「混沌理論」之父羅倫茲逝世 終年九十歲

2021-01-08 科學網
「混沌理論」之父羅倫茲逝世 終年九十歲 其所提出「決定性混沌」被指是牛頓後另一人類自然觀「進化論」

 

「混沌理論」之父愛德華.羅倫茲(Edward Lorenz),四月十六日在其位於美國麻省的家中逝世,終年九十歲。

 

羅倫茲畢業於達特茅斯學院、哈佛大學和麻省理工學院,生前在麻省理工任教。他於上世紀六十年代,提出了著名的「混沌理論(Chaos Theory)」,指小小的變化可產生巨大影響,例如巴西一隻蝴蝶煽動翅膀這個看似微不足道的現象,可改變大氣運動的方式,引發美國得州爆出龍捲風。此現象被稱為「蝴蝶效應(Butterfly Effect)」。

 

羅倫茲所提出的「決定性混沌(Deterministic Chaos)」被指是自牛頓以來另一引人注目的人類自然觀的「進化論」,他因此於一九九一年獲頒基礎科學京都獎。羅倫茲認為,人類本身都是非線性的:與傳統的想法相反,健康人的腦電圖和心臟跳動並不是規則的,而是混沌的,混沌正是生命力的表現,混沌系統對外界的刺激反應,比非混沌系統快得多。

 

「混沌理論」

 

「混沌理論」是在數學和物理學中,研究非線性系統在一定條件下表現出的現象的理論。一九六三年羅倫茲提出了該想法,以圖解釋非線性系統具有的多樣性和多尺度性。「混沌理論」最大的貢獻是用簡單的模型來推出明確的非周期性結果。

 

該理論認為在混沌系統中,初始條件十分微小的變化經過不斷放大,對其未來狀態會造成極其巨大的差別。例如馬蹄鐵上的一個釘子是否會丟失,本是初始條件十分微小的變化,但其「長期」效應卻是一個帝國存與亡的根本差別。這就是所謂「蝴蝶效應」。

 

「蝴蝶效應」

 

「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而巨大的連鎖反應。這是一種混沌現象,「一隻蝴蝶在巴西輕拍翅膀,會使更多蝴蝶跟著一起振翅。最後將有數千隻的蝴蝶都跟著那隻蝴蝶一同揮動翅膀,其所產生的颶風可以導致一個月後在美國得州發生一場龍捲風。 」

 

在《混沌學傳奇》等書中皆有這樣的描述:「一九六一年冬季的一天,羅倫茲在計算機上進行關於天氣預報的計算。為了考察一個很長的序列,他走了一條捷徑,沒有令計算機從頭運行,而是從中途開始.他把上次的輸出直接打入作為計算的初值,然後他穿過大廳下樓,去喝咖啡。一小時後他回來時,發生了出乎意料的事,他發現天氣變化同上一次的模式迅速偏離,在短時間內,相似性完全消失了。進一步的計算表明,輸入的細微差異可能很快成為輸出的巨大差別。

 

羅倫茲最初使用的是「海鷗效應」來形容這種現象,但在一九七九年於華盛頓的美國科學促進會的演講上卻問道:「一隻蝴蝶在巴西搧動翅膀會在德克薩斯引起龍捲風嗎?」「蝴蝶效應」因此得名。

 

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