統中,會存在大量的組件,它們彼此以複雜的方式交互作用,並產生相干輸出,例如:就像樹木、神經元、海洋中的波浪,以及自然界無數不同事物的生長,這些都傾向於產生分形圖案。

今年1月,我剛發表了一項研究報告,我測量了人格特徵,並發現了一個分形結構,事實證明,人們可以採用相同的方法測量人格特徵,某人身體更健康、承壓能力更強時,他的人格結構就會更具分支化,結構更豐滿、剛性更低。

我在德國有一個同事名叫甘特·徹恩泰克,從我的觀點來看,他是將混沌理論應用到心理學領域最多的人,他致力於通過心理治療過程來尋找蝴蝶效應,他建立了一個數學模型(據我所知是世界唯一的心理學蝴蝶效應模型),適用於心理治療期間的性格變化,當運行這個模型時,就會產生蝴蝶效應,意味著心理治療中的微小變化會在未來的時間裡產生截然不同的結果。

徹恩泰克的數學模型證明了蝴蝶效應可能體現在人類心理特徵隨時間而發生變化,實際上他一直在跟蹤客戶的相關數據,結果表明數據與他的模型非常匹配,所以蝴蝶效應不僅在數學領域是真實存在的,在很多不同的科學領域也是如此,可以體現在人類心理變化和成長過程。

道格拉斯·斯坦福

美國史丹福大學理論物理研究所副教授

主要研究量子引力、量子場論和弦理論

「在關於時間機器的小說中,蝴蝶效應是真實存在的。」

蝴蝶效應是真實存在的,但是很難被發現,為了讓它更加引人注目,我們可以想像一個時間機器的實驗,你可以通過時間機器返回到過去,改變一件看似無關緊要的小事,例如:改變一個原子的位置,然後你通過時間機器回到現今,此時你會發現許多事物都發現較大改變,以一種隨機的方式。

這基本上就是1952年短篇小說《雷聲》的故事情節,作者雷·布拉德伯裡講述的故事情節與蝴蝶效應十分相似,但他低估了對現今事物重新排序產生的影響,概測法表明,過去很容易預測的現今事物不會發生改變,但似乎難以預測的事物會差別很大。

相關焦點

  • 量子「時間旅行」的模擬表明:量子領域中沒有「蝴蝶效應」
    研究人員使用量子計算機模擬「時間旅行」,表明在量子領域中沒有「蝴蝶效應」。在研究中,量子位信息「穿越時空」進入了模擬的過去。隱喻地講,其中一隻被嚴重破壞,就像踩在了一隻蝴蝶上一樣。令人驚訝的是,當所有量子位都返回「現在」時,它們看起來基本上沒有改變,就好像現實在自我修復。
  • 量子的世界,不允許「蝴蝶效應」丨時間旅行
    一旦回到過去,初始條件的改變是否會產生「蝴蝶效應」,以致改變整個歷史走向?蝴蝶效應是混沌理論的精髓,它提醒了世界運轉的一個本質:我們的世界並不遵循可預測的模式。圖|exploring your mind科幻作家對此提出了各種設想,科學家則在想辦法進行驗證。
  • 「蝴蝶劇場」的「蝴蝶」效應
    「蝴蝶劇場」的「蝴蝶」效應(深觀察)天乃蝶之家,地乃蝶之靈,雲乃蝶之裳,花乃蝶之魂,但為君之故,翩翩舞到今……2021年元旦小長假,在越聲清韻中,杭州西湖邊的「蝴蝶劇場」連續上演了三晚新版越劇《梁祝》。這是百越文創與浙江小百花越劇院(團)推出的2021中國式新年音樂會,也是「蝴蝶劇場」自2020年元旦開張以來,舉辦的第一屆中國式新年音樂會。
  • 邏輯分析:佛家因果與蝴蝶效應,異曲同工之妙,人生竟如此玄妙?
    一直比較迷戀地球人提出的蝴蝶效應,因為這其中存在著複雜的邏輯關係。官方對蝴蝶效應的定義是指在一個動力系統中,初始條件下微小的變化能帶動這個系統的長期的巨大的連鎖反應。美國氣象學家愛德華羅倫茲多次演講中闡述到「一隻南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶,偶爾扇動幾下翅膀,可以在兩周以後引起美國德克薩斯州的一場龍捲風。」
  • 蝴蝶效應事件:萬曆援朝戰爭,諾門罕戰役
    「一隻南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶,偶爾扇動幾下翅膀,可以在兩周以後引起美國德克薩斯州的一場龍捲風。」 人類生存四維宇宙的三維時空中,時間跟空間是聯繫的,三維時空加上時間就像是一個大網絡,一些小的事情會產生很巨大的結果,以下是歷史上兩件著名的「蝴蝶效應」事件。
  • 《蝴蝶效應1》:你無法改變命運,你只能接受它
    《蝴蝶效應1》 出問題了,問那個正常的女孩不就行了,幹嘛要折磨自己有病的孩子,這就是最重人權,不能去逼迫別人的孩子,只願意去找自己的孩子,可是為什麼嘗試一下都不會呢? 一個喪失了部分記憶的人,卻能夠通過回憶過去,用不同的方式填補喪失的記憶,從而改變了過去以及未來,僅僅是一件小事的影響就足以強烈的改變後面的歷史,這就是《蝴蝶效應》想說的嗎?轉瞬之間就過了幾個不同的人生。
  • 詹皇」怒吼可能產生的「蝴蝶效應」
    當年效力騎士,季後賽面對活塞包攬球隊最後25分的壯舉至今仍令人津津樂道。轉會熱火後,季後賽面對凱爾特人的「三巨頭」,詹姆斯也能奉獻「呂布戰三英」的經典。就是「詹皇」的這通怒吼,猶如一陣轟天雷,徹底震醒了之前萎靡不振的熱火。衛冕冠軍開始掀起反撲,心態逐漸平和下來的詹姆斯也在接下來一次暫停中向「小弟」道了歉:「裡奧(查爾莫斯),是我的不對。」
  • 學者趣解數學 揭秘天氣背後的「蝴蝶效應」
    學者趣解數學 揭秘天氣背後的「蝴蝶效應」 2018-04-15 10:40:57來源:中國新聞網作者:${中新記者姓名}責任編輯:劉湃
  • 反向人與蝴蝶效應,因果關係有什麼區別?
    扇動的翅膀讀完了讓我聯想到蝴蝶效應,大家都熟知的一對小翅膀的威力,不起眼的一個小動作卻能引起一連串的巨大反應。「一隻南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶,偶爾扇動幾下翅膀,可以在兩周以後引起美國德克薩斯州的一場龍捲風。」 ——美國氣象學家愛德華·羅倫茲(Edward N.Lorenz)其原因就是蝴蝶扇動翅膀的運動,導致其身邊的空氣系統發生變化,並產生微弱的氣流,而微弱的氣流的產生又會引起四周空氣或其他系統產生相應的變化,由此引起一個連鎖反應,最終導致其他系統的極大變化。
  • 疫情引發NBA蝴蝶效應!2021或成史詩級自由球員大年
    疫情引發NBA蝴蝶效應!2021或成史詩級自由球員大年 NBA賽季因新冠病毒疫情爆發暫停,重啟之日遙遙無期。
  • 比較常見的幾種效應
    1.蝴蝶效應蝴蝶效應又叫拓撲學連鎖反應,指在一個循環系統中,微小的改變能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應,對於這個效應最常見的闡述是:"一隻南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶,偶爾扇動幾下翅膀,可以在兩周以後引起美國德克薩斯州的一場龍捲風。"
  • 《蝴蝶效應》——活生生的一個人被說沒生命線?沒靈魂?這是鬼片嗎?
    以前我們常常會想如果自己有一次穿越回過去重新選擇的機會,是否還會做出同樣的選擇,男主角就是有無數次重新選擇的機會,他一次次地試圖改變選擇,希望能夠讓結果變好,但蝴蝶效應嘛,一個微小細節的改變是會導致整個事情走向發生變化的,而至於是變好還是變壞,就無法預測了。
  • 曼德拉效應:記憶混亂背後,是存在平行宇宙還是以訛傳訛?
    在神經元交匯處產生錯亂的情況時有發生,大腦對一些不存在的事物或事件的印象並不罕見,很多情況下,人群中會發生集體性記憶錯亂的現象——曼德拉效應。 更詭異的是,這件事一經報導,一呼百應,不少網友都回應自己有相同記憶。此後在曼德拉總統逝世之後,全世界一度出現對曼德拉記憶的混亂,不管是死亡時間還是死亡原因。 之後類似事件也在不斷發生,到達高峰期,至今仍有餘波。為什麼總有人聲稱,自己看過一部不存在的電影?
  • 《是你嗎,蝴蝶》:在沒有年齡的國度,他寫了蝴蝶羽化的故事
    01 《是你嗎,蝴蝶?》這本書的繪者切諾蒂女士在她的後記中說:「女孩和蝴蝶——從出生到成長,再到變形,我認為兩個角色之間存在一種神秘的共生關係……」 看到這句話,我明白了為什麼初讀這本詩畫冊時,會感覺圖畫和詩文之間的默契,因為切諾蒂女士捕捉到了這首詩所要傳遞的精神。
  • 2020廣東事業單位考試:管理學中常見的各種「效應」匯總
    1.蝴蝶效應蝴蝶效應效應最常見的闡述是指一隻南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶偶爾扇動幾下翅膀,可以在兩周以後引起美國德克薩斯州的一場龍捲風。其原因就是蝴蝶扇動翅膀的運動導致其身邊的空氣系統發生變化,並產生微弱的氣流,而微弱的氣流的產生又會引起四周空氣或其他系統產生相應的變化,由此引起一個連鎖反應,最終導致其他系統的極大變化。
  • 1912年的神奇蝴蝶效應,一條漂亮的裙子,改變了人類命運
    筆者:扶蘇蝴蝶效應的關鍵在於,提醒人們不要忽略生活中的每一個細節。因為在美洲的叢林中,即便只有一隻蝴蝶在雨林中輕輕扇動翅膀,它也有可能在海洋上掀起狂風巨浪。女裁縫瑪德琳薇歐奈,在1912年做出了一條裙子這一觀點用來形容1912年誕生的一條裙子再合適不過,而人們無論如何也不會想到,這條裙子改變了全人類的命運。
  • 把《蝴蝶效應》倒轉過來看 才發現原來整部電影都是在做夢?
    如果把2004的經典懸疑片《蝴蝶效應》的敘事順序反過來看,其實故事就變得很好理解了。這樣一來,主導整部電影的,不再是男主角埃文,而是埃文的母親。母親是這部電影的導演和編劇,也就是說,一切都是埃文母親自我安慰的臆想。
  • 「蝴蝶」拍翅膀 理財換風向
    傅淞巖  美國雷曼兄弟這隻「蝴蝶」折斷的翅膀,帶來的是全球金融業的龍捲風。這個時候,一個家庭,一個普通理財者能做的,就是在這樣的大背景下,調整理財風向,找到一個理財的避風港口。  美國信貸危機的每一個壞消息的傳來,都能在全球股市中掀起「蝴蝶效應」。
  • 蝴蝶效應:盤點近年來影響天氣預報準確性的兩大黑天鵝事件
    這同樣導致了大氣初始狀態的分析變得不如之前準確,以此為基礎的數值預報模式的準確率也隨之下降,也同樣對天氣預報準確率產生了影響……可見,天氣如生活一樣充滿意外,蝴蝶效應無處不在!關注天氣,關注生活,歡迎小夥伴們在下方留言討論!
  • 文學作品:蝴蝶飛過唐詩宋詞
    腿上的花粉傳遞著愛的種子,翅膀上的愛,以及老人的善良,多少花造就了天作之合在忙碌的蝴蝶生活中,花是妖嬈的,植物是興盛,栽培是碩果纍纍的。蝴蝶的作品是一個偉大的成就!「狂蜂浪蝶」這個詞真的冤枉了蝴蝶。在世界上所有的昆蟲中,「栩栩戲晴光,流連媚露香。舞隨花片白,棲共柳絲黃。」