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- 羅布泊法則

蝴蝶效應

百科名片

蝴蝶效應( 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。這是一種混沌現(xiàn)象。蝴蝶在熱帶輕輕扇動一下翅膀,遙遠的國家就可能造成一場颶風。蝴蝶效應也是系列科幻驚悚電影的名稱,《蝴蝶效應 1》于2004年上映,續(xù)集《蝴蝶效應2》于2006年上映,《蝴蝶效應3》是一部前傳性質的電影,于2009年上映。瑪利亞·凱莉于2008年推出的新碟也以《蝴蝶效應》為名。

目錄[隱藏]

簡述
理論基礎
感悟
舉例
管理啟示
實際應用
蝴蝶效應與混沌學
蝴蝶效應與基因學


  

簡述

  美國氣象學家愛德華·羅倫茲(Edward Lorenz)1963年在一篇提交紐約科學院的論文中分析了這個效應。“一個氣象學家提及,如果這個理論被證明正確,一個海鷗扇動翅膀足以永遠改變天氣變化。”在以后的演講和論文中他用了更加有詩意的蝴蝶。對于這個效應最常見的闡述是:“一只蝴蝶在巴西輕拍翅膀,可以導致一個月后德克薩斯州的一場龍卷風。”
  這句話的來源,是這位氣象學家制作了一個電腦程序,這個可以模擬氣候的變化,并用圖像來表示。最后他發(fā)現(xiàn),圖像是混沌的,而且十分像一只蝴蝶張開的雙翅,因而他形象地將這一圖形以“蝴蝶扇動翅膀”的方式進行闡釋,于是便有了上述的說法。
  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。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
  蝴蝶效應在社會學界用來說明:一個壞的微小的機制,如果不加以及時地引導、調節(jié),會給社會帶來非常大的危害,戲稱為“龍卷風”或“風暴”;一個好的微小的機制,只要正確指引,經過一段時間的努力,將會產生轟動效應,或稱為“革命”。
  蝴蝶效應在混沌學中也常出現(xiàn),又被稱作非線性?!?br>
  先從美國麻省理工學院氣象學家羅倫茲(Lorenz)的發(fā)現(xiàn)談起。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,意圖利用計算機的高速運算來提高長期天氣預報的準確性。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卻大吃一驚: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(shù)級增長,所以在這種情況下,一個微小的誤差隨著不斷推移將會造成截然不同的后果。他于是認定其為“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!
  這個發(fā)現(xiàn)非同小可,以至于科學家都不理解,幾家科學雜志也都拒登他的文章,他們認為這“違背常理”:相近的初值代入確定的方程,結果也應相近才對,怎么能大大偏離呢!
  線性,指量與量之間按比例、成直線的關系,在空間和時間上代表規(guī)則和光滑的運動;而非線性則指不按比例、不成直線的關系,代表不規(guī)則的運動和突變。如問:兩個眼睛的視敏度是一個眼睛的幾倍?大家很容易想到的是兩倍,可實際是 6-10倍!這就是非線性:1+1不等于2。
  激光的生成就是非線性的!當外加電壓較小時,激光器猶如普通電燈,光向四面八方散射;而當外加電壓達到某一定值時,會突然出現(xiàn)一種全新現(xiàn)象:受激原子好象聽到“向右看齊”的命令,發(fā)射出相位和方向都一致的單色光,就是激光。
  非線性的特點是:橫斷各個專業(yè),滲透各個領域,幾乎可以說是:“無處不在時時有。”
  如:天體運動存在混沌;電、光與聲波的振蕩,會突陷混沌;地磁場在400萬年間,方向突變16次,也是由于混沌。甚至人類自己,原來都是非線性的:與傳統(tǒng)的想法相反,健康人的腦電圖和心臟跳動并不是規(guī)則的,而是混沌的,混沌正是生命力的表現(xiàn),混沌系統(tǒng)對外界的刺激反應,比非混沌系統(tǒng)快。
  由此可見,非線性就在我們身邊,躲也躲不掉了。

理論基礎

  蝴蝶效應是氣象學家洛倫茲1963年提出來的。其大意為:一只南美洲亞馬孫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,由此引起連鎖反應,最終導致其他系統(tǒng)的極大變化。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。
  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:中國宣布發(fā)射導彈,港臺100億美元流向美國。“蝴蝶效應”也可稱“臺球效應”,它是“混沌性系統(tǒng)”對初值極為敏感的形象化術語,也是非線性系統(tǒng)在一定條件(可稱為“臨界性條件”或“閾值條件”)出現(xiàn)混沌現(xiàn)象的直接原因。
  一、蝴蝶效應的由來
  蝴蝶效應來源于美國氣象學家洛侖茲20世紀60年代初的發(fā)現(xiàn)。在《混沌學傳奇》與《分形論——奇異性探索》等書中皆有這樣的描述:“1961年冬季的一天,洛侖茲(E·Lorenz)在皇家麥克比型計算機上進行關于天氣預報的計算。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。為了考察一個很長的序列,他走了一條捷徑,沒有令計算機從頭運行,而是從中途開始。他把上次的輸出直接打入作為計算的初值,然后他穿過大廳下樓,去喝咖啡。一小時后,他回來時發(fā)生了出乎意料的事,他發(fā)現(xiàn)天氣變化同上一次的模式迅速偏離,在短時間內,相似性完全消失了。進一步的計算表明,輸入的細微差異可能很快成為輸出的巨大差別。計算機沒有毛病,于是,洛倫茲(Lorenz)認定,他發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象:“對初始值的極端不穩(wěn)定性”,即:“混沌”,又稱“蝴蝶效應”,一只巴西蝴蝶拍拍翅膀,將使美洲幾個月后出現(xiàn)比狂風還厲害的龍卷風!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!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,由此引起連鎖反應,最終導致其他系統(tǒng)的極大變化。線性,指量與量之間按比例、成直線的關系,在空間和時間上代表規(guī)則和光滑的運動;而非線性則指不按比例、不成直線的關系,代表不規(guī)則的運動和突變。如問:兩個眼睛的視敏度是一個眼睛的幾倍?很容易想到的是兩倍,可實際是6~10倍!這就是非線性:1+1不等于2。激光的生成就是非線性的!當外加電壓較小時,激光器猶如普通電燈,光向四面八方散射;而當外加電壓達到某一定值時,會突然出現(xiàn)一種全新現(xiàn)象:受激原子好像聽到“向右看齊”的命令,發(fā)射出相位和方向都一致的單色光,就是激光。非線性的特點是:橫斷各個專業(yè),滲透各個領域,幾乎可以說是:“無處不在時時有。”如:天體運動存在混沌;電、光與聲波的振蕩,會突陷混沌;地磁場在400萬年間,方向突變16次,也是由于混沌。甚至人類自己,原來都是非線性的:與傳統(tǒng)的想法相反,健康人的腦電圖和心臟跳動并不是規(guī)則的,而是混沌的,混沌正是生命力的表現(xiàn),混沌系統(tǒng)對外界的刺激反應,比非混沌系統(tǒng)快。由此可見,非線性就在我們身邊,躲也躲不掉了。這種現(xiàn)象被稱為對初始條件的敏感依賴性。“洛侖茲1979年12月29日在華盛頓的美國科學促進會的演講:‘可預言性:一只蝴蝶在巴西扇動翅膀會在得克薩斯引起龍卷風嗎?’(此外有出入因為據(jù)后文所言,1963年12月,洛倫茲(Lorenz)在華盛頓的美國科學促進會的一次講演中提出:一只蝴蝶在巴西扇動翅膀,有可能會在美國的德克薩斯引起一場龍卷風。他的演講和結論給人們留下了極其深刻的印象。從此以后,所謂“蝴蝶效應”之說就不脛而走,名聲遠揚了。)”
   二、蝴蝶效應的含義
  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。這如同打臺球、下棋及其他人類活動,往往“差之毫厘,失之千里”、“一招不慎,滿盤皆輸”。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、壓強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、蝴蝶效應是在所必然的.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”也是在所必然的。“今天的蝴蝶效應”或者“廣義的蝴蝶效應”已不限于當初洛侖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(shù)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。
  三、產生蝴蝶效應的內在機制
  所謂復雜系統(tǒng),是指非線性系統(tǒng)且在臨界性條件下呈現(xiàn)混沌現(xiàn)象或混沌性行為的系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)的動力學方程中含有非線性項,它是非線性系統(tǒng)內部多因素交叉耦合作用機制的數(shù)學描述。正是由于這種“諸多因素的交叉耦合作用機制”,才導致復雜系統(tǒng)的初值敏感性即蝴蝶效應,才導致復雜系統(tǒng)呈現(xiàn)混沌性行為。目前,非線性學及混沌學的研究方興未艾,這標志人類對自然與社會現(xiàn)象的認識正在向更為深入復雜的階段過渡與進化。從貶義的角度看,蝴蝶效應往往給人一種對未來行為不可預測的危機感,但從褒義的角度看,蝴蝶效應使我們有可能“慎之毫厘,得之千里”,從而可能“駕馭混沌”并能以小的代價換得未來的巨大“福果”。蝶效應用的是比喻的手法,并不是說蝴蝶引起的颶風。
  “蝴蝶效應”之所以令人著迷、令人激動、發(fā)人深省,不但在于其大膽的想象力和迷人的美學色彩,更在于其深刻的科學內涵和內在的哲學魅力。混沌理論認為在混沌系統(tǒng)中,初始條件的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。我們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”。有點不可思議,但是確實能夠造成這樣的惡果。一個明智的領導人一定要防微杜漸,看似一些極微小的事情卻有可能造成集體內部的分崩離析,那時豈不是悔之晚矣?橫過深谷的吊橋,常從一根細線拴個小石頭開始。
  “蝴蝶效應”的理論以實證手段證明了中國1300多年前《禮記·經解》:“《易》曰:‘君子慎始,差若毫厘,繆以千里。’”《魏書·樂志》:“但氣有盈虛,黍有巨細,差之毫厘,失之千里。”的哲學思想,從這點說明感知比認知來得直接,其所謂的吸引子就是《混元場論》中元外場作用,其《混沌學》的非線性理論就是《混元場論》場中對象元獨立的絕對計數(shù)時間體系。
  蝴蝶效應的研討意義:混沌和非混沌,邏輯演繹系統(tǒng)和斷層之間的選擇問題,就是我們關注蝴蝶效應的意義所在,中國古代也有學派注重善始善終的問題,是說善于展開一個系統(tǒng),也善于結束這個系統(tǒng),以這個為目的而研究的方法論。進而,可以說,蝴蝶效應實質是一種方法論,這種方法論,承認系統(tǒng)的邊界,是建立在宇宙無限論之上的探討宇宙的有限性的方法。
  中國《韓非子·喻老》昔者紂為象箸而箕子怖。以為象箸必不加于土鉶,必將犀玉之杯。象箸玉杯必不羹菽藿,則必旄象豹胎。旄象豹胎必不衣短褐而食于茅屋之下,則錦衣九重,廣室高臺。吾畏其卒,故怖其始。居五年,紂為肉圃,設炮烙,登糟邱,臨酒池,紂遂以亡。故箕子見象箸以知天下之禍,故曰:『見小曰明?!?br>
  商紂的王叔箕子見到紂王用象牙筷子就很害怕,因為有了象牙筷子,杯子也換成發(fā)犀玉杯,有了象牙筷子犀玉杯就不吃粗食豆湯,要吃牛肉,象肉,豹肉,未出世的胎肉等精美的食物。吃牛肉象肉豹肉胎肉,就不會穿著短的粗布衣在茅屋中食飯,就穿著很多華衣美服,在華麗的宮殿進食?;优滤鰢?。
  有點不可思議,但是確實能夠造成這樣的惡果。一個明智的領導人一定要防微杜漸,看似一些極微小的事情卻有可能造成集體內部的分崩離析,那時豈不是悔之晚矣?橫過深谷的吊橋,常從一根細線拴個小石頭開始。
  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,由此引起連鎖反應,最終導致其他系統(tǒng)的極大變化。
  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。如:天體運動存在混沌;電、光與聲波的振蕩,會突陷混沌;地磁場在400萬年間,方向突變16次,也是由于混沌。甚至人類自己,原來都是非線性的:與傳統(tǒng)的想法相反,健康人的腦電圖和心臟跳動并不是規(guī)則的,而是混沌的,混沌正是生命力的表現(xiàn),混沌系統(tǒng)對外界的刺激反應,比非混沌系統(tǒng)快。
  由此可見,非線性就在我們身邊,躲也躲不掉了。
  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。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。

感悟

         橫掃城鎮(zhèn)的龍卷風,常從蝴蝶扇動翅膀開始;橫過深谷的吊橋,也從用一根細線圈住的小石子開始。事物彼此間都有聯(lián)系。成功,往往從小事開始。
  所以我們要:
  1.著眼全局,防微杜漸;
  2.細節(jié)決定成?。?br>
  3.捉到對生命有意義的“蝴蝶”

舉例

  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。

管理啟示

  今天的企業(yè),其命運同樣受“蝴蝶效應”的影響。消費者越來越相信感覺,所以品牌消費、購物環(huán)境、服務態(tài)度……這些無形的價值都會成為他們選擇的因素。所以只要稍加留意,我們就不難看到,一些管理規(guī)范、運作良好的公司在他們的公司理念中都會出現(xiàn)這樣的句子:
  “在你的統(tǒng)計中,對待100名客戶里,只有一位不滿意,因此你可驕稱只有1%的不合格,但對于該客戶而言,他得到的卻是100%的不滿意。”
  “你一朝對客戶不善,公司就需要10倍甚至更多的努力去補救。”
  “在客戶眼里,你代表公司”。
  今天,能夠讓企業(yè)命運發(fā)生改變的“蝴蝶”已遠不止“計劃之手”,隨著中國聯(lián)通加入電信競爭,私營企業(yè)承包鐵路專列、南京市外資企業(yè)參與公交車競爭等新聞的出現(xiàn),企業(yè)坐而無憂的壟斷地位日漸勢微,開放式的競爭讓企業(yè)不得不考慮各種影響發(fā)展的潛在因素。
  精簡機構、官員下崗、取消福利房等措施,讓越來越多的人遠離傳統(tǒng)的保障,隨之而來的是依靠自己來決定命運。而組織和個人自由組合的結果就是:誰能捕捉到對生命有益的“蝴蝶”,誰就不會被社會拋棄。

實際應用

  核心理念:看似微不足道的細小變化,卻能以某種方式對社會產生微妙的影響,甚至影響整個社會系統(tǒng)的正常運行。
  應用要訣:關注細節(jié),防微杜漸,注重關聯(lián),控制全局。
  應用領域:政治、經濟、社會生活、文化、管理、教育。
  學習后可以深刻認識和有效解決如下問題
  1、產品質量問題
  2、工作程序問題
  3、工作態(tài)度問題
  4、關鍵細節(jié)問題
  5、個人成長問題

蝴蝶效應與混沌學

  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。
  “蝴蝶效應”也可稱“臺球效應”,它是“混沌性系統(tǒng)”對初值極為敏感的形象化術語,也是非線性系統(tǒng)在一定條件(可稱為“臨界性條件”或“閾值條件”)出現(xiàn)混沌現(xiàn)象的直接原因。

蝴蝶效應與基因學

  蝴蝶效應是基因學理論中的一個現(xiàn)像,現(xiàn)代醫(yī)學證明,一切疾病均與基因有關。疾病易感基因是與疾病發(fā)生密切相關的一類基因。攜帶疾病易感基因的人在沒有采取針對性預防措施的情況下,患病的風險性比正常人明顯增加。因此,采用分子技術檢測人體細胞中是否含有某類疾病易感基因就可以評估個體患病的風險度,從而為疾病的預防提供早期干預的機會?;驒z測是檢測人體細胞中疾病相關(易感)基因的分子檢測技術。
  先進發(fā)達的現(xiàn)代醫(yī)學科技,可以讓我們的壽命延長5年。
  積極有效的預防措施,可以讓我們的壽命延長25年。
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