2004年好萊塢演員阿什頓·庫徹主演的《蝴蝶效應(yīng)》是一部好電影嗎？人類會認(rèn)為蝴蝶效應(yīng)有神奇的效果，小規(guī)模的事件可以產(chǎn)生巨大而不可預(yù)測的后果，甚至導(dǎo)致戰(zhàn)爭和核災(zāi)難...

蝴蝶效應(yīng)其實只是一個氣象術(shù)語，起源于半個世紀(jì)前。大部分人很難理解它究竟是什么——它的真實概念，是否還能適用，或者是否明顯無效。目前，gizmodo網(wǎng)站的Giz專欄采訪了許多物理學(xué)家、大氣科學(xué)家和心理學(xué)家，分析蝴蝶效應(yīng)的真正作用和意義。

戴爾·杜蘭

美國華盛頓大學(xué)大氣科學(xué)系教授兼系主任

研究包括大氣的可預(yù)測性

“蝴蝶效應(yīng)是真實的。從某種意義上來說，小規(guī)模的小變化可以永遠(yuǎn)改變天氣，但蝴蝶是否能對天氣做出任何有意義的改變卻是有爭議的。”

蝴蝶效應(yīng)是愛德華·洛倫茨在大氣可預(yù)報的背景下提出的。事實上，在他的研究報告中，他指出海鷗的翅膀，而不是蝴蝶的翅膀，會產(chǎn)生巨大而不可預(yù)測的后果。蝴蝶效應(yīng)是由Phil Meriles博士提出的，Lorenz在對話中引用了這個術(shù)語，1969年發(fā)表的研究報告題為蝴蝶效應(yīng)。

蝴蝶效應(yīng)是真實的。從某種意義上說，小范圍的變化可以永遠(yuǎn)改變天氣，但蝴蝶是否能對天氣做出任何有意義的改變卻是有爭議的。蝴蝶效應(yīng)或多或少能抓住人的想象力。雖然不是完美的例子，但確實是個例子。

問題是蝴蝶太小了，真的改變不了什么，但是對于更大的東西，比如飛機或者積云，積云可以影響任何地方的氣候，它的存在可以改變云周圍的大氣環(huán)流。積云變化時，會在較大范圍內(nèi)輕微改變大氣環(huán)流，進(jìn)而在較大范圍內(nèi)改變大氣環(huán)流。

對于蝴蝶效應(yīng)來說，極小的不確定性使得較大區(qū)域的天氣隨時間變化，但對于較大區(qū)域(例如直徑在168公里范圍內(nèi))，不確定性將完全覆蓋蝴蝶效應(yīng)帶來的任何影響。

Brian Swingle

馬里蘭大學(xué)物理學(xué)助理教授

研究量子信息物理

“更令人困惑的現(xiàn)象是量子蝴蝶效應(yīng)，它出現(xiàn)在將混沌與量子世界奇怪的物理特性相結(jié)合的系統(tǒng)中?！?/p>

蝴蝶效應(yīng)是真實存在的:如果你用一個混沌系統(tǒng)進(jìn)行兩個起點略有不同的實驗，你會觀察到兩個實驗結(jié)果的差異，這種差異會隨著時間迅速增大。從數(shù)學(xué)上講，隨著時間的推移，兩個實驗之間的差異會呈指數(shù)增長，直到差異變得非常大。

更令人費解的現(xiàn)象是量子蝴蝶效應(yīng)，它出現(xiàn)在混沌與量子世界奇異的物理特性相結(jié)合的系統(tǒng)中。對于這類系統(tǒng)，有量子混沌的概念，但如何精確測量量子蝴蝶效應(yīng)仍是一個正在進(jìn)行的研究課題。

在某些情況下，我們可以確定一個實驗性的可檢測屬性。在典型的蝴蝶效應(yīng)中，預(yù)計差值可以重復(fù)翻倍，但對于普通的量子混沌系統(tǒng)，我們?nèi)匀徊恢朗欠裼幸饬x。

試圖研究這種物理性質(zhì)的實驗也很有趣。它們通常涉及原子和光子的特殊集合，通過設(shè)計高度可控，并與外界隔離。實驗者試圖在特定時間前后運行系統(tǒng)的電源，就像倒帶和快進(jìn)電影一樣。

如果我們快進(jìn)，然后立即倒帶，我們會回到最初的起始位置，但是如果我們快進(jìn)，在倒帶之前做一個小的改變，我們很快就會在一個混沌系統(tǒng)中結(jié)束于一個非常不同的位置，而不是最初的位置。

大衛(wèi)·平卡斯

查普曼大學(xué)臨床心理學(xué)教授

研究與人類心理學(xué)相關(guān)的混沌理論和蝴蝶效應(yīng)

“如果你觀察蝴蝶效應(yīng)系統(tǒng)，你會發(fā)現(xiàn)它們是混沌無序的，會產(chǎn)生分形圖案。如果你有10000個數(shù)據(jù)點，你可以看到分形圖案是如何隨時間變化的，這就是我們所說的軌跡。”

蝴蝶效應(yīng)是真的嗎？是的，這是從自信的角度給出的答案。然后就可以探究這個問題了。真正的蝴蝶效應(yīng)是什么？這就是樂趣。

蝴蝶效應(yīng)可能是龐加萊在20世紀(jì)初“發(fā)現(xiàn)”的。他試圖從天體物理學(xué)的角度揭示三個相互作用的天體問題。如果在空中有引力和兩個物體的相互作用，建模相對簡單:它們相互作用，但在空中有引力和三個物體的相互作用時，就很難做到

如果你把三個網(wǎng)球綁在一起，然后上面的繩子擺動，下面綁在一起的網(wǎng)球會發(fā)生無序碰撞，底部的網(wǎng)球會出現(xiàn)蝴蝶效應(yīng)，這意味著這種現(xiàn)象不是隨機的，而是不可預(yù)測的。如果在某個時間點做一個微小的改變，以后某個時間點的網(wǎng)球位置會完全不同。

一個明顯的例子是分形幾何，它是一種自相似的分支結(jié)構(gòu)。它在自然界中隨處可見，如樹木和神經(jīng)元。如果觀察蝴蝶效應(yīng)系統(tǒng)，會發(fā)現(xiàn)它們是混沌無序的，會產(chǎn)生分形圖案。如果你有10000個數(shù)據(jù)點，你可以看到分形圖案是如何隨時間變化的，這就是我們所說的軌跡。

在復(fù)雜系統(tǒng)中，有大量的組件，它們以復(fù)雜的方式相互作用，產(chǎn)生連貫的輸出，如樹木、神經(jīng)元、海洋中的波浪、自然界中無數(shù)不同事物的生長，往往會產(chǎn)生分形圖案。

今年1月，我剛剛發(fā)表了一份研究報告。我測量了人格特征，發(fā)現(xiàn)了一個分形結(jié)構(gòu)。事實證明，人們可以用同樣的方法來衡量人格特征。當(dāng)一個人更健康，承受的壓力更大的時候，他的人格結(jié)構(gòu)就會更分支，更豐滿，剛性更小。

我在德國有個同事叫Gant Cherntek。在我看來，他是把混沌理論應(yīng)用到心理學(xué)最多的人。他致力于通過心理治療發(fā)現(xiàn)蝴蝶效應(yīng)。他建立了一個數(shù)學(xué)模型(據(jù)我所知，是世界上唯一的心理蝴蝶效應(yīng)模型)，適用于心理治療過程中的人格改變。這種模式運行時會產(chǎn)生蝴蝶效應(yīng)，也就是說以后心理治療的小變化會完全不同。

切爾特克的數(shù)學(xué)模型證明，蝴蝶效應(yīng)可能反映在人類心理特征隨時間的變化上。事實上，他一直在跟蹤客戶的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明數(shù)據(jù)與他的模型非常一致，所以蝴蝶效應(yīng)不僅在數(shù)學(xué)上是真實的，在許多不同的科學(xué)領(lǐng)域也是如此，這可以反映在人類心理的變化和成長過程中。

道格拉斯·斯坦福

美國斯坦福大學(xué)理論物理研究所副教授

本文主要研究量子引力、量子場論和弦理論