蝴蝶效應是什么意思？蝴蝶效應的由來、應用、啟示及案例

2024-01-28 09:03:06

蝴蝶效應是什么意思

一、蝴蝶效應是什么意思

蝴蝶效應（英文：The Butterfly Effect）是指在一個動力系統(tǒng)中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統(tǒng)的長期的巨大的連鎖反應。蝴蝶效應是一種混沌現(xiàn)象，說明了任何事物發(fā)展均存在定數與變數，事物在發(fā)展過程中其發(fā)展軌跡有規(guī)律可循，同時也存在不可測的"變數"，往往還會適得其反，一個微小的變化能影響事物的發(fā)展，證實了事物的發(fā)展具有復雜性。

美國氣象學家愛德華·洛倫茲（Edward N.Lorenz）于1963年，在一篇提交紐約科學院的論文中分析了這個效應。

蝴蝶效應屬混沌學研究的范疇，是非線形科學，把人們對正常事物的認識轉向為對反常事物和現(xiàn)象的探索．混沌是指無序和混亂的狀態(tài)，1960年代混沌學研究悄然興起，而"蝴蝶效應"則是混沌學的代表性學說，被廣泛運用在氣象學、物理學、化學、力學、生物學、生態(tài)學、社會學、管理學、經濟學。

二、蝴蝶效應由來

1963年的一次試驗中，美國麻省理工學院氣象學家洛倫茲用計算機求解仿真地球大氣的13個方程式。為了更細致地考察結果，在一次科學計算時，洛倫茲對初始輸入數據的小數點后第四位進行了四舍五入。他把一個中間解0.506取出，提高精度到0.506127再送回，前后計算結果卻偏離了十萬八千里!前后結果的兩條曲線相似性完全消失了。根據常識，同樣的程序和數據顯然會導致同樣的結果。但是第二次的預報結果與上一次大不一樣。開始他認為是計算機的故障，排除了這種可能后，他發(fā)現(xiàn)，他輸入的不是完整的數據。再次驗算發(fā)現(xiàn)計算機并沒有毛病，洛倫茲發(fā)現(xiàn)，由于誤差會以指數形式增長，在這種情況下，一個微小的誤差隨著不斷推移造成了巨大的后果。洛倫茲在美國《氣象學報》上發(fā)表了題為"確定性的非周期流"的論文，提出了在確定性系統(tǒng)中的非周期現(xiàn)象。第二年，他發(fā)表了另外一篇論文，指出對于模式中參數的微小改變將導致完全不一樣的結果，使有規(guī)律的、周期性的行為，變成完全混亂的狀態(tài)。

這個發(fā)現(xiàn)非同小可，以致科學家都不理解，幾家科學雜志也都拒登他的文章，認為"違背常理"：相近的初值代入確定的方程，結果也應相近才對，怎么能大大遠離呢！

1972年美國科學發(fā)展學會第139次會議上，洛倫茲發(fā)表了題為"可預測性：巴西一只蝴蝶扇動翅膀，能否在得克薩斯州掀起一場龍卷風" 的演講。他認為，一個微小的初始條件變化可能導致一連串逐漸放大的改變，最終導致完全不同的結果--這個看似荒謬的論斷，打碎了所有人關于"因果決定論可預測度"所存的幻想，最終產生了當今世界最偉大的理論之一——"混沌理論"。

于是，洛倫茲認定，他發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象：事物發(fā)展的結果，對初始條件具有極為敏感的依賴性。他于是認定這為："對初始值的極端不穩(wěn)定性"，即："混沌"，又稱"蝴蝶效應"。從此以后，所謂"蝴蝶效應"之說就不脛而走。

他說，一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可能在兩周后在美國德克薩斯引起一場龍卷風。其原因在于：蝴蝶翅膀的運動，導致其身邊的空氣系統(tǒng)發(fā)生變化，并引起微弱氣流的產生，而微弱氣流的產生又會引起它四周空氣或其他系統(tǒng)產生相應的變化，由此引起連鎖反映，最終導致其他系統(tǒng)的極大變化。洛倫茲把這種現(xiàn)象戲稱做"蝴蝶效應"，意思即一件表面上看來毫無關系、非常微小的事情，可能帶來巨大的改變。

三、蝴蝶效應理論研究

某地上空一只小小的蝴蝶扇動翅膀而擾動了空氣，長時間后可能導致遙遠的彼地發(fā)生一場暴風雨，以此比喻長時期大范圍天氣預報往往因一點點微小的因素造成難以預測的嚴重后果。微小的偏差是難以避免的，從而使長期天氣預報具有不可預測性或不準確性。長時期大范圍天氣預報是對于地球大氣這個復雜系統(tǒng)進行觀測計算與分析判斷，它受到地球大氣溫度、濕度、壓力諸多隨時隨地變化的因素的影響與制約，可想其綜合效果的預測是難以精確無誤的、蝴蝶效應是在所難免的。我們人類研究的對象還涉及到其他復雜系統(tǒng)（包括"自然體系"與"社會體系"），其內部也是諸多因素交相制約錯綜復雜，其"相應的蝴蝶效應"也是在所難免的。"今天的蝴蝶效應"或者"廣義的蝴蝶效應"已不限于當初愛德華·諾頓·羅倫茲的蝴蝶效應僅對天氣預報而言，而是一切復雜系統(tǒng)對初值極為敏感性的代名詞或同義語，其含義是：對于一切復雜系統(tǒng)，在一定的"閾值條件"下，其長時期大范圍的未來行為，對初始條件數值的微小變動或偏差極為敏感，即初值稍有變動或偏差，將導致未來前景的巨大差異，這往往是難以預測的或者說帶有一定的隨機。

蝴蝶效應是說，初始條件十分微小的變化經過不斷放大，對其未來狀態(tài)會造成極其巨大的差別。有些小事可以忽略，有些小事如經系統(tǒng)放大，則對一個組織、一個國家來說是很重要的，就不能忽略。

"蝴蝶效應"的初始就是混沌的，在不準確或者說是不精確中產生的，所以什么樣的可能都會發(fā)生。

蝴蝶效應是混沌學理論中的一個概念。它是指對初始條件敏感性的一種依賴現(xiàn)象：輸入端微小的差別會迅速放大到輸出端，蝴蝶效應在經濟生活中比比皆是。

科學家給混沌下的定義是：混沌是指發(fā)生在確定性系統(tǒng)中的貌似隨機的不規(guī)則運動，一個確定性理論描述的系統(tǒng)，其行為卻表現(xiàn)為不確定性一不可重復、不可預測，這就是混沌現(xiàn)象。進一步研究表明，混沌是非線性動力系統(tǒng)的固有特性，是非線性系統(tǒng)普遍存在的現(xiàn)象。牛頓確定性理論能夠完美處理的多為線性系統(tǒng)，而線性系統(tǒng)大多是由非線性系統(tǒng)簡化來的。因此，在現(xiàn)實生活和實際工程技術問題中，混沌是無處不在的。從洛倫茨第一次發(fā)現(xiàn)混沌現(xiàn)象至今，關于混沌的研究一直是科學家、社會學家、人文學家所關注的。研究混沌，其實就是發(fā)現(xiàn)無序中的有序，但今天的世界仍存在著太多的無法預測，混沌，這個話題也必將成為全人類性的問題。在此，由于知識有限，我們只是做了極其膚淺的介紹和引入，希望有更多人能走進混沌之門，以更深邃的眼光來審視這個世界。今后或許能致力于此方面的研究。

四、蝴蝶效應的應用

1、社會方面

蝴蝶效應通常用于天氣、股票市場等在一定時段難以預測的比較復雜的系統(tǒng)中。如果這個差異越來越大，那這個差距就會形成很大的破壞力。這就是為什么天氣或者是股票市場會有崩盤和不可預測的自然災害。

蝴蝶效應在社會學界用來說明：一個微小的機制，如果不加以及時地引導、調節(jié)，可能會給社會帶來非常大的危害，戲稱為"龍卷風"或"風暴"；一個微小的機制，只要正確指引，經過一段時間的努力，將有可能會產生轟動效應，或稱為"革命"。

蝴蝶效應在心理學方面的應用：蝴蝶效應指一件表面上看來毫無關系、非常微小的事情，可能帶來巨大的改變。此效應說明，事物發(fā)展的結果，對初始條件具有極為敏感的依賴性，初始條件的極小偏差，將會引起結果的極大差異。當一個人小時候受到微小的心理刺激，長大后這個刺激會被放大，電影《蝴蝶效應》中作了精彩詮釋。

2、經濟方面

2003年，美國發(fā)現(xiàn)一宗疑似瘋牛病案例，馬上就給剛剛復蘇的美國經濟帶來一場破壞性很強的颶風。扇動"蝴蝶翅膀"的，是那頭倒霉的"瘋牛"，受到沖擊的，首先是總產值高達1750億美元的美國牛肉產業(yè)和140萬個工作崗位；而作為養(yǎng)牛業(yè)主要飼料來源的美國玉米和大豆業(yè)，也受到波及，其期貨價格呈現(xiàn)下降趨勢。但最終推波助瀾，將"瘋牛病颶風"損失發(fā)揮到最大的，還是美國消費者對牛肉產品出現(xiàn)的信心下降。在全球化的今天，這種恐慌情緒不僅造成了美國國內餐飲企業(yè)的蕭條，甚至擴散到了全球，至少11個國家宣布緊急禁止美國牛肉進口，連遠在大洋彼岸中國廣東等地的居民都對西式餐飲敬而遠之。這讓人聯(lián)想到時下的禽流感，最初在個別國家發(fā)現(xiàn)的禽流感，很快波及全球，就算在沒有發(fā)現(xiàn)禽流感的地區(qū)或國家，人們也會談"雞"色變。

1998年亞洲發(fā)生的金融危機和美國曾經發(fā)生的股市風暴實際上就是經濟運作中的"蝴蝶效應"；1998年太平洋上出現(xiàn)的"厄爾尼諾"現(xiàn)象就是大氣運動引的"蝴蝶效應"。"蝴蝶效應"是混沌運動的表現(xiàn)形式。當我們進而考察生命現(xiàn)象時，既非完全周期，又非純粹隨機，它們既有"鎖頻"到自然界周期過程（季節(jié)、晝夜等）的一面，又保持著內在的"自治"性質。蝴蝶效應也是混沌學理論中的一個概念。它是指對初始條件敏感性的一種依賴現(xiàn)象：輸入端微小的差別會迅速放大到輸出端壓倒一切的差別，好像一只蝴蝶今天在北京扇動翅膀，可能在大氣中引發(fā)一系列事件，從而導致某個月紐約一場暴風雨的發(fā)生。

● 一滴很小的水滴，如果在雪坡上向下滾動，慢慢形成雪球，最后雪球越滾越大。

● 洛侖茲將僅僅相差0.0001的兩個初始條件輸入一個數學方程，計算得出的兩條曲線不久就分道揚鑣，相差很遠。

3、語言方面

蝴蝶效應作為混沌理論（簡稱"混沌論"）中的一個重要概念，它語言研究領域有著廣泛的應用。學術界用蝴蝶效應來解釋和研究混沌語言現(xiàn)象，例如《人民日報》于2010年11月10日在頭版頭條刊發(fā)了題為《江蘇給力"文化強省"》的文章，由于其權威性和號召力，一直僅限于網絡使用的"給力"一詞一夜之間紅遍中國，擴散到全民詞匯系統(tǒng)中，并被收錄進第六版《現(xiàn)代漢語詞典》。

上世紀80年代，學術界開始采用混沌論及其蝴蝶效應來研究語言問題。1991年在美國伯克利舉行的"語言研究的新方法與新視野"研討會上，中國數學家、語言學家周海中教授曾建議創(chuàng)立"語言混沌論"。他指出，語言混沌論主要從混沌論的角度審視語言及其相關現(xiàn)象，運用混沌論的方法解決語言及其相關現(xiàn)象的非線性問題;為了促進混沌語言研究的發(fā)展，有必要建立一種新型的語言研究范式。就目前情況來看，這種語言研究新范式正在興起。

4、數學方面

"余切序列"是蝴蝶效應的一個典型例子。你看，以下三個數列每一項都是前一項的余切；初值分別為1、1.00001、1.0001，但是從第10項開始，三個數列開始形成巨大的分歧。這就是混沌的數列，經過足夠多項后，得到的數字完全可以看作是隨機的，混沌的。

余切序列

五、蝴蝶效應的案例

蝴蝶效應案例一

可以用在西方流傳的一首民謠對此作形象的說明。這首民謠說：

丟失一個釘子，壞了一只蹄鐵；

壞了一只蹄鐵，折了一匹戰(zhàn)馬；

折了一匹戰(zhàn)馬，傷了一位騎士；

傷了一位騎士，輸了一場戰(zhàn)斗；

輸了一場戰(zhàn)斗，亡了一個帝國。

馬蹄鐵上一個釘子是否會丟失，本是初始條件的十分微小的變化，但其"長期"效應卻是一個帝國存與亡的根本差別。這就是軍事和政治領域中的所謂"蝴蝶效應"。

蝴蝶效應案例二

蝴蝶效應案例三

1998年亞洲發(fā)生的金融危機和美國曾經發(fā)生的地股市風暴實際上就是經濟運作中的"蝴蝶效應"；1998年太平洋上出現(xiàn)的"厄爾尼諾"現(xiàn)象就是大氣運動引的"蝴蝶效應"。"蝴蝶效應"是混沌運動的表現(xiàn)形式。當我們進而考察生命現(xiàn)象時，既非完全周期，又非純粹隨機，它們既有"鎖頻"到自然界周期過程（季節(jié)、晝夜等）的一面，又保持著內在的"自治"性質。蝴蝶效應也是混沌學理論中的一個概念。它是指對初始條件敏感性的一種依賴現(xiàn)象：輸入端微小的差別會迅速放大到輸出端壓倒一切的差別，好像一只蝴蝶今天在北京扇扇翅膀，可能在大氣中引發(fā)一系列事件，從而導致某個月紐約一場暴風雨的發(fā)生。從美國麻省理工學院氣象學家羅倫茲（Lorenz）的發(fā)現(xiàn)也可看出。為了預報天氣，他用計算機求解仿真地球大氣的13個方程式，意圖是利用計算機的高速運算來提高長期天氣預報的準確性。

蝴蝶效應案例四

1963年的一次試驗中，為了更細致地考察結果，他把一個中間解0.506取出，提高精度到0.506127再送回。而當他到咖啡館喝了杯咖啡以后回來再看時竟大吃一驚：本來很小的差異，結果卻偏離了十萬八千里！再次驗算發(fā)現(xiàn)計算機并沒有毛病，洛倫茲（Lorenz）發(fā)現(xiàn)，由于誤差會以指數形式增長，在這種情況下，一個微小的誤差隨著不斷推移造成了巨大的后果。他于是認定這為："對初始值的極端不穩(wěn)定性"，即："混沌 "，又稱"蝴蝶效應"，亞洲蝴蝶拍拍翅膀，將使美洲幾個月后出現(xiàn)比狂風還厲害的龍卷風！

六、蝴蝶效應的啟示

1、蝴蝶效應告訴我們，一件小事情，會引起各種不確定的事情發(fā)生。一只蝴蝶在巴西輕輕煽動翅膀，可能會造成美國德克薩斯州的一場龍卷風?？此莆⑿〉膭幼?，卻能造成龍卷風的形成，一件小事情，能夠反應出最終結果的優(yōu)劣。

2、蝴蝶效應告訴我們，世間萬物都是有一定的聯(lián)系的，不要小看任何一件事情或一個人。世界上各種生物都有自己的原則，在面對各種事情發(fā)生的時候，原則就會被打破，各種生物之間的聯(lián)系就會更加密切。

3、蝴蝶效應告訴我們，一次大膽的嘗試、一個燦爛的微笑、一個習慣性的動作、一種積極的態(tài)度，都會觸發(fā)意想不到的起點或終點。

七、古代典籍中的蝴蝶效應

中國古代典籍中的關于蝴蝶效應的描述：

原文：

楚之邊邑曰卑梁，其處女與吳之邊邑處女桑于境上，戲而傷卑梁之處女。卑梁人操其傷子以讓吳人，吳人應之不恭，怒，殺而去之。吳人往報之，盡屠其家。卑梁公怒，曰："吳人焉敢攻吾邑？"舉兵反攻之，老弱盡殺之矣。吳王夷昧聞之，怒，使人舉兵侵楚之邊邑，克夷而后去之。吳、楚以此大隆。吳公子光又率師與楚人戰(zhàn)于雞父，大敗楚人，獲其帥潘子臣、小帷子、陳夏嚙。又反伐郢，得荊平王之夫人以歸，實為雞父之戰(zhàn)。凡持國，太上知始，其次知終，其次知中。三者不能，國必危，身必窮?！缎⒔洝吩唬?quot;高而不危，所以長守貴也；滿而不溢，所以長守富也。富貴不離其身，然后能保其社稷，而和其民人。"楚不能之也。（《呂氏春秋·察微》）

譯文：

楚國有個邊境城邑叫卑梁，那里的姑娘和吳國邊境城邑的姑娘同在邊境上采桑葉，游戲時，吳國的姑娘弄傷了卑梁的姑娘。卑梁的人帶著受傷的姑娘去責備吳國人。吳國人出言不恭，卑梁人十分惱火，殺死吳人走了。吳國人去卑梁報復，把那個卑梁人全家都殺了。卑梁的守邑大夫大怒，說："吳國人怎么敢攻打我的城邑？"于是發(fā)兵反擊吳人，把吳人老幼全都殺死了。吳王夷昧聽到這件事后很生氣，派人領兵入侵楚國的邊境城邑，攻占夷以后才離去。吳國和楚國因此發(fā)生了大規(guī)模的沖突。吳國公子光又率領軍隊在雞父和楚國人交戰(zhàn)，大敗楚軍，俘獲了楚軍的主帥潘子臣、小帷子以及陳國的大夫夏嚙。又接著攻打郢都，獲得楚平王的夫人而回。這就是雞父之戰(zhàn)。凡是主持國事，最上等的是要了解事情開始時的情勢，其次是要預見到事情的結局，再次是要知道事情發(fā)展的經過。這三點都做不到，國家一定危險，自身一定困窘。《孝經》上說："高卻不傾危，就能長期保持尊貴；滿卻不外溢，就能長期保持富足。富貴不離其身，然后才能保住他的國家，而且安定他的人民。"可是楚國做不到這一點。