什么是蝴蝶效应?

admin 科学 2020-10-17 18:25:10 676 蝴蝶效应 科学

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你知道什么是蝴蝶效应吗?

“蝴蝶效应”是一个美国人提出的一个理论,最常见的阐述是:“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。”我们通俗一点说,蝴蝶效应就是,不起眼的一个微小动作却能引起一连串的巨大连锁反应。实质是说事物发展的复杂性和难以预测性。

还有一部美国电影就叫《蝴蝶效应》,叙述主人公因为童年记忆,损坏了他原来完美的生活。

我们现在讨论“蝴蝶效应”,就是要抓住“蝴蝶效应”的本质,就是任何微小的变化,都可能引起巨大的连锁反映。这对我们的现实生活也有一定的积极意义。

首先,不管做什么工作,要善于观察事物的发展变化,掌握其发展变化规律,牢牢把握好事物发展的大方向。其次,要慎重决定,慎重选择。不能草率盲目,轻举妄动。第三,做好预案,提前谋划,对事物发展准确预判,做好相应充分准备,有备无患,万无一失。

说是在巴西利亚的热带雨林里,只要蝴蝶煽动一下翅膀,美国的德克萨斯州就有可能刮起一场龙卷风,这就是“蝴蝶效应”。

什么是蝴蝶效应?

先从美国麻省理工学院气象学家洛伦兹(Lorenz)的发现谈起:为了预报天气,他用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了更细致地考察结果,他把一个中间解取出,提高精度再送回。而当他喝了杯咖啡以后回来再看时竟大吃一惊——本来很小的差异,结果却偏离了十万八千里!!计算机没有毛病,于是,洛伦兹认定,他发现了新的现:“对初始值的极端不稳定性”,即:“混沌”,又称“蝴蝶效应”,亚洲蝴蝶拍拍翅膀,将使美洲几个月后出现比狂风还厉害的龙卷风!

我们也通常称“蝴蝶效应”为“连锁反应”或者“多米诺骨牌效应”。
西方有民谣: 丢失一个钉子,坏了一只蹄铁; 坏了一只蹄铁,折了一匹战马; 折了一匹战马,伤了一位骑士; 伤了一位骑士,输了一场战斗; 输了一场战斗,亡了一个帝国。
所以说,“蝴蝶效应”在很多方面都可能产生,比如企业:
企业内部:由不同个独立特行的人组成的庞大的纵横交错的“蜘蛛网”,人的复杂性和不可遇见性就决定这个网络的不稳定性。
例如,也员工利用岗位之便,为自己谋取了微小的私利,其企业无相关条文规定,又觉的无伤大雅。那么,与之相关的其他员工就可能想方设法为自己也谋取一点实惠,再相关其他员工也许就可能冒险盗窃企业利益。
所以,企业需要用管理体系去规范其行为,使企业变得越来越有序,不让一只蝴蝶的翅膀掀动整个企业脉络。
当然,凡事请看“两面”:
近日,京东在总部建立一家企业员工幼儿园名叫“京东初然之爱托幼中心”,可允许员工子女免费入学,且母婴产品免费。还给宝宝们配备了老师,4-17个月的宝宝,师生配比是1:2.5,其18到24个月的宝宝,师生配比是1:5。受益的员工觉得老板很温暖,他的好评带动了整个京东员工甚至整个社会都给予了刘冬强一个好评!
所以,企业管理,也需要人性化,才会让一只蝴蝶带动整个网络兴奋。
企业之间:

当如今企业发展到瓶颈,有了京东的人工智能无人仓落地,就跟起了阿里的“达摩院”落座,进而掀起了线上线下,服务行业的“智能科技革命”,并迅速波及其他行业。

综上,企业内有乾坤,外亦如一只蝴蝶,它的振翅呼动,也有可能会在将来引起是社会海洋的风暴。

“蝴蝶效应”一词的来源是基于混沌学理论

混沌其实是非线性系统的一种状态,这些非线性系统在一定的条件下,会表现出一些无规性,但严格意义上来说,应该是貌似无规性,因为这些貌似无规性中又会出现一定的规则性,一般就称系统出现了混沌状态。因此,混沌的定义可以理解为:混沌就是系统的无规行为中的规律性。

混沌学的典型例子:一个是三体问题,还有一个就是蝴蝶效应

三体问题是科学发展史上第一个出现混沌的问题,庞加莱发现,即使在简单的三体问题中,方程的解的状况也十分复杂,以至于对于给定的初始条件,几乎是没有办法预测当时间趋于无穷时,轨道的最终命运。

蝴蝶效应:蝴蝶效应一词的出现,是1960年,美国科学家爱德华.洛伦茨(Edward Lorenz)利用计算机来做天气预报。

洛伦茨运用当时最先进的计算机,排出了云团的运动方程式,计算机输出的结果基本与观测符合。1961年的某天,为了检测一个很长的计算过程,洛伦茨想走捷径,他并没有从原来的初始条件出发,而是利用计算机输出的一中间结果作为初始条件输入,意外情况出现了,气候的变化开始遵循了原来的计算结果,但是时间一长,偏离就出现了,而且越来越大。后来他发现这是因为计算机为了节省空间,输出的结果与实际的结果之间存在截断误差,而洛伦茨利用这存在误差的输出条件作为初始条件,最终导致了“巨大的气象灾难”,这种对初始条件的敏感性成为“蝴蝶效应”。蝴蝶效应被形象的描述成:一只南美洲亚马逊河流域的蝴蝶,轻轻的扑动了几下翅膀,两周后,在美国德克萨斯州引发了一场龙卷风。

洛伦茨吸引子

分形:具有分形维数的几何图形成为分形,分形几何与混沌动力学有着密切的联系,非线性动力学的轨迹需要分形几何来描述。譬如用分形维数描述海岸线:海岸线的分形维数越高,说明形状的复杂度越高。

芒德布罗(Mandelbrot)集

此外,“蝴蝶效应”也被引申到社会学与心理学:

蝴蝶效应在社会学界用来说明:一个坏的微小的机制,如果不加以及时地引导、调节,会给社会带来非常大的危害,戏称为“龙卷风”或“风暴”;一个好的微小的机制,只要正确指引,经过一段时间的努力,将会产生轰动效应,或称为“革命”。

蝴蝶效应在心理学方面的应用:蝴蝶效应指一件表面上看来毫无关系、非常微小的事情,可能带来巨大的改变。此效应说明,事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性,初始条件的极小偏差,将会引起结果的极大差异。 当一个人小时候受到微小的心理刺激,长大后这个刺激会被放大,电影《蝴蝶效应》中作了精彩诠释。

以上是对“蝴蝶效应”的简要介绍,不够详尽及存在偏颇之处,万望指正批评。


参考文献:

【1】Ott E. Chaos in dynamical systems. Cambridge University Press, 1993.

【2】汪富泉,李后强. 分形--大自然的艺术构造. 济南:山东教育出版社,1996

【3】陆同兴. 非线性物理概论. 合肥:中国科学技术大学出版社,2002

蝴蝶效应就是说初始条件十分微小的变化不断的放大。对其未来状态会造成巨大的差别。

用个通俗点的话来解释,就是一只蝴蝶,扇了一下翅膀,然后在地球的另一边就刮起了狂风。

举个例子,西方有一首民谣

丢失一个钉子,坏了一只蹄铁。

坏了一只蹄铁,折了一匹战马。

折了一匹战马,伤了一位骑士。

伤了一位骑士,输了一场战斗。

输了一场战斗,亡了一个帝国。

从丢失一个钉子,到亡了一个帝国。这也就是所谓的蝴蝶效应。

蝴蝶效应源自混沌理论,用于描述看似不相关的事物或条件(也称为初始条件)的微小变化如何影响庞大而复杂的系统。对于蝴蝶效应最常见的描述如下:南美洲的一只蝴蝶扇动翅膀将会影响到美国德克萨斯州的天气,这意味着一个系统中某个部分的最微小变化会对另一部分产生巨大的影响。从更广泛的角度来说,蝴蝶效应可以解释为什么对于像天气这样的大型系统仍然无法完全准确地预测,这是因为有太多未知的变量需要追踪。

蝴蝶效应的概念最早由美国数学家和气象学家爱德华·诺顿·劳仑次提出,他是混沌理论的创立者。有一次,劳仑次在计算机中运行一个全球气候模型时,他希望能节省一些时间,所以他利用上次运行了一部分的结果作为初始条件(取了部分有效数字),从中途开始运行模型。结果发现,从中途开始运行的模型与从头开始运行的模型计算结果相差很大。劳仑次和他同时代的大多数科学家都认为,无论从哪里开始运行模型,输出结果都应该是一样的。但事实上,微小的变化导致输出结果产生了很大的差异。

基于这样的结果,劳仑次提出了后来广为人知的蝴蝶效应来进行解释。这表明像天气这样的大型复杂系统具有非常敏感的依赖性,意味着这种系统的发展依赖于大量的因素,所以很难精确预测天气。

蝴蝶效应不只是适用于天气系统,事实上,任何复杂的系统都可能易于受到看似微小因素的影响。例如,太阳系中小行星的运动是很难预测的。这是因为小行星的飞行路径会受到太阳系中各种引力作用的影响,其中包括太阳、行星、卫星、甚至是其他小行星的引力作用。在人类行为中,最初的微小变化可能使一些行为难以预测,一个人小时候的一些经历可能会影响到他自己的一生。

蝴蝶效应是美国气象学家爱德华·罗伦兹在1963年提出的。

一只蝴蝶在南美洲亚马逊河流域的热带雨林煽动了几下翅膀,几周后引起了美国德克萨斯州的一场龙卷风!

这就是人们解释蝴蝶效应时,举例说明的一个经典场景,其逻辑是蝴蝶煽动翅膀,引起周围空气的扰动,形成微弱气流。微弱气流又引起周围空气或其他方面的变化,最终导致并不相关的系统发生巨大变化。

归纳来讲,蝴蝶效应是指一个动力系统中,初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大连锁反应。这个观点的提出源于爱德华·罗伦兹研究气候变化的图像,看上去是混沌的,形状像一只张开翅膀的蝴蝶,因此气象学家用蝴蝶来形象地描述这种现象。动力系统中的微小变化会以指数级增长,从而造成巨大的变化。正所谓“失之毫厘谬以千里”。

事实上,蝴蝶效应不止作用于气象学,在其他很多系统中同样可用。就像同名电影《蝴蝶效应》中,主人公Evan通过回忆童年的过往,而发现改变一件童年微小的事情可以导致改变整个人生的发展。这就是蝴蝶效应,一件小事可能对后来造成不可估量的影响。

蝴蝶效应是非线性系统的特性,在社会学、经济学方面均可作出解释,如社会学中一个微小的机制变化,可能造成社会的巨大动荡;股票系统的一个微小震荡,可能造成整个股市的崩盘,如1998年的金融危机;2003年疑似“疯牛病”事件,造成美国牛肉产业和工作岗位的颠覆,甚至直接波及全球……以上种种,都可称之为蝴蝶效应在各个领域的表现。

事实上,不仅如此,早在中国古代,就有了蝴蝶效应相关的记录,在吕氏春秋里,有一则故事讲到楚国和吴国的姑娘因为在游戏时不小心弄伤了楚国姑娘,结果此后持续发酵,最终导致吴楚大战,即有名的鸡父之战。

“差之毫厘,谬以千里”这句老话,我想是对蝴蝶效应最好的解释。都是一丝一毫的误差就会导致重大的后果。

蝴蝶效应是美国一个气象学家爱德华·罗伦兹(是罗伦兹不是洛伦兹)在1963年提出来的。说的就是一只在动力系统中的蝴蝶扇动翅膀后,会让周围气流发生微弱改变,从而使得周围的空气系统和其它自然系统发生连锁变化,由一个微小的改变导致了整体性的大变化。“蝴蝶效应”又称为“混沌学”。

罗伦兹说了一句很有名的话:一只亚马逊河的蝴蝶拍打几下翅膀,足以引起一个月后后德克萨斯州的龙卷风一只海鸥扇动几下翅膀足以引起无可挽回的天气变化。

细节决定成败,蝴蝶效应就是让人们认识到了一个微小的变数可以呈指数增长,随着时间推移,最终影响到庞大体系的巨大差异。它最初是个不规则混沌动力系统,一切都有可能发生,一旦有什么微弱变动,便会快速扩散到四周。

蝴蝶效应的存在,使得人们必然谨小慎微,防微杜渐。一个不起眼的机制,往往容易使人们忽略,置若不理。如果人们善于发现其中微小的隐患,并加以正确的引导,使一些大危害由大化小,由小化了…

蝴蝶效应在气象学、经济学、社会学、数学…这些学科都有广泛应用,数学里的“余切序列”就是个典型的例子。

蝴蝶效应很历害的,有一年公园的蝴蝶特别的多,到处都是飞蝴,结果第二年满地爬小虫子,到处打药。才消灭那些虫子泛滥。这个小蝴蝶真是虽小,但是它做的事有点惊人。不可小看。

蝴蝶效应的本质是:微小的变化能带动整个系统长期的巨大的连锁反应。即一个微小的变化能影响事物的发展,说明事物的发展具有复杂性。即细节决定成败。

该效应可以解释为:一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。其原因就是蝴蝶扇动翅膀的运动,导致其身边的空气系统发生变化,并产生微弱的气流,而微弱的气流的产生又会引起四周空气或其他系统产生相应的变化,由此引起一个连锁反应,最终导致其他系统的极大变化。

美国气象学家洛伦兹认为:初始条件十分微小的变化经过不断放大,对其未来状态会造成极其巨大的差别。有些小事可以糊涂,有些小事如经系统放大,则对一个组织、一个国家来说是很重要的,就不能糊涂。

蝴蝶效应被广泛应用于社会、经济、生活、数学等方面。

一滴很小的水滴,如果在雪坡上向下滚动,慢慢形成雪球,最后雪球越滚越大,最后带来不可预想的结果,这就是蝴蝶效应。

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