历史

蝴蝶效应(1)(2/2)

能够准确地反映。这句话到底有没有科学依据?天气预报的不准确,是计算出现问题呢,还是科学存在不足之处呢?

    尽管二十世纪的科学家提出了相对论及量子力学等新理论,但是,在一般日常生活中——天气预报、建筑设计、飞机工程等,牛顿力学依然适用。而且,随着近年来信息技术的迅猛发展,建立在以牛顿力学为基础上的模拟天气变化的“数值天气预报”,已经成为天气预测的主要方法。

    科学家们为了使“数值天气预报”更加准确,做了不少努力:一方面深入研究大气复杂微妙的变化,力求更加准确地反应事物本来的变化,例如台风的内部结构,雷暴的生成消失过程等。另一方面加强气象观测,以便能够获得更多的气象资料,例如增加观测点,发展卫星及雷达技术等。

    事实并未能如科学家所愿。由于气候变化由诸多因素造成的,所以其变化是十分复杂的,充满了诸多的不确定性。在现实的天气预测中,输入的初始条件(影响天气变化的因素条件)总是有所侧重的取舍,但是,被舍去的初始条件可能会对预测天气具有重大意义,依此做出的天气预测结果可想而知——可能会导致错误的结论。

    所以,洛伦兹认为,尽管拥有高速计算机和精确的测量数据(温度、气压、卫星风云信息等),获得长期准确的天气预报是存在一定难度的。

    洛伦兹用超人的智慧将影响天气的500万个变量压缩到3个变量,用数学家的严谨与敏锐,科学地证明了一个简单的三阶非线性系统就能出现“混沌”(Chaos),让人心悦诚服地相信天气系统是混沌的。

    奇妙的混沌

    什么是混沌呢?科学家眼里的混沌又是什么呢?

    混沌的原意是指杂乱无章、无序而混乱的状态。但是,科学家认为,混沌在表象上看是没有规律可循、不可预测的,实际上透过表象,仍有自己的规律,而且这个规律是可以循例的。同时,科学家给混沌下了个严谨的定义: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。

    于是,以寻求混沌现象的规律并加以处理和应用为主要任务的混沌学应运而生。

    混沌学研究在20世纪60年代悄然兴起,并渗透到物理学、化学、生物学、生态学、力学、气象学、经济学、社会学等诸多领域,成为一门新兴学科。

    麻省理工大学的天文学家和计算机专家也指出:太阳系是不可预测的,在任何时候,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可信的。这和洛伦兹的长期准确的天气预报是不可能的结论不谋而合。