前言
有一首譯為中文的英文詩:「釘子缺,蹄鐵卸;蹄鐵卸,戰馬蹶;戰馬蹶,騎士絕;騎士絕,戰事折;戰事折,國家滅。」(For Want of a Nail,多譯為〈只因少了一顆釘〉)
蘇軾詩:「斫得龍光竹兩竿,持歸嶺北萬人看。竹中一滴曹溪水,漲起西江十八灘。」
成語:「失之毫釐,謬以千里。」
以上文字可用一個現代著名而熱門的科學術語來概括──蝴蝶效應。
什麼是「蝴蝶效應」?此名詞最早起始於1960年代研究非線性效應的美國氣象學家羅倫茲,它的原意指的是氣象預報對初始條件的敏感性。初始值上很小的偏差,會導致結果偏離十萬八千里!
例如1998年,太平洋上出現「聖嬰」現象,氣象學家們便說:這是大氣運動引起的「蝴蝶效應」。好比美國紐約的一隻蝴蝶拍了拍翅膀,就可能在大氣中引發一系列的連鎖事件,從而導致之後的某一天,某個城市將出現一場暴風雨!
也許如此比喻有些譁眾取寵、言過其實。但無論如何,它擊中了結果對於初始值之變化無比敏感的這點要害和精髓,因此,如今各行各業的人都喜歡使用它。
毫不起眼的小改變,可能釀成大災難。名人一件芝麻綠豆大的小事,經過一傳十、十傳百,可能被放大成一條面目全非的大新聞,有人也將此比喻為「蝴蝶效應」。
股票市場中,快速的電腦程序控制交易,透過網路的回饋來調節,有時會使得很小的一則壞消息被迅速傳遞和放大,以致於促使股市災難性下跌,造成如「黑色星期一」、「黑色星期五」這類為期一天的災禍。更有甚者,一點很小的經濟擾動,有可能被放大後變成一場巨大的金融危機。這時,股市中的人們會說「這是『蝴蝶效應』」。
有人還用了一個不太恰當的比喻,來解釋社會現象中的「蝴蝶效應」:如果希特勒在孩童時期就得一場大病而夭折了的話,在1933年還會爆發第二次世界大戰嗎?對此我們很難給出答案,但是卻可以肯定,起碼戰爭的發展過程可能會大不相同了。
「蝴蝶效應」一詞還激發了眾多文人作家無比的想像力,多次被用於科幻小說和電影。
然而,在這個原始的科學術語中,究竟隱藏著一些什麼樣的科學奧祕呢?它所涉及的學科領域有哪些?這些學科領域的歷史、現狀和未來如何?其中有哪些人物活躍著?他們為何造就了這個奇怪的術語?這裡所涉及的科學思想和概念,與我們的日常生活真的有關係嗎?這些概念在當今突飛猛進發展的高科技中有何應用?又如何應用?
從這些一個接一個的疑問出發,作者將用講故事的方式,帶你輕鬆愉快地走進科技世界中最美妙、最神奇的一個角落,向你展示「蝴蝶效應」之奧祕──碎形和混沌理論,數學物理百花園中這兩朵美麗的奇葩!同時,作者將帶你廣開眼界,從碎形和混沌這兩朵數學和物理學中的奇葩,走向如今整個學術界都有所研究、也許都能用得上的「複雜性科學」!
碎形和混沌既簡單又複雜,從複雜的系統中尋找簡單的規律,反映了大自然及人類社會中許多相似的共性。從1970至80年代開始,學術界興起了一個「複雜性科學」建立和發展的高潮。
數學上,從馮紐曼(John von Neumann)開始就有研究了多年的細胞自動機;化學上,有普里高津(Ilya Romanovich Prigogine)遠離非平衡態的耗散理論、自組織過程;物理學中,固體物理延拓成為凝聚態物理後,不僅研究對象之範圍得以極大的擴充,還包括變因數量的多寡對於整體性質之影響造成的深刻改變。安德森(Philip Anderson)曾從「多則異」角度,提倡用「湧現論」的觀點來看待複雜體系的行為。複雜性科學研究的各種複雜現象,在心理學、生物學、電腦科學、網路理論等領域都有表現。
因此,1984年,一批從事物理學、經濟學、生物學、電腦科學的學者,包括諾貝爾獎得主、夸克之父默里.蓋爾曼(Murray Gell-Mann)與喬治.考恩(George Cowan)等人,建立了一個研究複雜性科學的「聖塔菲研究所」,全力支持年輕人探索這個世界各方面的複雜系統。為此,我們對這一新興領域稍作介紹。
僅以此書獻給我的家人。
張天蓉