【M005】蝴蝶效应—曹哲成长社群

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一、是什么？

（一）基本概念

蝴蝶效应是指在一个动态系统中，初始条件的极小变化可以导致长期行为的巨大差异。

蝴蝶效应（The Butterfly Effect）,由美国气象学家洛伦兹1963年提出。

在一个动态系统中，初始条件的微小变化可能导致长时间后系统行为的巨大差异。这个效应说明了在混沌系统中预测的困难性，因为初始条件的任何小误差都会随着时间被放大。

（二）本质和核心思想

核心思想是系统的敏感性和非线性，即在复杂系统中，小的变化可能通过非线性过程放大，产生不可预测的大影响。

二、来源和理论依据

（一）来源

蝴蝶效应这个概念由美国气象学家爱德华·洛伦兹（Edward Lorenz）在20世纪60年代提出。

（二）推导过程

洛伦兹在研究天气模型时发现，即使是微小的数值差异也会导致完全不同的天气预报结果，从而提出了蝴蝶效应。

三、故事和案例

（一）历史故事

1972年，洛伦兹在一次演讲中提出，巴西的一只蝴蝶扇动翅膀可能在几周后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。

（二）生活举例

在个人生活中，一个简单的决定，比如选择不同的早餐，可能会影响你一天的心情和效率，进而影响你的工作表现和人际关系。

四、相关的思想模型和普遍智慧

混沌理论：研究动态系统中的不可预测性和非线性行为。
系统思维：强调整体性和相互依赖性，以及对系统行为的深入理解。

五、利用第一性原理思考此理论

（一）思考

从第一性原理出发，蝴蝶效应强调了对系统初始条件的精确控制的重要性，以及对系统动态的深入理解。

（二）反例

在一个完全线性的系统中，小的变化不会导致大的长期差异，这与蝴蝶效应的非线性特性相悖。

六、延伸阅读：

蝴蝶效应和多米诺效应是两个不同的概念，它们描述了复杂系统中初始条件变化如何产生连锁反应，但它们在本质上有一些区别：

蝴蝶效应：

蝴蝶效应通常指的是在一个动态系统中，初始条件的微小变化可能会导致系统长期行为的巨大差异。
这个概念通常与混沌理论相关，混沌理论研究的是非线性动态系统，其中小的初始条件变化可以导致不可预测的长期行为。
蝴蝶效应强调的是初始条件的重要性，即使是非常小的变化也可能在长期内产生显著的差异。

多米诺效应：

多米诺效应通常指的是一个小的变化或事件引发了一系列连锁反应，最终导致巨大的影响。
这个概念通常与因果关系和连锁反应相关，其中一个事件触发了另一个事件，这些事件相互关联，最终导致一个大的结果。
多米诺效应强调的是事件之间的因果关系和连锁反应，而不是初始条件的重要性。

总结来说，蝴蝶效应关注的是初始条件的微小变化如何在长期内产生不可预测的结果，而多米诺效应关注的是一个事件如何触发一系列连锁反应，最终导致一个大的结果。两者都描述了复杂系统中初始条件变化如何产生显著的影响，但侧重点和应用场景不同。

七、蝴蝶效应的来源

1963年的一次试验中，美国麻省理工学院气象学家洛伦兹用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了更细致地考察结果，在一次科学计算时，洛伦兹对初始输入数据的小数点后第四位进行了四舍五入。他把一个中间解0.506取出，提高精度到0.506127再送回，前后计算结果却偏离了十万八千里!前后结果的两条曲线相似性完全消失了。

根据常识，同样的程序和数据显然会导致同样的结果。但是第二次的预报结果与上一次大不一样。开始他认为是计算机的故障，排除了这种可能后，他发现，他输入的不是完整的数据。再次验算发现计算机并没有毛病，洛伦兹发现，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。洛伦兹在美国《气象学报》上发表了题为”确定性的非周期流”的论文，提出了在确定性系统中的非周期现象。第二年，他发表了另外一篇论文，指出对于模式中参数的微小改变将导致完全不一样的结果，使有规律的、周期性的行为，变成完全混乱的状态。

这个发现非同小可，以致科学家都不理解，几家科学杂志也都拒登他的文章，认为“违背常理”：相近的初值代入确定的方程，结果也应相近才对，怎么能大大远离呢！

1972年美国科学发展学会第139次会议上，洛伦兹发表了题为“可预测性：巴西一只蝴蝶扇动翅膀，能否在得克萨斯州掀起一场龙卷风”的演讲。他认为，一个微小的初始条件变化可能导致一连串逐渐放大的改变，最终导致完全不同的结果–这个看似荒谬的论断，打碎了所有人关于”因果决定论可预测度”所存的幻想，最终产生了当今世界最伟大的理论之一——“混沌理论”。

于是，洛伦兹认定，他发现了新的现象：事物发展的结果，对初始条件具有极为敏感的依赖性。他于是认定这为：“对初始值的极端不稳定性”，即：“混沌”，又称“蝴蝶效应”。从此以后，所谓“蝴蝶效应”之说就不胫而走。

他说，一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能在两周后在美国德克萨斯引起一场龙卷风。其原因在于：蝴蝶翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并引起微弱气流的产生，而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起连锁反映，最终导致其他系统的极大变化。洛伦兹把这种现象戏称做”蝴蝶效应”，意思即一件表面上看来毫无关系、非常微小的事情，可能带来巨大的改变。

“蝴蝶效应”在社会学界用来说明：一个坏的微小的机制，如果不加以及时地引导、调节，会给社会带来非常大的危害，戏称为“龙卷风”或“风暴”；一个好的微小的机制，只要正确指引，经过一段时间的努力，将会产生轰动效应，或称为“革命”。

八、蝴蝶效应命名原因

美国气象学家爱德华·洛伦兹（Edward N.Lorenz）1963年在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。“一个气象学家提及，如果这个理论被证明正确，一只海鸥扇动翅膀足以永远改变天气变化。”

在以后的演讲和论文中他用了更加有诗意的蝴蝶。对于这个效应最常见的阐述是：“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。”其原因就是蝴蝶扇动翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并产生微弱的气流，而微弱的气流的产生又会引起四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起一个连锁反应，最终导致其他系统的极大变化。他称之为混沌学。当然，“蝴蝶效应”主要还是关于混沌学的一个比喻。也是蝴蝶效应的真实反应。不起眼的一个小动作却能引起一连串的巨大反应。

这句话的来源，是这位气象学家制作了一个电脑程序，这个可以模拟气候的变化，并用图像来表示。最后他发现，图像是混沌的，而且十分像一只张开双翅的蝴蝶，因而他形象地将这一图形以“蝴蝶扇动翅膀”的方式进行阐释，于是便有了上述的说法。

九、蝴蝶效应在各个领域的体现

1 军事和政治

可以用在西方流传的一首民谣对此作形象的说明。这首民谣说：

丢失一个钉子，坏了一只蹄铁；

坏了一只蹄铁，折了一匹战马；

折了一匹战马，伤了一位骑士；

伤了一位骑士，输了一场战斗；

输了一场战斗，亡了一个帝国。

马蹄铁上一个钉子是否会丢失，本是初始条件的十分微小的变化，但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。

2 线性与非线性

线性，指量与量之间按比例、成直线的关系，在空间和时间上代表规则和光滑的运动
而非线性则指不按比例、不成直线的关系，代表不规则的运动和突变。

如问：两个眼睛的视敏度是一个眼睛的几倍？很容易想到的是两倍，可实际是6－10倍！这就是非线性：1＋1不等于2。

激光的生成就是非线性的！

当外加电压较小时，激光器犹如普通电灯，光向四面八方散射；而当外加电压达到某一定值时，会突然出现一种全新现象：受激原子好象听到“向右看齐”的命令，发射出相位和方向都一致的单色光，就是激光。

非线性的特点是：横断各个专业，渗透各个领域，几乎可以说是：“无处不在时时有。”　

如：天体运动存在混沌；电、光与声波的振荡，会突陷混沌；地磁场在400万年间，方向突变16次，也是由于混沌。

甚至人类自己，原来都是非线性的：与传统的想法相反，健康人的脑电图和心脏跳动并不是规则的，而是混沌的，混沌正是生命力的表现，混沌系统对外界的刺激反应，比非混沌系统快。由此可见，非线性就在我们身边，躲也躲不掉了。

“蝴蝶效应”之所以令人着迷、令人激动、发人深省，不但在于其大胆的想象力和迷人的美学色彩，更在于其深刻的科学内涵和内在的哲学魅力。

混沌理论认为在混沌系统中，初始条件的十分微小的变化经过不断放大，对其未来状态会造成极其巨大的差别。有点不可思议，但是确实能够造成这样的恶果。一个明智的领导人一定要防微杜渐，看似一些极微小的事情却有可能造成集体内部的分崩离析，那时岂不是悔之晚矣？

3 语言

蝴蝶效应作为混沌理论（简称“混沌论”）中的一个重要概念，它语言研究领域有着广泛的应用。

学术界用蝴蝶效应来解释和研究混沌语言现象，例如《人民日报》于2010年11月10日在头版头条刊发了题为《江苏给力“文化强省”》的文章，由于其权威性和号召力，一直仅限于网络使用的“给力”一词一夜之间红遍中国，扩散到全民词汇系统中，并被收录进第六版《现代汉语词典》。

上世纪80年代，学术界开始采用混沌论及其蝴蝶效应来研究语言问题。1991年在美国伯克利举行的“语言研究的新方法与新视野”研讨会上，中国数学家、语言学家周海中教授曾建议创立“语言混沌论”。他指出，语言混沌论主要从混沌论的角度审视语言及其相关现象，运用混沌论的方法解决语言及其相关现象的非线性问题;为了促进混沌语言研究的发展，有必要建立一种新型的语言研究范式。就目前情况来看，这种语言研究新范式正在兴起。

4 古籍记载

中国古代典籍中的关于蝴蝶效应的描述：

原文：

楚之边邑曰卑梁，其处女与吴之边邑处女桑于境上，戏而伤卑梁之处女。卑梁人操其伤子以让吴人，吴人应之不恭，怒，杀而去之。吴人往报之，尽屠其家。卑梁公怒，曰：“吴人焉敢攻吾邑？”举兵反攻之，老弱尽杀之矣。吴王夷昧闻之，怒，使人举兵侵楚之边邑，克夷而后去之。吴、楚以此大隆。吴公子光又率师与楚人战于鸡父，大败楚人，获其帅潘子臣、小帷子、陈夏啮。又反伐郢，得荆平王之夫人以归，实为鸡父之战。凡持国，太上知始，其次知终，其次知中。三者不能，国必危，身必穷。《孝经》曰：“高而不危，所以长守贵也；满而不溢，所以长守富也。富贵不离其身，然后能保其社稷，而和其民人。”楚不能之也。（《吕氏春秋·察微》）

译文：

楚国有个边境城邑叫卑梁，那里的姑娘和吴国边境城邑的姑娘同在边境上采桑叶，游戏时，吴国的姑娘弄伤了卑梁的姑娘。卑梁的人带着受伤的姑娘去责备吴国人。吴国人出言不恭，卑梁人十分恼火，杀死吴人走了。

吴国人去卑梁报复，把那个卑梁人全家都杀了。卑梁的守邑大夫大怒，说：“吴国人怎么敢攻打我的城邑？”于是发兵反击吴人，把吴人老幼全都杀死了。吴王夷昧听到这件事后很生气，派人领兵入侵楚国的边境城邑，攻占夷以后才离去。吴国和楚国因此发生了大规模的冲突。

吴国公子光又率领军队在鸡父和楚国人交战，大败楚军，俘获了楚军的主帅潘子臣、小帷子以及陈国的大夫夏啮。又接着攻打郢都，获得楚平王的夫人而回。这就是鸡父之战。

凡是主持国事，最上等的是要了解事情开始时的情势，其次是要预见到事情的结局，再次是要知道事情发展的经过。这三点都做不到，国家一定危险，自身一定困窘。

《孝经》上说：“高却不倾危，就能长期保持尊贵；满却不外溢，就能长期保持富足。富贵不离其身，然后才能保住他的国家，而且安定他的人民。”可是楚国做不到这一点。