淺談「蝴蝶效應」

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原定於2020年舉辦的聯合國氣候變化大會第26屆締約方會議(COP:Conference of Parties)由於 COVID-19 冠狀病毒大流行推遲了一年,終於在2021年10月31日至11月13日在英國蘇格蘭格拉斯哥(Glasgow)舉行。約200個國家在會議上通過了《格拉斯哥氣候公約(Glasgow Climate Pact)》,這是經過大約兩週的討論,從限制全球變暖的程度、對化石燃料的看法以及受氣候危機影響最嚴重的國家是否應該得到補償而作出的協議。對此協議的評價褒貶不一,有些人稱其為成功,有些人稱其為失敗,而許多人則認為介於兩者之間。如何應對氣候變遷對人類的未來極為重要。之後的COP27 (2022), COP28 (2023), COP29 (2024), COP30(2025) 的會議中或多或少都在強調要加快實現氣候目標的步伐,並應對氣候變遷帶來的緊迫挑戰,以及所有國家都需要做出更強有力的承諾,才能有效應對氣候變遷。但本文不在討論氣候變遷,而是閒談起源於氣象學的字詞:蝴蝶效應(Butterfly Effect)。

美國氣象學家愛德華·羅倫茲(Edward Lorenz)在1972年美國促進科學協會(American Association for the Advancement of Science)會議上提出了一個問題:「一隻蝴蝶在巴西拍動翅膀,是否會在德克薩斯州掀起龍捲風?」;也就是一件表面上看來毫無關係、非常微小的事情,有可能帶來巨大的改變。此效應說明事物發展的結果,與其初始條件(initial condition)有極為敏感的依賴性,亦即初始條件的改變,會引起極大差異的結果。因為羅倫茲在最初的問題中使用了蝴蝶,這個想法因而被稱為蝴蝶效應。 

在科學史上,有「發條宇宙 (clockwork Universe)」的觀點;也就是說,宇宙好像機械鐘, 是一台完美的機器,會一直運轉,而它的齒輪受物理定律支配,使得機器的每個方面都可以預測到。這個觀點在啟蒙運動(enlightenment)期間在「自然神論(deist)」者中非常流行,當時英國科學家艾薩克·牛頓(Isaac Newton)推導出他的「運動定律 (laws of motion)」,並表示與「萬有引力定律 (law of universal gravitation)」一起,它們可以預測地球物體和太陽系的運作。法國著名天文學家和數學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)認為不可預測性在宇宙中沒有立足之地,聲稱如果我們知道自然的所有物理定律,那麼「沒有什麼是不確定的,未來,就像過去一樣,會呈現在(我們的)眼前」;然而羅倫茲質疑他們的觀點,認為很多事情是不可預測的,因為初始條件的微小變化可能對系統的結果產生深遠而廣泛的影響,由於這些系統的敏感性,結果是不可預測的。 

以下是幾個「蝴蝶效應」的例子: 

  • 阿道夫·希特勒(Adolf Hitler)是位有抱負的藝術家,但他兩次被維也納美術學院拒絕入學,因而他無法發展畫畫的天賦,而是勉強維持生計,在貧民窟租了便宜的房間,據報導,他在那裡產生了強烈的反猶太主義觀點。由於無處可去,他從軍、晉升,最終成為德國的獨裁者。有人聲稱藝術學校的拒絕引發了第二次世界大戰。
  •  英格蘭國王理查三世(King Richard III)差派他的馬伕去吩咐鐵匠準備一匹作戰的馬,但是鐵匠釘了三個馬蹄鐵之後,卻缺少一根釘子釘第四個馬蹄鐵;馬伕敦促鐵匠要趕快完成任務,所以最後的馬蹄鐵是不如其它三個馬蹄鐵那麼可靠。當理查王騎著馬要去援助士兵時,一個馬蹄鐵掉了。馬因為害怕而跌倒,然後就跑走了。最終,理查三世因為沒有釘子而失去了他的王國。為什麽呢?從下面流行的諺語可說明看似不重要的行為或疏忽可能會產生嚴重和無法預料的後果。(註:這個英語諺語數世紀以來的說法稍有不同,此乃是取自美國開國元勛之一的發明家本傑明·富蘭克林Benjamin Franklin的說法之一。) 

「因為缺少釘子,馬蹄鐵掉了;因為缺少馬蹄鐵,戰馬丟了;因為缺少戰馬,騎士没了;因為缺少騎士,戰役輸了;因為戰役輸了,帝國亡了。而這一切都是因為缺少馬蹄釘。」

  (“For the want of a nail the shoe was lost;For the want of a shoe the horse was lost; For the want of a horse the rider was lost; For the want of a rider the battle was lost; For the want of a battle the kingdom was lost, And all for the want of a horseshoe-nail.”) 

  • 某人早上穿褲子時踩到腳趾,腳趾受傷了,而導致走得慢。因為走得很慢,所以上班遲到,因為上班遲到,老闆生氣因而被解僱。簡言之,踩到腳趾的小事却可能導致失業。
  • 有沒有聽說過一個人受到僱用是因為他去公司面試時,在走道上看到一張廢紙,順手撿起丟到垃圾桶裡?一個微不足道的動作,卻讓他得到了一份工作。 

由於「蝴蝶效應」是如此深刻,在數學上衍生了所謂的「混沌理論(Chaos Theory)」。什麽是「混沌理論」呢?以下是分形基金會(Fractal Foundation)的銓釋: 

混沌是關於驚奇、非線性和不可預測的科學。它教導我們想到意料之外的。大多數傳統科學處理的都是可預測的現象,如地心引力、電力或化學反應,而混沌理論則處理實際上無法預測或控制的非線性事物,如湍流、天氣、股票市場、我們的大腦狀態等等。這些現象通常用分形數學(fractal mathematics)來描述,以捕捉自然界的無限複雜性。許多自然物體表現出分形特性,包括景觀、雲朵、樹木、器官、河流等等,我們生活中的許多系統都顯現出複雜、混亂的行為。認知到世界的混亂、分形本質可以給我們新的洞察力、力量和智慧。例如,通過了解大氣的複雜、混沌動力學,熱氣球飛行員可以定位氣球到想要到的位置。透過了解我們的生態系統、我們的社會系統和我們的經濟系統是相互關聯的,我們可以希望避免可能最終會損害我們長期福祉的行為。

為了不被「混沌理論」弄得頭暈腦漲,我們只要記得「混沌理論」的基本原則是「蝴蝶效應」,亦即初始條件的微小變化可導致於巨大變化的結果與「不可預測性」,因為我們永遠無法有完美的細節以了解複雜系統的所有初始條件,所以我們無法預測複雜系統的最終命運。

以往的觀點是改變世界的事件是大轟炸、瘋狂政客、大地震或大規模人口流動之類的事情,不可否認地,那些確實是重大的事件,但追根溯源它們是不是起源於微小的事件?

下面是取自美國著名作家迪恩·孔茨(Dean Koontz)所寫的書《從他的眼角(From the Corner of His Eye)》的一小段:

每一個最小的善舉,都會跨越時空迴盪 — 影響那行善者所不知道的人的生活,是良好呼應的源泉。因為善良會傳遞下去,在每次傳遞中都在增長,直到一個單純的善舉在遠方多年後變成一種無私的勇氣。同樣地,每一個小小的鄙吝,每一個仇恨的表達,每一個邪惡的行為,都會有跨越時空的影響。

在我們的言行舉止中,有多少可能造成「蝴蝶效應」呢?

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小曾的沙龍
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小曾在台灣曾當過國中老師,在美國半導體領域當過作業員,技術員,工程師。現已退休,當義工教中國老年人英語。
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