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蝴蝶扇动翅膀真的能引发一场龙卷风吗?

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  郭鑫鹏

  曾经有一名气象学家作过一个相当形象的比喻:南美洲亚马逊河热带雨林中的一只蝴蝶扇动几下翅膀,就可以在两周后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。这在之后被人们称作“蝴蝶效应”。

  当你看到这句话后或许会一笑置之,小小的蝴蝶怎么可能引发起威力巨大的龙卷风?先不谈这个因果关系是否真的可能成立,只是像龙卷风这样的灾难性天气,它的出现完全无法预测,因为大气的变化和相互影响实在太复杂了。

  假设你在解一道数学题,其中包含着很多步骤,你也完全知道每一步该用什么公式,但是如果你在一开始的计算中犯了一个小小的错误,可能是小数点向左或右移了一位,或者只是计算结果差了一点点。一旦你没有察觉,即使后面的步骤都没问题,结果也很有可能出现巨大的差异,这就是蝴蝶效应。

  气象学家们同样也希望通过当前的天气状况对未来的天气做出预测。如果你经常看电视上的天气预报你就会经常遇到这样的情况:天气预报上说明天下雨却一整天都是晴天;或者天气预报说是晴天却突降大雨。这时你就会抱怨天气预报又不准了,但是如果你了解天气预报的原理,你就会理解它的困难性了。

  首先,数学家们就像解题方法一样建立了一套数学模型,这个模型中用了各种物理学方法和方程。然后专业人员、气象站、气象卫星会采集各处的天气数据,包括气温、气压、风速风向、湿度等,每隔一定时间就记录一次。然后人们把这些数据输入模型中通过电脑计算分析。运用同一模型或是不同模型,进行很多次运算得到许多个结果,这些结果可能各有不同,最后再将这些数据结果与历史数据进行比对修正后给出一个最可能的结果。

  不过大气的复杂程度远不止风速、气温等这几个数据能够完全描述的。不同于固体中每个分子都连接紧密,共同运动。空气中的气体分子就像一个个弹性小球,有大有小,速度有快有慢。无数的气体分子小球不断地运动、碰撞,同时也会受到人类活动、动物、大地等各种因素的影响。

  因此,即使有着同样气温、气压等我们能够测量的宏观状态,其中也有着无数不同的微观组合,这些都可能导致不同的结果。一些小小的差异也会导致未来是晴天或下雨这样的不同,因此天气预报也无法做到百分之百正确了。

  不仅是天气,水流也是一样,如果把一杯水泼到地上,没有人能准确说出水是如何溅射开来,最后又能浸湿哪部分土地,你甚至都无法做出两次一模一样的实验。而其他自然灾害比如火山爆发、地震、海啸等,对于我们目前的能力来说都很难预测。

 

  这也就是蝴蝶效应想要告诉我们的,混沌系统初始条件即使是微小改变也会被逐渐放大,造成截然不同的后果。

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