什么是蝴蝶效应,我们如何误解它?

经过:内森·钱德勒(Nathan Chandler)|
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在拍摄照片中,一只孔雀石蝴蝶在一个女孩的脸上降落在2015年伦敦自然历史博物馆的“轰动性蝴蝶”展览中。卡尔法院/盖蒂图像

如果你以为蝴蝶效果只是一个可怕的2004年电影由Ashton Kutcher和Amy Smart主演,再想一想。这部电影只是一个较旧的概念的新看法。

蝴蝶效应的想法是,小型,看似琐碎的事件最终可能会导致更大的后果 - 换句话说,它们对非常复杂的系统产生非线性影响。例如,当一只蝴蝶在印度拍打翅膀时,气压的微小变化最终可能会导致爱荷华州的龙卷风。

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在上述电影中,库彻的角色找到了一种回到童年时代的方式。每次他进行这次旅程时,他都会做一些不同的事情 - 但是那些微小的变化最终会对他的成年生活产生重大(恐怖)的影响。

1960年代创造了“蝴蝶效应”一词爱德华·洛伦兹(Edward Lorenz),马萨诸塞州理工学院的气象学教授正在研究天气模式。他设计了一个模型,表明,如果您比较两个起点,表明当前的天气彼此相近,它们很快就会散开 - 后来,一个区域可能会遇到严重的暴风雨,而另一个区域很平静。

当时,天气统计学家认为您应该能够根据历史记录来预测未来的天气,以查看条件与现在相同的情况。洛伦兹持怀疑态度。他正在运行计算机程序来测试各种天气模拟,他发现四舍五入一个从.506127到.506的一个变量急剧改变了他的模拟中的两个月天气预测。

他的观点是,远距离天气预报几乎是不可能的,这在很大程度上是因为人类没有能力衡量自然的不可思议的复杂性。太多的微小变量可以充当枢轴点,从而陷入更大的后果。

作为科学记者彼得·迪齐克斯(Peter Dizikes)在波士顿环球报上写

洛伦兹(Lorenz)指出,“自然的'无数'互连意味着蝴蝶的皮瓣可能会导致龙卷风 - 或者说,我们所知道的,也可以防止一种。如果我们没有打扰它,那会发生,因为随后的更改太复杂,无法恢复以前的状态。”

因此,尽管人们经常认为蝴蝶效应意味着微小的变化可能会带来很大的后果(我们可以跟踪这种进步以了解什么变化是什么原因),但洛伦兹试图说我们不能跟踪这些更改。我们真的不知道什么会导致天气模式在另一种方面发展。

洛伦兹(Lorenz)在1963年的一份报纸上向公众介绍了他的作品时称这种“对初始条件的敏感依赖”,“确定性的非周期性流动。”(“蝴蝶效应”一词在后来的关于该主题的演讲中创造了。)该论文很少被其他研究人员引用,至少起初是。

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蝴蝶效应和混乱理论

后来,其他科学家意识到洛伦兹发现的重要性。他的见解奠定了数学分支的基础混沌理论,试图预测系统行为的想法本质上是不可预测的

您每天都会看到蝴蝶效应的实例。天气只是一个例子。气候变化是另一种。因为事实证明,温暖的气候正在影响北美的高山蝴蝶(适当地)。

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“预计气候变化会产生一些巨大的影响,例如某些物种太热或对其他物种太干,但是也会发生几乎无限的较小的间接影响,”社区生态学家Alessandro Filazzola发送电子邮件至数据科学家和艾伯塔大学的杂志后研究员。

“在我们的研究,我们研究了其中一种间接的效果,并看到未来气候将如何慢慢导致蝴蝶及其宿主植物的空间位置不匹配。作为毛毛虫,这种蝴蝶仅以这种类型的植物物种为食,因此任何不匹配的范围都会导致蝴蝶下降。”

他补充说,如果我们要暂停片刻并想到食物网中的所有其他物种,突然存在许多物种受到影响的潜力,而不仅仅是一种小蝴蝶。这是行动中的蝴蝶效应。

“例如,以蝴蝶为食的动物和以这些动物为食的动物,或其他昆虫物种,甚至其他蝴蝶?,但是当您考虑整个生态系统时(只是棘手的测量)时,可以保持逻辑。”

当我们开始考虑一个小变化如何迅速导致许多意想不到的后果时,自然会引起人们的关注。

例如,限制建筑水电大坝可能会减少某些类型的环境破坏。但是,在消除这种潜在的清洁能源来源时,我们倾向于落在加速全球变暖的化石燃料上。生物燃料补贴,旨在减少我们对化石燃料的依赖,增加雨林破坏,淡水废物和粮食价格上涨,这影响了人口最贫穷的部分。

那么,我们如何在生活中做很多事情,而不必担心造成伤害?Filazzola以蝴蝶的形式返回蝴蝶。

他说:“对间接影响的更好理解可能是试图减轻这些效果的最重要步骤之一。更简单地说,仅将自然保持在其原始状态上确实是最重要的事情。”“生态系统非常复杂,单个物种的丧失可能没有感知的影响,但它可能会对整个系统产生级联影响。”例如,重新引入狼到黄石公园海狸种群增加,增加了柳树和asspen植物的数量,并为鸟类,土狼和熊等提供了食物。

然后,我们考虑蝴蝶效应如何在我们的个人生活中发挥作用。地球上有近80亿人类,只有一个人可以在地球周围做出改变吗?

Filazzola说,他确实想知道他的个人行为的间接影响。

他说:“我购买的物品,与我互动的人,我说的话,我相信每个人都可以产生层叠的效果,使社会遍布社会。”“这就是为什么尝试成为一个好人,产生积极影响很重要的原因。我也想到的一件事是,这些间接效应通常不那么小,并且被删除是我相信许多人会想到的。”

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