天气预报·蝴蝶效应·混沌学
    1960年，美国著名数学家、气象学家、麻省理工学院洛伦兹教授在研究长期天气
预报问题时，在计算机上用一组简化的模型模拟天气的演变。他本来的意图是利用计算
机的高速运算来提高长期天气预报的准确性，但是，事与愿违，多次计算表明，初始条
件的极微小差异均会导致计算机结果的很大不同。
       由于气候变化是十分复杂的，影响因素非常多，所以在预测天气时，输入的初始
条件中不可能包含所有的细小因素(通常的抽象化方法是忽略次要因素，保留主要因素)
，而这些细小的因素却可能对预报的结果产生极大的影响，导致错误的结论。由此，洛
伦兹认定尽管拥有高速计算机和精确的测量数据(温度、风速、气压、湿度等)，也难以
获得准确的长期天气预报。
       洛伦兹用一种形象的比喻来表达他的科学发现：一只小小的蝴蝶在巴西上空扇动
翅膀，就可能在美国的得克萨斯引起一场风暴，这就是混沌学中著名的“蝴蝶效应”，
也是最早发现的混沌现象之一。
       混沌译自英文Chaos，它的原意是指无序和混乱的状态。但是这些表面上看起来无
规律、不可预测的现象，实际上有它自己的规律，混沌学的任务就是寻求混沌现象的规
律，加以处理和应用。60年代以后，混沌学的研究热悄然兴起，渗透到物理学、化学、
生物学、生态学、力学、气象学、经济学、医学、社会学等诸多领域，成为一门新兴学
科。
       美国麻省理工学院的天文学家和计算机专家通过观测和计算后得出结论：太阳系
是不可预测的，我们根本无法推算出有关行星的速度及准确位置，根据经典力学计算出
的结果是不准确的。这与洛伦兹关于准确的长期天气预报是不可能的结论是一致的。其
它像太阳黑子的增减、传染病的发病规律、脑电波和心律的变异、湍流、股票行情的变
化、汇率的波动，以及许多化学反应和化学变化过程，都存在着混沌现象。天体物理学
家试图用混沌学探索宇宙起源，医学家也想用混沌学研究心脏运动的规律，经济学家试
图用混沌学来预测股市行情，社会学家则试图用它去认识和评价政治危机……。一些未
知的复杂现象和过程，都能从混沌学那里找到答案吗?这正是混沌学具有诱人魅力之处。
       目前，科学家给混沌下的定义是：混沌是指发生在确定性系统中的貌似随机的不
规则运动。一个确定性理论描述的系统，其行为却表现为不确定性——不可重复、不可
预测，这就是混沌现象。进一步研究表明，混沌是非线性动力系统的固有特性，是非线
性系统普遍存在的现象。牛顿经典理论能够完美处理的、得出确定性结论的多为线性系
统，而线性系统大多是由非线性系统简化过来的。因此，在现实生活和工程技术问题中
，混沌是无处不在的。
       混沌的发现和混沌学的建立，同相对论和量子论一样，是对牛顿确定性经典理论
的重大突破，为人类观察物质世界打开了一个新的窗口。所以，科学家认为，20世纪物
理学永放光芒的三件大事是：相对论、量子理论和混沌学的诞生。（今山）