蝴蝶效应 蝴蝶效应真实存在吗？

2004年好莱坞演员阿什顿·库彻主演的《蝴蝶效应》是一部好电影吗？人类会认为蝴蝶效应有神奇的效果，小规模的事件可以产生巨大而不可预测的后果，甚至导致战争和核灾难...

蝴蝶效应其实只是一个气象术语，起源于半个世纪前。大部分人很难理解它究竟是什么——它的真实概念，是否还能适用，或者是否明显无效。目前，gizmodo网站的Giz专栏采访了许多物理学家、大气科学家和心理学家，分析蝴蝶效应的真正作用和意义。

戴尔·杜兰

美国华盛顿大学大气科学系教授兼系主任

研究包括大气的可预测性

“蝴蝶效应是真实的。从某种意义上来说，小规模的小变化可以永远改变天气，但蝴蝶是否能对天气做出任何有意义的改变却是有争议的。”

蝴蝶效应是爱德华·洛伦茨在大气可预报的背景下提出的。事实上，在他的研究报告中，他指出海鸥的翅膀，而不是蝴蝶的翅膀，会产生巨大而不可预测的后果。蝴蝶效应是由Phil Meriles博士提出的，Lorenz在对话中引用了这个术语，1969年发表的研究报告题为蝴蝶效应。

蝴蝶效应是真实的。从某种意义上说，小范围的变化可以永远改变天气，但蝴蝶是否能对天气做出任何有意义的改变却是有争议的。蝴蝶效应或多或少能抓住人的想象力。虽然不是完美的例子，但确实是个例子。

问题是蝴蝶太小了，真的改变不了什么，但是对于更大的东西，比如飞机或者积云，积云可以影响任何地方的气候，它的存在可以改变云周围的大气环流。积云变化时，会在较大范围内轻微改变大气环流，进而在较大范围内改变大气环流。

对于蝴蝶效应来说，极小的不确定性使得较大区域的天气随时间变化，但对于较大区域(例如直径在168公里范围内)，不确定性将完全覆盖蝴蝶效应带来的任何影响。

Brian Swingle

马里兰大学物理学助理教授

研究量子信息物理

“更令人困惑的现象是量子蝴蝶效应，它出现在将混沌与量子世界奇怪的物理特性相结合的系统中。”

蝴蝶效应是真实存在的:如果你用一个混沌系统进行两个起点略有不同的实验，你会观察到两个实验结果的差异，这种差异会随着时间迅速增大。从数学上讲，随着时间的推移，两个实验之间的差异会呈指数增长，直到差异变得非常大。

更令人费解的现象是量子蝴蝶效应，它出现在混沌与量子世界奇异的物理特性相结合的系统中。对于这类系统，有量子混沌的概念，但如何精确测量量子蝴蝶效应仍是一个正在进行的研究课题。

在某些情况下，我们可以确定一个实验性的可检测属性。在典型的蝴蝶效应中，预计差值可以重复翻倍，但对于普通的量子混沌系统，我们仍然不知道是否有意义。

试图研究这种物理性质的实验也很有趣。它们通常涉及原子和光子的特殊集合，通过设计高度可控，并与外界隔离。实验者试图在特定时间前后运行系统的电源，就像倒带和快进电影一样。

如果我们快进，然后立即倒带，我们会回到最初的起始位置，但是如果我们快进，在倒带之前做一个小的改变，我们很快就会在一个混沌系统中结束于一个非常不同的位置，而不是最初的位置。

大卫·平卡斯

查普曼大学临床心理学教授

研究与人类心理学相关的混沌理论和蝴蝶效应

“如果你观察蝴蝶效应系统，你会发现它们是混沌无序的，会产生分形图案。如果你有10000个数据点，你可以看到分形图案是如何随时间变化的，这就是我们所说的轨迹。”

蝴蝶效应是真的吗？是的，这是从自信的角度给出的答案。然后就可以探究这个问题了。真正的蝴蝶效应是什么？这就是乐趣。

蝴蝶效应可能是庞加莱在20世纪初“发现”的。他试图从天体物理学的角度揭示三个相互作用的天体问题。如果在空中有引力和两个物体的相互作用，建模相对简单:它们相互作用，但在空中有引力和三个物体的相互作用时，就很难做到

如果你把三个网球绑在一起，然后上面的绳子摆动，下面绑在一起的网球会发生无序碰撞，底部的网球会出现蝴蝶效应，这意味着这种现象不是随机的，而是不可预测的。如果在某个时间点做一个微小的改变，以后某个时间点的网球位置会完全不同。

一个明显的例子是分形几何，它是一种自相似的分支结构。它在自然界中随处可见，如树木和神经元。如果观察蝴蝶效应系统，会发现它们是混沌无序的，会产生分形图案。如果你有10000个数据点，你可以看到分形图案是如何随时间变化的，这就是我们所说的轨迹。

在复杂系统中，有大量的组件，它们以复杂的方式相互作用，产生连贯的输出，如树木、神经元、海洋中的波浪、自然界中无数不同事物的生长，往往会产生分形图案。

今年1月，我刚刚发表了一份研究报告。我测量了人格特征，发现了一个分形结构。事实证明，人们可以用同样的方法来衡量人格特征。当一个人更健康，承受的压力更大的时候，他的人格结构就会更分支，更丰满，刚性更小。

我在德国有个同事叫Gant Cherntek。在我看来，他是把混沌理论应用到心理学最多的人。他致力于通过心理治疗发现蝴蝶效应。他建立了一个数学模型(据我所知，是世界上唯一的心理蝴蝶效应模型)，适用于心理治疗过程中的人格改变。这种模式运行时会产生蝴蝶效应，也就是说以后心理治疗的小变化会完全不同。

切尔特克的数学模型证明，蝴蝶效应可能反映在人类心理特征随时间的变化上。事实上，他一直在跟踪客户的相关数据，结果表明数据与他的模型非常一致，所以蝴蝶效应不仅在数学上是真实的，在许多不同的科学领域也是如此，这可以反映在人类心理的变化和成长过程中。

道格拉斯·斯坦福

美国斯坦福大学理论物理研究所副教授

本文主要研究量子引力、量子场论和弦理论

"在关于时间机器的小说中，蝴蝶效应是真实的."

蝴蝶效应是真实存在的，但很难被发现。为了让它更引人注目，我们可以想象一个时光机的实验。你可以通过时光机回到过去，改变一件看似无关紧要的事情，比如改变一个原子的位置，然后通过时光机回到现在。这个时候你会发现很多东西都是随机的发现了很大的变化。

这基本上就是1952年短篇小说《雷霆》的故事情节。作者雷·布拉德伯里讲述的故事情节与蝴蝶效应非常相似，但他低估了对现代事物重新排序的影响。概率方法表明，过去容易预测的事情不会改变，但似乎难以预测的事情会有很大不同。