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[知识科普] 蝴蝶效应到底是…

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发表于 2011-12-18 20:32:29
蝴蝶效应( The Butterfly Effect)是指在一个动力系统中,初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。这是一种混沌现象。蝴蝶在热带轻轻扇动一下翅膀,遥远的国家就可能造成一场飓风。
基本概念
美国气象学家爱德华·罗伦兹(Edward N.Lorentz)1963年在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。“一个气象学家提及,如果这个理论被证明正确,一只海鸥扇动翅膀足以永远改变天气变化。”在以后的演讲和论文中他用了更加有诗意的蝴蝶。对于这个效应最常见的阐述是:“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德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。它称之为混沌学。
这句话的来源,是这位气象学家制作了一个电脑程序,这个可以模拟气候的变化,并用图像来表示。最后他发现,图像是混沌的,而且十分像一只张开双翅的蝴蝶,因而他形象地将这一图形以“蝴蝶扇动翅膀”的方式进行阐释,于是便有了上述的说法。
蝴蝶效应通常用于天气、股票市场等在一定时段难以预测的比较复杂的系统中。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。
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”。
理论基础
蝴蝶效应是气象学家洛伦兹1963年提出来的。其大意为:一只南美洲亚马孙河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可能在两周后在美国德克萨斯引起一场龙卷风。其原因在于:蝴蝶翅膀的运动,导致其身边的空气系统发生变化,并引起微弱气流的产生,而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化,由此引起连锁反应,最终导致其他系统的极大变化。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。

[发帖际遇]:  在学院三周年庆典上幻影神之仔RK一连唱了10首歌,得到鼓励奖和英镑5镑奖金.
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发表于 2011-12-18 20:53:54
楼主提到了混沌学了啊~这可是很高深的学问啊~蝴蝶效应只是一个分支而已~
楼主可以再找找混沌学的~我等你~
楼主| 发表于 2011-12-18 21:02:45
好…马上…在给我力量!我马上!

[发帖际遇]:  幻影神之仔RK报名参加小分队培训班,花了英镑3镑.
楼主| 发表于 2011-12-18 21:07:26

混沌学

混沌学(英文:Chaos)在科学上,如果一个系统的演变过程对初态非常敏感,人们就称它为混沌系统。研究混沌运动的一门新学科,叫作混沌学。混沌学发现,出现混沌运动这种奇特现象,是由系统内部的非线性因素引起的。
混沌学的简述
什么是混沌呢?混沌是决定性动力学系统中出现的一种貌似随机的运动,其本质是系统的长期行为对初始条件的敏感性。如我们常说“差之毫厘,失之千里”。西方控制论的创造者维纳对这种情形作了生动的描述:钉子缺,蹄铁卸;蹄铁卸,战马蹶;战马蹶,骑士绝;骑士绝,战事折;战事折,国家灭。钉子缺这样一微不足道的小事,经逐级放大竟导致了国家的灭亡。系统对初值的敏感性又如美国气象学家洛仑兹蝴蝶效应中所说:“一只蝴蝶在巴西煽动翅膀,可能会在德州引起一场龙卷风”,这就是混沌。环顾四周,我们的生存空间充满了混沌。混沌涉及的领域――物理、化学、生物、医学、社会经济,甚至触角伸进了艺术领域。混沌学的传道士宣称,混沌应属于二十世纪三大科学之一。相对论排除了绝对时空观的牛顿幻觉,量子论排除了可控测量过程中的牛顿迷梦,混沌则排除了拉普拉斯可预见性的狂想。混沌理论将开创科学思想上又一次新的革命。混沌学说将用一个不那么可预言的宇宙来取代牛顿、爱因斯坦的有序宇宙,混沌学者认为传统的时钟宇宙与真实世界毫不相关。
混沌学的起源和发展
1972年12月29日,美国麻省理工学院教授、混沌学开创人之一E.N.洛伦兹在美国科学发展学会第139次会议上发表了题为《蝴蝶效应》的论文,提出一个貌似荒谬的论断:在巴西一只蝴蝶翅膀的拍打能在美国得克萨斯州产生一个龙卷风,并由此提出了天气的不可准确预报性。时至今日,这一论断仍为人津津乐道,更重要的是,它激发了人们对混沌学的浓厚兴趣。今天,伴随计算机等技术的飞速进步,混沌学已发展成为一门影响深远、发展迅速的前沿科学。
一般地,如果一个接近实际而没有内在随机性的模型仍然具有貌似随机的行为,就可以称这个真实物理系统是混沌的。一个随时间确定性变化或具有微弱随机性的变化系统,称为动力系统,它的状态可由一个或几个变量数值确定。而一些动力系统中,两个几乎完全一致的状态经过充分长时间后会变得毫无一致,恰如从长序列中随机选取的两个状态那样,这种系统被称为敏感地依赖于初始条件。而对初始条件的敏感的依赖性也可作为一个混沌的定义。

[发帖际遇]:  幻影神之仔RK因为帮助小品解决香蕉过多的问题,乐于助人,得到奖励学分10分.
楼主| 发表于 2011-12-18 21:11:51

混沌学的原理

关于混沌,我们已经形成了下列一些认识:
(1)我们在此讨论的混沌一般是从有序态演化进入混沌态,因此称为非平衡混沌。
(2)混沌是决定论系统的内在随机性,这种随机性与我们过去所了解的随机性现象,比如掷色子,抛硬币等有很大的区别:具有混沌现象的系统,其短期行为是可以知道的,只有经过长期演化,其结果才是不确定的。
(3)混沌对初值的敏感依赖性。在线性系统中,小扰动只产生结果的小偏差,但对混沌系统,则是"失之毫厘,差之千里"。
(4)混沌不是简单的无序,也不是通常意义下的有序。首先,混沌运动是一种典型的非周期运动,是周期运动对称性的破缺,而对称性破缺实质上意味着有序程度的提高,所以混沌运动是另一种类型的有序;混沌区的系统行为并非真的一团乱麻,混沌谱本身还具有无穷的内部结构,其中嵌套着各种周期窗口,非周期与周期难分难解地交叉、缠绕在一起,表明混沌行为是一种非平庸的有序性;混沌内部的无穷嵌套结构具有标度变换的不变性,局部放大后其结构与整体相似,这种自相似性也是某种意义上的对称性,因此,混沌可以看成具有更高层次上的对称特征的有序态。其次,非平衡混沌遵循着某些共同的规律:奇异吸引子行为。吸引子是描述力学系统状态在相空间的状态点的集合,这些点或点的集合对系统相空间的运动轨线有吸引作用;而有些点,则是状态达不到的点,称为排斥子。从相空间中任一点出发的运动轨线,总是愈来愈趋近于一定的吸引子,而远离排斥子。混沌吸引子与一般系统的吸引子不同,处于混沌态的系统其相轨迹进人吸引子后,两条相距非常近的轨线将发生指数分离。一方面,状态的演化最终要进入吸引子,另一方面,初值敏感依赖性又使系统呈现随机特点,形成了一个矛盾的统一体。
混沌绝不是一堆有趣的数学现象,混沌是比有序更为普遍的现象,它使我们对物质世界有了更深一层次的认识,为我们研究自然的复杂性开辟了一条道路,同时也引出了关于物质世界认识论上的一些哲学思考。
6.2 哲学思考
1 混沌理论提供了使人们领悟这个世界除有序和稳定以外,还有更多的东西。用《哈姆雷特》中的一句话即“在天国和地球上有比你哲理所想象的更多的东西”,混沌让人领悟了自然界圆满的描述必须包括复杂的行为。
2 混沌理论强迫我们正视我们的局限性,通常我们对世界的感性认识受制于我们对自然界的了解。混沌的概念将改变我们的世界观,将我们从钟样宇宙中解放出来,特别是在决定与随机、必然与偶然、有序与无序、稳定与非稳定,简单与复杂,局部与整体等矛盾关系和辩证转化条件与机制方面,给人们以新的启迪。
(1)决定论与非决定论
物理学中有两种人们普遍接受的认识自然的观点,一个是由牛顿经典力学建立起来的因果决定论观点,另一个是由统计力学和量子力学发展起来的概率论观点,这两种规律实验于不同的对象。
混沌的奇特之处在于,它把表现的无序与内在的决定性机制巧妙地融为一体,混沌是内在随机性的代名词。“决定性混沌”说明决定性与随机性之间存在着由此及彼的桥梁,这大大丰富了我们对偶然性和必然性这对辩证法基本范畴的认识。首先,混沌现象继量子力学不确定原理之后,又一次暗示,偶然性在科学上并非是无足轻重的东西。其次,混沌意味着,对某些决定性方程,我们对未来的预测能力受到某种新的根本限制,初始测量的不确定性会扩展于整个吸引子上。混沌将决定性和随机性集于一身,同时既是偶然性又是必然性的东西。它证明在表观的有序背后隐藏着一种奇异的无序,而在无序深处又隐藏着更奇异的秩序。

[发帖际遇]:  幻影神之仔RK帮地瓜撰写论文,获得学分11分.
发表于 2011-12-18 21:15:17
楼主要不还是写在一块儿吧~分开来看多不方便啊~
发表于 2011-12-18 21:25:08
所以楼主加一个宇宙恒稳态理论会比较好-。-
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发表于 2011-12-18 21:35:18
外国专业算卦???哈哈哈
本人 顶--老爱,顶--广义相对论。理论是要经过层层推导和无数实验来验证的。
但在量子的世界的确一切都是随机的,例如电子的轨道,只是描述出现的概率;无法在同一时间内得到微粒 动量和位置 ----  测不准原理。
我认为 混沌学就是闹着玩的,
楼主| 发表于 2011-12-18 21:48:27
哦,我会注意的,sorry,我怕弄混了…
发表于 2011-12-22 12:03:03
不是有基于混沌学的算法么,貌似叫遗传算法,还有啥神经网络~~咱自学学不来~~
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