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第578章 牛顿之后,纯力学领域最伟大的突破!蝴蝶效应!世界是混沌的!

在后世,某些科幻电影中经常会借用一个概念:蝴蝶效应。

蝴蝶效应的描述也非常有诗意:

“一只南美洲的蝴蝶煽动翅膀,结果可能引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。”

蝴蝶效应就是一种混沌现象。

它说明了任何事物的发展都存在一个变数。

尤其是当系统的解对初始条件非常敏感时,任何一丝轻微的变化都能造成巨大的变化。

真实历史上,蝴蝶效应由美国气象学家洛伦兹提出(不是那个洛伦兹)。

他本人也被誉为“混沌理论之父”。

洛伦兹在年幼时,最感兴趣的事情就是研究天气的变化。

长大后,他学习气象学和数学,最终成为麻省理工学院一名气象学教授。

洛伦兹的那个时代,计算机技术已经成熟,虽然体积依然很庞大,但至少可用性大大提高。

1961年的某天,他使用计算机进行关于天气预报的计算。

天气预报转换成学术问题,就是非常复杂的动力学系统。

其中不仅涉及流体力学,还有磁场等各种影响因素。

想对天气预报的越准确,所需列出的方程就越多。

因此,必须使用计算机进行求解,靠人力那就太慢了。

可惜,当时的计算机性能远没有后世强大,计算速度很慢。

当然,计算机再慢也比人快。

洛伦兹的天气预报模型需要计算机分几段进行计算。

比如,先计算出第一部分的解,然后把这个解再输入到第二部分里,以此类推。

所有步骤全部由计算机完成。

洛伦兹在今天之前,已经跑过一遍流程,并且算出了一个结果x。

不仅如此,计算机还分别保留了各部分的解。

他今天主要是想再验证几遍。

然而,计算机算的有点慢,他不想在这里干等,而是想下楼喝杯咖啡放松放松。

所以,他就偷了个懒。

怎么偷懒呢?

按理来说,他应该让计算机重新开始,从第一部分开始计算。

但是由于各部分的方程其实是独立的,且第一部分耗费的时间是最多的。

所以,洛伦兹就想省去第一部分的计算。

他心想:

“反正之前已经有了第一部分的解。”

“干脆直接拿它当后续几个部分的输入吧。”

这看起来确实没什么毛病。

很像研究生为了少干活做出的事情。

洛伦兹贵为教授,研究的应该是理论方面的事情,而不是整天验证计算结果。

于是,他就直接找出之前算出的第一部分的解:0.506。

然而,这个数字是计算机打印显示的结果,只取了小数点后三位。

最精确的结果应该是小数点后六位:0.506127。

洛伦兹也知道这个区别。

但是他懒得再浪费时间操作计算机,查找那个精确值了。

他的理由也很充分。

“反正只有万分之一的误差,对结果也造成不了太大的影响。”

就这样,一切搞定后,洛伦兹就开开心心地去喝咖啡了。

一个小时之后,他心满意足的回来。

然而,当他看到计算机上显示的最终计算结果时,顿时傻眼了。

“啊?”

“什么情况?”

“谁把我的数据给改了?”

第二次的计算结果y和第一次的x相差了好几个数量级。

可以说完全不同。

洛伦兹觉得有点不可思议。

不过,他很快就冷静下来,并且发现了问题的关键!

那就是第一部分的解0.506。

他知道,这个解是自己人工输入给计算机的。

如果是计算机自己运算,应该是用0.506127作为输入。

万分之一的误差竟然会引起如此巨大的结果差异。

洛伦兹顿时对此产生了极大的兴趣。

他抓住这个现象,进行了深入的研究。

他使用不同的模型来验证,其中一个就是李奇维刚刚提出的温度不均匀流体模型。

在气象学领域,这种模型还是比较常见的。

温度高的气流容易上升,而温度低的气流容易下降。

在这个模型中,洛伦兹同样发现了输入误差造成结果剧烈变化的现象。

1963年,经过了两年半的系统研究后,洛伦兹向美国科学院提交了一篇论文。

题目为:《决定性的非周期流动》。

在这篇论文中,他首次使用“混沌”这个词来描述自己的理论。

论文一出,举世轰动!

如果说量子力学否定了微观世界的决定性,那么混沌理论就否定了宏观世界拉普拉斯式的决定性。

这对于当时的科学界而言,不亚于一枚重磅炸弹。

科学界高度评价了混沌理论的重要性。

“对基础科学产生了深远影响,是继牛顿之后让人类对自然的看法发生了翻天覆地的变化。”

“混沌学是物理学发生的第三次革命,它与相对论、量子力学同样伟大。”

“.”

洛伦兹顿时名声大噪,跻身全球顶级科学家行列。

1972年,他在一次受邀演讲中,为了形象地解释混沌理论,就提出了著名的“蝴蝶效应”。

从此以后,蝴蝶效应几乎就成为混沌理论的代名词了。

随着计算机的快速发展,混沌理论也跟着不断发展。

洛伦兹在晚年还提出了著名的“决定性混沌”理论。

他认为人的身体就是非线性的混沌系统,身体中的各种现象也是不可预知的。

这种不可预知就是生命力的体现。

如今,混沌理论不仅局限在物理学,在生物学、医学,乃至金融学中都有了应用。

关于它的研究还在不断进行中。

此刻,当李奇维提出混沌理论后,造成的震撼可想而知。

在场的诸多力学大佬们只感觉头皮发麻,灵魂颤栗。

“简直太不可思议了!”

混沌理论完全颠覆了他们的三观。

好像为他们打开了一扇全新的真理大门。

李奇维笑着说道:

“严格说起来,混沌理论其实之前已经有基础了。”

“几十年前,法国数学家庞加莱曾提出过著名的三体问题。”

“他在研究由三个天体组成的系统时发现,即便三体系统是完全确定的力学系统,但是长时间之后,系统的行为也将变得不可预测。”

“这其实就包含了混沌的概念。”

“只不过庞加莱并没有从理论的高度深入思考这个问题。”

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