学术 “混沌”尤在，“蝴蝶”何踪？

学术研究也许很枯燥，但一定也很生动，就像一只蝴蝶扇动它斑斓的翅膀。...





5月23日是著名的“蝴蝶效应”的提出者——爱德华·洛伦兹的诞辰纪念日。

也许“蝴蝶效应”的内容于你并不陌生。但这个理论背后的故事是怎样的？与之相关的基础理论是什么？这个理论在那些范畴得到了应用？了解这些理论能够给我们的生活和工作带来哪些启迪呢？

我们大多数人熟悉的“蝴蝶效应”是这样一句话：亚马逊雨林里面一只蝴蝶扇动了一下翅膀，也许两周后就会引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。

从最初听到这句话的震惊，到越来越多的认可和运用，人们开始理解到一个细微的行为都可能影响整个大的事件和系统的发展和演变。

一部《蝴蝶效应》的电影更是用戏剧的手法为人们演绎了儿童时期的某一个偶然事件的不同选择可能对未来人生带来的迥异的结局。

如果说如今“蝴蝶效应”的家喻户晓就是那一场德克萨斯州的龙卷风，那么美国气象学家爱德华·罗伦兹就是那只不经意间扇动翅膀的蝴蝶。

在CNKI数据库内有一篇两位中国的气象学专家写的文章，文中详细地追溯了爱德华·洛伦兹的生平与学术成就。透过这篇文章，我们可以看到一位独立、执着、真正潜心钻研的科学工作者。洛伦茨教授几乎一生都坚持在科研的第一线，超过退休年龄根本不能让他停止工作。他一生在正式刊物上共发表了61篇(1950—2008年)论文，其中有31篇学术文章是在他60岁以后发表的，甚至是直到去世当年((2008年)，洛伦茨教授还发表了两篇论文。

作为一名学者，洛伦兹教授有一项重要的品质注定了他的与众不同，那就是——耐得住寂寞。

事实上，“蝴蝶效应”是一个通俗的概念，真正的科学理论基础是洛伦兹教授在1963年发表的一篇名为《Deterministic nonperiodic flow》的文章中提出的“混沌理论”。在这篇讨论求解大气运动方程的气象学专业论文中，洛伦兹提出了一个含有3个变量的非线性方程，这个方程就是著名的“混沌理论”的第一个数学模型。后来，这个数学模型中的解对初值的高度敏感性就被洛伦兹命名为“蝴蝶效应”。

因此，“蝴蝶效应”不过是“混沌理论”的冰山一角，甚至可以说是微不足道的附加的一角。“混沌理论”真正引发的是一场自然科学的革命，至此之后的“非线性科学”研究热潮，为数学、物理学等重要的基础科学领域起到了巨大的推动作用。整个混沌理论衍生至今已经深刻影响了包括物理、数学、计算机科学、自动化技术甚至是经济学等在内的重要科学理论的发展。



但你一定想不到，“混沌理论”提出之后竟被搁置了十几年，直到1975年以后才逐渐被学术界关注。

发表那篇论文的时候洛伦兹已经46岁，12年的无人问津仿佛丝毫没有影响到他的学术热情，甚至在52岁那年，他又发表了另一项非常重要的研究成果——“天气可预报性的上限”。

洛伦兹去世已经8年了，但我们依然可以在学术关键词的指数分析中看到，学术上对于“蝴蝶效应”这个哪怕是一个小小概念的关注热度居高不下。对于学术本身的真正的热爱和对名利的淡薄，在最终成就了爱德华·洛伦兹。

在他1993年出版的《混沌的本质》一书中，有这样一段意味深长的话：

现在的年轻科学家急于得到赏识和奖励的最快的一个方法是去解决一个已知的问题。寻找这种赏识和奖励的人很少能有从事研究全新问题的激情。历史告诉我们，围绕着新问题的大量未被开发的领域，有时候正是解决老问题的钥匙。

借用一句电视剧的台词，“风从来就没有停”，问题是谁是下一只扇动翅膀的蝴蝶呢？

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参考文献

[1] 罗德海,穆穆. 混沌理论之父——1983年Crafoord奖获得者洛伦茨教授成就解读[J]. 中国科学:地球科学,2015,(01):1-7.

[2]Baines, Peter G. Lorenz, E.N. 1963: Deterministic nonperiodic flow. Journal of the Atmospheric Sciences 20, 130-41.1[J]. Progress in Physical Geography,2008,324:.

[3] 亢世勇,刘海润 主编.现代汉语新词语词典.上海：上海辞书出版社.2009.



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