蝴蝶可以拍打它的翅膀真的引起飓风吗?

一只蝴蝶正在拍打它的翅膀。如果您为美国东海岸的一些恶劣天气准备自己? FiR0002 / Flagstaffotos / GFDL v1.2许可证

你'可能听说过所谓的"butterfly effect,"一些推广的科学表明,拍打其翅膀的单个蝴蝶的微小扰动具有推出一系列可能导致飓风形成的升级事件。

It'是一个强大的比喻,可以肯定(亚舍顿·库塞尔主演的大片电影甚至在它上面),这是一个引人注目的概念,也有一个在它背后的复杂科学和数学的公平概念。即便如此,与大多数普及的科学隐喻一样'也是一个变得相当的想法......装饰。可以拍摄一个itty-bitty蝴蝶'翅膀真的导致飓风?反过来,答案是否定的。但它's complicated.

蝴蝶效果的比喻首先是由数学家Edward Lorenz阐述的,所谓的先驱之一"chaos theory,"这是一个严重的数学分支,专注于对初始条件高度敏感的动态系统。换句话说,Chaos理论涉及试图预测复杂系统的结果的数学,当时这些系统的初始条件不可能整体监测。

例如,采取流量。在制动器上猛烈撞上一辆车,以避免在道路上进行松鼠,可以想到,可以想起一系列有助于主要时间的交通堵塞的事件。但预测高速公路上所有汽车运动的运动和动作的原因(更不用说,所有的松鼠!)使得预测这种交通难题难以解决。股市是另一个类似的例子。所以,也是天气。

事实证明,天气是洛伦兹在何时试图预测的是,当他在拍摄蝴蝶拍摄的蝴蝶拍摄的蝴蝶的某些内容中可能真的足以改变我们的计算机模型的天气预报可能真的足以改变。飘飘的翅膀可以是阳光灿烂的日子和狂风风暴之间的区别吗?

混乱理论和天气

两位科学家观察和跟踪飓风在地图和分析天气。由美国国家航空航天局提供的这张图像的元素。
当他第一次提出他的理论时,Mathematician Edward Lorenz正在寻找天气模型。 Framestockfootages / shutterstock.

据Lorenz称'基本的模型,是的。回来于1961年,当电脑是巨型房间机器时,洛伦茨正在运行天气模型,发现通过进入0.506而不是更饱示,更精确0.506127的价值,他可以让计算机预测风暴相当比阳光灿烂的日子。这两个值之间的精度的差异是令人难以置信的小,关于拍打其翅膀的蝴蝶的比例。

它似乎直观地不可能让蝴蝶翼可能有这么多的力量 - 而且,它是不可能的。但这是不可能的吗?

这是数学 - 和哲学的地方 - 变得复杂 和争议。随着我们今日更复杂的天气预测模型,一般科学共识相当坚定:翼片可以'T可能会改变我们的大规模天气预报。

这里'为什么。虽然翼翼片肯定对蝴蝶周围的空气压力有影响,但这种波动由空气的事实包含'S总压力大约100,000倍,从这种微小的扰动屏蔽它。蝴蝶周围的空气发生的变化基本上被捕获在压力气泡中,因为它们从那里涟漪时立即湿透。

洛伦茨的事实'计算机模型预测来自此类次要争端的大规模变化与那些模型的简单性更加有关,而不是其他任何东西。例如,Lorenz遇到的结果相同的结果'T发生在现代计算机模型的天气模型中。一旦输入了发展天气系统的更多相关因素 - 例如,海洋温度,湿度水平,风速,风剪的速度等 - 翼的翼片或缺乏'T对风暴系统是否发展或不产生任何影响。

"当然,挥动其翅膀的未知蝴蝶在天气预报中没有直接轴承,因为这么小的扰动需要太长,以便增加到大小,我们有更多的立即不确定性来担心。因此,这种现象对天气预报的直接影响往往有些夸大," 解释 气候科学家詹姆斯·安南和威廉康兹利。

但这并不是't意味着其他相对小的因素可以'T产生重大影响。天气系统仍然混乱,对初始条件敏感。它只是取得正确的初始条件,这可能会降到一个云,或者对大气对流等测量的变化。

因此,虽然蝴蝶效应可能是一个严重简单的隐喻'仍然是一个强大的。复杂系统的初始条件中的小振荡可能会大大改变我们该系统的模型。蝴蝶翼,也许不是。但是风力涡轮机或太阳能电池板在足够大的地区传播?可能。

预测天气可能永远不会是完美的,但他们的准确性远不依赖蝴蝶,而不是流行的文化建议。 Meteorologists可以在几天后尽可能接近现实,气象学家可以获得天气预报的事实是我们解决混沌系统数学的能力。