什么是“蝴蝶效应”

1979年，混沌理论之父、美国气象学家爱德华•罗伦兹博士在华盛顿举行的美国科学促进会(AAAS)的演讲上提出了“蝴蝶效应”（The Butterfly Effect）这一概念，标志着这个科学效应的诞生。他通过计算机进行“天气预报”的模拟，发现如果将输入的数据进行微调，得出的计算结果差别会非常大。蝴蝶效应被形象的表述为：德克萨斯州的一场龙卷风发生的原因可能是一个月前一只蝴蝶在巴西轻轻拍打翅膀。

其实蝴蝶效应是指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应；这是一种混沌现象，具有非线性特性。任何事物发展均存在定数与变数，事物在发展过程中其发展轨迹有规律可循，同时也存在不可测的“变数”，往往还会适得其反，一个微小的变化能影响事物的发展，说明事物的发展具有复杂性。

罗伦兹博士发现，由于误差会以指数形式增长，在这种情况下，一个微小的误差随着不断推移造成了巨大的后果。他认为，在大气运动过程中，即使各种误差和不确定性很小，也有可能在过程中将结果积累起来，经过逐级放大，形成巨大的大气运动。所以，长期的准确预测天气是不可能的。于是，他认定，事物发展的结果，对初始条件具有极为敏感的依赖性。

蝴蝶效应的概念是一个动态发展过程。今天的蝴蝶效应或者“广义的蝴蝶效应”已不限于当初罗伦兹博士的蝴蝶效应仅对天气预报而言，而是一切复杂系统对初值极为敏感性的代名词或同义语，其含义是：对于一切复杂系统，在一定的“阈值条件”下，其长时期大范围的未来行为，对初始条件数值的微小变动或偏差极为敏感，即初值稍有变动或偏差，将导致未来前景的巨大差异，这往往是难以预测的，或者说带有一定的随机性。

在蝴蝶效应的启迪下，人们提出了各种各样的学说。举个例子说明一下：中国数学家、语言学家周海中教授在该效应的启迪下，于1991年提出了“语言混沌论”；该理论主要从混沌理论的角度审视语言及其相关现象，运用混沌理论的方法解决语言及其相关现象的复杂性、非线性问题。有关专家认为，语言混沌论具有较强的针对性、实用性、前瞻性和指导性；它的提出是对语言研究方法的革新，也是对当代语言学发展的贡献。

目前，蝴蝶效应已广泛应用于自然科学和社会科学中，为各门学科的研究提供了全新的手段与方法，在研究混沌问题和解释混沌现象方面都有着重要的作用。

文/方亮（作者单位： 澳大利亚昆士兰大学）

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