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獨厚心得

為什麼無法準確預測天氣?混沌、複雜之深奧的簡潔!

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提到「蝴蝶效應」,大家應該都會有個共識,即是「某個小小改變,將造成結果大大地不同。」而此名詞的由來,則是源自一九七二年,羅倫茲在一場學術會議發表的論文題目「巴西的一隻蝴蝶舞動翅膀,可以引發德州的颶風嗎?」對於這個類比我們可以不必認真看待,而是要看羅倫茲如何有這個想法。

早在一九五九年,羅倫茲試著以程式模擬天氣的變化,當時的電腦計算能力有限,整個模擬過程比較費時,因此某一次羅倫茲想要重新檢視早先做過的部分,為了省時,他並沒有讓電腦從頭再跑一遍,而是挑出比需要重新檢視的時間點稍早的部分開始計算,當羅倫茲回頭來看第二次印出的數據時,發現與上一回跑出模擬「每一天」的數據大相逕庭,仔細比對後,羅倫茲發現第二次模擬的數據剛開始和第一次的差不多,但卻逐漸偏離,終於因為差異倍增而有了非常大的不同。

不久羅倫茲就發現,造成差異的初始原因,是由於第二次的模擬數據為羅倫茲根據第一次列印出的數據輸入,當時只顯示到小數點後三位數,但實際電腦儲存的數據則是存到小數點後六位數的數據。即便這個模型初始狀態的差異小於千分之一,模擬的結果卻是截然不同。而真實的大氣的確對於初始狀態非常敏感,也使得預測只能準確十到十四天,甚至更短。

《深奧的簡潔》說得不只是「蝴蝶效應」,而是關於「混沌」與「複雜」,而「混沌」與「複雜」正是探討「系統對初始狀態的敏感以及迴饋(feedback)」作者葛瑞賓認同這樣的觀念:只需要一些隨機與簡單的遞迴規則,就可以創造出所有的複雜度。而反之即是,所有的複雜,只要能掌握最初始的改變,也能在混沌中找出秩序與規則。因此,本書也試著探究地球生命的起源。

《深奧的簡潔》涵蓋了相當廣泛的議題,想要完全理解本書,你將需要更多相關的知識基礎,但在知識累積前,本書對於想要了解「新科學」或探索科學研究基本理念的讀者,就有很高的閱讀價值,書中探討範圍從宇宙形成到胚胎演化,更將科學的進展明白地標誌出來,就像是做了一場全面的科學導覽。

看完《深奧的簡潔》,你將知道,當二十一世紀的科學家在討論「混沌」與「複雜」時,並非是完全隨機且無法預測的混亂或繁雜,而是那些全然有序,原則上可依因果關係預測的,只是實際預測的細節趕不上真實事件發生的速度而已。

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