掀起飓风的蝴蝶

作者: 寇若兰

爱德华·诺顿·罗伦兹,美国气象学家,混沌理论之父,提出了著名的“蝴蝶效应”。人类对自然的看法继牛顿之后再一次因他而发生了翻天覆地的变化,物理学界因他而掀起了第三次革命。

一只蝴蝶的巨大力量

1917年5月23日,一个名叫爱德华·诺顿·罗伦兹的小男孩出生在美国西康涅狄格州。正是这个小男孩在日后向我们揭示了一只蝴蝶可以拥有巨大的力量——“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀,会使更多蝴蝶跟着一起振翅。最后将有数千只的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同挥动翅膀,其所产生的飓风可以导致一个月后在美国得克萨斯州发生一场龙卷风。”这就是著名的“蝴蝶效应”。

“蝴蝶效应”理论让罗伦兹名声大噪。在他的人生中也有一只轻拍翅膀引发飓风的蝴蝶,那便是自他儿时起就在心中扎根发芽的对气象科学的热爱。孩提时代的罗伦兹和其他小伙伴的兴趣迥然不同,他最感兴趣的事就是关注天气的变化。正是因为这份热爱,他考进了达特茅斯学院,毕业后又考入了哈佛大学,获得了数学专业学位。后来他又获得了麻省理工学院的理科硕士学位并留校任教。正是在这里他开始从事气象学领域研究,提出了混沌理论,为基础科学带来了巨大的改变。

物理学的第三次革命

混沌理论与相对论、量子力学同被列为20世纪的最伟大发现之一。混沌理论让我们可以用一个简单的模型实现更精准的预测。魔法世界里有能预知未来的神奇魔力,而混沌理论就是我们在现实世界中可以借助的“神奇魔法”。我们日常生活中最为熟悉的运用这一理论的例子就是天气预报,祖先们曾经借助夜空闪烁的群星或者通过把盐洒进燃烧的火堆来预测天气,而现代社会的我们借助的正是混沌理论。这一理论还有着更为广泛而深远的应用领域,无论是商业周期研究、动物种群动力学、流体运动,还是行星运转轨道、半导体电流、医学预测(如癫痫发作),甚至是军事领域,都能看到它的身影。

罗伦兹掀起了物理学的第三次革命,而这场革命如同被投入了石子的水面上的涟漪一样荡漾开来,改变了整个世界。

没得过诺贝尔奖的杰出科学家

罗伦兹得过很多奖,因为精辟地阐述过大气环流研究工作的历史发展、现状和展望,他在1969年获得了美国气象学会的罗斯比研究奖章。1972年提出了著名的“蝴蝶效应”理论。1973年获得了西蒙斯纪念金奖。在1975年成为美国国家科学院院士之后,罗伦兹在1983年获得了由瑞典皇家科学院颁发的克拉福德奖,这一奖项主要授予研究领域不在诺贝尔奖授奖范围内,而确有突出成就的科学家。我们甚至可以大胆推测,如果罗伦兹的研究领域在诺贝尔奖的授奖范围内,那他也很有可能摘得一枚诺贝尔奖章。

虽然罗伦兹成就斐然,但他是如此低调而谦虚,以致他在2008年4月16日因为癌症而去世的时候,还有很多人仅仅是听过“蝴蝶效应”,而对这一理论的提出者一无所知。但我想,罗伦兹不会在意这一点,因为他自己也是那一只掀起飓风的蝴蝶,人们也许不会知道是哪一只蝴蝶掀起了飓风,但人们永远不会忘记飓风带来的巨大影响力。